Avaliação do processamento por atrito linear em chapas da liga de titânio Ti-6Al-4V.

Esta tese tem por objetivo a aplicação do processamento por atrito linear na liga de titânio Ti-6Al-4V. Derivado da solda por atrito linear, é um processo recente desenvolvido na década de 90 para união de alumínio. Sua aplicação em outros tipos de materiais como aços e ligas de alto desempenho, em especial o titânio, tem interessado a industria. A metodologia utilizada nesta tese para avaliar o processamento por atrito linear, consistiu na execução de ensaios mecânicos de tração em condições mistas em chapas da liga de titânio Ti-6Al-4V. A máquina utilizada para o processamento das chapas foi um centro de usinagem CNC convencional, adaptado com dispositivos especiais. Além dos ensaios de tração em condições mistas, foram executadas medições de microdurezas nas regiões atingidas pelo processo, avaliação das microestruturas resultantes e medições de tensão residual para uma caracterização mais ampla do processo. As microestruturas na região processada são caracterizadas por uma estrutura totalmente transformada. As temperaturas de pico na região processada excederam a temperatura -transus durante o processamento e a transformação da fase + ocorreu durante a fase de resfriamento. A transformação da fase para resultou na formação de agulhas de fase nos contornos e pelo interior dos grãos da fase . Pequenas regiões com estrutura equiaxial de grãos ( globular) foram observados na zona de processamento. A abordagem dos resultados quantitativos foi feita de forma estatística, visando identificar os parâmetros de maior interação com os resultados observados. Foi identificado nesta tese que a rotação da ferramenta apresentou a maior influência nos resultados de tensão residual, microdureza e tensão de escoamento. Uma importante contribuição à modelagem da tensão de escoamento para materiais anisotrópicos é proposta, baseado em um critério de escoamento ortotrópico. Equações complementares baseadas nos testes mistos de tração e cisalhamento são propostas para modificar o modelo ortotrópico. O intuito deste modelo é indicar em que condições o material tem seu regime de escoamento atingido, podendo servir de base para simulações práticas de peças em condições similares.

Avaliação de massa e rugosidade superficial de pastilhas de Ti-6Al-4V com aplicação de nanopartículas de prata submetidos ao teste de escovação

Este estudo teve por objetivo avaliar a variação da massa e rugosidade de pastilhas de Ti-6Al-4V com e sem aplicação superficial de nanopartículas de prata coloidal (BSafe®) de dimensões 1,5 cm; 0,5 cm e 0,2 cm, submetidas à teste de escovação e imersão pelo período experimental de 10 anos. No teste de escovação, quinze espécimes de Ti-6Al-4V (TE), quinze com B-Safe® (BE) e quinze de PMMA (PE) como controle foram subdivididos em três condições de escovação: dentifrício comum (DC), dentifrício experimental (DE) e controle com água destilada (H2O) por 200 mil ciclos em máquina de escovação. Os resultados foram submetidos ao teste ANOVA a 2 critérios (condição de escovação e ciclos) e teste de Tukey (α=0,05) para comparações múltiplas. Foi observada variação de massa apenas quando a condição de escovação foi DC nos espécimes do grupo PE e TE. Houve diferença estatisticamente significante nos valores da variação de rugosidade no grupo TE e PE quando a condição de escovação foi DC; no grupo BE, houve diferença quando a condição foi DC e DE, porém em DE houve redução dos valores médios. No teste de imersão, objetivando analisar a ação dos dentifrícios sem o atrito das cerdas, seis espécimes de Ti-6Al-4V (TI) e seis com B-Safe® (BI) foram subdivididos em três condições de imersão: DC, DE e H2O pelo período de 244 horas. Os resultados foram submetidos ao teste t de student pareado. Não foi observada diferença estatística entre as variações de massa e rugosidade de nenhum dos corpos de prova após o teste. Complementar aos ensaios, foi realizado um protocolo de desinfecção com terapia fotodinâmica com azul de metileno pelo período de 4 semanas nos espécimes escovados. Após todos os testes, foi realizada espectrometria de energia dispersiva de raios-X (EDS) para caracterização dos elementos químicos presentes nos espécimes, onde não se observou variações. Os resultados sugerem que o DE é mais indicado para utilização com implantes, enquanto DC apresenta um poder abrasivo capaz de danificar a superfície do Ti-6Al- 4V. Não foi observado nenhum indício de corrosão em nenhum grupo testado.

