Materiais e Processos

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Cinética de formação de fase sigma entre 700ºC e 900ºC no aço inoxidável superduplex UNS S32750(SAF 2507)
(2009) Romana, R.
O avanço no desenvolvimento de novos materiais trouxe ao mercado a melhor combinação de propriedades mecânicas de aços inoxidáveis ferríticos e austeníticos ao criar o aço inoxidável dúplex. Com frações semelhantes de ferrita e austenita em sua estrutura, possuem alta resistência à corrosão sob tensão e à corrosão intergranular, ótimas resistência mecãnica e tenacidade, e boa soldabilidade, ou seja, as melhores características dos aços ferríticos e austeníticos. O aço UNS S32750 é chamado de superdúplex devido à sua elevada resistência à corrosão por pite, superior à dos aços inoxidáveis dúplex, consequência das maiores concentrações de cromo, molibdênio e nitrogênio. Porém, quando submetido a elevadas temperaturas pode apresentar em sua estrutura fases intermetálicas que degradam suas propriedade e limitam sua utilização. A principal delas é a fase sigma, por ser a fase que mais facilmente surge no aço inoxidável e por ser a mais degradante às suas propriedades mecãnicas e de resistência à corrosão. Assim, estudar a susa cinética de formação é de extrema importãncia para que a resistência à corrosão e as propriedades mecânicas do aço UNS S32750 sejam preservadas. Este trabalho analisou o comportamento deste aço após tratamentos térmicos de envelhecimento em temperaturas entre 700ºC e 900ºC, por diferentes intervalosd e tempo, através de gráficos de dureza e de frações volumétricas de ferrita, austenita e sigma. Concluiu-se que a dureza do material está diretamente relacionada à fração volumétrica de sigma existente na estrutura do aço. Além disso, puderam ser identificados como principais mecanismos formadores de sigma: decomposição eutetóide lamelar e/ou precipitação descontínua nas amostras envelhecidas a 700ºC, 750ºC e 800ºC (com morfologia de sigma em lamelas, predominante), e decomposição euteóide divorciada e/ou precipitação contínua nas temperaturas de 850ºC e 900ºC (onde se verificou morfologia maçiça de sigma). De 700ºC a 800ºC foram observados mecanismos semelhantes na formação de sigma, porém em intervalos de tempo diferentes, pois quanto maior a temperatura mais rapidamente esta fase se formará. A 850ºC e 900ºC os mecanismos de formação de sigma aconteceram simultaneamente e mais rapidamente, muito provavelmente por conta da morfologia maçiça, característica observada nas amostras envelhecidas nestas temperaturas, provocando maior cinética de formação de fase sigma nestas temperaturas
Influência da temperatura de recozimento intercrítico no comportamento mecânico de um aço bifásico carbono
(2009) FORGAS JUNIOR, A.
Esta pesquisa tem como objetivo principal investigar a influência da temperatura de recozimento intercrítico no comportamento mecãnico de um aço bifásico com baixo teor de carbono, analisando principalmente a relação limite de resistência e ductilidade, em virtude de sua emergente importância na indústria automobilística, onde é necessário aliar essas duas propriedades. Para isso, foi adquirida uma chapa de aço bifásico comercial. Com o objetivo de se variar a fração em volume de martensita essa chapa foi tratada termicamente em quatro diferentes temperaturas (715, 755, 780 e 800 C) dentro da faixa de temperaturas da região intercrítica. Realizaram-se ensaios de tração e impacto em amostras do material como recebido e em amostras do material após o tratamento térmico de recozimento intercrítico. Os resultados mostram que a fração em volume de martensita aumenta com a temperatura de recozimento intercrítico, porém o tamanho de grão não apresenta uma variação considerável. Para avaliar a influência da microestrutura no comportamento mecânico do aço bifásico, foram relacionadas as propriedades mecânicas obtidas nos ensaios de tração e impacto em função da fração em volume de martensita obtida, para cada amostra tratada termicamente. Verifica-se que os limites de resistência e de escoamento aumentam com o aumento da fração em volume de martensita, porém com características diferentes. Enquanto que o limite de escoamento aumenta de forma linear, o limite de resistência apresenta duas inclinações, uma mais suave na faixa de 8 a 18% e outra mais significativa na faixa de 18 a 26% de fração em volume de martensita. Isso porque o limite de resistência é afetado diretamente pelo teor de carbono presente na martensita, que diminui com o aumento da temperatura de recozimento intercrítico, ou seja, quanto maior a fração em volume de martensita num aço bifásico menor será o teor de carbono presente na martensita. O limite de escoamento é impactado de maneira menos significativa pelo teor de carbono na martensita, apresentando variação linear, obedecendo, assim, à lei da mistura. A ductilidade, representada pelo alongamento total, diminui de maneira linear com o aumento da fração em volume de martensita, enquanto que o alongamento uniforme, que está relacionado ao processo de estampagem, apresentauma característica não linear, sendo a variação muito pequena quando a fração em volume de martensita aumenta de 18 para 26%, devido à incompatibilidade plástica entre a matriz ferrita e as ilhas de martensita. Por meio do ensaio de impacto observa-se que o material com menor fraçãoem volume de martensita apresenta o maior valor de energia absorvida, e os demais materiais tratados termicamente.
