As distorções de forma e variações dimensionais, em muitos casos, manifestam-se de maneira mais expressiva após a têmpera por indução ocasionando o chamado empenamento. Tais efeitos usualmente trazem despesas em reparos e restauração de peças, equipamentos e estruturas. Assim, a análise de tensões residuais é uma etapa obrigatória na produção de peças e elementos estruturais para a estimativa da sua confiabilidade sob condições reais de serviço. No presente trabalho foram realizadas medições de tensões residuais em semi-eixos automotivos fabricados com o aço DIN 38B3 temperados por indução. Estes eixos apresentaram diferenças quanto ao comportamento em distorção, com um eixo tendo sido endireitado e outro não. Devido a estas diferenças também se esperam diferenças em termos de distribuição de tensões residuais e propriedades dos eixos. As tensões residuais foram medidas através do método de difração de raios-X com dois equipamentos de medição (difratômetro portátil e difratômetro fixo). Complementando o trabalho foram feitas análises químicas, metalográficas, perfil de microdureza e profundidade de camada efetiva para verificar eventuais diferenças ou semelhanças entre os eixos analisados. Com os resultados de tensões obtidos foi possível obter uma visão geral da variação do perfil de tensões residuais superficiais após a têmpera por indução e a grande influência da etapa de endireitamento na redistribuição de tensões no material. / The distortions of form and dimensional variations, in many cases, appear after induction hardening causing the often called warping. These effects usually usually increase the costs of maintenance and restoration of parts, equipment and structures. Thus, the residual stress analysis is an important step in the production of parts and structural elements to estimate of its reliability under actual service conditions. In this study, measurements of residual stresses were carried out for a driveshafts manufactured from the DIN 38B3 steel after induction-hardening and straightening, if necessary. These shafts showed different behavior in distortion, with a shaft has been straightened and the other not. Due to these differences also are expected differences in the distribution of residual stresses and properties of the shafts.The residual stresses were measured by the X-ray diffraction method with two measuring equipment (a portable and a fixed diffractometers). Complementing this work chemical analysis, metallographic, of the microhardness profile and of effective case depth were accessed to eventually find differences or similarities between the analyzed driveshafts. With the residual stress results obtained it was possible to get an overview of the variation of the surface profile of residual stresses after induction hardening and the influence of straightening steps on the redistribution of residual stresses in the material.

Reduzir custos com aumento na qualidade do produto, esses conceitos apesar de parecerem conflitantes são a base para o desenvolvimento industrial atualmente. Os conceitos desenvolvidos através das teorias da “engenharia de distorção”, que leva em consideração o processo de fabricação como um todo e que cada etapa tem alguma influencia no produto final, aparecem como uma possível solução para parte destes problemas. Neste ponto o projeto de pesquisa “Investigação e aperfeiçoamento de um processo de manufatura desde a trefilação a frio até o endurecimento por indução” (“Investigation and improvement of a manufacturing process chain from cold drawing processes to induction hardening”), fruto da colaboração internacional Brasil-Alemanha no projeto BRAGECRIM, tem como objetivo identificar os efeitos de diferentes etapas de fabricação na distorção de barras de aço ABNT 1045. O presente trabalho se insere dentro desta rota de fabricação ao analisar os efeitos de dois tipos diferentes de corte, cisalhante e abrasivo, com relação aos portadores de potenciais de distorção. Os resultados indicam que as influencias, dependendo do processo de corte, vão muito além do que a deformação de grão visível através de metalografias. Apresentando efeitos significativos, em termos de tensões residuais, até uma distância de aproximadamente 25 mm em relação à superfície cortada. / Reduce costs with increased product quality, although these concepts appear to be in conflict, currently they are the basis for industrial development. The concepts developed through theories of "Distortion Engineering", which takes into account the manufacturing process as a whole and that each step has some influence on the final product, appears as a probable solution to this problem. At this point the research project "Investigation and improvement of the manufacturing process chain from cold drawing processes to induction hardening", the result of an international collaboration between Brazil and Germany called BRAGECRIM, aims to identify the effects of different manufacturing steps on the distortion of ABNT 1045 steel bars. The present work fits within the analyzed manufacturing route aiming to characterize the effects of two different types of cutting, shearing and abrasive, with respect to carriers of potential distortion. The results indicate that the cutting method influences, depending on the cutting process, goes beyond the grain deformation, visible through metallographic pictures, and a possible distortion. Presenting significant effects, in terms of residual stresses, at a distance of approximately 25 mm from the cut surface.

