A aspersão térmica por chama hipersônica tem se destacado pelo método rápido e eficiente para aplicação de revestimentos com grandes vantagens como: tempo, custo e qualidade. Os revestimentos de Inconel 625 apresentam uma série de aplicações industriais principalmente nos segmentos industriais: químico e petroquímico. Neste contexto, o presente trabalho tem por objetivo avaliar as tensões residuais em revestimentos de Inconel 625 obtidos por aspersão térmica de chama hipersônica (HVOF) através do método de difração de raios-X. Os revestimentos de Inconel 625 sobre substrato de aço ABNT 4140 foram produzidos por aspersão térmica utilizando-se dois equipamentos com os seguintes combustíveis para produção da chama: um combustível gasoso, o propano e um combustível líquido, o querosene. Realizou-se a análise de topo, em pontos aleatórios, das amostras para quantificar as tensões residuais e, após, esta medida inicial obteve-se a construção de um perfil de tensões residuais através do método de remoção de camada, em média de 10 - 20 μm do revestimento de Inconel 625. Este trabalho também tem interesse em avaliar além das tensões residuais, se as características dos revestimentos de Inconel 625 também variam em função do combustível utilizado na aspersão térmica. A morfologia dos revestimentos obtidos foi analisada por microscopia óptica. A rugosidade dos revestimentos foi avaliada por trilha medida no rugosímetro. Foi avaliada a dureza através do perfil longitudinal pelo ensaio de micro dureza Vickers. A tendência da superfície a apresentar hidrofilia ou hidrofobicidade foi avaliada pela molhabilidade através do método da gota séssil. A resistência a corrosão dos revestimentos foram avaliados pelos ensaios de névoa salina, monitoramento do potencial de circuito aberto e pelas curvas de polarização potenciodinâmica em água do mar sintética. Neste trabalho após os ensaios realizados para ambos os revestimentos obtidos por HVOF, utilizando-se duas fontes de combustível distintas, notam-se diferenças quanto ao perfil de tensões residuais, microestrutura, desempenho frente à corrosão, sendo que o processo com combustível líquido apresentou melhor desempenho. / The thermal spray flame hypersonic has been highlighted by the rapid and efficient method for applying coatings with big advantages: time, cost and quality. Inconel 625 coatings have a number of industrial applications especially in industries: chemical and petrochemical. In this context, the current study aims to evaluate the residual stresses in Inconel 625 coatings obtained by thermal spray hypersonic flame (HVOF) through the X – ray diffraction method. The Inconel 625 coating on SAE 4140 steel substrate was produced by thermal spraying using two equipments with the following fuel flame production: a gaseous fuel, propane or a liquid fuel, kerosene. Was performed top consideration in random points, the samples to quantify residual stresses, and after this initial measurement was obtained building a profile of residual stresses by layer removal method, on average 10 - 20 μm of Inconel 625 coating. This work also has an interest in evaluating besides the residual stresses, the characteristics of Inconel 625 coatings also vary depending on the fuel used in thermal spraying. The morphology of the coatings obtained was analyzed by optical microscopy. The roughness of the coatings was evaluated by measuring the track roughness. The hardness was evaluated by the longitudinal profile by micro Vickers hardness test. The tendency of the surface to provide hydrophilicity or hydrophobicity was evaluated by the wettability by sessile drop method. The corrosion resistance of the coatings was evaluated by salt spray tests, monitoring the open circuit potential and the potentiodynamic polarization curves in synthetic sea water. In this work after the tests carried out for both coatings obtained by HVOF, using two sources of different fuel, are noticeable differences in the profile of residual stresses, microstructure performance against corrosion, being the process liquid fuel showed better performance.

