Engenharia Mecânica
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Dissertação Validação experimental da simulação via DICTRA® de curvas TRC de aços inoxidáveis dúplex(2024) Andrade, Rayanne AraújoO presente trabalho tem como objetivo a construção do diagrama TRC (Transformação sob Resfriamento Contínuo) utilizando o software DICTRA® para o início da formação de sigma do aço inoxidável dúplex, seguindo de uma validação experimental. 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 realizadas para diferentes taxas de resfriamento, variando entre 0,01°C/s e 1°C/s, a partir da temperatura de solubilização anteriormente determinada. Foi utilizada a metodologia de 2 estágios modificada, com a qual foi possível desenvolver uma curva TRC para uma composição de liga real de um aço inoxidável superdúplex. A metodologia empregada revelou resultados altamente promissores, uma vez que os dados gerados pelo DICTRA® corroboraram com as observações experimentais. A análise das curvas de formação da fase sigma, tanto pelo software quanto pela abordagem experimental, ressalta a eficácia do DICTRA® em auxiliar na investigação da formação da fase sigma em aços inoxidáveis superdúplex. Em taxas mais elevadas de resfriamento, a formação da fase sigma é substancialmente reduzida, o que torna desafiadora a sua quantificação precisa. Isso dificulta a determinação de uma taxa crítica de resfriamento experimental. Os resultados das simulações, em concordância com os dados experimentais, oferecem uma abordagem mais segura para determinar essa taxa crítica de processo por meio de uma metodologia computacional, evitando a necessidade de desenvolver curvas TRC experimentais- Estudo do efeito dos parâmetros do patamar isotérmico de austêmpera em um aço bainítico isento de carbonetos(2024) Basso, Guilherme ArrudaOs aços bainíticos isentos de carbonetos apresentam microestrutura bainítica refinada isenta de carbonetos precipitados, com austenita retida entre os feixes de ferrita bainítica. São interessantes na substituição de aços martensíticos revenidos ou perlíticos em indústrias como a automotiva, ferroviária e de mineração. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi o de se obter um aço de microestrutura bainítica isenta de carbonetos por meio de tratamentos térmicos de austêmpera variando-se o tempo e a temperatura do patamar isotérmico, avaliando a influência destes parâmetros na transformação bainítica e na microestrutura. Para isso, foram produzidos lingotes e conduzidos tratamentos térmicos de homogeneização, após simulação em software Dictra®, a 1000°C por 10 horas. Em seguida, foram realizados tratamentos térmicos de austêmpera em escala laboratorial, em dilatômetro de têmpera Bähr DIL 805A/D do LTF Poli-USP. Um ciclo térmico inicial de têmpera foi aplicado para determinação das temperaturas de transformações de fases. As temperaturas obtidas foram: Ac1=805°C, Ac3=855°C e Ms=233°C para o início e fim de transformação austenítica e início de transformação martensítica, respectivamente. Em seguida, foram conduzidos tratamentos térmicos de austêmpera com patamares isotérmicos entre 250°C e 300°C mantidos por até 8,5 horas. Além dos resultados de dilatometria, foram obtidas medidas de dureza, imagens por microscopia óptica e eletrônica, e resultados de ferritoscópio e difração de raios-X (estas duas técnicas para avaliar e quantificar a presença de austenita retida). Os tratamentos térmicos com patamares isotérmicos mantidos a 270°C e 300°C por 8,5 horas foram reproduzidos em escala piloto. O que se nota é que na medida em que se aumenta a temperatura e tempo de patamar isotérmico, aumenta a fração volumétrica de bainita e diminui a de martensita formadas, como resultado da maior estabilização da austenita, evidenciada pela redução da temperatura Ms, até que, com 8,5 horas a 270°C, a transformação bainítica se completa e não mais existe martensita formada durante o resfriamento até temperatura ambiente. Com aumento da temperatura de patamar isotérmico há redução tanto no tempo de incubação da bainita (de 2,4 horas a 250°C para 0,8 hora a 300°C) quanto no tempo para fim da transformação (de 8,1 horas a 280°C para 7,2 horas a 300°C) e aumento na taxa de transformação. Nas curvas de dilatometria, o perfil sigmoidal característico de transformações de fases difusionais foi observado. A microestrutura obtida em escala laboratorial foi reproduzida com sucesso em escala piloto. No entanto, nas amostras de escala piloto foram obtidas, no geral, quantidades de austenita inferiores às das amostras de dilatometria. Por ferritoscópio, as frações volumétricas obtidas de austenita foram maiores que por DRX, mas por ambas as técnicas as maiores temperaturas de patamares isotérmicos (280°C e 300°C) resultaram em maiores quantidades de austenita retida, evidenciando maior estabilização desta fase, o que se reflete em durezas menores e, pelo diagrama TTT simplificado obtido, possivelmente são as temperaturas que resultam em maior cinética de transformação bainítica para a liga. Os resultados, portanto, apontam para um mecanismo de nucleação e crescimento da bainita fortemente dependente de difusão