Análise de tensões residuais, integridade superficial e forças de usinagem no fresamento do topo de aço SAE 4340 endurecido
(2009) Banin Júnior, J. R.
Este trabalho teve o objetivo de estudo das influencias dos parâmetros de corte (velocidade de corte, avanço por dente e profundidade de corte) sobre a integridade superficial de corpos de prova prismáticos de aço SAE 4340 endurecidos a 52 HRC, durante o fresamento de topo, com o uso de ferramentas convencionais de Metal Duro com cobertura. As características da integridade da superfície analisadas foram: rugosidade da superficie, camada branca e tensões residuais. As forças de corte foram medidas através de um dinamômetro tri-direcional, acoplado à mesa da máquina utilizada e com a aquisição dos dados feita pelo Sistema Spider - Catman da HBM. A fase experimental foi planejada e realizada através de um delineamento composto central e analisada pelo software "Statistica". As tensões residuais foram medidas pela técnica do furo cego incremental e interpretadas pelo método Integral com o auxílio do software H-Drill. Os resultaos demonstram que a profundidade de corte foi o parâmetro que mais influencioi nas forças de corte. No que diz respeito à integridade superficial, a rugosidade da superfície apresentou valores de rugosidade "Ra" soemnte encontrados em processos de usinagem mais fina, como a retífica ou mesmo a lapidação. Constatou-se a presença de camada branca, em todos os corpos de prova, porém, com pequenas variações de espessura. As tensões residuais, na maioria dos corpos de prova, mostraram-se positivas na superfície dos corpos de prova e fortemente compressivas na superfície. Não foi observada correlação entre as forças de corte e a integridade superficial no nível de confiança usado neste trabalho
Investigação das transformações de fase do aço UNS S31803 entre 300C e 650C
(2010) Melo, E. B.
Análise microestrutural de uma Liga Cu-Zn-Al com memória de forma
(2010) Tozaki, Eizi
Este trabalho apresenta microestruturas resultantes de tratamentos térmicos e mecânicos de uma liga cobre-zinco-alumínio com memória de forma, fundida e homogeneizada, de composição nominal cobre-25zinco-3alumínio (massa percentual). A liga é laminada a frio com reduções em área de 15 a 60 por cento. Após conformação as amostras sofrem aquecimento a temperaturas de 400 a 600 graus Celsius durante uma hora, e resfriamento em água, para estudo da recristalização. Amostras não conformada são aquecidas para betatização da fase alfa a temperaturas de 700 a 950 graus Celsius e resfriadas em água. Nos tratamentos de betatização ocorrem as fases alfa e beta nas temperaturas de 700 a 900 graus Celsius, diminuindo a fase alfa com a temperatura. O ensaio por espectrometria de energia dispersiva determina a composição das fases de amostras aquecidas a várias temperaturas. Os valores de porcentagem de zinco e alumínio na fase beta são utilizados para cálculos da temperatura de início de transformação martensítica em uma expressão matemática, cujos resultados estão em boa concordância com os encontrados no ensaio por calorimetria exploratória diferencial. A fração volumétrica e composição das fases, resultantes de tratamentos térmicos, são comparadas com as calculadas pelo programa Thermo-Calc, de onde se conclui que os dados calculados por este programa são bastante úteis, na falta de cortes isotérmicos e isopletas de diagramas ternários experimentais nas condições de temperatura e composição de interesse
Simulação do processo de conformação superplástica pelo método dos elementos finitos
(2010) Solosando, Sandro Guilherme
A superplasticidade é a capacidade que alguns materiais possuem de sofrer grandes deformações de maneira homogênea. É obtida em materiais de granulação fina e sob determinadas condições de processamento. As condições de processamento para se obter a superplasticidade são basicamente: baixas taxas de deformação e temperaturas superiores a metade da temperatura absoluta de fusão do material. Este trabalho tem como objetivo simular o processo de conformação superplástica pelo método dos elementos finitos. As simulações de superplasticidade foram realizadas em blanks de geometria circular e retangular e o material destes blanks foi a liga de alumínio 5083. Os blanks circulares foram utilizados tanto para a simulação de expansão livre quanto para a conformação de uma peça cônica; já o blank retangular foi utilizado para a obtenção de uma bandeja retangular. Dos modelos simulados foram obtidos os seguintes resultados: curva de pressão x tempo de conformação, redução da espessura da chapa, deformação plástica na espessura e força de fechamento das matrizes. Nas simulações de expansão livre e de conformação da peça cônica observou-se que as máximas pressão de conformação e força de fechamento das matrizes sofreram uma variação de 3,5% e 12%, nas simulações de expansão livre, e de 13,5% e 10,5%, nas simulações de conformação da peça cônica, quando a malha de elementos finitos foi refinada. Também observou-se que a variação da espessura não foi influenciada quando o refinamento da malha foi realizado nestes modelos. Além disso, notou-se que os valores de redução da espessura, obtidos na simulação de conformação da bandeja retangular, apresentaram uma diferença de até 59% quando comparados com dados experimentais propostos por Luckey, Friedman e Weinmann (2007)
Estudo da formação de sigma e sua influência no potencial de pite em solução 0,6M cloreto de sódio do aço UNS S31803 envelhecido a 850 e 900ºC
(2010) Santos, D. C.
