REDEMAT - Pós-graduação em Engenharia de Materiais

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Avaliação da tenacidade à fratura e da resistência à fadiga de dois aços utilizados em eixos de carros torpedos.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2008) Sodré, Ricardo Tadeu Meneses; Godefroid, Leonardo Barbosa
Fadiga e fratura de eixos ferroviários são problemas técnicos que vêm sendo tratados nos estudos de comportamento mecânico dos materiais. A fratura de eixos de carros torpedos em operação traz perda de produção e custo elevado para substituição dos mesmos. Neste trabalho foi estudada a tenacidade à fratura através do parâmetro CTOD e o crescimento de trinca por fadiga da / dNxΔK para dois tipos de aços aplicados em eixos de carros torpedos de indústria siderúrgica: o ASTM A21 grau H e o AISI/SAE 4130, na condição de tratamento térmico temperado e revenido. A principal diferença entre estes dois tipos de aços é a composição química. Corpos-de-prova do tipo C(T), com espessura B =12,5mm, largura W =50mm na orientação L-R foram usados nos experimentos. A freqüência de ensaio foi de f= 30Hz e razão entre tensões R =0,1. Os resultados mostraram que o tamanho de trinca máxima admissível para o ensaio de tenacidade à fratura foi 70,3% maior para o material AISI/SAE 4130, associada a uma resistência mecânica 20,6% maior. Na região I da curva sigmoidal de log(da / dN)xlog(ΔK) , o valor para o limiar de intensidade de tensão th ΔK foi 6% superior para o material ASTM A21 grau H, sendo então mais resistente ao crescimento de trinca por fadiga. Por outro lado foi observado um comportamento praticamente idêntico da taxa de propagação da trinca por fadiga nas regiões II e III. Nos dois tipos de aço o mecanismo de fechamento de trinca por fadiga foi predominantemente induzido por rugosidade, sendo mais acentuado no aço do tipo ASTM A21 grau H.
Efeito da espessura na tenacidade à fratura e no crescimento de trinca por fadiga em um aço do tipo API 5L-X70.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2012) Barbosa, Luiz Henrique Soares; Godefroid, Leonardo Barbosa
Com a descoberta de grandes reservas de petróleo em território brasileiro, e a expansão de diversas mineradoras, o principal desafio é transportar a matéria-prima até os centros industriais e o transporte dutoviário torna-se o mais viável, dentre os outros meios. Para que seja atendida esta demanda, devem ser utilizados dutos com aços de maior resistência mecânica, visando um aumento de diâmetro e uma diminuição na espessura dos tubos, sem a necessidade de redução das pressões de operação, mas reduzindo-se o peso e os custos de instalação destas estruturas. Neste trabalho, o objetivo foi avaliar a influência da espessura do corpo de prova na tenacidade à fratura (Integral J) e no crescimento de trinca por fadiga (da/dN x ΔK) de um aço do tipo API 5L-X70. Foram comparados os resultados de corpos de prova do tipo SEN(B) com espessura de 7,5mm e de 15,0mm e largura constante de 30,0mm. O aço apresentou uma microestrutura com bandeamento de perlita, ferrita poligonal e segregação central de bainita, originadas da composição química e do processo de conformação mecânica. O efeito da espessura manifestou-se como um material compósito do tipo divisor de trincas. Assim, nos ensaios de tenacidade à fratura ocorreu o fenômeno de delaminação, aumentando a resistência ao crescimento de trinca do corpo de prova mais espesso. Já nos ensaios de fadiga, o corpo de prova mais espesso, e consequentemente, que possui maior número de camadas alternadas de ferrita e perlita, foi o que desenvolveu maior resistência ao crescimento da trinca.
Efeito da fração de martensita na cinética de formação da austenita em um aço de baixo carbono.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2012) Lopes, Maximiano Maicon Batista; Cota, André Barros
Este trabalho apresenta um estudo sobre o efeito da fração volumétrica de martensita presente na microestrutura inicial e das várias taxas de aquecimento (0,1; 1,0; 5,0 e 13ºC/s) na cinética de formação da austenita no aquecimento contínuo; por meio do modelo clássico Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov (JMAK) e da análise dilatométrica para um aço baixo carbono. A microestrutura prévia para a formação da austenita era constituída de: ferrita + martensita (com frações volumétricas de 0,35; 0,52; 0,71); martensita com uma pequena quantidade de bainita; martensita. Os resultados mostram que o aumento na taxa de aquecimento aumenta as temperaturas críticas (Ac1, Ac3 e Tq), e que a taxa de aquecimento exerce uma influência maior sobre Ac3. Verificou-se que, para taxas de aquecimento maiores que 1,0oC/s, a microestrutura inicial não afetou o intervalo de tempo de formação austenita. Para a taxa de aquecimento de 0,1ºC/s, o intervalo de tempo de formação austenítica foi maior para a microestrutura prévia martensítica, menor para a microestrutura prévia constituída de ferrita e perlita e intermediário para a microestrutura prévia constituída de ferrita e martensita. Devido ao revenimento da martensita no processo de austenitização, a influência da fração volumétrica desta fase na microestrutura inicial sobre as temperaturas críticas não foi significativa. No estudo da cinética de formação da austenita realizado por meio da equação Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov (JMAK), verificou-se que existe uma relação logarítmica-linear entre a energia de ativação aparente e a taxa de aquecimento para todas as microestruturas analisadas. O aumento da taxa de aquecimento de 0,1 para 13ºC/s provoca uma redução da energia de ativação de 145,3 para 91,26 kJ/mol. O parâmetro n do modelo de JMAK encontrado neste trabalho foi de 1,4, o que indica que a nucleação austenítica ocorre preferencialmente nas interfaces entre os grãos ferríticos e os finos de carbonetos da martensita revenida.
