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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2009.tde-18112010-115846
Document
Author
Full name
Juan Marcelo Rojas Arango
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2009
Supervisor
Committee
Martorano, Marcelo de Aquino (President)
Fuoco, Ricardo
Goldenstein, Hélio
Title in Portuguese
Análise térmica de ligas Al-Si com adição de inoculante.
Keywords in Portuguese
Alumínio
Análise térmica
Refino de grão
Abstract in Portuguese
As ligas Al-Si hipoeutéticas têm grande importância na indústria de fundição de peças devido às excelentes propriedades de fundição, como baixo ponto de fusão e alta fluidez. A análise térmica das curvas de resfriamento medidas durante a solidificação destas ligas pode ser utilizada para controlar a formação da macroestrutura de grãos. Esta análise envolve a determinação das temperaturas de início e final de solidificação, bem como a evolução da fração de sólido com o tempo a partir da chamada análise térmica de Fourier. Apesar desta técnica ter sido aplicada a diversas ligas comerciais, existem poucos dados referentes às ligas Al-Si binárias. Os dados são ainda mais escassos quando se deseja examinar o efeito do tratamento de inoculação do metal líquido para refino de grão. O objetivo do presente trabalho é investigar o efeito do tratamento de inoculação nas ligas binárias Al-3%Si, Al-7%Si e Al-11%Si através da análise térmica e metalográfica. Foram obtidos lingotes cilíndricos a partir do vazamento da liga Al-Si líquida com ou sem a adição de inoculante na forma da liga mãe Al-3%Ti-1%B, adicionada para se obter um teor nominal de 0,05%Ti. Curvas de resfriamento foram medidas a partir de termopares inseridos no interior da cavidade do molde, composto de areia de sílica ligada com resina fenólica. Os lingotes foram seccionados e as suas micro e macroestruturas examinadas por metalografia óptica. A análise térmica das curvas de taxa de resfriamento e a análise térmica de Fourier foram aplicadas para determinar os instantes de início e final de solidificação, a magnitude da recalescência, a evolução da fração de sólido com o tempo e a fração de sólido no momento da coesão dendrítica. Os resultados mostram que o inoculante, apesar de adicionado na mesma quantidade em todas as ligas, é mais efetivo em diminuir o tamanho de grão da liga Al-3%Si do que das ligas Al-7%Si e Al-11%Si. Esta perda de eficiência é chamada de envenenamento do inoculante pelo Si. A evolução da fração de sólido mostra que a fração de coesão diminui com o aumento do teor de Si, como observado por alguns autores. A adição do inoculante diminui a fração de sólido durante a solidificação, diminuindo também a fração de coesão. Este efeito contraria dados da literatura para o ponto de coesão medido através de métodos mecânicos.
Title in English
Thermal analysis of the Al-Si alloys with addition of inoculant.
Keywords in English
Aluminum inoculation
Fourier analysis
Grain refinement
Thermal analysis
Abstract in English
The hypoeutectic Al-Si alloys are extremely important to the foundry industry owing to their excellent fluidity and castability. The thermal analysis of the cooling curves measured during solidification of these alloys can be used to control the formation of the grain macrostructure. This analysis consists of the determination of the temperatures at the beginning and end of solidification, as well as the calculation of the time evolution of the solid fraction by more elaborate techniques, such as, the Fourier thermal analysis. Although this technique has been applied to several aluminum commercial alloys, there are very few data about binary Al-Si alloys. Available data related to the effect of melt inoculation to decrease grain size are even scarcer. The objective of the present work is to study the effect of the inoculation treatment of the binary alloys Al-3%Si, Al-7%Si, and Al-11%Si by thermal analysis and metalography. Cylindrical ingots were cast by pouring Al-Si melts with or without the addition of inoculant in the form of Al-3%Ti-1%B to obtain 0,05%Ti. Cooling curves were measured by thermocouples located within the mold cavity, made of silica sand and phenolic resin. The ingots were sectioned and their micro and macrostructures examined by optical metalography. The simple thermal analysis and the Fourier analysis were used to determine the time of beginning and end of solidification, the size of the recalescence, the time evolution of solid fraction and the solid fraction at the dendrite coherency point. The results show that, although the same amount of inoculant is added to all melts, it is more effective to decrease the grain size of the Al-3%Si than that of the Al7%Si and Al-11%Si alloys. This fading of efficiency is referred to as poisoning of the inoculant by Si. The evolution of solid fraction shows that the solid fraction at the coherency point decreases with an increase in the Si content, as observed by other authors. The addition of inoculant also causes a decrease in the solid fraction at dendrite coherency, which disagrees with some published coherency fraction obtained by mechanical methods.
 
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Publishing Date
2010-11-25
 
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