Orientador: Roseana da Exaltação Trevisan / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-06T20:28:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maia_IvanGoncalves_M.pdf: 1727519 bytes, checksum: 4ae95467cd56b424526ca03c4f577c25 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Visando solucionar o problema da ocorrência de poros em um cordão de solda de um eixo automotivo, o presente trabalho apresenta um estudo da influência de diferentes fatores na ocorrência de porosidade em juntas de aço soldadas pelo processo MIG/MAG robotizado. Basicamente, foi estudada a influência de três fatores na ocorrência dos poros. São eles, a presença de uma camada rica em nitretos na extremidade de um dos tubos que compõe a junta, a limpeza das superfícies a serem soldadas e a vazão do gás de proteção. Após a soldagem dos corpos de prova foram retiradas de cada um deles, três amostras da seção transversal do cordão de solda. A porosidade foi quantificada pela técnica de análise metalográfica por microscopia ótica. Os resultados de porosidade foram apresentados de duas maneiras, uma sem qualquer tipo de restrição quanto aos poros encontrados, e outra em que houve distinção quanto à localização dos poros na seção transversal do cordão de solda. Quando a porosidade foi quantificada de maneira geral, sem qualquer tipo de distinção quanto à localização dos poros, dois fatores influenciaram a ocorrência de poros na junta soldada. São eles, a presença da camada rica em nitretos e a vazão do gás de proteção. No outro caso, levando em consideração a localização dos poros na seção transversal do cordão de solda, foi constatado que para o caso dos poros localizados na raiz da junta, a presença da camada rica em nitretos gerada pelo processo de corte a plasma na extremidade do tubo correspondente ao metal-base 1 afetou significativamente a porosidade resultante no cordão de solda. Além dos ensaios experimentais, ensaios práticos foram realizados no próprio chão de fabrica de produção dos eixos. A realização de ensaios práticos visou avaliar a solução proposta para eliminação da ocorrência de porosidade no cordão de solda dos eixos. Os resultados destes ensaios comprovaram que a substituição do gás utilizado para o corte a plasma na extremidade do tubo correspondente ao metal-base 1, de ar comprimido por oxigênio puro, inibiu a formação dos poros / Abstract: In order to solve the occurrence of pores in weld beads of an automotive axle, the present work studies the influence of three different factors on the occurrence of porosity in joints welded by robotized GMAW process. The factors analyzed were: the presence of a region enriched by nitrides on the surface of the tube related to the base metal 1, the surface cleanliness of the joint components, and the shielding gas flow. Three samples of the weld bead transversal section were retired in each specimen. The porosity was quantified by metalographic analysis technique using an optical microscope. The results were presented by two different ways. In one of this ways, pores were quantified without any kind of distinction. In the other way, pores were grouped in accordance of their location in the weld bead transversal section. The pores quantified without any kind of distinction were affected by the ¿presence of the coat¿ and by the shielding gas flow. The pores located near the joint root were affected only by the ¿presence of the coat¿. In addition to the experimental specimens, practical experiments were made in the axles line production. These practical experiments were developed to evaluate a proposed solution to prevent the occurrence of the pores on the weld bead of the axles. The results of these practical experiments proved that changing the compressed air used in the plasma cut of the extremities of the tube related to the base metal 1 by pure oxygen gas inhibited the pores formation / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

