Trabalhos de Conclusão de Curso

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Properties of lignocellulosic composites of coffee husk filled polypropylene
(2020-01-10) LEAL, H. D. A.; BABETTO, A. S.; BONSE, B. C.
© 2020 Author(s).Ground coffee husk has been incorporated into polypropylene (PP) at 20, 30 and 40 wt%, along with a PP maleated compatibilizer at 10 wt% relative to the coffee husk, by means of a co-rotating twin-screw extruder and subsequent injection molding into test specimens. In relation to neat PP, the 40 wt% composite showed an increase in flexural strength, flexural modulus, tensile modulus and heat distortion temperature of about 35, 90, 75 and 45%, respectively. However, strain at break, impact and tensile strength decreased by around 95, 40 and 20%, respectively. The presence of coffee husk practically did not affect PP melt temperature, but increased both composite's degree of crystallinity, measured by DSC, and temperature at maximum degradation rate, measured by TGA.
ANÁLISE DA AUDITORIA ECOLÓGICA DO ÓXIDO DE ZINCO NO AGRONEGÓCIO
(2020-06-19) Macarrão, Isabelle Monfrinatti
O setor da agricultura e agronegócio evoluiu, de forma global, para um patamar altamente diversificado, variando suas operações entre pequenas fazendas de subsistência a grandes explorações multinacionais. Embora as taxas de urbanização ainda estejam em uma escala ascendente, milhões de empreendedores rurais se dedicam ao cultivo, criação e preservação dos recursos naturais. Além disso, as perspectivas para esse setor são positivas devido às características e diversidades do Brasil, tanto no quesito clima quanto solo, possuindo ainda áreas agriculturáveis altamente férteis e inexploradas. Dentre as principais atividades econômicas atreladas ao agronegócio se encontra o mercado de fertilizantes. Esses produtos são compostos de diversos macro e micronutrientes essenciais à vida de todos os seres vivos, seja nas plantas, na alimentação dos animais e dos seres humanos. O zinco é um desses micronutrientes essenciais e uma das formas dele ser incorporado nos fertilizantes é como óxido de zinco. O presente trabalho se justifica nesse contexto, pois se preocupa em caracterizar, do ponto de vista do desenvolvimento sustentável, toda a cadeia de produção e transporte do óxido de zinco no setor do agronegócio. Pretendeu-se classificar e estabelecer uma auditoria ecológica desse composto e ainda explorar os cinco passos de Michael Ashby envolvendo a discussão sobre o tema da sustentabilidade com o recorte dos dias atuais. O programa utilizado para realização da auditoria ecológica foi o CES EduPack®; assim, foi feita uma simulação preliminar a fim de reunir todas as informações necessárias. Em seguida foi realizada uma visita técnica à planta de uma das principais empresas produtoras de óxido de zinco no Brasil, a Nexa Recursos Minerais S.A., localizada na cidade de Três Marias em Minas Gerais, para coleta das informações faltantes. De acordo com as possibilidades produtivas percebeu-se a necessidade de realizar a simulação final considerando seis cenários distintos. Percebeu-se que o cenário composto apenas por material reciclado (borra de zinco) para alimentação dos fornos foi o que gastou menos energia de todos e emitiu a menor quantidade em geral de pegada de carbono. Já o cenário composto apenas por zinco puro (SHG) na alimentação dos fornos foi o que mais gastou energia e mais emitiu pegada de carbono. Por outro lado, observou-se que em todas as simulações a coluna de gasto/emissão com transporte foi a maior e a coluna de manufatura e uso (que no caso do presente trabalho lê-se como processamento) se mantiveram estáveis.
