Orientador: Estevão Tomomitsu Kimpara / Co-orientador: Marina Amaral / Banca: Eduardo Bresciani / Banca: Alberto Noriyuki Kojima / Banca: Júlio César Brigolini de Faria / Banca: Fabíola Pessôa Pereira Leite / Resumo: Este estudo avaliou o crescimento subcrítico de trincas de uma cerâmica à base de dissilicato de lítio, levando em consideração dois tipos de tratamento de superfície. Blocos de dissilicato de lítio parcialmente cristalizados, foram usinados até obter um cilindro com 12 mm de diâmetro. Após este processo, os cilindros foram cortados de forma a obter discos com espessura de 1,2 mm ± 0,2 mm, segundo norma ISO 6872/2008. Em seguida, 160 discos foram divididos em 2 grupos de estudo, de acordo com o tratamento de superfície: jateamento (Jateamento com partículas de 30 µm de alumina modificadas por sílica); e Ácido (Ácido Fluorídrico 5% por 20 segundos). As superfícies tratadas dos discos de todos os grupos receberam aplicação do agente de união silano, e foram submetidos ao tratamento térmico em um forno sob a temperatura de 100ºC durante 2 min. Todos os grupos receberam uma camada de cimento resinoso Panavia F. Vinte amostras de ambos os grupos foram submetidas ao ensaio mecânico de compressão, para a determinação da resistência à flexão biaxial, e vinte e cinco amostras de cada grupo foram submetidas ao ensaio de compressão para obtenção da resistência inerte. Trinta e cinco amostras de cada grupo foram submetidas ao teste de crescimento subcrítico de trinca. Este ensaio foi realizado em cinco taxas de tensão: 10-2, 10-1, 100, 101 e 102 MPa/s. Valores obtidos pelo ensaio mecânico de compressão: Jateamento (257,53 ± 21,22 MPa) e Ácido (279,44 ± 31,42 MPa). Valores obtidos pela resistência inerte: Jateamento (235,70 ± 28,63 MPa) e Ácido (343,30 ± 47,93 MPa). Os dados do coeficiente de crescimento subcrítico de trincas (n), parâmetro do CST (D), resistência característica (σc) e módulo de Weibull (m), com base no teste de crescimento lento de trincas foram: Jateamento (n=18 ± 1,7; D=205,38 ± 0,02; σc=246,72 / 236,86-256,99 MPa; m=10,46) e àcido (n=15.... / Abstract: This study evaluated the fatigue behavior of a lithium dissilicate ceramic regarding different surface treatments. Partially cristalized lithium dissilicate blocks (IPS e.max CAD) were shaped into cilynders (12 mm in diameter). Cylinders were sectioned into disc shaped specimens with 1.2 mm in thickness (± 0.2 mm), according to ISO 6872/2008. Half of the specimens were sandblasted with 30 µm silica particles (Rocatec soft system) and received a layer of silane + resin cement (Pavavia F). The other half of the specimens was etched with hydrofluoric acid (HF 5%, 20 s) and also received a layer of silane + resin cement (Pavavia F). Previously to resin cement application, the silane was heat treated at 100°C. The biaxial flexural strength was determined for each surface treatment (n=20), as the subcritical crack growth behavior at 5 stress levels: 10-2, 10-1, 100, 101 and 102 MPa/s. The fatigue limit will be determined with the stair case approach. Values obtained for the biaxial flexural strength teste were: Sandblasting (257.53 ± 21.22 MPa) and Acid (279.44 ± 31.42 MPa). values obtained by inert strength were: Sandblasting (235,70 ± 28,63 MPa) and Acid (343,30 ± 47,93 MPa). Slow crack growth behavior parameter (n), and CST (D), characteristic strength (σc) and Weibull modulus (m) were: sandblasting (n=18 ± 1.7; D=205.38 ± 0.02; σc=246.72 / 236.86-256.99 MPa; m=10.46) and Acid (n=15 ± 1.5; D=222.88 ± 0.02; σc=362.72 / 345.38-380.93 MPa; m=8.48). It can be concluded that the surface treatment with 5% hydrofluoric acid, lithium disilicate become more susceptible to subcritical crack growth than with the sandblasting aluminum oxide coated silica / Doutor

