Engenharia de Materiais - Dissertações - EE Higienópolis

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Uma abordagem a respeito do desgaste em materiais de camisas de cilindro de motores ciclo diesel atendendo as modernas leis de emissões
Cardille, Dionisio Mateo (2009-08-18)
Engenharia de Materiais
This study broaches the diesel engines cylinder liners waste concepts, characterizing abrasive waste, tribo-chemical waste and scuffing, with component external factors, like adultered fuel or with high sulfur level frequently found in Brazil. It presents the modern emissioned engines and the direct causes in the cylinder liners material requirement, with the tribologic evolution of piston, piston rings and cylinder. Some concepts of cylinders internal diameter surface finish and the direct involvement in the cylinder smooth, and the blow by flux besides oil consumption. The cylinder liners are manufactured in perlitic gray casting iron, and it was compared to a bainitic gray casting iron as alternative material, in order to satisfy the modern environment laws for emissions. The experiment technical was based on a dynamometric test in a 146kw diesel engine, during 500hs, with 27,4% overpower. The liners were assembled in the engine block in an intercalated way, avoiding benefits in the cylinders closer to the water pump. After the test, the liners were dimensioned with the respective piston rings. As result, was observed that the proposal bainitic material got a better waste resistance in comparison with the perlitic material, with a better dimensional stability. The piston rings presented similar waste when applied in both materials, respecting the project original tribological pair.
Aspectos metalúrgicos associados ao processo de brasagem
Marques, Murilo Carmelo Satolo (2016-08-08)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
This paper presents a metallurgical and mechanical assessment of a joint resulting from the brazing process, in order to elucidate the theoretical aspects related to materials science involved in this process of union materials. The physical phenomena involved in this theme are wettability, capillarity, surface tension and diffusion. For the study we used as base materials stainless steel AISI 630 and alloy Ferro-Titanit Nikro128, as filler metal AWS BNi2 specification. The brazing process was performed in a vacuum furnace respecting a specific thermal cycle. Samples of the materials involved in the brazing process were characterized by means of optical microscopy, scanning electron microscopy, thermal analysis and determination of the hardness profile along the junction between the base metal and the binder. The mechanical behavior of the connection zone was evaluated by technological bending test by three points. The results collected in this study suggest that the connection zone comprises in its microstructure, in addition to the compounds belonging to filler metal element, the participation of various phases resulting from the basic material. The final microstructure of the bonding zone is formed from the solidification process and reactions in the solid state. We conclude that intermetallic phases in the connection zone are critical for the use of materials, due to their fragility in relation to other microconstituents.
Comparativo da resistência mecânica superficial de um aço inoxidável endurecível por precipitação, com e sem processo de shot peening antes de ser envelhecido
Ribeiro, Dante da Costa (2009-04-24)
Engenharia de Materiais
Os aços inoxidáveis martensíticos sempre foram muito utilizados no ramo de moldes plásticos devido as suas propriedades como alta polibilidade e resistência à oxidação elevada, que permitem a injeção de certos polímeros, como o policrilato de vinila, por conta de sua resistência aos gases clorídricos desprendidos no processo e também na injeção de acrílico por causa do alto grau de acabamento que pode ser conferida à superfície do molde e, conseqüentemente, ao produto injetado, são características intrínsecas a tais materiais. Fora os materiais inoxidáveis martensíticos, os endurecíveis por precipitação também são muitíssimo utilizados, porém, em algumas aplicações tais aços não são passíveis do processo termoquímico de nitretação, o que prejudica a sua utilização por conta de não ter nenhum processo onde um endurecimento superficial seja aplicado. Neste trabalho será realizado o estudo sobre os aços endurecíveis por precipitação passando pelo processo de shot peening e sem passar por tal processo afim de se verificar como ficará a superfície após tal processo. Como faltam literaturas sobre comparativos a respeito desta aplicação por apesar de se tratar de tecnologias antigas, o estudo poderá resultar em uma nova utilização de tais técnicas revolucionando a utilização destes materiais em certas aplicações industriais como em moldes plásticos e em dispositivos mecânicos.