Estudo comparativos do ciclo de vida de materiais utilizados em produtos de cuidados pessoais
(2020-12) Nunes, Isabela Ferreira
Em virtude da crise ambiental que a humanidade tem enfrentado nas últimas décadas e um crescente consumo de diversos tipos de produtos, é necessário que se conheçam os impactos ambientais causados pelo uso e descarte destes produtos. Por meio da ferramenta de Avaliação do Ciclo de Vida é possível contabilizar as demandas e as emissões oriundas de cada etapa do ciclo de vida dos produtos, quantificando os impactos ambientais que estes podem gerar. Neste trabalho foi realizada a avaliação do desempenho ambiental de dois produtos de cuidados pessoais: escovas de dente com cabo feito em bambu e cabo de polipropileno (PP) e cotonetes com hastes feitas de PP e papel. Foi realizada a comparação do desempenho ambiental dos materiais que compõem esses produtos. Foi utilizada a metodologia apresentada na norma ABNT NBR 14040 para realização das fases da avaliação de ciclo de vida. Os inventários de ciclo de vida (ICV) foram estruturados com base nos dados coletados no banco dos ICVs ecoinvent e no software GRANTA EduPack. A fase de avaliação dos impactos de ciclo de vida foi realizada no software openLCA, utilizando a metodologia ReCiPe midpoint. Foram avaliadas as categorias de impacto Mudança Climática e Esgotamento de Água. Concluiu-se que o PP é a melhor opção de material para fabricação dos cabos de escova de dente e hastes dos cotonetes. Para chegar em tal conclusão, foi considerado que este material apresentou menores impactos ambientais gerados pelo seu ciclo de vida, na categoria de Esgotamento de Água, quando comparado ao bambu, e nas categorias de Esgotamento de Água e Mudança Climática, ao compará-lo com o papel. Foram avaliados também os impactos ambientais da etapa final do ciclo de vida destes materiais e, por meio de uma ponderação entre as possíveis destinações e consequências atreladas a estas, observou-se também o PP como uma melhor opção no quesito desempenho ambiental.
Análise da Influência da adição de nanosílica nas propriedades mecânicas e térmicas da blenda em diferentes concentrações
(2020-12) Tonini Filho, Luiz Roberto
O presente estudo trata-se da análise da influência da concentração e do tamanho da nanosílica (NS) adicionada a uma blenda PP/SEBS de diferentes composições, além de uma análise comparativa com outras blendas. Para isto, foram utilizadas nanosílicas de 2 tamanhos de diâmetro médio de partícula: 7 e 12 nm. Neste trabalho optou-se pela análise das seguintes composições da blenda PP/SEBS, respectivamente: 80/20, 70/30 e 60/40 e concentrações de sílica de 0,5% e 1%. O processamento dos compostos foi realizado em um trabalho anterior por meio da prévia mistura do PP com a nanosílica utilizando um misturador interno (mixer), formando um masterbatch. O masterbatch foi posteriormente extrudado junto aos demais componentes da blenda e injetado em corpos de prova de tração e impacto para caracterização mecânica. Os resultados dos ensaios mecânicos mostraram a efetividade do efeito tenacificante do SEBS no polipropileno. A adição de nanosílica aumentou a tenacidade à tração da blenda, independentemente do tamanho e/ou concentração. Ao observar os resultados dos ensaios de impacto foi possível observar melhores resultados com a nanosílica de 7 nm, que aumentou a resistência ao impacto nas concentrações 80/20 e 70/30. Destes resultados vem a hipótese de a NS estar atuando como um agente compatibilizante nas blendas PP/SEBS, e que quanto maior for a quantidade da fase dispersa, maior deve ser a quantidade de NS para que haja compatibilização. No geral, a presença de nanosílica não alterou a temperatura de deflexão térmica das blendas em mais do que 8%. Em termos de custo e propriedades mecânicas, a blenda PP/SEBS/NS se mostrou compatível a substituir outras blendas poliméricas comerciais em aplicações automotivas, elétricas e médicas.
ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA ADIÇÃO DE TiO2 E CuO NA SINTERIZAÇÃO DE ALUMINA
(2020-12) Guilherme, Bergaro Sagula de Almeida
Neste trabalho, investigou-se o efeito da adição de TiO2 e CuO sobre a sinterização de dois tipos de alumina com diferentes tamanhos médios de partícula: CT3000SG (D50=0,6 micrometros) e CL370 (D50= 2,5 micrometros). Foram preparadas, por colagem de barbotina em molde de gesso, amostras de alumina contendo 3, 5 e 7% em massa de aditivo, formado por uma mistura de TiO2 e CuO em uma proporção de 4:1 em massa, respectivamente. Após secagem, as amostras foram desmoldadas e sinterizadas a 1350°C, com patamar de 1 hora, seguido de resfriamento natural. Antes da etapa de sinterização as amostras foram caracterizadas por dilatometria, com taxa de aquecimento de 10°C/min até 1400°C onde estabeleceu-se um patamar de 10 minutos seguido de resfriamento sem controle. Após a sinterização, a análise macrográfica foi realizada com estereoscópio, tendo a densidade e porosidade aparente sido determinadas pelo método de Arquimedes. Os resultados dos ensaios de dilatometria mostraram que a temperatura de sinterização da alumina CT3000SG pode ser reduzida de 1550°C para 1300°C pela adição de 3% em massa da mistura de TiO2 e CuO, alcançando 97% da densidade teórica. No caso da CL370, a adição de 5% do aditivo reduziu a temperatura de sinterização para, aproximadamente, 1350°C, obtendo 94% da densidade teórica. A análise macrográfica revelou a presença de macro segregação, crescimento dendrítico e óxido residual em ambas as amostras. A alumina CL370, que apresenta distribuição bimodal, apresentou menor contração durante a sinterização, provavelmente devido a sua menor área superficial específica. Nesta alumina foi observado também maior teor de óxido residual. As amostras com adição de 5 e 7% do aditivo da CT3000SG apresentaram o fenômeno overfiring cujas características são o crescimento anormal de grão e expansão após a contração durante a sinterização. Os resultados indicam que o sistema de aditivos estudado pode levar à redução da temperatura de sinterização da alumina, o que pode trazer benefícios energéticos, econômicos e técnicos para as indústrias, como por exemplo em aplicações de materiais com gradação de funcionalidade (MGF), quando necessária a redução da temperatura de sinterização da alumina para compatibilidade com os outros componentes.
Estudo do comportamento à fadiga da liga AA2198-T851 em meio corrosivo
(2020-12) Antoneli, Andrey Sakamoto
Na indústria aeronáutica existe uma constante procura de materiais que apresentam uma alta razão resistência mecânica e densidade e redução de custo. A fuselagem é um componente da aeronave que está sempre em contato com meios corrosivos e esforços cíclicos que, quando combinados, podem caracterizar o fenômeno de corrosão – fadiga. A partir da necessidade de caracterizar o comportamento em corrosão – fadiga, o objetivo do presente trabalho é apresentar uma metodologia de cálculo por planilha eletrônica capaz de caracterizar o fenômeno de corrosão – fadiga na liga AA2198-T851, uma nova liga de alumínio com aplicações na fuselagem. Com a caracterização do fenômeno de corrosão localizada severa (SLC), corrosão por pites e comportamento à fadiga com razão de carregamento de 0,1 da liga AA2198-T851, foram propostas 3 metodologias de cálculo. A primeira metodologia considerou o pite de corrosão como profundo, com espessura desprezível e localizado na extremidade de um corpo de comprimento infinito, onde atua como concentrador de tensão. A segunda metodologia considerou o pite como esférico na região central que atua como concentrador de tensão apenas quando o defeito for passante. A terceira metodologia utilizou a aplicação apresentada por MURAKAMI (2002), onde foram utilizadas propriedades mecânicas do material e áreas de projeção de pites para calcular limites de fadiga.
Influência da Incorporação de Nanopartículas de CaCO3 na Blenda PA/Surlyn
(2020-12) Taveira Jr., Roberto
Este trabalho apresenta o estudo da influência da incorporação de nanopartículas de carbonato de cálcio (CaCO3) em uma blenda de poliamida6 (PA6) com rejeitos do ionômero Surlyn®, provenientes de uma indústria de embalagens de cosméticos, na proporção 80/20, seguindo uma única sequência de extrusão. As nanopartículas foram incorporadas a blenda PA6/Surlyn® nas proporções 1, 3 e 5% em relação a massa total da blenda, utilizando-se uma extrusora do tipo dupla rosca. Os corpos de prova para as caracterizações mecânicas e térmicas foram obtidos por injeção. Os nanocompósitos foram caracterizados através de ensaios de tração, flexão, impacto, HDTe índice de fluidez. A incorporação de Surlyn® foi capaz de aumentar a resistência ao impacto da PA6, a deformação até a ruptura e a tenacidade em tração. Por outro lado, resultou num decréscimo na resistência à tração e à flexão, no módulo em tração e emflexão, no HDT e no índice de fluidez. As nanopartículas de CaCO3 foram capazes de ampliar algumas propriedades da blenda PA6/Surlyn®, principalmente na concentração de 1% de CaCO3. Aumentos significativos foram observados na resistência ao impacto, na resistência à flexão, no módulo em flexão e no HDT. Já na resistência à tração, no módulo em tração e no índice de fluidez, os aumentos foram irrisórios, mas ainda assim positivos. Para a deformação até a ruptura e tenacidade observou-se uma tendência de declínio das propriedades. A tenacificação observada provavelmente foi resultante da redução do tamanho médio das gotas de Surlyn® devido à incorporação do CaCO3, que pode ter dificultado o processo de coalescência da fase dispersa na blenda. Observou-se que as propriedades mecânicas decresceram com o aumento da concentração de CaCO3. Esse comportamento pode estar relacionado à formação de aglomerados de partículas que atuaram como concentradores de tensão.
