Caracterização química e mineralógica da incrustação em rede de ferro fundido e potencial de recuperação da capacidade hidráulica

The purpose of this work was to characterize chemical and mineralogical the water supply networks and to assess the hydraulic recovery on high-degraded pipe. Thus, the resistance (by pitometric essays), chemical analyses (ICP-MS and ICP-ES), mineralogical analysis (petrographic thin sections, X-ray difractometry and scanning electronic microscopy), hardness (Mohs scale) and simulations for pipe's change and rehabilitations scenarios were investigated (from Scenario 1 to 4). The results showed that the high-degraded pipe had a limited recovery (from 3,9 to 14,0 m(0,367).s(-1)). The deposits were formed by oxide and hydroxide of iron (magnetite and goethite), which are materials of high hardness (6 on Mohs scale). The simulations indicated the required power ratio (C-i/C-1) around 86.00, 1.00 and 0.02% in relation to present scenario.

Efeito do tratamento térmico nas propriedades mecânicas e resistência ao desgaste de um ferro fundido branco multicomponente

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Influência da velocidade de deslizamento no desgaste do par tribológico ferro fundido cinzento (MC 12 e MC 13) - ferro fundido cinzento centrifugado

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Estudo da utilização de ferramentas a base de nitreto de silício (Si3N4) e alumina (Al2O3) na usinagem do ferro fundido vermicular

Machining is one of the most commonly manufacturing processes used in the modern world, consuming millions of dollars annually. Because of this, it is crucial for the automotive industry to reduce costs on their heat-resistant alloy machining processes, such as compacted graphite iron (CGI), which has shown an increasing trend of its application in diesel engine blocks, brakes disks, among other applications, due to its superior mechanical properties to gray cast iron. Despite this advantage, its use is still limited due to its difficulty of machining, moreover, cutting tools are displayed as the main factor in increasing the machining cost. Seeking an alternative to a better machinability of CGI, this paper aims to study two types of ceramic tools developed in Brazil, and benchmark their performance by dry turning. For this, were used CGI class 450 and two tools: ceramic of silicon nitride (Si3N4) and alumina-based (Al2O3), with a cutting speed (Vc) of 300, 400 and 500 m / min; feed (f) of 0.2 mm / rev and depth of cut (ap) of 0.5 mm, using three replicates and starting with new cutting edges. The results showed that the Al2O3 tool had the best performance in Vc of 500 m / min, while the Si3N4 tool had the best results in Vc of 300 m / min. This can be explained by the tool of Si3N4 based include soft intergranular phase, called amorphous, while alumina has higher abrasion resistance due to its high refractoriness. The results make it clear that the tools have significant potential for machining of compacted graphite iron, being necessary a strict control of the cutting parameters used

Estudo da utilização de ferramentas a base de nitreto de silício (Si3N4) e alumina (Al2O3) na usinagem do ferro fundido vermicular

Machining is one of the most commonly manufacturing processes used in the modern world, consuming millions of dollars annually. Because of this, it is crucial for the automotive industry to reduce costs on their heat-resistant alloy machining processes, such as compacted graphite iron (CGI), which has shown an increasing trend of its application in diesel engine blocks, brakes disks, among other applications, due to its superior mechanical properties to gray cast iron. Despite this advantage, its use is still limited due to its difficulty of machining, moreover, cutting tools are displayed as the main factor in increasing the machining cost. Seeking an alternative to a better machinability of CGI, this paper aims to study two types of ceramic tools developed in Brazil, and benchmark their performance by dry turning. For this, were used CGI class 450 and two tools: ceramic of silicon nitride (Si3N4) and alumina-based (Al2O3), with a cutting speed (Vc) of 300, 400 and 500 m / min; feed (f) of 0.2 mm / rev and depth of cut (ap) of 0.5 mm, using three replicates and starting with new cutting edges. The results showed that the Al2O3 tool had the best performance in Vc of 500 m / min, while the Si3N4 tool had the best results in Vc of 300 m / min. This can be explained by the tool of Si3N4 based include soft intergranular phase, called amorphous, while alumina has higher abrasion resistance due to its high refractoriness. The results make it clear that the tools have significant potential for machining of compacted graphite iron, being necessary a strict control of the cutting parameters used

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.