Os ensaios de propagação de trinca por fadiga em meios corrosivos apresentam um desafio para os laboratórios, onde os métodos de medição mais utilizados (e.g. Medidor de Propagação de Trinca e Clip Gauge) para a medição do comprimento da trinca, se deterioram. O método de Queda de Potencial (QP) pode ser uma alternativa viável e de boa precisão para este propósito, porém deve ser demonstrado que o laboratório tem capacidade de obter elevada precisão e acurácia através do método. Este trabalho tem o objetivo principal de avaliar uma metodologia para a determinação do comprimento de trinca curta durante ensaios de fadiga para caracterização das propriedades de materiais utilizados como dutos de coleta na indústria do petróleo em ambientes corrosivos. Os demais objetivos são: · Consolidar o método de QP para o monitoramento do comprimento da trinca em Corpo de Prova (CP) tipo SENB com trinca curta; · Apresentar as curvas ao ar de propagação de trinca da/dN x ΔK obtidas em ensaios nos materiais 13Cr5Ni2Mo, 25Cr7Ni e API 5L X60; · Identificar melhorias no procedimento dos ensaios para elevar a precisão e acurácia das curvas de taxa de propagação de trinca. Foram realizados ensaios de propagação de trinca em três aços diferentes, isto é, inoxidáveis Supermartensítico e superdúplex e Aço Carbono, sendo registrados os dados do Medidor de Propagação de Trinca (gabarito) e da técnica de QP (método a ser avaliado). Foram validadas as equações necessárias para determinar o tamanho de trinca do CP em função da diferença de potencial transversalmente à trinca com o Medidor de Propagação de Trinca e foram apresentadas as curvas ao ar de taxa de propagação de trinca x ΔK dos materiais estudados. Foi observada uma forte correlação entre os dois métodos de medição de trinca. Acreditamos que as pequenas diferenças observadas nos valores de tamanho de trinca entre as duas técnicas se devem, principalmente à: · Efeito de tunelamento na frente da trinca, já que cada método mede a trinca em diferentes regiões do CP; · Imprecisões na distância do ponto na soldagem dos fios do multímetro (que mede o potencial para técnica de QP) à trinca. As curvas de propagação de trinca foram similares à curva de dois estágios para aços da norma BS 7910 (R ≥ 0,5) na maior parte da curva. Entretanto, em ΔK próximos a 15 MPa.m1/2 (faixa inicial de ΔK aplicado), os aços apresentaram taxas de propagação significativamente inferiores à curva da norma. Foram indicados possíveis motivos para os desvios da curva e sugeridas melhorias nos procedimentos dos ensaios para elevar a precisão e acurácia na obtenção das curvas da/dN x ΔK. / Fatigue crack growth rate (FCGR) tests in corrosive environments are a challenge for laboratories, where the most used techniques (e.g. Clip Gage and Crack Propagation Sensor) for crack size measurements, deteriorate. Potential Drop (PD) technique is a high precision viable alternative, however, it must be demonstrated that the laboratory has capacity to obtain high precision and accuracy through the method. This study has the main objective of evaluate a methodology to determine the short crack size during fatigue tests to properties chacacterization of materials used as oil gathering pipes in the oil and gas industry in corrosivive environment. The other objectives are: · Consolidate the PD technique for crack size monitoring in short crack SENB specimen configurations; · Introduce the 13Cr5Ni2Mo, 25Cr7Ni and API 5L X60 crack propagation rate curves (da/dN x ΔK) tested in air; · Identify test procedures improvements to enhance precision and accuracy of FGCR test curves. FCGR tests were performed in three different steels, i.e. Supermartensitic, Superduplex and Carbon Steel, where Crack Propagation Sensor (template) and PD technique (evaluated method) data were registered. Equations to determine specimen crack size in function of the potential difference measured transversally to the crack were validated with the Crack Propagation Sensor and FCGR curves in air for the studied materials were presented. A strong correlation between both crack size measurement techniques was observed. It is believed that small differences in measured crack size between techniques are mainly due to: · The tunneling effect in the crack front, both methods measuring the crack in different specimen regions · The imprecisions in the distance of the welding point of the multimeter wires used in PD to the crack. The FCGR curves behavior were similar to the two stage curve in air (R ≥ 0.5) from BS 7910 standard for the most of the curve. However, when ΔK was close to 15 MPa.m1/2 (initial applied ΔK range), the steels presented significantly lower propagation rate compared to the standard curve. It was pointed out possible reasons for this deviation and tests procedures improvements were suggested in order to increase FCGR test precision and accuracy.

