Efeito das adições de Zr no comportamento térmico, mecânico e magnético de ligas à base de Cu-Al-Mn-Ag
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Data
2020-10-19
Autores
Ferreira, Rogerio De Oliveira [UNIFESP]
Orientadores
Silva, Ricardo Alexandre Galdino Da [UNIFESP]
Tipo
Dissertação de mestrado
Título da Revista
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Resumo
Shape memory alloys are very interesting materials for research and technological development due to its unique properties related to the capacity of recovering from plastic deformation as result of temperature or pressure increasing. In addition, some of these materials could show other characteristics that draw attention of the researchers, for example, the various phase transitions presented on Cu-Al-based alloys or the magnetic properties obtained in some CuAlMn-based alloys. The CuAlMn-based alloys, depending on the composition, can present the β(A2) phase ordering during cooling, which promote the formation of the β3 (L21-Cu2MnAl) phase, that could show ferromagnetic behavior. The alloying elements addition on Cu-Al-Mn ternary system can modify its phase stability, its thermal, magnetic and mechanical characteristics, being a possible solution for the difficulty reconciling good thermal, magnetic and mechanic properties. This study intends to evaluate the effects of Zr addition on phase transformations of the Cu-9% Al-10% Mn-3% Ag alloy, during the heating of samples initially submitted to annealing. The characterizations were performed using the following experimental techniques: differential thermal analysis, differential scanning calorimetry, optical microscopy, scanning electron microscopy, X-ray diffractometry, energy dispersive X-ray spectroscopy, magnetization measurements and hardness measurements as function of the quenching temperature. The experimental data obtained for the initially annealed alloys showed that the Zr additions decreased the α-Cu phase grain size and favored the precipitation of Ag (in micrometric dimensions) preferably at the intergranular region. In terms of mechanical properties, the addition of 9%Zr promoted an increase in hardness, which may be related to the presence of intermetallic compounds observed in alloys with 9% of zirconium and to the reduction in density also observed in the same alloy. Zirconium also changed the solidification temperatures of the alloys to lower values, compared to the alloy without Zr. The presence of this alloying element prevented the formation of the T3-Cu3Mn2Al phase, which must have been decomposed to form the intermetallic compounds: ZrMn2 and Cu5Zr. It was also observed changes on the DSC curves of zirconium containing alloys, where the presence of a new endothermic peak was noted during heating of its alloys. This peak should be associated to Ag rich precipitates dissolution process that, in the quaternary alloy happens in lower temperature and was probably overlapped by another thermal event.
Ligas com memória de forma são materiais muito interessantes para pesquisa e desenvolvimento tecnológico, pois, apresentam propriedades únicas relacionadas a capacidade de recuperar-se de deformações pseudoplásticas em resposta ao aumento da temperatura ou pressão. Além disto, alguns destes materiais podem apresentar outras características que chamam atenção, como as diversas transições de fase apresentadas nas ligas do sistema Cu-Al, ou as propriedades magnéticas obtidas em algumas ligas do sistema Cu-Al-Mn. As ligas deste sistema, dependendo da composição, podem apresentar o ordenamento da fase β(A2) durante o resfriamento, para a formação da fase β3(L21-Cu2MnAl), que pode assumir comportamento ferromagnético. A adição de outros elementos de liga ao sistema ternário Cu-Al-Mn pode modificar a estabilidade de suas fases bem como suas características térmicas, magnéticas e mecânicas. Sendo essa, uma possível solução para a dificuldade em conciliar boas propriedades térmicas, magnéticas e mecânicas nestes materiais. Nesta dissertação foram avaliados os efeitos das adições de 7% e 9% de Zr (em massa) sobre as transformações de fase da liga Cu-9%Al-10%Mn-3%Ag, durante o aquecimento de amostras inicialmente submetidas ao recozimento. As caracterizações foram realizadas utilizando-se as seguintes técnicas