Engenharia de Materiais

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Avaliação das propriedades mecânicas de um aço dual-phase
(2023) Morais, Amanda Falcari
Este projeto teve por objetivo avaliar as propriedades mecânicas e microestrutura de um aço dual-phase produzido em laboratório, verificando seu desempenho para uma possível aplicação estrutural na indústria automobilística, para a qual se espera principalmente boas ductilidade e resistência mecânica. Através do ThermoCalc© foram objetivadas amostras com frações volumétricas de martensita de 32,8%, 40,0% e 51,1% considerando três temperaturas diferentes de austenitização parcial, 728°C, 745°C e 765°C. Foram realizados ensaios de tração, ferritoscopia, dureza, metalografia e Difração de Raios-X (DRX) nas amostras após o tratamento térmico, a fim de analisar as propriedades mecânicas. Foi verificado que o limite de resistência e limite de escoamento apresentaram maiores valores com o aumento de temperatura. A dureza das amostras, assim como os valores de limite de escoamento e resistência, aumentou na presença de maiores teores de martensita por ser uma fase mais dura e resistente. O módulo de elasticidade mostrou valores não muito condizentes com a teoria, descartando-se a possibilidade de influência da austenita retida, assim, sendo proposto uma mudança no método de determinação do módulo. O alongamento uniforme dimunui na presença de maior fração volumétrica de martensita enquanto o alongamento total se mantém praticamente constante, os quais sofrem influência da homogeneidade de distribuição da ferrita nas amostras. O aumento da estricção é justificado pelo maior teor de austenita retida na estrutura e refino do tamanho de grão da ferrita. A análise por DRX apresentou apenas picos de ferrita que, por sua vez, engloba a microestrutura martensítica, além de não evidenciar picos de austenita, indicando que a austenita retida, está presente provavelmente com tamanho diminuto entre as ripas de martensita. A ferritoscopia comprovou a presença de austenita retida com teores pequenos de 1,7%, 5,2% e 8,8%, crescente com a temperatura de tratamento, sendo influenciada pela composição química (principalmente o elemento carbono), que afeta diretamente as temperaturas de transformação martensíticas (Ms e Mf). Com o auxílio do ImageJ© foi notado que as frações volumétricas de martensita objetivadas (32,8%, 40,0% e 51,1%) não foram atingidas (64,9%, 85,1% e 92,3%) provavelmente porque o tempo no patamar isotérmico não foi suficiente para formação da fração de equilíbrio de ferrita.
Estratégias para o aumento de resistência e rigidez do PLA em manufatura aditiva
(2023-06-15) Rodrigues, Marcello Katzor
Com a crescente necessidade de desenvolvimento tecnológico na Indústria 4.0 e no uso de polímeros produzidos a partir de matérias-primas renováveis, visando sustentabilidade, o presente estudo teve como objetivo avaliar o aumento do limite de escoamento e do módulo de elasticidade, em função do aumento da fração cristalina, para o poliácido láctico (PLA) produzido por manufatura aditiva. Os corpos de prova foram produzidos por manufatura aditiva por fabricação por filamento fundido (FFF), e submetidos ao tratamento térmico de recozimento em quatro diferentes temperaturas (75 °C, 85 °C, 95 °C e 110 °C) para tempos de até três horas. Foi observado aumento da cristalinidade de 8,1% para valores acima de 40%. Também ocorreu um aumento do limite de escoamento de 84,3 ± 2,0 MPa para 99,8 ± 1,8 MPa e do módulo de elasticidade de 3,49 ± 0,12 GPa para 3,99 ± 0,12 GPa, para a condição de recozimento em 95 °C e 15 minutos. O recozimento promoveu distorções nas dimensões dos corpos de prova, gerando empenamento e distorções de até 9% no volume.
