Comportamento em desgaste por erosão cavitação, erosão - corrosão e em ensaios de microesclerometria linear instrumentada de um aço inoxidável martensítico AISI 410 nitretado a plasma em baixa temperatura, utilizando a tecnologia de tela ativa.

Amostras de um aço inoxidável martensítico AISI 410 temperado e revenido foram nitretadas a plasma em baixa temperatura usando o tratamento de nitretação plasma DC e a nitretação a plasma com tela ativa. Ambos os tratamentos foram realizados a 400 °C, utilizando mistura gasosa de 75 % de nitrogênio e 25 % de hidrogênio durante 20 horas e 400 Pa de pressão. As amostras de aço AISI 410 temperado e revenido foram caracterizadas antes e depois dos tratamentos termoquímicos, usando as técnicas de microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, medidas de microdureza, difração de raios X e medidas de teor de nitrogênio em função da distância à superfície por espectrometria WDSX de raios X. A resistência à erosão por cavitação do aço AISI 410 nitretado DC e com tela ativa foi avaliada segundo a norma ASTM G32 (1998). Os ensaios de erosão, de erosão - corrosão e de esclerometria linear instrumentada segundo norma ASTM C1624 (2005) somente foram realizados no aço AISI 410 nitretado com tela ativa. Ensaios de nanoindentação instrumentada forma utilizados para medir a dureza (H) e o módulo de elasticidade reduzido (E*) e calcular as relações H/E* e H3/E*2 e a recuperação elástica (We), utilizando o método proposto por Oliver e Pharr. Ambos os tratamentos produziram camadas nitretadas de espessura homogênea constituídas por martensita expandida supersaturada em nitrogênio e nitretos de ferro com durezas superiores a 1200 HV, porém, a nitretação DC produziu maior quantidade de nitretos de ferro do que o tratamento de tela ativa. Os resultados de erosão por cavitação do aço nitretado DC mostraram que a precipitação de nitretos de ferro é prejudicial para a resistência à cavitação já que reduziu drasticamente o período de incubação e aumentou a taxa de perda de massa nos estágios iniciais do ensaio; entretanto, depois da remoção desses nitretos de ferro, a camada nitretada formada somente por martensita expandida resistiu bem ao dano por cavitação. Já no caso do aço nitretado com tela ativa, a resistência à erosão por cavitação aumentou 27 vezes quando comparada com o aço AISI 410 sem nitretar, fato atribuído à pequena fração volumétrica e ao menor tamanho dos nitretos de ferro presente na camada nitretada, às maiores relações H/E* e H3/E*2 e à alta recuperação elástica da martensita expandida. A remoção de massa ocorreu, principalmente, pela formação de crateras e de destacamento de material da superfície dos grãos por fratura frágil sem evidente deformação plástica. As perdas de massa acumulada mostradas pelo aço nitretado foram menores do que aquelas do aço AISI 410 nos ensaios de erosão e de erosão corrosão. O aço nitretado apresentou uma diminuição nas taxas de desgaste em ambos os ensaios de aproximadamente 50 % quando comparadas com o aço AISI 410. O mecanismo de remoção de material foi predominantemente dúctil, mesmo com o grande aumento na dureza. Os resultados de esclerometria linear instrumentada mostraram que a formação de martensita expandida possibilitou uma diminuição considerável do coeficiente de atrito em relação ao observado no caso do aço AISI 410 sem nitretar. O valor de carga crítica de falha foi de 14 N. O mecanismo de falha operante no aço nitretado foi trincamento por tensão.

Abrasão de ferro fundido cinzento: aplicação a motores automotivos.

Uma parte significativa das perdas por atrito num motor automotivo resulta da ação de partículas abrasivas. Dentre as fontes possíveis, podem ser citados o próprio meio ambiente - partículas que passam pelo filtro de ar - o desgaste de partes metálicas do motor ou mesmo resíduos de combustão. Essas partículas podem ficar encrustadas em anéis do pistão, ou ficar na interface entre pistão e bloco ou camisa, e são responsáveis por sulcos axiais, na direção do movimento do pistão, observáveis em motores usados. O objetivo deste trabalho foi obter um melhor entendimento dos mecanismos de desgaste relacionados com o sulcamento de camisa/bloco e identificar conjuntos de testes laboratoriais capazes de reproduzi-los sob condições controladas. Amostras de ferro fundido cinzento (FoFo) e de aço AISI 1070 com dureza de matriz próxima daquela encontrada em FoFo (?200HV30) foram submetidas a ensaios de riscamento em tribômetros. Verificou-se que riscos executados com um endentador cônico submetido a cargas na faixa de 20 a 50 mN eram similares aos sulcos observados em camisas ou blocos. Ensaios com outros materiais, como alumínio e latão e mesmo aço de diferentes durezas contribuíram para melhorar o entendimento dos resultados. Não foi observada transição brusca entre mecanismos de abrasão. O cálculo do fator de remoção de material, fab, a partir de perfilometria óptica resultou em valores com dispersão elevada; não foi possível associa-los aos diferentes mecanismos de abrasão observados. Valores obtidos para o coeficiente de atrito no riscamento permitiram fazer uma estimativa inicial de energia gasta nos processos abrasivos do motor.