Tenacidade ao impacto e resistência a fadiga de aço API 5L X70 modificado ao Nb

O transporte de gás e derivados de petróleo é realizado pelo uso de tubulações, denominadas de oleodutos ou gasodutos, que necessitam de elevados níveis de resistência mecânica e corrosão, aliadas a uma boa tenacidade à fratura e resistência à fadiga. A adição de elementos de liga nesses aços, Ti, V e Nb entre outros, é realizada para o atendimento destes níveis de resistência após o processamento termomecânico das chapas para fabricação destes dutos, utilizando-se a norma API 5L do American Petroleum Institute, API, para a classificação destes aços. A adição de elementos de liga em associação com o processamento termomecânico visa o refino de grão da microestrutura austenítica, o qual é transferido para a estrutura ferrítica resultante. O Brasil é o detentor das maiores reservas mundiais de nióbio, que tem sido apresentado como refinador da microestrutura mais eficiente que outros elementos, como o V e Ti. Neste trabalho dois aços, denominados Normal e Alto Nb foram estudados. A norma API propõe que a soma das concentrações de Nióbio, Vanádio e Titânio devem ser menores que 0,15% no aço. As concentrações no aço contendo mais alto Nb é de 0,107%, contra 0,082% do aço de composição normal, ou seja, ambos atendem o valor especificado pela norma API. Entretanto, os aços são destinados ao uso em dutovias pela PETROBRÁS que impõe limites nos elementos microligantes para os aços aplicados em dutovias. Deste modo estudos foram desenvolvidos para verificar se os parâmetros de resistência à tração, ductilidade, tenacidade ao impacto e resistência à propagação de trinca por fadiga, estariam em acordo com a norma API 5L grau X70 e com os resultados que outros pesquisadores têm encontrado para aços dessa classe. Ainda, como para a formação de uma dutovia os tubos são unidos uns aos outros por processo de soldagem (circunferencial), o estudo de fadiga foi estendido para as regiões da solda e zona termicamente afetada (ZTA). Como conclusão final observa-se que o aço API 5L X70 com Nb modificado, produzido conforme processo desenvolvido pela ArcelorMittal - Tubarão, apresenta os parâmetros de resistência e ductilidade em tração, resistência ao impacto e resistência a propagação de trinca em fadiga (PTF) similar aos aços API 5L X70 com teores de Nb = 0,06 % peso e aqueles da literatura com teores de Nb+Ti+V < 0,15% peso. O metal base, metal de solda e zona termicamente afetada apresentaram curvas da/dN x ΔK similares, com os parâmetros do material C e m, da equação de Paris, respectivamente na faixa de 3,3 - 4,2 e 1.3x10-10 - 5.0x10-10 [(mm/ciclo)/(MPa.m1/2)m].

Fadiga cíclica flexural de instrumentos Hyflex CM e TF Adaptive em diferentes situações experimentais

O presente estudo teve como objetivo avaliar a resistência à fadiga cíclica flexural dos instrumentos de níquel- titânio, Hyflex CM (Coltène, EUA) e TF Adaptive (SybronEndo, EUA) em diferentes situações experimentais. Todas as limas que foram selecionadas possuíam conicidade 0,04 e diâmetro de ponta 35. Utilizou-se um dispositivo desenvolvido especificamente para realizar o ensaio flexural dinâmico. Os instrumentos TF Adaptive foram divididos em 3 grupos de acordo com o ângulo de curvatura do ensaio: 45º, 60º e 90º e cada grupo subdividido em 2 subgrupos de acordo com o tipo de movimento: rotação contínua e Adaptive. Cada subgrupo era composto por 15 instrumentos TF Adaptive, totalizando 90 instrumentos. Quinze instrumentos Hyflex CM formavam o grupo 4, no ensaio com ângulo de curvatura 90 graus e rotação contínua. A simulação foi realizada em canais artificiais de aço com ângulo de 45, 60, 90 graus e raio 5m m. O número de ciclos e o tempo em segundos até a fratura foram tabulados e analisados. Entretanto, a fadiga cíclica flexural foi significante maior nos três grupos em movimento Adaptive. E as limas TF Adaptive em seu próprio movimento tiveram maior número de ciclos e tempo até a fratura quando comparadas as Hyflex CM no ensaio de 90 graus. Portanto, conclui-se que o sistema Adaptive (limas TF Adaptive + movimento Adaptive) foi mais seguro à resistência á fadiga flexural, e no ensaio de 90 graus o sistema Adaptive foi mais resistente quando comparado com as limas Hyflex CM no movimento de rotação contínua.

