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Análise do comportamento de fadiga da liga de alumínio 7075 solubilizado e envelhecido
Paz Gonzalez, José Fernando (2016-08-09)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
In recent decades the aluminum had a great evolution since the beginning of his story that came to have a greater value than gold, to the present day that it is used in our days from a tin of soda to key parts of an airplane. With the growing need in various industrial segments, especially the aeronautical and automobile industries, wherein the weight reduction is a concern, the study of this material becomes important. This work has as objective the study of aluminum alloy 7075 solubilized and artificially aging were studied in which the main mechanical behavior of this material. It was performed the hardness, tensile tests and the focus, fatigue test, in which was observed a hardness of 230 HV and mean tensile strength of 676 MPa and yield strength of 615 MPa. The study of fatigue behavior was done in a rotating bending testing machine at ambient temperature to developing the Wöhler curve also known as S-N curve (tension x No. of cycles), who showed the characteristic of non-ferrous materials An specimen reached number of cycle greater than 8,4x106 with the stress of 135 MPa. The fracture surfaces showed the typical characteristics of crack propagation and ductile overload fracture and showed differences in the type of crack propagation in low cycle when compared with medium and high cycle, besides that was showed ratchet marks and fatigue stretch when observed with SEM. It was observed the presence of dimples associated with the precipitates.
Análise numérica-experimental da integridade estrutural do suporte de aço din en 10149-1.0971 do tubo de admissão de ar de motores diesel de veículos pesados
Negretti, Thiago Barão (2013-02-19)
Engenharia de Materiais
O suporte do tubo de admissão de ar dos motores diesel de veículos comerciais tem a importante função estrutural de sustentar o tubo de admissão de ar, fixado no conjunto da turbina e no intercooler pelo tubo de admissão de ar. A falha do tubo ou da turbina impossibilitaria o funcionamento do motor. O suporte tem também a função de reduzir deslocamentos impostos na turbina pelas vibrações do motor, que podem causar danos à estrutura do conjunto mencionado. Neste trabalho é apresentado um estudo da integridade estrutural do suporte por meio de métodos experimentais e numéricos. O método dos elementos finitos é utilizado para análise modal, análises estáticas de pressão e termoelástica e análise dinâmica. São avaliados os pontos concentradores de tensão no suporte para o aço laminado à quente conforme DIN EN 1049-1.0971, conhecido comercialmente como S260NC e utilizado atualmente nos veículos comerciais e do material conforme DIN EN 10149-2 1.8974, conhecido comercialmente como S700MC e proposto para substituir o material atual. O limite de resistência à fadiga e o número de ciclos para vida em fadiga são obtidos analiticamente. Experimentalmente, para caracterização do suporte, são apresentados os resultados dos ensaios de dureza, composição química, microestrutura. Para avaliação do suporte são apresentados fratografia e cálculo da vida em fadiga. O suporte do tubo de admissão de ar não está de acordo com os critérios que foram utilizados para os cálculos, o que confirma a falha que está ocorrendo nos veículos que o utilizam. O suporte, para ambos os materiais apresentou tensões acima do limite de fadiga calculado. O suporte com o material atualmente utilizado apresentou número de ciclos 6,16 x 104 ciclos, sugerindo fadiga de baixo ciclo. O suporte fabricado com o material proposto reduziu o limite de fadiga em 29%. A região de onde ocorreu a falha nas amostras dos suportes testados em laboratório é a mesma da falha ocorrida em campo, demonstrando consistência do dispositivo e carregamento cíclico utilizados para o ensaio de fadiga. A tensão limite de fadiga calculada através do número de ciclos obtido experimentalmente é em média de 16% maior em relação ao calculado analiticamente. Uma amostra do material proposto S700MC chegou a 1,00 x 106 ciclos, indicando que o mesmo pode ter vida infinita. Os limites de fadiga calculados analiticamente e experimentalmente possuem valores próximos, demonstrando que os métodos utilizados estão consistentes.
