Efeito da deformação plástica severa por ECAP na dureza e na condutividade elétrica da liga Cu-0,81Cr-0,07Zr
Data
2019-12-06
Autores
Dalan, Filipe Caldatto 
Orientadores
Cardoso, Kátia Regina
Tipo
Dissertação de mestrado
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Resumo
The combination of severe plastic deformation methods (SPD) and heat treatments of Cu-Cr-Zr system alloys provides an ultrafine grains (UFG) structure with nanometric second phase particles dispersed homogeneously in the copper matrix, conferring an excellent combination of mechanical strength and electrical conductivity, arousing interest in applications ranging from electric to nuclear industry. The Equal-Channel Angular Pressing (ECAP) is a promising method to be used as an additional treatment to the traditional thermomechanical processes to increase the mechanical resistance. In age-hardened alloys, in addition to an UFG structure, ECAP processing results in changes in the precipitation kinetics due to the interaction of second phase particles with the defects generated during deformation. The aim of this work was to study the effect of ECAP deformation on hardness and electrical conductivity of the commercial Cu-0,81Cr-0,07Zr alloy. The alloy in the as received condition (drawing and aged) was deformed by ECAP at room temperature and at 300°C. A second study plan was based on the combination of deformation by ECAP and heat treatments, in which samples were solution treated, submitted to ECAP and aged. The structural characterization was performed by X ray diffraction (XRD) and phase precipitation temperatures were analyzed by differential scanning calorimetry (DSC). The microstructural evolution was analyzed mainly by scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). The Vickers hardness (HV) and electrical conductivity were measured at each stage of thermomechanical treatment. It was observed in the studies of the alloys in as received condition that the average number of insoluble second phase particles in the copper matrix decreased more than 50% with the increase of the deformation. The exothermic reactions in DSC graphics only in the samples deformed by ECAP and the reduction of the lattice parameter of the copper matrix, indicates the deformation-induced dissolution of particles. These results were supported by the reduction of electrical conductivity, since the electron scattering is severely affected by distortions on the crystalline lattice caused by solute atoms in the matrix. In the samples deformed by ECAP with previous solid solution treatment, occured the increase in the precipitation kinetics during the aging stage, when compared to the only solution treated samples, the values of hardness peak were reached at lower temperatures of aging. In the samples with better hardness and electrical conductivity combinations, the hardness values were between 191 HV and 201 HV with a loss of the electrical conductivity between zero and 13% IACS. The mechanical strength was attributed to the combination of grain refinement, the increase in the density of dislocations and by the precipitation of nanometric second phase particles in the copper matrix. Finally, the influence of deformation by ECAP on the precipitation kinetics was verified, besides to provide hardness and electrical conductivity values higher than commercial Cu-Cr-Zr alloys.
A combinação de métodos de deformação plástica severa (SPD, do inglês Severe Plastic Deformation) e tratamentos térmicos em ligas do sistema Cu-Cr-Zr promove uma estrutura granular ultrafina (UFG, do inglês Ultra Fine Grain), com partículas de segunda fase nanométricas dispersas homogeneamente na matriz de cobre, conferindo uma excelente combinação entre resistência mecânica e condutividade elétrica, despertando o interesse em aplicações que abrangem da indústria elétrica a nuclear. A Prensagem Angular por Canais Iguais (ECAP, do inglês Equal Channel Angular Pressing) é um método promissor a ser utilizado como um tratamento adicional aos processos termomecânicos tradicionais para aumento de resistência mecânica. Em ligas endurecíveis por precipitação, além de uma estrutura UFG, a deformação por ECAP resulta em mudanças na cinética de precipitação, devido à interação das partículas de segunda fase com os defeitos gerados durante a deformação. O objetivo desse trabalho foi estudar o efeito da deformação por ECAP na dureza e na condutividade elétrica da liga comercial Cu-0,81Cr-0,07Zr. A liga na condição como recebida (trefilada e envelhecida) foi deformada por ECAP à temperatura ambiente e a 300°C. Um segundo plano de estudo foi baseado na combinação entre a deformação por ECAP e tratamentos térmicos, em que amostras foram solubilizadas, submetidas à ECAP e envelhecidas. A caracterização estrutural foi realizada através de difração de raios X (DRX) e as temperaturas de precipitação de fases foram estudadas através de calorimetria diferencial de varredura (DSC, do inglês