Estudo da cristalinidade de filmes finos de nitreto de índio e simulado pelo pacote de programas Wien2k

Neste trabalho, foi utilizado o método de deposição assistida por feixe de íons (IBAD na sigla em inglês) para produção de filmes finos de nitreto de índio em substratos de silício (111) e Safira-C. Variando as condições de deposição e utlilizando a técnica de difração de raios-X, investigou-se com o intuito de obter os parâmetros que resultam em filmes finos com melhor grau de cristalinidade. Os filmes produzidos a 380C apresentaram alta cristalinidade, superior àqueles a 250C. Temperaturas muito superiores a 380C não ocasionam a formação de filme cristalino de InN, como foi observado ao utilizar a temperatura de 480C; o mesmo se observa ao utilizar temperatura ambiente. Na temperatura considerada adequada ,de 380C, obteve-se que a utilização de Ra, ou seja, a razão de fluxo de partículas entre o nitrogênio e índio, em torno de 2,3 permite obter um melhor grau de cristalinização, o qual decresce conforme se diverge desse valor. A comparação entre difratogramas de amostras produzidas com e sem a evaporação prévia de titânio, o qual é possível observar um deslocamento dos picos do InN, indicam que o efeito Gettering permite a redução de impurezas no filme, principalmente de oxigênio. Utilizou-se a técnica de Retroespalhamento de Rutherford para obtenção da composição dos elementos e o perfil de profundidade. Notou-se uma forte mistura dos elementos do substrato de silício e safira com o nitreto de índio mesmo próximos a superfície. A presença indesejável de impurezas, principalmente o oxigênio, durante a deposição de filmes finos é praticamente inevitável. Desta forma, cálculos ab initio baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT) foram realizados para investigar defeitos isolados e complexos de oxigênio no nitreto de índio e a sua influência nas propriedades óticas. Considerou-se diferentes concentrações de oxigênio (x=2,76, 8,32, 11,11 e 22,22%) aplicando-se o método PBEsolGGA e TB-mBJ para o tratamento da energia e potencial de troca e correlação. Obteve-se que é energeticamente favorável o oxigênio existir principalmente como defeito carregado e isolado. Os resultados utilizando a aproximação de TB-mBJ indicam um estreitamento do bandgap conforme a concentração de oxigênio aumenta. Entretanto, a alta contribuição do efeito de Moss-Burstein resulta num efetivo alargamento do band gap, gerando valores de band gap ótico maiores que no do bulk de nitreto de índio.

Collective effects in light scattering from cold strontium clouds

A cold atomic cloud is a versatile object, because it offers many handles to control and tune its properties. This facilitates studies of its behavior in various circumstances, such as sample temperature, size and density, composition, dimensionality and coherence time. The range of possible experiments is constrained by the specifications of the atomic species used. In this thesis presents the work done in the experiment for laser cooling of strontium atoms, focusing on its stability, which should provide cold and ultracold samples for the study of collective effects in light scattering. From the initial apparatus, innumerous changes were performed. The vacuum system got improved and now reached lower ultra high vacuum due to the pre-baking done to its parts and adding a titanium-sublimation stage. The quadrupole trap were improved by the design and construction of a new pair of coils. The stability of the blue, green and red laser systems and the loss prevention of laser light were improved, giving rise to a robust apparatus. Another important point is the development of homemade devices to reduce the costs and to be used as a monitor of different parts of an cold atoms experiment. From this homemade devices, we could demonstrate a dramatic linewidth narrowing by injection lock of an low cost 461 nm diode laser and its application to our strontium experiment. In the end, this improved experimental apparatus made possible the study of a new scattering effect, the mirror assisted coherent back-scattering (mCBS).