Caracterização da microestrutura e propriedades mecânicas do aço 1080 patenteado e laminado a frio
Vasconcelos, Marcelo Gomes De (2023-02-02)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Atualmente tiras de aço 1080 são utilizadas como matéria prima para uma série de pro dutos. Exemplos disso são serras e molas retráteis que precisam apresentar valores de dureza e resistência mecânica elevados, mas em contrapartida precisam ter um nível de ductilidade suficiente para o material se deformar. Após pesquisas realizadas sobre o mercado de tiras de aço 1080 foi verificado que essas tiras são quase que exclusivamente produzidas no exterior o que acarreta uma série de questões para a sua aquisição como taxas de importações, longos períodos para chegada do material, entre outros fatores. O presente trabalho aborda o processo de obtenção de uma tira de aço 1080 com microestrutura política fina, encruada para ser possivelmente aplicada em serras e molas planas de força constante. Bobinas de aço alto carbono foram submetidas a laminação a quente, recozimento e patenteamento com o objetivo fazer com que o aço tivesse uma microestrutura final de perlita fina. No total foram analisados três lotes de chapas de aço 1080, com foco no estudo dos lotes 2 e 3, fabricados nacionalmente, submetidos a etapas de laminação a frio com o objetivo de aumentar a dureza do produto além de se atingir as espessuras necessárias para atender as aplicações citadas anteriormente, par tindo de 2,0 mm de espessura até atingir aproximadamente 0,25 mm de espessura. Além disso foram analisadas amostras importadas referentes a serras e a molas planas que são utilizadas atualmente no mercado para efeito de comparação. As amostras do aço 1080 importado e do aço 1080 nacional obtido pelo processo descrito anteriormente foram ca racterizadas por microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura e difratometria de raios x além de passar por ensaios de dureza e tração. Os resultados de dureza e de limite de resistência a tração das amostras nacionais mais encruadas foram de 511,65 HV e 1919,10 MPa para o lote 2 e 521,40 HV e 2709,16 MPa para o lote 3. O aumento destas propriedades após a laminação a frio ocorreu devido ao encruamento do material. As micrografias revelaram uma microestrutura perlítica fina com a presença de carbone tos em ambos os lotes. Analisando a fibra alfa por meio do DRX, aumento do grau de redução na laminação a frio fez com que ocorresse um aumento acentuado das orientações preferenciais (001)< 110 >, (121)< 110 > e (113)< 110 > e a diminuição da orientação (110)< 110 >. Ao se verificar a fibra gama foi possível ver que os materiais importados apresentaram maior orientação cristalográfica em comparação com os materiais nacionais.
Caracterização micromecânica de propriedades de tenacidade à fratura de ligas de alumínio estruturais
Trovato Neto, Euclydes (2019-02-12)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Este trabalho objetiva investigar aplicar metodologias numéricas para caracterização micromecânica de parâmetros de tenacidade à fratura de ligas de alumínio estruturais. Tem-se por perspectiva que o crescente uso de sistemas de estruturas de alumínio, de múltiplas tipologias construtivas, torna relevante e necessário garantir níveis adequados de segurança e confiabilidade estruturais. Com esse propósito programas estratégicos de pesquisas científicas e industriais se dedicam a investigações relacionadas a caracterização das propriedades materias, e do comportamento mecânico das ligas de alumínio estruturais. Resulta pertinente desenvolver metodologias robustas de avaliação de parâmetros característicos de tenacidade, destinados a Avaliações Críticas de Integridade, consistentes com padrões reológicos desses materiais. São revistas metodologias de Mecânica Computacional as quais admitem formulações representativas das condições micromecânicas e microestruturais intrínsecas das ligas de aluminio, para avaliação numérica de parâmetros de tenacidade da Integral J (Rice, J.R.-1966). As correlações consideram um conjunto de dados experimentais de parâmetros característicos de tenacidade de ligas de Alumínio-Magnésio AL-5XXX (DRDC, 2007): AL-5083 H321; AL-5086 H116 e AL-5383 H116, conforme critérios (ASTM E 1820, 2001). A Metodologia de análise micromecânica (XIA, L. and SHIH, 1995), aplicada para caracterização da tenacidade ao fraturamento critico JIc, e utiliza células computacionais para representar a distribuição de defeitos microestruturais. Considera formulações constitutivas de plasticidade dilatante (GURSON, A.L., 1981), e comportamento reológico elasto-plástico não-linear (RAMBERG-OSGOOD,1943). Através de recursos do Sistema WARP3D V 17.8.2 de elementos finitos, foram analisados modelos discretos representativos de corpos extensos (SSY-MBL), e corpos de prova de dimensões finitas de tipo (C(T)). Visualização da geometria e resultados é obtida por meio do sistema PARAVIEW, definida com recursos PYTHON. Resultados chave evidenciam que a metodologia micromecânica utilizada conduz a caracterização dos parâmetros de tenacidade da Integral J, e permitiram estabelecer correlação experimental com parâmetros de caracterização de tenacidade JIc. Os procedimentos numéricos permitiram obter a calibração de parâmetros micromecânicos, associados ao índice de vazios microestuturais fo.
