Engenharia de Materiais
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Trabalho de Conclusão de Curso Propriedades mecânicas de componentes em peek produzidos por manufatura aditiva:(2024-06-24) Figueiredo, Pedro Rafael Della RiccoEste estudo investigou os efeitos do processo de recozimento no PEEK (poliéter-éter-cetona) produzido por manufatura aditiva FFF (Fabricação por Filamento Fundido). Os corpos de prova foram submetidos a análises de dimensões, difração de raios-X, calorimetria diferencial e ensaios de flexão. Os resultados revelaram que o recozimento não apenas alterou as dimensões dos corpos de prova, com uma redução na largura e espessura, mas também promoveu aumento na cristalinidade do material. A análise por difração de raios-X mostrou que as amostras recozidas apresentaram uma média de cristalinidade de 11%, enquanto as amostras não tratadas termicamente tinham uma média de 7%. Essa mudança estrutural resultou em um aumento da resistência e rigidez das amostras recozidas, com um limite de escoamento médio de 110 MPa e um módulo de elasticidade médio de 3,4 GPa, em comparação com 81 MPa e 2,4 GPa, respectivamente, para as amostras não tratadas termicamente. Apesar do recozimento realizado em moldes de gesso, ainda ocorreram alterações dimensionais nas amostras, mas sem distorções.Trabalho de Conclusão de Curso Influência da austenita revertida no grau de sensitização do aço inoxidável supermartensítico(2023) Torres, Ana Carolina TenenteO 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.Trabalho de Conclusão de Curso Avaliação das propriedades mecânicas de um aço dual-phase(2023) Morais, Amanda FalcariEste 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.Trabalho de Conclusão de Curso 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.Trabalho de Conclusão de Curso Avaliação das condições de processamento através do ensaio de resistência ao cisalhamento em material compósito(2023-06-27) Costa, Kadhine Santos daA 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].Trabalho de Conclusão de Curso Estratégias para o aumento de resistência e rigidez do PLA em manufatura aditiva(2023-06-15) Rodrigues, Marcello KatzorCom 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.Trabalho de Conclusão de Curso Influência de resíduos industriais de ionômero nas propriedades mecânicas do PP copolímero heterofásico(2023-06-15) Silva, Emily Chaves Rodrigues daO 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.Trabalho de Conclusão de Curso Estudo de caso da utilização de aços inoxidáveis para aplicação em recuperadores de calor na indústria siderúrgica(2021-12-08) Basso, Guilherme ArrudaDentre 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 AliceCom 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 BuenoPor 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.