Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-02-03Bitstream added on 2014-06-13T20:24:12Z : No. of bitstreams: 1 vieira_lfs_dr_guara.pdf: 12571289 bytes, checksum: 0784fba14c816c566b5f3385624070f4 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O aço AISI 4340 tem sido utilizado largamente devido as suas propriedades físicas, químicas, mecânicas e resistência à fadiga, atendendo ao rigoroso e crescente aumento das exigências para aplicações na engenharia. Revestimentos superficiais são aplicados objetivando proteção contra corrosão e desgaste, por exemplo, a eletrodeposição de Cromo, pois apresenta resistência à corrosão, alta dureza, resistência ao desgaste abrasivo e adesivo, soldabilidade e baixo coeficiente de atrito. Por outro lado, microtrincas derivadas da camada de Cromo diminuem a resistência à fadiga, com isso o componente é submetido ao tratamento superficial para deformação plástica, shot peening, criando tensões residuais compressivas na superfície, que retardam ou eliminam a propagação de trincas, tendendo a aumentar sua vida em fadiga. Entretanto, durante o processo de deposição do Cromo duro é liberada uma substância cancerígena, o Cromo hexavalente. Por essa razão, estuda-se a substituição do Cromo por outros revestimentos que apresentem propriedades mecânicas similares, mas que não tenham restrições ambientais. O processo HVOF (High-Velocity-Oxigen-Fuel) para deposição de revestimentos alternativos, como carbeto de tungstênio, é considerado uma técnica promissora, pois fornece alta dureza e boa resistência ao desgaste e uma menor redução da resistência à fadiga do substrato quando comparado à redução fornecida pelo revestimento de Cromo duro aplicado ao aço AISI 4340. Portanto, o objetivo deste estudo é avaliar o comportamento mecânico do aço AISI 4340 com alta resistência mecânica (50 HRC), revestido com WC-CrC-Ni, WC-10Ni, Ni-20Cr, Ni-Cr-B-Si- Fe, e Cr3C2-NiCr, depositados através do processo HVOF; revestimentos alternativos à camada de Cromo duro. Os dados de fadiga axial são representados por curvas σ x N... / AISI 4340 steel is being used in the aeronautical industry because its good physical, chemical, mechanical and fatigue properties. Chromium coatings are used in applications to guarantee protection against wear and corrosion, combined with chemical resistance and good lubricity. The reduction in the fatigue strength of base material and since this technology presents detrimental environmental and health effects, resulted in the search on coatings viewed as being capable of replacing hard chrome plating. Thermally sprayed HVOF coatings are being considered to replace galvanic chromium deposits in industrial applications with comparable performance for wear and corrosion resistance. With respect to fatigue life, the HVOF technique induces tensile residual stress on the interface. In this case, the initiation and propagation phases of fatigue process are accelerated because the coating; on the other hand, compressive residual stresses close to the surface increases fatigue life. The technique to improve the coated materials fatigue strength is the shot peening process, which induces compressive residual stress in the surface, which delay nucleation and propagation process In the present research is verified the influence of WC-CrC-Ni; WC-10Ni; Ni-20Cr; Ni-Cr-B-Si-Fe; Cr3C2-NiCr HVOF process, coated high strength AISI 4340 with and without shot peening on the axial fatigue strength, in comparison with EHC. Corrosion resistance is also conducted by salt spray tests. S-N curves are obtained in axial fatigue tests. In order to study the influence of residual stresses on fatigue life, the stress field is measured by X-ray tensometry. Scanning electron microscopy and optical metallographic are used to investigate the fatigue source appearance. Experimental data show lower axial fatigue resistance for HVOF coated specimens in comparison to base material...(Complete abstract click electronic access below)

Resumo: O aço AISI 4340 tem sido utilizado largamente devido as suas propriedades físicas, químicas, mecânicas e resistência à fadiga, atendendo ao rigoroso e crescente aumento das exigências para aplicações na engenharia. Revestimentos superficiais são aplicados objetivando proteção contra corrosão e desgaste, por exemplo, a eletrodeposição de Cromo, pois apresenta resistência à corrosão, alta dureza, resistência ao desgaste abrasivo e adesivo, soldabilidade e baixo coeficiente de atrito. Por outro lado, microtrincas derivadas da camada de Cromo diminuem a resistência à fadiga, com isso o componente é submetido ao tratamento superficial para deformação plástica, shot peening, criando tensões residuais compressivas na superfície, que retardam