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This thesis aims to investigate the manufacturability of nickel-based superalloys, IN625 and IN718, using the laser powder bed fusion (LPBF) process. The study provides a better understanding of the process-structure-property of nickel-based superalloys, their fatigue life, and subsequent post-processing. First, the process-structure-property was investigated by selecting a wide range of process parameters to print coupons for IN625 and IN718. Next, a subset of process parameters was defined that would produce high relative density (>99%), low surface roughness (~2 μm), and a low tensile RS. Second, a multi-scale finite element model was constructed to predict the temperature gradients, cooling rates, and their effect on RS. At constant energy density, RS is affected by scan speed, laser power, and hatch spacing, respectively. Third, the optimum set of parameters was used to manufacture and test as-built and shot-peened samples to investigate the fatigue life without costly heat treatment processes. It was found that shot peening resulted in a fatigue life comparable to wrought heat-treated unnotched specimen. Additionally, IN625 had a better fatigue life compared to IN718 due to higher dislocations density as well as the absence of γ´ and γ´´ in IN718 due to the rapid cooling in LPBF. Finally, the effect of post-processing on dimensional accuracy and surface integrity was investigated. A new approach using low-frequency vibration-assisted drilling (VAD) proved feasible by enhancing the as-built hole accuracy while inducing compressive in-depth RS compared to laser peening, which only affects the RS. These favorable findings contributed to the scientific knowledge of LPBF of nickel-based superalloys by determining the process parameters optimum window and reducing the post-processes to obtain a high fatigue life, a better dimensional accuracy, and improved surface integrity. / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD)

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As novas descobertas petrolíferas, em especial as localizadas no pré sal tem despertado uma grande preocupação na área técnica em consequência das dificuldades na sua exploração e extração. As maiores preocupações no segmento de exploração de petróleo e gás natural em águas profundas estão relacionadas, às propriedades mecânicas e a resistência à corrosão dos diversos componentes. Assim, para evitar o processo de corrosão na parte interna de uma tubulação ou componente do setor petrolífero, uma alternativa é usar um revestimento com elevada resistência à corrosão. Neste trabalho utilizou-se um aço AISI 8630 modificado, que foi revestido por soldagem GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) ou TIG (Tungsten Inert Gas), empregando uma liga especial de níquel 625 (Inconel 625). No entanto, existe a possibilidade de formação de fases frágeis no material de base (MB) - AISI 8630, no material de adição (MA) - liga de níquel 625 ou ainda na interface entre os materiais dissimilares. Para atenuar a formação da fase martensítica oriunda do resfriamento da soldagem foram realizados diferentes ciclos térmicos de alívio de tensão (AT), mas outras fases frágeis podem surgir nas diversas juntas. Os tratamento térmicos de ATs foram realizados nas temperaturas de 620, 640, 660 e 680 C. A presença e a influência de fases frágeis foram analisadas na junta soldada, por meio de ensaios mecânicos, tais como, tração, impacto e dureza. Investigou-se a existência de fases frágeis por caracterização microestrutural por meio de microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura com EDS. Observou-se que nos ensaios de tração o material de base manteve sua tensão de escoamento dentro de valores estabelecidos por normas do setor, como a NACE MR0175. No entanto, no ensaio de impacto ocorreu uma perda significativa da tenacidade na temperatura de 680 C, enquanto temperaturas menores de alívio de tensão os valores míninos de impacto foram acima de 73 J. Os valores de durezas encontrados próximos da zona de ligação indicaram que houve um endurecimento, em consequência da difusão dos elementos de liga do MA para o aço baixa liga. Observações realizadas com auxílio de microscopia ótica indicaram zonas frágeis denominadas de Zonas Parcialmente Diluídas (ZPD) que reduziram a resistência ao impacto. Análise por EDS mostrou variações dos elementos de liga ao longo da interface da junta. / New oil fields discovered, especially those one located in pre-salt basin, has called attention to great concern in technical area as results of difficulties in exploration and extraction. The difficulties focused in the area of oil and natural gas exploration in ultra deep waters are related to mechanical properties and corrosion resistance of various components. Coatings with high corrosion resistance are used to prevent corrosion process internally of the pipes or components used. In this work was used an AISI 8630 modified that was cladded with nickel alloy 625 (inconel 625) through GTAW (Gas Tungsten Inert Gas) or TIG process (Tungsten Inert Gas). However there is a possibility of generate embrittlement phases in base material (MB) - AISI 8630, addition material (MA) alloy nickel 625 or in intermediate phase between dissimilar materials. Several Post Weld heat treatment (PWHT) cycles were performed to minimize the martensitic phase formation by welding cooling. It was performed PWHT cycle at 620, 640, 660 e 680 C temperature. The presence and influence of embrittle phases were analyzed in welded joint by mechanical tests such as tensile, charpy and hardness. It was investigated embrittle phases by microstructural characterization using optic microscope and scanning electron microscope with EDS. It was observed in tensile test the base material maintained its yield strength within ranges established by industry standards such as NACE MR0175. However, it was observed in the impact test the significant lost of the tenacity in 680ºC, while in lower PWHT temperatures the values of charpy test were over than 73 J. The values founded near the area fusion in hardness test indicated the XVI hardening as consequence of elements diffusion of the MA alloy to low alloy steel. It was observed by optic microscope fragile areas denominated by Partially Diluted Area (ZPD) that reduces the resistance of impact. EDS analysis showed variation of alloy elements along the joint.

