Engenharia de Materiais e Nanotecnologia - Teses - EE Higienópolis
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Navegando Engenharia de Materiais e Nanotecnologia - Teses - EE Higienópolis por Orientador "Vatavuk, Jan"
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- TeseAvaliação de tensões residuais em superfícies planas de aços molas submetidas ao processo de stress shot peeningChiqueti, Cleber Michel (2024-08-08)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
As tensões residuais compressivas são fundamentais para o aumento da vida do produto, este trabalho tem o objetivo de determinar as tensões residuais compressivas longitudinalmente, ao longo de uma superfície, com três níveis de deflexões das extremidades que ocasionam pré-tensões trativas nas fibras superficiais, de 750,0 MPa, de 1100,0 MPa e de 1500,0 MPa, suportadas em duas diferentes posições de apoios no lado de compressão, de 150,0 mm e de 1000,0 mm, equidistantes do centro longitudinalmente. O aço utilizado foi EN 47 (DIN 51CrV4), com dimensões de 15,0 mm de espessura, 70,0 mm de largura e 1500,0 mm de comprimento, cujas amostras foram submetidas aos processos de têmpera, revenimento, polimento da superfície e alívio de tensão. As amostras foram arqueadas, com raio de 2500 mm e imersas em um tanque com óleo de composto mineral e convencional e, em seguida, revenidas; as superfícies côncavas foram polidas para a remoção da descarbonetação e colocadas em um forno para o alívio de tensões causadas pelo processo de lixamento superficial. Na sequência, as amostras foram jateadas, em uma máquina com parâmetros controlados, com as três pré-tensões de 750,0 MPa, de 1100,0 MPa e de 1500 MPa, determinadas pelo software específico ANSYS®, e com os espaçamentos dos dois suportes de 150,0 mm e de 1000,0 mm, para introdução de tensões residuais compressivas nas superfícies polidas, sendo este processo denominado de stress shot peening. Corpos de prova foram extraídos para realização de ensaio de tração para análise metalográfica e determinação de dureza. As tensões residuais foram determinadas por difração de raios X, a partir das superfícies das amostras longitudinalmente, uniaxialmente e em profundidade, com remoção controlada de material, possibilitando levantar o perfil de tensões residuais a partir da superfície, e de criar o gráfico das tensões residuais versus pré-tensão. As amostras foram submetidas ao teste de fadiga cíclico, para verificação da influência das tensões residuais compressivas desenvolvidas a partir das três deflexões. Para os testes de fadiga, as amostras foram grampeadas nos centros, cujas superfícies jateadas ficaram voltadas para baixo. Os pontos de apoios dos testes de fadigas foram apoiados nas extremidades e os movimentos cíclicos ocorreram no centro longitudinal das amostras até a sua ruptura. Todos as rupturas de fadigas quebraram nos pontos de apoios das placas que fixam as amostras, ou seja, as amostras colapsaram no ponto de maior tensão que foram mostradas no método de elementos finitos, pelo software ANSYS®. Os resultados de fadigas mostraram coerências, de acordo com as deflexões realizadas. Os melhores resultados, com maior número de ciclos, foram com as pré tensões de 1500,0 MPa, diminuindo conforme as pré-tensões diminuíram também. As amostras com rupturas foram submetidas à microscopia eletrônica por varredura e mostraram uma morfologia de ruptura intergranular por tensão aplicada. As medições das tensões residuais próximas e distantes das rupturas mostraram o relaxamento das tensões residuais, quando mensuradas próximas das rupturas. - TeseDesenvolvimento de punção e matriz de alta resistência mecânica e ao desgaste para conformação de tampas twist off para industria de alimentosAugusto, Arnaldo (2024-08-30)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
O foco na resistência ao desgaste neste processo de fabricação é a perda de produtividade e qualidade do produto na presença de impurezas ou desgaste natural da ferramenta. O estudo utilizou como referência a estampagem de tampas twist off de folhas de aço espessura 0,17mm com baixo teor de carbono com revestimento de cromo ou estanho para potes de vidro na indústria alimentícia. Outro fator a ser considerado no processo fabril diz respeito a reutilização do ferramental através da reafição. O aço AISI-D6 foi substituído pelo aço ferramenta temperado e revenido S790 Microclean® com revestimento duplex de PVD. Apesar do apreciável ganho em produtividade que a ferramenta de aço S790 Microclean® com revestimento duplex (nitretação+PVD de AlCrN), constatou-se grande dificuldade na reutilização dos punções, pois a reafiação obriga a se submeter a ferramenta ao mesmo tratamento, após remoção química do revestimento. Esta