A soldagem por atrito com pino não consumível (SAPNC), processo de união no estado sólido, tornou-se conhecido devido à alta resistência das juntas produzidas em comparação ao metal de base e aos métodos convencionais de união. No entanto, o próprio processo apresenta seus desafios, relacionados principalmente à combinação do efeito de geometrias de ferramenta com os parâmetros utilizados. O desenvolvimento de métodos de simulação numérica tem criado a possibilidade de otimização destes efeitos, prevendo as interações entre os materiais, parâmetros e geometrias de ferramenta com menor custo e tempo. O presente trabalho teve como objetivo simular o processo de soldagem por atrito utilizando método dos elementos finitos (MEF) no software DEFORM 3D e avaliar a capacidade do modelo em representar fenômenos presentes do processo, tais como esforços da ferramenta, ciclo termomecânico do material e microestrutura. O estudo foi realizado em amostras de uma chapa de liga de magnésio AZ31B. Para inclusão da evolução mecânica e microestrutural do material de estudo no modelo, dados foram obtidos pelo estudo da compressão isotérmica da liga AZ31 simulador termomecânico Gleeble, em condições típicas às encontradas no processo de soldagem por atrito em. Os dados de tensão, deformação e microestrutura obtidos nos ensaios de compressão foram tratados analiticamente afim de se obter os parâmetros para as equações de deformação à quente e evolução microestrutural do material de estudo. Ademais, na próxima etapa, utilizou-se um pino roscado e não roscado em soldagens dissimilares afim de analisar o efeito da geometria da ferramenta no fluxo de material. Para auxiliar a análise foram utilizadas técnicas de microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios X. Por fim, um modelo numérico de soldagem por atrito elaborado no software DEFORM-3D é apresentado. Os resultados do modelo foram comparados com os resultados experimentais com auxílio de técnicas de caraterização microestrutural, EBSD, ciclos térmicos capturados por termopares e torque das ferramentas. Os resultados e conclusões obtidos no projeto permitiram a identificação do ciclo térmico, mecânico e microestrutural do material durante a soldam por atrito, além da demostração do efeito da geometria para distintos parâmetros de processo, indicando um método alternativo eficiente na otimização de geometrias de ferramenta e busca de parâmetro ótimos do processo de soldagem por atrito com tempo e custo reduzidos. / Friction stir welding (FSW), a solid-state process, has become known due to the high strength of the produced joints compared to the base metal and the conventional welding methods. However, the friction stir welding has its challenges, related with tools geometry and the process parameters. The development of numerical simulation methods has been able to aid in the process optimization, including the study of different materials, parameters and tool geometries with lower cost and time. The obejective of the present work is propose a friction stir welding numerical model through finite element analysis (FEA) in DEFORM 3D software and evaluated its capacity to represent the process features such as the tool chacteristics, the thermomechanical cycle of the material and its microstructure. The material chosen for the study was a magnesium alloy AZ31B. In order to include the mechanical and microstructural evolution of the study material in the model, data were obtained through isothermal compression of the AZ31 in Gleeble thermomechanical simulator, under typical conditions found in the friction welding process. Stress, strain and microstructure data obtained in the compression tests were analyzed analytically to obtain the parameters for the hot deformation equations and microstructural evolution of the material. Moreover, a threaded and non-threaded pin in dissimilar welds was used to verify the effect of tool geometry in the material flow during the friction stir welding process. The evaluation was made with the support of optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM). Then, a numerical model of friction welding developed in the DEFORM-3D software is presented. The results of the model were compared with experimental results supported by microstructural characterization techniques, EBSD, temperature profiles captured by thermocouples and tool torque response. The results and conclusions obtained in the project allowed the identification of the thermal, mechanical and microstructural cycle of the material during the friction stir welding process, besides the demonstration of the effect of the tool geometry for different process parameters, indicating an efficient alternative method in the optimization of tool geometries and optimal parameter for the friction welding process with reduced time and cost.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Resumo.pdf: 35261 bytes, checksum: 5c14dd5939481fe398edfb044903a091 (MD5) Previous issue date: 2011-07-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This paper presents a study on the linear thermal expansion of foundry sands used as aggregates in foundry cores with resin phenolic-urethane/Cold Box. The work examines the correlation between thermal expansion of the sand and hot deformation tendency of the core during the casting process. The hot deformation tendency has important technological significance, because it affects the dimensional quality of the casting. It was tested three silica sands, one chromite sand, two types of based aluminum silicates sands and two types of blended minerals. The sands were characterized for particle size distribution, loss on ignition, AFS clay content, density, permeability, pH, acid demand, specific surface area, coefficient of angularity, chemical analysis, XRD, shape and surface of the grains and linear thermal expansion. The dilatometer test was done with loose unbonded sands. The sand was placed into an alumina sample holder and inserted into the dilatometer. The hot deformation tendency of the core was performed with two tests: first, using an experimental iron casting and second a hot distortion laboratory test, in which the test specimen was subjected to heating by a flame. It was verified that the hot deformation tendency is directly correlated to the thermal expansion of the sand. The higher the thermal expansion of the sand used to make cores the more susceptible it is to hot deformation. / O presente trabalho apresenta um estudo sobre a influência da expansão térmica linear das areias de fundição utilizadas para a confecção de machos com resina fenólicauretânica/ Cold Box sobre a tendência à deformação a quente dos machos durante o processo de fundição das peças. A tendência à deformação a quente dos machos tem grande importância tecnológica, porque isto afeta diretamente a qualidade dimensional das peças fundidas. Foram ensaiadas três areias de sílica, uma areia de cromita, duas areias à base de silicato de alumínio, dois compostos de minerais. As areias foram caracterizadas quanto à distribuição granulométrica, perda ao fogo, teor de argila AFS, densidades solta e relativa, permeabilidade, pH, demanda ácida, superfície específica, coeficiente de angularidade, análise química, difratometria de raios-X, formato e superfície dos grãos e expansão térmica linear. O ensaio de dilatometria das areias foi realizado em corpos de provas não ligados com aglomerantes, ou seja, a areia foi acondicionada em um porta-amostra de alumina e este foi inserido no dilatômetro. Foram executados dois ensaios de tendência à deformação a quente dos machos: o ensaio de corpo de prova fundido e o ensaio de distorção a quente em laboratório, onde o corpo de prova (macho) é submetido a um aquecimento por chama. Verificou-se que a tendência à deformação a quente dos machos tem correlação direta com a expansão térmica da areia. Quanto maior a expansão térmica da areia utilizada para a confecção do macho mais suscetível ele estará à deformação a quente.