Estudo do uso de resíduo de XLPE em diferentes situações e a sua avaliação em poliamida 12 com diferentes agentes compatibilizantes
(2020-12) Leite, Bruno Matheus Stefano
O polietileno reticulado (XLPE) é muito utilizado como isolamento para fios e cabos elétricos, não passível de reciclagem por meio de fusão como ocorre em polímeros termoplásticos não reticulados, logo, a maior parte dos resíduos de XLPE é destinada a aterros ou incineração. Com base nesses fatos, idealizou-se o reaproveitamento dos resíduos deste polímero pela sua incorporação em poliamida 12 (PA12), termoplástico de engenharia, utilizando polietileno graftizado com anidrido maleico (PEgMA) e resíduos dos ionômeros Surlyn® e Sentryglas® para a compatibilização dos polímeros. Para tanto, o presente trabalho traz uma revisão bibliográfica abordando o XLPE, a PA12, o PEgMA, e os ionômeros Surlyn® e Sentryglas®, além de um extenso estado da arte referente ao reaproveitamento de XLPE, tal como sua reciclagem, sua desreticulação, bem como a incorporação do XLPE em matrizes não poliméricas e poliméricas quimicamente semelhantes e quimicamente diferentes, e o uso de ionômeros como agentes compatibilizantes. Os resultados dos diversos trabalhos consultados mostraram que a incorporação de XLPE em matrizes poliméricas quimicamente similares, aumenta a resistência ao impacto e à estabilidade térmica, não precisando de agentes compatibilizantes. Matrizes que possuem propriedades mecânicas superiores ao XLPE terão queda nestas propriedades ao incorporar o XLPE, enquanto matrizes com propriedades mecânicas inferiores ao XLPE terão um aumento destas propriedades. A incorporação em matrizes poliméricas quimicamente não semelhantes resulta em redução nas propriedades mecânicas e térmicas, pela falta de afinidade entre a matriz e o XLPE, necessitando de agentes compatibilizantes. Os ionômeros se mostraram eficazes na compatibilização de polietileno com polímeros polares. Portanto, prevê-se o potencial dos resíduos dos ionômeros Surlyn® e Sentryglas® como agente compatibilizante nos compostos de PA12 e XLPE, podendo aumentar a sua resistência ao impacto, além de agregar valor aos três resíduos.