Efeito da substituição do molibdênio pelo nióbio e nióbio-boro em aços Hadfield no desempenho ao desgaste abrasivo.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2004) Silva, Gilson Neves da; Oliveira, Cristovam Paes de
A motivação dessa pesquisa veio no sentido de se viabilizar o desenvolvimento desse tipos de liga de desgaste, que atenda às necessidades de aplicação das mesmas, tanto em termos econômicos quanto do ponto de vista de propriedades mecânicas. Hoje em dia, com o aumento de preços de alguns insumos, em particular aqueles ligados ao molibdênio, tanto na forma de ferro-liga ou óxido, justifica-se todo empenho em se caracterizar novas ligas que visem substituir no todo ou em parte esses materiais que entram na composição dos aços Hadfield. Estudaram-se os aços austeníticos do tipo “Hadfield”, modificados quimicamente em relação ao original da ASTM A-128, classe E-2, e ainda alguns tratamentos térmicos que objetivaram melhorar propriedades mecânicas, medidas através de teste de desgaste (roda de borracha) e impacto por martelamento. Quando no estado bruto de fusão, essas ligas apresentam estrutura austenítica com precipitação intensa de carbonetos, diminuindo a resistência e fragilizando o material. Foram feitos dois caminhos de aquecimento: aquecimento direto até a temperatura final e outro com patamar a 600ºC por 2 horas, antes do encharque final a 1.100°C. O tratamento térmico promove a redissolução desses carbonetos na matriz austenítica e um posterior resfriamento em água impede nova precipitação, dando uma estrutura austenítica supersaturada. A classe E-2 da ASTM A-128 permite um tratamento especial, onde aquece-se até cerca de 600ºC, mantendo nessa temperatura por um certo tempo e, em seguida, prossegue-se com o aquecimento até atingir a temperatura final, chamado processo de perlitização. Algumas amostras sofreram envelhecimento a 600ºC por 2 horas, precipitando carbonetos finamente dispersos na matriz, aumentando a resistência da liga que, após deformação plástica, encrua-se bastante, atingindo o estado ideal de trabalho. Esse trabalho mostrou que é possível se efetuar a substituição proposta do molibdênio pelo nióbio e nióbio-boro, mantendo ou melhorando as propriedades mecânicas e ainda tendo-se uma redução de custo, já que a quantidade usada na substituição é menor do que aquela da composição tradicional referente à norma da ASTM A-128, classe E-2.
Efeito do estiramento da tira durante o recozimento e descarbonetação nas estruturas primária e secundária e nas propriedades magnéticas de um aço 3% Si.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2012) Cesar, Maria das Graças Melo Moreira; Cota, André Barros
A textura de Goss (110)[001] do aço 3% Si é desenvolvida por recristalização secundária a partir de uma matriz primária de grãos finos estabilizada por partículas de MnS. O processo de recristalização primária e descarbonetação de tiras de aço 3% Si é feito em fornos de recozimento contínuo com a tira sob uma tensão de tração de aproximadamente 7 MPa. Este trabalho estuda o recozimento e descarbonetação de tiras de aço 3%Si sob tensões de tração de até 25 MPa. Amostras de chapas laminadas a quente foram laminadas a frio em um ou dois estágios. Em seguida, as amostras foram processadas em um forno de recozimento contínuo com uma tensão de tração variável para promover um estiramento das amostras durante o processo. A microestrutura e a textura das amostras foram analisadas por EBSD. A distribuição de tamanho dos precipitados de MnS foi investigada utilizando um microscópio de transmissão TEM e um analisador de imagem. Os recozimentos sob tensões acima de 7 MPa promoveram um alongamento significativo das amostras e os de 20-25 MPa modificaram o tamanho de grão e a textura da matriz primária. O estiramento das amostras de 4 a 6% impactou positivamente a recristalização secundária do material laminado a frio em 2 etapas. A indução magnética B8 atingiu o patamar de 1,89 T. As amostras processadas com uma única etapa de laminação a frio e descarbonetadas de maneira convencional apresentaram apenas crescimento normal de grão durante o recozimento final. O recozimento e descarbonetação sob alta tensão de tração modificou este comportamento. Com um estiramento de 6%, as amostras laminadas a frio em uma etapa apresentaram recristalização secundária. A indução magnética foi de 1,8 T e a perda magnética foi similar a obtida no produto M4 ASTM. O trabalho sugere que a recozimento e descarbonetação de tiras de aço 3% Si sob uma tensão de tração de 20-22 MPa afeta a nucleação e o crescimento dos grãos primários e que o estiramento na faixa de 4-6% pode modificar favoravelmente o tamanho das partículas de MnS, aumentando a inibição ao crescimento normal de grão.