Comparação da microestrutura e das propriedades mecânicas do aço sae 4140 submetido a tempera e revenimento convencional e por indução por meio de uma simulação por dilatometria
Silva, Bryan Miyahara Moraes (2023-08-03)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
No processo de fabricação de rolamentos para turbinas eólicas, a etapa de tratamento térmico exige controle minucioso de parâmetros, a fim de se obter um produto com propriedades específicas e adequadas para sua aplicação, sendo a dureza uma das principais propriedades consideradas. Entre os métodos de tratamentos térmicos um que vem recebendo destaque na indústria é o tratamento térmico por indução, por apresentar aquecimento simétrico, uniforme e rápido das peças, promovendo ganho em tempo de produção, consequentemente, quantidade de peças produzidas. O presente trabalho tem como objetivo geral desenvolver e avaliar um processo para realizar a têmpera e o revenimento por indução do aço SAE 4140, comparando as microestruturas e propriedades mecânicas entre os processos de têmpera e revenimento por meio de uma simulação de tratamento térmico convencional e por indução por dilatometria. A caracterização do aço foi realizada por meio de microscopia ótica, ensaio mecânico de microdureza (HV), difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura. As caracterizações das amostras sub-zero proporcionaram a escolha da taxa de resfriamento utilizada nas demais amostras somente temperadas e temperadas e revenidas. Nas quais mostraram picos característicos do aço SAE 4140 nos difratogramas de todas as amostras, uma microsestrutura constituída de martensita em forma de ripas para as amostras temperadas e martensita revenida nas amostras temperadas e revenidas e uma microdureza igual ou muito semelhante independente dos diferentes parâmetros utilizados nas amostras temperadas e revenidas.
Comparação de molas de suspensão temperadas e revenidas enroladas a quente e a frio
Hattori, Carolina Sayuri (2012-02-10)
Engenharia de Materiais
A resistência à fadiga e a tenacidade são propriedades que exercem uma grande influência no desempenho das molas de suspensão dos veículos. A escolha do aço SAE 9254 ocorreu devido à sua ampla utilização na fabricação dessas molas e por possuir propriedades de fadiga e tenacidade. A fabricação de molas do aço SAE 9254 tem sido feita pelo processo de enrolamento a quente e submetido a tratamentos térmicos de têmpera e revenimento convencional ou pelo processo a frio e têmpera e revenimento por indução. Portanto, torna-se importante estudar o desempenho desse aço nesses dois processos. Esse trabalho investigou o efeito dos dois processos de produção e comparou as propriedades mecânicas em fadiga e dureza. Os valores de dureza das molas nas diversas condições investigadas estão compatíveis com o tratamento térmico e com a microestrutura presente em cada condição. O jateamento das molas induziu a uma tensão residual compressiva que aumentou consideravelmente a resistência à fadiga do aço SAE 9254. O perfil de tensão residual a partir da superfície das molas jateadas apresentou um pico nos valores de tensão de compressão para ambos os processos de fabricação. A tensão residual máxima na mola processada a frio e jateada foi superior à da mola processada a quente e mantiveram valores bem mais elevados ao longo da espessura da mola a partir da superfície, decorrentes dos processos de fabricação. As trincas por fadiga das molas fabricadas por ambos os processos sem jateamento tiveram seu início pelo processo de fadiga torcional, com propagação macroscópica típica, apresentando sinais de estrias com elevada deformação plástica em função do tipo de solicitação que acentua as tensões de cisalhamento.
Comparação entre os processos de tratamentos térmicos convencional e por indução de rolamentos do aço DIN 100Cr6
Felippe, Douglas Marquezin (2010-02-23)
Engenharia de Materiais
A têmpera compreende operações de aquecimento e resfriamento controlado, que objetivam melhorias nas propriedades físicas como dureza, resistência à abrasão, tenacidade entre outras. Durante o processo de têmpera, o meio de resfriamento é uma das etapas mais críticas, pois extrai calor da peça com o objetivo de obter as propriedades desejadas. Porém, o processo de têmpera gera deformações não desejadas, que podem estar relacionadas às tensões residuais que ficam permanentes na peça, introduzidas durante o resfriamento. Alguns tratamentos térmicos de têmpera convencional não têm controle da posição da peça durante o resfriamento. Este controle é normalmente utilizado em processos de têmpera por indução, melhorando a homogeneidade da extração de calor durante o resfriamento, sugerindo menores índices de deformação. O processo por indução pode ser considerado sustentável, pois o aquecimento é localizado apenas no componente. Este trabalho comparou as propriedades metalúrgicas e mecânicas entre dois processos de têmpera de rolamentos do aço DIN 100Cr6: convencional e por indução. Como resultado deste trabalho, pode-se substituir o tratamento térmico com aquecimento convencional pelo tratamento térmico com aquecimento por indução para a manufatura de rolamento, com objetivo de redução da deformação de ovalização característica do processo de tratamento térmico convencional.