Estudo da equação de JMAK modificada na cinética de precipitação da fase sigma em aços inoxidáveis dúplex
(2021-06) Santos, Jefferson Silva Pereira dos
Os aços inoxidáveis dúplex desempenham um papel de destaque em diversas aplicações industriais. Sua microestrutura, composta por frações em volume aproximadamente iguais de austenita e ferrita, propicia uma excelente combinação entre propriedades mecânicas e resistência à corrosão. Todavia, quando esta liga é exposta a um intervalo de temperaturas entre 600°C e 1000°C, pode ocorrer a formação de fases intermetálicas, que reduzem substancialmente a ductilidade e a resistência à corrosão do material. Das fases passíveis de precipitação em uma liga dúplex, a mais prejudicial e que tem maior fração volumétrica é a fase sigma. Dessa forma, ferramentas como diagramas TTP (Tempo-Temperatura- Precipitação) e modelos matemáticos, que aumentem a previsibilidade de formação dessa fase deletéria, com o objetivo de evitá-la, são de extrema importância para indústria. De acordo com a literatura, a Equação de JMAK (Jonhson-Mehl-Avrami-Kolgomorov), pode ser aplicada para descrever a cinética de precipitação da fase sigma. Entretanto, o modelo não se ajusta perfeitamente aos dados experimentais. Sendo assim, objetivo do presente trabalho é avaliar a possibilidade de uso do modelo de JMAK modificado, que relaciona o expoente “c”, sendo possivelmente mais sensível aos fenômenos complexos que ocorrem durante a nucleação e crescimento. Durante a presente pesquisa, os dados de fração volumétrica de sigma, quantificados a partir de imagens de elétrons retroespalhados, foram ajustados ao modelo de JMAK modificado. A fim e comparar e validar os dados, as mesmas imagens foram quantificadas com o ImageJ ©, software este que tem como vantagem ser de domínio público apresentando uma acurácia elevada dos dados quantificados, fato já atestado pelo presente autor em trabalhos anteriores. Os dados desta nova quantificação foram trabalhados com o modelo de JMAK modificado, comparando ao final com os resultados presentes na literatura. Por fim, uma análise dos resultados obtidos, mostra que o modelo de JMAK modificado aplicado à liga UNS S31803, aumenta a previsibilidade dos dados experimentais em relação aos dados teóricos, para as curvas de cinética de transformação. Após análise dos resultados obtidos e das micrografias apresentadas, torna-se razoável a suposição de que o parâmetro “c” guarda relação com os mecanismos de formação e morfologia de sigma formada, e fenômenos interfaciais que ocorrem durante sua precipitação.
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.
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.
Avaliação das propriedades e aplicações de compósitos naturais de matriz polimérica contendo borra de café
(2021-06-15) Cardoso, Gustavo Luiz Bueno
Por ser um grande consumidor de café torrado e moído, o Brasil produz grande quantidade de borra de café, que normalmente é descartada em lixões e aterros sanitários. Com a crescente preocupação mundial de agregar cada vez mais valor a resíduos, incluindo alimentares, estudos com ênfase em reaproveitamento e usos alternativos de borra de café (BC) são cada vez mais necessários. Alguns deste usos passam pela incorporação da borra de café em matrizes termoplásticas, como o polipropileno. Neste trabalho é estudado o efeito da incorporação em polipropileno de 10%, 20%, 30% e 40% em massa de BC, com agente compatibilizante de PP enxertado com anidrido maleico (PP-g-MA) a um teor de 10% em relação à massa do resíduo, utilizando pré-mistura, por tamboreamento, de todos os componentes e extrusão subsequente em extrusora dupla rosca corrotacional. Além disso, preparou-se uma amostra com 20% BC e 20% de compatibilizante em relação à massa de BC. De forma geral, a incorporação da borra de café no PP trouxe um aumento da rigidez quando comparável ao PP puro, mas houve uma queda na resistência à tração e no alongamento, indicando que a BC atuou mais como carga de enchimento do que como reforço. Baixos teores de BC (10% e 20%) praticamente não afetaram a resistência ao impacto, porém para teores maiores (30% e 40%) esta propriedade foi reduzida. A temperatura de distorção ao calor (HDT) e o índice de fluidez reduziram 38%, sendo que não houve variação com o aumento no teor de BC. A análise de MEV mostrou que o aumento no teor de PP-g-MA aumentou o molhamento entre matriz e carga, porém este aumento não afetou muito as propriedades mecânicas. A análise usando o software Granta EduPack mostrou que o composto de PP-10%BC possui semelhanças com compostos de fibra de kenaf e PP homopolímero e copolímero randômico. A viabilidade da aplicação do compósito deste trabalho se mostrou plausível em aplicações não estruturais e com restrição a ambientes internos, principalmente em ambientes correlacionados com a borra de café, como cafeterias ou restaurantes.