Orientador: Marcelo dos Santos Pereira / Banca: Mauro Pedro Pers / Banca: Carlos Kiyan / Banca: Rosinei Batista Ribeiro / Banca: Cesar Alves da Silva Leandro / Resumo: Atualmente, as montadoras de automóveis têm procurado reduzir o peso total da estrutura de seus veículos, além das peças e componentes produzidos em aços, por dois motivos principais: um focado nos aspectos de segurança para os passageiros e outro na necessidade em se diminuir as emissões de CO2, melhorando o consumo de combustível. Em linha a estes requisitos buscados, o presente trabalho tem por objetivo caracterizar em fadiga e impacto, uma nova classe de material desenvolvida pelas siderúrgicas, o aço de fases complexas (complex phase steel), de atuação estrutural, utilizado para a confecção da carroceria de veículos. Foram realizados ensaios metalográficos, onde as fases presentes em sua microestrutura foram analisadas e discutidas, e ensaios para avaliar suas propriedades mecânicas em situações de fadiga (ASTM E 466) e impacto (ASTM E 23), seguido de análises fractográficas das superfícies de fratura dos corpos-de-prova utilizados durante estes ensaios, utilizando para isto, um microscópio eletrônico de varredura (MEV). Desta forma, este trabalho mostra que seu potencial de utilização pode ser ampliado, em virtude dos resultados obtidos, que mostraram a homogeneidade de sua microestrutura, com um alto grau de refino, em comparação com outras duas especificações de aços estruturais utilizados convencionalmente pela indústria automotiva, indicando, assim, melhores resultados nos ensaios realizados / Abstract: Currently, automakers have sought to reduce the total weight of the structure of their vehicles, and parts and components produced in steel, for two main reasons: one focused on aspects of safety for passengers and one in the necessity to reduce emissions CO2, improving fuel consumption. In line with these requirements, this study aims to characterize the fatigue and impact, a new class of materials developed, the steel complex phase, with structural actuation, used for making the body of vehicles. To evaluate the characteristics of this specification steel, metallographic tests were conducted, where the phases present in their microstructure was analyzed and discussed, and tests to assess their mechanical properties in situations of fatigue (ASTM E 466) and impact (ASTM E 23) followed by fractográficas analysis of fracture surfaces of the specimens used during these tests, with a SEM. This will show that their potential use could be extended, because the results obtained during tests, which the material was compared with two other specifications of conventional structural steels used in the automotive industry / Doutor

Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro Universitário da FEI, São Bernardo do Campo, 2015

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor Luís Andrade Ferreira

Tese de mestrado. Materiais e Processos de Fabrico. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 1992

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-11-18Bitstream added on 2014-06-13T20:35:16Z : No. of bitstreams: 1 coisse_rc_me_guara.pdf: 5830471 bytes, checksum: a07fa34adb5acedcd8b5e9d8c65ea13a (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A crescente demanda pela redução na emissão de gases provenientes da combustão em motores automotivos e pela diminuição no consumo de combustíveis torna necessária a redução de massa dos componentes além da redução das perdas mecânicas e térmicas nestes motores. Tais requisitos fazem com que os componentes sejam cada vez menores, suportem maiores tensões e que possuam o menor coeficiente de atrito e a maior resistência ao desgaste possível. Por isso, faz-se necessária a combinação de materiais e recobrimentos. Este trabalho tem por objetivo o estudo do comportamento à fadiga de dois aços inoxidáveis, o X45CRSi9 3 e o X55CrMnNiN20 8, utilizados na fabricação de válvulas de admissão e escape, combinados com dois dos mais utilizados tratamentos superficiais, a nitrocarbonetação e a eletrodeposição de cromo duro, comparados com somente retificados. Os materiais combinados com os tratamentos superficiais acima foram testados à fadiga unidirecional e foram realizadas análises em microscópios eletrônicos de varredura e óticos, análises de microdureza e de resistência à tração. As análises micrográficas, tanto da fratura quanto da microestrutura e os comportamentos à fadiga mostraram uma significativa sensibilidade destes materiais a variações microestruturais relativas tanto aos tratamentos térmicos quanto aos superficiais. As resistências à fadiga dos aços na condição cromada foram semelhantes e menores que as demais combinações. Sendo que o material martensítico demonstrou a maior sensibilidade a este recobrimento. As peças nitretadas apresentaram melhores comportamentos à fadiga que as cromadas, mas ainda menores que as peças sem tratamentos superficiais. A causa deste fato pode ser atribuída, no material martensítico, à existência de descarbonetações e, no material austenítico, à presença de fases frágeis subsuperficiais / The increasing demand for reduction in greenhouse gases emission from the combustion in automobile engines and for the decreasing in fuel consumption makes it necessary to reduce weight of components the mechanical and thermal losses in these engines. Such requirements mean that the components are getting smaller, support higher stresses and need to provide the lowest coefficient of friction and the great wear resistance as possible. Therefore, it is necessary the combination of materials and coatings. This dissertation aims to study the fatigue behavior of two stainless steels, the X45CrSi9 3 and the X55CrMnNiN20 8, used in the manufacture of intake and exhaust valves, combined with two of the most used surface treatments, nitrocarburising and electroplated hard chromium, compared to the ground surface. The materials, combined with the above surface treatments were tested in uniaxial fatigue and analyzed in scanning electron and optical microscopes, microhardness and tensile strength. The fracture and microstructure analysis and the fatigue behavior showed a significant sensitivity to microstructural variations in the materials related to the heat and surface treatments. The chrome plated specimens presented the lower fatigue resistance in the both steels compared to the other surface treatments and the martensitic steel showed the highest sensitivity to this coating. The nitrided parts showed better fatigue behavior than the chrome plated, but still smaller than the parts without surface treatments. The cause of this fact can be attributed, in the martensitic steel, to the existence of decarburizing and in the austenitic material, the presence of subsurface brittle phases