Efeito do Nb na cinética de revenimento de aços de baixo carbono.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2006) Hermenegildo, Tahiana Francisca da Conceição; Cota, André Barros
Os efeitos da temperatura e do tempo sobre a cinética de revenimento foram estudados, utilizando chapas de um aço baixo carbono e microligado, contendo Nb (0,031%), e de outro com composição química similar, porém, sem Nb. A lei de cinética de revenimento foi estudada pela equação de Johnson, Mehl e Avrami, a partir da variação da dureza Vickers das amostras revenidas com a temperatura e com o tempo de revenimento para os dois aços. Estas chapas foram submetidas a uma rotina de processamento de austenitização e têmpera, seguido de revenimento a diferentes temperaturas (300, 400,500 e 600 o C) e diferentes intervalos de tempo (300, 900, 1800 e 3600s). As características microestruturais das amostras temperadas e revenidas foram avaliadas através de microscopia ótica e eletrônica de varredura. A microestrutura das amostras temperadas dos aços come sem Nb é constituída essencialmente de martensita e bainita com morfologia acicular (ferrita bainítica), com durezas Vickers (carga de 20kgf) de 445 e 469, respectivamente. Para o aço sem Nb verificou-se que a dureza praticamente não variou com o tempo de revenimento para a temperatura de revenimento de 600 o C e que a dureza tende a saturar para altos tempos de revenimento, para as diferentes temperaturas de revenimento utilizadas. Para o aço com Nb, observou-se uma maior resistência ao revenimento para as temperaturas de revenimento de 500 e 600 o C, associada precipitação de partículas de carbonetos de Nb muito finos e disperso na ferrita. A energia de ativação para o aço sem Nb é de 130kJ/mol e pode-seinferir que o mecanismo que limita a cinética de revenimento do aço sem Nb é a difusão intersticial do carbono na ferrita. Para o aço com Nb a energia de ativação é de 180kJ/mol e pode-se inferir que o mecanismo que limita a cinética de revenimento é a difusão do Nb na ferrita.
Efeito do processamento termomecânico na resistência à fadiga de um aço IF.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2012) Corrêa Júnior, Joani Genelhu; Godefroid, Leonardo Barbosa
A indústria automotiva tem exigido o desenvolvimento de novos aços com boa formabilidade e de alta resistência, visando a obtenção de menor espessura, sem perda de desempenho, principalmente em relação a segurança e conforto dos passageiros, e ainda para obter a redução de peso do automóvel. Os principais desafios para desenvolver estes aços não são apenas para alcançar a propriedades mecânica com requisitos tradicionais, mas também satisfazer os requisitos adicionais, tais como a resistência à fratura e resistência à fadiga. Neste trabalho foi analisado o efeito do processamento termomecânico nas propriedades de um aço IF em 3 diferentes condições: laminados a quente (LQ); laminado a frio recozido em caixa (LF); laminado a frio galvanizado que passou pelo recozimento contínuo (LFG). Para isto foi realizada a caracterização microestrutural em função do processamento considerado, a análise do desenvolvimento de textura, a análise na alteração de propriedades mecânicas típicas e análise da resistência à fadiga em ensaios com controle de tensões mostrando resultados sobre curvas S-N deste aço. Verificou-se o melhor desempenho do aço IF LFG que apresentou uma textura pronunciada e maior resistência à fadiga.
Efeito dos parâmetros de austenitização sobre a microestrutura e as propriedades do aço SAE4130 submetido a tratamentos térmicos por Indução eletromagnética.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2007) Macedo, Marciano Quites; Araújo, Fernando Gabriel da Silva
No tratamento térmico por indução eletromagnética, a correlação entre o tipo de aço tratado, os parâmetros utilizados e as propriedades finais obtidas é ainda pouco conhecida. Para fazer tal correlação, no presente trabalho, foram inicialmente determinadas as temperaturas críticas de início e fim de formação da fase austenita no aquecimento rápido, de um aço SAE4130, através de ensaios de dilatometria. Foi feita a análise das variações da microestrutura através de microscopia óptica e as propriedades mecânicas foram medidas através de ensaios de dureza e tração, de amostras tratadas por indução eletromagnética. As amostras analisadas foram austenitizadas a 850, 900, 950 e 1000 ºC, durante 15, 25, 35 e 45 s de indução, temperadas e revenidas a 500ºC durante 15s. A temperatura de início de formação da austenita (Ac1), praticamente não variou quando a taxa de aquecimento aumentou de 10 °C/s para 90 °C/s. A temperatura de final de formação da austenita (Ac3) aumentou de 920 °C para 1035 °C quando a taxa de aquecimento aumentou de 10 °C/s para 90 °C/s. O tamanho médio dos grãos austeníticos prévios aumentou em função do aumento do tempo de indução e do aumento da temperatura de austenitização. Para o tratamento térmico por indução eletromagnética, o tempo de indução de corrente tem uma influência menor nas propriedades mecânicas, quando comparado com o aumento da temperatura de austenitização. O aumento da temperatura proporcionou uma melhora das propriedades mecânicas, ou seja, para temperaturas maiores, foram obtidos maiores valores de resistência a tração, alongamento total e uniforme, além de uma distribuição de dureza mais homogênea ao longo região tratada termicamente das amostras tubulares.