Avaliação da radioatividade natural em tintas de uso comercial no Brasil

A radioatividade natural presente em solos, rochas e materiais de construção, devida ao 40K e às séries radioativas do 232Th e 238U é a principal contribuição à exposição externa aos seres humanos. Neste trabalho, determinou-se as concentrações de atividade de 226Ra (da série do 238U), 232Th e 40K presentes em 50 amostras de tintas látex de cor branca comercializadas no Brasil, especificamente, 15 do tipo econômico, 15 do tipo standard, 20 do tipo premium e em uma amostra de dióxido de titânio. As amostras foram seladas e armazenadas por um período mínimo de 30 dias para se alcançar o equilíbrio radioativo secular nas séries do 238U e do 232Th e medidas pela técnica analítica de espectrometria gama de alta resolução. As concentrações de atividade foram calculadas utilizando-se as médias ponderadas pelas incertezas do 214Pb e 214Bi para o 226Ra e médias ponderadas pelas incertezas do 228Ac, 212Pb e 212Bi para o 232Th. A concentração de atividade do 40K foi determinada pela sua transição única de 1460,8 keV. Fatores de autoatenuação gama foram calculados e utilizados para correção da concentração de atividade das amostras com densidade maior que 1,0 g.cm-3. Os índices radiológicos equivalente em rádio (Raeq), índice de concentração de atividade (Iγ), índice de risco à exposição gama interna (Hin), o índice de risco à exposição gama externa (Hex) e a taxa de dose (D) e dose efetiva anual (Def) foram calculados a partir das concentrações de atividade do 226Ra, 232Th e 40K. As concentrações de atividade de 226Ra das tintas variaram entre valores abaixo da atividade mínima detectável e 38,7 Bq.kg-1, as de 232Th variaram entre valores abaixo da atividade mínima detectável e 101,2 Bq.kg-1 e as de 40K variaram entre valores abaixo da atividade mínima detectável e 256 Bq.kg-1. O Raeq variou entre 1,41 Bq.kg-1 e 203 Bq.kg-1, o Iγ variou entre 0,0047 e 0,720, o Hin variou entre 0,0076 e 0,653 e o Hex variou entre 0,0038 e 0,549. A taxa de dose variou de 0,170 nGy.h-1 a 21,3 nGy.h-1 e a dose efetiva anual variou entre 0,83 μSv.a-1 e 104,2 μSv.a-1. Estes resultados mostram que as concentrações de atividades das tintas utilizadas neste estudo estão abaixo dos limites recomendados por Hassan et al. para Raeq (370 Bq.kg-1), pela Comissão Européia para o Iγ (limite de 2 para materiais superficiais) e pela Organização para Cooperação Econômica e Desenvolvimento para Hin e para Hex (ambos com limite de 1), para todas as 50 amostras estudadas, mostrando assim a segurança destas tintas com relação a proteção radiológica.

Otimização termodinâmica do sistema binário Ti-Si.

A otimização de sistemas do tipo Ti-Si-X requer que os sistemas binários estejam constantemente atualizados. O sistema Ti-Si foi investigado experimentalmente desde a década de 50 e poucos estudos usaram os dados experimentais para calcular o diagrama de fases Ti-Si usando modelamento termodinâmico. A otimização mais recente do sistema Ti-Si foi realizada em 1998, descrevendo a fase Ti5Si3 como um intermetálico não estequiométrico contendo três sub-redes e mostrando a presença da fase intermetálica estequiométrica Ti3Si. Dada a recente disputa sobre a cinética de precipitação e a estabilidade das fases Ti3Si e Ti5Si3 nos sistemas Ti-Si e Ti-Si-X, o canto rico em titânio do sistema Ti-Si (estável e metaestável) foi otimizado no presente trabalho. Os limites de estabilidade de fases, os valores dos erros pelo método dos mínimos quadrados do procedimento de otimização e os desvios padrões relativos das variáveis calculadas foram discutidos para inspirar a realização de mais trabalhos experimentais para investigar as reações eutetóides estáveis e/ou metaestáveis, ?->? + Ti3Si e ?->? + + Ti5Si3; e para melhorar cada vez mais as otimizações termodinâmicas do diagrama de fases do sistema Ti-Si.

