Orientador: José Geraldo Trani Brandão / Banca: Fernando de Azevedo Silva / Banca: Paulo Cesar Ribeiro Quintairos / Resumo: Este estudo mostra as variáveis dinâmicas do processo de fundição centrífuga de cilindros de laminação, que são utilizados para realização de conformação em gaiolas de laminação. O objetivo desse estudo é analisar as principais variáveis dinâmicas do processo de fundição centrifugada de cilindros de laminação e estudar as relações entre estas variáveis. Os processos de fundição centrífuga podem ser classificados em fundição centrífuga vertical e horizontal. Para a fundição centrífuga vertical, são elaborados os envelope de carga de dois modelos de máquinas centrífugas verticais existentes na literatura, onde se consegue determinar o tipo de rolamento de apoio utilizado na máquina. Para a fundição centrífuga horizontal, são estudadas variáveis como rotação, razão G, "aspect ratio", espessura e vibração de uma amostra de aproximadamente 1.000 cilindros de ferro fundido, aço rápido e aço alto cromo. Desta amostra, verifica-se que a causa de sucateamento de parte dos cilindros não está ligada a adoção de variáveis dinâmicas incorretas no processo. Também é visto que diferentemente do alumínio, os cilindros de ferro fundido, aço rápido e aço alto cromo exigem maior rotação quanto maior a espessura da casca fundida. / Abstract: This paper shows the dynamic variable of centrifugal casting process of rolling mill rolls which are used to compress the metal in rolling mill process. The main goal is to analyze the main dynamic variable and to study its relation in the process. There are two type of centrifugal casting: horizontal and vertical. For the horizontal centrifugal casting, two load envelopes are done, being possible to determine the bearing model used on the vertical centrifugal casting machine. For the horizontal centrifugal casting, variable such as rotating, ratio G, aspect ratio, thickness and vibration are studied to a sample of 1,000 casting rolls made of casting iron, high speed steel and high chromium steel. From this sample, it is seen that the cause of scrapping is not related to incorrect adoption of dynamic variables in the process. It is also verified that differently from the aluminum, cast iron, high speed steel and high chrome steel rolls demand greater speed with the increasing the shell casting thickness. / Mestre

Resumo: A conformação por consolidação com amido é uma técnica que utiliza o amido como ligante e elemento formador de poros e é usada geralmente para confecção de cerâmicas porosas. Essa técnica pertence à família dos métodos de conformação direta que utilizam moldes impermeáveis. Por outro lado, a obtenção de cerâmicas pelo método da colagem de barbotinas é extremamente conhecido e amplamente utilizado na indústria. Baseia-se no ato de verter a barbotina em moldes porosos de gesso. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um novo método para a obtenção de cerâmicas de alumina, que consiste na junção dos processos de colagem e de conformação com amido. Ou seja, suspensões contendo amido foram vertidas em moldes porosos de gesso e submetidas ao processo de gelatinização, visando a consolidação das peças e futura sinterização. Para atingir esta meta, o trabalho foi dividido em três etapas: a primeira, um estudo detalhado da conformação por consolidação com amido; posteriormente, uma análise de peças cerâmicas produzidas com a utilização de um molde com base porosa e laterais impermeáveis, a fim de gerar um gradiente de porosidade; por fim, um estudo das cerâmicas obtidas a partir do vertimento de suspensões contendo amido no teor de 10% a 40%, em moldes de gesso de consistência 70 e 90. As cerâmicas produzidas na primeira e terceira etapas foram caracterizadas por meio do ensaio de flexão por três pontos, e em determinados casos os resultados foram tratados estatisticamente pelo método de Weibull, pela determinação da porosidade aparente, baseado no Princípio de Arquimedes, por microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura. Uma análise comparativa mostrou que as cerâmicas produzidas por este novo método proposto apresentaram maior resistência mecânica que as obtidas somente por conformação por consolidação amido ou somente por colagem. / Abstract: The formation by starch consolidation is a technique which uses the