Effect of Ti and Nb additions on the formation of craters for if steel galvanneal coatings.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2009) Storch, Breno Torezani; Araújo, Fernando Gabriel da Silva
Interstitial Free steels feature alloying elements present in an ultra low C matrix that account for C stabilization and consequently a high number of C free interstitials in a ferrite matrix that give these steels the ideal texture, low yield point, favorable plastic strain ratios, high elongation and n-value necessary for an ideal performance on forming press, drawing and stamping operations especially for automotive body part applications. This Master’s thesis indicates that Ti-stabilized IF steel substrates are more reactive than dual-stabilized IF steel substrates probably due to the presence of islands of Nb oxides at the interface between the steel substrate and the GA coating. These Nb oxides may block the Fe-Zn interdiffusion along the ferrite grain boundaries. Hence, higher reactivity rates for Ti-stabilized IF steel grades mean that this substrate is more prone than a dual-stabilized IF steel to the formation of outbursts and consequently the formation of craters, which are morphologically characterized as clusters of outbursts, whose formation mechanisms are based on capillarity effects accounting for amounts of liquid Zn being drained away from these spots. Besides, this work has also explored the typical chemistry and morphology features of craters on top of dark and light streaked areas on GA coatings, showing that there are d crystals on the bottom of craters on light streaked areas, whereas G phase was found on the bottom of craters on dark streaked areas. Also, it turns out that craters on dark streaked regions are deeper than those on light streaked areas. On top of that, the crater coverage on dark streaked regions is larger than on light streaked areas.
Estudo comparativo do comportamento de aços (trilhos) premium na tenacidade à fratura e na propagação de trinca por fadiga, de aplicação ferroviária.
(2015) Viana, Thiago Gomes; Godefroid, Leonardo Barbosa; Cândido, Luiz Cláudio
A indústria ferroviária tem como um dos principais modos de falhas a fratura por fadiga iniciada no boleto de trilhos e com sentido de propagação transversal em direção à alma e patim do trilho, gerando paralisação da via permanente e muitas vezes acidentes de proporções catastróficas. Três tipos de trilhos (aços) premium (alta resistência mecânica) foram estudados pela caracterização metalúrgica e mecânica, principalmente por intermédio de conceitos da Mecânica de Fratura, através dos ensaios de propagação de trinca por fadiga (da/dN x ΔK) e de tenacidade à fratura (KIC). Os aços estudados foram: 1. tratado térmicamente no boleto e microligado ao vanádio, 2. tratado térmicamente no boleto e hipereutetóide e 3. tratado térmicamente na profundidade do boleto. Nos resultados obtidos o aço tratado térmicamente no boleto e hipereutetóide mostrou-se com o melhor desempenho em relação a propagação de trinca por fadiga, além de mostrar-se com maior tenacidade à fratura. Desta forma, o aço tratado térmicamente no boleto e hipereutetóide pode utilizar ciclos mais longos (espaçados) de manutenção preventiva como inspeção por ultrassom, esmerilhamento e substituição, tornando-se o mais recomendado a ser adotado na via permanente entre os aços estudados.
