Estudo da influência do tratamento térmico a laser nas características dos aços avançados de alta resistência dual phase 600 e transformed induced plasticity 750

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Análise microestrutural e caracterização mecânica do aço AISI 4350 submetido a diferentes tratamentos térmicos

The multiphase steels are gaining increasing attention in scientific studies because of the different mechanical and microstructural properties that the material can achieve under different thermomechanical and heat treatments that can be submitted. In the present study, it was made a microstructural study thru the triple attack technic associated with optical microscopy and mechanical characterization of medium carbon AISI 4350 steel thru a tensile strength test, subjected to three routes of heat treatment: annealing, quenching and tempering and isothermal annealing. It was verified the predominance of ferrite-perlite constituent in the specimen annealed, martensitic in the quenched and tempered specimen and bainitic in the annealed isothermally specimen. The annealed material showed a higher ductility, while the hardened and tempered specimen showed the highest hardness and ultimately the bainitic specimen showed a combination of the two abovementioned mechanical properties. Thus, we proved that the multiphase steel SAE 4350 can be a versatile material with great potential for various industrial applications

Influência do comprimento do parafuso nas propriedades biomecânicas da placa de reconstrução bloqueada

Pós-graduação em Biotecnologia Animal - FMVZ

Análise microestrutural e caracterização mecânica do aço AISI 4350 submetido a diferentes tratamentos térmicos

The multiphase steels are gaining increasing attention in scientific studies because of the different mechanical and microstructural properties that the material can achieve under different thermomechanical and heat treatments that can be submitted. In the present study, it was made a microstructural study thru the triple attack technic associated with optical microscopy and mechanical characterization of medium carbon AISI 4350 steel thru a tensile strength test, subjected to three routes of heat treatment: annealing, quenching and tempering and isothermal annealing. It was verified the predominance of ferrite-perlite constituent in the specimen annealed, martensitic in the quenched and tempered specimen and bainitic in the annealed isothermally specimen. The annealed material showed a higher ductility, while the hardened and tempered specimen showed the highest hardness and ultimately the bainitic specimen showed a combination of the two abovementioned mechanical properties. Thus, we proved that the multiphase steel SAE 4350 can be a versatile material with great potential for various industrial applications

Influência do comprimento do parafuso nas propriedades biomecânicas da placa de reconstrução bloqueada

Pós-graduação em Biotecnologia Animal - FMVZ

Propriedades de soluções filmogênicas e de filmes de gelatina ou colágeno com extrato de boldo-do-Chile

Filmes à base de biopolímeros podem ser utilizados para produção de embalagens ativas, que além de proteger os alimentos, podem interagir com o produto. No caso de embalagens ativas com atividade antioxidante, tem-se privilegiado o uso de agentes antioxidantes naturais, considerando-se que o uso de antioxidantes sintéticos tem sido questionado, sobretudo em relação à sua inocuidade. Existem muitos extratos de plantas já conhecidos por sua atividade antioxidante, que têm sido utilizados com frequência em estudos de filmes à base de biopolímeros, não somente por serem ricos em polifenóis, mas principalmente por sua boa interação com a matriz polimérica. O extrato de boldo-do-Chile (Peumus boldus) possui atividade antioxidante comprovada, entretanto, não existem relatos sobre sua adição em filmes. Dessa forma, o objetivo geral desta tese foi o desenvolvimento de filmes à base de colágeno ou gelatina adicionados de extrato de boldo-do-Chile, com propriedades físicas e funcionais para seu emprego como embalagens bioativas. Foram realizadas as caracterizações (fenólicos totais, ABTS, DPPH, cor, °Brix e pH) do extrato aquoso de boldo-do-Chile, preparado em quatro diferentes temperaturas. Além disso, foram avaliadas as propriedades reológicas e térmicas da solução de gelatina, e também foram elaborados filmes com as soluções de gelatina e colágeno a partir de soluções filmogênicas com diferentes concentrações de macromoléculas e extrato de boldo. Esses filmes foram caracterizados para conhecimento de suas propriedades mecânicas (tração e perfuração), propriedades óticas (cor e opacidade), espessura, umidade e solubilidade em água. Uma concentração de macromoléculas foi escolhida para a realização de análises complementares, a saber: análises térmicas (DSC), cristalinidade por difração de raio X (DRX), permeabilidade ao vapor de água (PVA), microscopia eletrônica de varredura (MEV), brilho, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), ângulo de contato, propriedades de barreira UV/Visível e atividade antioxidante. A adição do extrato de boldo-do-Chile nos filmes de gelatina e colágeno produziu filmes com atividade antioxidante, sem prejuízo às demais propriedades estudadas. Observou-se que o extrato aquoso de boldo-do-Chile apresentou propriedades antioxidantes, mas que foram dependentes da temperatura de extração. O extrato de boldo-do-Chile foi capaz de modificar as propriedades térmicas das soluções filmogênicas de gelatina, não sendo observado efeito nas análises reológicas. Por outro lado, o extrato aquoso de boldo-do-Chile não influenciou as propriedades mecânicas, solubilidade, umidade, cristalinidade e a permeabilidade ao vapor de água dos filmes de gelatina ou colágeno. Algumas propriedades térmicas sofreram efeito dos extratos, mas as análises de FTIR não mostraram a formação de novas interações. As propriedades óticas e de barreira UV/Visível foram influenciadas pelo extrato de boldo-do-Chile, sendo que os filmes se apresentaram mais amarelados com o aumento da concentração do extrato de boldo-do-Chile. As micrografias mostraram filmes de gelatina bastante homogêneos e filmes de colágeno com superfícies mais rugosas. Os resultados de brilho e ângulo de contato corroboraram com estas respostas. Em conclusão, os filmes de ambas macromoléculas apresentaram atividade antioxidante, podendo dessa forma, serem considerados como filmes ativos.