- Anisotropia de propriedades mecânicas de poliamida 12 processada por manufatura aditiva em tecnologia MJF(2022) Araújo, Renato da CunhaO processo Multi Jet Fusion (MJF) é uma tecnologia de manufatura aditiva pertencente ao sub-grupo PBF (Fusão em Leito de Pó), cuja patente, ainda ativa, pertence a Hewllet-Packard (HP); a empresa declara que o equipamento pode produzir peças isotrópicas até 10 vezes mais rapidamente que outras tecnologias. Por se tratar de uma tecnologia relativamente nova, há poucos estudos relacionados ao comportamento mecânico, principalmente em relação ao módulo de elasticidade e às tensões limites de escoamento, em tração e flexão, de peças obtidas pela mesma, e em nenhum deles há amostras produzidas com angulações entre o plano de deposição e a mesa de trabalho, lacuna de conhecimento que este estudo visa preencher. Outra análise que este estudo trará é se há gradiente de temperatura em diferentes posições da mesa de impressão e em que intensidade este gradiente influencia nas propriedades mecânicas. Os ensaios de tração foram realizados seguindo a norma ASTM D638-03 e os de flexão seguiram a norma ASTM 790-03. Em ambos foram encontradas diferenças consideráveis de propriedades mecânicas entre amostras impressas com diferentes planos de deposição e em diferentes localizações na cuba, sendo que a variação do plano de deposição possui maior influência sobre as propriedades do que a localização na cuba. Tais diferenças não são provenientes de variações dimensionais. A densidade ou a cristalinidade também não são as responsáveis pelas variações de propriedades mecânicas visto que os ensaios (de densidade e obtenção de cristalinidade por difratometria de raio-X) não mostraram variações estatisticamente significativas para justificar a anisotropia de propriedades encontrada. Uma relação linear, que pode justificar tais diferenças, foi encontrada entre as propriedades mecânicas e a área a ser sinterizada em cada amostra para a formação de uma camada, de forma que quanto maior a área a ser sinterizada menores são as propriedades mecânicas
- Transformação martensítica induzida por deformação em ações inoxidáveis austeníticos Séries UNS30100 e UNS3210(2021) MOREIRA, P. H. P.A busca por aços com menor custo aliado a uma grande resistência estão no centro das atenções da indústria de transporte. O menor peso proporciona elementos mais leves, consequentemente menor gasto energético e menor emissão de gases de efeito estufa. Os aços inoxidáveis austeníticos, especialmente os que sofrem transformação martensítica induzida por deformação (TMID), estão no centro deste desafio por possibilitarem a alteração das suas propriedades mecânicas durante o trabalho a frio de forma mais contundente que aços em que apenas o encruamento ocorre. Chapas de aços série UNS S30100 e UNS S32100 foram tratadas termicamente e submetidas a deformação plástica por laminação nas temperaturas ambiente e criogênica (-196°C) com o objetivo de verificar a influência da temperatura e da deformação imposta na formação da fase martensita a’. Duas técnicas de verificação foram utilizadas no estudo das amostras: a difração de raios-X (DRX) e a ferritoscopia. Os resultados indicaram que ambas as séries UNS S30100 e UNS S32100 apresentaram aumento na fração em volume de martensita a’ quando submetidas à deformação plástica tanto na temperatura ambiente como na criogênica (-196°C), sendo que a última possibilitou maior formação da fase a’ em baixas deformações. Foi possível obter uma equação empírica característica para a evolução da transformação martensítica induzida por deformação na laminação para ambas as séries de aços inoxidáveis, apresentando alta precisão. Foi possível comparar a influência das energias química e mecânica na transformação martensítica para ambas as séries
- Efeito da laminação criogênica na transformação de ferrita em austenita induzida por deformação em aço inoxidável superdúplex(2021) Pucci, Flavia ReginaTrabalhos anteriores realizados pelo grupo de pesquisas que se insere esse trabalho indicam que a aplicação de deformação plástica a frio em aços inoxidáveis dúplex leva a redução da fração da ferrita presente, evidenciando que nesses aços possa ocorrer uma transformação de ferrita em austenita induzida por deformação, semelhante a uma transformação martensítica reversa. Com isso, tem-se a possibilidade de uma Transformação Martensítica Reversa Induzida por Deformação (TMRID), em contraponto a transformação martensítica induzida por deformação (TMID) comumente observada em alguns aços inoxidáveis austeníticos, onde a austenita se transforma em martensita. Deste modo, considerando a ocorrência da TMRID em aços inoxidáveis dúplex e a possível influência da temperatura nessa transformação, o objetivo do presente trabalho foi estudar a TMRID no aço inoxidável superdúplex UNS S32750 deformado plasticamente através de laminação, avaliando-se a influência do grau de deformação e da temperatura de trabalho a frio, comparando-se o material deformado com diferentes deformações a temperatura ambiente e a aproximadamente a -196 °C. Para tal, fez-se o uso de quantificação de fases do material em estudo através das técnicas de medição magnética e estereologia quantitativa. A técnica de difratometria de raios-X não foi adequada para a realização da quantificação de fases devido à presença de textura nas amostras. Através dos resultados obtidos, concluiu-se que o aumento da deformação plástica aplicada reduz a fração volumétrica da fase ferrita sem a formação de novas fases, evidênciando a TMRID, porém os resultados obtidos para as amostras laminadas em temperatura ambiente e -196 °C indicam a ausência de influência da temperatura na transformação de fase; observou-se também que a fração volumétrica da ferrita se estabiliza em aproximadamente 0,25 de deformação verdadeira, indicando saturação da capacidade da deformação plástica aplicada de induzir a TMRID