Comportamento mecânico e caracterização microestrutural de um aço DP laminado a frio com revestimento de Zn para estampagem
Silva, Carlos Henrique Ferreira da (2019-02-11)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Duas chapas de aços DP (Dual Phase), ambas com espessura de 2,0mm, composição química e resistência mecânica semelhantes e produzidos por duas usinas siderúrgicas distintas, foram utilizados no processo de estampagem a frio. Uma das chapas apresentou problemas de trincamento durante o processo de estampagem a frio e a outra não. O objetivo deste trabalho é comparar a microestrutura e as propriedades mecânicas em tração visando compreender o que causou a falha em uma das chapas. Diante disto, foram realizadas análise da composição química, caracterização por microscopia óptica e determinação da textura cristalográfica por difração de raios x. Ensaios de tração nas direções de 0°, 45° e 90° em relação à direção de laminação foram também realizados. Todos os ensaios realizados retornaram resultados muito semelhantes entre os dois materiais. O principal aspecto de diferenciação entre os aços foi a maior intensidade da fibra α no material que trincou. A origem das intensidades das fibras α e 𝛾 são oriundas do tratamento da matéria prima e do processo de laminação do material. Este fato justifica os resultados de estampagem a frio, pois a presença da fibra α é prejudicial para materiais em processo de estampagem.
Estudo comparativo de propriedades mecânicas e textura de laminados da liga de alumínio 3104-H19.
Martins, André Luís Teixeira (2014-08-26)
Engenharia de Materiais
The beverage metal packaging industry figures as one of the most important worldwide aluminum consumer. A detailed knowledge of the raw material used in the beverage can body production is essential to maintain and improve the productivity levels imposed by the market. It is on this point that the present work focus, in the micro structural and mechanical characterization of three different AA 3104-H19 rolled coils, to be able to compare them in search of similarities and discrepancies. Their chemical compositions were analyzed by energy dispersion (EDS), and atomic absorption (AA) spectrometry, their micro structures were identified by optical microscopy and scanning electron microscopy. Their mechanical properties were described by tensile tests, Erichsen tests, forming limit curves (FLC), micro hardness Vickers tests, and surface roughness tests (Ra). The anisotropy coefficient R, also known as Lankford´s R, and the strain hardening exponent n were calculated using the results and specimens of the tensile tests. In addition, their crystallographic textures were analyzed by orientation distribution functions and pole figures. The experiment s results showed a strong similarity among all three rolled sheets, their properties differing only subtly. On average the yield strength of all three was found to be 265 MPa, their ultimate tensile strength 285 MPa. Elongation was very similar for all three, around 4.7%. The strain hardening exponent n averaged 0.078, a value comparable to some found in literature. The normal (R) and planar (UR) anisotropy values were found to be 0.77 and 0.22, respectively, indicating a slight tendency to form ears at 45o and good deep drawing formability. The microstructure analysis of all three sheets revealed two kinds of intermetallic compounds with distinct morphology, Al6(Fe,Mn) and Al12(Fe,Mn)3Si, not scattered homogeneously, together with well distributed dispersoids in the aluminum matrix. The crystallographic texture of the three sheets also exhibited similarities; all had the same dominant components with comparable intensities. On all three it was possible to notice that the typical strain hardening textures, Brass {110}<112> and Copper {112}<111>, together with Goss {110}<001>, were balanced by the Cube {001}<100> component, typical of recrystallization. The notable differences found could be summarized in slightly higher mechanical properties for one of the sheets and smaller and less widespread intermetallic compounds for another.
Estudo da liga Al-Si hipoeutética fundida em moldes de areia verde: efeito da adição de refinadores e modificadores de grão nas propriedades mecânicas
Almeida, Gisele Fabiane Costa (2009-08-12)
Engenharia de Materiais
Neste trabalho foram investigadas a microestrutura e as propriedades mecânicas da liga Al-Si hipoeutética (7%Si) fundida em molde de areia verde. Dentre as ligas de alumínio, cerca de 90% tem o silício como principal elemento de liga. O processo de fundição em areia verde é amplamente utilizado devido a ser um processo simples, versátil e de baixo custo. Contudo, para se obter um controle da microestrutura e das fases constituintes é necessário a utilização de refinadores de grão do alumínio α e modificadores do silício eutético β. O objetivo deste trabalho foi identificar os efeitos do refino de grão do alumínio e da modificação do silício eutético nas propriedades mecânicas da liga Al-7%Si. Foram feitas adições diversas dos refinadores Nucleant 100, à base de titânio e boro, e TiBAl (5/1) e dos modificadores à base de sais de sódio e a liga SrAl 10%. A liga sem adições de modificadores apresentou o silício eutético na forma de plaquetas. A adição dos modificadores de grão, tanto à base de sódio como estrôncio, acarretou uma mudança na morfologia do silício eutético, tornando-o com uma aparência menos angular e mais arredondada. O excesso de sódio na modificação conduz a uma diminuição da ductilidade da liga. As ligas modificadas com estrôncio apresentam uma leve diminuição no limite de escoamento e um aumento mais significativo do limite de resistência e do alongamento. Estas propriedades estão diretamente relacionadas com o grau de modificação da liga. A adição de refinadores de grão, tanto o Nucleant 100 como o TiBAl melhoram os limites de escoamento e de resistência e o alongamento da liga, com ou sem adição de modificador.