O objetivo deste trabalho compreende o estudo dos mecanismos de formação de sigma no aço UNS S31803 envelhecido a 850ºC e 900ºC, relacionando estas transformações microestruturais ao potencial de pite do em solução 0,6M NaCl material em estudo. Para este estudo foram conduzidos envelhecimentos isotérmicos até 360 horas a 850ºC e 900ºC, bem como ensaios de polarização cíclica em solução 0,6M NaCl. Para as amostras envelhecidas em até 5 minutos de ambas as temperaturas estudadas ocorre o reequilíbrio entre ferrita e austenita na temperatura do envelhecimento, sendo que o valor do potencial de pite não é alterado pela formação de austenita de reequlíbrio. A formação de sigma para as temperaturas em estudo se dá preferencialmente pela nucleação e crescimento a partir da ferrita formando ferrita secundária, empobrecida em cromo. Entretanto, para a temperatura de 900ºC provavelmente a ferrita secundária formada, dependendo do seu empobrecimento em cromo e seu enriquecimento em níquel, podem dar origem à austenita secundária. Contudo, não se pode descartar a formação de sigma pela decomposição eutetóide da ferrita formando austenita secundária, embora os indícios de sua ocorrência não sejam tão evidentes. A partir de 72 horas a 850ºC e 18 horas, observou-se a formação de sigma a partir da austenita quando da total ausência de ferrita. As frações volumétricas de ferrita e austenita se estabilizam a partir de 144 horas a 850ºC a 360 horas a 900ºC. De acordo com o modelo de Johnson-Mehl-Avrami (J-M-A), o estudo da cinética de precipitação de sigma confirma a mudança no mecanismo que controla a formação de sigma com o aumento do tempo do envelhecimento. Para ambas temperaturas poderia ocorrer inicialmente a nucleação de sigma em contorno de grão de ferrita e/ou nos pontos triplos do materila após a saturação, além do crescimento a partir de pequenas dimensões com diminuição na taxa de nucleação. Após este processo ocorreria o crescimento destes núcleos com volume inicial apreciável, ou o espessamento das partículas formadas. Foram registradas oscilações nos valores de potencial de pite das amostras, que podem estar relacionadas ao início da formação de ferrita e austenita secundárias, empobrecidas em cromo. Após o início das dispersões nos valores de potenciaisde pite, estes voltam a se elevar, possivelmente em decorrência da redistribuição de cromo nas regiões empobrecidas neste elemento. Observou-se também que a mudança no mecanismo de formação de sigma nucleação para crescimento de sigma, após 1 e 2 horas respectivamente para as temperaturas de envelhecimento de 850ºC e 900ºC, provoca a queda nos valores de potencial de pite que com o crescimento de sigma provavelmente ocorre um aumento nas regiões empobrecidas de cromo e molibdênio. Após a ausência de ferrita, ocorre a redistribuição de cromo entre as austenita original e secundária fazendo com que haja uma redução no teor de cromo na austenita dificultando a restituição da passividade. Os pites encontrados no aço UNS S31803 envelhecido após polarização cíclica em solução em 0,6M NaCl guardam relação com a microestrutura do material, sendo que estes se formaram preferencialmente em áreas empobrecidas em cromo e molibdênio como austenita e ferrita secundárias, tendo como mecanismo de crescimento de pites a corrosão seletiva das regiões empobrecidas em cromo e molibdênio
Caracterização da zona crítica através de calorimetroa diferencial exploratória (DSC) do aço bifásico DP600
(2010) Aquino, L. A. B. H. de
Neste trabalho estudou-se a cinética da formação da austenita, a partir de uma microestrutura inicial constituída de matriz de ferrita e regiões de martensita, no aquecimento contínuo em aço bifásico (DP600), a partir dos dados de calorimetria diferencial exploratória (DSC) com taxas de aquecimento entre 10 e 50 °C/min. Os dados experimentais para as taxas de aquecimento foram analisados pela equação de Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov (JMAK), com o parâmetro K dado pela equação de Arrhenius. A fração de austenita formada foi determinada através do cálculo da área dos picos de DSC. Verificou-se que o parâmetro n da equação de JMAK é pouco influenciado pela taxa de aquecimento, com um valor médio de 1,5 o que reflete a sua dependência apenas com o tipo de transformação. A energia de ativação foi calculada utilizando os modelos matemáticos de Kissinger, Boswell, Ozawa e Starink, não tendo diferença significativa nos valores calculados. Os resultados demonstram que a taxa de aquecimento tem forte influência na temperatura de início e fim do campo intercrítico.
