Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Materiais e Processos de Fabrico, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor Viriato Abreu Teixeira Antunes

Estágio realizado na Ferespe- Fundição de Ferro e Aço, Lda / Tese de mestrado integrado. Engenharia Metalúrgica e de Materiais. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Materiais e Processos de Fabrico, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor A. A. Fernandes

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Materiais e Processos de Fabrico, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor A. A. Fernandes

Mera Moya, M. V. Aplicações de processamento digital de imagens no estuda da micro estrutura de materiais. 2017. 84 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e da Computação) - Campus de Sobral, Universidade Federal do Ceará, Sobral, 2017. / Submitted by Programa de Pós-Graduação Engenharia Elétrica e de Computação (secretaria_ppgeec@sobral.ufc.br) on 2017-10-10T16:01:40Z No. of bitstreams: 1 2017_dis_mvmmoya.pdf: 3304049 bytes, checksum: 53c48bc1ffcefab88ed7866ab7909653 (MD5) / Approved for entry into archive by Djeanne Costa (djeannecosta@gmail.com) on 2017-10-16T13:47:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_dis_mvmmoya.pdf: 3304049 bytes, checksum: 53c48bc1ffcefab88ed7866ab7909653 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-16T13:47:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_dis_mvmmoya.pdf: 3304049 bytes, checksum: 53c48bc1ffcefab88ed7866ab7909653 (MD5) Previous issue date: 2017-08 / Studying the material microstructure can become a broad and confusing task due to the large amount of existing materials and the similarity they present to each other. Usually, the analysis is carried out by experts who uses visual inspection; some softwares allow the automation of the process, however the cost of acquiring the license is high and it is required the use of specialized equipment to get high quality images. The information provided by the metallographic analysis can be used to predict the mechanical characteristics of the material, including the life time and its behavior at different environments. The present work started as a requirement of the GiMat research group of the Politecnica Salesiana University located in Cuenca-Ecuador, GiMat is a research group working on the generation of new materials and analysis alternatives, with a vision not only in the academic area but also in the industrial area. In this way, the present work is divided into two parts. In the first part, metallographic images are analyzed for the identification of the corresponding steel type and in the second part the geometrical properties and orientation tensors of biocomposites images are determined. Obtaining metallographic images, it is proposed to develop an automatic and efficient method which allows engineering students to identify the type of steel and verify the effects of the use of thermal treatments on the material by replacing traditional analysis methods and industrial-oriented. This project will contribute to the on-site inspection of machine parts or structures without altering its state. For this purpose, five of the most common types of steel for machine and tool fabrication were used, such as: AISI 4340, AISI 01, AISI D6, AISI 01 (rectified) and AISI 1018. First of all, the images to be used are subdivided, secondly, Laws's texture filters and Haralick's extraction features as well as Wavelet descriptors are applied to obtain the classification attributes. It was verified, that the best results are obtained with ELM and MLP, with a success rate higher than 90%, which evidences the effectiveness of the proposed procedure. In the second part, the aim is to obtain the geometrical characteristics of the composite material fibers and its orientation tensors. For this purpose, images of the compound PP-GAK (polypropylene with Guadua Angustifolia Kunth) at 30% of concentration by weight are used. In order to obtain the geometric characteristics, the ellipses method is used. Initially, standard images with known information are used to evaluate the performance of the proposed technique, obtaining a systematic error of 0.3% for A11. Subsequently, the orientation tensors of the images are calculated. These results are compared with an analysis obtained from Stream Essential software, the comparison shows a similarity rate of the data obtained. The most important aspect evaluated is the A11 component of the tensor matrix which shows a similarity percentage of 98%. Finally, alternative analysis for this type of images are presented considering the automation and optimization of the process for the new researchers. / Estudar a microestrutura de um material pode se tornar uma tarefa ampla e confusa devido à grande quantidade de materiais existentes e à similaridade que eles apresentam entre si. Normalmente esta análise é visual e é realizada por especialistas da área; alguns softwares permitem automatizar o processo, mas o custo de aquisição da licença é alto e precisa de equipamentos especializados para obter imagens adequadas. As informações resultantes das análises metalográficas podem servir para predizer características mecânicas do material assim como o tempo de vida e seu comportamento frente a diversas situações. O presente trabalho nasce por requerimento do grupo GiMat da Universidade Politécnica Salesiana de Cuenca - Equador dedicado a gerar novos materiais e alternativas de análises, visando as áreas acadêmica e industrial. Sendo assim, o trabalho é dividido em duas partes, na primeira parte são estudadas imagens metalográficas para a identificação de aços e a segunda parte consiste na determinação de propriedades geométricas e tensores de orientação de imagens de biocompósitos. Com as imagens metalográficas propõe-se estabelecer um método automático e eficaz que possibilite aos estudantes de engenharia identificar o tipo de aço e comprovar os efeitos de um tratamento aplicado sobre esse material, substituindo os métodos tradicionais de análises; e na indústria, contribuir na inspeção in situ dos componentes de uma máquina ou estrutura sem alterar seu estado. Para isso, foram utilizados os cinco tipos mais comuns de aço para construção de máquinas e ferramentas: AISI 4340, AISI O1, AISI D6, AISI O1 (retificado) e AISI 1018. As imagens adotadas foram subdivididas e assumiu-se as técnicas de filtros de textura de Laws com características de Haralick, assim como descritores Wavelet para formar os atributos de classificação. Os melhores resultados foram obtidos com a aplicação da Máquina de Aprendizado Extremo e o Perceptron Multicamadas, com uma taxa de acerto superior a 90%, o que evidencia a efetividade do procedimento proposto. Na segunda parte, o objetivo é obter as características geométricas das fibras de um material composto e os tensores de orientação dele. Para isso foram utilizadas imagens do composto PP-GAK (polipropileno com Guadua Angustifolia Kunth) a 30% de concentração em peso. A técnica utilizada para obter os descritores geométricos é o método das elipses. Inicialmente são utilizadas imagens padrão com informação previamente conhecida para avaliar o desempenho da proposta e posteriormente com imagens do composto são obtidos os tensores de orientação. Os resultados são comparados com uma análise feita com o software Stream Essential R, estabelecendo assim a taxa de similaridade dos dados obtidos. O aspecto mais importante avaliado é a componente a11 da matriz de tensores com taxa de similaridade de 98%. Finalmente são apresentadas alternativas de melhora para este tipo de análise de imagens, automatizando o processo de estudo dos pesquisadores.