Desenvolvimento de uma camada nitretada em aço inoxidável martensítico para aplicação em anéis de pistão, quando utilizada em motores ciclo otto bi-combustíveis (motores flex-fuel)
Nocera, Eduardo (2013-09-19)
Engenharia de Materiais
Piston rings are metal parts which, when installed on the pistons in the cylinders of the engine, become circular with variable pressure and self-expansive, providing a movable seal between the combustion chamber and the crankcase. These components are subjected to intense functional demand, being asked to submit a low wear rate and maintain their structural and functional integrity under high temperatures and pressures. Due to these requirements, the technique is known of providing up-to-face contact with coatings or surface treatments to improve wear. Currently the majority of applications in the compression rings are martensitic stainless steels. These rings have their tribological properties improved by gas nitriding treatment which gives the steel surface intermediate properties between metallic and ceramic materials with high resistance to adhesive wear, as well as to wear by abrasion. This technology has been applied since the 90s with great success and high market penetration. With demand growing for reducing emissions was introduced in the market the Otto cycle engines with bifuel, better known as Flex engines. The principle of operation of these engines is the use of gasoline and ethanol at any mixing. The compression ratio of the piston is optimized for gasoline and not optimized for ethanol, since the latter does not have limitations to the phenomenon of detonation and this fact makes it occurs more Ethanol injection into the combustion chamber providing an improper fuel does not wash burnt in the cylinder wall. The result was the creation of a different tribological system in the area of operation of the rings where the nitrided layer began to suffer a detachment. This study aimed to find a solution for this detachment, where the nitride layer was changed. The modification consisted in decreasing the precipitation of carbides in the grain boundaries through migration carbon more to the core of the ring making it more robust to cracks and less susceptible to hydrogen embrittlement. Was created two nitriding stages, one richer in nitrogen which provides the wear resistance required for applying and the second stage causes the carbon to become more concentrated in the core hindering the generation of cracks and, consequently, the detachment. There was a decrease in the hardness of the nitrided layer without deteriorating the wear resistance, creating a unique solution and extending the life of this technology.
O efeito do encruamento em aços inoxidáveis submetidos ao tratamento de nitretação
Monte, Mariana Zicari Di (2012-08-02)
Engenharia de Materiais
O presente trabalho apresenta uma avaliação dos efeitos de encruamento na cinética do tratamento termoquímico de nitretação em ligas de aços inoxidáveis ferríticos AISI 430 e AISI 439 para diferentes graus de deformação plástica. A técnica empregada para se aplicar a deformação plástica em nível crescente foi por meio de uma máquina universal de tração. Em seguida procedeu-se a aplicação dos processos de nitretação gasosa, em banhos de sais e por plasma, nas ligas no estado recozido e para os diferentes graus de encruamento. As amostras foram caracterizadas por microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, ensaios de dureza e levantamento do perfil de microdureza das camadas. Foi empregada também a técnica de difração de raios-X, com o objetivo de se determinar quais as fases presentes na camada nitretada. Como resultado principal deste estudo, concluiu-se que o encruamento não apresentou nenhum efeito na cinética dos processos de nitretação, nem tão pouco nos níveis de dureza atingidos nas camadas nitretadas. A espessura da camada foi maior para o processo de nitretação a gás, que além do tempo em exposição em temperatura, foi realizada em temperatura superior aos outros processos estudados. Este estudo também apresenta os resultados de microestrutura e as curvas de percentual de nitrôgenio e carbono em função da profundidade de camada nitretada. Nota-se que a concentração de nitrogênio diminui com a profundidade à medida que se aproxima do metal base. O carbono, por seu turno, é empurrado para dentro da amostra, promovendo uma descarbonetação na região enriquecida em nitrogênio, e um acúmulo de carbono nas regiões logo abaixo da camada nitretada. Os espectros de difração de raios-X correspondentes às camadas nitretadas dos aços 430 e 439, indicaram a presença do precipitado rico em nitrogênio CrN. A liga 430 sofreu ataque intenso até uma profundidade da ordem de 30 Um; já a liga 439 apresentava predominância de região com pouco ataque, com pequena fração volumétrica de ataque mais intenso. Os níveis de dureza da região clara e escura eram similares, por volta de 1000 HV, indicando um eficiente mecanismo de endurecimento por precipitação. Infere-se que o nitreto de cromo se faz presente nas duas regiões, sendo que o maior ataque pode estar relacionado a um processo de precipitação descontínua, provavelmente associado ao nitreto de ferro Fe3N, contrariamente ao que se encontrou na literatura.
Efeito do encruamento na cinética de nitretação dos aços inoxidáveis austeníticos
Martins, Eva Paganini (2010-03-05)
Engenharia de Materiais
This paper deals with the effects of cold work on the nitriding kinetics and surface micro-hardness of the 3XX family of austenitic stainless steels. Nitriding is a thermo-chemical treatment based on the nitrogen diffusion and, under some specific circumstances, carbon in lower quantities, in to a ferrous matrix. The nitriding process improves particularly high cycle fatigue resistance, wear resistance, and corrosion resistance for carbon steels. To study the cold work effect on the material, samples of 304 and 316 were strained in tension tests to conventional deformation of 10%, 25% and up to rupture point prior to the nitriding process. A sample without deformation was kept for reference. It is possible to verify, based on the test performed, that the AISI 304 has smaller deformation capacity when compared to the 316 in terms of elongation on strain test presenting a higher degree of cold work deformation. Also the 304 presents a reduction on nitrided layer thickness and a smaller percentage of nitrogen in the nitrided layer after the cold work (difference of 1% point versus 0,5 for the 316) It is also possible to observe the smaller density on the 304 after the cold work which can be attributed, according to the literature, to the formation of cold work martensite during the cold work process.
Efeitos do revenimento realizado a baixa temperatura na resistência ao impacto em aços carbono e ligados temperados
Oliveira, Bruno Ozi Silva Rosalin de (2011-02-15)
Engenharia de Materiais
Este trabalho tem como principal objetivo a determinação do comportamento mecânico, mais especificamente a resistência ao impacto, de estruturas martensíticas baseadas em aços ao carbono e ligados. A preocupação principal é a resposta dessas ligas quando revenidas em temperaturas baixas (inferior a 180°C). Foram realizados os tratamentos térmicos de têmpera em água e óleo com o intuito de verificar a severidade do meio através dos ensaios de dureza, impacto, análise micrográfica e fractográfica. Os aços SAE1045 e SAE4140 também foram submetidos aos tratamentos térmicos de revenimento a baixas temperaturas, 100°C, 140°C e 180°C, para verificação do aumento da tenacidade e possíveis alterações microestruturais desses materiais. Foi verificada a maior temperabilidade do aço SAE4140 em relação ao aço SAE1045, em concordância com a literatura, através dos resultados de dureza e da análise micrográfica realizada. Na têmpera em óleo o aço SAE4140 apresentou uma microestrutura predominantemente martensítica o que gerou uma dureza superior a do aço SAE1045 que apresentou uma microestrutura de martensita com ilhas de perlita fina e ferrita. Nos revenimentos realizados foi constatado que para o aço SAE1045 ocorre um aumento de energia absorvida no impacto com o aumento da temperatura, e que estes revenimentos a baixa temperatura têm influências significativas sobre a tenacidade do material. Os revenimentos apresentam maiores aumentos de energia absorvida e expansão lateral no aço SAE1045 nas condições de têmpera em água do que na têmpera em óleo. Para o aço SAE4140 a têmpera em água (não muito usual na prática) gerou trincas em alguns corpos de prova, já a têmpera em óleo proporcionou valores elevados de energia absorvida no impacto e não mostrou alterações significativas nos revenimentos a baixa temperatura. Conclui-se que para o aço SAE1045 os revenimentos a baixa temperatura causam um aumento significativo na tenacidade do material independentemente do meio de têmpera; já para o aço SAE4140 a têmpera em água inviabiliza a avaliação devido as trincas geradas no resfriamento e para têmpera em óleo nenhuma melhoria na tenacidade pode ser observada.
Estudo comparativo entre materiais metálicos e compósitos poliméricos para aplicações mecânicas na indústria automobilistica
Campos, Luiz Gustavo Franco Pires de (2009-03-31)
Engenharia de Materiais
Aluminum and plastic composites used in the automotive industry is a reality and increases in new projects. Materials and components are responsible for the most part of vehicle costs and the materials mix is changing continually due to light-weight solutions to reduce vehicle costs and weight. Aluminum and plastics composites are responsible for these solutions. The literature information about materials micro-structures and properties are shown apart. This report presents a complete review on aluminum and aluminum alloy, zinc and zinc alloy, polyamide, fibers and plastic composites, focuses on micro-structure and properties comparison between aluminum alloy, zinc alloy and glass fiber reinforced polyamide.
Estudo da estabilidade da estrutura bainítica na redução da força tangencial de anéis de pistão de segundo canalete em motores ciclo otto
Quartarolo, Ricardo Mazziero (2015-11-30)
Engenharia de Materiais
O aumento da eficiência energética dos motores de combustão interna utilizados por automóveis leves é uma demanda crescente da sociedade, devido à representatividade do setor de transporte em relação às emissões dos gases do efeito estufa. Em um movimento liderado pelos países desenvolvidos da Europa, as agências reguladoras vêm impondo metas agressivas de redução de emissões para automóveis novos. A redução das perdas mecânicas geradas pelo atrito entre os componentes do motor através do desenvolvimento de novas tecnologias e materiais é mandatório entre a maior parte das indústrias envolvidas na fabricação de motores. Os anéis de pistão são responsáveis por grande parte dessas perdas, devido às suas condições de operação adversas dentro da câmara de combustão. A interação entre os anéis e o cilindro é decisiva para determinar além das perdas mecânicas por atrito, o desgaste do conjunto, consumo de óleo e potência. A modificação das propriedades mecânicas dos anéis de pistão através de tratamento térmico é uma alternativa importante para reduzir o atrito. Esse efeito é especialmente importante nos anéis de segunda canaleta, que apesar de serem considerados anéis raspadores, na prática tem como principal função estabilizar o conjunto e evitar a flutuação do anel de compressão e consequentemente a passagem de gases de combustão para o cárter. Os resultados sugerem que a microestrutura bainítica, obtida através da austêmpera dos anéis de pistão fabricados a partir de ferro fundido cinzento possibilita a redução da força tangencial, sendo que essa redução apresenta uma relação positiva com o tempo de exposição à temperatura de trabalho do motor conforme constatado em simulações realizadas à temperatura constante e escala logarítmica de tempo.
Estudo de viabilidade técnica sobre o uso de ligas de alumínio na fabricação de eixos traseiros trativos para aplicação em veículos comerciais
Saito, Kyosuke Siqueira (2013-02-15)
Engenharia de Materiais
O desenvolvimento de novos veículos comerciais tem como um de seus objetivos principais o aumento da eficiência energética operacional ou redução do consumo de combustível. A redução da massa dos veículos é uma das estratégias mais diretas para o alcance deste objetivo. Os eixos de veículos tradicionalmente têm sua estrutura feita de materiais ferrosos devido à sua alta resistência e baixo custo. Materiais alternativos de mais baixa densidade e alta resistência são pesquisados e desenvolvidos continuamente. Dentre esses materiais, o alumínio, comparado com materiais ferrosos tem-se mostrado uma alternativa interessante para a substituição de ligas ferrosas para algumas aplicações. O alumínio possui uma densidade muito inferior a dos ferrosos abrindo a possibilidade de ganhos significativos de massa. Neste estudo foi feito uma avaliação através da comparação entre ligas de alumínio e materiais ferrosos em diferentes condições de carregamento e apresentado os ganhos da substituição em cada condição de carregamento. Foi avaliada a possibilidade de substituir materiais ferrosos por ligas de alumínio na estrutura de eixos traseiros de veículos comerciais através de uma análise por elementos finitos como uma etapa da validação de um novo produto. Os resultados do estudo mostram que é possível usar o alumínio na estrutura de eixos de veículos comerciais com redução de massa variando de 1,1% a 61,0% sem perda de características estruturais.