Retificação plana tangencial dos ferros fundidos nodular, vermicular e cinzento em várias condições de corte

In a scenario of increasing competitiveness of the global industrial sector and with a consumer market increasingly demanding, there is an increased demand for new materials and, consequently, possibilities to explore new research and technological advances towards the development of new manufacturing methods or the improvement of existing technologies. In the case of cast irons, new grades of them have been developed so that their mechanical properties have been improved, making them more competitive with steel, expanding the applications and thus represents great economic gain for metallurgy and manufacturing sectors. This increases the interest and creates new opportunities to study these materials and identify how they respond in terms of the surface integrity, tool wear, cutting forces, among others, when machined by grinding operation. In this context, due to the lack of results from grinding of cast irons and studies comparing grindability among several grades of cast irons found in the literature, this work aims to generate scientific and technological contribution to the metallurgical and metal working sector through roughness results (Ra and Rz parameters) and evaluation and analysis of the subsurface integrity of three cast iron grades (gray, compacted graphite and nodular). The machining trials were performed on a surface grinding machine with silicon carbide grinding wheel at different cutting conditions. The input variables were the radial depth of cut (15 and 30 μm), worktable speed, vw (5 and 10 m/min) and the abrasive grain size of the grinding wheel. The results showed that surface roughness increased with the radial depth of cut for all materials tested; and the lowest values were obtained for gray cast iron. Also, roughness was sensitive to variation of worktable speed and the lowest values were obtained after machining with vw = 5 m/min. With respect to the abrasive grain size, as it decreased the roughness values increased to gray and nodular cast iron grades. Furthermore, grinding burns marks were observed on the surfaces of nodular cast iron and compacted graphite iron grades after grinding the smallest grain size, contrary to what is usually reported in literature. However, no evidence of severe thermal damages below the machined surfaces of all cast iron grades was observed after analyzing the results of hardness and the SEM micrograph images.

Influência dos elementos de liga nos parâmetros de processo de fundição de ferros fundidos especiais

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Revestimento superficial em componente fundido de máquina agrícola

A necessidade de desenvolver o processo de manufatura para aplicação de revestimento superficial em peças fundidas de máquinas agrícolas viabilizou a realização deste trabalho junto à indústria. A análise das principais variáveis do processo produtivo foi considerada levando-se em conta recursos necessários, tais como, ferramental e equipamentos, material de adição (arame de soldagem), inspeção das características macroscópicas e, principalmente, as especificações de engenharia do item. A revisão bibliográfica ressaltou os problemas normalmente existentes quando da soldagem de peças fabricadas de ferro fundido, assim como esclareceu os principais cuidados necessários para obtenção de revestimentos superficiais com qualidade. Para definição e aprovação do processo de soldagem a ser usado, foram realizados testes simulando uma soldagem automatizada, controlando os principais parâmetros de soldagem. A análise da qualidade do cordão de solda, sob o ponto de vista de aparência geral, geometria, presença de descontinuidades (porosidade e inclusões de escória), foi feita através de inspeção visual. Devido a necessidade de estruturar o processo de solda afim de possibilitar fornecimento continuada de peças para a linha de montagem, foi analisado e proposto um conceito de gabarito de soldagem. Os ensaios de micrografia mostraram a penetração e aspectos internos do depósito de solda. O exame micrográfico mostrou também que a trinca transversal que ocorre no material não avança para dentro do metal base. Os resultados dos testes e ensaios proporcionaram os subsídios para permitir a aprovação do método proposto a fim de dar continuidade na estruturação do processo de soldagem para revestimento superficial das peças fundidas.

Abrasão-corrosão em corpos moedores na moagem de minério de ferro.