starch as a binder and porous form element and is generally used to make porous ceramics. This technique belongs to the direct consolidation methods that use mould impermeable. On the other hand, the ceramic obtained by the slip casting method is extremely known and largely used in the industry. It is based on the act of pouring the slip in cast porous moulds. This work was intended to develop a new method for obtaining alumina ceramics, that consists on joining of slip casting processes and starch consolidation, that is, suspensions containing starch were poured in cast porous moulds and submitted to the gelling process, in order to obtain the sample consolidation and future sintering. For reaching this purpose, the work was divided in three stages: the first one, a detailed study of the starch consolidation; later, an analysis of ceramic samples produced by using a mould porous base and impermeable laterals, in order to generate a porosity gradient; finally, a study of the ceramics obtained from suspension flowing containing starch of 10% to 40% content in cast mould of 70 and 90 consistence. The ceramics produced in the first and third stage were characterized by means of threepoint flexural test and in certain cases the results were statistically treated by the Weibull method, by the determination of the apparent porosity, based on Archimedes principle, by optical microscopy and scanning electronic microscopy. The comparative analysis showed that the ceramics produced by this new proposed method presented better mechanical resistance than the ones obtained only by starch consolidation or only by slip casting. / Orientador: Rogério Pinto Mota / Coorientador: Elson de Campos / Banca: Roberto Zenhei Nakazato / Banca: Eduardo Bellini Ferreira / Banca: Carlos Roberto Grandini / Banca: Mario Antonio Bica de Morais / Doutor

Orientador: Carlos Kiyan / Banca: Aélcio Zangrandi / Banca: Carlos de Moura Neto / Resumo: Este trabalho apresenta o projeto e a construção de um equipamento para a produção de lingotes de compósitos de matriz metálica, com ligas de baixo ponto de fusão, e material de reforço na forma de pó cerâmico. O equipamento pode operar em temperaturas de até 1000 °C e carga de aproximadamente 800 g de metal. Possui um sistema para agitação do metal fundido e a possibilidade de controle dos principais parâmetros, térmicos e mecânicos, do processo de fundição com agitação mecânica. São descritas as diferentes partes do equipamento, e apresentados resultados utilizando a liga Al7%Si com reforço de alumina, sem recobrimento, e em granulações diferentes. A rota utilizada envolve a fusão do metal, seguida pelo seu resfriamento até temperaturas entre as linhas liquidus e solidus, seguida pela mistura da alumina, por determinado tempo, e o reaquecimento para vazamento. O equipamento mostrou-se eficiente na obtenção de compósitos particulados. Os lingotes obtidos foram analisados por microscopia eletrônica de varredura, EDS e microscopia óptica. / Abstract: This work presents the project and construction of an equipment for synthesis of particulated metal matrix composite ingots, with low melting point, and ceramic as reinforcement material, using mechanical stir casting. The equipment can operate in temperatures up to 1000° C and loading of about 800g of metal. It has a system to stir the metal with the possibility of controling the main, thermal and mechanical, parameters of the process. Different parts of the equipament are described and results are presented by using the Al 7% Si alloy, with alumina, without recovering, and with different granulation. The process used was melting the metal followed by its cooling up to temperatures between liquidus and solidus lines, followed by the mixing of alumina and the reheating for pouring . The equipment was efficient in the obtainment of particulated metal matrix composite. The ingots obtained were analysed through electronic microscopy, EDS and optical microscopy. / Mestre

