Submitted by Cátia Araújo (catia.araujo@unipampa.edu.br) on 2017-01-26T10:43:23Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Influência do tratamento criogênico nas propriedades mecânicas e tribológicas do aço ABNT M2.pdf: 19371042 bytes, checksum: 86cfc4da7ebbbbb0684e4a589f03b84f (MD5) / Approved for entry into archive by Cátia Araújo (catia.araujo@unipampa.edu.br) on 2017-01-26T10:44:23Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Influência do tratamento criogênico nas propriedades mecânicas e tribológicas do aço ABNT M2.pdf: 19371042 bytes, checksum: 86cfc4da7ebbbbb0684e4a589f03b84f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-26T10:44:23Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Influência do tratamento criogênico nas propriedades mecânicas e tribológicas do aço ABNT M2.pdf: 19371042 bytes, checksum: 86cfc4da7ebbbbb0684e4a589f03b84f (MD5) Previous issue date: 2015-06-18 / O aumento da resistência mecânica dos aços sempre foi objeto de investigação desde os tempos mais remotos. Nos últimos dois séculos, com o aumento da industrialização, a demanda por materiais cada vez mais resistentes se tornou ainda maior. Dentre os materiais metálicos, os aços ferramentas são os mais pesquisados na busca de aumento de dureza, resistência ao desgaste e tenacidade, requisitos essenciais à sua utilização. Nos últimos anos tem sido demonstrado que o tratamento criogênico profundo aplicado aos aços ferramentas provoca, além da transformação da austenita residual em martensita, a precipitação de finos carbetos na matriz metálica, aumentando principalmente a resistência ao desgaste. Esta pesquisa tem como objetivo estudar a influência do tratamento criogênico profundo nas propriedades mecânicas e tribológicas do aço ABNT M2. Foram realizados ensaios de dureza HRC, microdureza HV e HK, impacto Charpy, desgaste abrasivo, microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura em amostras de aço ABNT M2 submetidas ao tratamento térmico convencional (têmpera e revenido) e ao tratamento térmico convencional com tratamento criogênico. O tratamento criogênico foi realizado por nebulização direta com taxa de resfriamento e aquecimento de 0,3° C/min e permanência de 24 horas na temperatura de -190° C. As temperaturas de austenitização empregadas foram de 1170° C, 1200° C e 1230° C. Foram analisadas amostras com aplicação de revenido antes, após e antes/após o tratamento criogênico. Concluiu-se que o tratamento criogênico profundo aplicado antes do revenido em amostras austenitizadas à temperatura de 1200° C aumenta a dureza, a resistência ao desgaste abrasivo e a tenacidade do material tratado. / The increased resistance of steels has always been under investigation since the earliest times. In the last two centuries, with the rise of industrialization, the demand for increasingly resistant materials became even greater. Among the metallic materials, tool steels are the most investigated in the search for higher hardness and wear resistance, essential to use requirements. In recent years it has been demonstrated that deep cryogenic treatment applied to tool steels causes not only the transformation of residual austenite into martensite, precipitation of fine carbides in the metal matrix, mainly by increasing wear resistance. This research aimed to study the influence of deep cryogenic treatment on mechanical properties and tribological steel AISI M2. Hardness tests were performed HRC, HV and HK microhardness, Charpy impact, abrasive wear, optical and scanning electron microscopy in ABNT M2 steel samples subjected to conventional heat treatment (quenching and tempering) and conventional heat treatment with cryogenic treatment. The cryogenic treatment was performed by direct nebulization with heating and cooling rate of 0.3° C/min and 24 hours residence in -190° C. The austenitization temperatures used were 1170° C, 1200° C and 1230° C. Samples were analyzed with tempering application before, after and before after the cryogenic treatment. It was concluded that deep cryogenic treatment applied before tempering samples austenitized at a temperature of 1200° C increases the hardness, abrasive wear resistance and toughness of the treated material.