operação é demorada e onerosa e por este motivo se partiu para uma quebra de paradigma, estudando-se a possibilidade de utilização de outra classe de material nesta aplicação com uma resistência ao desgaste eventualmente superior, procurando correr o menor risco em termos de redução de resistência mecânica, além de considerar custo de ferramental, manutenção e tempo de set-up de máquina. Analisando cerâmicos e cerâmicos com baixa porcentagem de matriz metálica, optou-se pelo metal duro WC-Co, consagrado em várias aplicações. Estudaram-se três classes de metal duro de elevado teor de cobalto com controle de granulometria dos carbonetos de tungstênio, otimizado em termos de resistência mecânica, com teores de cobalto crescentes: GD30, GD40 e GD50. Tomando-se as características mecânica e de resistência ao desgaste do S790 Microclean® revestido (punção) determinadas em estudo anterior, resistência à compressão de 3,75 GPa, dureza HRV 1129 e a rugosidade do aço S790 com revestimento, o que mais se aproxima do último é o GD40. O desgaste do GD30 foi observado na matriz. A montagem do ferramental (punção) contou com 08 em aço S790 revestido, 02 com GD40 e 02 com GD50. O GD50 não prosseguiu nos testes por apresentar elevada concentração de porosidade. A liga GD40 apresentou bom comportamento, após 3000 horas de trabalho, sendo uma ótima possibilidade para os punções. Comparando o punção em GD40 com relação ao S790 Microclean® com revestimento duplex PVD, o mesmo produziu o triplo com um custo inferior de 42,5%. Dentro da variada oferta de classes de metal duro (WC-Co) após verificação dos dados disponíveis na indústria e alguns testes mecânicos optou-se pela utilização da classe GD30 como matriz e GD40 como punção. - TeseDesenvolvimento de punção e matriz de alta resistência mecânica e ao desgaste para conformação de tampas twist off para indústria de alimentosAugusto, Arnaldo (2024-08-30)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
O foco na resistência ao desgaste neste processo de fabricação é a perda de produtividade e qualidade do produto na presença de impurezas ou desgaste natural da ferramenta. O estudo utilizou como referência a estampagem de tampas twist off de folhas de aço espessura 0,17mm com baixo teor de carbono com revestimento de cromo ou estanho para potes de vidro na indústria alimentícia. Outro fator a ser considerado no processo fabril diz respeito a reutilização do ferramental através da reafição. O aço AISI-D6 foi substituído pelo aço ferramenta temperado e revenido S790 Microclean® com revestimento duplex de PVD. Apesar do apreciável ganho em produtividade que a ferramenta de aço S790 Microclean® com revestimento duplex (nitretação+PVD de AlCrN), constatou-se grande dificuldade na reutilização dos punções, pois a reafiação obriga a se submeter a ferramenta ao mesmo tratamento, após remoção química do revestimento. Esta operação é demorada e onerosa e por este motivo se partiu para uma quebra de paradigma, estudando-se a possibilidade de utilização de outra classe de material nesta aplicação com uma resistência ao desgaste eventualmente superior, procurando correr o menor risco em termos de redução de resistência mecânica, além de considerar custo de ferramental, manutenção e tempo de set-up de máquina. Analisando cerâmicos e cerâmicos com baixa porcentagem de matriz metálica, optou-se pelo metal duro WC-Co, consagrado em várias aplicações. Estudaram-se três classes de metal duro de elevado teor de cobalto com controle de granulometria dos carbonetos de tungstênio, otimizado em termos de resistência mecânica, com teores de cobalto crescentes: GD30, GD40 e GD50. Tomando-se as características mecânica e de resistência ao desgaste do S790 Microclean® revestido (punção) determinadas em estudo anterior, resistência à compressão de 3,75 GPa, dureza HRV 1129 e a rugosidade do aço S790 com revestimento, o que mais se aproxima do último é o GD40. O desgaste do GD30 foi observado na matriz. A montagem do ferramental (punção) contou com 08 em aço S790 revestido, 02 com GD40 e 02 com GD50. O GD50 não prosseguiu nos testes por apresentar elevada concentração de porosidade. A liga GD40 apresentou bom comportamento, após 3000 horas de trabalho, sendo uma ótima possibilidade para os punções. Comparando o punção em GD40 com relação ao S790 Microclean® com revestimento duplex PVD, o mesmo produziu o triplo com um custo inferior de 42,5%. Dentro da variada oferta de classes de metal duro (WC-Co) após verificação dos dados disponíveis na indústria e alguns testes mecânicos optou-se pela utilização da classe GD30 como matriz e GD40 como punção. - TeseEfeito dos elementos de liga Cr, Ni e Mo nos aços inoxidáveis da série 300 na cinética dos processos de nitretação a gás e nitretação a plasmaSimião, Mauricio (2021-05-24)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