Estudo de ligas Al-Si fundidas por centrifugação para aplicação como camisa de cilindro automotivo
Cabral Neto, Abner (2009-03-27)
Engenharia de Materiais
Study
Estudo do comportamento da liga Al-Mg-Si 6005 A solubilizada e envelhecida
Bonfitto, Guilherme Bruno Barroso (2016-08-09)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
A possibilidade de crescimento da utilização do alumínio em substituição aos materiais ferrosos e de madeira no ramo automobilístico, principalmente na fabricação de carrocerias de ônibus e caminhão, resistência à corrosão, elevada razão resistência e peso devido a baixa massa específica e custo são as principais justificativas para este estudo. A liga 6005A sem nenhum tratamento térmico se apresenta desvantajosa em relação às demais ligas de alumínio e materiais ferrosos, porém, com o tratamento térmico adequado, suas propriedades mecânicas são aperfeiçoadas consideravelmente, que é o caso deste estudo. Após comparações em 36 condições distintas de temperatura de solubilização e temperatura e tempo em forno de envelhecimento artificial, as temperaturas de 545ºC (30 minutos seguido de resfriamento em água) e 185ºC e (4 horas) de solubilização e envelhecimento, respectivamente, foram as que apresentaram melhor incremento de dureza da liga de 63HRF para 85HRF. A metalografia da liga após têmpera foi realizada por microscopia óptica e apresentou na microestrutura grãos equiaixiais com distribuição homogênea. Quando comparada as microestruturas com tempos e temperatura distintas em forno, não foi visto nenhuma diferença que relacionasse a diferença da dureza. Realizado o ensaio de tração e os valores de limite resistência a tração (σt) de 279,21MPa, limite escoamento (σe) de 257,33 MPa estão entre os valores médios para a liga 6005A T6. O estudo de fadiga da liga foi realizado em uma máquina fadiga flexo-rotativa de ciclo reverso tensão-compressão (R=-1) à temperatura ambiente e os dados analisados em uma curva S-N. Com tensão de até 117,42 MPa, o corpo de prova suportou número de ciclos maior que 1,0x107 ciclos antes de romper. As superfícies de fratura dos corpos de prova com cargas variadas foram analisados através de microscopia ótica e pelo MEV e indicaram presença de marcas de catraca, estrias, clivagem e trincas integranulares e transgranulares.
Estudo do comportamento em fadiga da liga inconel 718 obtida por fusão seletiva a laser solubilizada e duplo envelhecida
Cubi, Rafael Eringer (2025-02-10)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
O Inconel 718 (IN718) é muito utilizado na fabricação de componentes mecânicos de alto desempenho, como peças e estruturas de turbinas de aviões. A manufatura aditiva (MA) é um processamento que possibilita a construção de perfis complexos e tem sido cada vez mais desenvolvida para os materiais metálicos. Este trabalho busca estudar o comportamento mecânico em fadiga do IN718 obtido por MA e os fatores que possivelmente influenciam nesse desempenho em decorrência do processamento. Para isto, foram fabricados corpos de prova e amostras do IN718 pelo processamento de Fusão Seletiva a Laser (FSL). Também foram fabricados corpos de prova e amostras advindos da metalurgia convencional (forjamento, laminação e corte), para a comparação com o comportamento em fadiga padrão do IN718. Em seguida foram feitos tratamentos térmicos de solubilização e de duplo envelhecimento buscando homogeneizar e otimizar as fases presentes resultantes em ambos os processamentos. As amostras obtidas por ambos os processamentos foram caracterizadas por microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura (MEV), difratometria de raios X e microdureza Vickers. Antes dos ensaios de fadiga, ensaios de tração também foram realizados para obtenção da resistência máxima. Os ensaios de fadiga uniaxial foram feitos com célula de carga de 100 kN e realizados com razão de carregamento de R= -1. Foram aplicadas diferentes tensões em função da resistência a tração, sendo analisados 15 corpos de prova de MA e 12 de metalurgia convencional. Por fim foram realizadas as análises das superfícies de fratura de ambas as condições de processamento. Os resultados das amostras obtidas por manufatura aditiva apresentaram alguns defeitos típicos do processamento de FSL e alguns aspectos diferentes das de metalurgia convencional como o perfil dos grãos e quantidade de maclas. O resultado de microdureza foi maior para a condição de MA mesmo sobre tratamento térmico similar ao de via convencional. Apesar do maior limite de resistência à tração obtida pelo produto da MA em relação ao de metalurgia convencional, o comportamento em fadiga foi inferior para a MA. A curva S-N demonstrou grande inferioridade de resistência na evolução da resistência para médias tensões. A análise das superfícies de fratura de cada condição de processamento apresentou diferenças nas regiões de início, propagação e ruptura, que podem ser correlacionados com os principais fatores para a diminuição da resistência a fadiga de produtos da MA. Os resultados obtidos auxiliaram na conclusão da relação direta entre a diminuição da resistência em fadiga e a quantidade de defeitos estruturais gerados pelo processamento de FSL.