ou eliminam a propagação de trincas, tendendo a aumentar sua vida em fadiga. Entretanto, durante o processo de deposição do Cromo duro é liberada uma substância cancerígena, o Cromo hexavalente. Por essa razão, estuda-se a substituição do Cromo por outros revestimentos que apresentem propriedades mecânicas similares, mas que não tenham restrições ambientais. O processo HVOF (High-Velocity-Oxigen-Fuel) para deposição de revestimentos alternativos, como carbeto de tungstênio, é considerado uma técnica promissora, pois fornece alta dureza e boa resistência ao desgaste e uma menor redução da resistência à fadiga do substrato quando comparado à redução fornecida pelo revestimento de Cromo duro aplicado ao aço AISI 4340. Portanto, o objetivo deste estudo é avaliar o comportamento mecânico do aço AISI 4340 com alta resistência mecânica (50 HRC), revestido com WC-CrC-Ni, WC-10Ni, Ni-20Cr, Ni-Cr-B-Si- Fe, e Cr3C2-NiCr, depositados através do processo HVOF; revestimentos alternativos à camada de Cromo duro. Os dados de fadiga axial são representados por curvas σ x N ...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: AISI 4340 steel is being used in the aeronautical industry because its good physical, chemical, mechanical and fatigue properties. Chromium coatings are used in applications to guarantee protection against wear and corrosion, combined with chemical resistance and good lubricity. The reduction in the fatigue strength of base material and since this technology presents detrimental environmental and health effects, resulted in the search on coatings viewed as being capable of replacing hard chrome plating. Thermally sprayed HVOF coatings are being considered to replace galvanic chromium deposits in industrial applications with comparable performance for wear and corrosion resistance. With respect to fatigue life, the HVOF technique induces tensile residual stress on the interface. In this case, the initiation and propagation phases of fatigue process are accelerated because the coating; on the other hand, compressive residual stresses close to the surface increases fatigue life. The technique to improve the coated materials fatigue strength is the shot peening process, which induces compressive residual stress in the surface, which delay nucleation and propagation process In the present research is verified the influence of WC-CrC-Ni; WC-10Ni; Ni-20Cr; Ni-Cr-B-Si-Fe; Cr3C2-NiCr HVOF process, coated high strength AISI 4340 with and without shot peening on the axial fatigue strength, in comparison with EHC. Corrosion resistance is also conducted by salt spray tests. S-N curves are obtained in axial fatigue tests. In order to study the influence of residual stresses on fatigue life, the stress field is measured by X-ray tensometry. Scanning electron microscopy and optical metallographic are used to investigate the fatigue source appearance. Experimental data show lower axial fatigue resistance for HVOF coated specimens in comparison to base material...(Complete abstract click electronic access below) / Orientador: Herman Jacobus Cornelis Voorwald / Coorientador: Maria Odila Hilário Cioffi / Banca: Marcelo dos Santos Pereira / Banca: Carlos de Moura Neto / Banca: Carlos Antonio Reis Pereira Baptista / Banca: Lindolfo Araujo Moreira Filho / Doutor

Throughout engineering history, metal cutting technology has been pushed to keep pace with the development of stronger and more difficult to cut materials. With the advent of robust machining technology, the finish cutting of hardened materials at high speeds and extreme conditions has become possible. As we push the thresholds of our technology, the need for a deep understanding of the processes at work in metal cutting in order to predict limit states has become clear. The prediction of machining processes began with models that described the problem qualitatively. The principals and assumptions used within these laid the foundations for further theoretically based empirical models. With the advent of computationally based numerical modeling, predictive modeling of metal cutting processes using elasto-plastic based simulation has brought a new perspective to the field. The development of finite element modeling techniques capable of modeling both continuous and discontinuous chip formation has become a subject of considerable research effort. The present work focuses on the study and development of explicit transient finite element techniques used to simulate the orthogonal machining of hardened steel under various cutting conditions producing both continuous and discontinuous chips. Metal cutting involves a diversity of complex physical phenomenon such as large strain and strain rate plasticity, high temperature contact and