Made available in DSpace on 2016-08-18T18:19:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LUCIENE ARAUJO NASCIMENTO.pdf: 1402629 bytes, checksum: b9ce204098b2c4fe0362b6792a692744 (MD5) Previous issue date: 2010-02-25 / FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA E AO DESENVOLVIMENTO CIENTIFICO E TECNOLÓGICO DO MARANHÃO / Austenitic stainless steels have low economic value compared to titanium and its alloys, considered the most resistant to corrosion in biological environment, and for over fifty years are widely used in the manufacture of orthopedic implants, particularly in public health service. Currently the ISO 5832-1 steel (ASTM F 138) is the most used in the manufacture of orthopedic prosthesis, especially the temporary ones. However, because it is susceptible to localized corrosion when in contact with human tissue, it is being gradually replaced by austenitic stainless steel of low carbon and high nitrogen called ISO 5832-9. The same is already used extensively in Europe and the United States, while in Brazil it's use is more recent and smaller scale. This work investigates the behavior of dynamic recrystallization in an ISO 5832-9 steel through hot torsion tests and optical microscopy, for different conditions of temperature, strain and strain rate. It was found through the plastic flow curves of the studied material crystallizes dynamically and that the high value of its apparent activation energy for deformation can be attributed to the presence of a large amount of precipitated particles and nitrogen dissolved in the matrix. Micrographs confirmed that tests carried out at low temperatures reveal a strong retardation of dynamic recrystallization. Moreover, the presence of serrated grain boundaries and nucleation of new grains in the old deformed grain boundaries, are strong indications that the recrystallization occurred by a necklace mechanism. The behavior of the average recrystallized grain size, DDRX, with temperature resembles the behavior of the austenitic grain growth in microalloyed steels. The presence of a minimum in the behavior of DDRX with the strain rate can be attributed to a minimum strain rate required to cause the greatest amount of dynamics precipitation. / Os aços inoxidáveis austeníticos possuem um baixo valor econômico quando comparados ao titânio e suas ligas, considerados os mais resistentes à corrosão em meio biológico, e há mais de cinquenta anos são amplamente utilizados na confecção de implantes ortopédicos, em especial no serviço de saúde pública. Atualmente o aço ISO 5832-1 (ASTM F 138) é o mais utilizado na confecção de próteses ortopédicas, principalmente as temporárias. Entretanto, devido o mesmo ser suscetível à corrosão localizada quando em contato com tecido humano, ele está sendo gradativamente substituído pelo aço inoxidável austenítico de baixo teor de carbono e alto teor de nitrogênio denominado de ISO 5832-9. O mesmo já é utilizado em larga escala na Europa e nos Estados Unidos, enquanto no Brasil a sua utilização é mais recente e em menor escala. Este trabalho investiga o comportamento da recristalização dinâmica em um aço ISO 5832-9, através de ensaios de torção a quente e microscopia ótica, para diferentes condições de temperatura, deformação e taxa de deformação. Foi constatado através das curvas de escoamento plástico que o material estudado recristaliza dinamicamente e, que o alto valor da sua energia de ativação aparente para a deformação pode ser atribuído à presença de uma grande quantidade de partículas de precipitados e ao nitrogênio em solução na matriz. Micrografias confirmam que ensaios realizados a baixas temperaturas revelam um forte retardamento da recristalização dinâmica. Além disso, a presença de contornos de grão serrilhados e nucleação de novos grãos nos antigos contornos de grãos deformados, são fortes indícios de que a recristalização ocorreu por mecanismo colar. O comportamento do tamanho de grão médio recristalizado, DDRX, com a temperatura, se assemelha ao comportamento do crescimento de grão austeníticos de aços microligados. A presença de um mínimo no comportamento do DDRX com a taxa de deformação pode ser atribuído a uma taxa de deformação mínima necessária para que ocorra a maior quantidade de precipitação dinâmica.