Estudo comparativo dos aços microligados API-5L-X60 e API-5L-X70, usados para confecção de tubos, quanto à tenacidade à fratura.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2008) Toffolo, Rodrigo Vicente Bayão; Godefroid, Leonardo Barbosa
As malhas dutoviárias são os principais veículos de transporte de minérios de ferro, petróleo e de seus derivados, etc. desde as regiões produtoras até os centros consumidores. O aumento da demanda energética tem incentivado a ampliação e a construção de novos minerodutos, oleodutos e gasodutos. A utilização de técnicas de soldagem permite a união destes tubos com confiabilidade e maior economia. A competitividade cada vez mais acirrada entre as diversas usinas siderúrgicas e também entre diferentes tipos de materiais continua promovendo o desenvolvimento de novos aços estruturais, como por exemplo, os aços microligados que atendam a crescentes requisitos de resistência mecânica e tenacidade. Outros aspectos igualmente desejáveis, como a supressão de tratamentos térmicos e melhor soldabilidade do produto, tornam essa evolução ainda mais complexa. Como a melhoria da soldabilidade do produto exige a minimização do teor de carbono do material, esses novos aços precisam dispor de outros mecanismos de endurecimento. Neste trabalho, dois diferentes aços microligados (ARBL), API X60 e X70, foram analisados e comparados em termos de microestrutura e propriedades mecânicas. Utilizou-se como metodologia a realização de ensaios laboratoriais - análise da composição química, análise metalográfica, ensaio de tração, ensaio de impacto, ensaio de tenacidade à fratura (CTOD) e fractografias dos corpos-de- prova. Concluiu-se que as diferenças observadas nas propriedades mecânicas dos dois aços levam a escolher o aço API-5L-X70 (aço de geração mais moderna), na construção de minerodutos, por possuir maior resistência mecânica, sem perda significativa da tenacidade
Estudo da cinética de formação da austenita no aquecimento contínuo em um aço microligado com Nb.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2005) Oliveira, Fernando Lucas Gonçalves e; Cota, André Barros
A influência da taxa de aquecimento sobre a cinética e a evolução microestrutural de formação da austenita no aquecimento contínuo foi estudada e equações semi-empíricas, baseadas na equação de Johnson-Mehl-Avrami, quantificando a fração volumétrica transformada como uma função da taxa de aquecimento, da temperatura e do tempo foram propostas. Verificou-se que a formação da austenita no aquecimento contínuo, a partir de uma microestrutura inicial constituída de ferrita proeutetóide e perlita, ocorre em duas etapas, sendo a primeira delas a dissolução da perlita. A segunda etapa é a transformação da ferrita proeutetóide em austenita. As temperaturas críticas de formação da austenita no aquecimento contínuo (Ac1, Afi e Ac3) aumentam com o aumento da taxa de aquecimento, que exerce uma influência maior sobre a temperatura Ac3. A equação de Avrami (V=1-exp(-Kt^n)) ajustou-se bem aos dados experimentais, sendo que o parâmetro K da curva ajustada aos dados experimentais variou de, aproximadamente, 10^2 vezes para a formação da austenita a uma taxa de aquecimento de em relação a taxa de txa=1°C/s. O parâmetro n praticamente não variou com a taxa de aquecimento. O processo de formação da austenita, a partir de uma microestrutura inicial constituída de ferrita proeutetóide + perlita, é controlado principalmente pela segunda etapa da transformação, ou seja, é controlado principalmente pela transformação da ferrita proeutetóide em austenita. Para as duas taxas de aquecimento usadas no trabalho, a taxa de formação da austenita atinge o máximo aproximadamente em Afi, e a taxa de formação da austenita em função da temperatura é maior para a taxa de aquecimento de txa-1°c/s do que para a taxa de txa-1°c/s, o que diminui o intervalo de tempo de transformação para a taxa de aquecimento mais elevada, tornando a cinética de formação da austenita mais rápida para a taxa de aquecimento de txa=1°C/s do que para a taxa de txa=0,1°C/s.
Estudo da corrosão de ligas de aço inoxidável e titânio em solução de Ringer.
(2015) Ferreira, Danilo Fontes; Junqueira, Rosa Maria Rabelo; Lins, Vanessa de Freitas Cunha; Godoy, Geralda Cristina Durães de; Manhabosco, Taíse Matte
Neste trabalho foi estudada a resistência à corrosão em solução de Ringer de duas ligas metálicas utilizadas como biomateriais, a liga de titânio ASTM F67Gr1 e o aço inox ASTM F139. Também foi estudado o comportamento da liga de titânio em regime de tribocorrosão em solução de Ringer. A solução de Ringer foi o eletrólito escolhido para a realização desse estudo pelo fato de ser um meio comumente utilizado para simular as condições de corrosão em meio fisiológico. Visando a realização dos testes de tribocorrosão, foi necessário o desenvolvimento de um dispositivo capaz de impor um desgaste mecânico a amostras imersas na solução de Ringer. A resistência à corrosão das ligas foi efetuada através da realização de curvas de polarização potenciodinâmica e evidenciou uma resistência à corrosão muito superior por parte da liga de titânio em relação ao aço inox. Depois de projetado e fabricado o dispositivo gerador de desgaste mecânico, utilizando testes de tribocorrosão em regime potenciostático, foi estudado o comportamento da liga de titânio frente à tribocorrosão. Os testes de tribocorrosão avaliaram as correntes de corrosão, os volumes desgastados, a sinergia entre o desgaste mecânico e corrosivo durante a tribocorrosão e a variação desses parâmetros de acordo com variações na velocidade do penetrador e da carga aplicada sobre ele. Os resultados dos testes de tribocorrosão mostraram a grande influência que a carga e a velocidade do penetrador exercem no desgaste tribocorrosivo, e mostraram também a grande participação do desgaste devido à sinergia, sendo responsável por 32 a 86% do desgaste total nas condições estudadas.