friction conditions, material failure, adiabatic shear localization, and thermo-mechnically based deformation. The numerical modeling of these processes in orthogonal machining operations is the primary focus of this work. The effects of cutting conditions on chip morphology and the finished workpiece are investigated and resulting phenomenon are explained in terms of numerically based stress analysis. Benchmarking comparisons with literature and commercial modeling software simulations are made and quantified in terms of strains, temperatures, residual stresses, and the various components of stress. Future directions and issues are outlined and recommendations are made. Solution stability of the finite element solver applied to machining was quite low due to the lack of an adaptive remeshing scheme and deficiencies in the contact algorithm. Thermal mechanical coupling and remeshing are currently being implemented. Future avenues include methods of surface generation without volumetric losses. the application of friction based on wear data, and the application of machining simulations to oblique three-dimensional cutting operations. / Thesis / Master of Engineering (ME)

DIN 35NiCrMoV125 (equivalent to AISI 4340), which is a high strength low alloy steel (HSLA), is mainly used at military applications in the production of gun barrels. The main aim of this study was to determine the low cycle fatigue (LCF) behaviour and the influence of temperature on low cycle fatigue failure properties of that steel. Three different temperatures (room temperature, 2500C and 4000C) were used in the experiments in order to analyze the effect of temperature. For each temperature, five strain amplitudes (in the range of 0.2% offset yield point to 2% strain) were applied and the duplicates of each experiment were performed to obtain more accurate results. Strain amplitudes and the corresponding stresses were calculated from tension tests performed at each temperature. Strain amplitude versus fatigue life (e- N) curves for three different temperatures predicted that fatigue life at a given strain increases with increasing temperature. The transition lives of those three curves were observed at 1 % strain amplitude and no significant effect of temperature on transition lives was observed. For stress based analysis, stress versus fatigue life (S-N) curves were drawn. These curves pointed that fatigue strength at a given number of cycle decreases with increasing temperature. Fractographic analyses of the fracture surfaces were performed to examine the effects of load and temperature on the specimens. It was observed that the number of crack initiation sites increases with increasing strain.

Em decorrência ao grande crescimento e evolução dos processos de usinagem e a demanda para adequação ambiental, novos fluidos de corte tem sido aplicados. Uma comprovação de sua eficiência em refrigerar a peça, e a ferramenta melhorando a produtividade do processo ainda é necessária. O presente trabalho propõe o estudo e o desenvolvimento de um sistema para avaliar a eficácia de fluidos de corte em operações de usinagem. Inicia-se com uma abordagem matemática da modelagem do processo de dissipação de calor em operações de usinagem. Em seguida prossegue-se com uma investigação de diferentes maneiras de solução do modelo proposto. Experimentos práticos foram realizados no laboratório de Otimização de Processos de Fabricação - OPF. A partir dos dados obtidos foi realizada uma análise assintótica das equações diferencias parciais que governam o modelo. Finalizando, o modelo selecionado foi aplicado no fresamento do aço AISI 4340 endurecido usinado sob alta velocidade. / Due to the rapid growth and development of machining processes there has been a demand for environmental sustainability and news cutting fluids have been applied. A reliable assessment of their efficiency in cooling the workpiece, tools and improving productivity is still a requirement. The present thesis presents a theoretical study and a proposal of a system to assess the effectiveness of cutting fluids applied to machining operation. It begins using a mathematical approach to model the heat propagation during machining operations. Then, it continues with an investigation into different ways to solve the proposed theorical model. Machining experiments using realistic cutting operations were also conducted at the Laboratory for Optimization of Manufacturing Processes - OPF. From the experimental data, was carried out an asymptotic analysis of partial differential equations, which govern the mathematical model. Finally, the selected model will be applied to a milling operation using High Speed Machining (HSM) technique on hardened steel AISI 4340.