Estudo do comportamento mecânico da liga Al-Cu 2024 solubilizada e envelhecida para aplicações aeronáuticas
Domingues Junior, Nilton Inácio (2011-08-23)
Engenharia de Materiais
Ligas de alumínio apresentam baixa massa específica, relativamente alta resistência mecânica e elevada resistência à corrosão. A liga alumínio-cobre 2024 tem sido uma das ligas mais amplamente utilizada, principalmente em estruturas de aeronaves, devido às suas boas propriedades mecânicas. A microestrutura da liga observada por microscopia óptica apresentou grãos alongados decorrentes do processo de laminação. O tratamento térmico de solubilização na liga 2024 foi executado em três temperaturas diferentes a 495, 505 e 515°C seguido por resfriamento em água. Após a solubilização, envelhecimento artificial foi executado nas temperaturas de 190 e 208°C. Medidas de dureza e ensaios de tração foram feitos para determinar as propriedades mecânicas deste material após tratamentos térmicos. Ensaios de tração e medidas de dureza revelaram propriedades mecânicas similares para a liga 2024 nas três temperaturas de solubilização (495, 505 e 515°C). Em geral, o aumento na resistência mecânica decorrente do envelhecimento foi acompanhado pela diminuição da ductilidade da liga. Os valores mais elevados de limite de escoamento e de resistência foram obtidos na liga solubilizada a 505°C e envelhecida a 208°C/2h. Esta condição foi escolhida para a execução dos ensaios de fadiga e levantamento da curva S-N. O estudo de fadiga da liga 2024 foi conduzido sob ciclo reverso tensão-compressão à temperatura ambiente, utilizando uma máquina de fadiga flexo-rotativa. A curva S-N não apresentou um patamar de limite de fadiga típico dos aços, mas caiu continuamente com a diminuição do ciclo de tensão. O corpo-de-prova suportou mais de 7,8x106 ciclos antes de romper para ciclo de tensão de 110,23 MPa. As superfícies de fratura dos corpos-de-prova submetidos a tensões elevadas e baixo número de ciclos mostraram basicamente precipitados e microcavidades, enquanto que nas fraturas dos corpos-de-prova submetidos a tensões baixas e elevado número de ciclos observou-se a presença de trincas ao longo de toda a borda da superfície de fratura. Houve a presença de poros interceptados e precipitados arrancados da matriz na superfície da fratura durante a propagação da trinca por fadiga de alto ciclo.
Influência da oxidação térmica nas propriedades mecânicas em fluência da liga Ti-6Al-4V
Oliveira, Hamon Vaz da Silva (2022-08-12)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
A liga Ti-6Al-4V é utilizada em aplicações como biomateriais e na indústria aeronáutica. A formação de uma camada de óxido estável e aderente pode melhorar a resistência mecânica e à corrosão deste material. Esse trabalho estuda o comportamento em fluência da liga Ti-6Al-4V submetida a duas condições diferentes de oxidação térmica induzida. As amostras foram oxidadas nas condições de 650 ºC por 12 h e 800 ºC por 2 h sem controle de atmosfera, a fim de estudar as diferentes formas do óxido formado e a influência no comportamento mecânico do material. A caracterização da camada de óxido foi realizada por Microscopia Óptica (MO), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) com Espectroscopia por Energia Dispersiva (EDS), e Difratometria de raios X (DRX). O ensaio de fluência foi realizado à carga constante em corpos de prova não oxidados e nas duas condições de oxidação, em temperaturas de 500°C até 600°C e tensão entre 125 e 319 MPa. Após a fratura dos corpos de prova, as superfícies de fratura foram analisadas por MEV. As camadas de óxido do material oxidado a 650 ºC e 800 ºC mediram aproximadamente 3 µm e 10 µm respectivamente. Nas análises de DRX das amostras oxidadas foi possível observar a formação da fase rutilo (TiO2) e um deslocamento dos picos de difratograma para direita em relação a amostra como recebida, provavelmente causada pela dissolução de oxigênio na zona subsuperficial. A análise por EDS permitiu verificar a presença de uma camada mista de óxido composta de rutilo e alumina. O tratamento de oxidação térmica proporcionou um aumento na resistência da liga Ti-6Al-4V. Os ensaios de fluência a 550 °C mostraram uma vida mais longa em fluência do material oxidado a 800 °C por 2 h e um aumento menos significativo no material oxidado a 650 °C por 12 h. Os ensaios de fluência às temperaturas de 500 ºC e 600 ºC e 250 MPa de tensão do material oxidado a 800 ºC de fluência realizados apresentaram menor vida em fluência em relação ao material não oxidado.