As novas descobertas petrolíferas, em especial as localizadas no pré sal tem despertado uma grande preocupação na área técnica em consequência das dificuldades na sua exploração e extração. As maiores preocupações no segmento de exploração de petróleo e gás natural em águas profundas estão relacionadas, às propriedades mecânicas e a resistência à corrosão dos diversos componentes. Assim, para evitar o processo de corrosão na parte interna de uma tubulação ou componente do setor petrolífero, uma alternativa é usar um revestimento com elevada resistência à corrosão. Neste trabalho utilizou-se um aço AISI 8630 modificado, que foi revestido por soldagem GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) ou TIG (Tungsten Inert Gas), empregando uma liga especial de níquel 625 (Inconel 625). No entanto, existe a possibilidade de formação de fases frágeis no material de base (MB) - AISI 8630, no material de adição (MA) - liga de níquel 625 ou ainda na interface entre os materiais dissimilares. Para atenuar a formação da fase martensítica oriunda do resfriamento da soldagem foram realizados diferentes ciclos térmicos de alívio de tensão (AT), mas outras fases frágeis podem surgir nas diversas juntas. Os tratamento térmicos de ATs foram realizados nas temperaturas de 620, 640, 660 e 680 C. A presença e a influência de fases frágeis foram analisadas na junta soldada, por meio de ensaios mecânicos, tais como, tração, impacto e dureza. Investigou-se a existência de fases frágeis por caracterização microestrutural por meio de microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura com EDS. Observou-se que nos ensaios de tração o material de base manteve sua tensão de escoamento dentro de valores estabelecidos por normas do setor, como a NACE MR0175. No entanto, no ensaio de impacto ocorreu uma perda significativa da tenacidade na temperatura de 680 C, enquanto temperaturas menores de alívio de tensão os valores míninos de impacto foram acima de 73 J. Os valores de durezas encontrados próximos da zona de ligação indicaram que houve um endurecimento, em consequência da difusão dos elementos de liga do MA para o aço baixa liga. Observações realizadas com auxílio de microscopia ótica indicaram zonas frágeis denominadas de Zonas Parcialmente Diluídas (ZPD) que reduziram a resistência ao impacto. Análise por EDS mostrou variações dos elementos de liga ao longo da interface da junta. / New oil fields discovered, especially those one located in pre-salt basin, has called attention to great concern in technical area as results of difficulties in exploration and extraction. The difficulties focused in the area of oil and natural gas exploration in ultra deep waters are related to mechanical properties and corrosion resistance of various components. Coatings with high corrosion resistance are used to prevent corrosion process internally of the pipes or components used. In this work was used an AISI 8630 modified that was cladded with nickel alloy 625 (inconel 625) through GTAW (Gas Tungsten Inert Gas) or TIG process (Tungsten Inert Gas). However there is a possibility of generate embrittlement phases in base material (MB) - AISI 8630, addition material (MA) alloy nickel 625 or in intermediate phase between dissimilar materials. Several Post Weld heat treatment (PWHT) cycles were performed to minimize the martensitic phase formation by welding cooling. It was performed PWHT cycle at 620, 640, 660 e 680 C temperature. The presence and influence of embrittle phases were analyzed in welded joint by mechanical tests such as tensile, charpy and hardness. It was investigated embrittle phases by microstructural characterization using optic microscope and scanning electron microscope with EDS. It was observed in tensile test the base material maintained its yield strength within ranges established by industry standards such as NACE MR0175. However, it was observed in the impact test the significant lost of the tenacity in 680ºC, while in lower PWHT temperatures the values of charpy test were over than 73 J. The values founded near the area fusion in hardness test indicated the XVI hardening as consequence of elements diffusion of the MA alloy to low alloy steel. It was observed by optic microscope fragile areas denominated by Partially Diluted Area (ZPD) that reduces the resistance of impact. EDS analysis showed variation of alloy elements along the joint.