Estudo do mecanismo de formação de vórtice durante a etapa de vazamento do aço da panela para o distribuidor do lingotamento contínuo da CST através da modelagem física.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2006) Santos, Sandro de Souza; Silva, Carlos Antônio da
Um modelo em acrílico na escala de 1:7 foi utilizado para simular as condições de processamento do aço na CST – Companhia Siderúrgica de Tubarão na etapa de vazamento do aço da panela para o distribuidor do lingotamento contínuo de placas, avaliando as condições mais propicias ao surgimento do vórtice e contramedidas para mitigá -lo de forma reduzir o volume residual de aço na panela . O modelo foi operado utilizando água como fluido de trabalho e seguindo o critério de similaridade de Froude. O momento da inserção da segunda fase – nestes experimentos o ar – no canal de vazamento foi determinado com auxílio de sensores foto - elétricos e, para permitir uma avaliação precisa do rendimento, o material residual foi pesado. Variáveis como tipo de fluxo residual imposto por várias rotas de processamento comuns na CST, a vazão de drenagem, além de dispositivos antivórtice criados e transplantados da literatura foram avaliados através da modelagem física. Os fluxos residuais gerados por reatores RH ou IRUT, a altura inicial de líquido e outras variáveis não mostraram influência na variável resposta Volume Residual de líquido na panela, indicando que o fluxo de aço era interrompido pela capacidade de abastecimento radial do canal de saída – Colapso da superfície. Como tal, a utilização de quebradores de vórtice se mostrou contra producente. O Volume Residual, nestas condições experimentais, se mostrou função apenas de vazão de lingotamento. Simulações adicionais foram realizadas induzindo um fluxo ro tacional no fluido de forma a aumentar a propensão ao vórtice. Através desta simulação foi possível verificar que a injeção de gás pelo fundo da panela é eficiente para minimizar o volume residual na panela, assim com o a utilização de barreiras próximas à região de vazamento. A inclinação da panela e a adoção de fundos falsos também apresentaram resultados promissores, uma vez que nestes casos, a altura crítica era mantida para um menor volume de fluido no modelo.
Estudo fenomenológico do mecanismo de obstrução do fluxo de aço do distribuidor para o molde no início do lingotamento contínuo de placas.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2006) Morais, Alexandre de Aparecida; Silva, Carlos Antônio da
Este estudo abordou o mecanismo de solidificação, (conhecido como “obstrução de partida / troca de distribuidor”), da primeira porção de aço líquido do distribuidor para o molde, (lingoteira), dentro do sistema de canal refratário, denominado válvula gaveta. O vazamento do aço líquido do distribuidor para o molde é regulado por uma válvula central refratária com orifício calibrado no formato de uma placa que “abre – fecha” dentro de uma faixa de controle regulando o fluxo de aço líquido. Tal processo visa controlar as condições de escoabilidade do metal a ser lingotado continuamente. Entretanto, em função de alguns fatores tais como a temperatura do aço líquido, temperatura do canal refratário, abertura e aquecimento da válvula gaveta, no início deste vazamento ocorre, ocasionalmente, uma solidificação rápida e prematura (um congelamento), obstruindo o fluxo de aço do distribuidor para o molde, o que gera uma significativa perda de produtividade, além de outros transtornos operacionais. Visando compreender de forma mais clara a ocorrência deste fenômeno (ainda relativamente pouco estudado), fez-se uma abordagem a partir da: - Caracterização do fenômeno de “entupimento”, (solidificação => obstrução), do canal de alimentação do distribuidor para o molde no início de lingotamento, através de levantamentos, observações e análises das ocorrências; - Realização de modelagem numérica termo-fluidodinâmica visando avaliar a sensibilidade do processo de solidificação do aço em relação às condições operacionais, a partir da comparação com os resultados experimentais; - Realização de medições sistematizadas de temperatura na região de estudo, antes e durante a passagem do aço líquido, utilizando pirômetro ótico, termopares e câmera de vídeo termográfica, visando compreender o perfil térmico nesta região que leva ao processo de solidificação prematura, (congelamento) da primeira porção de aço vazado do distribuidor para o molde. Concluindo, as aná lises realizadas acima permitiram avanços no diagnóstico do mecanismo de obstrução, através de um maior conhecimento da variação térmica da região do canal de alimentação distribuidor – molde e a elaboração de propostas operacionais para mitigar o problema, que podem ser estendidas a outros vazamentos de metal líquido via canais refratários.