Influência do tratamento térmico de têmpera em propriedades ópticas e mecânicas de filmes finos com camada dupla de prata depositados em vidros comerciais
Castro, Camila Fernandes (2023-02-14)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
O vidro revestido com camadas de prata é amplamente atrativo devido ao conforto térmico que proporciona e consequente redução do uso de energia elétrica dentro das construções. Isso ocorre porque a prata ajuda a agir como um filtro óptico. Seis amostras foram obtidas de duplicatas de três produtos diferentes (vidros comerciais revestidos com dupla camada de prata); metade delas (três) foi analisada como originalmente recebida (sem tratamento térmico) enquanto a outra metade foi submetida ao processo de têmpera a 675° C. O comportamento mecânico foi analisado através de Nanoindentação e Scratch Test e as propriedades ópticas foram obtidas por meio de Espectrofotometria, com o objetivo de comparar as duas condições de revestimento no substrato - antes e depois da têmpera. Os resultados destacaram que a têmpera melhorou a resistência do revestimento para gerar primeiras trincas laterais e lascas, embora não afetasse claramente a carga crítica para expor o substrato. Os principais resultados ópticos estão relacionados a um parâmetro colorimétrico, onde todos os produtos tenderam a ficar menos azulados/mais amarelados após a têmpera, e o outro mostrou que a transmitância aumentou para o espectro ultravioleta para todos os produtos. O tratamento térmico não afetou o fato de a transmitância dos produtos ser maior no espectro visível do que no infravermelho.
Oxidação de esculturas de aço patinável pertencentes ao acervo da Pinacoteca de São Paulo
Reis, Tatiana Russo dos (2018-02-19)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
The Pinacoteca de São Paulo has a collection of artworks by Brazilian artists dating from the 17th century to the present. An important part of the collection consists of weathering steel sculptures displayed in different internal and external spaces. Besides offering good resistance to corrosion, weathering steels are extensively used in outdoor sculptures and built structures, due to its attractive appearance and self-regenerating capacity. By identifying the materials that compose an artwork and the phenomena that might occur on a given surface, it is possible to carry out preventive conservation actions in the short, medium and long terms. Initially, a visual analysis was performed on each individual work, as well as an accurate identification of the metals with the aid of handheld X-ray fluorescence spectrometry (XRF). Afterwards samples were collected for scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction analysis, which identified different oxides formed on their surfaces. In order to obtain more precise results regarding the elements that compose the works, a new process of identification in situ was carried out using X-ray fluorescence spectrometry (XRF). The results reveal the predominance of goethite α-FeOOH, lepidocrocite γ-FeOOH and akaganeite β-FeOOH which shows the influence of the environmental conditions to which the artworks are exposed in the formation of the oxides that form the superficial patina. Moreover, the findings also point to the identification of akaganeite in a number of works where the conditions of the natural environment are not usually favourable for its formation. From this study it was possible to identify the environmental conditions in which the works suffer greater deterioration and the actual causes of this deterioration, enabling future actions and decisions concerning to the preventive conservation of these works, such as not applying coats of wax or varnish for protection.
Oxidação de esculturas de aço patinável pertencentes ao acervo da Pinacoteca de São Paulo
Reis, Tatiana Russo dos (2018-02-19)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
A Pinacoteca de São Paulo conta com uma coleção de obras de artistas brasileiros desde o século 17 até os dias de hoje. Uma parte dessa coleção é formada por esculturas em aço patinável expostas em diferentes ambientes. O aço patinável além de oferecer uma boa resistência à corrosão é muito usado em esculturas pela sua aparência atraente e capacidade de autorregeneração. Conhecendo os materiais que constituem uma obra e os fenômenos que atuam sobre ela é possível planejar ações de conservação preventiva a curto, médio e longo prazo. Inicialmente foi realizada análise visual de cada uma das obras e a identificação dos metais com o auxílio de aparelho de fluorescência de raios X portátil (XRF). Posteriormente, amostras foram coletadas para exames de MEV e difração de raios X, onde foram identificados os elementos que constituem as obras e os diferentes óxidos formados em suas superfícies. Para obter informações sobre elementos leves que constituem as obras e que podem estar presentes em sujidades e materiais de corrosão na superfície delas, foi realizada nova identificação in situ com aparelho de fluorescência de raios X por disspersão de energia (EDXRF). Os resultados mostram o predomínio da lepidocrocita, α – goetita e akaganeita mostrando a influência das condições ambientais em que estão expostas as obras na formação dos óxidos que formam a pátina superficial, atentando para a identificação da akaganeita em algumas obras onde as condições naturais do ambiente não são favoráveis para a sua formação. A partir desse estudo foi possível identificar as condições ambientais em que essas obras sofrem mais danos e as causas desses danos possibilitando futuras ações e decisões em relação à conservação preventiva dessas obras, como a não utilização de coberturas utilizando ceras ou vernizes para a proteção.