Em decorrência ao grande crescimento e evolução dos processos de usinagem e a demanda para adequação ambiental, novos fluidos de corte tem sido aplicados. Uma comprovação de sua eficiência em refrigerar a peça, e a ferramenta melhorando a produtividade do processo ainda é necessária. O presente trabalho propõe o estudo e o desenvolvimento de um sistema para avaliar a eficácia de fluidos de corte em operações de usinagem. Inicia-se com uma abordagem matemática da modelagem do processo de dissipação de calor em operações de usinagem. Em seguida prossegue-se com uma investigação de diferentes maneiras de solução do modelo proposto. Experimentos práticos foram realizados no laboratório de Otimização de Processos de Fabricação - OPF. A partir dos dados obtidos foi realizada uma análise assintótica das equações diferencias parciais que governam o modelo. Finalizando, o modelo selecionado foi aplicado no fresamento do aço AISI 4340 endurecido usinado sob alta velocidade. / Due to the rapid growth and development of machining processes there has been a demand for environmental sustainability and news cutting fluids have been applied. A reliable assessment of their efficiency in cooling the workpiece, tools and improving productivity is still a requirement. The present thesis presents a theoretical study and a proposal of a system to assess the effectiveness of cutting fluids applied to machining operation. It begins using a mathematical approach to model the heat propagation during machining operations. Then, it continues with an investigation into different ways to solve the proposed theorical model. Machining experiments using realistic cutting operations were also conducted at the Laboratory for Optimization of Manufacturing Processes - OPF. From the experimental data, was carried out an asymptotic analysis of partial differential equations, which govern the mathematical model. Finally, the selected model will be applied to a milling operation using High Speed Machining (HSM) technique on hardened steel AISI 4340.

Submitted by Rodrigo de Souza Ruzzi null (rodruzzi@me.com) on 2017-03-08T14:44:37Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_Rodrigo_Ruzzi.pdf: 21281490 bytes, checksum: 10fa99d212e46ed1283477b7d4f4821b (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-03-13T14:22:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ruzzi_rs_me_bauru.pdf: 21281490 bytes, checksum: 10fa99d212e46ed1283477b7d4f4821b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-13T14:22:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ruzzi_rs_me_bauru.pdf: 21281490 bytes, checksum: 10fa99d212e46ed1283477b7d4f4821b (MD5) Previous issue date: 2017-02-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Em meio à atual busca por adequações dos processos produtivos em função da saúde humana e preservação do ambiente, sem abrir mão da preocupação com os custos e a qualidade dos produtos, é preciso pesquisas a tentar novas técnicas de lubri-refrigeração eficientes como alternativas às convencionais. Assim, busca-se técnicas modernas que possam substituí-las, nesse sentido, a técnica MQL (Mínima Quantidade de Lubrificante) vem sendo uma alternativa pois utiliza baixo fluxo de óleo com ar em alta pressão, diminuindo a quantidade de resíduos gerados no processo. A técnica de MQL já se consolidou no mercado como solução para determinadas operações de usinagem como a de torneamento, porém encontra dificuldades no processo de retificação devido à formação de uma “borra” de óleo com cavacos que se forma na superfície do rebolo prejudicando os resultados do processo. A fim de superar este desafio, foi desenvolvido um sistema de ar comprimido para promover a limpeza da superfície do rebolo através da retirada da camada de borra ou resíduo que se impregna a ele durante o processo de retificação com MQL. Assim, o presente trabalho visou a análise do desempenho dos fluidos biodegradáveis LB 1100 (óleo puro) e BIOCUT 9000 (diluído em água na proporção de 1:5) aplicados a zona de corte via técnica de MQL com um sistema auxiliar de limpeza da superfície de corte do rebolo, em relação à técnica convencional. Os ensaios de retificação cilíndrica externa de mergulho foram realizados no aço endurecido ABNT 4340 utilizando um rebolo convencional de óxido de alumínio. Foram avaliados três avanços radiais distintos, 0,25, 0,50 e 0,75 mm/min. O desempenho da técnica MQL com