Efeitos da soldagem por laser de fibra de Yb na microestrutura do compósito A356/SiCp

Materiais compósitos são projetados e fabricados para várias aplicações de alto desempenho, incluindo componentes para os segmentos automobilístico, aeroespacial, aeronáutico, naval, de defesa, de óleo e gás, energia eólica e até equipamentos esportivos. Porém, a união por soldagem de Compósitos de Matriz Metálica de Alumínio (Al-CMM) ainda é um grande obstáculo para a maior disseminação desta classe de materiais estruturais. As mudanças microestruturais decorrentes do ciclo de soldagem e/ou do tratamento térmico afetam sensivelmente as propriedades mecânicas e físico-químicas finais da junta e do metal base nas proximidades de mesma, daí a importância de se estudar a evolução microestrutural que prospera nestas etapas. O presente trabalho caracterizou a microestrutura do compósito liga-A356/SiCp soldado por laser de fibra de Itérbio, empregando-se nessa tarefa técnicas de microscopia óptica, radiografia e microscopia eletrônica de varredura, assim como difração de raios-X e de elétrons retroespalhados, ensaio instrumentado de dureza e microtomografia computadorizada. O foco das análises realizadas restringiu-se à geometria dos cordões de solda, à expulsão de SiC particulado da zona soldada, à volatilização de elementos químicos da poça de soldagem, à formação de precipitados fragilizantes de Al4SiC4 em formato de agulhas no cordão de solda e à determinação das regiões com concentração de poros, todos estes fenômenos tendo efeitos nocivos, em maior ou menor extensão, no desempenho global da junta do Al-CMM soldada a laser, notadamente em suas propriedades mecânicas e eletroquímicas.

Avaliação da influência de aplicação de vibração mecânica na microestrutura e em características mecânicas de juntas do aço inoxidável martensítico CA6NM soldadas pelo processo FCAW