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%.

Avaliação do desempenho do aço D6 tratado termicamente e netretado em plasma com gaiola catódica visando aplicação industrial

In this research there was an evaluation of the best conditions of nitriding in plasma within a cathodic cage at an atmosphere of 80% N2-20%H2 in samples of tool manganese steel AISI D6, cold working, treated thermally in the following conditions: tension relief, treated thermally to temperature of maximum heat, temperate heat and temperate and temperate heat. A pressure of 2.5mbar and temperatures of 400 and 300ºC com treatment time of two and three hours were used to evaluate its performance as cutting tool (punch) of bicycle backs. Hardness, micro-structural aspects (layer thickness, interface, grain size etc), and crystal phases on the surface were appraised. When treated to tension relief, thermally treated to maximum heat temperature, temperature and temperate heat, the samples presented hardness levels of 243HV, 231HV, 832HV, and 653HV, respectively. The best nitrification conditions were: four hours and 300ºC for heat samples. A superficial hardness of 1000HV and a 108µm thickness for the nitrided layer were found in these samples

Desarrollo e implementación de modelo de predicción en procesos de temple por inducción para un acero AISI-SAE 1043

La fabricación de los componentes automotrices engloba una gran cantidad de procesos de manufactura los cuales van desde el proceso de fundición del acero, forjados, mecanizados y tratamientos térmicos, entre otros. Estos procesos se llevan a cabo con el objetivo de lograr que el componente a fabricar cumpla con lo especificado y tenga un buen desempeño en su funcionalidad. La gran mayoría de los componentes son fabricados a partir de aceros aleados, aceros al carbono de baja y media aleación los cuales son posteriormente tratados térmicamente para mejorar sus propiedades mecánicas. Uno de los tratamientos térmicos más utilizados es el temple superficial, el cual tiene como objetivo principal endurecer la superficie del componente para mejorar su resistencia a la flexión, resistencia al desgaste, resistencia al impacto, entre otras propiedades mecánicas. La inducción electromagnética, o simplemente "inducción", es un método de calentamiento de materiales eléctricamente conductores tales como metales. Como su nombre implica, el calentamiento por inducción se basa en las corrientes eléctricas que son inducidas internamente en el material a calentar, es decir, la pieza de trabajo. La experimentación realizada durante este trabajo de tesis fue dividida en 2 etapas: • Proceso de temple por inducción actual (Técnica de escaneo). • Proceso de temple por inducción propuesto (Técnica calentamiento estático). Durante la etapa de experimentación del proceso de temple por inducción actual se llevó a cabo la validación de los resultados de temperatura superficial mediante la toma de video de una cámara termografía realizando un comparativo con los resultados de la simulación de calentamiento. Posteriormente se realizó la simulación del proceso de temple y transformación de fase martensita con su respectiva validación mediante corte y evaluación metalúrgica de muestra, además de la comparación de resultados de durezas obtenidos durante el proceso de temple y los resultados obtenidos en la simulación. La segunda etapa del proceso de temple por inducción fue llevada a cabo con la colaboración del personal del laboratorio de aplicaciones de GH Induction. Durante esta etapa se realizaron 2 propuestas de diseño de bobinas y se realizaron las pruebas de simulación así como las validaciones físicas y metalúrgicas. Previo a las pruebas se realizaron cálculos teóricos para establecer los parámetros iniciales del proceso mediante las gráficas de Lozinski. Los resultados obtenidos durante las etapas de este proyecto fueron satisfactorios. En la primer etapa se logró simular en 2D el proceso actual de temple por inducción obteniendo una aproximación cercana al 90% en los resultados de temperaturas, transformación de fase y dureza. Este modelo y los resultados obtenidos fueron utilizados como parámetros de entrada para la segunda etapa. Durante la segunda etapa los resultados obtenidos durante las simulaciones mostraron que el diseño de bobinas 1 no sería efectivo al momento de calentar la zona del diámetro interno, por lo cual se descartó la fabricación de estas bobinas. La propuesta número 2, incluyó el uso de concentradores de flujo magnético, los cuales colaboran a dirigir el campo magnético en zonas específicas. Los resultados obtenidos durante la simulación 3D de la propuesta 2 fueron satisfactorios por lo cual se decidió fabricar las bobinas y llevar a cabo las pruebas físicas. Los resultados finales obtenidos de transformación de fase comparados con las pruebas físicas tiene una aproximación de 90%. En conclusión, fue posible el desarrollo de un modelo para la simulación del proceso de calentamiento por inducción para componentes automotrices con geometría compleja. Como contribución principal esta modelación validó el diseño de bobinas con las cuales se logró obtener una disminución en el tiempo ciclo del proceso del husillo de 36.4% y un ahorro en la energía consumida de 22.3% medida en la unidad de kWsegundo.