[pt] Inúmeros sistemas de Engenharia estão submetidos a cargas cíclicas durante longos tempos quando em serviço. Sendo assim, a determinação do desempenho de materiais no regime de super longa vida em fadiga (107–1012ciclos) tornou-se de grande relevância na estimativa da vida útil de componentes mecânicos e estruturas. Neste contexto, o uso de equipamentos de ensaios que operem em frequências ultrassônicas, normalmente em 20 kHz, viabilizou estudos sobre a resistência à fadiga de materiais em regime de altíssimo ciclo. Até o momento, a principal contribuição destes estudos foi mostrar que não existe um limite de fadiga para materiais após 107ciclos, o que permite questionar várias metodologias de projeto desenvolvidas ao longo dos anos com base em uma vida infinita do material sob condições cíclicas de carregamento. O presente trabalho teve como objetivo investigar a resistência à fadiga de altíssimo ciclo de dois aços estruturais, DIN 34CrNiMo6 e DIN 42CrMo4, adotados na fabricação de eixos virabrequins de centrais termoelétricas que falharam por fadiga em serviço, de maneira prematura. Os corpos de prova selecionados para os testes foram dos tipos ampulheta, ampulheta entalhado e cilíndrico entalhado, com dois diferentes raios de arredondamento. Os ensaios foram realizados em equipamento ultrassônico, com amplitude de tensões que variaram entre 0,3 – 0,5 do limite de resistência mecânica dos materiais e conduzidos até um número alvo de ciclos para falha de 109 ciclos. Considerando os ensaios de corpos de prova ampulheta, os resultados revelaram a maior resistência à fadiga do aço DIN 34CrNiMo6, apesar dos dois materiais apresentarem propriedades mecânicas semelhantes. Como poderia ser esperado, a presença de concentradores de tensão reduziu a vida em fadiga de ambos os materiais. Entretanto, o aço DIN 42CrMo4 apresentou a maior sensibilidade ao entalhe, com uma pequena diminuição do número de ciclo para a falha. / [en] The DIN 42CrMo4 e DIN 34CrNiMo6 steel behavior analysis in fatigue regime in very high cycle. The uncountable engineering systems are submitted loading cyclic during long time in services. So, the determination of material performance in regime in super long life in fatigue (107–1012cycles) belong the high relevance to estimate the live cycle of mechanical of components and structures. Based on it, the use of testing equipment to operate in ultrasonic frequency, normally in 20 kHz. That permits the studies about material fatigue resistance in very high cycle. In this moment, the main contribution of these studies was to demonstrate that no exist fatigue limit to material after 107 cycles, that it allows to question many projects methodologic that was developed long of years based on infinite material life under of loading cyclicals conditions. This present work had the objective to investigate the fatigue resistance in very high cycle of two structure steels (DIN 42CrMo4 and DIN 34CrNiMo6). These steels are used to manufacturing of crankshaft of thermoelectric central that failure due to fatigue in services in premature way. The selected specimens had the three types of format; Hourglass, notched Hourglass and notched Cylindrical with two different rounding of radius. These tests were performed in ultrasonic equipment, with variation of stress between 0,3 – 0,5 of material mechanical resistance and they are performed until maximum number of cycles per failure of 109 cycles. Considering the test of hourglass specimens, the results presented higher fatigue resistance of DIN 34CrNiMo6 steel, although DIN 42CrMo4 as same mechanical properties of DIN 34CrNiMo6 steel. And as it is waited the existence of stress concentrators accelerated the fatigue life in both materials. However, the DIN 42CrMo4 presented higher sensibility to notch, with small decrease of number of cycles to failure.

