Hochfeste Leitermaterialien werden für gepulste Hochfeld-Magnetspulen benötigt, um damit die sehr hohen Magnetfelder mit einer magnetischen Flussdichte von bis zu 100 T zerstörungsfrei erzeugen zu können. Cu-Nb-Legierungen besitzen ein hohes Potential, um die widersprüchlichen Anforderungen an das Leitermaterial, wie hohe Festigkeit, hohe Leitfähigkeit und gute Verformbarkeit, zu erfüllen. Die Herstellung von Cu-Nb-Legierungen ist jedoch auf dem konventionellen Weg der Schmelzmetallurgie aufgrund der vernachlässigbar kleinen gegenseitigen Randlöslichkeit der beiden Komponenten sehr kompliziert. Die hier vorliegende Arbeit befasst sich mit Untersuchengen zur Technologie für die Herstellung von hochfesten Cu-Nb-Leitermaterialien auf der Basis der Pulvermetallurgie. Gleichermaßen ist die Entwicklung der Legierung Kerninhalt der vorliegenden Arbeit. Hierfür wurden während der einzelnen Prozessschritte sowohl die Entwicklung des Gefüges als auch die für die Anwendung relevanten Eigenschaften der Legierung untersucht und die Beziehungen zwischen Gefüge und mechanischen wie auch elektrischen Eigenschaften ermittelt.

Die Cu – Ag - Mikroverbund – Werkstoffe besitzen das Potenzial die gegensätzlichen Anforderungen an das Leitermaterial für den Einsatz in einem Hochfeldmagneten, wie hohe Festigkeit bei gleichzeitig hoher elektrischen Leitfähigkeit und ausreichender Verformbarkeit, zu erfüllen. Außerdem bieten diese Werkstoffe gegenüber den anderen, die dafür in Frage kommen können, den großen technologischen Vorteil einer konventionellen schmelzmetallurgischen Herstellung. Jedoch wurde bisher dafür eine sehr aufwändige Technologie verwendet, die die Herstellung des Leitermaterials nur im Labormaßstab ermöglicht. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit einer Technologie der Herstellung von Leitern, die den Anforderungen für den Einsatz in einem Hochfeldmagneten genügen können und in einem großtechnischen Maßstab verfügbar sind. Der Schwerpunkt der Leiterherstellung aus Cu – Ag - Legierung lag in der Einstellung der geeigneten Mikrostruktur über metallkundliche Mechanismen vor der Drahterzeugung. Hierfür wurden während der einzelnen Prozessschritten die Gefügeentwicklung und für die Anwendung relevante Eigenschaften der Legierungen in binären Cu – Ag – Legierungen und in ternären Cu – Ag -X –Legierungen untersucht. Darüber hinaus wurde der Einfluss der Mikrostruktur und der Zusammensetzung auf die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Drähte ermittelt sowie eine Korrelation zwischen Mikrostruktur und elektrischen Eigenschaften aufgestellt.