O desgaste de corpos moedores constitui um custo importante na indústria mineral, que depende da operação de cominuição para promover a liberação das espécies minerais e produzir concentrados. Embora se conheça alguns dos mecanismos individuais que afetam o desgaste, a interação entre eles num sistema tão complexo quanto um moinho ainda precisa ser melhor entendido. Este trabalho avaliou o efeito da corrosão no desgaste de bolas de aço e de ferro fundido branco de alto cromo durante a moagem de minério de ferro, através de ensaios eletroquímicos e de desgaste em moinho de laboratório. Foi feita uma alteração no modo tradicional de realização do ensaio de polarização potenciodinâmica, utilizando polpa de minério de ferro a 70% de sólidos (em peso) como eletrólito. As curvas de polarização obtidas foram compatíveis com os resultados de desgaste, de modo que as curvas correspondentes aos metais na condição mais ativa estavam associadas às menores taxas de desgaste nos ensaios de moagem em laboratório, demonstrando que os ensaios de polarização realizados podem ser utilizados como indicativo do comportamento do metal na moagem de minério de ferro. Sobretudo, os testes demonstraram que o desgaste das bolas de aço é devido, principalmente, à abrasão, já que uma pequena diferença, de apenas 8%, foi observada nas taxas de desgaste nas condições avaliadas (polpa no pH 5 e pH 8). Por outro lado, as bolas de ferro fundido branco de alto cromo, que são mais caras, são mais propensas a resistir ao desgaste em polpa ácida, em que a taxa de desgaste foi 40% menor que a determinada em pH 8.

O engenheiro Adriano Monteiro e a utilização do ferro na reconversão e refuncionalização de espaços em Évora: o caso do Palácio D. Manuel e dos Paços do Concelho

Resumo A partir da segunda metade do século XIX e XX assistiu-se à introdução de novos materiais, como o ferro fundido, o aço e o vidro, na remodelação ou construção de edifícios que procuravam dar resposta às novas necessidades de gestão urbana e de criação de espaços de lazer e sociabilidade. Nestas intervenções, que ficaram marcadas pela arquitectura do ferro, os engenheiros, grupo profissional detentor de competências técnicas que os habilitavam a trabalhar com estes materiais, tiveram um papel determinante. Na cidade de Évora a ligação entre a utilização de novos materiais e os engenheiros, é visível no papel que o Engenheiro Adriano Monteiro teve na reconversão do Palácio D. Manuel e na remodelação do edifício dos Paços do Concelho. Palavras-chave: Engenheiro, Arquitectura do Ferro, Évora, Palácio D. Manuel, Paços do Concelho Abstract From the second half of the nineteenth century onwards, there was the introduction of new materials, such as cast iron, steel and glass, in the remodeling or in the construction of buildings that sought to satisfy the new needs of urban management and the creation of leisure spaces and sociability. In these interventions that were marked by the iron architecture, the engineers, a professional group with technical skills that enabled them to work with these materials, played a decisive role. In the city of Évora this link between the utilization of new materials and engineers, is visible in the role that engineer Adriano Monteiro had in the conversion of the D. Manuel Palace and in the remodeling of the Town Hall building. Keywords: Engineers, Iron Architecture, Évora, D. Manuel Palace, City Hall