sistema de limpeza foi avaliado com base nos parâmetros de rugosidade, desvios de circularidade, potência de usinagem, desgaste diametral do rebolo, microdureza e micrografia. Os resultados mostraram que a usinagem com a técnica MQL com o sistema de limpeza da superfície do rebolo e fluido LB 1100, de modo geral, proporcionou um desempenho superior às demais técnicas nas mesmas condições analisadas, apresentando peças sem danos, com os melhores valores de Rugosidade (Ra) e desvios de circularidade e com o menor consumo de potência e rebolo, ressaltando o potencial do uso desta técnica no processo de retificação. / Currently seeking for suitability of the production processes due to the preservation of the environment and human health, without abandoning the concern with cost and quality of products, research is needed to try new efficient cooling-lubrication techniques as alternatives to conventional ones. Thus, modern techniques are sought to replace them, in this way, the MQL (Minimum Quantity of Lubricant) technique has been an alternative because it uses low oil flow with high pressure air, reducing the amount of waste generated in the process. The MQL technique has already consolidated itself in the market as a solution for certain machining operations such as turning, but it encounters difficulties in the grinding process due to the formation of an oil slurry with chips that forms on the surface of the grinding wheel, damaging the results of the process. To overcome this challenge, a compressed air system has been developed to promote the cleaning of the grinding wheel surface by removing the layer of sludge or residue which is impregnated thereto during the grinding process with MQL. Thus, the present research had as objective the performance analysis of the biodegradable fluids LB 1100 (pure oil) and BIOCUT 9000 (diluted in water in a ratio of 1:5) applied to the cutting zone through the MQL technique with an auxiliary cleaning system of the grinding wheel cutting surface, in relation to the conventional technique. External cylindrical plunge grinding trials were performed on AISI 4340 hardened steel using a conventional aluminum oxide grinding wheel. Three distinct feed rates were evaluated: 0.25, 0.50 and 0.75 mm/min, respectively. The performance of the MQL technique with the cleaning system was evaluated based on the parameters of roughness, roundness error, grinding power, diametric wheel wear, microhardness and micrograph. The results showed that the machining with the MQL technique with the grinding wheel cleaning system and the fluid LB 1100, in general, provided the best performance in relation to the other techniques in the same analyzed conditions, presenting parts without damages, with the best values of roughness (Ra) and roundness error and with the lowest expenditure of power and wheel wear, highlighting the potential of the use of this technique in the grinding process.

Submitted by RENATO ARAUJO BARROS null (greensleeves@uol.com.br) on 2017-03-08T17:38:24Z No. of bitstreams: 1 Tese Renato Barros - Versão Final.pdf: 24319782 bytes, checksum: f4d58ce4ebe77961a2e94b04cf3515cc (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-03-13T17:07:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 barros_ra_dr_guara.pdf: 24319782 bytes, checksum: f4d58ce4ebe77961a2e94b04cf3515cc (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-13T17:07:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 barros_ra_dr_guara.pdf: 24319782 bytes, checksum: f4d58ce4ebe77961a2e94b04cf3515cc (MD5) Previous issue date: 2017-02-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Os aços de ultra alta resistência como o aço 4340 tem sido amplamente utilizados pela indústria aeronáutica e aeroespacial em aplicações como trens de pouso de aeronaves e o veículo lançador de satélite brasileiro (VLS), além de um uso extensivo para diversos setores da indústria em geral. Isso se deve, em grande medida, às suas propriedades mecânicas. Este trabalho se propõe a avaliar as propriedades tribológicas do par aço 4340, inicialmente submetido ao tratamento térmico de têmpera e revenimento, e a liga bronze alumínio 630, utilizados em trens de pouso. Será estudado o comportamento destas estruturas após o aço ser submetido a tratamentos de superfície por nitretação a plasma e carbonetação a laser, como forma de melhorar seu desempenho com relação ao atrito