Electrochemical study of modified non-functional bis-silane layers on Al alloy 2024-T3

In the last few years great efforts have been made in order to find and to develop environmentally friendly substitutes for Cr6+ pre-treatments applied on aluminium alloys used in the aircraft industry. Among the potential substitutes, silane layers have attracted considerable interest from researchers and from the industry. The present work investigates the anti-corrosion behaviour of (bis-1, 2-(triethoxysilyl) ethane (BTSE)) silane layers modified with Ce ions and/or silica nanoparticles applied on Al alloy 2024-T3 substrates. The corrosion behaviour was investigated in 0.1 M NaCl solution via d.c. polarization and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Contact angle measurements and XPS were used to assess information on the chemistry of the silane pre-treated surfaces. The results have shown that the introduction of additives improves the corrosion protection properties of the silane layer. (c) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Predicting the columnar-to-equiaxed transition for a distribution of nucleation undercoolings

A deterministic mathematical model for steady-state unidirectional solidification is proposed to predict the columnar-to-equiaxed transition. In the model, which is an extension to the classic model proposed by Hunt [Hunt JD. Mater Sci Eng 1984;65:75], equiaxed grains nucleate according to either a normal or a log-normal distribution of nucleation undercoolings. Growth maps are constructed, indicating either columnar or equiaxed solidification as a function of the velocity of isotherms and temperature gradient. The fields A columnar and equiaxed growth change significantly with the spread of the nucleation undercooling distribution. Increasing the spread Favors columnar solidification if the dimensionless velocity of the isotherms is larger than 1. For a velocity less than 1, however, equiaxed solidification is initially favored, but columnar solidification is enhanced for a larger increase in the spread. This behavior was confirmed by a stochastic model, which showed that an increase in the distribution spread Could change the grain structure from completely columnar to 50% columnar grains. (c) 2008 Acta Materialia Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Estudo de um equipamento de processamento de soldaduras por Friction Stir Welding

Este é um projeto I&D interno do INEGI, com as unidades DPS e LOME, que tem em vista a utilização de componentes disponíveis no INEGI para o estudo de um equipamento capaz de efetuar soldaduras por Friction Stir Welding. O equipamento já conta com controlo numérico para um sistema de três eixos e os respetivos motores, ficando assim encarregue de tirar o máximo proveito possível destes componentes. Este equipamento terá como finalidade munir o INEGI com um equipamento capaz de dar resposta a eventuais projetos externos/internos bem como para fins de investigação para a melhoria da qualidade do processo de soldadura. A conceção deste equipamento tem a particularidade das condições envolventes do processo nomeadamente os esforços desenvolvidos durante o processo de soldadura, em particular a força vertical (eixo da ferramenta) que é necessária fazer de forma a evitar a ascensão de material da junta de soldadura. A soldadura por Friction Stir Welding, é um processo de soldadura relativamente actual, desenvolvido em 1991 por Wayne Thomas pelo The Welding Institute que se sobrepõe aos métodos de soldadura convencionais, uma vez que não necessita de levar o/os materiais acima da sua temperatura de fusão, sendo um processo de soldadura no estado solido, o material não chega a fundir. Este processo consiste na utilização de uma ferramenta em rotação que que se desloca ao longo da junta de soldadura, que uma vez a fricção gerada entre a ferramenta e o material base gera calor que promove o aquecimento e quase fusão do material base. A ligação do material dá-se aquando a passagem da ferramenta na junta, misturando os materiais. Com o recurso a este método de fabrico é possível efetuar soldaduras com grande qualidade em materiais considerados de difícil soldabilidade pelos métodos convencionais, como por exemplo o Alumínio. Neste projecto foram estudadas varias soluções, contactados vários fornecedores e com o seu feedback foi desenvolvido o equipamento. Este projecto consiste essencialmente na análise estrutural e selecção de equipamentos. O equipamento final resultou de uma série de iterações e ideias de forma a optimizar toda estrutura para a magnitude dos esforços envolvidos, obtendo no final um equipamento capaz de cumprir os requisitos. No final prevêse um equipamento com a capacidade de suportar esforços verticais de 50