Graftização de anidrido maleico em polipropileno, por processamento reativo, na presença de nanopartículas
(2010) Muñoz, Pablo Andrés Riveros
Neste trabalho explorou-se a viabilidade de nanorreatores de montmorilonita e peróxido, para aumentar a seletividade das reações de graftização com relação às reações de quebra de cadeia, durante o processo de graftização de anidrido maleico em polipropileno, por processamento reativo. Foram testados diversos tipos de nanorreatores, variando-se o tipo de argila montmorilonita utilizada e o tipo de peróxido incorporado. Destes, os nanorreatores de montmorilonita Cloisite 20A e o peróxido de dicumila foram escolhidos como sistema de estudo. As reações de graftização foram utilizadas em reômetro de torque Haake, seguindo um planejamento experimental, onde foram variadas as concentrações de peróxido, concetração de anidrido maleico e o tempo de reação. Analisou-se o nível de anidrido maleico graftizado (% AM) e a viscosidadede polipropileno graftizado com anidrido maleico. Os níveis de %AM obtidos foram próximos a 1%, contra 0,5% atingidos com métodos tradicionais. Os resultados mostraram que para este sistema a concentração de anidrido maleico praticamente não interfere na %AM, porém tem influência sobre a viscoisdade, provocando um aumento desta. O aumento na concentração de peróxido elevou os valores de %AM, porém não teve influência na viscosidade do produto. O aumento no tempo de reação, ao contrário do esperado, diminuiu os valores de %AM e elevou a viscosidade, sugerindo alterações nos mecanismos de graftização no sistema, principalmente pelo fato da reação de graftização não ser reversível. Com base nos dados obtidos foi sugerida a possibilidade de existência de alguma reação paralela entre o anidrido maleico graftizado com polipropileno e o agente modificador da argila montmorilonita. O presente trabalho exibe também dados sobre a validade da utilização da técncia de espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) na determinação da %AM
Avaliação da Anisotropia em chapas de aço de baixo carbono SAE 1006, extra low carbon e aços livres de intersticiais
(2011) Simião, Mauricio
Esta pesquisa tem como objetivo caracterizar três tipos de aço de baixo carbono em termos de propriedades mecânicas, parâmetros de estampabilidade (anisotropia normal, média e planar) e suas características microestruturais. As ligas analisadas foram um aço da classe SAE 1006, um aço com valor de carbono extra baixo (Extra Low Carbon) e um liga de aço livre de intersticiais (IF) estabilizado ao nióbio. A microestrutura, propriedades mecânicas, coeficiente de anisotropia normal, médio e planar foram considerados para avaliar as ligas de aço estudadas com relação às operações de estampagem. O aço livre de intersticiais (IF) estabilizado ao nióbio apresentou os valores mais elevados de anisotropia média indicando que este aço é a melhor escolha para operações de estampagem onde prevalece o embutimento. O valor para o coeficiente de anisotropia planar dos aços extra low carbon (ELC) indica que também esta classe de aços apresenta menor formação de orelhas. O aço SAE 1006 apresentou seus valores abaixo das duas outras ligas em anisotropia média e planar, indicando que esta liga pode possuir grande tendência na formação de orelhas em operações de estampagem onde prevalece o embutimento.
