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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.85.2021.tde-18082021-144545
Document
Author
Full name
Carolina Sayuri Hattori
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2021
Supervisor
Committee
Couto, Antonio Augusto (President)
Andrade, Arnaldo Homobono Paes de
Massi, Marcos
Vatavuk, Jan
Title in Portuguese
Obtenção, caracterização microestrutural e comportamento mecânico de ligas de alumínio da série 7xxx extrudadas para aplicações automotivas
Keywords in Portuguese
Alumínio
Fadiga
Liga da série 7xxx
Abstract in Portuguese
Devido às legislações cada vez mais rígidas quanto a emissão de CO2, uma das opções das montadoras é a utilização de materiais mais leves. Esta questão de leveza trouxe ainda mais atenção para as ligas de alumínio que já são largamente utilizadas na indústria automotiva para diversas aplicações, principalmente as ligas tradicionais da série 5xxx e 6xxx. Diante do cenário de competitividade da indústria, faz-se necessário o desenvolvimento de ligas estruturais de alta resistência mecânica, como as da série 7XXX que são o foco deste estudo. Neste sentido, este trabalho tem como objetivo a obtenção por extrusão de duas novas ligas de alumínio, 7108 e 7046, caracterizar a microestrutura em cada etapa do processo de fabricação e avaliar o comportamento mecânico em tração e em fadiga. Inicialmente, foram vazados tarugos nas duas ligas para posterior desenvolvimento do processo de extrusão, em duas geometrias diferentes de perfil extrudado, visando definir os principais parâmetros do processo e de tratamentos térmicos. As microestruturas dos perfis extrudados das ligas 7108 e 7046 são formadas por partículas de segunda fase ricas em Al-Fe-Si e precipitados finos ricos em Al-Zn-Mg dispersos em matriz de alumínio. O resultado de limite de resistência da liga 7046 apresentou um resultado 36% superior ao da liga 7108, comprovando a influência da quantidade de precipitados formados. Para a liga 7046 todos os níveis de tensão máxima tiveram um desempenho superior nas propriedades de fadiga em relação a liga 7108 e notou-se uma significativa melhoria das propriedades em fadiga em decorrência do polimento dos corpos de prova. Nas superfícies de fratura observa-se uma região de menor área de propagação de trinca e uma região mais extensa de ruptura por sobrecarga mecânica. A região de propagação de trinca é caracterizada por deformação plástica e presença de estrias perpendiculares à direção de crescimento.
Title in English
Manufacturing, microstructural characterization, and mechanical behavior of extruded 7xxx series aluminum alloys for automotive applications
Keywords in English
7xxx Series alloys
Aluminium
Fatigue
Abstract in English
Due to the increasingly strict legislation regarding CO2 emissions, one of the automakers' options is the use of lighter materials. This lightness issue brought even more attention to the aluminium alloys that are already widely used in the automotive industry for several applications, mainly the traditional alloys of the 5xxx and 6xxx series. In view of the industry's competitive scenario, it is necessary to develop structural alloys with high mechanical strength, such as those of the 7XXX series, which are the focus of this study. This study aims to obtain two new aluminium alloys 7108 and 7046, by extrusion, to characterize the microstructure in each stage of the manufacturing process and to analyse the mechanical behaviour in tension and fatigue. Initially, the two alloys billets were casted for further development of the extrusion process, in two different extruded profile geometries, in order to define the main process parameters and the heat treatments. The microstructures of the extruded profiles of alloys 7108 and 7046 are formed by second phase particles rich in Al-Fe-Si and fine precipitates rich in Al-Zn- Mg dispersed in an aluminium matrix. The strength limit of alloy 7046 showed a result 36% higher than alloy 7108, proving the influence of the amount of precipitates formed. For the 7046 alloy, all the maximum stress levels performed better in the fatigue properties compared to the 7108 alloy, and a significant improvement in the fatigue properties was noted due to the polishing of the specimens. On the fracture surfaces, a region with a smaller crack propagation area and a more extensive rupture region due to mechanical overload are observed. The crack propagation region is characterized by plastic deformation and the presence of striations perpendicular to the growth direction.
 
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Publishing Date
2021-08-30
 
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