Simulação computacional em camisas de motor construídas em liga de alumínio silício
Barragan Neto, Valter (2011-09-27)
Engenharia de Materiais
Camisas de cilindro automotivo são componentes mecânicos com a função de revestir internamente os cilindros dos motores automotivos. As camisas de cilindros têm sido feitas de ferro fundido, que atende os requisitos necessários de desgaste e rigidez. A substituição de partes feitas em aço e ferro fundido por ligas de alumínio em veículos têm vantagens não só na diminuição de peso como também no consumo de combustível e emissão de poluentes. Este trabalho teve por objetivo estudar a viabilidade da aplicação de camisas constituídas em liga de alumínio e silício em motores com o auxilio de engenharia assistida por computador. O método de modelagem em elementos finitos consiste em gerar um modelo matemático auxiliado por computador, da geometria, constituída por vários elementos que têm em comum nós de ligação formando os elementos finitos, assim definidos por malha. Para cada um dos nós são resolvidas as equações diferenciais parciais por métodos numéricos. O estudo em elementos finitos foi auxiliado pelos softwares Hyperworks, onde foi gerada a malha e exportada para o Abaqus onde foi realizado o processamento dos dados de entrada. O ponto de partida para a simulação das camisas de alumínio aplicadas em motores de combustão interna foi definir a formato da malha para o bloco com um menor refinamento, foi então escolhida uma malha com elementos tetraédricos de quatro nós de tamanho variando entre 1 mm e 12 mm de aresta de elemento. A camisa foi elaborada com elementos hexaédricos de seis nós, que por definição são mais fiéis e possuem respostas mais precisas que os elementos tetraédricos, e com um refinamento maior, cerca de 1 mm, ambos de primeira ordem sem nós intermediários nas arestas. Em função do processo de fabricação da camisa ser a fundição por centrifugação, camadas de elementos foram criadas a fim de satisfazer a variação da quantidade de silício da camisa, que por sua vez afeta as propriedades físicas da camisa ao longo da espessura da parede. Com este modelo foi possível mostrar a viabilidade da aplicação dessas camisas em motores com blocos de ferro fundido. As análises mostraram que um protótipo poderá ser construído para testar a aplicação destas camisas e testá-las quanto ao desgaste.
Substituição do alumínio pelo compósito de poliamida no suporte do coxim motor
Silva, Leandro Cardoso da (2014-01-27)
Engenharia de Materiais
Os coxins são considerados dentro das classificações automobilísticas como peças estruturais. Geralmente, os coxins utilizam metais como o alumínio e o aço em seus suportes. Esses metais oferecem grande resistência à fadiga e sua degradação na temperatura transmitida pelos motores é muito pequena. Devido à necessidade de diminuir a massa e reduzir o custo, este trabalho teve como objetivo estudar a substituição do suporte de alumínio do coxim do motor pelo compósito de poliamida reforçado com fibra de vidro. O compósito de poliamida é a escolha que melhor oferece o compromisso de um material reciclável, com resistência térmica e à fadiga, devido às suas propriedades mecânicas serem comparáveis às do alumínio. O compósito utilizado foi à poliamida comercial PA 6.6 com 0%, 30%, 35%, 50% de fibra de vidro. Este estudo focará principalmente nas propriedades em fadiga do compósito nas temperaturas de trabalho e nas análises de simulação decorrentes das propriedades obtidas e das condições de utilização do componente. Os ensaios de fadiga do compósito de poliamida com adições de porcentagens variadas de fibra de vidro foram executados em corpos de prova do tipo de flexão a 120°C. O comportamento em fadiga do compósito foi analisado utilizando-se o método staircase. As observações das superfícies de fratura dos corpos de prova ensaiados foram feitas por microscopia eletrônica de varredura e evidenciaram a excelente aderência da poliamida na fibra de vidro. Os resultados obtidos nos ensaios de fadiga, esforços máximos e esforços excepcionais permitiram concluir que o compósito de poliamida com 50% de fibra de vidro apresenta a menor deflexão. A comparação pelo Método de Elementos Finitos do suporte do coxim do motor em compósito de poliamida com reforço de fibra de vidro e da liga de alumínio indicou, de uma maneira geral, resultados similares com relação aos níveis de tensão. Contudo, os valores de deflexão apresentaram valores sistematicamente maiores no compósito. Os resultados dos ensaios mostram um bom comportamento do compósito de poliamida, dando indícios sobre a viabilidade de utilização na substituição da liga de alumínio, com uma redução em massa de 0,2 kg (32%).

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