Estudo para a produção de fechamento de prótese para membro inferior por manufatura aditiva
(2021-12-17) Silva, Ana Luisa Aguiar; Silvério, Mariana Bigai; Fracasso, Pierina Alice
Com a crescente inserção das tecnologias de impressão 3D na indústria, torna-se possível o desenvolvimento de novas abordagens para objetos de usos diversos, permitindo a criação de produtos altamente adaptáveis aos usuários, bem como a possibilidade de vencer barreiras projetuais. Usando o conhecimento dos limites de produção e de resistência mecânica dos materiais quando relacionados à manufatura aditiva, esta pesquisa focou no estudo para o desenvolvimento de capas protéticas estéticas para próteses de membro inferior. Buscando analisar o melhor processo, foi realizado um estudo das principais tecnologias de impressão 3D existentes para polímeros, além dos materiais possíveis. Por meio de matrizes para a tomada de decisão, definiu-se que para a fabricação das capas, o processo mais adequado é o método de fabricação por fusão de filamento (FFF) e o material selecionado, foi o filamento de PLA. Inicialmente, também foi feita uma análise comercial, a fim de permitir o futuro desenvolvimento de uma startup para a posterior comercialização desse produto. Porém, o plano de negócio para a startup não foi estruturado neste primeiro momento, devido necessidade de conhecimento de profissionais das áreas de finanças, marketing, estratégia e gestão de pessoas.
Influência da austenita revertida no grau de sensitização do aço inoxidável supermartensítico
(2023) Torres, Ana Carolina Tenente
O objetivo desse trabalho compreende o estudo da influência da austenita revertida no grau de sensitização do aço inoxidável supermartensítico de uma liga experimental doada pela Villares Metals. Foi estudado o comportamento de sensitização da liga para 3 diferentes frações volumétricas de austenita revertida, estimadas inicialmente por meio de uma simulação no Software ThermoCalc em 10%, 30% e 50% dessa fase, a fim de entender sua influência no comportamento do material. A partir dessa simulação foram obtidas as seguintes temperaturas para o revenimento da liga: 540°C, 620°C e 650°C. Para entender seu comportamento, foram utilizadas técnicas de caracterização como: ferritoscopia, difração de raios-X, dureza, ensaios eletroquímicos e análise metalográfica. Por meio da ferritoscopia obteve-se que a condição com a maior formação de fases não magnéticas foi na revenida a 620°C, com 35,7% de fração de fase austenítica. A revenida a 540°C obteve 11,4% de fase não magnética e a 650°C obteve 32,7%, concluindo que o software ThermoCalc falha ao prever esse comportamento, por prever a quantidade de austenita de equilíbrio nas temperaturas de revenimento, não conseguindo avaliar a transformação martensítica ou a formação de austenita retida, já que estas dependem não só do equilíbrio termodinâmico, mas da cinética das transformações de fase envolvidas. Por meio da análise de DRX, foi possível identificar apenas 2 fases: martensita e austenita, diferentemente do que era simulado pelo software, que previa a possível formação de até 7 diferentes fases. Foi medida a dureza e o valor mais alto foi o da amostra temperada, seguida pela amostra revenida a 540°C, enquanto as amostras de 620°C de 650°C tem durezas inferiores e muito semelhantes entre si. A avaliação do grau de sensitização foi feita por meio de ensaios de polarização eletroquímica de reativação de ciclo duplo (DL EPR), obtendo os seguintes valores de: 0,26, 0,79 e 0,54 para os revenimentos a 540°C, 620°C 650°C, respectivamente. Com isso, a amostra que se demonstrou mais sensitizada foi a revenida a 620°C e a com melhor comportamento a revenida a 540°C.
Previsão de transformação de fase em aços inoxidáveis usando DICTRA®
(2021-06) Santos, Renata Caroline Mota
O presente trabalho teve por objetivo estudar a precipitação de carbonetos M23C6 e fase sigma para cinco ligas utilizadas em um trocador de calor de uma planta siderúrgica, para selecionar qual material apresentaria melhor desempenho nas condições de operação. Para isso, simulações computacionas de equilíbrio usando o Thermo-Calc® foram realizadas para as ligas AISI 442, AISI 409, AISI 405, AISI 446 e 253 MA, enquanto as simulações de cinética de transformação de fase utilizando o DICTRA® preveram a formação de M23C6 e fase sigma para os diversos materiais partindo da condição solubilizada e tratada termicamente. Os resultados indicaram que o 253 MA tem cinética de formação de carbonetos e sigma mais lenta quando comparado com as ligas ferríticas, sendo uma boa escolha para a aplicação considerando-se somente a formação dessas fases. Além disso, o DICTRA® se mostrou com alta sensibilidade ao tamanho da célula computacional e geometria escolhida, sendo necessária a calibração de tais parâmetros.