experimentais: análise térmica diferencial, calorimetria exploratória diferencial, microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, difratometria de raios X, espectroscopia por dispersão de energias de raios X, medidas de magnetização em função do campo aplicado e medidas de variação da dureza em função da temperatura de têmpera. Os dados experimentais obtidos para as ligas inicialmente recozidas mostraram que as adições de Zr diminuíram o tamanho dos grãos da fase α-Cu e favoreceram a precipitação de Ag (em dimensões micrométricas) preferencialmente na região intergranular dessa fase. Em termos de propriedades mecânicas, a adição de 9% em massa de Zr promoveu um aumento de dureza, que pode estar relacionado com a presença de compostos intermetálicos observados nas ligas com 9% de zircônio e com a redução da densidade também observada na mesma liga. O zircônio também modificou a temperatura de solidificação das ligas para temperaturas mais baixas, em relação à liga sem Zr. A presença desse elemento de liga impediu a formação da fase T3-Cu3Mn2Al, que deve ter sido decomposta para a formação dos compostos intermetálicos ZrMn2 e Cu5Zr. Foram observadas mudanças nas curvas DSC das ligas contendo zircônio, nas quais nota-se a presença de um novo pico endotérmico durante o aquecimento, o qual deve estar relacionado com a dissolução dos precipitados ricos em prata, que na liga quaternária acontece em temperaturas mais baixas e estava sobreposto por outro evento térmico.
Ligas com memória de forma são materiais muito interessantes para pesquisa e desenvolvimento tecnológico, pois, apresentam propriedades únicas relacionadas a capacidade de recuperar-se de deformações pseudoplásticas em resposta ao aumento da temperatura ou pressão. Além disto, alguns destes materiais podem apresentar outras características que chamam atenção, como as diversas transições de fase apresentadas nas ligas do sistema Cu-Al, ou as propriedades magnéticas obtidas em algumas ligas do sistema Cu-Al-Mn. As ligas deste sistema, dependendo da composição, podem apresentar o ordenamento da fase β(A2) durante o resfriamento, para a formação da fase β3(L21-Cu2MnAl), que pode assumir comportamento ferromagnético. A adição de outros elementos de liga ao sistema ternário Cu-Al-Mn pode modificar a estabilidade de suas fases bem como suas características térmicas, magnéticas e mecânicas. Sendo essa, uma possível solução para a dificuldade em conciliar boas propriedades térmicas, magnéticas e mecânicas nestes materiais. Nesta dissertação foram avaliados os efeitos das adições de 7% e 9% de Zr (em massa) sobre as transformações de fase da liga Cu-9%Al-10%Mn-3%Ag, durante o aquecimento de amostras inicialmente submetidas ao recozimento. As caracterizações foram realizadas utilizando-se as seguintes técnicas experimentais: análise térmica diferencial, calorimetria exploratória diferencial, microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, difratometria de raios X, espectroscopia por dispersão de energias de raios X, medidas de magnetização em função do campo aplicado e medidas de variação da dureza em função da temperatura de têmpera. Os dados experimentais obtidos para as ligas inicialmente recozidas mostraram que as adições de Zr diminuíram o tamanho dos grãos da fase α-Cu e favoreceram a precipitação de Ag (em dimensões micrométricas) preferencialmente na região intergranular dessa fase. Em termos de propriedades mecânicas, a adição de 9% em massa de Zr promoveu um aumento de dureza, que pode estar relacionado com a presença de compostos intermetálicos observados nas ligas com 9% de zircônio e com a redução da densidade também observada na mesma liga. O zircônio também modificou a temperatura de solidificação das ligas para temperaturas mais baixas, em relação à liga sem Zr. A presença desse elemento de liga impediu a formação da fase T3-Cu3Mn2Al, que deve ter sido decomposta para a formação dos compostos intermetálicos ZrMn2 e Cu5Zr. Foram observadas mudanças nas curvas DSC das ligas contendo zircônio, nas quais nota-se a presença de um novo pico endotérmico durante o aquecimento, o qual deve estar relacionado com a dissolução dos precipitados ricos em prata, que na liga quaternária acontece em temperaturas mais baixas e estava sobreposto por outro evento térmico.