O aço inoxidável martensítico ASTM A743 CA6NM é utilizado para produzir componentes especiais para turbinas hidráulicas, devido às suas boas propriedades mecânicas combinadas com alta resistência à corrosão e cavitação e uma boa soldabilidade. As turbinas hidráulicas são produzidas por meio de múltiplos passes de solda em peças espessas obtidas por fundição. Durante a operação, estes componentes estão sujeitos à erosão por cavitação e trincas em regiões tensionadas, que são reparados também por meio de soldagem. Após o processo de soldagem, um tratamento térmico pós-soldagem é comumente utilizado para aliviar as tensões residuais. Porém, existem dificuldades significativas para a realização de tratamento térmico nas turbinas hidráulicas, tais como a complexidade da geometria de solda, a possibilidade de distorção no caso de quaisquer cargas mecânicas, dificuldade em aquecer simetricamente, e também o tratamento térmico pode causar degradação das propriedades do material. Assim, existe um grande interesse no desenvolvimento de procedimentos de soldagem que elevem a tenacidade ao impacto e evitem o tratamento térmico pós-soldagem. Neste trabalho, a aplicação de vibrações mecânicas durante e após a soldagem para aliviar tensões residuais foram avaliadas em juntas de aço inoxidável martensítico CA6NM soldadas pelo processo Flux Cored Arc Welding (FCAW). A utilização de vibrações mecânicas para reduzir e redistribuir as tensões residuais das estruturas soldadas através da aplicação de carga vibratória pode gerar muitos benefícios. Testes de impacto Charpy (-20 °C), ensaios de tração e dobramento foram realizados conforme ASME IX, e perfis de microdureza nas diferentes regiões da solda foram conduzidos para a caracterização mecânica das juntas soldadas. A caracterização microestrutural foi realizada utilizando difração de raios X, microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados de propriedades mecânicas das amostras vibradas atenderam as exigências especificadas por norma, na qual o processo com tratamento térmico é recomendado para a soldagem deste tipo de aço, visando atingir os níveis de tenacidade do material original. Com relação à microestrutura não foram observados alterações significativas para as amostras vibradas em comparação com a condição \"como soldado\", porém para a condição com tratamento térmico pós-soldagem foi observado uma pequena quantidade de austenita retida, que são precipitadas após o tratamento térmico e permanecem finamente distribuídas após o resfriamento e auxiliam no ganho de tenacidade das juntas soldadas.

Estudo comparativo de utilização de SER, MIG/MAG e Friction Surfacing na reparação de braços de suspensão de VBTP-M113

Nas últimas décadas Friction Surfacing despertou bastante interesse por permitir revestir metais no estado sólido desenvolvendo-se a temperaturas inferiores às de fusão, evitando assim as afetações que dai advém. No presente trabalho existem dois blocos principais, um primeiro onde se caraterizou o material do braço de suspensão do M113, e um segundo onde se produziram revestimentos recorrendo às três técnicas de revestimento em estudo (FS, Fios Fluxados e SER), com o objetivo de se proceder ao seu estudo e comparação. No processo de caraterização do aço do braço, foram realizados diversos ensaios, dos quais se salientam os ensaios de durezas Vickers e os ensaios de faiscamento, concluindo-se que o aço que mais se assemelha com o do braço é o AISI 4140. Para a caraterização dos revestimentos foram definidos diferentes tipos de ensaios, Metalúrgicos e Mecânicos, com a finalidade principal de abranger uma ampla gama de solicitações semelhantes às que são requeridas ao componente em serviço. Nos ensaios Metalúrgicos foram avaliadas as ligações, a existência de defeitos, as ZTA e as alterações metalográficas. A avaliação das propriedades mecânicas foi obtida através de ensaios de dureza, desgaste, flexão em três pontos e Push-Pull. Da realização destes ensaios verificou-se que os revestimentos obtidos por FS apresentam melhores propriedades, tanto Metalúrgicas como Mecânicas Por fim, foi elaborada uma avaliação dos custos operacionais envolvidos na realização da reparação de um braço de suspensão, concluindo-se que FS, apesar de apresentar os revestimentos com melhores propriedades, é ainda uma tecnologia pouco viável economicamente, fato que se deve á baixa eficiência apresentada.

Efeito da moagem de alta energia na densificação e microestrutura do compósito AI2O3-Cu