Determinação do perfil térmico em amostras de aço AISI M35 imersas em plasma

The heat transfer between plasma and a solid occurs mostly due the radiation and the collision of the particles on the material surface, heating the material from the surface to the bulk. The thermal gradient inside the sample depends of the rate of particles collisions and thermal conductivity of the solid. In order to study that effect, samples of AISI M35 steel, with 9,5 mm X 3,0 mm (diameter X thickness) were quenched in resistive furnace and tempereds in plasma using the plane configuration and hollow cathode, working with pressures of 4 and 10 mbar respectively. Analyzing the samples microstructure and measuring the hardness along the transversal profile, it was possible to associate the tempered temperature evaluating indirectly the thermal profile. This relation was obtained by microstructural analyzes and through the hardness curve x tempered sample temperature in resistive furnace, using temperatures of 500, 550, 600, 650 and 700°C. The microstructural characterization of the samples was obtained by the scanning electron microscopy, optic microscopy and X-ray diffraction. It was verified that all samples treated in plasma presented a superficial layer, denominated affected shelling zone, wich was not present in the samples treated in resistive furnace. Moreover, the samples that presented larger thermal gradient were treated in hollow cathode with pressure of 4 mbar

Compósitos de matriz metálica à base níquel com adição de TaC e NbC produzidos via metalurgia do pó

Carbide reinforced metallic alloys potentially improve some important mechanical properties required for the overall use of important engineering materials such as steel and nickel. Nevertheless, improved performance is achieved not only by composition enhancement but also by adequate processing techniques, such as novel sintering methods in the case of powder metallurgy. The method minimizes energy losses in addition to providing uniform heating during sintering. Thus, the general objective of this study was to evaluate the density, hardness, flexural strength, dilatometric behavior and to analyze the microstructure of metal matrix composites based nickel with addition of carbides of tantalum and / or niobium when sintered in a conventional furnace and Plasma assisted debinding and sintering (PADS). Initially, were defineds best parameters of granulation, screening and mixing procedure. After, mixtures of carbonyl Ni and 5%, 10% and 15 wt.% NbC and TaC were prepared in a Y-type mixer under wet conditions during 60 minutes. The mixtures were then dried and granulated using 1.5 wt. % paraffin diluted in hexane. Granulates were cold pressed under 600 MPa. Paraffin was then removed from the pressed pellets during a pre-sintering process carried out in a tubular furnace at 500 °C during 30 min. The heating rate was 3 ºC/min. The pellets were then sintered using either a plasma assisted reactor or a conventional resistive tubular furnace. For both methods, the heating rate was set to 8 ºC/min up to 1150 °C. The holding time was 60 minutes. The microstructure of the sintered samples was evaluated by SEM. Brinell hardness tests were also carried out. The results revealed that higher density and higher hardness values were observed in the plasma-assisted sintered samples. Hardness increased with the concentration of carbides in the Ni-matrix. The flexural strength also increased by adding the carbides. The decline was larger for the sample with addition of 5% 5% TaC and NbC. In general, compositions containing added carbide 10% showed less porous and more uniform distribution of carbides in the nickel matrix microstructural appearance. Thus, both added carbide and plasma sintering improved density, hardness, flexural strength and microstructural appearance of the composites