Estudo de caso da utilização de aços inoxidáveis para aplicação em recuperadores de calor na indústria siderúrgica
(2021-12-08) Basso, Guilherme Arruda
Dentre as aplicações de aços inoxidáveis, existe a fabricação de tubos sem costura para trocadores de calor, como em recuperadores em siderúrgicas. Em uma planta siderúrgica, por exemplo, processos que envolvem temperaturas acima de 500ºC de operação favorecem a corrosão e, por esse motivo, utilizam-se aços inoxidáveis contendo, principalmente, maiores teores de Cr em sua composição química. Entretanto, em altas temperaturas, algumas transformações de fase podem levar à formação de fases deletérias capazes de comprometer o desempenho da liga desenvolvida para tal aplicação. Dessa forma, a motivação deste trabalho é caracterizar a microestrutura das ligas AISI 446 e 253 MA após tratamentos isotérmicos de 15 dias, 2, 4 e 5 meses, a 600ºC e 700ºC, com foco na formação de fases secundárias, quantificadas por meio análises de imagens de microscopia óptica, utilizando o software Image J. A liga AISI 446 já é utilizada em recuperadores de calor, enquanto a liga 253 MA ainda é estudada para a mesma aplicação. Os materiais foram analisados por microscopia óptica e difração de raios-X. Acredita-se que, em ambas as ligas, as partículas de tamanhos maiores correspondam à fase sigma, enquanto as partículas menores correspondem a carbonetos do tipo M23C6 e nitretos do tipo Cr2N. Estes últimos, especialmente na liga AISI 446, são encontrados principalmente nos contornos de grãos. Também foi caracterizada a microestrutura das ligas AISI 446 e AISI 409 após anos de uso, e das ligas AISI 446 e 253 MA como fornecidas. Na liga AISI 446, provavelmente houve formação de sigma, juntamente com carbonetos e nitretos de Cr precipitados em matriz ferrítica. Essas fases secundárias já estavam presentes nessa liga como fornecida, mas em menores frações volumétricas e tamanhos. Por outro ado, a liga 253 MA, como fornecida, aparenta ser completamente austenítica, sem fases secundárias precipitadas. Na liga AISI 409, após anos de operação em recuperador de calor, foram encontrados apenas o que se acredita serem carbonetos (e, possivelmente, nitretos) de Ti em matriz ferrítica. A 600ºC a formação de fases secundárias foi superior para a liga AISI 446, enquanto a 700ºC, é a liga 253 MA que apresenta mais fases secundárias formadas. Entretanto, as simulações termodinâmicas não se mostraram eficientes na descrição do comportamento de precipitação para as duas ligas, especialmente para a liga 253 MA a 700ºC, pois a quantidade de fases secundárias precipitadas foi mais expressiva que o previsto. Após 5 meses, acredita-se que, para a liga 253 MA, a formação de fases secundárias atingiu um platô, sem precipitação adicional esperada. De forma contrária, para a liga AISI 446, após 4 meses, foi observada tendência de evolução de precipitação. A formação de fases secundárias para ambas as ligas foi superior ao esperado e sugerido pela literatura. Após 5 meses, os valores de 19% e 35% foram obtidos para as ligas AISI 446 e 253 MA, respectivamente.
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.
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.
Influência de resíduos industriais de ionômero nas propriedades mecânicas do PP copolímero heterofásico
(2023-06-15) Silva, Emily Chaves Rodrigues da
O presente trabalho teve como objetivo o estudo das propriedades mecânicas, térmicas e morfologia das blendas de PP copolímero heterofásico (EP)/resíduos do ionômero Surlyn® provenientes de uma indústria de embalagens. As blendas foram obtidas pelo processo de extrusão, variando a concentração de Surlyn® entre 25% a 75% em massa, contendo ou não 10% de compatibilizante (PPgMA), em relação à fase dispersa. Os corpos de prova foram obtidos pelo processo de injeção. A caracterização mecânica deu-se pelos ensaios de flexão, tração e impacto e a caracterização térmica pelos ensaios de temperatura de deflexão térmica (HDT) e calorimetria exploratória diferencial (DSC). A morfologia das blendas foi analisada por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). A incorporação de Surlyn® ocasionou diminuição na temperatura de deflexão térmica, resistência à flexão e resistência à tração, módulo em flexão e módulo elástico em tração, bem como na resistência ao impacto que apresentou a maior diminuição. A adição do compatibilizante promoveu aumento na resistência à flexão e à tração, no módulo em flexão e no módulo elástico em tração, entretanto teve influência negativa no alongamento na ruptura e na resistência ao impacto. A presença de Surlyn promoveu um pequeno aumento no grau de cristalinidade do EP e a temperatura de fusão não apresentaram alterações significativas. As blendas apresentaram duas fases, indicando imiscibilidade entre as fases.