[pt] O presente trabalho teve como objetivos avaliar a influência de heterogeneidades metalúrgicas sobre o limiar de propagação de trincas de fadiga e apresentar alternativas de materiais para a fabricação de eixos virabrequins de motores Diesel / gás natural de unidades geradoras de plantas termoelétricas, uma vez que tais componentes mecânicos fabricados com aço DIN 34CrNiMo6 vêm apresentando falhas por fadiga com baixo número de ciclos de carregamento. Corpos de prova foram usinados de aços SAE 4140, SAE 4340 e DIN 42CrMo4. Inicialmente, conduziram-se ensaios de tração para a determinação das propriedades mecânicas dos materiais. Ensaios de propagação de trincas de fadiga foram realizados em espécimes do tipo C(T) entalhados, submetidos a um carregamento cíclico. Pré-trincas de fadiga, com comprimentos variando entre 1,3 mm e 1,6 mm, foram induzidas nos corpos de prova de acordo com a norma ASTM E647. Em sequência, foram levantadas as curvas da/dN versus delta K dos materiais, com ênfase para a determinação da variação do fator de intensidade de tensão do limiar de propagação (delta Kth) de cada aço. Neste contexto, o aço SAE 4140 apresentou um valor de (delta Kth) superior aos demais, o que significa que suporta maiores tamanhos de trinca antes do início da propagação. Análises por técnicas de microscopia evidenciaram a presença de inclusões na região de propagação das trincas, dando origem a um caminho preferencial para o crescimento das mesmas. Os resultados destas análises indicaram a presença de uma menor quantidade de inclusões no aço SAE 4140, permitindo uma associação desta característica microestrutural com o valor do delta Kth do material. Desta maneira, no que se refere à iniciação de trincas de fadiga, o aço SAE 4140 apresenta-se como alternativa viável para substituição do aço 34CrNiMo6 na fabricação de eixos virabrequins para motores de usinas termoelétricas. / [en] The present study had as objectives to evaluate the influence of metallurgical heterogeneities on the fatigue cracking propagation threshold and to present alternative materials for the manufacture of crankshafts of diesel / natural gas engines of thermoelectric plants generating units, since such components mechanics manufactured with DIN 34CrNiMo6 steel has been presenting faults due to fatigue with a low number of loading cycles. Test specimens were machined from SAE 4140, SAE 4340 and DIN 42CrMo4 steels. Initially, tensile tests were conducted to determine the mechanical properties of the materials. Fatigue crack propagation tests were performed on C(T) specimens subjected to cyclic loading. Fatigue pre-cracks, with lengths ranging from 1.3 mm to 1.6 mm, were induced in the test specimens according to ASTM E647. In sequence, da/dN versus delta K curves of the materials were raised, with emphasis on the determination of the tensile strength factor of the propagation threshold (delta Kth) of each steel. In this context, the steel SAE 4140 presented a value of (delta Kth) superior to the others, which means to support larger crack sizes before the beginning of the propagation. Analysis by microscopy techniques evidenced the presence of inclusions in the region of crack propagation, giving rise to a preferential path for their growth. The results of these analyzes indicated the presence of a smaller number of inclusions in the steel SAE 4140, allowing an association of this microstructural characteristic with the value of the delta Kth of the material. In this way, with regard to the initiation of fatigue cracks, the SAE 4140 steel is presented as a viable alternative for the replacement of 34CrNiMo6 steel in the manufacture of crankshafts for motors of thermoelectric power plants.

[pt] As previsões de falhas por fadiga tornam-se críticas sob condições multiaxiais de carregamento, uma vez que a complexidade do estado de tensões requer uma análise com base em modelos mais avançados do que aqueles adotados para carregamentos uniaxiais. Neste contexto, alguns critérios foram desenvolvidos para tentar prever a falha de componentes submetidos a carregamentos cíclicos multiaxiais. Um exemplo de componente mecânico sujeito a fadiga multiaxial quando em serviço são os eixos virabrequim de unidades geradoras de plantas termoelétricas. Usualmente projetados segundo o critério de Findley, falhas recentes de eixos virabrequim ocorridas no parque termoelétrico nacional, tem provocado o questionamento da eficiência de tal critério. Desta forma, o presente estudo teve como objetivo analisar a aplicabilidade de seis modelos (Papadopoulos, Findley, Matake, McDiarmid, Carpinteri e Spagnoli e Liu e Mahadevan) de fadiga multiaxial de alto ciclo, baseados no plano crítico, para prever a falha de eixos virabrequim de unidades geradoras. Para aplicação dos modelos, adotaram-se diferentes parâmetros de carregamento (tensão média e defasagem de aplicação das tensões normais e cisalhantes) e propriedades de material (resistência à fadiga), partindo de valores encontrados na literatura. Observou-se uma divergência entre os resultados de cada modelo estudado, sendo uns mais conservadores do que os outros, em função do carregamento e propriedades do material. Entretanto, o modelo de Papadopoulos, com base na facilidade de aplicação e sensibilidade de previsão da falha, mostrou-se mais adequado. / [en] The fatigue failure prediction becomes critical under multiaxial loading conditions, since the complexity of the stress state requires analysis based on models more advanced than those adopted for uniaxial loads. In this context, some criteria were developed in an attempt to predict the failure of components subjected to multiaxial cyclic loads. An example of mechanical component subject to multiaxial fatigue is the crankshaft of thermoelectric plants. It is usually projected according to the Findley criterion. However, recent failures of crankshafts occurring in the national thermoelectric park, put on doubt the efficiency of such criterion. In this way, the present study aimed to analyze the applicability of six models (Papadopoulos, Findley, Matake, McDiarmid, Carpinteri e Spagnoli and Liu e Mahadevan) of high cycle multiaxial fatigue, based on the critical plane, to predict failure on crankshaft of generating units. For the models application, different loading parameters (medium stress and out-of-phase stresses) and material properties (fatigue limit) were adopted, starting from values found in the literature. A divergence between the results of each model was observed, some of them were more conservative than the others, depending on the loading and material s properties. However, the Papadopoulos model, based on easy application and failure prediction sensitivity, proved to be more suitable than the others.