Carbonatito de Jacupiranga, Estado de São Paulo

O distrito magmático alcalino de Jacupiranga constitui a ocorrência brasileira clássica de rochas alcalinas e ultrabásicas. Mencionado pela primeira vez por Bauer (1877) como jazida de minério de ferro, tornou-se conhecido através da descrição de Derby (1891), que propôs o termo jacupiranguito para as rochas alcalinas piroxeníticas aí correntes. Na mesma época, Hussak (1892, 1895, 1904) publicou descrições de minerais associados ao minério de ferro. Numerosas referências a Jacupiranga são encontradas na literatura especializada e de acordo com as preferências dos diversos autores e as tendências de cada época, o distrito foi citado como exemplo das mais variadas teorias petrogenéticas, principalmente da hipótese de Daly e Shand. Entretanto, a região nunca foi objeto de investigação realmente minuciosa. Por várias razões justifica-se um enxame e a descrição detalhada do carbonatito de Jacupiranga. Sob ponto de vista petrológico, as concepções sobre a gênese de rochas carbonáticas associadas a alcalinas evoluíram consideravelmente nos últimos anos. Numerosos estudos tendem a demonstrar o caráter magmático desses carbonatos, porém muitas de suas feições ainda permanecem sem explicação satisfatória. A descrição da localidade em questão visa contribuir para o acúmulo de observações necessárias à elaboração de hipóteses petrogenéticas, embora o estudo atual de nossos conhecimentos sobre a evolução dos magmas alcalinos ainda não permite a formulação de interpretações definitivas. Sob o ponto de vista industrial e econômico, um levantamento exato do carbonatito e dos minerais a ele associados é essencial. A interpretação correta da origem dos fosfatos residuais permite sua pesquisa e lavra racionais. Além disso, ocorre vultuosa reserva de carbonato de cálcio, fosfatos, óxidos de ferro e de titânio. O aproveitamento dessas matérias primas depende de sua caracterização geológica e mineralógica, tanto para a comprovação ) de toneladas exploráveis, como para o desenvolvimento de processos tecnológicos de concentração. No presente trabalho são apresentadas, as observações que pareceram de maior interesse geológico e econômico. Durante vários anos o autor teve oportunidade de realizar numerosas visitas à jazida de Jacupiranga e acompanhar o seu desenvolvimento. Recentemente, a lavra do minério residual e eluvial permitiu observações mais detalhadas do calcário não meteorizado, revelando sua extensão e riqueza em apatita. Pareceu então justificado sugerir à SERRANA SOCIEDADE ANÔNIMA DE MINERAÇÃO, concessionária do depósito, uma pesquisa preliminar da massa de carbonatito. Esse trabalho vem sendo executado de acordo com as recomendações do autor e consta de um levantamento a prancheta em escala 1:500 com intervalo de 1 metro entre curvas de níquel, coleta de aproximadamente 400 amostras na superfície do carbonatito, abertura de galerias de pesquisa e sondagens. Muitas centenas de análises químicas permitem a determinação exata dos teores dos principais elementos constituintes. Para os estudos mineralógicos foi examinada uma centena de lâminas delgadas e o resíduo insolúvel de 200 amostras de calcário. A granulação e a textura da rocha foi observada em algumas dezenas de amostras coloridas diferencialmente. Numerosos ensaios de cominuição, determinação dos teores nas frações granulométricas, de separação magnética e por líquidos pesados foram ainda realizados para a obtenção de elementos necessários aos estudos sobre processos de concentração industrial de apatita. Embora a pesquisa ainda não esteja concluída, seus resultados parciais são promissores. Verificou-se a existência de concentrações de apatita com dimensões de muitas dezenas de metros e teores acima de 15% de fosfato. Comprovou-se ainda grande tonelagem de calcário praticamente isento de sílica, com teor de magnésia inferior a 1.5%. Simultaneamente, as informações obtidas através dessa pesquisa permitem a caracterização da constituição química e litológica do carbonatito com precisão provavelmente superior à de qualquer ocorrência congênere.