Propriedades mecânicas de componentes em peek produzidos por manufatura aditiva:
(2024-06-24) Figueiredo, Pedro Rafael Della Ricco
Este estudo investigou os efeitos do processo de recozimento no PEEK (poliéter-éter-cetona) produzido por manufatura aditiva FFF (Fabricação por Filamento Fundido). Os corpos de prova foram submetidos a análises de dimensões, difração de raios-X, calorimetria diferencial e ensaios de flexão. Os resultados revelaram que o recozimento não apenas alterou as dimensões dos corpos de prova, com uma redução na largura e espessura, mas também promoveu aumento na cristalinidade do material. A análise por difração de raios-X mostrou que as amostras recozidas apresentaram uma média de cristalinidade de 11%, enquanto as amostras não tratadas termicamente tinham uma média de 7%. Essa mudança estrutural resultou em um aumento da resistência e rigidez das amostras recozidas, com um limite de escoamento médio de 110 MPa e um módulo de elasticidade médio de 3,4 GPa, em comparação com 81 MPa e 2,4 GPa, respectivamente, para as amostras não tratadas termicamente. Apesar do recozimento realizado em moldes de gesso, ainda ocorreram alterações dimensionais nas amostras, mas sem distorções.
Simulação de curvas TRC de aços inoxidáveis dúplex utilizando DICTRA®
(2021-06) Andrade, Rayanne Araujo
O presente trabalho teve como objetivo a construção do diagrama TRC ( Transformação sob Resfriamento Contínuo) para o início da formação de sigma do aço inoxidável dúplex UNS S31083, aço superdúplex UNS S32750 e o aço hiperdúplex UNS S32707 atráves de simulações computacionais utilizando o software DICTRA®. Com o auxílio do Thermo-Calc® obteve-se o diagrama de equilíbrio para determinar a temperatura de solubilização para uma microestrutura composta por 50% ferrita e 50% austenita, e a composição química das fases. Deste modo, as simulações de cinética de formação da fase sigma via DICTRA® foram realizada para diferentes taxas de resfrimento, variando entre 0,001°C/s e 100°C/s, a partir da temperatura de solubilização anteriormente determinada. Foram desenvolvida três metodologias diferentes para a obtenção de curvas TRC. A primeira metodologia consiste em um resfriamento direto sem a presença do nitrogênio no sistema, o que causou grande retrocesso da austenita principalmente para os aços superdúplex e hiperdúplex. Por isso, a metodologia de 2 estágios foi desenvolvida. Esta metodologia consiste na divisão do resfriamento, onde a primeira etapa contém a presença do nitrogênio e acontece até a temperatura do inicio da formação da fase sigma apresentada no diagrama de equilíbrio, e a segunda etapa ocorre sem a presença do nitrogênio. Para o superdúplex esta metodologia funcionou a contento, contudo o método não foi aplicável para o aço hiperdúplex, sendo assim foi desenvolvida a metodologia de 2 estágios modificada, que tem praticamente o mesmo método da anterior, porém a temperatura da segunda etapa é aquela em que realmente se inicia a formação da fase sigma durante o resfriamento, e para determiná-la foi preciso utilizar uma pré-simulação. Esta metodologia foi eficaz e eliminou o problema do retrocesso da austenita. O diagrama TRC obteve a máxima cinética de formação na temperatura de 850°C para o aço dúplex, 900°C para o superdúplex e 950°C para o hiperdúplex valores equivalentes aos encontrados na literatura. Ao introduzir dados da literatura dos aços inoxidáveis dúplex no DICTRA®, e desenvolver curvas TRC e compará-las com as originais obteve-se resultados satisfatórios. Pode-se portanto afirmar que o DICTRA® mostrou capacitade de aplicar a metodologia de 2 estágios modificada de determinação de curvas TRC para variados sistemas.

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