As propriedades mecânicas de componentes metálicos são influenciadas pela microestrutura que muitas vezes é determinada pelo ciclo de tratamento térmico submetido. No tratamento térmico de têmpera de aço: água, óleos, soluções poliméricas e soluções salinas podem ser utilizados como meio de resfriamento que apresentam diferentes características nos mecanismos de resfriamentos. Por exemplo, quando a água é usada como um meio de resfriamento uma estável camada de vapor é formada ao redor do metal em alta temperatura, resultando em uma transferência de calor não uniforme durante o processo de resfriamento, que geralmente é responsável por distorções e falhas no material. A adição de sal pode reduzir ou inibir a formação da camada de vapor melhorando a uniformidade de transferência de calor durante o resfriamento. Este trabalho objetiva-se em investigar o desempenho em resfriamento de diferentes soluções iônicas (NaCl, NaOH, NaNO2, Na2SO4, NaHCO3) variando-se a concentração, temperatura (25, 35 e 45°C) e agitação do meio (0, 500 e 800 rpm) e a sua utilização na têmpera de um aço de baixa temperabilidade. A caracterização destes meios e a influência de fatores externos foi realizada por meio de curvas de resfriamento, taxa de resfriamento, coeficiente de transferência de calor e fluxo de calor. A resposta a têmpera foi realizada em um aço SAE 1045 nas condições menos severas de resfriamento e caracterizada pelas medidas de dureza e avaliação metalográfica. A utilização de soluções iônicas, em geral, mostrou-se ser efetiva na inibição da camada de vapor, no aumento da extração de calor elevando-se as taxas de resfriamento e mantendo-se um alto fluxo de calor durante a maior parte da queda de temperatura, o que resulta em uma homogeneidade de resfriamento capaz de evitar distorções. Essas soluções mostraram-se ser capazes de temperar o aço SAE 1045. / The mechanical properties of steel components are influenced by the microstructure that is determined by the heat treatment cycle. In the quenching of the steel: water, oil, aqueous polymer solutions and aqueous salt solutions (brine) can be used as quenchants that exhibit different characteristic on cooling mechanisms. For example: when water is used as the cooling media, a stable vapor film is formed around the hot component resulting in non-uniformity of surface heat transfer during the cooling process which is often responsible for distortion and cracking. Salt addition can reduce or inhibit vapor film formation enhancing the uniformity of heat transfer during the cooling. This work will investigate the cooling performance of different ionic solutions (NaCl, NaOH, NaNO2, Na2SO4, NaHCO3) varying concentration, temperature (25, 35 and 45°C) and agitation of the quenchants (0, 500 and 800 rpm) and their use on quenching a low hardenable steel. The description of these medium and the influence of external factors were made using cooling curves, cooling rates, heat transfer coefficients and heat flux. Samples of SAE 1045 steel were quenched and evaluated by hardness measures and metallography. The use of ionic solutions, in general, has proved to be effective in to inhibit the vapor blanket, to increase heat extraction and keeping a high heat flux during the most part of the drop of the temperature that results in a homogeneous cooling able to avoid distortions. These solutions were abele to quench SAE 1045 steel.

Os materiais vitrocerâmicos de basalto representam uma importante família de vitrocerâmicos. Sendo que um dos desempenhos técnicos exigidos atualmente é o efeito anti-desgaste dos materiais, as vitrocerâmicas de basalto cobrem essa necessidade e têm uma aplicação direta por suas boas propriedades mecânicas e anti-abrasivas, além da vantagem que têm as rochas basálticas quanto à baixa temperatura de fusão e maior fluidez do fundido, o que as torna mais adequadas para o processamento cerâmico. No presente trabalho, rejeitos da mineração de rocha basáltica da região de Campinas, São Paulo, foram fundidos em escala laboratorial em forno elétrico a 1350°C, usando cadinhos de alta alumina, para a obtenção de uma primeira série de amostras de vidro. Mais uma série foi obtida, realizando a fusão da matéria-prima com adição de 0,5% em massa de Cr2O3 como agente de nucleação. Os vidros foram tratados termicamente à máxima temperatura de cristalização como sendo 880°C e 820°C durante 5, 10, 20, 30 e 60 minutos e 5, 20 e 60 minutos respectivamente. A evolução das fases cristalinas foi acompanhada por análise de densidade (método de Arquimedes) e difração de raios X (DRX). Foi realizada a medição da microdureza Vickers e resistência à micro-abrasão, e o vidro cristalizado