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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Desenvolvimento de compósitos de titânio com reforço de B4C para aplicação em temperaturas elevadas no setor aeroespacial
Title Alternative: Development of titanium composites with B4C reinforcement for high temperature application in the aerospace sector
Author: Rielli, Vitor Vieira, 1991-
Advisor: Contieri, Rodrigo José, 1979-
Abstract: Resumo: Compósitos de matriz de titânio beta metaestável exibem potencial para usos em partes críticas de aeronaves, como nos motores, pois a matriz atende a diversos requisitos nesse tipo de aplicação em temperaturas ambiente e elevadas, como resistência à oxidação e corrosão, além de boa resistência mecânica e estabilidade térmica na condição envelhecida. Já os reforços aumentam a dureza, módulo de elasticidade e resistência mecânica, além de evitarem o crescimento dos grãos. O objetivo deste trabalho foi de aumentar as propriedades de dureza, módulo de elasticidade e resistência mecânica da liga de titânio beta metaestável Beta 21S introduzindo três teores de B4C na liga, 0,5%, 1,5% e 3% em peso de B4C. Como resultado obtiveram-se compósitos pela formação de partículas in-situ de TiB e TiC. Foram avaliados materiais na condição bruta de solidificação (BS), e após serem submetidos à tratamento térmico de solubilização, seguido por duas condições de resfriamento, rápida em água (RA) e lenta no forno (RF). Em todos as condições dos compósitos foram identificados precipitados de TiB e TiC, sendo que com a adição de 0,5% de B4C houve uma distribuição dendrítica das partículas finas na matriz de titânio, enquanto com 1,5% de B4C, próximo da composição eutética de ambos B e C em Ti, as partículas são maiores, porém somente com 3% de adição de B4C houve a formação de precipitados primários. O aumento gradual da adição de B4C reduziu o tamanho dos grãos de fase beta. Nos materiais BS e RA, o resfriamento foi rápido o suficiente para retenção total de fase beta na matriz. No material resfriado lentamente identificou-se fase alfa e o incremento no teor de B4C provocou um refinamento da fase alfa e estabilização da fase beta. As técnicas de difração de raios-X (DRX) e difração de elétrons retro-espalhados (EBSD) auxiliaram na identificação das fases presentes, sendo que a análise da fase alfa no material RF com maior teor de B4C, requereu técnicas de microscopia eletrônica de transmissão (MET), que associada a ferramenta ASTAR, permitiu a caracterização de fases com algumas dezenas de nanômetros de espessura. O interessante efeito do aumento da carga de indentação em ensaios de dureza foi investigado no material BS. A análise distinta da dureza da matriz e reforços foi feita por nanoindentação, e do compósito por ensaios de micro e macrodureza, sendo que para todas as cargas houve um aumento na dureza com a adição de B4C. Nos materiais RA houve um incremento da microdureza, resistência mecânica à compressão a frio e a quente, e módulo de elasticidade pela presença das partículas in-situ. Nos materiais RF, devido à menor presença de fase alfa no material com 3% de B4C, houve uma redução na microdureza nesta composição, porém, a resistência mecânica em temperatura ambiente aumentou com a adição de B4C

Abstract: Beta metastable titanium matrix composites exhibit potential for use in critical parts of aircraft, as in engines, as the matrix meets several requirements for this type of application at room and high temperatures, such as oxidation and corrosion resistance, and also good mechanical strength and thermal stability in aged condition. The reinforcements increase hardness, modulus of elasticity, mechanical strength, and avoid the grain growth. The objective of this work was to improve the hardness, modulus of elasticity and mechanical strength of the Beta 21S beta metastable alloy by adding three levels of B4C to the alloy, 0,5%, 1,5% e 3% in weight of B4C. As result, it was produced composite due to in-situ formation of TiB and TiC. Materials were analyzed in as-cast condition (BS), and after being submitted to a solubilization heat treatment, with two cooling rates, fast in water (RA) and slow in the furnace (RF). TiB and TiC precipitates were identified in all materials, and with the addition of 0.5% of B4C there was a dendritic distribution of the fine particles in the titanium matrix, while with 1.5% of weight of B4C, which is close to the eutectic composition of both B and C in Ti, the particles are larger, but only with 3% of weight addition of B4C there was the formation of primary precipitates. The gradual increase of the addition of B4C reduces the size of the grains of beta phase. In the BS and RA materials, the cooling was fast enough for total retention of beta phase in the matrix. In the slowly cooled material alpha phase was identified and the increase in B4C content caused a refinement of the alpha phase and stabilization of the beta phase. X-ray diffraction (XRD) and electron backscattered diffraction (EBSD) techniques helped to identify the present phases, and the analysis of the alpha phase in the RF material with higher B4C content required transmission electron microscopy (TEM) techniques, that associated with the ASTAR tool, allowed the characterization of phases with a few nanometers of thickness. The interesting effect of increasing the indentation load on hardness tests was investigated in the BS material. The different analysis of the hardness of the matrix and reinforcements was made by nanoindentation, and of the composite by micro and macrohardness tests, and for all the loads there was an increase in the hardness with the addition of B4C. In the RA materials, there was an increase in microhardness and mechanical strength in room and hot compression tests due to the presence of in-situ particles. In the RF materials, due to the lower amount of alpha phase in the material with 3% of B4C, there was a reduction in microhardness in this composition, however, the mechanical strength at room temperature increased with the addition of B4C
Subject: Ligas de titanio - Propriedades mecânicas
Compósitos
Microestrutura
Nanoindentação
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2018
Appears in Collections:FCA - Tese e Dissertação

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