e ao desgaste. Neste estudo foi escolhido o ensaio tipo pino-disco para simular a situação real de desgaste. Os discos foram confeccionados a partir do aço AISI/SAE 4340 e os pinos foram feitos da liga bronze-alumínio 630. Foram realizadas análises microestruturais das estruturas e das camadas de compostos formadas devido ao tratamento de superfície, Após os ensaios de desgaste foram feitas observações das superfícies através de microscopia e perfilometria óptica, microscopia eletrônica de varredura, difratometria de raios-X, testes de riscamento (scratching tests), dureza, observação de rugosidade e pesagem dos corpos de prova. Foram levantados os parâmetros do desgaste e alterações microestuturais devido à interação entre as superfícies de contato durante os ensaios de deslizamento. Foi analisada a perda de massa e levantadas as curvas de desgaste e dos parâmetros relacionados ao atrito em função da distância percorrida e/ou do tempo de ensaio. Nos ensaios foram utilizadas três velocidades de ensaio: 0,5; 1,0 e 1,5 m/s. Foi possível o cálculo da taxa de desgaste para cada par e velocidades estudadas. De uma maneira geral constatou-se que os mecanismos de desgaste detectados são semelhantes para todas as condições de superfície dos discos. As imagens mostram que partículas do pino são deformadas sobre o disco, em forma de camadas, evidenciando o mecanismo de adesão. A carbonetação a laser criou uma camada rica em carbono com a presença de grafite que contribuiu para reduzir o coeficiente de atrito e o desgaste do pino, principalmente, para as velocidades de 0,5 e 1,0 m/s. A nitretação a plasma reduziu a perda de massa do disco e do pino, com indicativos de pequena perda de massa para todas as velocidades estudadas; a rugosidade e o aumento do coeficiente de atrito no par pino-disco para as velocidades de 1,0 e 1,5 m/s podem ter sido induzidas por alteração no tipo de desgaste, de adesivo para uma abrasão a três corpos. / Ultra high strength steels as 4340 steel has been widely used by the aerospace industry in applications such as aircraft landing gears and the Brazilian satellite launch vehicle (VLS), plus an extensive use for various sectors of the industry in general. This is due largely to their mechanical properties. This work aims to evaluate the tribological properties of 4340 steel pair, initially submitted to heat treatment of quenching and tempering, and aluminum bronze 630 alloy, used in landing gear. The behavior of these structures after the steel be subjected to surface treatment by plasma nitriding and laser carbonetation will be studied, as a way to improve its performance with respect to friction and wear. For this study, pin-on-disc test was chosen in order to simulate the real situation of wear. The discs were made from 4340 steel and pins were made of aluminium bronze 630 alloy. Micro-structural analyses were undertaken of the structures and compound layers formed due to surface treatment. After the wear tests surface observations were made through microscopy and perfilometry optical, scanning electron microscopy, x-ray diffractometry, x-ray tests, scratching tests, hardness, roughness and weighing of the specimens. Parameters of wear and microestuturals changes were raised due to interaction between the contact surfaces during rehearsals. Loss of mass was analyzed and curves of wear and friction related parameters were plotted in function of the slided distance and/or time of test. In the tests three test velocities were used: 0.5; 1.0 and 1.5 m/s. It was possible to calculate the wear rate for each pair and studied velocities. In general it was noted that the mechanisms of wear detected are similar for all conditions of the surface of the discs. The images show that the particles are bent on the disc, in the form of layers, showing the mechanism of adhesion. The laser carbonetation created a carbon-rich layer with the presence of graphite, which contributed to reduce the friction coefficient and pin wear, mainly for the 0.5 and 1.0 m/s velocities. The plasma nitriding reduced the loss in mass of the disk and pin, with indicative of small mass loss for all velocities studied; the roughness and the increase of the coefficient of friction in the couple pin-disc for the velocities of 1.0 and 1.5 m/s may have been induced by changes in the type of wear, from adhesive wear to a three-body abrasion. / CAPES: 99999.002441/2014-04