Influência dos parâmetros do processo de fresamento sobre a integridade superficial e forças de corte do aço AISI H13 endurecido
(2011) Trevelin, Ricardo
As recentes melhorias na tecnologia construtiva das máquinas ferramenta, especialmente no que diz respsito à rigidez e precisão de posicionamento, aliadas ao advento de ferramentas de corte de cerâmicas e Nitreto Cúbico de Boro (CBN) tornaram possíveis a usinagem de aços endurecidos, utilizando ferramentas com aresta de corte definidas. O presente trabalho o estudo das influências dos parâmetros de usinagem (velocidade de corte, avanço por faca e profundidade de corte) sobre a integridade superficial e esforços de corte no aço AISI H13 endurecido a 54 HRC durante o fresamento, com a utilização de ferramentas de Nitreto Cúbico de Boro (CBN). As características da integridade superficial analisadas foram rugosidade e camada branca. Os esforços de corte foram medidos através de um dinamômetro tri-direcional acoplado à mesa da máquina e a aquisição de dados feita pelo Sistema Spider Catman da HBM. Os experimentos foram realizados e planejados através de um delineamento central composto e analisados pelo software "Statistica". Os resultados indicam que a força de penetração foi o parâmetro que mais teve influência nas forças de corte e na rugosidade. Os valores de rugosidade "RA" encontrados são semelhantes aos ocorridos em processos de usinagem de super-acabamento, possibilitando a substituição do processo de retífica por fresamento de aço endurecido. Não foi verificada a presença de camada branca em nenhum corpo-de-prova.
Estudo da influência dos teores de fibra, agente compatibilizante e tamanho de fibra nas propriedades de compósitos de polipropileno com fibra de bambu
(2011) Caranti, Lilian Roberta Arisa
A necessidade contemporânea de preservação ecológica desafia os campos da ciência a desenvolverem materiais e processos ambientalmente sustentáveis. A pesquisa de compósitos reforçados com fibras vegetais celulósicas busca suprir esta necessidade. Comparativamente, o biocompósito requer menos energia para produção do que material homólogo reforçado com fibras sintéticas. Ademais, fibras vegetais são biodegradáveis e procedentes de fontes renováveis. O presente trabalho deu ênfase ao estudo dos comportamentos mecânico e térmico do compósito de uma matriz termoplástica de polipropileno com fibra de bambu (Phyllostachys Edulis). A adesão interfacial entre os dois materiais foi promovida por meio de agente compatibilizante polipropileno enxertado com anidrido maleico PP-g-MA. Utilizou-se planejamento experimental fatorial 23 por meio do estudo de 8 formulações preparadas com variações quanto ao tamanho médio de fibra (nível inferior = 0,94 mm e nível superior = 2,19 mm), teor de fibra (20% e 40% em massa) e agente compatibilizante PP-g-MA (1% e 4% em massa). O comportamento mecânico do compósito foi avaliado por meio de ensaios de tração, flexão, impacto e fadiga. O comportamento térmico por meio de ensaio de deflexão por temperatura. Na investigação morfológica utilizou-se microscopia óptica. A cristalinidade foi medida por difração de raios X e as superfícies fraturadas foram observadas e analisadas por meio de microscopia eletrônica de varredura. A análise estatística de regressão múltipla avaliou os efeitos de interação das variáveis. O nível de significância adotado foi 0,05 com intervalo de confiança de 95%. O ponto ótimo foi obtido por curvas de contorno. A resistência à tração, o módulo em tração, a resistência à flexão, o módulo em flexão, a vida em fadiga e a temperatura de deflexão térmica do compósito aumentaram significativamente com a incorporação de 40% de fibra de bambu. O alongamento à ruptura e a tenacidade diminuíram com o aumento do teor de fibras. A adição do agente compatibilizante influenciou positivamente a resistência à tração, a deformação na ruptura, a tenacidade, a resistência à flexão, o módulo em flexão, a vida em fadiga e a resistência ao impacto do material. O aumento do tamanho da fibra foi signifcativo e positivo apenas nas propriedades mecânicas tensão máxima em tração e módulo em flexão. O aumento do teor de fibra de bambu acarretou queda no grau de cristalinidade do compósito, o grau de cristalinidade foi superior na direção longitudinal comparado à direção transversal ao fluxo de injeção. Fibras de bambu, auxiliadas por agente compatibilizante, podem ser utilizadas com êxito na manufatura de compósitos poliméricos reforçados com fibra, exceto para aplicações que requeiram alta resistência ao impacto.
Estudo comparativo das propriedades mecânicas, térmicas e da morfologia de blendas de Pet reciclado /PP e Pet reciclado/copolímero PP-EP compatibilizadas ou não
(2011) Caldeira, Caren Barbosa
Simulação do processo de conformação por fluência e envelhecimento aplicado a chapas de alumínio curvas com e sem reforço longitudinal
(2012) Silva, Wallas Weiner da
O processo de conformação de chapas de alumínio por fluência e envelhecimento, também conhecido como creep age forming - CAF tem sido utilizado na indústria aeroespacial para a fabricação de componentes de painéis com geometria complexa, principalmente painéis das asas de aeronaves. Através deste processo, é possível envelhecer e conformar o alumínio simultaneamente, melhorando as características mecânicas do material, especialmente do ponto de vista de fadiga, e reduzindo significativamente os custos de fabricação. O CAF baseia-se na complexa combinação de relaxação da tensão por fluência e endurecimento por envelhecimento. Uma das características deste processo é que os valores do retorno elástico costumam ser altos, e isso representa um grande desafio para a fabricação dos painéis. Portanto, faz-se necessário desenvolver métodos para se prever qual o valor total deste retorno elástico, para que se possa saber o formato da ferramenta que ao final do processo de fabricação forneça um produto com a geometria desejada. Neste trabalho busca-se desenvolver um modelo de elementos finitos para que se possa prever o retorno elástico e estudar o campo de tensões residuais na chapa. Foram criados dois modelos de elementos finitos - um com reforçador logitudinal e outro sem - para se investigar o efeito da geometria no valor do retorno elástico. Por fim, os resultados obtidos através da simulação numérica foram comparados com os resultados experimentais obtidos, e a validade deste método foi discutida criticamente. Os resultados obtidos se mostraram satisfatórios para a previsão do retorno elástico.
