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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.97.2023.tde-12012024-135637
Documento
Autor
Nome completo
Denis Felipe de Barros
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Lorena, 2023
Orientador
Banca examinadora
Coelho, Gilberto Carvalho (Presidente)
Avillez, Roberto Ribeiro de
Chaia, Nabil
Silva, Antonio Augusto Araujo Pinto da
Título em português
Projeção liquidus e seção isotérmica a 1200°C do sistema ternário Al-V-Zr
Palavras-chave em português
Projeção liquidus
Seção isotérmica a 1200°C
Sistema Al-V-Zr
Resumo em português
Ligas de Alta Entropia contendo Al-Nb-Ti-V-Zr estão sendo estudadas em nosso grupo de pesquisa visando ao desenvolvimento de ligas aeronáuticas para altas temperaturas utilizando Al e metais refratários e de alto ponto de fusão com baixa massa específica. Os diagramas de fases são ferramentas necessárias para o desenvolvimento e otimização de novas ligas, indicando melhores composições para obter uma estrutura monofásica em solução sólida. O objetivo do presente trabalho é a investigação experimental do sistema ternário Al-V-Zr. Ligas desse sistema foram fundidas em um forno a arco com cadinho de cobre refrigerado a água e eletrodo não consumível de tungstênio sob atmosfera de argônio. Parte das amostras foram analisadas em sua estrutura bruta de fusão e parte foram embrulhadas em folhas de Zr e tratadas a 1200°C por 10 dias para alcançar o equilíbrio termodinâmico, usando tubos de sílica em vácuo primário (~10-2 mbar). Para a observação das microestruturas, as amostras foram preparadas pelo método metalográfico padrão. As composições e microestruturas das amostras foram analisadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia por energia dispersiva (EDS). A caracterização microestrutural das amostras foi complementada por difratometria de raios X (DRX) utilizando pó e radiação de Cu-kα. Na literatura, é indicada a existência de duas fases ternárias para o sistema Al-V-Zr a 1100°C com estequiometrias Zr0,9V0,4Al2,7 e Zr13V2Al5. O presente trabalho propõe, pela primeira vez na literatura, a projeção liquidus do sistema Al-V-Zr. Os resultados indicaram que a fase ternária Zr0,9V0,4Al2,7 é formada a partir do líquido. Os limites das regiões de precipitação primárias foram propostos, incluindo as transformações invariantes e monovariantes. A região de precipitação primária de ZrAl2 estende-se para o interior da projeção liquidus, tendo limites comuns com a maioria das outras fases, exceto pelos aluminetos de vanádio. Nesse estudo, das duas fases ternárias reportadas na literatura, somente a fase Zr0,9V0,4Al2,7 foi observada ser estável a 1200°C. Um outro composto foi observado, com protótipo Ti2Ni, que pode ser uma fase estabilizada por oxigênio com estequiometria Zr3V3O.
Título em inglês
Liquidus projection and isothermal section at 1200°C of the Al-V-Zr ternary system
Palavras-chave em inglês
Al-V-Zr system
Isothermal section at 1200°C
Liquidus projection
Resumo em inglês
High Entropy Alloys in the Al-Nb-Ti-V-Zr system are being investigated in our research group aiming at the development of aerospace alloys for high temperature applications, having Al and metals with low density and high melting points. Phase diagrams are a necessary tool for the development and optimization of new alloys, indicating compositions to obtain a single-phase structure in solid solution. In this study, the liquidus projection as well as the 1200°C isothermal section of Al-V-Zr system is experimentally investigated. Several alloys were arc-melted under titanium gettered argon, using non-consumable tungsten electrode in a water-cooled copper crucible. The alloys were cut into 2 pieces, one part of was analyzed in the as-cast condition and the other part was heat treated at 1200°C for 10 days sealed in silica tubes under primary vacuum (~10-2 mbar) in order to achieve the thermodynamic equilibrium. The compositions and microstructures of the alloys were investigated by scanning electron microscopy (SEM) and electron microanalysis (EDS). The crystallographic structures were determined by X-ray diffraction (XRD) on powder using Cu-kα radiation. The existence of two ternary phases with the stoichiometry Zr0.9V0.4Al2.7 and Zr13V2Al5 at 1100°C is indicated in the literature. For the first time, the liquidus projection of the Al-V-Zr system is proposed, the results showing that the ternary phase Zr0.9V0.4Al2.7 is formed from liquid. The limits of primary precipitation fields are proposed, including the ternary invariant and monovariant reactions. The ZrAl2 primary precipitation region extends into the liquidus projection, limiting most of the others phases, except for vanadium aluminides. In this study, from the two ternary phases reported in the literature, only Zr0.9V0.4Al2.7 was observed at 1200°C. In addition, another new compound with Ti2Ni prototype was found, which may be a phase stabilized by oxygen with Zr3V3O stoichiometry.
 
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EMT23002_C.pdf (4.73 Mbytes)
Data de Publicação
2024-01-12
 
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