Simulação numérica do comportamento ao impacto de componentes para calçado de segurança

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica

Friction Stir Processing : a new microstructure improvement technique

In the present work, microstructure improvement using FSP (Friction Stir Processing) is studied. In the first part of the work, the microstructure improvement of as-cast A356 is demonstrated. Some tensile tests were applied to check the increase in ductility. However, the expected results couldn’t be achieved. In the second part, the microstructure improvement of a fusion weld in 1050 aluminium alloy is presented. Hardness tests were carried out to prove the mechanical propertyimprovements. In the third and last part, the microstructure improvement of 1050 aluminium alloy is achieved. A discussion of the mechanical property improvements induced by FSP is made. The influence of tool traverse speed on microstructure and mechanical properties is also discussed. Hardness tests and recrystallization theory enabled us to find out such influence

Paperikoneiden työskentelytasojen vaatimusten mukainen suunnittelu

Työtasojen kantavien rakenteiden on kestettävä riittävällä varmuudella mm. henkilökuormasta aiheutuvat jännitykset rakenneosissa. Lisäksi tasot eivät saa tuntua notkuvilta niillä käveltäessä, joten rakenteen siirtymille asetetaan rajoituksia. Työssä esitetään yleisimmin epäselvyyttä aiheuttaneet paperikoneiden työskentelytasoille asetetut vaatimukset. Vaatimukset ja niiden täyttäminen esitetään yksiselitteisellä tavalla esimerkiksi sovellettavien kuormitusten osalta. Materiaaliominaisuuksien osalta esitetään tärkeimmät työtasojen suunnittelussa huomioon otettavat asiat yleisimmille austeniittisille ruostumattomille teräksille ja alumiiniseoksille. Työtasorakenteiden mitoitusohjeet esitetään ritilöille, kulmaprofiilista valmistetuille jalkalistoille ja putkipalkista valmistetuille työtasojen kannattimille. Mitoituksessa otetaan myötöehdon ja siirtymärajoitusten lisäksi huomioon mm. levykenttien lommahdus. Kannattimien mitoituksessa otetaan huomioon vinoutuvien liitosten joustavuus ja kestävyys. Lisäksi esitetään mitoitusohjeet kitkaliitoksena toimivalle päätylevyliitokselle, johon kohdistuu mm. taivutus- ja vääntömomenttia.

Kehittyneiden hitsausprosessien soveltuvuus alumiinin ja hiiliterästen hitsaukseen

Diplomityössä tutkitaan hitsausprosessien kehitystä. Työn kirjallisen osan alku kuvaa hitsauksen nykypäivää ja tulevaisuutta sekä millainen on hitsaava Suomi. Kehittyneiden hitsausprosessien tarkastelu on jaettu hiiliterästen ja alumiinien hitsausprosesseihin. Hiiliteräksien hitsauksen osalta työssä esitellään kitkahitsaus pyörivällä työkalulla, muunnettu lyhytkaarihitsaus, laserhitsaus, laser-hybridihitsaus ja kapearailohitsaus. Alumiinien hitsauksen osalta työssä esitellään laserhitsaus, muunnettu lyhytkaarihitsaus, kitkahitsaus pyörivällä työkalulla ja vaihtovirta MIG hitsaus. Diplomityön käytännönosuudessa todennettiin hitsausprosessien kehitys. Ensimmäisissä hitsauskokeissa hitsattiin merialumiinia eri kaarityypeillä. Vertailua tehdään pulssihitsauksen, lankapulssihitsauksen sekä CMT-kaarihitsauksen välillä. Koehitsaukset osoittavat CMT-hitsauksen tuottavan MIG-pulssihitsausta pienemmät hitsausmuodonmuutokset. CMT-hitsauksessa alumiinin oksidikerros aiheuttaa MIGpulssihitsausta vähemmän ongelmia, sillä kaari syttyy varmemmin suurillakin hitsausnopeuksilla, eikä hitsiin synny huokosia. Hitsausnopeudella 40 cm/min lankapulssihitsauksella ja MIG-pulssihitsauksella päittäisliitoksena hitsattujen vesileikattujen alumiinikappaleiden hitseihin ei syntynyt huokosia. Kokeen perusteella voidaan todeta, ettei oksidikerroksella ollut vaikutusta hitsin onnistumiseen. Hitsauskokeiden toinen osio tutkii hiilimangaaniteräksisen T-palkin kuitulaserhitsausta. Viiden kilowatin laserteholla hitsattiin onnistuneesti viisi metriä pitkiä T-palkkeja hitsausnopeudella 2 m/min. Takymetrimittauksella ja Tritop 3D-koordinaattimittauksella todennettiin laserhitsatun T-palkin hitsausmuodonmuutosten olevan huomattavasti Twin-jauhekaarihitsauksella hitsattua T-palkkia pienemmät.

