Design, powder metallurgy, sintering, and softwares for extremely hard multicomponent metal alloys
| dc.contributor.advisor | Restivo, Thomaz Augusto Guisard | |
| dc.contributor.author | Nonato, Raphael Basilio Pires | |
| dc.date.accessioned | 2024-09-25T17:08:34Z | |
| dc.date.available | 2024-09-25T17:08:34Z | |
| dc.date.issued | 2023 | |
| dc.description.abstract | Extremely hard multi-component metal alloys (EHMMAs) are required mainly when wear resistance is the most important requirement in a product. In view of this, researchers established some technical parameters to predict the stability of the resulting EHMMA and facilitate the design process of this alloy. Among the existing parameters, twenty-two were selected in this research to theoretically intend to ensure that EHMMA forms a stable solid solution. Associated with some of these parameters, there are five criteria from which the stability of the alloy is evaluated. Aiming to predict, streamline and facilitate the EHMMA design process, concomitantly with the calculation of the parameters involved and the availability of the status of the associated criteria, three softwares (PComp, DIAMOY 2.0, and SINT) were coded in Microsoft Visual Basic 6.0® and transformed into Windows® applications. The first one developed, the PComp, provides the minimum load necessary to compact the alloy powder, outlining, streamlining and trying to guarantee less porosity in the compacted for later sintering. The second software, DIAMOY 2.0, addresses the mass of each chemical element to compose the required EHMMA mass, in addition to calculating the values of twenty parameters and five associated criteria, and whether each established criterion is met. Depending on the results, this software can avoid laboratory experiments with alloys that would not present the possibility of constituting stable solid solutions associated to high hardnesses. The scheme of the experimental part of this thesis is translated into a flowchart of the process, in which nine different alloys are studied in terms of their obtainment, hardness, chemical composition, densification, and microstructure. As part of the results, the alloys are subjected to scanning electron microscopy (SEM), backscattered electron (BSE), and differential scanning calorimetry (DSC). Hardnesses up to 1054.96 Vickers were obtained. The maximum densification reached 98.54% of the theoretical. The results from DIAMOY 2.0 were validated by comparing two EHMMAs with a maximum relative error of 1.923% for one EHMMA and 3.183% for the other EHMMA. The third software, SINT, was developed to evaluate the densification of metal alloys and was applied to L4 alloy. Therefore, the main contributions of this research to the design of EHMMAs refer to: (a) gathering of parameters and criteria not yet used for the design of EHMMAs in a single computational tool, facilitating the evaluation of the design process; (b) establishing an EHMMA design framework; (c) creation of computational tools for powder compaction, EHMMA design and sintering for Windows® platform; (d) creation of metallic alloys not yet reported; (e) carrying out experiments with some alloys that have a predicted potential to form stable solid solutions with high hardness; (f) establishing a baseline for future improvements. | en |
| dc.description.abstract | Ligas metálicas multicomponentes extremamente duras (do inglês, extremely hard multi-component metal alloys, EHMMAs) são exigidas principalmente quando a resistência ao desgaste é o requisito mais importante em um produto. Diante disso, pesquisadores estabeleceram alguns parâmetros técnicos para prever a estabilidade da EHMMA resultante e facilitar o processo de projeto da referida liga. Dos parâmetros existentes, vinte e dois foram selecionados nesta pesquisa para teoricamente pretender assegurar que a EHMMA forme uma solução sólida estável. Associados a alguns desses parâmetros, existem cinco critérios a partir dos quais a estabilidade da liga é avaliada. Visando predizer, agilizar e facilitar o processo de projeto da EHMMA concomitantemente ao cálculo dos parâmetros envolvidos e disponibilização do status dos critérios associados, três programas de computador (PComp, DIAMOY 2.0, and SINT) foram codificados em Microsoft Visual Basic 6.0® e transformados em aplicativos de Windows®. O primeiro desenvolvido, o PComp, fornece a carga mínima necessária para compactar o pó de liga, delineando, agilizando e tentando garantir menor porosidade do compactado para posterior sinterização. O segundo software, DIAMOY 2.0, emite a massa de cada elemento químico para compor a massa da EHMMA necessária, além de calcular os valores de vinte parâmetros e cinco critérios associados, e se cada critério estabelecido é atendido. A depender dos resultados, este programa de computador pode evitar experimentos laboratoriais com ligas que não apresentariam possibilidade de constituírem soluções sólidas estáveis associadas à elevada dureza. O esquema da parte experimental desta tese traduz-se num fluxograma do processo, no qual são estudadas nove ligas diferentes em termos de sua obtenção, dureza, composição química, densificação e microestrutura. Como parte dos resultados, as ligas são submetidas a microscopia eletrônica de varredura (SEM), elétron retroespalhado (BSE) e calorimetria de varredura diferencial (DSC). Obteve-se durezas de até 1054,96 Vickers. A densificação máxima atingiu 98,54% da teórica. Os resultados provenientes do programa DIAMOY 2.0 foram validados pela comparação com duas EHMMAs, apresentando erro relativo máximo de 1,923% para uma EHMMA e 3,183% para a outra EHMMA. O terceiro software, SINT, foi desenvolvido para avaliar a densificação de ligas metálicas e foi aplicado à liga L4. Portanto, as principais contribuições desta pesquisa para o projeto de EHMMAs referem-se: (a) união de parâmetros e critérios ainda não utilizados para o projeto de EHMMAs numa única ferramenta computacional, facilitando a avaliação do processo de projeto; (b) estabelecimento de uma estrutura de projeto de EHMMAs; (c) criação de ferramentas computacionais para compactação de pó, projeto de EHMMAs e sinterização para a plataforma Windows®; (d) criação de ligas metálicas ainda não reportadas; (e) realização de experimentos com algumas ligas que apresentam uma predição de potencial para formar soluções sólidas estáveis com elevadas durezas; (f) estabelecimento de uma linha de base para melhorias futuras. | pt |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.uniso.br/handle/uniso/1738 | |
| dc.identifier.uri | https://doi.org/10.22482/dspace/297 | |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | |
| dc.subject | Ligas (Metalurgia) | |
| dc.subject | Metalurgia do pó | |
| dc.subject | Sinterização | |
| dc.subject | Programas de computador | |
| dc.subject.cnpq | TECNOLOGIA | |
| dc.title | Design, powder metallurgy, sintering, and softwares for extremely hard multicomponent metal alloys | |
| dc.type | Tese | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| local.description.program | Programa de Pós-graduação em Processos Tecnológicos e Ambientais | |
| relation.isAdvisorOfPublication | 0d164dce-571c-473e-8270-e4c7f628b03a | |
| relation.isAdvisorOfPublication.latestForDiscovery | 0d164dce-571c-473e-8270-e4c7f628b03a |