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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2021.tde-22032022-144329
Documento
Autor
Nome completo
Fernando Takashi Massucado Rodrigues da Silva
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2021
Orientador
Banca examinadora
Martorano, Marcelo de Aquino (Presidente)
Albertin, Eduardo
Tirelli, Marcelo Alexandre
Título em português
Influência do C, Zr e P no refino de grão de ligas de cobre.
Palavras-chave em português
Bronze
Cobre
Estanho
Grãos
Inoculação
Refino
Resumo em português
As ligas de cobre são amplamente utilizadas devido a propriedades importantes como condutividades térmica e elétrica relativamente elevadas, alta resistência à corrosão, boa resistência mecânica, resistência à fadiga e facilidade na fabricação. Algumas propriedades mecânicas e de fundição dessas ligas podem ser otimizadas com o refino de grão a partir da inoculação do banho líquido. Estudos prévios reportaram que macroestruturas de grãos das ligas do sistema Cu-Sn-Zn podem ser refinadas com adições de Zr, C e P ao banho líquido, mostrando evidências de que esses elementos causam a formação de partículas sólidas formadas por ZrP ou ZrC, que parecem ser eficientes substratos para a nucleação heterogênea. Esses três elementos também podem reagir com outros elementos dissolvidos no banho, como o oxigênio e o enxofre, diminuindo a formação de partículas como ZrP ou ZrC e originando partículas como ZrO2 e sulfetos de zircônio, o que pode alterar o efeito de refino de grão. O principal objetivo do presente trabalho é adquirir evidências experimentais que esclareçam a função do Zr, P e C no refino de grão de ligas do sistema Cu-Sn-Zn. Foram conduzidos experimentos de solidificação envolvendo diferentes adições de Zr, P e C às ligas Cu-8%Sn, Cu-30%Zn e Cu-4%Sn-15%Zn. Os lingotes obtidos foram caraterizados por Microscopia Óptica, MEV, microanálises por EDS e por WDS. Resíduos de amostras dos lingotes foram obtidos por uma técnica de extração de precipitados e foram caracterizados por Difração de Raios X. Os resultados mostraram que adições simultâneas de Zr, P e C à liga Cu-8%Sn causam refino de grão significativo, reduzindo o tamanho médio de grão de aproximadamente 4 mm para 0,2 mm, o que não ocorre se algum dos três elementos não for adicionado. Porém, um refino significativo foi observado na liga Cu-30%Zn diante de menores adições de Zr e P, mesmo sem a adição de C. As microanálises das partículas encontradas e a Difração de Raios X dos resíduos mostram uma correlação entre o refino de grão significativo das ligas Cu-8%Sn, Cu-30%Zn e Cu-4%Sn-15%Zn e o aparecimento de partículas facetadas formadas pela fase ZrP com estrutura cristalina hexagonal, que pode ser o principal substrato causador da nucleação heterogênea e do refino de grão.
Título em inglês
Sem Título em inglês
Palavras-chave em inglês
Bronze
Carbon
Copper
Copper alloys, Zirconium
Grain refinement
Inoculation
Phosphorus
Tin
ZrC
ZrO
ZrP
Resumo em inglês
Copper alloys are widely used owing to important properties, such as excellent thermal and electrical conductivities, high corrosion resistance, good mechanical strength, resistance to fatigue and ease of manufacture. Mechanical and casting properties of these alloys can be optimized with grain refinement by inoculation of the melt. Previous studies have shown that the grain structure of the alloys of the Cu-Sn-Zn system can be refined with additions of Zr, C, and P to the melt, showing evidences that these elements react and form solid particles made of ZrP or ZrC, which apparently are efficient substrates for heterogeneous nucleation. These three elements can also react with other dissolved elements in the melt, such as oxygen and sulphur, diminishing the formation of ZrP and ZrC, but giving rise to particles such as ZrO2 and zirconium sulphides, which can change the grain refinement effect. The main objective of the present work is to collect experimental evidences to understand the role of Zr, P, and C in the refinement of the as-cast grain structure of alloys of the Cu-Sn-Zn system. Solidification experiments were carried out with different additions of Zr, P, and C to Cu-8%Sn, Cu-30%Zn, and Cu-4%Sn-15%Zn alloys. The resulting cast ingots were characterized by Optical Microscopy, SEM, microanalysis by EDS and WDS spectroscopies. Residuals of the ingots, obtained with a precipitate extraction technique, were analyzed by X-ray Diffraction. Results show that the simultaneous additions of Zr, P, and C to the Cu-8%Sn alloy cause significant grain refinement, reducing the average grain size from approximately 4 mm to 0.2 mm, which does not occur when any of these three elements are not added to the melt. However, significant grain refinement is observed in the Cu-30%Zn alloy after lower additions of Zr and P, whether C is added or not. Microanalyses of the particles observed in the microstructures and the X-ray Diffraction of the ingot residuals indicate a correlation between the significant grain refinement of the Cu-8%Sn, Cu-30%Zn, and Cu-4%Sn-15%Zn alloys and the precipitation of faceted particles made of ZrP with a hexagonal crystalline structure, which might be the main substrate for heterogeneous nucleation causing grain refinement in these alloys.
 
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Data de Publicação
2022-03-30
 
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