Orientador: Tomaz Manabu Hashimoto / Banca: Marcelino Pereira do Nascimento / Banca: Cristina de Carvalho Ares Elisei / Resumo: O presente trabalho estudou as variáveis de fabricação no processo na linha de galvanização contínua por imersão a quente, simulando o processo de conformação e a cura da pintura nas montadoras, visando avaliar as condições de deformação, tempo, temperatura e o envelhecimento desde o tempo de estocagem até a conformação dos aços ultra baixo carbono semi-estabilizado ao Nióbio para obtenção de índices de bake hardening (IBH) satisfatórios, visando o atendimento e a garantia das especificações dos aços BH180 e BH220. Para a execução das análises, utilizou-se o laboratório de controle da qualidade da empresa, onde foram retirados corpos de prova para ensaios de tração e do índice bake hardening seguindo os procedimentos conforme a norma requisitada. O ensaio padrão de bake hardening (BH) consiste em, deformar o corpo de prova até 2%, interromper o ensaio, aquecer o material na estufa por 20 minutos a 170ºC e após resfriamento, dar continuidade ao ensaio. O cálculo do índice de BH foi especificado segundo a norma DIN BS EN 10325. Este trabalho visou a comparação entre dois testes de envelhecimento, um em condição natural e outro artificial. Na condição natural, os corpos de prova foram deixados em temperatura ambiente durante o período de seis meses e, na condição artificial, as variáveis tempo e temperatura foram analisadas. A garantia do tempo de estocagem está sendo discutida entre as montadoras e as usinas. A condição padrão para a simulação do ensaio de aços bake hardening, avaliou a influência de cada variável e verificou que o índice de BH está dentro do especificado em norma, sendo encontrado o valor de 49,0 MPa para o aço BH180 e de 45,0 MPa para o aço BH220. As variáveis mencionadas são importantes para o incremento do índice de BH principalmente a pré-deformação... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This paper studied the variables in the manufacture process in continous hot dipped galvanizing line, simulating the process of drawing and curing of paint in the automakers, to evaluate the conditions of deformation, temperature, time and aging from storage time to drawing of ultra low carbon steel semi-stabilized to achieve a reasonable bake hardening index (BH) in order to find the specifications and warranty BH180 and BH 220 steels. For the application of tests, it was use the quality control laboratory of the company's, where specimens were removed for tensile tests and bake hardening index (BH) following the standard procedures as required. The bake hardening (BH) pattern test consists of deforming the specimen until 2%, stop the test, after heating the material in an oven for 20 minutes at 170 ° C and after air cooling, continue the trial. The calculation of a reasonable bake hardening index (BH) was specified according to DIN BS EN 10325. This study aimed to compare two aging tests, one in natural and the other one in artificial condition. In natural condition, the specimens were left at room temperature for a period of six months, and in artificial condition, time and temperature variables were analyzed. The warranty of the storage time is being discussed between the automakers and steel plants. The default condition for the simulation of the bake hardening steels test, evaluated the influence of each variable and found out that bake hardening index (BH) is within the specified standard, and with values of 49.0 MPa for BH180 steel and 45.0 MPa for BH220 steel. The variables mentioned are important for increasing the bake hardening index (BH) mainly pre-deformation has a significant influence. The steels studied seem not to have great influence on aging after the production in the time period evaluated. / Mestre