Avaliação fenomenológico-experimental do efeito da triaxialidade de tensões pós-instabilidade na determinação das propriedades tensão-deformação por meio do ensaio de tração uniaxial
(2012) Ganharul, Grace Kelly Quarteiro
A utilização de códigos computacionais para a simulação numérica de fenômenos e processos mecânicos que envolvem deformações plásticas significativas tem sofrido expressiva expansão nos últimos anos. Entretanto, uma das maiores limitações para o aumento da precisão das análises é a fiel caracterização das propriedade mecânicas relacionando tensão e deformação verdadeiras dos materiais para grandes níveis de deformação plástica. Tais resultados são usualmente obtidos por meio de ensaios de tração unixial, porém a ocorrência da estricção dificulta a avaliação direta sob regimes de elevada plasticidade, já que um estado triaxial de tensões complexo é estabelecido. Assim, o presente estudo investiga as metodologias exixtentes para a avaliação experimental de curvas tensão por deformação verdadeiras incorporando as correções oriundas da presença de estricção em espécimes cilíndricos e isotrópicos. Ênfase é dada ao estudo das deduções e hipóteses das correções propostas por Bridgman (método clássico e mais difundido) e por outros pesquisadores que focaram na descrição da evolução geométrica do corpo-de-prova após a ocorrência de instabilidade plástica. A aplicação de tais teorias aos ensaios conduzidos ao longo do trabalho permitiu uma análise de sua aplicabilidade, assim como a proposição de novas técnicas laboratoriais e de tratamento fenomenológico da estricção. Neste cenário, as atividades e objetivos do presente estudo residem em: i) ensaiar materiais metálicos dúcteis ferrosos e não ferrosos para caracterizar experimentalmente a evolução geométrica e de cargas na estricção dos corpos-de-prova cilíndricos sob tração unixial; ii) aplicar e discutir criticamente as correções de Bridgman e de outros pesquisadores aos experimentos; iii) desenvolver uma técnica de análise de imagens de alta resolução que permita um incremento de precisão na aplicação dos métodos existentes; iv) explorar a evolução geométrica da estricção de espécimes cilíndricos motivando e dando suporte a futuras pesquisas na área. Como resultado, o trabalho contribui com um maior suporte à determinação de propriedades verdadeiras dos materiais de engenharia até a fratura. Os resultados demonstram que alguns dos métodos disponíveis na literatura apresentam expressivas limitações na correção dos efeitos de triaxialidade, especialmente para materiais que não os aços. O uso de análise de imagens em alta definição sincronizadas aos ensaios, por outro lado, forneceu grande precisão na descrição mecânico-experimental do fenômeno da instabilidade, viabilizando a aplicação adequada das correções disponíveis. Ainda, o acompanhamento da evolução geométrica dos espécimes pós-instabilidade permitiu conclusões de interesse a pesquisas futuras que podem facilitar ainda mais as práticas laboratoriais propostas
Compósito de polipropileno e fibras de pet reciclado:compatibilização e propriedades mecânicas
(2012) Nonato, R. C.