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À medida que a tecnologia de perfuração de poços desenvolveu-se nos últimos anos, explorando cada vez maiores profundidades, os efeitos do desgaste e corrosão têm aumentado proporcionalmente. Uma forma de viabilizar a exploração em águas profundas é revestir as ligas de aço de menor custo com ligas especiais de melhores propriedades, como a liga Inconel® 625. Os parâmetros de soldagem utilizados para a deposição de camadas sobre o substrato influenciam diretamente na qualidade e nas propriedades desses revestimentos. O objetivo deste trabalho foi determinar a influência das principais variáveis de soldagem sobre a dureza ao riscamento e coeficiente de atrito da superfície originada após a deposição de cordões de solda para revestimento. Foi utilizada a técnica de soldagem TIG alimentado automaticamente com duplo arame aquecido. As variáveis estudadas foram: Corrente de Soldagem; Velocidade de Soldagem; Corrente para Aquecimento do Material de Adição; Velocidade de Alimentação do Material de Adição e Composição do Gás de Proteção. Para a realização do estudo foi elaborado um planejamento experimental (DoE), composto central, de 05 fatores, totalizando 32 condições, cada uma correspondendo a cordões de solda depositados com diferentes conjuntos de variáveis. Os cordões foram submetidos ao ensaio de riscamento, onde foram medidos a área do sulco e o coeficiente de atrito da superfície. Os riscos gerados foram analisados em tribômetro para obtenção da topografia em 3D, e em Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV). A análise da influência das variáveis de soldagem sobre a área do sulco e o coeficiente de atrito foi realizada pela metodologia de superfície de resposta (RSM). Foram obtidos modelos matemáticos de 1ª e 2ª ordem correlacionando as variáveis de soldagem à área do sulco e ao coeficiente de atrito da superfície. Também foram geradas superfícies que correlacionam as variáveis às respostas. Observou-se que as variáveis de principal influência sobre a área do sulco são a velocidade de soldagem, corrente do arame e gás de soldagem, e que a velocidade de alimentação do arame possui forte influência quando relacionada com as outras variáveis de processo. Para o coeficiente de atrito, os fatores de maior influência foram as correlações entre as variáveis, principalmente a corrente de soldagem. / As well drilling technology has developed in recent years, exploring ever greater depths, the effects of wear and corrosion have increased proportionately. One way to make deep-water exploration feasible is to coat lower-cost steel alloys with special alloys of better properties, such as the Inconel® 625 alloy. The welding parameters used for deposition of layers on the substrate directly influence the quality and properties of these coatings. The objective of this work was to determine the influence of the main welding variables on the hardness to scratch and surface friction coefficient originated after the deposition of weld beads for coating. The GTAW welding technique was automatically fed with double heated wire. The variables studied were: Welding Current; Welding Speed; Current for Heating the Addition Material; Feed Speed of Addition Material and Shielding Gas Composition. Design of Experiments (DoE) technique was applied, central composite, of 05 factors, totalizing 32 conditions, each corresponding to weld beads deposited with different sets of variables. The beads were subjected to the scratch test, where the scar area and the surface friction coefficient were measured. The scratches were analyzed in tribometer to obtain the topography in 3D, and Scanning Electron Microscope (SEM). The analysis of the influence of the welding variables on the scar area and the friction coefficient was performed by the response surface methodology (RSM). First and second order mathematical models were obtained, correlating the welding variables to the scar area and the surface friction coefficient. Surfaces that correlate variables with responses were also generated. It was observed that the variables of main influence on the scar area are the welding speed, wire current and welding gas, and that the wire feed speed has a strong influence when related to the other process variables. For the coefficient of friction, the factors of greater influence were the correlations among the variables, mainly the welding current.