Avaliação das condições de processamento através do ensaio de resistência ao cisalhamento em material compósito
(2023-06-27) Costa, Kadhine Santos da
A utilização de materiais compósitos continua crescendo na indústria por conta das propriedades superiores resultante da combinação de dois ou mais materiais. Visando o uso desta classe de materiais, este trabalho tem por objetivo determinar a resistência e módulo de cisalhamento em um compósito polimérico reforçado com fibra de carbono, relacionando as diferenças no processamento com a resistência ao cisalhamento. O ensaio de cisalhamento nesta classe de materiais muitas vezes gera uma discussão devido a muitos testes e diferentes procedimentos propostos. Isso ocorre pelo fato de que muitas técnicas não podem fornecer tanto a tensão e o módulo de cisalhamento em um único teste. Neste estudo optou-se pelo teste Iosipescu padronizado pela ASTM D5379, buscando uma inovação no dispositivo com relação a fixação dos corpos de prova e uso simultâneo para ensaio de cisalhamento na direção da espessura do laminado. Os dados de limite de resistência ao cisalhamento e módulo de cisalhamento pesquisados foram usados para análise do desempenho desse dispositivo. Os corpos de prova foram confeccionados a partir do método infusão a vácuo usando resina epóxi e fibra de carbono no formato de tecido, tramada bidimensionalmente. Foram fabricados 2 tipos de compósitos: o primeiro homogêneo com orientação [0/90] e o segundo com fibras curtas com aproximadamente 3 a 7 mm de comprimento distribuídas na orientação aleatória entre as camadas de tecido 0/90 com o uso de cola especial. Cada placa de compósito foi fabricada com aproximadamente 330x250mm e a espessura ficou dependente das camadas e da compactação provocada pelo vácuo. Com os corpos de prova dentro das dimensões, os extensômetros foram instalados para medir a resposta ao cisalhamento em deformação. Com o intuito de avaliar a influência da adição das fibras curtas à resina epóxi, após ensaiados, foi realizada uma análise da estrutura com microscópico óptico. A adição de fibras curtas aumentou o módulo de cisalhamento G12 e a tensão máxima de cisalhamento τ12, na direção da espessura, diminuiu G13 e τ13. Entretanto, apesar das fibras curtas terrem causado este efeito, foram detectados vazios entre as camadas do compósito 0/90. Portanto, não foi possível afirmar que somente a adição de fibras picotadas curtas entre as camadas do laminado conferiu um maior desempenho na direção [12].
Comparação dos aços inoxidáveis ASTM F138 e F1586 para próteses de quadril
(2023-06-27)
O mecanismo de degradação conhecido comercialmente como fretting-corrosion é o principal mecanismo de liberação de íons metálicos e partículas metálicas em próteses de quadril. Fretting é uma abrasão de escala micrométrica que acarreta o desgaste da camada passiva de componentes metálicos em contato, ocasionando a corrosão dos componentes implantáveis. Este fenômeno é muito observado em hastes e cabeças femorais metálicas implantáveis em pacientes que sofrem de osteoporose ou algum tipo de degeneração óssea. Ao propiciar a liberação de íons metálicos na corrente sanguínea, o processo de fretting-corrosion origina processos inflamatórios, sendo o principal causador de cirurgias de revisão. O objetivo deste trabalho é comparar a degradação das hastes dos aços inoxidáveis ASTM F138 e ASTM F1586, sendo a haste de ASTM 1586 o avanço da liga ASTM F138. Em ambas as hastes foram realizados os ensaios de fretting-corrosion, ensaio de MEV para caracterização da composição de óxidos formados, ensaio de composição química da solução fluorescência de raios X (XRF), ensaio de dureza e análise macrográfica e micrográfica das superfícies. Como resultado obteve-se a diminuição da liberação de íons metálicos na solução quando ensaiada a haste ASTM F1586 e, portanto, provável diminuição da incidência de cirurgia de revisão.

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