observou-se por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os vidros da primeira série foram também moídos, até tamanhos de partícula ASTM 80 e ASTM 325, para avaliar sua capacidade de cristalização como pó de vidro. Eles foram caracterizados mediante DRX e MEV. / Basalt glass-ceramics represent one of the most important family of glass-ceramics. The wear resistant, is now the technical performance requirement in material, basalt glass-ceramics cover that need and have a direct application for their good mechanical and anti-abrasive properties. In addition, the basaltic rocks have the advantage of a low melt temperature and higher fluidity melt. In this paper, a mining waste of basaltic rock from the city of Campinas, São Paulo, was melted in laboratory scale, in an electric furnace at 1350°C, in high-alumina crucibles, to obtain the first series of basalt glass samples. Other series was obtained by melting of the raw material with addition of 0,5% wt. of Cr2O3 as a nucleating agent. The glasses were heat treated at the maximum crystallization temperature: 880oC during 5, 10, 20, 30, and 60 minutes and 820°C during 5, 20 and 60 minutes, respectively. The evolution of the crystalline phases was accompanied by density and X-ray diffraction (XRD) analyses. Vickers hardness and micro-abrasion resistance of the samples were also carried out, and the crystallized glasses were observed in a scanning electron microscope (SEM). The first series of glasses were also milled, until particle sizes ASTM 80 e ASTM 325, for the evaluation of their ability to crystallization as glass powder. They were characterized by XRD and SEM.

As vantagens de um sistema gaseificador como solução energética na gestão de resíduos sólidos urbanos incentivaram o desenvolvimento de um sistema de gaseificação que opere na horizontal, ou parcialmente inclinado, e que utilize vários tipos de resíduos, principalmente os classificados como biomassa para a geração de gás combustível ou de síntese. O gaseificador tem sido fortemente recomendado como uma tecnologia promissora para o tratamento térmico dos resíduos sólidos, nesse trabalho experimentou-se algumas biomassas como matéria-prima para o protótipo, e atualmente tem sido testado o bagaço da cana-de-açúcar como biomassa a testar na co-gaseificação com os resíduos sólidos municipais, devido a sua abundância na região, além da sua capacidade térmica. Com isso, desafios como a destinação final dos resíduos sólidos urbanos, eliminação dos lixões atendendo às responsabilidades estabelecidas na Lei Federal do Saneamento Básico (Lei nº 11.445/2007) e na Política Nacional de Resíduos Sólidos PNRS (Lei nº 12.305/2010) e melhorar as fontes de energia complementares à energia das usinas hidroelétricas, base da matriz da energia elétrica brasileira, buscando uma alternativa ambientalmente segura e economicamente viável, podem ser superados. O gaseificador, ainda não demonstra resultados relevantes quanto aos seus produtos gerados, contudo, a pesquisa é inovadora e sugere mais investimentos para seu avanço, tendo como resultados parciais a detecção, pelo cromatógrafo, dos gases: hidrogênio, nitrogênio, metano e dióxido de carbono, tanto com o reator aberto quanto fechado. / The advantages of a gasifier system as energy solution in the management of municipal solid wastes encouraged the development of a gasification system that operates horizontally, tilted or partially, and uses various types of waste, especially those classified as selective collection of waste as material to generate fuel gas or synthesis. The gasifier has been strongly recommended as a promising technology for the thermal treatment of solid waste, in this study experienced are some biomass as feedstock for the prototype, and currently it has been tested bagasse from sugar cane as biomass testing in co-gasification with municipal solid waste, due to its abundance in the region beyond its thermal capacity. Thus, challenges such as the disposal of municipal solid waste, elimination of landfills, that meet the responsibilities set out in the Federal Law of Sanitation (Law No. 11.445/2007) and the National Policy on Solid Waste - PNRS (Law No. 12.305/2010) and improve additional sources of energy from hydroelectric energy, base matrix of Brazilian electricity, seeking an alternative environmentally safe and economically viable. The gasifier, yet shows results relevant to their products as generated, however, this research is innovative and suggests more investment to its advancement, having as partial results the detection of gases, by the chromatograph: hydrogen, nitrogen, methane and carbon dioxide, with the reactor open and the closed mode.