Estudo metalúrgico e mecânico para a verificação da necessidade efetiva do número de repetições de tratamentos de revenimento para ferramentas de aço rápido
Fragoso, Jefferson Vieitas (2015-02-05)
Engenharia de Materiais
O presente trabalho tem como objetivo avaliar, através de ensaios destrutivos, corpos de prova de aço rápido temperados, submetidos a uma variação no número de tratamentos de revenimento variando de 1 a 4 ciclos. A cada condição de tratamento térmico, pelo menos três corpos de prova foram submetidos ao Ensaio de Impacto Charpy em corpos de prova sem entalhe, determinando o módulo de ruptura de ensaio de flexão por três pontos. As amostras foram submetidas a análise química e metalográfica e, testes de dureza. As superfícies de fratura foram observadas a olho nu, através da utilização de estéreo microscópio com aumentos variando de 8 a 20 vezes, e também, por microscopia eletrônica de varredura para determinação dos mecanismos de fratura atuantes. Esta técnica experimental permitiu a caracterização, em termos, de composição química semi-quantitativa, das fases presentes nos corpos de prova tratados termicamente, a saber, os carbonetos primários e secundários. Os resultados foram discutidos à luz das informações colhidas na revisão bibliográfica, onde uma das observações principais é a de que a seqüência de revenimentos na liga estudada não altera de forma significativa os resultados de energia absorvida em ensaios de impacto e resistência à flexão, de corpos de prova submetidos ao ensaio de flexão a três pontos.
Estudo sobre a aplicação de aços dual phase na indústria automotiva com o objetivo de redução de massa em amortecedores estruturais
Paula, Emerson Bertaglia de (2014-02-13)
Engenharia de Materiais
Amortecedores McPherson são estruturas metálicas que servem de ligação entre a carroceria e as rodas do veículo e a grande maioria dos amortecedores produzidos mundialmente utilizam aço carbono de baixa liga e média resistência, pois desta forma apresentam um menor custo. Com as contínuas mudanças das exigências do mercado consumidor, é necessário que seja apresentado uma alternativa para a redução de massa dos amortecedores, pois somente desta forma tem-se um melhor desempenho com uma redução no consumo de combustíveis. Há diversos tipos de materiais metálicos e não metálicos que podem proporcionar esta redução de massa, porém o aço dual-phase apresenta uma interessante alternativa para substituição dos aços carbono, pois não gera modificações e investimentos significativos no atual processo produtivo. O aço dual-phase possui elevadas propriedades mecânicas possibilitando reduções significativas de massa. Neste estudo foi realizado um comparativo entre os aços carbono e o aço dual-phase em condições de carregamento normalmente utilizada para aprovação dos amortecedores McPherson. Os componentes estudados, foram analisados pelos métodos analítico e de elementos finitos, o resultado deste estudo mostra que é possível utilizar o aço dual-phase com uma redução de massa de 10% a 24% para cada componente estudado e uma redução no amortecedor estrutural de 7,23%.
Evolução tecnológica dos materiais e geometria de pistões para motores de combustão interna e um estudo de caso de pistão para aplicação em motor diesel com trinca no cubo
Yamawaki, Marcio (2013-10-17)
Engenharia de Materiais
Pistons are one of the most challenged components on an internal combustion engine. The range of thermal and mechanical loads on these components reach limit levels where the applied materials cannot react and are not able to go back to its original condition. We can say that pistons are the fuses of an internal combustion engine. The adequate selection of materials for the pistons must take in account the usage of the engines. For passenger cars for instance, typically light alloys are chosen in order to attend the low fuel consumption and emission level demands. For commercial vehicles there are more freedom choosing the materials because weight does not play the same level of role but on the other hand requires materials that can resist the very high loads involved. The objective of this work is to describe the criteria s involved on a piston design and how closed they are connected with the adequate material selection. A case study of a aluminum piston for Diesel engine application that presented a pin bore crack related to feathery grain formation will be shown.

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