The Cu-Al2O3 composite ceramic combines the phase of alumina, which is extremely hard and durable, yet very brittle, to metallic copper phase high ductility and high fracture toughness. These characteristics make this material a strong candidate for use as a cutting tool. Al2O3-Cu composite powders nanocrystalline and high homogeneity can be produced by high energy milling, as well as dense and better mechanical structures can be obtained by liquid phase sintering. This work investigates the effect of high-energy milling the dispersion phase Al2O3, Cu, and the influence of the content of Cu in the formation of Cu-Al2O3 composite particles. A planetary mill Pulverisatte 7 high energy was used to perform the experiments grinding. Al2O3 powder and Cu in the proportion of 5, 10 and 15% by weight of Cu were placed in a container for grinding with balls of hard metal and ethyl alcohol. A mass ratio of balls to powder of 1:5 was used. All powders were milled to 100 hours, and powder samples were collected after 2, 10, 20, 50 and 70 hours of grinding. Composite powders with compact cylindrical shape of 8 mm diameter were pressed and sintered in uniaxial matrix resistive furnace to 1200, 1300 to 1350 °C for 60 minutes under an atmosphere of argon and hydrogen. The heating rate used was 10°C/min. The powders and structures of the sintered bodies were characterized by XRD, SEM and EDS. Analysis TG, DSC and particle size were also used to characterize the milled powders, as well as dilatometry was used to observe the contraction of the sintered bodies. The density of the green and sintered bodies was measured using the geometric method (mass / volume). Vickers microhardness with a load of 500 g for 10 s were performed on sintered structures. The Cu-Al2O3 composite with 5% copper density reached 61% of theoretical density and a hardness of 129 HV when sintered at 1300 ° C for 1h. In contrast, lower densities (59 and 51% of the theoretical density) and hardness (110 HV and 105) were achieved when the copper content increases to 10 and 15%.

Comparação entre técnicas de nitretação em cátodo oco e gaiola catódica na deposição de TiN

The plasma nitriding has been used in industrial and technological applications for large-scale show an improvement in the mechanical, tribological, among others. In order to solve problems arising in the conventional nitriding, for example, rings constraint (edge effect) techniques have been developed with different cathodes. In this work, we studied surfaces of commercially pure titanium (Grade II), modified by plasma nitriding treatment through different settings cathodes (hollow cathode, cathodic cage with a cage and cathodic cage with two cages) varying the temperature 350, 400 and 430oC, with the goal of obtaining a surface optimization for technological applications, evaluating which treatment generally showed better results under the substrate. The samples were characterized by the techniques of testing for Atomic Force Microscopy (AFM), Raman spectroscopy, microhardness, X-ray diffraction (XRD), and a macroscopic analysis. Thus, we were able to evaluate the processing properties, such as roughness, topography, the presence of interstitial elements, hardness, homogeneity, uniformity and thickness of the nitrided layer. It was observed that all samples were exposed to nitriding modified relative to the control sample (no treatment) thus having increased surface hardness, the presence of TiN observed by XRD as per both Raman and a significant change in the roughness of the treated samples . It was found that treatment in hollow cathode, despite having the lowest value of microhardness between treated samples, was presented the lowest surface roughness, although this configuration samples suffer greater physical aggressiveness of treatment

Metodologia númerico-experimental para avaliação da espessura de filmes de nitreto de titânio obtidos por processamento a plasma

In recent decades, changes in the surface properties of materials have been used to improve their tribological characteristics. However, this improvement depends on the process, treatment time and, primarily, the thickness of this surface film layer. Physical vapor deposition (PVD) of titanium nitrate (TiN) has been used to increase the surface hardness of metallic materials. Thus, the aim of the present study was to propose a numerical-experimental method to assess the film thickness (l) of TiN deposited by PVD. To reach this objective, experimental results of hardness (H) assays were combined with a numerical simulation to study the behavior of this property as a function of maximum penetration depth of the indenter (hmax) into the film/substrate conjugate. Two methodologies were adopted to determine film thickness. The first consists of the numerical results of the H x hmax curve with the experimental curve obtained by the instrumental indentation test. This methodology was used successfully in a TiN-coated titanium (Ti) conjugate. A second strategy combined the numerical results of the Hv x hmax curve with Vickers experimental hardness data (Hv). This methodology was applied to a TiN-coated M2 tool steel conjugate. The mechanical properties of the materials studied were also determined in the present study. The thicknesses results obtained for the two conjugates were compatible with their experimental data.

Modificação do eletrodo AWS E7018 com adição de filmes finos externos de PVC e Al, para soldagem de aço C-Mn

This paper suggests modifications in coating of electrodes providing an alternative for execution of welding with low hydrogen electrode AWS E7018 without having to dry it, reducing thus the cost and time of manufacturing of high resistance welds. The welds in this research were developed with basic coated electrodes (hygroscopic) – SMAW process – externally painted with aluminum spray paint for high temperatures or wrapped with thin plastic films (PVC) and aluminum foil films used commonly for food protection. The basic premise is that establishing a barrier between the atmosphere and the electrode coating could reduce the effects of high hygroscopicity presented by coatings of low hydrogen, minimizing this way the main source of supply of hydrogen to the fusion pool during welding. It is also expected that the addition of new materials from the electrode coating to the fusion pool would induce metallurgical changes in the deposited metal and, as a consequence, modifications in its mechanical properties. This research dealt with measuring the dissolved hydrogen in the deposited metal after welding with modified electrodes, evaluating the influence of these changes in the produced microstructures and in the mechanical properties of the resulting weld, and comparing the obtained results with the standard welding procedures and with the recently developed waterproof electrodes. The results obtained in most samples welded with modified electrodes showed increased mechanical resistance and increased tenacity due to the increased percentage of acicular ferrite in metal deposited without significant elevation of hardness, when compared with the traditional welding with AWS E7018 electrode and with ELBRÁS BRH4R waterproof electrode. The diffusing hydrogen measured in the modified electrodes was kept inside the parameters defined by international codes.

Modificação do eletrodo AWS E7018 com adição de filmes finos externos de PVC e Al, para soldagem de aço C-Mn

This paper suggests modifications in coating of electrodes providing an alternative for execution of welding with low hydrogen electrode AWS E7018 without having to dry it, reducing thus the cost and time of manufacturing of high resistance welds. The welds in this research were developed with basic coated electrodes (hygroscopic) – SMAW process – externally painted with aluminum spray paint for high temperatures or wrapped with thin plastic films (PVC) and aluminum foil films used commonly for food protection. The basic premise is that establishing a barrier between the atmosphere and the electrode coating could reduce the effects of high hygroscopicity presented by coatings of low hydrogen, minimizing this way the main source of supply of hydrogen to the fusion pool during welding. It is also expected that the addition of new materials from the electrode coating to the fusion pool would induce metallurgical changes in the deposited metal and, as a consequence, modifications in its mechanical properties. This research dealt with measuring the dissolved hydrogen in the deposited metal after welding with modified electrodes, evaluating the influence of these changes in the produced microstructures and in the mechanical properties of the resulting weld, and comparing the obtained results with the standard welding procedures and with the recently developed waterproof electrodes. The results obtained in most samples welded with modified electrodes showed increased mechanical resistance and increased tenacity due to the increased percentage of acicular ferrite in metal deposited without significant elevation of hardness, when compared with the traditional welding with AWS E7018 electrode and with ELBRÁS BRH4R waterproof electrode. The diffusing hydrogen measured in the modified electrodes was kept inside the parameters defined by international codes.

Caracterização mecânica da liga AlSi10Mg obtida por SLM para aplicação em componentes automóveis

Este projeto visa efetuar a caracterização mecânica da liga AlSi10Mg obtida por SLM (Fundição de Metal por Laser) para aplicação em componentes automóveis. Ao longo deste projeto é efetuada uma pesquisa bibliográfica das tecnologias de fabrico rápido mais frequentemente aplicadas ao processamento de alumínios, abordando de forma específica a tecnologia SLM, bem como a influência dos seus parâmetros no processamento de ligas de alumínio. Será levado a cabo um estudo comparativo da liga AlSi10Mg fabricada por fundição em molde permanente com a obtida por SLM, analisando-se a microestrutura das ligas, bem como as suas propriedades mecânicas, através da realização de ensaios de dureza, tração, análise dinâmico-mecânica e fadiga. Deste modo será possível perceber as diferenças entre o comportamento mecânico da liga obtida por SLM e a liga obtida pelo método convencional. Em resultado do estudo realizado, observou-se que a liga AlSi10Mg obtida por SLM apresenta uma microestrutura muito mais fina do que a liga fabricada por fundição em molde permanente, o que lhe permite ter um comportamento mecânico superior na maioria dos ensaios mecânicos realizados. Assim, é possível aplicar a tecnologia SLM ao fabrico de componentes em alumínio no sector automóvel, visto ser possível obter propriedades mecânicas superiores ou equivalentes aos componentes fabricados pelos processos de fabrico convencionais.