Consiste en el desarrollo de un método de ensayo que permite la caracterización de mezclas bituminosas de granulometría abierta valorando la resistencia de estas mezclas a los esfuerzos disgredores del tráfico. Se ha procedido a su normalización y a la determinación de la precisión asociada a dicho proceso de medida. Este procedimiento ha sido aplicado a la caracterización de mezclas bituminosas porosas (porous asphalt). / The thesis deals with the development of a test method that characterises open-graded bituminous mixtures studying the resistance of these mixtures to the traffic dispersing strengthes/forces/efforts. The test method has been standardised and the accuracy associated to this measurement process has been determined. The procedure has been applied to characterise porous asphalt mixtures.

Este trabajo de investigación presenta un estudio sobre el comportamiento de los puentes de dovelas de hormigón con pretensado exterior y juntas secas conjugadas, centrándose en el estudio de la respuesta a solicitaciones de flexión y cortante combinados, en servicio y en rotura. Se evalúa, asimismo, la posibilidad de sustituir total o parcialmente la armadura convencional de las dovelas tras la inclusión de fibras metálicas en el hormigón.Para ello se realizaron ensayos sobre paneles, para evaluar la resistencia de las juntas conjugadas, y ensayos de vigas con distinto grado de pretensado sometidas a flexión y a cortante. Tanto de vigas como de paneles, se fabricaron dos series paralelas, una realizada con hormigón convencional y otra con hormigón reforzado con fibras de acero. Tanto los resultados obtenidos en estos ensayos, como los de los ensayos encontrados en la bibliografía, se han comparado con la variada formulación existente para evaluar la capacidad resistente de las juntas secas conjugadas propuesta por distintos investigadores y normativas.De entre todos los modelos de junta estudiados, todos ellos basados en el Método de los Elementos Finitos, finalmente se han puesto a punto dos modelos para estudiar la transmisión de cortante entre juntas conjugadas. Un modelo elaborado con elementos tipo junta a los que se les confiere un comportamiento de rozamiento coulombiano y que modeliza la junta (y sus llaves conjugadas) con su geometría. Otro modelo de junta plana que modeliza el comportamiento medio de la junta en la zona de llaves con elementos tipo junta dotados de un modelo de comportamiento de rozamiento cohesivo. Estos modelos de junta han sido calibrados y aplicados al estudio de los ensayos. El primer modelo de junta ha sido aplicado al estudio de los ensayos de paneles. Los dos modelos de junta han sido aplicados al estudio de los ensayos realizados sobre vigas, de los que se ha realizado un completo análisis no lineal en teoría de segundo orden, incluyendo el comportamiento no lineal de los materiales. El modelo de junta plana ha sido usado en el estudio de dos ejemplos de puentes, uno isostático y otro continuo.De todo lo anterior se han extraído conclusiones referentes al modelo de análisis, a la resistencia de las juntas, al armado de las dovelas y al comportamiento global de este tipo de estructuras. / This work presents a study of the behaviour of segmental concrete bridges with external prestressing, focussing on the response under combined flexure and shear, in the service and ultimate limit states. The possibility of replacing entirely or partially the conventional reinforcement of the segments through the incorporation of steel fibres in the concrete is also evaluated.Tests have been performed on panels to evaluate the resistance of castellated dry joints, and on large-scale beams with different levels of prestressing for evaluating the response under flexure and shear. The tests were conducted on conventional and steel fibre reinforced concretes. The results obtained in these tests, as well as those found in the literature, have been compared with several design formulas for evaluating the load-carrying capacity of dry castellated joints. The formulas that gave the best predictions have been identified and used further in the analysis of bridge girders. Two models have been used within the framework of the Finite Element Method for simulating the transmission of shear along joints between match-cast segments. In one of the approaches, the geometry of the joints (and the shear keys) is represented with interface elements with Coulomb frictional behaviour. In the other approach, the global behaviour of the key zone of the joint is represented by flat interface elements with cohesive frictional behaviour. These joint models have been calibrated using the results of the experiments. A complete analysis was performed taking into account the geometric nonlinearities and the non-linear behaviour of the materials. The flat joint model has been used in the study of two bridges, one simply supported highway bridge and another five-span highway bridge.The results of the experimental and numerical analyses have led to significant conclusions regarding the modelling of the keys, load-carrying capacity of the joints, reinforcement detailing in the segments and the global behaviour of segmental structures with dry castellated joints.