Differential Scanning Calorimetry). A evolução microestrutural foi analisada principalmente por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). A dureza Vickers e a condutividade elétrica foram mensuradas em cada etapa do tratamento termomecânico. Observou-se nos estudos da deformação por ECAP da liga na condição como recebida, que o número médio de partículas de segunda fase insolúveis na matriz de cobre diminuiu em mais de 50% com o aumento da deformação. As reações exotérmicas nos gráficos de DSC apenas das amostras deformadas por ECAP e a redução do parâmetro de rede da matriz de cobre indicam a dissolução de partículas induzida por deformação. Esses resultados foram sustentados pela redução da condutividade elétrica, pois o espalhamento eletrônico é severamente afetado pelas distorções da rede cristalina causadas por soluto na matriz. Nas amostras deformadas por ECAP com prévia solubilização, ocorreu o aumento da cinética de precipitação durante a etapa de envelhecimento, quando comparado à amostra apenas solubilizada, atingindo valores de pico de dureza em menores temperaturas de envelhecimento. Nas amostras com melhores combinações entre dureza e condutividade elétrica, os valores de dureza foram entre 191 HV e 201 HV com perdas da condutividade elétrica entre zero e 13% IACS. A resistência mecânica foi atribuída à combinação do refino de grão, do aumento da densidade de discordâncias e da precipitação de partículas de segunda fase nanométricas na matriz de cobre. Por fim, foi constatada a influência da deformação por ECAP na cinética de precipitação, além de proporcionar valores de dureza e condutividade elétrica superiores a de ligas comerciais de Cu-Cr-Zr.
A combinação de métodos de deformação plástica severa (SPD, do inglês Severe Plastic Deformation) e tratamentos térmicos em ligas do sistema Cu-Cr-Zr promove uma estrutura granular ultrafina (UFG, do inglês Ultra Fine Grain), com partículas de segunda fase nanométricas dispersas homogeneamente na matriz de cobre, conferindo uma excelente combinação entre resistência mecânica e condutividade elétrica, despertando o interesse em aplicações que abrangem da indústria elétrica a nuclear. A Prensagem Angular por Canais Iguais (ECAP, do inglês Equal Channel Angular Pressing) é um método promissor a ser utilizado como um tratamento adicional aos processos termomecânicos tradicionais para aumento de resistência mecânica. Em ligas endurecíveis por precipitação, além de uma estrutura UFG, a deformação por ECAP resulta em mudanças na cinética de precipitação, devido à interação das partículas de segunda fase com os defeitos gerados durante a deformação. O objetivo desse trabalho foi estudar o efeito da deformação por ECAP na dureza e na condutividade elétrica da liga comercial Cu-0,81Cr-0,07Zr. A liga na condição como recebida (trefilada e envelhecida) foi deformada por ECAP à temperatura ambiente e a 300°C. Um segundo plano de estudo foi baseado na combinação entre a deformação por ECAP e tratamentos térmicos, em que amostras foram solubilizadas, submetidas à ECAP e envelhecidas. A caracterização estrutural foi realizada através de difração de raios X (DRX) e as temperaturas de precipitação de fases foram estudadas através de calorimetria diferencial de varredura (DSC, do inglês Differential Scanning Calorimetry). A evolução microestrutural foi analisada principalmente por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). A dureza Vickers e a condutividade elétrica foram mensuradas em cada etapa do tratamento termomecânico. Observou-se nos estudos da deformação por ECAP da liga na condição como recebida, que o número médio de partículas de segunda fase insolúveis na matriz de cobre diminuiu em mais de 50% com o aumento da deformação. As reações exotérmicas nos gráficos de DSC apenas das amostras deformadas por ECAP e a redução do parâmetro de rede da matriz de cobre indicam a dissolução de partículas induzida por deformação. Esses resultados foram sustentados pela redução da condutividade elétrica, pois o espalhamento eletrônico é severamente afetado pelas distorções da rede cristalina causadas por soluto na matriz. Nas amostras deformadas por ECAP com prévia solubilização, ocorreu o aumento da cinética de precipitação durante a etapa de envelhecimento, quando comparado à amostra apenas solubilizada, atingindo valores de pico de dureza em menores temperaturas de envelhecimento. Nas amostras com melhores combinações entre dureza e condutividade elétrica, os valores de dureza foram entre 191 HV e 201 HV com perdas da condutividade elétrica entre zero e 13% IACS. A resistência mecânica foi atribuída à combinação do refino de grão, do aumento da densidade de discordâncias e da precipitação de partículas de segunda fase nanométricas na matriz de cobre. Por fim, foi constatada a influência da deformação por ECAP na cinética de precipitação, além de proporcionar valores de dureza e condutividade elétrica superiores a de ligas comerciais de Cu-Cr-Zr.