Trabalhos de Conclusão de Curso

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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.
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 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.

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