Resumo: A suposição de que temperaturas mais elevadas do revestimento possam melhorar a fluidez sem alterar as propriedades mecânicas do titânio e suas ligas, determinou a realização deste trabalho. O objetivo do trabalho foi avaliar o efeito da elevação da temperatura do revestimento na fluidez e na resistência à tração do Ti c.p. e da liga Ti-6Al-4V fundidos. Para o teste de fluidez, os corpos-de-prova foram confeccionados a partir de uma tela de nylon de 20 x 20 mm de comprimento com filamentos de 0,7mm de espessura. Para o teste de tração, corpos-de-prova foram confeccionados na forma de halteres com 3,0 mm no segmento central e 42 mm de comprimento. Para ambos os ensaios os corpos-de-prova foram incluidos em revestimento Rematitan Plus e fundidos em uma máquina de fundição Discovery. Foram confecionados 30 corpos-de-prova para cada teste, sendo 5 corpos-de-prova para cada uma das três temperaturas do revestimento: 430ºC (grupo controle); 480 e 530ºC. O teste de fluidez foi realizado medindo-se a extensão total dos filamentos do padrão original utilizando-se o programa de análise de imagem (Leica Qwin, Leica ) totalizando 284mm e comparado com os padrões fundidos. O ensaio de tração foi realizado na máquina de ensaios mecânicos MTS modelo 810 à velocidade de 1,0 mm/min. Os valores de fluidez e resistência à tração foram submetidas ao teste estatístico ANOVA e teste de Tukey. Para o ensaio de fluidez houve uma diferença estatisticamente significante, tanto para os metais como para as temperaturas sendo os melhores resultados obtidos na temperatura de 530ºC, em seguida a 480ºC e 430ºC, sendo para o Ti cp apenas a temperatura de 530ºC estatisticamente significante, enquanto que para a liga a diferença estatística ocorreu para as três temperaturas. Para o teste de tração houve uma diferença estatisticamente significante apenas ...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The supposition of the heating temperature of investment can to improve the casting without change the mechanical properties of titanium and their alloys, determined the realization this is study. The aim of study was to evaluate the effect of the increase mold temperature of investment on the casting and tensile strengt of CP Ti and TI-6Al-4V alloy casting. For the casting test a nylon mesh pattern measuring 20x20 mm with 0,7 mm diameter filaments. For the tensile strengt test dumbbell rods, 3.0 mm in diameter at the central segment and 42 mm in length, obtained of an aluminum matrix. The specimens of CP Ti and Ti-6Al-4V alloy were invested in the Rematitan Plus investment and casting in the Discovery machine cast. Thirty specimens were obtained to each test, five samples to each an of the three temperatures of investment: 430ºC (control group); 480 and 530ºC. The castig was realized to measuring total extension of filaments the original pattern to using a image analysis program (Leica Qwin, Leica) totality 284 mm and compared with the casting patterns. The tensile strengt was measured by means of a universal testing machine, MTS model 810, at a strain of 1,0 mm/min. The values of the casting were submitted to variance analysis and Tukey test. The casting test indicated differences significant between metals and temperatures and the better results obtained on the temperature 530ºC, following 480ºC and 430ºC. For the CP Ti the temperature 530ºC presented a statistically higher, while the Ti-6aAl-4V alloy yielded statistically different all three temperatures. The tensile strengt yielded statistically different only the metals, but revealed statistically similar between the temperatures. It was concluded that increase of the temperature of investment employed the casting without change the tensile strengt, for both materials. / Orientador: Gelson Luis Adabo / Coorientador: Ricardo Faria Ribeiro / Banca: Renata Garcia Fonseca / Banca: José Cláudio Martins Segalla / Banca: Lourenço Correr Sobrinho / Banca: José Gilmar Batista / Doutor

Orientador: Carlos Kiyan / Banca: Messias Borges da Silva / Banca: Luis Rogério de Oliveira Hein / Banca: Olivério Moreira de Macedo Silva / Resumo: O estudo do processamento de compósitos de matriz metálica pelo método de fundição com agitação é de grande interesse em engenharia pelo seu baixo custo e possibilidade de utilizar equipamentos convencionais de fundição. Nesse trabalho é feito o estudo do processo de síntese de compósitos da matriz da liga A356 reforçada com partículas de alumina, focalizando a influência dos fatores de processo na fração de partícula incorporada. Foram sintetizados lingotes de compósitos variando as condições de processo. Foram desenvolvidos métodos específicos de amostragem estatística associados à análise e processamento