[pt] A partir de um estudo comparado de Brasil e Chile, expoentes da chamada divisão Atlântico vs. Pacífico, buscamos entender os fatores que influenciaram na elaboração e promoção de diferentes projetos regionais entre 2006 e 2014. Lançando mão de instrumentos metodológicos como a Análise de Conteúdo (AC) e a Análise Documental (AD), realizamos uma análise pormenorizada da relevância das seguintes variáveis: (a) ideologia política; (b) modelos de democracia; (c) modelos de desenvolvimento e (d) eixos geoestratégicos. Concluímos que o impacto da ideologia política sobre a elaboração e promoção de estratégias de regionalismo foi menos relevante que as demais condicionantes. Em um cenário de oportunidades e restrições impostas pelas relações estratégicas com os EUA e China, os modelos de democracia e, especialmente, os modelos de desenvolvimento foram as condicionantes mais expressivas nas políticas externas para o regionalismo empreendidas por Brasil e Chile entre 2006 e 2014. Portanto, o regionalismo latino-americano é melhor definido como determinado por eixos de regionalismo com singularidades que vão além de uma lógica fundamentada na dicotomia esquerda e direita. / [en] Based on a comparative study of Brazil and Chile, exponents of the so-called Atlantic vs. Pacific, we seek to understand the factors that influenced the elaboration and promotion of different regional projects between 2006 and 2014. Using methodological instruments such as Content Analysis (CA) and Document Analysis (AD), we carried out a detailed analysis of the relevance of following variables: (a) political ideology; (b) models of democracy; (c) models of development and (d) geostrategic axes. We conclude that the impact of political ideology on the elaboration and promotion of regionalism strategies was less relevant than the other constraints. In a scenario of opportunities and restrictions imposed by strategic relations with the USA and China, the models of democracy and, especially, the models of development were the most expressive conditions in the external policies for regionalism undertaken by Brazil and Chile between 2006 and 2014. Therefore, Latin American regionalism is best defined as determined by axes of regionalism with singularities that go beyond a logic based on the left and right dichotomy. / [es] A partir de un estudio comparativo de Brasil y Chile, exponentes del llamado Atlántico vs. Pacífico, buscamos comprender los factores que influyeron en la elaboración y promoción de diferentes proyectos regionales entre 2006 y 2014. Utilizando instrumentos metodológicos como el Análisis de Contenido (CA) y el Análisis Documental (AD), realizamos un análisis detallado de la relevancia de las siguientes variables: (a) ideología política; (b) modelos de democracia; (c) modelos de desarrollo y (d) ejes geoestratégicos. Concluimos que el impacto de la ideología política en la elaboración y promoción de estrategias de regionalismo fue menos relevante que las otras limitaciones. En un escenario de oportunidades y restricciones impuestas por las relaciones estratégicas con Estados Unidos y China, los modelos de democracia y, especialmente, los modelos de desarrollo fueron las condiciones más expresivas en las políticas externas para el regionalismo emprendidas por Brasil y Chile entre 2006 y 2014. Por tanto, el regionalismo latinoamericano se define mejor como determinado por ejes de regionalismo con singularidades que van más allá de una lógica basada en la dicotomía izquierda y derecha.