La tesi descriu dos algorismes relatius al transport públic que actuen en sèrie. El primer genera una xarxa d'autobusos urbans entesa com a un conjunt de línies o be en modifica una de ja existent de forma que minimitzi el temps total de viatge en una ciutat. Es tracta d'un algorisme iteratiu que tracta les línies d'una en una i aquestes al seu torn de nus en nus. El segon algorisme dit d'assignació un cop coneguda la xarxa i la flota d'autobusos minimitza el temps total de viatge per mitja de l'assignació d'autobusos a les línies.

La experiencia adquirida en las líneas de alta velocidad en explotación comercial ha puesto de relieve la importancia de la rigidez vertical de la vía y en particular la conveniencia de limitar su magnitud para minimizar los esfuerzos transmitidos a la estructura y su consecuente deterioro. Sin embargo, la dispersión de soluciones adoptadas para la superestructura de las líneas de nueva construcción en Europa pone de manifiesto que todavía no existe ningún criterio que establezca cual debe ser la magnitud de diseño de la rigidez vertical de una vía. La presente tesis analiza esta problemática para el caso de vías sobre balasto en el ámbito del diseño de nuevos trazados de alta velocidad. El importante papel de la rigidez vertical en el deterioro de la calidad geométrica de la vía, así como en las resistencias al avance de los vehículos, confirman el interés en lograr un valor de este parámetro que optimice los respectivos costes económicos asociados. En base a los conocimientos disponibles se desarrolla una metodología que permite evaluar dicho impacto económico y a su vez establecer un rango de valores de rigidez vertical óptima en función de la magnitud de los principales parámetros característicos de la línea en estudio (material circulante, condiciones de explotación, coste energético, etc.). Los resultados alcanzados indican que, para una vía de alta velocidad con un importante volumen de tráfico y bajo la perspectiva dual señalada, el valor de rigidez vertical óptimo se sitúa entre 70 kN/mm y 80 kN/mm. Por otra parte, se reflexiona sobre como lograr un diseño estructural de la vía que permita alcanzar el valor óptimo de rigidez vertical en función de las características de la infra-estructura de la línea en estudio. Se evidencia que para una vía típica de alta velocidad, la rigidez de la superestructura ferroviaria debe situarse entorno a 60 kN/mm. A su vez, se analiza la incidencia de las dispersiones de rigidez vertical de la vía a lo largo de un trazado, estableciendo un criterio de máxima variación de ese parámetro entre traviesas consecutivas, que permita prevenir un deterioro acelerado de la vía en zonas puntuales y garantizar la validez del modelo desarrollado. Se comprueba que las máximas variaciones admisibles oscilarían entre 20% y 50% según la rigidez vertical de referencia, criterio muy difícil de cumplir en vías excesivamente rígidas, pero que se cumple siempre si la superestructura ferroviaria corresponde al valor óptimo definido en este estudio. / The experience gained since the beginning of commercial operation on high-speed lines has confirmed the importance of the track vertical stiffness parameter and, specially, the need to limit its value to minimize the track stress level and avoid its excessive deterioration. However, the wide range of solutions adopted for the super-structure on the new European high-speed lines confirms that there is still no design criteria that defines clearly what should be the desired vertical stiffness of the track. The aim of this thesis is to approach this issue from the viewpoint of the design of new high speed ballasted tracks. The significance of the track vertical stiffness on the deterioration of its geometrical quality as well as on the energetic consumption of the rolling stock confirms the interest of reaching a value for this parameter that optimise the costs related to both factors. Therefore, this thesis develops a methodology that allows to define a range of this optimum value, based on the most relevant parameters of a given line (rolling stock characteristics, energy cost, running speed, etc.). It is shown that for a high-speed line with a significant traffic volume, the optimum track vertical stiffness threshold, from the mentioned dual perspective, would be situated 70 and 80 kN/mm. In another hand, the study focus on how to reach this optimum value depending on the infra-structure characteristics of the line. It is seen that for a typical high-speed line, the optimum stiffness of the super-structure is about 60 kN/mm. Additionally, an analysis of the influence of track stiffness dispersion along a route is carried out. Based on the results obtained, the establishment of a criteria that limits the maximum variation of this parameter between consecutive sleepers is proposed, as to avoid an accelerated track deterioration on some punctual locations and to guarantee the validity of the developed model. It is shown that the maximum admissible variations would be situated between 20% to 50% depending on the reference stiffness value, a level very difficult to achieve on track with an excessive stiffness, but that is always accomplished if the track super-structure is close to the defined optimum value.