Estudo sobre o desprendimento do revestimento de zinco em materiais galvanizados com liga de Fe-Zn.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2007) Vieira, Ronaldo Rodrigues; Sabioni, Antônio Claret Soares
O processo de galvanização por imersão a quente é utilizado para produzir revestimentos sobre substratos de aço, com o objetivo de aumentar a resistência à corrosão. Dentre esses revestimentos destaca-se o galvannealed (GA), por possuir uma estrutura composta por fases Zn-Fe, que lhe conferem excelente desempenho na aplicação em peças de automóveis. Esse desempenho se deve às suas melhores características de soldabilidade, conformabilidade, resistência à corrosão após a pintura e ancoramento da camada de tinta. A qualidade desse revestimento GA está estreitamente relacionada com fatores como o substrato, a composição química do banho de Zn e as condições operacionais de processamento. Dentre estas condições se destaca o tratamento térmico do revestimento no forno de indução, pois o tratamento térmico afeta diretamente a proporção das diferentes fases da liga Zn-Fe do revestimento. Nesse estudo foram determinadas as influências das condições de tratamento térmico do revestimento, basicamente da temperatura e do tempo, sobre a qualidade do revestimento GA. Para isso foram utilizados aços com diferentes composições químicas, processados industrialmente. Nessas amostras, além da caracterização do revestimento através de MEV, difração de raios-X e dissolução eletroquímica, foram realizadas, também, simulações em escala de laboratório do tratamento térmico de formação da liga GA, de maneira a analisar dentro de uma faixa ampla de processo, a sua influência sobre a qualidade da camada galvanizada. Foram realizados tratamentos térmicos na Gleeble, variando-se a temperatura e o tempo. Os resultados das simulações em laboratório permitiram determinar condições adequadas para tratamento térmico dos aços estudados, mostrando que abaixo das condições ideais de tratamento térmico o revestimento não está completamente transformado em GA, e acima destas mesmas condições ocorre um enriquecimento excessivo de Fe no revestimento, com a formação preferencial da fase “gama - ”, que fragiliza a camada galvanizada e provoca a ocorrência de “powdering”. Entre as condições de tratamento térmico, a temperatura é o parâmetro mais significativo para controlar o %Fe e conseqüentemente a formação da fase .
Evolução da microestrutura e textura com a temperatura de acabamento de um aço GNO 1,3% Si.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2003) Rezende, José Eduardo; Cota, André Barros
Os aços ao silício de grão não orientado (GNO) destinam-se a uma grande gama de aplicações que abrange desde pequenas máquinas elétricas, onde alta permeabilidade é mais importante, até grandes máquinas onde o que mais importa é baixa perda magnética. As propriedades magnéticas são determinadas em grande parte pela textura de recristalização final desenvolvida, que por sua vez tem ligação com a textura desenvolvida nos estágios intermediários de produção dos aços GNO e, em especial, com a estrutura de grãos e textura da bobina a quente, oriunda do processo de laminação a quente. Neste trabalho, foi estudada a influência da temperatura de laminação de acabamento sobre a evolução da estrutura e da textura de um aço GNO com 160ppm de C e 1,3% em peso de Si. A evolução da estrutura de grãos ferríticos com a temperatura de laminação de acabamento mostra que o tamanho médio do grão diminui com a redução da temperatura de laminação no campo austenítico e aumenta com a diminuição da temperatura de laminação no campo bifásico, atingindo um valor de 97m quando a laminação ocorre a 800oC, no campo ferrítico. Durante a laminação no campo austenítico, a textura de transformação da austenita recristalizada apresenta-se com alta fração da componente aleatória. Na laminação no campo bifásico e ferrítico, a textura de transformação e deformação é predominantemente fibra , com as componentes (001)[110], (114)[110] e (113)[110] tendo altos valores de densidades de orientação. Observa-se um tendência das componentes (001)[110], (114)[110] e (113)[110] da fibra  aumentarem suas densidades de orientação com a diminuição da temperatura de laminação de acabamento. Pode-se inferir que a laminação no campo austenítico, a temperaturas mais altas, atende aos requisitos de processamento termomecânico e textura que resultarão em propriedades magnéticas mais adequadas ao aço GNO.
Influência do antimônio e do grau de deformação na laminação a frio sobre as propriedades magnéticas de aços elétricos de grão não orientado com 3% de Si.
(2013) Rodrigues, Márcio Ferreira; Cota, André Barros
Foram avaliados a influência da adição de Sb e do processamento termomecânico sobre a estrutura e as propriedades magnéticas de um aço elétrico com 3% em massa de Si e 0,60% em massa de Mn. Foram processadas amostras retiradas do esboço após laminação industrial no desbastador, as quais foram submetidas em laboratório à laminação a quente de acabamento, recozimento inicial, laminação a frio para espessura final de 0,35mm e recozimento final. A adição de 0,045% em massa de Sb e uma deformação a frio de 76% resultaram em menor perda magnética e maior indução magnética, devido ao aumento do fator de textura (razão das fibras η/γ) associado a um tamanho de grão final em torno de 140m. Foi observado que o Sb contribui para redução do tamanho de grão após laminação a quente e após recozimento inicial, principalmente no valor de 0,098% em massa, confirmando o efeito deste elemento em segregar próximo aos contornos de grãos, restringindo o movimento dos contornos. No recozimento final a diferentes temperaturas, para o teor de 0,045% em massa de Sb, foi observado na fase de crescimento de grão que ocorreu um aumento do fator de textura e da fração volumétrica da fibra teta às custas da redução da fibra gama. O mecanismo responsável pela melhoria nas propriedades magnéticas está relacionado à característica do Sb em aumentar durante o recozimento final na fase de crescimento de grãos a mobilidade dos contornos de grãos de baixa energia. Foi observado que a componente da fibra gama próxima de (111)[112] tende a diminuir e a componente da fibra teta próximo de (001)[130] tende a aumentar na etapa de crescimento de grãos durante o recozimento final. Estas duas orientações cristalográficas formam entre si contorno muito próximo de um contorno CSL Σ11 que é um contorno de baixa energia, contribuindo inclusive para melhoria do fator de textura fibras η/γ nesta etapa do recozimento final.