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-02-08Bitstream added on 2014-06-13T19:14:23Z : No. of bitstreams: 1 silvajunior_g_me_guara.pdf: 2753248 bytes, checksum: 05b8f846d2550bb9618bdde67704e992 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A falha por fadiga é resultado de nucleação e propagação de trinca em consequência de um carregamento cíclico. Na indústria aeronáutica, em componentes como trens de pouso, a resistência à fadiga é um importante parâmetro a ser considerado em projeto, assim como resistência ao desgaste e à corrosão. O aço inox 15-5PH é aplicado em diversos componentes nos eixos estruturais do trem de pouso. A sua aplicação justifica-se devido a sua alta resistência mecânica e elevada resistência à corrosão. Contudo sua aplicação é restringida devido a sua baixa resistência ao desgaste, fazendo-se necessária a utilização de um tratamento superficial de endurecimento de superfície. O método de HVOF vem sendo considerado uma alternativa à eletrodeposição do cromo pela indústria aeronáutica, para aumento de resistência ao desgaste e à corrosão. Nesta pesquisa, é realizado o estudo do comportamento em fadiga do aço inoxidável 15-5PH tratado superficialmente em três condições: revestido com WC-13Co-4Cr, e WC-18Co por HVOF; e revestido com cromo eletrodepositado. O tratamento de shot peening foi aplicado com intuito de recuperar a resistência à fadiga nos materiais revestidos. Os ensaios de fadiga e a medida de tensões residuais proporcionam uma análise comparativa da resistência à fadiga dos revestimentos estudados. O presente trabalho tem como objetivo comparar a influência dos revestimentos WC-13Co-4Cr e WC-18Co, aplicados por HVOF, com revestimento de cromo eletrodepositado, na resistência à fadiga axial do aço inox 15-5PH, com intuito substituir o método de eletrodeposição do cromo pelo de HVOF. Os resultados mostram que o aço 15-5PH revestido com WC-13Co-4Cr por HVOF é o melhor sistema de revestimento a ser empregado considerando o desempenho em resistência à fadiga / Fatigue failure is result of a crack initiation and propagation, in consequence of a cyclical load. In aeronautical industry, components as landing gear, the fatigue strength is an important parameter to be considered in project, as well as the corrosion and wear resistance. The 15-5PH stainless steel is applied on carrying axles in landing gear. The reason for its application is due to high mechanical strength, and corrosion resistance. Nevertheless the application of 15-5PH it‟s restricted due to low wear resistance, becoming necessary a hardening surface treatment. The method of HVOF has been considering the alternative to chromium electroplated by the aircraft industry, in order to improve the wear and corrosion resistance. This research present an evaluation of fatigue strength of 15-5PH stainless steel in three main conditions of surface treatments: coated by HVOF with WC-13Co-4Cr, and WC-18Co; and coated with chromium electroplated. The shot peening treatment was applied in order to restore the fatigue strength on coated materials. The fatigue tests and residual stress measurement were carried out to obtain a comparative analysis among coated materials. The main propose of this research is compare the influence of WC-13Co-4Cr, WC-18Co coated by HVOF, with chromium electroplated, on the fatigue strength of 15-5PH, in order to replace the electroplating method by HVOF. The results show that 15-5PH coated with WC-13Co-4Cr by HVOF is the best coating system to be applied considering the fatigue strength performance