A preservação do meio ambiente é hoje algo de importância ímpar para todos os campos da ciência, bem como a busca por produtos e processos sustentáveis. A reciclagem dos materiais produzidos não é apenas um desejo, mas sim uma necessidade. Esse trabalho estudou o comportamento mecânico e térmico de compósitos de polipropileno com fibras de PET reciclado. A melhora da adesão entre os materiais foi feita com a adição do agente compatibilizante polipropileno graftizado com anidrido maleico, ou PP-g-MA. Utilizou-se planejamento fatorial 2² com ponto central, no qual as composições foram preparadas variando-se a quantidade de fibra PET (nível inferior = 10%, ponto central = 14% e nível superior = 18%) e quantidade de agente compatibilizante (nível inferior = 1%, ponto central = 2,5% e nível superior = 4%). Preparou-se também uma composição com 5% de fibras e 4% de compatibilizante para efeito de comparação. O comportamento mecânico foi avaliado por ensaios de tração, flexão, impacto e fadiga, e o comportamento térmico por HDT (Heat Deflection Temperature) e DSC (Differential Scanning Calorimetry). As superfícies de fratura e as fibras foram observadas por meio de microscópio eletrônico de varredura. Fez-se uso da análise estatística de regressão múltipla para se avaliar os efeitos das interações entre as variáveis. O nível de significância adotado foi de 5% com intervalo de confiança de 95%. A resistência à tração, módulo em tração, tensão em flexão para 5% de deformação, módulo em flexão e temperatura HDT apresentaram um aumento com a adição de fibras. A deformação na ruptura, resistência ao impacto e fadiga em tração apresentaram queda. Já para adição de agente compatibilizante a resistência à tração, tensão em flexão para 5% de deformação, módulo em flexão, fadiga em tração e temperatura HDT apresentaram aumento, enquanto que o módulo em tração, deformação na ruptura e resistência ao impacto apresentaram queda. Notou-se porém que para 5% de fibras os valores de resistência ao impacto aumentaram. A cristalinidade medida por DSC apresentou queda para os compósitos quando comparados aos valores de PP e PETr puro, as exceções ficaram por conta das composições com 10% de fibra PETr e 4% de compatibilizante e a composição com 14% de fibra e 2,5% de compatibilizante. Concluiu-se que fibras de PET reciclado auxiliadas por agente compatibilizante específico podem ser usadas na fabricação de compósitos com matriz de polipropileno
Redes neurais artificiais e planejamento fatorial:um estudo da integridade superficial do aço ABNT 52100 endurecido no processo de torneamento
(2012) Paschoalinoto, N. W.
O uso de redes neurais artificiais e planejamento fatorial, para o estudo da integridade superficial de peças de aço ABNT 52100 torneadas no estado endurecido, foram o foco deste trabalho. Os ensaios de torneamento foram efetuados de acordo com um planejamento experimental, utilizando-se três insertos distintos: Tipo-S (20o e 30o) e Tipo-T. Os testes foram executados em 60 amostras de aço ABNT 52100 com dureza média de 58,5 HRC. Os dados de corte (velocidade de corte, avanço e profundidade de penetração) utilizados no torneamento dos corpos de prova foram definidos como variáveis independentes da rede neural artificial e do planejamento fatorial e as forças de usinagem (força de avanço, força de corte e força de penetração) foram medidas com um transdutor tri-axial e definidas como variáveis dependentes. Após a usinagem mediram-se as rugosidades Ra e as tensões residuais circunferenciais, também nomeadas variáveis dependentes. As tensões residuais foram medidas pelo método da difração de raios-X. A análise metalográfica em todos os corpos de prova permitiu verificar a presença ou não da camada branca decorrente do processo da usinagem. Algumas configurações de redes neurais artificiais foram sugeridas, treinadas e testadas. Obteve-se grande aproximação entre os resultados experimentais e os previstos pelas redes. Um planejamento fatorial completo de três variáveis e dois níveis com dois pontos centrais e uma réplica foi utilizado para a análise estatística. Os resultados preditos pelas redes neurais propostas foram comparados com os resultados estatísticos fatoriais através da análise das respectivas variâncias. A otimização das respostas, predizendo a integridade superficial, em função das variáveis independentes para cada inserto foram obtidos por meio da função desirability e uso do programa Statistica. Os resultados mais significativos foram: as redes neurais propostas e o planejamento estatístico predizem as respostas de forma semelhante; o avanço foi a variável mais importante para a rugosidade; a velocidade de corte e a profundidade de penetração influenciaram significativamente as tensões residuais para o inserto do tipo S e o avanço e a profundidade de penetração para o inserto T. Constatou-se que o inserto tipo S com 30º favoreceu a formação da camada branca.
Análise da integridade superficial no fresamento de acabamento do aço AISI 4140 endurecido
(2012) Stipkovic, M. A.