Foram estudados dois tipos de aços, aço convencional ZAR 230 (ZAR - Zincagem de alta resistência) e aço microligado ZSTE 380 (segundo norma SEW 093), sendo que foram avaliadas as suas propriedades mecânicas visando a substituição do aço convencional por aço microligado na estrutura tubular de uma carroceria para veículos de transporte coletivo de passageiros. O aço convencional vem sendo utilizado pela indústria de carrocerias há vários anos, já o aço microligado é utilizado basicamente em estruturas específicas que requeiram boas propriedades mecânicas e conseqüentemente redução de peso. A análise de viabilidade para a substituição de aço convencional por aço microligado em um módulo estrutural completo requereu uma série de ensaios: ensaios padronizados em laboratório foram executados para avaliação de suas principais propriedades mecânicas e químicas; ensaios de nós estruturais submetidos a uma carga forneceram informações para o uso em software de elementos finitos tanto para execução de cálculos estruturais, quanto para calibração de resultados. Os módulos estruturais foram preparados de acordo com as regulamentações ECE R66-00 (mercado europeu) e CONTRAN 811/96 (mercado brasileiro) e foram ensaiados exaustivamente até se obter o melhor resultado de deslocamento comparativamente aos dois materiais analisados. A validação da estrutura tubular foi obtida com a utilização do software Ansys Workbench 9.0 e a confecção de estrutura representativa de uma carroceria ensaiada conforme regulamentação CONTRAN 811/96. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-05-05T19:51:22Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Magnus Geder Henz Cruz.pdf: 4706762 bytes, checksum: 44526b5417018356b3a33f57c828c75e (MD5) / Made available in DSpace on 2014-05-05T19:51:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Magnus Geder Henz Cruz.pdf: 4706762 bytes, checksum: 44526b5417018356b3a33f57c828c75e (MD5) / Two kinds of steel were studied, conventional steel ZAR 230 (a standard for high strength galvanizing) and microalloyed steel ZSTE 380 (according to the regulation SEW 093). The study of its mechanical properties aimed to replace the steel for microalloyed steel in bodywork s tubular structure for collective transport vehicles of passengers. The conventional steel has been used for the bodywork industry for years, and the microalloyed steel is basically used in specific structures, those who require good mechanical properties and mass reduction. The analysis of the feasibility for the replacement of conventional steel for microalloyed steel in a complete structural model requires a series of tests. Lab tests were done to evaluate their main mechanical and chemical properties. The tests of the structural nodes and the structural behaviour when subjected to a load provided information to be used in the finite elements method software to do structural calculation and to calibrate the results. The structural modules were prepared according to the regulations ECE R66-00 (European market) and CONTRAN 811/96 (Brazilian market) and these modules were tested exhaustively to achieve the best displacement between the two materials that were analysed comparatively. The validation of the tubular structure was obtained using the software Ansys Workbench 9.0 and the production of the representative structure of a bodywork tested according the regulation CONTRAN 811/96.

O concreto autoadensável (CAA) tem a capacidade de fluir por obstáculos, preenchendo as fôrmas e resistindo à segregação, entretanto esse concreto apresenta proporção pasta-agregado alta, o que ocasiona um maior desprendimento de calor durante a hidratação do cimento bem como maior suscetibilidade a retração. Os cimentos oriundos da utilização de subprodutos industriais vêm ganhando atenção, devido à preocupação ambiental, sendo um deles o cimento supersulfatado (CSS). O CSS tem como constituintes a escória granulada de alto forno (80-90%), fonte de sulfato de cálcio (10-20%) e um ativador alcalino (até 5%), podendo, este último, ser o próprio clínquer Portland. Além do baixo gasto energético e da redução de emissão de CO2 o CSS, pode-se destacar pelo consumo de resíduos industriais que seriam descartados ao meio ambiente. Como principais características, este aglomerante apresenta baixo calor de hidratação e maior formação de etringitta nas primeiras idades, o que poderia viabilizar seu uso como um compensador de retração, características desejáveis no concreto autoadensável (CAA). Este trabalho busca estudar a adequação do CSS na produção de CAA e, para isso, dosou-se concretos autoadensáveis, utilizando o CSS e o cimento Portland pozolânico (CP IV) como referência, por ser um cimento de baixo calor de hidratação. Realizaram-se ensaios de autoadensibilidade, calor de hidratação, retração plástica e por secagem, módulo de elasticidade aos 28 dias, resistência à compressão aos 7,28 e 56 dias, absorção de água aos 28 dias e MEV aos 7 e 28 dias de hidratação. Os CAA’s produzidos com CSS apresentaram resultados superiores do que os produzidos com o CP IV que atenderam aos limites estabelecidos da NBR 15823 (2010) e, além disso, apresentaram menor taxa de liberação