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-07-07Bitstream added on 2014-06-13T18:31:00Z : No. of bitstreams: 1 godoy_jm_me_guara.pdf: 5782795 bytes, checksum: f9a65ca23dd9a2c850fa9c6aa83f3a30 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A influência do campo magnético da Terra no movimento orbital de satélites artificiais é analisada considerando também a ação de cargas elétricas adquiridas pela superfície do satélite ao se deslocar em um campo de plasma. Neste trabalho são consideradas perturbações devido ao campo magnético da Terra, ao campo elétrico induzido e ao arrasto provocado por partículas carregadas (arrasto elétrico); as duas primeiras manifestam-se através da força de Lorentz, enquanto que a última é influenciada pelo parâmetro de impacto e pelas velocidades térmicas das partículas que colidem com o satélite. Cada uma dessas perturbações foi caracterizada separadamente. As equações de Lagrange na forma de Gauss foram usadas para analisar a influência dessas perturbações no movimento orbital do satélite descrito em termos dos elementos orbitais. Ênfase foi dada na análise das perturbações seculares, devido a seu efeito cumulativo ao longo do tempo. / The influence of the Earth’s magnetic field on the orbital motion of artificial satellites is analyzed also taking into account the influence of the electric charge acquired by the surface of the satellite when moving in a plasma field. In this work are considered perturbations due to the magnetic field of the Earth, due to the induced electric field and due to the drag caused by the charged particles (electric drag); the two first one arisen through the Lorentz’ force, while the last one is influenced by the impact parameter and by the thermal speeds of particles colliding with the satellite. Each of these perturbations was characterized separately. Gauss form for the Lagrange equations were used to analyze the influence of these perturbations on the orbital motion described in terms of the orbital elements. Emphasis was given in the analysis of the secular perturbations, due to its cumulative effect along the time.

O presente trabalho tem como objetivo verificar a influência das inclusões metálicas de bismuto na tenacidade e no comportamento em fadiga de um aço SAE 1045. O bismuto foi adicionado em três corridas com teores de 0,04-0,06% e com a intenção de melhorar a usinabilidade do aço SAE 1045 amplamente aplicado na indústria de autopeças e metal-mecânica, com a finalidade de aumento de produtividade e redução nos custos finais de fabricação dos componentes usinados. A avaliação da tenacidade foi realizada na direção longitudinal e transversal ao sentido de laminação. A avaliação do comportamento em fadiga foi realizado na orientação L-R. As técnicas empregadas no desenvolvimento deste trabalho foram ensaios de tração e dureza, microscopia eletrônica, análise de imagens, fractografias em MEV, ensaio Charpy e levantamento das curvas da/dN versus ∆K. Os resultados dos ensaios indicaram um pequeno efeito do bismuto na tenacidade e fadiga do aço SAE 1045 na temperatura ambiente. Além disso, verifica-se um efeito sinérgico entre o bismuto e o enxofre. Logo, as indústrias de autopeças tem uma alternativa em termos de aço SAE 1045 com usinabilidade melhorada, onde a aplicação deste aço exige uma avaliação das condições e solicitações em que o componente irá trabalhar. / The aim of this work was to analyze the effects of the metallic inclusions of bismuth in SAE 1045 steel. The study focused on the toughness o f the steel and the role o f metallic inclusions in fatigue crack growth. Bismuth was added in the three heat in a range of 0,04-0,06% with the main goal being to improve the machinability o f SAE 1045 steel. This steel is utilized in many autoparts and therefore an increase in machinability o f this steel would help to reduce production costs. Toughness was measured and analyzed in transversal and longitudinal planes in relation to the rolling direction. Fatigue crack propagation studies were performed on L-R orientation. The methods applied were hardness, tensile and Charpy tests for mechanical evaluation. Scanning Eletronic Microscopic and Digital Image Analysis techniques were used for metallurgical evaluation. Fatigue crack growth behaviour was characterized by crack growth rate da/dN versus stress intensity range ∆K curves. The results of this study showed that bismuth inclusions did exert a little influence on the toughness and fatigue crack propagation of SAE 1045 steel at room temperatures. Therefore the Autoparts Industry has a good altemative for making parts with SAE 1045 with the best machinability. But the use o f this kind o f steel demands an analysis o f conditions and work stress that the parts will suffer.