Orientadores: Robert W. K. Honey Combe, Ettore Bresciani Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-17T01:13:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mei_PauloRoberto_D.pdf: 12352571 bytes, checksum: 901d6ef1055af107b9a097752f65852f (MD5) Previous issue date: 1983 / Resumo: Atualmente começa-se a utilizar aços com médio e alto teor de carbono microligados com nióbio em componentes forjados para a indústria automotiva, trilhos ferroviários e barras reforçadas para concreto de alta resistência. Porém como a otimização desses aços, no que diz respeito à resistência mecânica e tenacidade tem sido quase sempre realizada de uma maneira empírica pelos fabricantes, este trabalho foi iniciado, com o intuito de contribuir para a compreensão dos mecanismos de atuação do nióbio nos mesmos. Realizou-se uma exaustiva pesquisa bibliográfica coletando e analisando todas as informações relativas ao uso de elementos microligantes (V, Ti e Nb) nos aços com médio e alto teor de carbono. Foram desenvolvidas equações que permitem calcular de uma ma~eira rápida e precisa a solubilidade do nióbio na austenita na presença de carbonetos, nitretos e carbonitretos de nióbio. Resultados experimentais indicaram que a adição de 0,03%Nb em aços com 0,2; 0,4 e 0,8%C, forjados a 900oC, levou a uma redução de 20 a 50% no diâmetro do grão austenítico. O nióbio em solução na austenita atrasou a nucleação da ferrita e sua precipitação como NbC elevou sua dureza de 150 para 200 VHN (dureza Vickers). O nióbio em solução na austenita atrasou a nucleação da perlita, aumentou seu espaçamento interlamelar e precipitou como NbC na ferrita da perlita, provocando um efeito global de não alteração na dureza da perlita. Análises com microssonda iônica revelaram que nem o nió bio, nem o carbono segregam no contorno do grão austenítico, sugerindo que o atraso na nucleação da ferrita ou perlita estivessem associados à elevação da energia interfacial g/a ou g/perlita/ provocado pelo nióbio em solução na austenita. O atraso no crescimento da ferrita, provocado pelo nióbio, foi verificado ser devido a partição do mesmo entre a austenita e a ferrita. A adição de O,03%Nb em aços com médio e alto teor de carbono, resfriados ao ar, elevou em até 150 MPa a resistência mecânica, sem no entanto, provocar alterações significativas na dutilidade. Finalmente foi realizado uma análise conjunta das relações entre Composição-Tratamento Termomecânico-Estrutura-Propriedades dos aços com médio e alto teor de carbono microligados com nióbio. / Abstract: Medium and high carbon steels containing microalloying additions of niobium have, in recent years, been used for the manufacture of forged components in the automotive industry, rails and high strength concrete reinforcing bars. However, optimization of the strength and toughness properties of these materials has largely been empirical. The present work was therefore initiated to gain a more basic understanding of the effects of niobium on the structure and mechanical properties of medium and high carbon steels. An exhaustive bibliographical research was made, collecting and analysing all the information related to the usage of microalloying elements (V, Ti and Nb) in medium and high carbon steels. Some equations to calculate , easy and precisely the solubility of niobium in austenite, in the presence of niobium carbides, nitrides or carbonitrides were developed. Experiments carried out with 0.2; 0.4 and 0.8%C, microalloyed with 0.03%Nb, forged at 9000C, led to an reduction of 20 to 50% in the austenite grain diameter. The niobium dissolved in the austenite delayed the ferrite nucleation, and the precipitation of NbC increased the ferrite hardness from 150 to 200 VHN (Vickers). The niobium dissolved in the austenite delayed the pearlite nucleation, increased its interlamelar spacing and precipitated as NbC in the ferrite of the pearlite. The result of these effects was that the pearlite hardness was not affected. Analysis carried out with an Ionic Microprobe showed that neither niobium nor carbon segregate at the austenite grain boundary, suggesting that the delay observed in the nucleation of ferrite or pearlite was associated with the increase of the energy at the interfaces g/a or g/pearlite provoked by the niobium dissolved in the austenite. The delay observed in ferrite growth, was verified to be caused by the partitioning of niobium between ferrite and austenite. The addition of O,03%Nb in medium and high carbon steels, air cooled, increased the strength of these steels by up to 150 MPa without decreasing their ductility. Finally, the complex relationships among Composition-Thermo-mechanical Treatment-Structure and Mechanical Properties of the medium and high carbon steels microalloyed with niobium were analysed. / Doutorado / Doutor em Engenharia Mecânica

