Analysis and control of SRS of Al-Mg alloys and TWIP steel for improved mechanical performanc

Nesta tese são apresentados estudos experimentais e microestruturais para a análise e controlo da sensibilidade à velocidade de deformação (SRS) da liga AA5182 e do aço TWIP com o objetivo de melhorar o comportamento mecânico destes materiais. Os aços TWIP são materiais com elevada resistência mecânica e excecional capacidade de encruamento, parâmetros que conduzem à absorção de uma quantidade significativa de energia antes de rotura. As ligas de AlMg são materiais leves, com boa resistência à corrosão e boas propriedades mecânicas. A larga variedade de aplicações, como por exemplo na indústria automóvel, permitirá melhorar a performance dos produtos e economizar energia. O maior problema destes materiais prende-se com a baixa ou negativa sensibilidade à velocidade de deformação que conduz a uma deformação heterogénea e limita a deformação após estricção. Neste trabalho são estudados métodos para melhorar a SRS das ligas de AlMg através de combinação de deformação plástica severa e tratamentos térmicos, e é investigada a origem física da baixa ou até negativa SRS do aço TWIP através de ensaios à escala macro, micro e nano. Estes estudos são complementados e sustentados por um amplo programa de observações microestructurais através de técnicas de microscopia TEM, SEM e EBSD. A deformação plástica severa na liga de AlMg foi aplicada através de laminagem. Foi demonstrado que o tipo de laminagem (simétrica versus assimétrica), o grau de redução de laminagem e o tratamento térmico realizado após a laminagem são os principais fatores que afetam a evolução da SRS. Especificamente, o aumento do grau de laminagem (de 50% para 90%) resulta num aumento da SRS. A técnica de laminagem assimétrica inversa (ASRR) revelou ser a mais eficiente no aumento do SRS, sendo que esta produz a maior deformação equivalente no material. Adicionalmente, para este tipo de laminagem e uma redução da espessura de 90%, verificou-se que a tensão de cedência aumenta para um tratamento térmico mais longo (de 30min a 120min). Conjetura-se que o processo físico associado ao comportamento observado está relacionado com a movimentação de ida e volta de solutos de Mg da solução sólida para precipitados/cachos durante o processo de laminagem e posterior tratamento térmico. A investigação à sensibilidade da velocidade de deformação de aço TWIP com base em testes mecânicos e caracterização microestrutural foi outro objetivo desta tese. Demonstrou-se que as amostras testadas com uma velocidade de deformação reduzida apresentam uma densidade de maclas maior do que as amostras testadas a uma velocidade de deformação maior. À escala macroscópica este traduz-se numa taxa de encruamento maior para velocidades reduzidas, conduzindo a um coeficiente de sensibilidade à velocidade de deformação em termos de taxa de encruamento negativo. Foi observada uma diminuição da SRS com o aumento da deformação, passando de valores positivos a negativos. O presente estudo demonstrou a importância da medida de escala utilizada na investigação do SRS através de uma combinação de testes de micro- e nano-indentações. Nomeadamente, quando o material é testado a uma escala nanométrica, através de nano-indentação, as amostras pré-deformadas em tração com taxas de deformação menores apresentam sistematicamente uma dureza menor do que as amostras pré-deformadas com taxas mais elevadas. À medida que o volume de material testado aumenta, a dureza relativa das duas amostras passa gradualmente da tendência observada à escala nano para aquela observada à escala macroscópica. O efeito está ligado ao mecanismo de interação entre as estruturas de deslocações e maclas.