Este estudo analisou, em um primeiro momento, soldas de trilhos perlíticos para carga pesada soldados pelo processo aluminotérmico e solda topo com centelhamento (Flash butt-weld) focando nas alterações macro e microestruturais, bem como alterações de dureza decorrentes do processo. Uma junta em situação de uso real também foi estudada comparando-se o comportamento de deformação e desgaste à condição sem uso. Todos os casos apresentaram comportamento semelhante na zona afetada pelo calor possuindo perda de dureza em região de microestrutura esferoidizada. A origem desta estrutura foi, então, discutida. A formação de esferoidização pelo fenômeno de redução de energia de interface por movimentação de interfaces sólidas é considerado incompatível com os tempos dos processos utilizados. A hipótese de formação da zona esferoidizada por transformação do eutetóide divorciado (Divorced Eutectoid Transformation, DET) foi testada por meio de simulações de ciclos térmicos em dilatômetro de têmpera, para três diferentes aços. Com base nos resultados é seguro afirmar que o processo envolvido na esferoidização ao final da zona afetada pelo calor de trilhos perlíticos soldados é, de fato, a transformação do eutetóide divorciado. Confirmando esta hipótese, observa-se que o aumento do teor de carbono nos trilhos aumenta a faixa de esferoidização. / This work analyzed, initially, pearlitic heavy haul rail thermite welds and flash buttwelds, focusing in macro and microstructural changes as well as hardness changes occurring due to the processes. A weld in real use was also studied comparing the deformation behavior and wear to the unused condition. All cases presented similar behavior at the heat-affected zone with hardness loss associated to a spheroidized microstructure. The mechanisms for the formation of this structure, was discussed. The spheroidization by solid interface movement, driven by interface energy reduction, is not compatible with the processing times for welding. The hypothesifs of spheroidized region formation by a divorced eutectoid transformation (DET) was tested by simulated heat-treatments using a dilatometer and three different steels. Based on that it is safe to conclude that the process for the formation of an spheroidized zone at the end of the heat-affected zone on welded pearlitic rails is, indeed, the divorced eutectoid transformation. Furthermore, the carbon content was shown to increase spheroidization range.

A nacionalização de componentes para a indústria nuclear é de grande importância para o Brasil não só pela diminuição de custo como também pela absorção de tecnologia incorporada no desenvolvimento dos materiais e processos envolvidos. A grade espaçadora fabricada em tiras de Inconel 718 e soldada por feixe de elétrons é um desses componentes que não são fabricados no Brasil e constituem papel fundamental na estrutura do Elemento Combustível. Na realização deste projeto foram empregadas tiras de Inconel 718, fornecidas pelas Indústrias Nucleares do Brasil S.A. - INB. Inicialmente as tiras no estado anterior à soldagem foram caracterizadas através de análise química, ensaios de tração e avaliação microestrutural por microscopia óptica e eletrônica. Após montagem das tiras em arranjos adequados para execução dos ensaios, os corpos de prova foram soldados por feixe de elétrons em vácuo (<= 5?10-4 mbar) variando-se os principais parâmetros envolvidos no processo, como a corrente do feixe, corrente de focalização e tempo de soldagem. As juntas soldadas foram avaliadas quanto à geometria do cordão obtido e mecanicamente através de ensaio de dureza e de cisalhamento, objetivando determinar a força máxima anterior à ruptura. Este último realizou-se em uma máquina de tração convencional usando corpo de prova adaptado. Também foram realizadas avaliações por microscopia óptica e eletrônica de varredura (MEV) acoplada a um espectrômetro de massa por energia dispersiva (EDS) para evidenciar as principais características microestruturais do cordão de solda, como a presença e morfologia das fases constituintes e a extensão