de imagens e utilizados na obtenção de estimativas confiáveis da fração volumétrica. Para investigar a influência dos fatores e suas interações foi projetado um experimento fatorial com 4 fatores, definidos em ensaios preliminares. Os resultados confirmam achados teóricos e experimentais anteriores e indicam novos caminhos para se obter uma melhor incorporação de partículas, além de um entendimento do mecanismo da molhabilidade da liga no estado semissólido. Compósitos com maior grau de partículas incorporadas foram examinados por microscópio eletrônico de varredura e microscópio óptico, mostrando que a partícula se aloja preferencialmente na região interdendrítica da matriz. / Abstract: The study of metal matrix composite processing through stir casting method is of great interest for engineering because of its low cost and possibility of using conventional casting equipment as well. The synthesis of hypoeutectic A356 matrix alloy reinforced with alumina particle was done in this work focusing the influence of the processing factors on the incorporated particle fraction. Ingots of composites were synthesized by varying the process conditions. Methods of statistic sampling connected to the analysis and processing images were developed and used for reliable estimate of volumetric fraction. To investigate the influence of the factors and their interactions, a factorial experiment was planned with four factors defined in a preliminary test. The results confirm theorical and experimental findings and points to a new way of getting better particle incorporation and an insight of the wettability mechanism. Composites with high level of particle incorporation were checked through electronic and optical microscopes showing that the particle stays mainly in interdendritic regions. / Doutor

Resumo: O presente trabalho tem por objetivo apresentar uma nova proposta de produção do aço para molas de válvulas para motores de combustão interna SAE 9258. Atualmente, este aço é produzido pela rota de lingotamento convencional, e pretende-se adotar o processo de lingotamento contínuo, mantendo-se todas as características mecânicas e metalúrgicas do aço produzido convencionalmente. Cuidados especiais durante o processo de refino secundário (fase líquida) foram levados em consideração para que sejam obtidas inclusões de silicatos deformáveis, essenciais para se conseguir uma vida em fadiga segura para as molas durante a vida útil do motor. Para avaliar essas características do aço foram feitas análises metalográficas da microestrutura em amostras na fase de processamento do aço (fio-máquina) e na fase final do processo (arames), realizados ensaios de tração, ensaios de fadiga axial em corpos-de-prova padronizados (ASTM E 466), ensaios de fadiga por flexão rotativa no arame (Nakamura test), ensaio de fadiga nas molas e análise das superfícies de fratura por fadiga com auxílio de microscopia eletrônica de varredura (MEV), para as duas rotas de produção (lingotamento convencional e contínuo). Os resultados obtidos mostram que não há diferenças com relação a microestrutura, propriedades mecânicas e comportamento em fadiga do aço na fase final de produção (arame) e na forma de produto (molas). Por outro lado, os resultados obtidos para o aço na fase intermediária do processamento (fiomáquina) mostram diferenças com relação à microestrutura, (presença de maior quantidade de carbonetos nas amostras do lingotamento contínuo), e menor redução de área com a consequente redução da resistência à fadiga. / Abstract: This paper aims to present a new proposal for production of steel for valve springs for internal combustion engines SAE 9258. Currently this steel is produced by ingot casting route, and intended to adopt the continuous casting process, maintaining all the mechanical and metallurgical characteristics of the steel produced conventionally. Special attention during the process of refinement (liquid phase) were taken into account are obtained for silicate inclusions deformable essential to achieving a safe fatigue life for the springs during the life of the engine. To evaluate these features were made of steel metallographic analysis of microstructure in specimens during processing of steel (wire rod) and the final stage (wires) performed tensile tests, axial fatigue tests on specimens standard (ASTM E 