The effect of the chemical composition of austenitic stainless steels on the response to plasma and gas nitriding treatments was treatments were studied. The experimental techniques employed were metallographic analysis, microhardness tests, and measurements of the nitrogen content of the mass / volume nitrided. The work was carried out using commercial materials, with increasing levels of alloy elements, starting from the AISI 304L, 316L, 317 and up to 310 (superaustenitic) alloys. The results and discussions were organized for different levels of chromium, nickel and molybdenum, evaluating the effect of increasing levels for first two, and of molybdenum for nickel and “constant” chromium. The results indicate that the increase in the sum of chromium + nickel elements reduces the growth rate of nitride layer. Molybdenum alone also reduces the thickness of the “nitrided layer”. - DissertaçãoA influência da nitretação nas propriedades tribológicas de rolamentos de roda automotivaSilva, Jorge Gonçalves (2020-09-14)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Este trabalho apresenta a influência do tratamento termoquímico de nitretação gasosa em mancais de rolamento aplicados em roda automotiva. Mancais de rolamento, são elementos de máquina utilizados para manter diferentes componentes em movimento relativo, portanto, seguem as leis atribuídas à Tribologia. Sua aplicação busca manter baixos níveis de atrito, vibração, ruído e garantir a rigidez necessária para o correto funcionamento do sistema. Para roda automotiva, três conceitos são comumente utilizados, são eles: os rolamentos de primeira geração, os de segunda geração e os de terceira geração. Tal nomenclatura se dá pela evolução desta família de rolamentos a partir do conceito do rolamento de primeira geração, que se caracteriza pela presença de duas carreiras de esferas de contato angular. Tal rolamento foi utilizado como objeto de estudo para este trabalho, pois, os resultados obtidos podem ser aplicados nas demais evoluções. As análises realizadas demonstram, de maneira comparativa, os efeitos da nitretação gasosa no objeto de estudo, em termos de variação dimensional, transformações microestruturais, rugosidade e dureza. Os resultados obtidos demonstram que uma nova rota de endurecimento pode ser aplicada para os anéis de mancais de rolamento, se considerado o processo de nitretação gasosa. A dureza superficial, obtida após a nitretação dos rolamentos estudados, atingiu os níveis praticados pelos maiores fabricantes desse tipo de produto e, portanto, indicam a possibilidade de se evitar a têmpera e o revenimento na fabricação de mancais de rolamento. Outros benefícios da nitretação são apresentados como úteis para aplicação em mancais de rolamento, são eles: a tensão compressiva residual que induz maior resistência à fadiga e a maior resistência à corrosão. - TeseInfluência do tratamento de criogenia nas propriedades tribológicas do ferro fundido branco alto cromoBussoloti, Robson Silva (2024-06-07)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
As ligas de ferro fundido branco alto cromo de elevada dureza foram desenvolvidas para aplicações onde requerem excelente resistência ao desgaste abrasivo, como, por exemplo, nas indústrias de mineração, fabricação de bombas de sucção, componentes das máquinas de limpeza mecânica por jateamento entre outras aplicações. A resistência ao desgaste abrasivo destes materiais está relacionada a sua microestrutura, usualmente composta por carbonetos primários / eutéticos e secundários em uma matriz metálica constituída por martensita e uma elevada % de austenita retida, entretanto, a austenita retida presente nestes materiais possui baixa dureza prejudicando a resistência à abrasão. Este trabalho tem como objetivo investigar a influência dos tratamentos térmicos de têmpera; criogenia e revenimento na estrutura bruta de solidificação do ferro fundido branco alto cromo em termos de sua microestrutura e comportamento quanto ao desgaste. Após a têmpera as amostras foram submetidos ao tratamento de criogenia em tanque com nitrogênio líquido por 2, 4, 8, 12 horas a – 196 °C, fixando-se este tratamento em 4 horas, pois o tempo adicional pouco influenciou na redução do teor de austenita retida, considerando-se que na prática tempos muito prolongados podem impactar negativamente na rota de fabricação destes componentes prejudicando em produtividade e custo. Na sequência estabeleceu-se para o estudo as condições de tratamento térmico: têmpera a partir de 950 °C; têmpera seguida de criogenia; têmpera criogenia e revenimento a 500 °C. Para avaliação da resistência ao desgaste, os