Este trabalho tem por objetivo elaborar um modelo matemático que contribua para o domfnio cientf~ico dos processos de tratamentos térmicos r através da análise da t~mpera em água r em óleo e normalização de barras cilfndricas de aço. E proposto UM sistema de equações r que descreve diversas partes destes processos. Admite-se que se conhecem o di~metro da barra r a composição qufmica do aço r a temperatura de austenitização e do meio de res~riamento o Calcula-se r a partir dar r a velocidade de res~riamento r a temperatura e as tensões térlDicas em qualquer posição e instante do res~riamento r as propriedades mec~nicas - dureza e limite de resist~ ncia a tração - e a temperabilidade correspondente a um determinado ponto do corpo de prova do ensaio Jominy r que possui as mesmilS condições de res~ria.ento da barra res~riada em óleo. Ainda r admitindo-se conhecer o diagrama de trans~or.ação em res~riamento contrnuo r pode-se calcular o tempo e a temperatura de inrcio de trans~ormação de ~ase o o modelo é comparado com resultados experimentais próprios e aos de outros autores publicados na Jiteratura o

Os programas de desenvolvimento de aços de ultra-alta resistência requerem que cada vez mais se estudem os efeitos de variáveis metalúrgicas na tenacidade à fratura. Dentre os aços de ultra-alta resistência nacionais, dois dos mais promissores são o 300M e o MARAGING 300. Dentre as variáveis metalúrgicas que influem na tenacidade, o esqUema de tratamento térmico talvez seja a de mais fácil utilização.Na parte inicial deste trabalho estudam-se estruturas temperadas e revenidas e estruturas bainíticas de aço 300M, utilizando-se da metodologia da Mecânica da Fratura, e comparam-se os val ores de tenacidade. Na parte final, utilizando-se aços Maraging 300, estuda-se o efeito na tenacidade de envelhecimento a 480C durante períodos de 3 horas, 6 horas e 24 horas. Os estudos, em ambos os casos, são ilustrados por uma completa caracterização fractográfica, e é feita uma correlação baseada no aspecto das microcavidades para o Maraging 300. Os resultados obt idos permitem concluir que os aços Maraging 300 são 30% mais tenazes que os aços 300M e que não há distinção apreciável na tenacidade de uma estrutura bainítica e uma estrutura temperada e reVenida de 300M. Além disso, a proximidade dos valores medidos de tenacidade de 300M e Maraging 300 com os valores teóricos para a mesma classe de materiais, permite a utilizacão do método de avaliação para chapas finas mesmo em condições de deformação plana não total.

O uso de materiais poliméricos vem conquistando, com o passar dos anos, novos campos de aplicações, e substituindo com sucesso muitos componentes que tradicionalmente eram fabricados em materiais metálicos. Os aços AISI P20, DIN 1.2738 e DIN 1.2711 são utilizados na manufatura de moldes para plásticos não clorados, em que a usinagem é o item mais oneroso em seu custo total, uma vez que grande quantidade de material é removida na forma de cavacos para sua fabricação. A dureza do aço é a propriedade mais especificada nessas aplicações, em que se destacam duas famílias de produtos: 30 e 40 HRC. Moldes com 40 HRC são utilizados quando se desejam alto grau de polibilidade e resistência ao desgaste abrasivo, porém sua usinagem é difícil e onerosa. Portanto, o objetivo do presente trabalho é estudar o desenvolvimento de um aço para moldes plásticos de 40 HRC com elevada usinabilidade, sem perdas em sua polibilidade. Foram fundidas ligas com variações composicionais em escala laboratorial e forjadas em condições industriais. Esses materiais foram caracterizados em relação à temperabilidade, resposta ao tratamento térmico, propriedades mecânicas, avaliação microestrutural pelas técnicas de MO e MEV, e analisadas suas soldabilidade e usinabilidade. Baseado nos resultados obtidos foi produzido um lingote industrial de 33 t, que originou um bloco forjado de grandes dimensões (900 mm x 1.000 mm x 3.000 mm). Tanto em escala piloto quanto na industrial, o aço apresenta elevada temperabilidade e boa homogeneidade microestrutural e de dureza. Sua usinabilidade em fresamento é superior a do aço DIN 1.2711 e, ainda assim, mantém elevado nível de polibilidade e boa resposta à texturização. As vantagens do aço proposto em relação ao de norma alemã são: o menor teor de carbono (0,26%) que reduz o nível de segregação do material, favorecendo uma microestrutura homogênea; o tratamento de micro-inclusões com Ca-Si, que contribui com uma boa usinagem, e o baixo teor de Ni em sua composição diminuindo o custo da matéria prima.