Avaliação experimental do efeito de ciclos térmicos nas propriedades mecânicas convencionais e à fratura de ferros fundidos cinzentos hipoeutéticos ligados
(2012) Orlando, Pedro Humberto Gândara,
Ferros fundidos cinzentos são amplamente utilizados na indústria metal-mecânica pela interessante combinação de propriedades mecânicas e térmicas proporcionadas. Ao longo de sua vida útil, componentes mecânicos diversos precisam suportar solicitações mecânicas e térmicas (separada ou conjuntamente) sem comprometer sua integridade estrutural (p. ex.: pelo surgimento de trincas). Frente ao comportamento frágil usualmente apresentado por tais materiais em deformação, diversas técnicas de processamento são utilizadas para se atingir as propriedades desejadas de tenacidade, fazendo este material ter grande importância no atual estágio de desenvolvimento da indústria. Entretanto, algumas aplicações práticas submetem os ferros fundidos cinzentos a ciclos de aquecimento (inclusive com austenitização do material) seguidos de resfriamentos bruscos, como ocorre em sistemas de frenagem de grande porte aplicáveis a veículos pesados. Tais ocorrências reduzem expressivamente as propriedades mecânicas desses materiais e favorecem a nucleação e propagação de trincas, podendo incorrer em falhas catastróficas. Neste cenário, o objetivo deste trabalho é investigar a influência de ciclos térmicos simulados em laboratório nas microestruturas e principalmente nas propriedades mecânicas convencionais e à fratura destes materiais. Para tal, são conduzidos ensaios mecânicos de tração, de impacto e de tenacidade à fratura utilizando corpos de prova compactos C(T). A título de estudo e relevância tecnológica, dois ferros fundidos com composições químicas diferentes entre si foram selecionados para melhor suportar os desenvolvimentos e as conclusões. Os resultados apontaram que ciclos térmicos envolvendo austenitização e resfriamentos típicos de algumas aplicações reais na indústria automotiva propiciam a formação de fases frágeis (martensita) incorrendo em severa redução de propriedades mecânicas de resistência e ductilidade. Reduções de até 83% foram obtidas em propriedades de tenacidade à fratura e absorção de energia quando da ocorrência dos tratamentos térmicos, o que chama a atenção para a relevância da consideração destes fenômenos para atividades de projeto e avaliação de integridade estrutural que busquem segurança. Uma discussão crítica sobre a descrição da fratura de ferros fundidos utilizando integral J e práticas laboratoriais alternativas é também conduzida e motiva estudos/ investigações futuros na área.
Investigação dos métodos de determinação da temperatura de transição dúctil-frágil (TTDF) utilizando ensaio de impacto charpy
(2013) Gouveia, Kátia Cristina
Os aços estruturais são materiais amplamente utilizados na construção e na indústria. A ocorrência de fraturas frágeis catastróficas nos navios da classe Liberty durante a 2ª Guerra Mundial, no entanto, trouxe à tona a necessidade de determinar uma temperatura limite, abaixo da qual o comportamento à fratura do material se altera de dúctil a frágil, de maneira a prever e evitar tais ocorrências. A essa temperatura se deu o nome de Temperatura de Transição Dúctil-Frágil (TTDF) dos materiais. Naquela época, no entanto, pouco sobre o assunto havia sido documentado e, dentre os ensaios disponíveis, o ensaio de impacto Charpy foi então considerado o ensaio que mais se adequava às necessidades para o estudo deste assunto, e permanece até hoje com ampla utilização para este fim. Diante deste contexto, o objetivo deste trabalho é realizar a determinação da TTDF utilizando várias metodologias, e realizar um estudo comparativo entre os resultados obtidos. Foi estudado o aço ASTM A-36 (2012) com três graus de deformação. Corpos de prova tipo A foram utilizados para realização de ensaio de impacto a diversas temperaturas, conforme norma ASTM E23 (2012). As diferentes definições para a TTDF dos aços estruturais foram apresentadas e utilizadas. O valor da TTDF considerando a condição de fragilidade nula do material é o maior dentre eles, sendo portanto o mais conservador. Quando se avaliam os dados de TTDF obtidos pela medição da expansão lateral dos corpos de prova, vê-se que com estes resultados não é possível avaliar alterações no comportamento do material devido ao efeito da pré-deformação. Já o comportamento de transição do material quando considerado o valor da TTDF na qual o material apresenta 50% de fratura dúctil e 50% de fratura frágil é muito similar nas 3 condições de pré-deformação adotadas, considerando ambas as metodologias de avaliação visual das faces de fratura dos corpos de prova ensaiados ao impacto, embora os valores sejam divergentes dos valores obtidos pelos métodos analíticos. Pela avaliação das faces de fratura dos corpos de prova por microscopia eletrônica de varredura, foi possível visualizar que nas regiões onde, por avaliação visual, considerou-se que havia fratura por clivagem, também haviam regiões com alvéolos resultantes de deformação plástica do material, típicos de fratura dúctil. Sendo assim, a determinação da TTDF pelo método da porcentagem de fratura dúctil ou por clivagem fica comprometida. Por fim, verificou-se que a metodologia mais indicada para determinação da TTDF é aquela obtida considerando que a TTDF é a temperatura na qual a energia absorvida é a média da energia absorvida nos patamares superior e inferior em função da temperatura, por tratar-se de um método simples, de fácil reprodutibilidade e aquela que melhor refletiu a tendência de comportamento do material quando se aplicam pré-deformações de até 8,6% no material.

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