ensaios foram conduzidos em um tribômetro tipo roda de borracha e abrasivo conforme norma ASTM G65 e paralelamente foi avaliado o desempenho em condições reais de aplicação em uma turbina de jateamento por 900 horas de trabalho. A evolução da microestrutura para estrutura bruta e após as três condições de tratamento térmico foi caracterizada por microscopia óptica e por microscopia eletrônica de varredura (MEV). A quantificação da austenita retida foi realizada por DRX (Difração de raio X). Os resultados indicaram grande redução da porcentagem de austenita retida. Foram perceptíveis as evoluções microestruturais com aumento da resistência ao desgaste nos materiais tratados por criogenia. - TeseTêmpera e partição em aço inoxidável martensítico com ênfase na caracterização microestrutural e mecânicaMarques, Murilo Carmelo Satolo (2023-08-11)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
O tratamento térmico de Têmpera e Partição (T&P) foi desenvolvido com o objetivo de produzir microestruturas multifásicas constituídas por martensita e frações significativas de austenita retida. A microestrutura gerada por esse tratamento térmico pode resultar em uma interessante combinação de ductilidade e resistência. No campo dos aços inoxidáveis, os martensíticos do sistema ternário Fe–Cr–C possuem maior resistência e dureza. Essas características fazem com que aços inoxidáveis martensíticos sejam utilizados em aplicações que requerem um bom nível de resistência mecânica e ao desgaste atrelado a uma moderada resistência à corrosão. O equilíbrio entre resistência e ductilidade dos aços inoxidáveis martensíticos pode ser controlado no processo de têmpera e revenimento, no entanto os resultados são inferiores em comparação com outros aços martensíticos convencionais. Para ampliação do seu campo de aplicações, é necessário melhorar a relação entre resistência e ductilidade. Neste contexto, o presente trabalho corresponde a um estudo do tratamento térmico de têmpera e partição aplicado em duas ligas de aço inoxidável martensítico comercial. Os ciclos de T&P foram definidos a partir de revisão atualizada da literatura e da avaliação dos tratamentos térmicos exploratórios. Desta maneira, simulações foram realizadas utilizando a dilatometria, sendo que as taxas selecionadas para o ensaio foram determinadas para produzir curvas de aquecimento e resfriamento similares às obtidas com os equipamentos disponíveis no centro de pesquisa da empresa Aperam South America. Diferentes frações de austenita retida nas amostras foram obtidas por meio da variação da temperatura de interrupção do resfriamento no processo de têmpera (TQ), sendo este o único parâmetro a variar entre os ciclos. Foram produzidos mais de 420 corpos de prova para as caracterizações mecânica e microestrutural. Os corpos de prova foram tratados em fornos de laboratório com resfriamento por ar forçado. Para garantir os parâmetros durante o tratamento térmico, utilizou-se um dispositivo de fixação das peças e um sistema de monitoramento por termopares da temperatura e tempo durante todo o processo. Para a caracterização, utilizou-se a análise metalográfica (MO e MEV), EDS, EBSD, DRX e medição de densidade. As propriedades mecânicas foram determinadas pelos ensaios de dureza, tração e impacto. Como resultado, o conjunto de caracterizações evidenciou que, à medida que aumenta a fração de austenita retida no material, há uma redução da sua estabilidade mecânica, resultando em redução do limite de escoamento. Os alongamentos uniforme e total se mantiveram com pouca variação nas amostras que apresentaram fração de austenita retida mecanicamente estável. Nessa condição não se observou o surgimento do efeito TRIP (transformation induced plasticity) nas amostras. Por outro lado, observou-se para essas amostras um aumento na energia absorvida em função do aumento da fração de austenita retida estável mecanicamente. Na condição que apresentou a melhor relação de limite de resistência e ductilidade, se torna evidente o efeito TRIP, atingindo um alongamento total na ordem de 22%, valor este muito superior à condição de temperado e revenido convencional, na ordem de 12 a 15%. Para esta condição, a resistência ao impacto ainda foi razoável, porém não sinalizou maiores valores, atribuindo-se esta resposta à instabilidade mecânica da austenita. A caracterização microestrutural revelou que o processo de T&P promoveu a formação de bandas de austenita na região central da chapa. Esse fenômeno, de forma isolada, não representa redução das propriedades mecânicas. Entretanto, com o aumento do teor de Carbono na liga, foi evidenciada a formação de uma região frágil composta por bandas de austenita retida, carbonetos alinhados e precipitação no contorno de grão.