Influência do grau de deformação e do tratamento de "bake hardening" na propagação de trinca por fadiga em dois aços bifásicos usados em rodas automobilísticas.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2005) Machado, Fabiano Alcântara; Godefroid, Leonardo Barbosa
Nesse trabalho, o crescimento de trinca da/dN x ΔK foi estudado em dois aços bifásicos largamente usados na indústria automotiva, com cerca de 8% a 12% de fração volumétrica de martensita. A principal diferença entre esses aços é a composição química. Um dos aços tem adições de cromo enquanto o outro tem silício como elemento de liga. Além da composição química, o efeito de 10% de pré-deformação e tratamento térmico de “Baking Hardening” na resistência à fadiga foi verificado. Os aços bifásicos têm mostrado recentemente excelente resistência ao crescimento de trinca por fadiga, particularmente a baixas taxas de crescimento, perto do fator limiar de intensidade de tensão (ΔKTh), abaixo do qual as trincas permanecem paradas (latentes). Essa resistência depende da microestrutura do aço e é atribuida primeiramente à morfologia do caminho percorrido pela trinca e associação com efeitos de fechamento de trinca. Corpos-de-prova do tipo C(T) com 3,85mm de espessura e 50mm de largura na orientação T-L foram usados nos experimentos. A freqüência de ensaio foi de 30Hz e os experimentos foram realizados ao ar (aproximadamente 25ºC, R.H.=60%), e razão entre tensões R, de 0,1. Os resultados mostraram que os dois aços têm comportamento similar na resistência ao crescimento de trinca por fadiga. Não foi notado um efeito significante do tratamento mecânico e térmico nos dois aços, o que representa um resultado prático bastante interessante, pois esses tratamentos fazem parte do processo de fabricação das rodas. Modelos matemáticos de previsão de vida em fadiga por equações de Paris, Forman, Priddle, Collipriest, Elber e Hall, foram empregados, e os resultados experimentais mostraram uma boa concordância com os mesmos na região II. Desses modelos o que melhor se ajustou aos resultados experimentais foi o de Priddle. Os outros modelos apresentam uma característica menos conservativa na região do ΔKth que o de Priddle, o que torna esse modelo mais interessante se redução de peso e custos forem objetivos do projeto.
Influência do processamento termomecânico sobre a formação de bandas de cisalhamento e propriedades magnéticas de um aço de grão não orientado com 3% Si.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2010) Dafé, Sara Silva Ferreira de; Cota, André Barros
Aços ao silício de grão não orientado (GNO) são materiais magneticamente macios utilizados em equipamentos para geração, distribuição e utilização de energia elétrica. O alcance simultâneo de alta indução e baixa perda magnética é alvo constante de pesquisas para o aperfeiçoamento e desenvolvimento de novos aços GNO. Estas buscas têm se concentrado no desenvolvimento de ligas com teores de residuais cada vez mais baixos e de processos termomecânicos que produzam tamanho de grão e orientação cristalográfica adequados no produto final. Neste trabalho foi avaliado o efeito do processamento termomecânico sobre a formação de bandas de cisalhamento e as propriedades magnéticas de um aço de grão não orientado com 3% Si. Foram utilizadas amostras desta liga, submetidas à laminação a quente, laminação a frio e recozimento final a 1020 °C. Propriedades como perda magnética, indução e permeabilidade magnética foram medidas nas amostras finais. Para estudar a evolução estrutural utilizou-se metalografia óptica, com a determinação do tamanho de grão, análise da orientação cristalográfica, por difratometria de raios-X e EBSD (Electron Back-Scattering Diffraction). A presença de bandas de cisalhamento foi avaliada através microscopia óptica das amostras submetidas ao recozimento em temperaturas intermediárias, entre 620 e 780 °C. Foram determinadas as frações volumétricas das fibras e componentes de textura cristalográfica de interesse e a FDOC (Função de Distribuição de Orientações Cristalinas). Verificou-se que o aumento do tamanho de grão do aço da bobina laminada a quente proporcionou uma redução da fração volumétrica da fibra g e um acréscimo da fibra h após o recozimento final, sendo que o aumento da redução a frio contribuiu de forma mais acentuada para este resultado. Foi possível otimizar as propriedades magnéticas através da textura cristalográfica. A melhor combinação de microestrutura, em função da intensa geração de bandas de cisalhamento, de textura cristalográfica, devido à maior nucleação de grãos com orientações de Goss e Cubo a partir destas bandas, e de propriedades magnéticas foi alcançada para as amostras laminadas a quente para as espessuras de 1,8 e 1,4 mm às temperaturas de 1000 e 1120 °C, sendo que para a espessura de 1,4 mm esta combinação foi mais evidente.

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