e zonas de transição presentes. Posteriormente à definição dos parâmetros de soldagem a serem empregados, foram realizados tratamentos térmicos de solubilização e envelhecimento para diferentes ciclos térmicos. As amostras resultantes dos diferentes ciclos térmicos também foram caracterizadas através dos procedimentos descritos anteriormente, com o objetivo de se definir quais condições aplicadas no tratamento térmico resultaram em propriedades mais adequadas ao produto. A partir dos resultados obtidos, tornou-se possível correlacionar a influência da soldagem e do tratamento térmico com a evolução da microestrutura e das propriedades mecânicas avaliadas. Tais resultados auxiliarão na definição de parâmetros de processo a serem empregados pelas Indústrias Nucleares do Brasil S.A. na fabricação do componente citado. / The nationalization of componets for the nuclear industry is very important to Brazil, not only for the cost reduction, but also for the technological gain when materials and process are developed. The spacer grid fabricated with Inconel 718 and welded by electron beam is one of this components which is not fabricated in Brazil and it is a very important constituent of the fuel assembly structure. On the development of this project it were employed Inconel 718 straps, supplied by Indústrias Nucleares do Brasil S.A. - INB. Initially, before the welding phase, the straps were characterized by chemical analysis, tensile tests and microstructural evaluation using optical and electron microscopy. After the assembly of the straps in an adequate arrangement for execution of the tests, the test specimen were welded by electron beam in a vacuum (<= 5?10-4 mbar) and the main process parameters were ranged, like the beam current, focusing current and the welding time. The welded joints were evaluated according with the obtained weld filet geometry and it were also mechanically evaluated by the hardness and shear tests, aiming to determine the maximum force before collapse. The shear test was performed on a conventional tensile test machine using an adaptative test specimen. It were done, also, evaluations by optical and scanning electron microscopy (SEM) connected with Energy Dispersive Spectrometry (EDS), to evidence the main microstructural characteristics of the weld filet, like the presence and morfology of the constituent phases, and the presence of transition zones. After the definition of these weld parameters to be employed, it were done annealing and aging thermal treatments for differents thermal cycles. The resultings samples of the differents thermal cycles were also characterized by the procedures described earlier, with the purpose to define which condition used for the thermal treatment resulted in more suitable properties for the product. With the obtained results, it become possible to correlate the influence of welding and the thermal treatment with the microstructural evolution and the evaluated mechanical properties. Such results will help Indústrias Nucleares do Brasil S.A. - INB to define the employed parameters in the manufacture process of this component.

To evaluate potential uses for friction stir welding in additive manufacturing, two separate parts were fabricated, one of 2195-T84 and the other 2219-T87, utilizing fixed pin techniques and additive lap welds. The parts were cut into samples, artificially aged and subjected to Rockwell hardness (HRB), Vickers hardness, micrographic photography, and metallographic imaging on both pre- and post- heat treatment. Additionally, tensile testing was performed on the heat-treated samples. A comparisons of test results showed a minimal increase in the yield strength of the 2195-T84 samples compared to as-welded tensile results obtained from a previous project. The ultimate tensile strength was reduced by approximately 16%. Further testing will be required to determine the nature of this reduction. No previous results were available for the as-welded 2219-T87, but UTS of the artificially aged samples was approximately 91% that of the parent material.

Cette thèse a permis d’évaluer l’effet des changements de morphologie d’un matériau cimentaire soumis à un traitement thermique jusqu’à T (≤ 400°C). Pour cela, nous avons caractérisé expérimentalement le comportement mécanique (en compression uniaxiale, compression hydrostatique avec ou sans déviateur), poro-mécanique (modules d’incompressibilité Kb, Ks et coefficient de Biot b) et hydraulique (perméabilité au gaz), d’un mortier modèle E/C=0,5 suite à un cycle de chauffage/refroidissement. Les essais mécaniques multiaxiaux sont couplés aux mesures de perméabilité, qui servent d’indicateur de la progression de la fissuration du matériau sous contrainte. Nous avons également mis au point un essai original, permettant de quantifier le volume de l’espace poreux interconnecté sous chargement hydrostatique Pc. La création de porosité occluse sous l’effet d’un accroissement du confinement est confirmée, et ainsi la diminution de la rigidité de la matrice solide Ks avec Pc après traitement thermique T>200°C. Nous avons également identifié un effet bouchon (aucun passage de gaz) lors d’un chargement couplé, thermique et en compression hydrostatique du mortier mais aussi de bétons industriels (CERIB et ANDRA). Afin d’analyser l’évolution des propriétés mécaniques et poro-élastiques après traitement thermique, un modèle prédictif thermo-élasto-plastique avec endommagement isotrope et une approche micro-mécanique descriptive, intégrant la présence de micro-fissures, y sont couplés / This work investigates the effects of morphological changes of a cement-based material subjected to heat treatment (up to 400°C). For a model W/C=0.5 mortar, we have characterized experimentally hydraulic behaviour (gas permeability), mechanical behaviour (in uniaxial compression, hydrostatic compression with or without deviatoric stress) and poro-mechanical behaviour (incompressibility moduli Kb, Ks and Biot’s coefficient b) after a heating/cooling cycle. We have also developed an original experiment aimed at quantifying the accessible pore space volume under hydrostatic compression. The creation of occluded porosity under high confinement is confirmed, which justifies the observed decrease of solid matrix rigidity Ks under high confinement. A gas retention phenomenon was identified under simultaneous thermal and hydrostatic loadings for mortar, and industrial concretes (provided by CERIB and ANDRA). A predictive thermo-elasto-plastic model with isotropic damage and a micro-mechanical approach, which represents micro-cracking, are coupled in order to analyze or predict the evolution of mechanical and poro-elastic properties after heat cycling

Many of the projects utilizing Grade 91 steel are large in scale, therefore it is necessary to assemble on site. The assembly of the major pieces often requires welding in the assembly; welding drastically changes the superior mechanical properties of Grade 91 steel that it was specifically developed for. Therefore, because of the adverse effects of welding on the mechanical properties of Grade 91, it is necessary to do a localized post weld heat treatment. In this study a localized post weld heat treatment is used to gather experimental data. The data is then used to derive unknown heat transfer coefficients that are necessary for theoretically modeling heat treatments. With the derived coefficients that have been found one can theoretically model heat treatment scenarios specific to the situations and provide results that are reliable and provide insight as to what parameters will provide the best results. This research is very beneficial to the joining of metals industry because it provides a way to ensure the method used to heat treat the welded section is being properly done, and the required heat treatment is achieved. It is applicable to many different geometries so that it can be modified to specific situations.

Three separate experiments were conducted to investigate the effects of heat treatment on meat heme and nonheme iron bioavailability in anemic rats. Male weanling Sprague-Drawley rats were first made anemic, then subsequently fed with experimental diets. In the first experiment, dietary iron sources were raw or autoclaved meat mixed with ferrous sulfate to give the ratios of iron from meat and ferrous sulfate equal to 100:0, 75:25, 50:50, 25:75, and 0:100 respectively. For the second experiment, the dietary iron sources were raw or autoclaved meat mixed with bovine hemoglobin (HB) to give dietary iron ratios as described for experiment 1. For experiment 3, dietary iron sources were boiled meat and baked meat. Known amounts of the experimental diets were fed the anemic rats for a 10-day repletion period. Body weight, hemoglobin concentration and hematocrit were determined before and after the repletion period. The animals were then sacrificed and the liver iron content was measured, as was the iron content of the feces from the last 7 days on test of each rat. In vitro digestion was done to determine the amount of soluble iron in the diets. Heat treatment increased the bioavailability of iron from hemoglobin from 23% to 30%. The effect of cooking on the bioavailability of iron from meat and ferrous sulfate were negligible. The efficiencies of conversion were 35, 37, 36 and 37 for raw meat, autoclaved meat, boiled meat and baked meat, respectively. Ferrous sulfate gave the highest bioavailability in anemic rats (65%). As the dietary proportion of iron from ferrous sulfate increased, the dietary iron bioavailability increased proportionally. Iron bioavailability decreased as the proportion of dietary iron from hemoglobin (HB) increased. Meat did not increase the bioavailability of iron from either ferrous sulfate or hemoglobin. Heat treatment decreased the heme iron content in the diets but did not affect the amount of soluble iron. Soluble iron content increased as the dietary proportion of iron from ferrous sulfate or hemoglobin (HB) increased. There was no correlation between the iron. bioavailability in rat and the soluble iron content determined by in vitro digestion.