466), fatigue tests in rotating bending on the wire (Nakamura test), the fatigue test the springs and examination of the areas of fatigue fracture with the aid of scanning electron microscopy (SEM) for the two production routes (ingot and continuous casting). The results show no differences with respect to microstructure, mechanical properties and fatigue behavior of steel in the final stages of production (wire) and the product form (spring). Moreover, the results obtained for steel in the intermediate stage of processing (wire rod) show differences from the microstructure (the larger amount of carbides in the samples of the continuous casting), lower area reduction with the consequent reduction resistance to fatigue. / Orientador: Aelcio Zangrandi / Coorientador: César Alves da Silva Leandro / Banca: Aelcio Zangrandi / Banca: Carlos Kiyan / Banca: Carlos Moura Neto / Mestre

Orientador: Rubens Nisie Tango / Banca: Alexandre Luíz Souto Borges / Banca: Sebastião Ribeiro / Resumo: O objetivo deste estudo foi desenvolver um novo formato de pilar protético estético em zircônia (3Y-TZP) visando suprimir a utilização do parafuso trespassante utilizado no formato convencional de pilares protéticos em zircônia. Inicialmente foi feita a caracterização do material utilizado na técnica de colagem de barbotina (slip casting) através da confecção de uma barra que teve suas propriedades mecânicas, módulo de elasticidade (E) e coeficiente de Poisson (), grau de contração e dimensão de suas partículas após sinterização avaliados pelos métodos de frequências naturais de vibração e microscopia eletrônica de varredura (MEV), respectivamente. Previamente à confecção do pilar protótipo, este teve seu comportamento mecânico avaliado e comparado a um pilar de 3YTZP convencional com parafuso trespassante pela análise por elementos finitos (FEA) durante sua instalação em implante e recebendo carga oblíqua simulando força de mastigação (210,5 N). O protótipo foi confeccionado pela técnica de colagem de barbotina em um molde de gesso obtido a partir de uma duplicata ampliada em cera. A densidade final foi avaliada pelo método de Archimedes em água. Obteve-se o módulo de elasticidade de 187,97 ± 4,84 GPa e coeficiente de Poisson de 0,19 ± 0,04 para o material. O grau de contração de sinterização foi de 58 vol% e o tamanho do grão foi de 0,705 ± 0,424 μm. Na análise por FEA verificou-se concentrações de tensões na região inicial da rosca para ambos os pilares, e durante o carregamento foram observadas tensões de tração no lado em que incidiu a carga, com presença de tensões de compressão no lado oposto. Ainda, observou-se durante o carregamento do pilar protético convencional concentração de tensão na região do pescoço do parafuso trespassante. A densidade final obtida para o pilar protótipo em 3Y-TZP foi de 95,68% em ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The purpose of this study was to develop a new esthetic zirconia (3YYTZP) implant abutment shape to suppress the use of the fixing screw commonly used by the conventional zirconia abutments. A material characterization, Young's modulus (E), Poisson's rate (), shrinkage and particles dimensions after sintering was performed for a bar shape specimen obtained by slip casting evaluated by the natural torsional and flexural vibration frequencies and scanning electron microscope (SEM), respectively. Previously to the prototype abutment confection, its mechanical behavior was evaluated and compared to a conventional zirconia abutment with a fixing screw by finite element analisys (FEA) simulating the abutment installation and oblique loading (210.5 N). The prototype was confectioned by the slip casting technique using a gypsum mould obtained from a wax expanded replica. The abutment had its density measured by Archimedes' method. Through the natural vibration frequencies a Young's modulus of 187.97 ± 4.84 GPa and a Poisson's rate of 0.19 ± 0.04 were obtained for the material. The shrinkage was 58 vol% and the grain size was 0,705 ± 0,424 μm . The FEA showed stress concentration at the first thread pitch for both abutments, and tensile stress concentration were observed at the side that received the oblique load with compressive stress at the opposite side. Whereas, for the conventional abutment model a stress concentration was observed at the screw's stem. The final density for the zirconia prototype abutment was 95.68% from the theoretical density (6.12 g.cm-3). The zirconia abutment obtained by slip casting presented satisfactory physical properties. The suppressing of the fixing screw could provide better performance to the abutment due to the lack of stress concentration in the screw when an oblique load is applied, when evaluated by FEA / Mestre