Alumiinin oksidikerroksen merkitys hitsauksessa

Tämä kandidaatintyö on kirjallisuuden pohjalta laadittu yhteenveto alumiinin oksidikerroksen vaikutuksesta hitsauksessa. Työssä käsitellään alumiinia alkuaineena, alumiinin oksidikerroksen muodostumista ja rakennetta, seosaineiden vaikutusta oksidikerrokseen, alumiinin hitsattavuutta teräkseen vertaillen, alumiiniseosten hitsattavuutta, oksidikerroksen merkitystä hitsauksessa, alumiinin yleisiä hitsausvirheitä, oksidikerroksen poistotapoja sekä alumiinin eri hitsausmenetelmiä. Hitsausmenetelmistä käsitellään pääasiassa alumiinin MIG-, TIG- ja plasmahitsausta.

Hitsatun alumiinirakenteen suunnittelu

Alumiiniseosten käyttö konstruktiomateriaalina lisääntyy johtuen sen lukuisista variaatioista lujuuden ja muovattavuuden suhteen. Alumiinin keveys on merkittävä kilpailuetu teräkseen nähden. Alumiiniseosten hitsattavuus on parantunut hitsausmenetelmien kehittyessä. Uusilla menetelmillä lämmöntuontia hallitaan paremmin, kuten myös alumiinin huokoisuutta sekä lujuuden laskua hitsauksen yhteydessä. Tässä diplomityössä tutkitaan alumiinin metallurgiaa, hitsausmenetelmiä, sekä alumiinin ja teräksen sekaliitoksen toteutusta. Tutkimuksella pyritään tekemään hitsatun alumiinirakenteen suunnittelua ymmärrettävämmäksi. SFS-EN standardit antavat perustuksen alumiinirakenteen suunnittelulle. Tässä diplomityössä tehdään suunnitteluesimerkki hitsatun alumiinirakenteen hitsien suunnittelusta. Suunnitteluesimerkissä tutkitaan alumiiniseoksen lujuuden laskua hitsattaessa, ja etsitään standardien antamia ratkaisuja toimivan hitsatun rakenteen toteuttamiseksi.

Anticorrosive cerium-based coatings prepared by the sol-gel method

The development of efficient anti-corrosion and environmentally friendly coating systems are needed for the replacement of the highly toxic Cr-based conversion coatings for corrosion protection of aluminum alloys. In this study, we demonstrate that the direct application of ceramic cerium-based sol-gel coatings to AA7075-T6 substrates produces high-performance anti-corrosion layers. Electrochemical experiments and analyses of the microstructure demonstrate that the protective layers are very efficient for the passivation of the alloy surfaces operating as both passive and active barrier for corrosion protection.

O forjamento de ligas de alumínio : um estudo para a liga ABNT 6061

Este trabalho pretende, na visão de novas tecnologias, discutir o processo de forjamento das ligas de alumínio (ABNT 6061), buscando propor uma metodologia baseada na ciência da engenharia. Deseja-se minimizar os procedimentos de tentativa e erro no desenvolvimento de processos de conformação. Para tanto, novas tecnologias disponíveis atualmente, tais como o Projeto Assistido por Computador (CAD), a Fabricação Assistida por Computador (CAM) e a Simulação do Processo (CAE) são empregadas. Resultados experimentais mostrando o comportamento da liga ABNT 6061 através das curvas de escoamento bem como o estabelecimento da condição do atrito no processo de conformação, avaliando dois lubrificantes comerciais disponíveis (Deltaforge 31 e Oildag) para aplicações nas ligas de alumínio, são reportados neste trabalho. A comparação dos resultados obtidos de um experimento prático de forjamento com a simulação pelo “Método dos Elementos Finitos” usando o código “QForm” é apresentada para uma peça de simetria axial em liga de alumínio. Finalmente, os resultados obtidos no forjamento de um componente automotivo em liga de alumínio (ABNT 6061), desenvolvido em parceria com a empresa Dana, são analisados e comparados com as simulações computacionais realizadas usando o código “Superforge”.

Avaliação do comportamento em fadiga de juntas estruturais de ligas de Al2024T3 coladas com adesivo epóxi

Ligas de alumínio são extensamente usadas em partes aeronáuticas devido às boas propriedades mecânicas e baixa densidade. Estas partes devem ser unidas para formar conjuntos maiores. Uma junta estrutural é definida como um segmento de estrutura que provê um meio de transferir carga de um elemento estrutural para outro. A maioria das juntas aeronáuticas é mecanicamente fixada com múltiplos prendedores (parafusos ou rebites). Estas juntas apresentam uma alta concentração de tensões ao redor do prendedor, porque a transferência de carga entre elementos da junta acontece em uma fração da área disponível. Por outro lado, as cargas aplicadas em juntas adesivas são distribuídas sobre toda a área colada e reduz os pontos de concentração de tensão. Juntas são a fonte mais comum de falhas estruturais em aeronaves e quase todos os reparos envolvem juntas. Portanto, é importante entender todos os aspectos de projeto e análise de juntas. O objetivo deste trabalho é comparar estaticamente juntas estruturais de ligas de Al2024-T3 em três condições: juntas mecanicamente rebitadas, juntas coladas e uma configuração híbrida rebitada e colada. Foi usada a norma NASM 1312-4 para confecção dos corpos-de-prova. Além disso, foram conduzidos testes de fadiga, sob amplitude de carregamento constante e razão de tensão igual a 0,1 para avaliar a eficiência dos elementos estruturais durante sua vida em serviço. Os resultados mostraram que a configuração híbrida apresenta maior resistência estática e uma vida em fadiga superior à configuração colada.

Fractography analysis and fatigue strength of carbon fiber/RTM6 laminates

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Fatigue fracture behavior of Ti-6Al-4V PVD coated

Fatigue, corrosion and wear resistance are important parameters in aircraft components development as landing gear. High strength/weight ratio and effective corrosion resistance make of titanium alloys an alternative choice to replace steel and aluminum alloys. However, titanium alloys have poor tribological properties, which reduce devices performance under friction. PVD coatings tribological systems has been increased due to their attractive mechanical properties as low environmental impact, low friction coefficient, low wear rate and hardness up to 2000 HV.In this study the influence of TiN deposited by PVD on the fatigue strength of Ti-6Al-4V alloy was evaluated. Comparison of fatigue strength of coated specimens and base material shows also a decrease when parts are coated. It was observed that the influence is more significant in high cycle fatigue tests. Scanning electron microscopy technique (SEM) was used to observe crack origin sites and fracture features. (C) 2010 Published by Elsevier Ltd.

Morphological analysis of pits formed on Al 2024-T3 in chloride aqueous solution

It has been used a new image analysis method, based on segmentation by shape parameters, for pits morphology examination from Al 2024 aluminum-copper alloy in chloride aqueous solution. Corrosion behavior of this alloys in naturally aerated 3.5% NaCl solution has been investigated through open circuit potential measurements. Afterwards, pits have been characterized by image analysis taking density and size measurements right from corroded surfaces. Morphological investigation has been conducted for profiles, cut orthogonally from mean surface planes, and observed through light microscopy. Image analysis data could demonstrate that pits are wider than deep, evoluting for conical, quasi-conical or irregular shapes. Most pits have presented a quasi-conical morphology, but the wider ones have evoluted to an irregular shape influenced by sub-surface microstructure. Image analysis based on shape segmentation could enhance the differences on morphological behavior. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.