- Modelamento computacional das transformações de fase durante os ciclos térmicos de processamento de um aço inoxidável superdúplex(2021) Fiorante, Mariana Tortella MerliO presente projeto tem por objetivo realizar a simulação computacional da cinética de transformação e evolução das fases durante os ciclos térmicos de processamento de um aço inoxidável superdúplex, considerando as etapas de aquecimento, conformação plástica e resfriamento, com uso do software DICTRA®. Os dados de entrada para as simulações foram composição química e tamanho das fases, temperatura pretendida de simulação, e taxas de aquecimento e resfriamento quando necessárias a descrição do ciclo térmico. Foram utilizadas as bases de dados termodinâmica TCFE9 e de mobilidade atômica MOBFE4, com intuito de se obter resultados para diferentes modelos, possibilitando encontrar o que melhor descreve a cinética de transformação das fases. Foram simuladas diferentes taxas durante o aquecimento do material a partir de 950 °C, considerando condição microestrutural inicial de 50 % de ferrita [alfa] e 50 % austenita [gama], até 1250 °C, temperatura típica de conformação. No aquecimento, obteve-se fração máxima de 66,6% a à taxa de 0,30 °C/s, valor próximo aos 70% esperados pela simulação de equilíbrio em Thermo-Calc®. Após 1000 s de patamar a 1250 °C e resfriamento até a temperatura de solubilização, 1090 °C, à taxa de 0,30 °C/s, a fração de [alfa] reduziu para valores de 58,7%. Na sequência, também simulou-se diferentes taxas de resfriamento com ou sem a presença de patamar de solubilização. Considerando-se 3600 s de patamar a 1090 °C, foi possível recuperar a condição dúplex desejada, atingindo-se 55,5% [alfa], mas não atingindo os 50% esperados pelo equilíbrio, visto que ainda há gradiente de composição em [alfa] e [gama]nas simulações em DICTRA®. A fim de se manter a microestrutura dúplex anterior, realizou-se resfriamentos até 790 °C à taxa crítica de 3,0 °C/s, obtendo-se frações volumétrica de 56% [alfa], 43% [gama] e frações de sigma (s) iguais ou inferiores a 1%. Por outro lado, ao não se considerar o patamar à 1090 °C, isto é, promovendo o resfriamento até 790 °C à taxa de 3,0 °C/s a partir da condição de 58,7% [alfa], obteve-se frações volumétricas de 59,6% [alfa], 39,4% [gama] e 0,9% [sigma]. O DICTRA® mostrou-se inapto a simular a precipitação de nitretos de cromo (Cr2N) no resfriamento, ou por não haver supersaturação de nitrogênio (N) em [alfa] ou por ser incapaz de prever esta supersaturação. A partir dos resultados de cinética e evolução da fração volumétrica das fases no ciclo térmico de processamento do aço UNS S32750, foi possível obter o modelo computacional que melhor descreve o comportamento real do aço estudado
- Desempenho em serviço de granalhas de aço alto carbono: influência da microestrutura e parâmetros de processo(2020) Santos Júnior, Elcio Costa dosDentre as inúmeras aplicações do aço alto carbono, a granalha assume relevante protagonismo nos processos industriais de jateamento, shot peening, peen forming e corte de pedras ornamentais. O tratamento térmico tem grande influência na obtenção e refinamento da microestrutura e, consequentemente, nas suas propriedades mecânicas. Devido à inexistência de publicações científicas destinadas exclusivamente ao estudo da melhoria de desempenho da granalha, o presente projeto teve por objetivo comparar o desempenho da granalha com três diferentes teores de carbono, submetidas a cinco diferentes temperaturas de revenimento em ambiente de laboratório, buscando entender quais mecanismos microestruturais proporcionam maior durabilidade da granalha durante a operação de jateamento. Pôde-se concluir que a granalha com a concentração de carbono de 0,83% obteve desempenho até 18% maior sob temperatura de revenimento de 480 °C quando submetida ao teste de durabilidade em comparação com as demais condições. O melhor desempenho foi consequência das formações micrestruturais apresentadas pela menor faixa de concentração de carbono, caracterizada por meio de metalografia e difração de raios-X. Esta condição apresentou microestruturas martensíticas finas e homogêneas, diferentemente das ligas com maiores concentrações de carbono, que apresentaram cementita não dissolvida, além de austenita retida após a têmpera, que resultou provavelmente em estrutura pós-revenimento mais heterogênea
- Investigação das transformações de fase do aço UNS S31803 entre 300C e 650C(2010) Melo, E. B.
- 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
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