Efeitos da adição de Cr na evolução microestrutural e no comportamento mecânico de ligas Al–Ce e sua resistência ao envelhecimento térmico

dc.contributor.advisor-co1Silva, Bismarck Luiz
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4377238190630005
dc.contributor.advisor1Spinelli, José Eduardo
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8882038118634925
dc.contributor.authorPaula, Anderson Damasceno de
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/5608473591819237
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0009-0007-9338-4566
dc.contributor.refereeAfonso, Conrado Ramos Moreira
dc.contributor.refereeReyes, Rodrigo André Valenzuela
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/2176215981291453
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/9357263200951932
dc.date.accessioned2026-05-25T14:22:32Z
dc.date.issued2026-02-27
dc.description.abstractThe development of aluminum alloys capable of operating between 250 °C and 400 °C remains challenging for commercial Al alloys due to rapid degradation of strengthening phases. The Al–Ce system emerges as a promising alternative because of the thermally stable Al₁₁Ce₃ intermetallic phase and the extremely low solubility and diffusivity of cerium in aluminum. This dissertation compares the Al–13 wt.%Ce and Al–10 wt.%Ce–1 wt.%Cr systems, evaluating the effect of cooling rate on solidification thermal parameters, microstructural evolution, and mechanical performance. Directional solidification experiments enabled correlations between growth velocity, cooling rate, thermal gradient, and dendritic and eutectic spacings. CALPHAD simulations predicted equivalent total intermetallic fractions for both alloys, while the ternary system exhibited the formation of primary Al₂₀CeCr₂. The eutectic morphology remained predominantly lamellar across the investigated cooling-rate range (0.7 to ~20 °C/s), with microstructural refinement directly governed by cooling conditions. Microhardness and compression tests showed improved mechanical performance at higher cooling rates due to refined intermetallic distributions and enhanced dislocation blocking. The ternary alloy exhibited superior compressive strength owing to the load-bearing contribution of Cr-rich primary particles. An automated digital image processing algorithm was also developed to quantify the morphological evolution of the Al–Al₁₁Ce₃ eutectic during aging at 400 °C for up to 100 hours. Results indicated high thermal stability, with subtle morphological changes and preservation of mechanical properties.eng
dc.description.resumoO desenvolvimento de ligas de alumínio capazes de operar entre 250 °C e 400 °C constitui um desafio para sistemas comerciais, devido à rápida degradação de suas fases de reforço. Nesse contexto, o sistema Al–Ce destaca-se pela formação da fase intermetálica termicamente estável Al₁₁Ce₃, associada à baixa solubilidade e difusividade do cério na matriz de alumínio. Esta dissertação compara os sistemas Al–13%Ce e Al–10%Ce–1%Cr (em peso), avaliando a influência das taxas de resfriamento sobre os parâmetros térmicos de solidificação, a evolução microestrutural e o comportamento mecânico. Experimentos de solidificação direcional permitiram correlacionar velocidade de crescimento, taxa de resfriamento e gradiente térmico com espaçamentos dendríticos e eutéticos. Simulações termodinâmicas via CALPHAD indicaram frações totais equivalentes de intermetálicos para ambas as ligas, enquanto o sistema ternário apresentou formação da fase primária Al₂₀CeCr₂. Observou-se morfologia eutética predominantemente lamelar em toda a faixa de taxas investigadas (0,7 a ~20 °C/s), sendo o refinamento microestrutural diretamente governado pela taxa de resfriamento. Ensaios de microdureza e compressão demonstraram que maiores taxas de resfriamento resultam em melhor desempenho mecânico, associado ao refino dos intermetálicos e ao aumento da eficiência de bloqueio ao movimento de discordâncias. A liga ternária apresentou maior resistência à compressão devido à contribuição mecânica das partículas primárias ricas em Cr. Adicionalmente, foi desenvolvido um algoritmo automatizado de Processamento Digital de Imagens (PDI) para quantificar a evolução morfológica do eutético Al–Al₁₁Ce₃ durante envelhecimento a 400 °C por até 100 horas. Os resultados indicaram elevada estabilidade térmica do sistema, com alterações morfológicas sutis e manutenção das propriedades mecânicas.
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.description.sponsorshipId88887.952689/2024-00
dc.identifier.citationPAULA, Anderson Damasceno de. Efeitos da adição de Cr na evolução microestrutural e no comportamento mecânico de ligas Al–Ce e sua resistência ao envelhecimento térmico. 2026. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, Campus São Carlos, 2026. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/24161.*
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/24161
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.centerCentro de Ciências Exatas e de Tecnologia - CCET
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
dc.relation.urihttps://doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.182476
dc.relation.urihttps://www.researchgate.net/publication/405165242_Influence_of_Chromium_on_the_Solidification_Kinetics_and_Microstructure_of_Al-Ce_Alloys_for_High-Temperature_Applications
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectLigas Al–Ce
dc.subjectSolidificação direcional
dc.subjectEstabilidade térmica
dc.subjectProcessamento digital de imagens
dc.subjectAl–Ce alloyseng
dc.subjectDirectional solidificationeng
dc.subjectThermal stabilityeng
dc.subjectDigital image processingeng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
dc.subject.ods9. Indústria, Inovação e Infraestrutura
dc.titleEfeitos da adição de Cr na evolução microestrutural e no comportamento mecânico de ligas Al–Ce e sua resistência ao envelhecimento térmico
dc.title.alternativeEffects of Cr addition on the microstructural evolution and mechanical behavior of Al–Ce alloys and their resistance to thermal agingeng
dc.typeDissertação

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