Establishing the main Guidelines for Cast Steel to Produce Truck Parts

Este trabalho foi realizado na Scania CV AB e teve como principal objectivo estabelecer uma diretriz sobre a possível utilização de aços vazados. Existe uma grande necessidade na realização deste trabalho, de forma a apoiar os engenheiros de projecto no seu processo de selecção dos materiais mais adequados, para produzir componentes mais leves e de elevado desempenho. Esta diretriz apresenta informação relacionada com propriedades mecânicas, processos de fundição, vazabilidade, tipologia de defeitos, tratamentos térmicos, soldabilidade e tratamentos superficiais dos aços vazados. Este trabalho foi limitado, na seleção de materiais para componentes do camião, a aços vazados que poderiam ser aplicados em dois componentes específicos: um componente estrutural da carroçaria sujeito a esforços de fadiga e a um colector de gases de combustão, sujeito a fluência, oxidação, fadiga por corrosão, fadiga-térmica e fadiga-mecânica. Foi realizado um benchmark focado nestes dois componentes de forma a saber que materiais são utilizados de momento por outras empresas concorrentes. Foi realizada ainda uma análise sobre possíveis materiais que possam ser aplicados em cada componente referido. Foi conduzida uma caracterização no estado bruto de fundição de um aço inoxidável vazado usado para produzir um protótipo do colector de gases. Esta caracterização consistiu numa análise microestrutural e medição de macro e microdurezas. Além da caracterização inicial, foram aplicados um conjunto de tratamentos térmicos, de forma a estudar a possibilidade de eliminar os carbonetos presentes inicialmente nas fronteiras de grão. As principais conclusões deste trabalho são que o aço vazado apresenta potencial para ser uma escolha válida em diversas aplicações, devido a um leque alargado de propriedades apresentadas tipicamente por este material. Relativamente a aplicações estruturais, o aço vazado é vantajoso comparativamente ao ferro fundido, quando são requeridos, por exemplo, soldabilidade e elevada resistência, combinada com elevada tenacidade à fractura. Para componentes sujeitos a elevadas temperaturas de serviço, o aço inoxidável vazado é vantajoso quando usado a temperaturas superiores a 750°C, apesar do seu elevado custo. O tratamento térmico composto por um recozimento de solubilização seguido de envelhecimento, elimina quase na totalidade os carbonetos presentes nas fronteiras de grão e verifica-se um aumento de dureza através de uma precipitação de carbonetos finamente dispersos na matriz, que poderão também aumentar a resistência à fluência.

Determinação de propriedades físicas de diferentes materiais para discos e pastilhas de freio e relação destas propriedades com ruído

Este trabalho visou a determinação experimental de propriedades físicas básicas de materiais para pastilhas e discos de freio de diferentes composições químicas. Posteriormente, estas propriedades foram correlacionadas com resultados de avaliação de ruído de freio dos respectivos materiais. As propriedades físicas determinadas para os materiais de pastilhas de freio foram: dureza, densidade, porosidade, compressibilidade a frio, compressibilidade a quente, transmissão térmica, resistência à compressão, resistência à tração, resistência interna ao cisalhamento, módulo de elasticidade, freqüências de ressonância, índice de amortecimento, coeficiente de atrito em diferentes condições de frenagem, e taxas de desgaste. Medições incluem verificações do efeito do aumento da temperatura na variação de algumas das propriedades citadas. A avaliação de ruído de freio gerado com uso das diferentes composições de materiais foi realizada através do uso de um sistema de freio padrão, e o ensaio executado em um dinamômetro tipo inercial dotado de recursos como câmara para isolamento acústico de ruído externo e sistema de aquisição de sinais para monitoramento dos parâmetros de frenagem: tempo, torque, pressão, temperatura e espectro de ruído gerado em escala de tempo e freqüência. Os materiais de pastilhas de freios incluídos nesta verificação experimental foram selecionados de seis aplicações bastante distintas, como por exemplo: materiais para pastilhas de freio traseiro de veículos de passeio, pastilhas para freio dianteiro de veículos de passeio, pastilhas para caminhonetes, pastilhas para caminhões leves e microônibus Além da composição química bastante distinta, estudos da influência da alteração de parâmetros de processo de fabricação nas propriedades físicas do material de atrito foram considerados. Para a avaliação do efeito da variação de composição de materiais de discos de freio na geração de ruído, cinco diferentes tipos de discos foram selecionados. Dentre estas versões estão incluídas: a liga de ferro fundido cinzento do material tipo original do sistema de freio a disco padrão, uma versão de ferro fundido cinzento de baixo custo comprada no mercado de autopeças de reposição, um ferro fundido cinzento com alto de teor de carbono, um ferro fundido cinzento com adição de titânio como elemento de liga, e, finalmente, um ferro fundido vermicular. Propriedades físicas dos materiais de discos de freio não foram tão amplamente avaliadas como no caso dos materiais de pastilhas, mesmo assim dados de dureza, densidade, resistência à tração, índice de amortecimento e freqüências fundamentais de ressonância foram determinados para os diferentes materiais.Ao final do trabalho, foram definidas correlações entre ruído de freio e propriedades físicas dos materiais de pastilhas de freio que indicam que o material de atrito da pastilha é mais propenso a apresentar ruído quando: menos poroso, com maior resistência mecânica, maior módulo de elasticidade, maior dureza (valores mais baixos de dureza Gogan), e maior coeficiente de atrito. Também foram detectadas alterações significativas no comportamento de ruído com uso de diferentes materiais de discos de freio, mas não foram estabelecidas correlações conclusivas entre as propriedades dos discos de freio e sua propensão a ruído devido ao baixo número de versões avaliadas.