Orientador: Antônio de Pádua Lima Filho / Banca: João Batista Campos Silva / Banca: Alcides Padilha / Resumo: É apresentado um estudo experimental da laminação de tiras fundidas a partir do material semi-sólido obtido na calha de resfriamento que alimenta continuamente um laminador duo. Os cilindros do laminador estão posicionados horizontalmente e podem ser operados na velocidade de 0,25 m/s, 0,47 m/s, 0,73 m/s e 1,07 m/s. A velocidade de 0,25 m/s produziu uma tira de melhor qualidade. Ligas hipoeutéticas Pb/Sn (Pb-30%Sn, Pb-40%Sn, Pb-50%Sn) e próxima ao ponto eutético (Pb-63%Sn), respectivamente, com intervalo de solidificação de 75 °C, 56 °C, 31 °C e 6 °C de acordo com o diagrama de fases, foram utilizadas nos ensaios experimentais para obter tiras semi-sólidas fundidas e tixoconformadas para comparação. As diversas simulações usando as ligas de Pb/Sn têm revelado a importância do intervalo de solidificação e temperatura de vazamento da liga, da velocidade dos cilindros, da temperatura do bocal junto ao cilindro inferior, da superfície de acabamento dos cilindros e da geometria da panela intermediária (tundish), sobre a qualidade do produto final. A liga Pb-30%Sn com alto intervalo de solidificação em comparação com outras ligas testadas, apresentou maior dificuldade para ser tixolaminada. Isso ocorreu, porque as ligas de alto intervalo de solidificação tendem a formar trincas à quente no final da solidificação. Como resultado, uma pasta metálica plástica é difícil de formar. O caminho provável para obter uma tira semi-sólida fundida de boa qualidade neste caso, é aplicar uma inoculação que produz grãos finos antes do vazamento. O controle para a tixolaminação empregando a liga Sn-37%Pb com intervalo de solidificação menor, e elevada fluidez, é mais rigoroso para obter uma tira contínua. Conseqüentemente, foram utilizadas diferentes temperaturas de vazamento (260, 240 e 220 ºC) para controlar a fluidez e obter o tempo de contato... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This is an experimental study of cast strip rolling from semi-solid material employing a cooling slope which continuously feeds a rolling mill. The cylinders of the rolling mill are positioned horizontally and can be operated at speeds of 0.25 m/s, 0.47 m/s, 0.73 m/s and 1.07 m/s. The lower speed of 0,25 m/s produces a strip of better quality. Hypoeutectic Pb/Sn alloys (Pb-30%Sn, Pb-40%Sn, Pb-50%Sn) and near eutectic point alloys (Pb-63%Sn), with solidification intervals of 75°C, 56°C, 31°C and 6°C respectively, according to the phase diagram, were used in experimental tests to obtain cast semi-solid and thixorolled strips for comparison. Simulations highlighted the necessary control parameters required to obtain good quality of the strip. These were: control alloy solidification interval, pouring temperature, roll speeds, ceramic nozzle temperature at the lower roll, quality of the roll surface finishing and tundish geometry. The Pb-30%Sn alloy, which has a much higher solidification interval in comparison with the other alloys tested, was difficult to thixoroll. This is because alloys with a high solidification interval tend to form hot tears at the end of solidification, and prevent a plastic metallic mush from forming. The probable solution to obtaining a semi-solid fused strip of good quality with this material, is to apply an inoculation that produces fine grains just before the pouring. In contrast, the parameter control for thixorolling of the Sn-37%Pb alloy, with lesser solidification interval and elevated fluidity, needed to be rigorous to obtain a continuous strip. Consequently, several pouring temperatures (260, 240 and 220ºC) were used to vary the fluidity and obtain sufficient alloy-inferior cylinder contact time for complete solidification. The strips obtained by the twin and single roll processing, and conventional rolling were characterized... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre