Digital image correlation techniques (DICT), a non-contact deformation measuring technique based on gray value digital images, have become increasingly used over the last years. By using the DIC technique during a tensile test, the deformation behavior of different engineering material under an applied load can be determined and analyzed. Digital images, acquired from a tensile test, can be correlated by using DICT software and from that the local or global mechanical properties can be calculated. The local or global mechanical properties determination of a flat test specimens are based on the displacements or changes in a previous stochastic sprayed or natural pattern. The used material for this purpose is cast silicon (Si) based aluminium (Al) component, designated as AlSi7Mg0.3 (Anticorodal-78 dv). The hypoeutectic Al- Si alloy is widely applicable for engine constructions, vehicle and aerospace constructions, shipbuilding, electrical engineering and constructions for food industry. There are many microstructural parameters in a binary system Al- Si alloys, which the mechanical properties can be depended on, for instance phase distribution, Secondary Dendrite Arm Spacing (SDAS), morphology of Si particles (Roundness) and microscopic defects or pores. All these parameters can contribute to enhance the proper mechanical performance (e.g. Strength and ductility) in the Al-Si cast components.

CNPq, CAPES, FINEP / Devido à alta resistência a corrosão, os aços inoxidáveis possuem uma larga aplicabilidade em diversos setores industriais, seja indústria química, petroquímica ou alimentícia. Buscando atender solicitações ainda mais severas, métodos que melhorem a relação resistência à corrosão e propriedades mecânicas destes aços tem sido objeto de estudo de diversos pesquisadores. Com o objetivo de aumentar a resistência mecânica, dureza superficial e resistência à corrosão dos aços inoxidáveis propôs-se a introdução de nitrogênio em solução sólida pelo processo de SHTPN (Solution Heat Treatment after Plasma Nitriding), em desenvolvimento no GrMaTS/UTFPR. O nitrogênio apresenta algumas vantagens como a redução da tendência à precipitação, e a estabilização da camada passiva. Além disso, o nitrogênio reage na área anódica, o que neutraliza o efeito da acidez melhorando assim a resistência a corrosão. Neste trabalho avaliou-se a resistência à corrosão do aço inoxidável ferrítico AISI 409, após a obtenção de uma camada martensítica enriquecida com nitrogênio em solução solida por meio do processo SHTPN. Em seguida foram avaliados os efeitos da temperatura de revenimento (200, 400 e 600 °C) e da temperatura de austenitização (950 e 1050 °C) na microestrutura, dureza e resistência à corrosão da camada martensítica obtida. A resistência à corrosão foi avaliada pela técnica de polarização cíclica em solução de NaCl 0,5 mol/L e os perfis de dureza obtidos por medição de dureza Vickers com carga de 0,05 Kgf (0,49 N). A microestrutura foi avaliada por Microscopia Óptica, Eletrônica de Varredura e por Difração de Raios-X. Os resultados indicam que o tratamento de SHTPN promoveu a formação de uma camada martensítica de nitrogênio, com consequente acréscimo de dureza de 160 HV para 580 HV. O tratamento têmpera após SHTPN não afetou significativamente a dureza do aço, contudo, refinou e melhorou a distribuição da martensita de nitrogênio. Os resultados de corrosão para as condições tratadas e revenidas a 200 °C indicam resistência à corrosão superior ou equivalente à da ferrita do material não tratado (AISI 409). Já as amostras revenidas nas temperaturas de 400 e 600 °C apresentaram um decréscimo na resistência à corrosão, bem como foi observada uma diminuição da dureza da amostra revenida a 600 °C. / Due to high corrosion resistance, stainless steels have a wide applicability in many industrial sectors, such as, chemical, petrochemical and food industries. With the demand for corrosion resistance materials becoming more stringent, methods that improve the relation corrosion resistance and mechanical properties of these steels has been studied by many researchers. In order to increase the mechanical strength, surface hardness and corrosion resistance of stainless steels we proposed the introduction of nitrogen in solid solution by the process of SHTPN (Solution Heat Treatment after Plasma Nitriding), under development in GrMaTS/UTFPR . Nitrogen in solid solution has some advantages over materials that have only carbon in the structure such lower tendency for precipitation and stabilization of the passive layer. In addition, the nitrogen reacts in the anodic area, which neutralizes the effect in the acidity thus improving the corrosion resistance. This research evaluate the corrosion resistance of ferritic stainless steel AISI 409, after obtaining a martensitic layer enriched with nitrogen, in solid solution, by SHTPN process. Effects of tempering temperature (200, 400 and 600 °C) and austenitization temperature (950 to 1050 °C) in the microstructure, hardness and corrosion resistance of martensitic layer obtained. Corrosion resistance was evaluated by cyclic polarization technique, with a NaCl solution 0.5 mol/L, and hardness profiles obtained by measuring the Vickers hardness with a load of 0.05 kgf (0.49 N). Samples microstructure was investigated by optical microscopy, scanning electron microscopy and X- ray diffraction. Results indicate that the treatment of SHTPN promoted the formation of a martensitic nitrogen layer, with consequent increase of hardness of 160 HV to 580 HV on sample surface. Tempering treatments, realized after SHTPN did not significantly affect the hardness of steel, however, has refined and improved the distribution of nitrogen martensite. Corrosion results of sample treated and annealed at 200 °C indicate higher or equal resistance to that of the untreated ferrite materials (AISI 409) corrosion. Samples that were annealed at temperatures of 400 and 600 °C showed a decrease in the corrosion resistance as well as a decrease in hardness was observed in the sample tempered at 600 °C.

This diploma thesis deals with hot-formed helical compression springs. The first part of the thesis describes related problems and determines market potential. Following theoretical part describes the influence of contact line on behaviour of springs and compares it with normative regulations. Methods suitable for determination of helix shape are covered in the next part. The last part focuses on practical measurement, in which the change of helix shape during manufacture was observed. The main output of this diplomat thesis is suggestion of measures that should contribute to both optimization of manufacture and verification of FEM model.

Les alliages aluminium-silicium (Al-Si) ont attiré une attention considérable en raison de leur importance pour les applications industrielles. Dans le présent travail, des alliages à haute pureté (Al-12.7 wt. % Si) avec et sans ajout de strontium (400 ppm), solidifiés lentement en creuset ou de façon dirigée (DS), ont été préparés et traités thermiquement. L'influence de l'ajout de strontium et des post-traitements thermiques sur les caractéristiques microstructuraux et cristallographiques des phases eutectiques a été étudiée de façon systématique. Les caractéristiques de croissance du silicium eutectique (Si) dans l'alliage non modifié ainsi que dans l'Al-12.7Si Sr-modifié ont été étudiés. Pour le cas du non-modifié, la formation répétée de variantes de macles mono-orientées permet une croissance rapide du silicium eutectique selon le mécanisme twin plane re-entrant (TPRE). Microscopiquement, les cristaux de silicium ont une forme de plaque allongée dans la direction <1 1 0> non conforme à la croissance selon <1 1 2> présumée par le modèle TPRE. L'élongation selon <1 1 0> est réalisée par des paires en zigzag <1 1 2> sur des plans de maclage parallèles, conduisant à une disparition alternative et à la création de macles rentrantes à 141°. Ce mécanisme de croissance permet aux cristaux de silicium de n'exposer que les plans {1 1 1} à faible consommation d'énergie à la consolidation. Pour les alliages modifiés au strontium, des changements importants de morphologie apparaissent dans le silicium eutectique, attribuable à la croissance de TPRE restreinte et au maclage induit par les impuretés (IIT). Ce dernier améliore la croissance latérale en formant de nouvelles macles avec des plans de macles parallèles, tandis que le second conduit à une croissance isotrope en formant des macles orientées différemment. Le traitement thermique provoque l'affinement des grains des deux phases eutectiques. L'affinement de l'α-Al se produit en même temps que la fragmentation et la sphéroïdisation du silicium et est principalement lié à la fracture des grains de silicium en raison de leur capacité limitée à accommoder la très grande dilatation thermique l'α-Al, ainsi qu'à la diffusion des atomes d'aluminium au cours du traitement thermique. La rupture du silicium génère une force de "capillarité" qui active la diffusion d'atomes d'aluminium dans la fissure. En raison du caractère de substitution de la diffusion de l'aluminium, la migration des lacunes vers l'intérieur de l'α-Al est induite lorsque l'aluminium se déplace dans les fissures, ainsi les vides de la fracture du silicium sont transférés à l'α-Al. De cette façon, les cristaux d'α-Al sont altérés et déformés. Les défauts cristallins produits, à leur tour, initient la restauration et même la recristallisation du α-Al, ce qui entraîne une diminution de taille de grain. La phase α-Al dans l'alliage de Al-12.7Si-0.04Sr solidifiée directionnellement, affiche une forte texture de fibre <1 0 0> parallèle à la direction de solidification. De très gros grains <1 0 0> α-Al sont principalement formés à la périphérie de l'échantillon cylindrique en raison des directions d'évacuation de chaleur favorables disponibles pour les trois directions [1 0 0]. Après traitement thermique, l'intensité de la texture de la phase α-Al diminue en raison de la restauration et de la recristallisation, mais le type de texture ne change pas. Pour la phase de silicium eutectique dans l'alliage de coulée, il y a deux fibres principales de texture, <1 0 0> et <1 1 0> parallèles à la direction de solidification, accompagnées de deux composantes faibles, <2 2 1> et <1 1 3> dans la même direction. Les fibres <1 0 0> et <1 1 0> correspondent à des grains de silicium situés sur la périphérie et dans le centre de l'échantillon. Les composantes <2 2 1> et <1 1 3> proviennent de plusieurs macles de grains orientés <1 1 0> et <1 0 0>. Les faibles intensités de ces deux composantes sont liées à leur fraction volumique mineure [...] / Al-Si alloys have attracted considerable attention due to their importance to industrial applications. In the present work, both crucible slowly solidified and slowly directionally solidified (DS) high-purity Al-12.7 wt. % Si alloys with and without 400 ppm Sr addition have been prepared and heat treated. The influence of Sr addition and post heat treatments on the microstructural and crystallographic features of the eutectic phases has been systematically studied. The growth characteristics of eutectic Si in the unmodified and the Sr-modified Al-12.7Si alloys were investigated. For the non-modification case, the formation of repeated single-orientation twin variants enables rapid growth of eutectic Si according to the twin plane re-entrant (TPRE) mechanism. Microscopically, Si crystals are plate-like elongated in one <1 1 0> direction that is not in accordance with the <1 1 2> growth assumed by the TPRE model. The <1 1 0> extension is realized by paired <1 1 2> zigzag growth on parallel twinning planes, leading to alternative disappearance and creation of 141° re-entrants. This growth manner ensures Si crystals to expose only their low-energy {1 1 1} planes to the melt. For the Sr-modification case, substantial changes appear in eutectic Si morphology, attributable to the restricted TPRE growth and the impurity induced twinning (IIT) growth. The first enhances lateral growth by forming new twins with parallel twinning planes, while the second leads to isotropic growth by forming differently oriented twins. Heat treatment brings about refinement of both eutectic phases. The refinement of the α-Al occurs concomitantly with the fragmentation and spheroidization of Si and is mainly related to the fracture of the Si crystals due to their limited capacity to accommodate the giant thermal expansion of the α-Al and the diffusion of Al atoms to the cracks during the heat treatment. The Si fracture generates “capillarity” force that activates the diffusion of Al atoms to the gap of the crack. Due to the substitutional feature of Al diffusion, the migration of vacancies toward the interior of the α-Al is induced when Al moves to the gaps, thus the voids of the Si fracture are transferred to the α-Al. In this way, the crystals of α-Al are distorted and defected. The produced crystal defects, in turn, initiate recovery and even recrystallization of the α-Al, resulting in grain refinement. The α-Al phase in the directionally solidified Al-12.7Si-0.04Sr alloy, displays a strong <1 0 0> fiber texture in the solidification direction. Giant <1 0 0> α-Al grains are mainly formed in the outer circle region of the cylindrical specimen due to the favorable heat evacuation directions available for the three <1 0 0> directions. After heat treatment, the texture intensity of the α-Al phase decreases due to the recovery and recrystallization, but the texture type does not change. For the eutectic Si phase in the as-cast alloy, there are two main fiber texture components, <1 0 0> and <1 1 0> in the DS direction, accompanied by two weak components, <2 2 1> and <1 1 3> in the same direction. The <1 0 0> and <1 1 0> components are from Si crystals located in the outer circle and center regions of the cylindrical specimen. The <2 2 1> and the <1 1 3> components are from multiple twins of the <1 1 0> and <1 0 0> oriented crystals. The weak intensities of these two components are related to their minor volume fraction. Once heat treated, the twinned parts with minor volume fractions enlarge at the expense of their twin related matrix, thus the <1 1 0> component is weakened and accompanied by the intensification of the components from the twins. The disappearance of the <1 1 3> component and the appearance of the <1 1 5> component are due to crystallographic rotation of Si crystals during their fragmentation

Made available in DSpace on 2015-05-08T14:59:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3419531 bytes, checksum: 47a7d7cdb7277fb0c7f884e30a96df42 (MD5) Previous issue date: 2012-09-14 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work was evaluated the influence of multiple quenching in the peak temperatures of phase transformation (PTPT) in the alloy Cu-11.8Al-0.6Be-0.5Nb-0.27Ni (%wt), as well as the influence that deformation applied in temperatures above Ms, at nominal composition Cu-11.8Al-0.6Be-0.5Nb-0.27Ni, Cu-11.8Al-0.55Be-0.5Nb-0.27Ni and Cu-11.8Al-4Nb-2.16Ni-0.5Be, would have on the residual deformation. The alloys were melted, homogenized during 12h by 850ºC and machined using wire electroerosion. Then, the samples were quenched in water at room temperature and subsequently analyzed by optical microscopy, scanning electron microscopy, using energy dispersive x-ray, differential scanning calorimetric analysis and x-ray diffractometry. For samples quenched successively, it was found a large change in PTPT after 22 quenching, there is no reverse transformation in this range. From the 34th quenching, the PTPT remained constant around 420ºC and severe changes in your micrographs were detected. Nevertheless, there was no change in Cu/Al able to change the PTPT. Alloys with containing nominal composition 0.4% and 0.2%Be indicated strong influence of the Be in the PTPT. When analyzed by x-ray diffractometry, the sample with 0.2Be indicated the presence of &#946;' and &#947;' phases, when aged by 530ºC. For quantifying the residual deformations, the samples were subjected to static tensile and loading/unloading tests. When subjected large deformation and temperature near Ms, the results showed a great residual deformation, whereas small deformations with temperatures above Af showed not to be viable. The alloy Cu-11.8Al-4Nb-2.16Ni-0.5Be when tractioned, showed excessive weakness even after treatment of solubilization. / Neste trabalho avaliou-se a influência de têmperas múltiplas, nas temperaturas de pico da transformação de fase (TPTF) e na microestrutura da liga Cu-11,8Al-0,6Be-0,5Nb-0,27Ni (% em peso), bem como a influência que deformações aplicadas, em temperaturas a partir de Ms, às ligas de composição nominal Cu-11,8Al-0,6Be-0,5Nb-0,27Ni, Cu-11,8Al-0,55Be-0,5Nb-0,27Ni e Cu-11,8Al-4Nb-2,16Ni-0,5Be, teriam nas deformações residuais. As ligas foram fundidas, homogeneizadas durante 12h a 850ºC e usinadas via eletroerosão à fio. Em seguida, os corpos de prova foram temperados em água a temperatura ambiente sendo posteriormente analisadas via microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, utilizando-se energia dispersiva de raios-x (EDS), análise calorimétrica diferencial de varredura (DSC) e difratometria de raios-X. Para as amostras cicladas termicamente, verificou-se que após 22 têmperas uma mudança significativa nas TPTF ocorre, não havendo a partir deste intervalo transformação reversa. A partir da 34ª têmpera, as TPTF permaneceram constantes em torno de 420ºC e as micrografias indicaram mudanças severas em suas microestruturas. Não obstante, não se verificou alteração na relação Cu/Al capaz de alterar as TPTF. As amostras contendo composição nominal de 0,4% e 0,2% de Be indicaram que as ligas estudadas são fortemente influenciadas pela presença do Be. Quando analisada por difratometria de raios-x, a amostra com 0,2Be indicou a presença das fases &#946; e &#947; , quando submetida a tratamento de envelhecimento a 530ºC. Para a quantificação das deformações residuais, os corpos de prova foram submetidos aos ensaios de tração estática e de carregamento/descarregamento. As amostras submetidas a deformações próximas as de ruptura e com temperatura de ensaio próximo a Ms mostraram resultar em deformações residuais de maiores intensidades, enquanto quedeformações de pequena magnitude, com temperaturas acima de Af, mostraram não serem viáveis. A liga de composição nominal Cu-11,8Al-4Nb-2,16Ni-0,5Be, quando ensaiada sob tração, mostrou fragilidade excessiva mesmo após tratamento térmico de solubilização.

CNPq, CAPES, FINEP / Devido à alta resistência a corrosão, os aços inoxidáveis possuem uma larga aplicabilidade em diversos setores industriais, seja indústria química, petroquímica ou alimentícia. Buscando atender solicitações ainda mais severas, métodos que melhorem a relação resistência à corrosão e propriedades mecânicas destes aços tem sido objeto de estudo de diversos pesquisadores. Com o objetivo de aumentar a resistência mecânica, dureza superficial e resistência à corrosão dos aços inoxidáveis propôs-se a introdução de nitrogênio em solução sólida pelo processo de SHTPN (Solution Heat Treatment after Plasma Nitriding), em desenvolvimento no GrMaTS/UTFPR. O nitrogênio apresenta algumas vantagens como a redução da tendência à precipitação, e a estabilização da camada passiva. Além disso, o nitrogênio reage na área anódica, o que neutraliza o efeito da acidez melhorando assim a resistência a corrosão. Neste trabalho avaliou-se a resistência à corrosão do aço inoxidável ferrítico AISI 409, após a obtenção de uma camada martensítica enriquecida com nitrogênio em solução solida por meio do processo SHTPN. Em seguida foram avaliados os efeitos da temperatura de revenimento (200, 400 e 600 °C) e da temperatura de austenitização (950 e 1050 °C) na microestrutura, dureza e resistência à corrosão da camada martensítica obtida. A resistência à corrosão foi avaliada pela técnica de polarização cíclica em solução de NaCl 0,5 mol/L e os perfis de dureza obtidos por medição de dureza Vickers com carga de 0,05 Kgf (0,49 N). A microestrutura foi avaliada por Microscopia Óptica, Eletrônica de Varredura e por Difração de Raios-X. Os resultados indicam que o tratamento de SHTPN promoveu a formação de uma camada martensítica de nitrogênio, com consequente acréscimo de dureza de 160 HV para 580 HV. O tratamento têmpera após SHTPN não afetou significativamente a dureza do aço, contudo, refinou e melhorou a distribuição da martensita de nitrogênio. Os resultados de corrosão para as condições tratadas e revenidas a 200 °C indicam resistência à corrosão superior ou equivalente à da ferrita do material não tratado (AISI 409). Já as amostras revenidas nas temperaturas de 400 e 600 °C apresentaram um decréscimo na resistência à corrosão, bem como foi observada uma diminuição da dureza da amostra revenida a 600 °C. / Due to high corrosion resistance, stainless steels have a wide applicability in many industrial sectors, such as, chemical, petrochemical and food industries. With the demand for corrosion resistance materials becoming more stringent, methods that improve the relation corrosion resistance and mechanical properties of these steels has been studied by many researchers. In order to increase the mechanical strength, surface hardness and corrosion resistance of stainless steels we proposed the introduction of nitrogen in solid solution by the process of SHTPN (Solution Heat Treatment after Plasma Nitriding), under development in GrMaTS/UTFPR . Nitrogen in solid solution has some advantages over materials that have only carbon in the structure such lower tendency for precipitation and stabilization of the passive layer. In addition, the nitrogen reacts in the anodic area, which neutralizes the effect in the acidity thus improving the corrosion resistance. This research evaluate the corrosion resistance of ferritic stainless steel AISI 409, after obtaining a martensitic layer enriched with nitrogen, in solid solution, by SHTPN process. Effects of tempering temperature (200, 400 and 600 °C) and austenitization temperature (950 to 1050 °C) in the microstructure, hardness and corrosion resistance of martensitic layer obtained. Corrosion resistance was evaluated by cyclic polarization technique, with a NaCl solution 0.5 mol/L, and hardness profiles obtained by measuring the Vickers hardness with a load of 0.05 kgf (0.49 N). Samples microstructure was investigated by optical microscopy, scanning electron microscopy and X- ray diffraction. Results indicate that the treatment of SHTPN promoted the formation of a martensitic nitrogen layer, with consequent increase of hardness of 160 HV to 580 HV on sample surface. Tempering treatments, realized after SHTPN did not significantly affect the hardness of steel, however, has refined and improved the distribution of nitrogen martensite. Corrosion results of sample treated and annealed at 200 °C indicate higher or equal resistance to that of the untreated ferrite materials (AISI 409) corrosion. Samples that were annealed at temperatures of 400 and 600 °C showed a decrease in the corrosion resistance as well as a decrease in hardness was observed in the sample tempered at 600 °C.

O aço SAE 1552 modificado é um desenvolvimento recente da família do aço carbono manganês ligado ao silício, sendo utilizado para confecção de grampo U que tem como finalidade prender o feixe de molas no eixo do veículo. A somatória das fases de produção dessa matéria prima introduz os limites de resistência mecânica final necessária para atender a classe de resistência normativa. A peça produzida com esse aço tem alcançado crescimento de utilização na indústria automotiva devido à mesma apresentar propriedades mecânicas que atendem a requisitos normativos de classe de resistência e com vantagem de evitar tratamento térmico na fase de confecção do grampo e sendo esse processo realizado a frio em todas as suas fases. O objetivo desse trabalho foi estudar falha de grampo na etapa do processo de dobramento em forma de U e aplicar ensaios como: programa de simulação de tratamento térmico Stecal 3.0, ultrassom, fadiga, teste de cela e análise de fratura para solucionar essas falhas. Também foi realizado ensaios para prever fraturas catastróficas como: elementos finitos através de programa de computador Abaqus, ensaio de extensometria, tenacidade a fratura e medições de tensões residuais através de técnica de difração de raios-x. Foi concluído através dos resultados dos estudos de microestrutura resultante de tratamento térmico da matéria prima que o processo com resfriamento controlado em esteira é mais adequado para a produção do aço para confecção de grampo. O ensaio de ultrassom antes e após ensaio de fadiga possibilitou dimensionar o crescimento da profundidade da trinca em cotovelo de grampo e através de elementos finitos e extensometria associado com mecânica da fratura foi possível conhecer as tensões em ponto de estudo e entender o motivo de não ocorrer falha catastrófica. O ensaio de difração de raios-x permitiu o entendimento das tensões residuais introduzidas na peça de estudo. / SAE 1552 steel modified is a recent development of manganese carbon steel group linked to silicon, which is used to manufacture u-bolt that aims to fix leaf spring at vehicle axle in the back part. The sum of production stages of this raw material introduces the final mechanical resistance limits to meet class rules resistance. The piece produced with this steel has achieved growth of use in the automotive industry due to the mechanical properties it presents, which meet regulatory requirements for strength class and the advantage of avoiding heat treatment during manufacturing of the u-bolt and all the phases of this process are carried out in cold. This work aims to study the u-bolt failure during the folding process in the form of U and apply tests such as heat treatment simulation -Stecal 3.0, ultrasonic test, fatigue test, cell testing and analysis of crack. Other tests have been carried out to predict catastrophic fractures such as: finite element through computer program called Abaqus, extensometry testing, toughness testing for fracture and residual stress measurement by X ray diffraction technique. Results of heat treatment studies, by microstructure analysis, allowed choosing appropriate process for steel production. Ultrasonic testing before and after fatigue testing enabled to measure growth of crack depth on u-bolt elbow, and through finite element and extensometry testing associated with Mechanical of Fracture it was possible to know the stress concentrated at a point and to understand why catastrophic failure did not occur. Residual stress understanding has provided overall vision of u-bolt studied and contributed to have precision in measurement at inner and outer part of the u-bolt elbow.

Neste trabalho, propõe-se um modelo numérico-computacional representativo dos processos de tratamento térmico, que seja uma ferramenta eficiente e forneça meios para um entendimento efetivo do mecanismo de geração de tensões residuais durante a têmpera de aços. Foram investigados os fenômenos térmicos, mecânicos e de transformação de fase observados na têmpera, bem como o acoplamento entre esses três fenômenos. O modelo utiliza o Método dos Elementos Finitos (MEF) e o programa ABAQUS®, além de rotinas numéricas em FORTRAN responsáveis pela resolução do problema termo-mecânico-microestrutural acoplado. A utilização de sub-rotinas, que implementam uma alteração na formulação (matemática e numérica) do programa de Elementos Finitos, permite incluir no modelo as informações presentes em uma curva CRC (curva de resfriamento contínuo) do aço SAE 4140, implementando o cálculo de deformações da peça simulada de modo incremental e cumulativo. Os resultados mostram que a utilização das sub-rotinas desenvolvidas neste trabalho permitiu implementar, conjuntamente com o programa ABAQUS®, o cálculo das frações volumétricas, durezas, distorções e tensões que surgem em um tratamento térmico de têmpera, simulando as transformações martensítica, perlítica, bainítica e ferrítica. Os resultados dos modelos foram equivalentes aos relatados pela literatura, principalmente no que se refere às durezas e tensões associadas a cada transformação de fase. Em particular, os resultados indicam que a transformação martensítica está sempre associada à formação de tensões compressivas. Ensaios experimentais foram realizados a fim de validar os modelos computacionais propostos, utilizando-se um teste Jominy adaptado e instrumentado, de modo a permitir a amostragem da variação de temperaturas no material. Ensaios metalográficos permitiram correlacionar as frações volumétricas transformadas durante a têmpera do corpo de prova Jominy aos valores calculados pelo modelo numérico acoplado. / The objective of this work is to analyze residual strains and stresses and volumetric expansion due to phase transformations that occur during quenching of a steel body, as well as to predict these phase transformations. The coupled thermo-mechanical-phase transformation problem was analyzed, specifically in terms of the quenching process. Different computational models were presented, based on the finite element software ABAQUS® and on the use of FORTRAN subroutines. The continuous-cooling-transformation (CCT) diagrams of SAE 4140 steel are represented differently in each model, depending on the transformed phases and correspondent volumetric expansion. These subroutines include information from the CCT diagrams of SAE 4140 into a FORTRAN code. The subroutine calculates all the microstructures resulting from quenching (ferrite, pearlite, bainite, and martensite), depending on cooling rate. The numerical analysis conducted in this work provided results in terms of the temperature and stresses developed during quenching. The properties determined in this work are hardness, yield strength, volumetric fraction and distortion. Hardness has been predicted by the use of analytical equations. The finite element analyses were able to explain and reproduce phenomena observed during quenching of a steel cylinder. In particular, numerical results indicated that martensite formation is always related to a compressive stress field. The results of the models are in qualitative agreement with data provided by literature, particularly, in relation to the stresses originated by each different phase transformation during quenching process. Experimental testing was conducted, based on the analysis of the quenching of a Jominy probe, in order to validate the computational model developed in this work.

Made available in DSpace on 2014-08-20T14:30:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_aline_oliveira_ogliari.pdf: 2899521 bytes, checksum: 3a5e7870376f999dd52a171e479c76e9 (MD5) Previous issue date: 2012-12-10 / The aim of this study was to develop a simplified method for bonding to yttriastabilized zirconia ceramic. The method was based on deposition of a reactive silica layer on the ceramic surface followed by heat treatment. The study comprised six steps: (i) preparation of solutions using four concentrations of tetraethyl orthosilicate (TEOS) and zirconium tert-butoxide (ZTB) diluted in hexane; (ii) cutting and polishing of the zirconia substrate; (iii) organic silica-based treatment before (infiltration, INF) or after (coating, COA) zirconia sintering; (iv) analysis by scanning electron microscopy and energy dispersive spectroscopy (SEM-EDS); (v) G-Raman confocal spectroscopy analysis; (vi) shear bond strength to zirconia tested after 24-h and failure analysis. An untreated (control) and a commercial reference (Rocatec Plus, 3M ESPE) groups were tested. Quantitative data were analyzed using ANOVA and Tukey s post hoc test (P < 0.05). SEM micrographs showed that zirconia surface was covered by silica nanoparticle clusters. EDS and G-Raman analyses confirmed composition of this layer. The bond strength results showed that most groups that received coating (COA) and infiltration (INF) presented higher bonding potential than the untreated (control) group. Almost all experimental groups were similar to commercial reference. Mixed failures were predominant. In conclusion, the present study introduces a novel, simple, and cost-effective method to provide adhesion to yttria-stabilized zirconia ceramic. Both the method of silica deposition (if before or after zirconia sintering) and concentration of organic silica precursors have a significant impact on the adhesion of methacrylates to the treated zirconia / O objetivo deste estudo foi desenvolver um método simplificado para obtenção de adesão a uma cerâmica de zircônia estabilizada por ítria. O método foi baseado na deposição de uma camada reativa de sílica na superfície cerâmica seguida por tratamento térmico. O estudo compreendeu seis etapas: (i) preparo de 4 soluções contendo tetraetilortosilicato (TEOS) e tert-butóxido de zircônio (ZTB) diluídos em hexano; (ii) corte e polimento do substrato de zircônia; (iii) tratamento com os precursores orgânicos antes (infiltração, INF) ou depois (cobertura, COA) da sinterização da zircônia; (iv) análise por microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de energia dispersiva (MEV-EDS); (v) análise por espectroscopia confocal G-Raman; (vi) avaliação de resistência de união ao cisalhamento 24h após preparo e análise de falha. Grupos sem tratamento (controle) e uma referência comercial (Rocatec Plus, 3M ESPE) foram testados. Dados quantitativos foram analisados usando ANOVA e teste post hoc de Tukey (P < 0,05). Os resultados de MEV mostraram que a superfície da zircônia foi coberta por aglomerados de nanopartículas de sílica, sendo esta composição confirmada por EDS e análise de G-Raman. Os resultados do teste mecânico mostraram que a maioria dos grupos que receberam cobertura (COA) e infiltração (INF) apresentaram maior resistência de união que o grupo sem tratamento (controle). A maioria dos grupos experimentais foram similares à referência comercial. Falhas do tipo mistas foram predominantes. Em conclusão, o presente estudo introduz um método novo, simples e de baixo custo para promover adesão a cerâmicas de zircônia estabilizada por ítria. Tanto o método de deposição de sílica (se antes ou após sinterização da zircônia) e a concentração de precursores orgânicos de sílica têm impacto significativo na adesão de metacrilatos à cerâmica tratada

Fundação de Amparo a Pesquisa no Estado do Rio Grande do Sul / The aim of this study was to evaluate the effect of hard machining, thermal cycle for glazing and acid etching on the surface roughness and flexural strength of a leucite glass-ceramic. Additionally, it was investigated whether the roughness after machining would be influenced by the machining order and by the pair of burs employed. Six pair of burs were used to produce 144 discs by automated machining, which were divided into groups (n=24): 1) machining (M); 2) machining and heat treatment (MH); 3) machining and acid etching (MA); 4) machining, heat treatment and acid etching (MHA); 5) machining and polishing (MP); 6) machining, polishing and acid etching (MPA). The roughness after each treatment was measured using a contact profilometer. The discs were submitted to a piston-on-three ball flexure test (ISO 6872/2008). Weibull analysis was used to compare the characteristic strength (σ0) and Weibull modulus (m) of the groups. The effect of the treatments, machining order and pair of burs on the surface roughness of the specimens was analyzed. Machining reduced the σ0 when compared to polishing. The polishing protocol was able to eliminate the defects introduced by machining, which was observed by means of scanning electron microscopy. The heat treatment did not alter the roughness, but reduced the σ0 and created amorphous material on the ceramic surface, as shown by the x-ray diffraction. Acid etching increased roughness, without reduce σ0. The Weibull modulus did not differ significantly among the groups, which means that all the treatments resulted in similar defects distribution. Spearman s coefficient (rs) indicated strong and significant correlation between machining order and roughness (rsRa = -0,66; rsRz = -0,73). The roughness after machining differed significantly according to the pair of burs employed (p<0,05). Thus, hard machining and thermal cycle for glaze demonstrated a negative effect on the ceramic strength, as opposed to acid etching, which does not appear to affect the flexural strength of the material. Variability in the roughness data could be expected after machining, since the Ra and Rz values seem to be influenced by the machining order and the pair of burs employed. / O presente trabalho objetivou avaliar o efeito da usinagem de corte duro, do ciclo térmico de glazeamento e do condicionamento ácido na rugosidade superficial e na resistência flexural de uma cerâmica vítrea reforçada por leucita. Adicionalmente, buscou-se investigar se a rugosidade após usinagem seria influenciada pela ordem de usinagem e pelo par de brocas utilizado. Seis pares de brocas foram empregados na confecção de 144 discos por usinagem automatizada, os quais foram divididos nos grupos (n=24): 1) usinagem (U); 2) usinagem e tratamento térmico (UT); 3) usinagem e condicionamento ácido (UCA); 4) usinagem, tratamento térmico e condicionamento ácido (UTCA); 5) usinagem e polimento (UP); 6) usinagem, polimento e condicionamento ácido (UPCA). A rugosidade (Ra e Rz) após os tratamentos foi mensurada em perfilômetro de contato. Os discos foram submetidos ao ensaio de flexão biaxial piston-on-three ball (ISO 6872/2008). Análise de Weibull foi utilizada para comparar-se os grupos quanto à resistência característica (σ0) e ao módulo de Weibull (m). Os efeitos dos tratamentos, da ordem de usinagem e dos diferentes pares de brocas sobre a rugosidade superficial dos corpos de prova foi estudado. A usinagem reduziu a σ0, quando comparada ao grupo UP. O protocolo de polimento adotado foi capaz de eliminar os defeitos oriundos da usinagem, o que foi verificado por meio de imagens em microscopia eletrônica de varredura. O tratamento térmico não alterou a rugosidade, mas reduziu a σ0 e ocasionou a formação de material amorfo na superfície da cerâmica, como mostrado pela difração de raios-x. O condicionamento ácido aumentou a rugosidade, sem alterar a σ0. O valor de m não diferiu significativamente entre os grupos, o que significa dizer que os tratamentos aplicados na cerâmica resultaram em distribuição similar de defeitos. Coeficiente de Spearman (rs) indicou correlação forte e significativa entre ordem de usinagem e rugosidade (rsRa = -0,66; rsRz = -0,73), a qual diferiu significativamente conforme o par de broca empregado para a usinagem (p<0,05). Sendo assim, a usinagem de corte duro e o ciclo térmico usado no glazeamento demostraram efeito negativo na resistência da cerâmica, em oposição ao condicionamento ácido, o qual parece não afetar a resistência do material. Variabilidade dos dados de rugosidade pode ser esperada após usinagem, uma vez que os valores de Ra e Rz parecem ser influenciados pela ordem de usinagem e pelo par de brocas utilizado.