Avaliação da utilização de escória granulada de fundição (EGF) como substituição de parte do cimento em concreto : propriedades mecânicas

A reciclagem de resíduos sólidos industriais tem-se tornado uma prática indispensável na preservação de recursos naturais, minimização de custos e redução de impacto ambiental. Dentro deste contexto destaca-se a indústria da construção civil, com enorme potencial de reciclagem, tendo em vista o grande volume de materiais consumidos. A utilização de materiais alternativos neste setor é uma prática economicamente atraente e ambientalmente correta. Sendo assim, o emprego de escórias como matéria-prima em estradas, aterro, concreto e cimento já é uma prática corrente, onde o destino mais nobre destes materiais recicláveis depende da existência de características adequadas ao uso proposto. A escória granulada de fundição (EGF) é um resíduo gerado no processo de fusão de sucatas de ferro fundido via forno cubilô. Ensaios realizados mostram que esta escória, quando finamente moída, apresenta propriedades pozolânicas. Além disso, sua estrutura amorfa, resultante do processo de geração através de resfriamento brusco e composição química adequada podem permitir uma aplicação nobre deste resíduo, como substituição ao cimento. Este trabalho tem como objetivo estudar a viabilidade da utilização de escória granulada de fundição como substituição de parte do cimento em concreto, através da avaliação de suas propriedades mecânicas. Para tanto foram moldados corpos-de-prova de concreto com diferentes combinações de teores de substituição de cimento por escória granulada de fundição (10%, 30% e 50%), em volume, e relações água/aglomerante (0,40; 0,55 e 0,70), comparando-se com o concreto referência. Para cada idade do concreto (7, 28 e 91 dias) realizaram-se ensaios mecânicos, tais como, resistência à compressão uniaxial, resistência à tração por compressão diametral e resistência à tração na flexão. Além disso, foram realizadas avaliação da microestrutura e caracterização ambiental de concretos com EGF, comparativamente ao concreto referência. Os resultados mostram que o teor de 10% de substituição de cimento por escória granulada de fundição, em volume, apresentou desempenho mecânico similar ao concreto referência. A caracterização ambiental dos concretos com EGF mostra que este material é considerado inerte (NBR 10004).

Análise do comportamentos de fadiga para estruturas submetidas a temperaturas elevadas aliadas a esforços cíclicos

Devido a um mercado automotivo altamente competitivo e globalizado, as empresas buscam aperfeiçoar cada vez mais seus produtos, investindo em pesquisa e desenvolvimento em busca de produtos melhores, mais seguros e mais confiáveis. Dentro desse contexto, procurou-se aprofundar os estudos sobre fadiga e fadiga de contato, a fim de se obter um embasamento teórico sobre as possíveis causas de trincas e suas conseqüências, em componentes submetidos a esforços cíclicos e a temperaturas elevadas. Importante é salientar que as altas temperaturas resultam em transformações estruturais no ferro fundido. Posteriormente a esse embasamento teórico, realizou-se um caso de estudo (tambor de freio), buscando subsídios e informações sobre freios, tambores de freios e sobre materiais utilizados em sua fabricação. Sobre ele diversos tipos de análise foram realizados; análises de tensões, análises metalográficas em corpos de prova com e sem trinca e simulações da previsão da vida em fadiga, utilizando o modelo de Paris em programas matemáticos. Paralelos a esses estudos, foram realizados testes de eficiência em dinamômetro utilizando diferentes materiais. Foram utilizados componentes em Ferro Fundido Cinzento e em Ferro Fundido Vermicular a fim de se poder avaliar o comportamento dos materiais em aplicações em que se tem a fadiga de contato. Finalmente, são apresentados os resultados das análises e dos testes realizados, fazendose uma discussão acerca dos mesmos, sendo então apresentadas às conclusões e as sugestões para estudos futuros.