de calor e calor total liberado. O CSS obteve maiores valores de retração plástica, porém para retração por secagem o mesmo apresentou uma compensação de retração aos 28 dias de hidratação, apresentando valores inferiores ao CP IV. O CAA dosado com CP IV apresentou melhor desempenho na resistência mecânica, módulo de elasticidade e absorção de água, porém, apesar da menor resistência, o CSS apresentou valores que podem ser aplicados para diversas situações da construção civil, pois chegou a valores próximos a 40 MPa aos 28 dias. / SCC has the ability to flow through obstacles, filling the molds and resisting to segregation. However, this type of concrete has high cement paste-aggregate ratio, which causes higher heat release during cement hydration as well as higher susceptibility to retraction. Cements native from factory sub products are gaining attention due to environmental issues, being one of these the super sulfated cement (SSC). SSC has in its constitution granulated blast furnace slag (80%-90%), calcium sulfate (10-20%) and an alkaline activator (up to 5%), possibly Portland clinker. Besides low energy expense and a reduction in CO2 emission, SSC might stand out by its usage of factory waste which would be discarded to the environment. As its main characteristics, this type of binder presents low hydration heat release and higher formation of ettringite in the earlier ages, which could make it feasible to be used as a retraction compensator, characteristics desired in self-compacting concrete (SCC). This thesis studies the adequacy of SSC in SCC production, and for that reason SCC mixes were dosed using SSC and pozzolanic Portland cement type CP IV for benchmarks, as it is a low hydration heat release type of cement. Self-compacting tests were performed, as well as hydration heat tests, drying and plastic shrinkage, elasticity modulus at 28 days, axial compression resistance at the ages of 7, 28 and 56 days, water absorption at 28 days and SEM at 7 and 28 days of hydration. SCC’s produced with SSC presented superior results compared to CP IV cements that attended to the established limits is NBR 15823 (2010). SSC exhibited higher values for plastic shrinkage, but for drying shrinkage it presented retraction compensation at 28 days of hydration, showing inferior values compared to CP IV. SCC mixed with CP IV exhibited better performance on mechanical resistance, elasticity modulus and water absorption, but, despite its inferior resistance, SSC presented values that could be applied to a variety of situations in civil construction because its values reached around 40 MPa at 28 days.

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O presente trabalho avaliou a viabilidade do uso de Resíduos de Construção e Demolição (RCD) provenientes da geração de dois traços de concretos distintos. Um Concreto Convencional-CC (traço em massa:1:2,94:3,56; a/c:0,61) utilizando cimento CP IV 32 e outro concreto de Alta Resistência-CAR (traço em massa:1:1,11:2; a/c: 0,22; com adição, aditivo e pó xadrez vermelho) utilizando cimento CP V-ARI. Após 28 dias de cura, 3 corpos de prova de cada traço foram submetidos ao ensaio de resistência a compressão axial apresentando em média para CC 21,02 MPa e para CAR 95,09 MPa. Os materiais de ambos os traços foram cominuídos através de um britador de mandíbula ajustado para granulometria menor que 19,1 mm e retido em 4,75 mm. Com isso, foram realizados ensaios de granulometria de cada traço, e misturados em volumes iguais para o beneficiamento do material. Os primeiros ensaios foram realizados no jigue a ar, porém os resultados apresentados foram insatisfatórios. Para o jigue à água ocorreu uma separação visível de 3 estágios (Topo, Meio e Fundo) Utilizando somente as camadas de topo e fundo, os agregados reciclados de concreto (ARC) foram utilizados para confecção de novos concretos. Os resultados apontaram que a aplicação do jigue à água possibilitou um beneficiamento do material para uso como agregado graúdo. Os ensaios de resistência à compressão, os concretos produzidos com a camada de fundo do agregado reciclado superaram os produzidos com agregado natural. Nos ensaios de módulo de elasticidade, os concretos com o agregado natural exibiram resultados melhores do que os reciclados do topo, porém para os concretos produzidos com os agregados do fundo, os módulos se igualaram aos dos concretos com agregado natural. No ensaio de absorção, o concreto reciclado mostrou uma absorção maior que o concreto natural. Para a carbonatação os concretos com agregados reciclados tiveram melhores resultados. As avaliações dos efeitos foram concludentes para o uso do jigue no beneficiamento do agregado reciclado de concreto (ARC). / The present work evaluates the feasibility of using Construction and Demolition Waste (CDW) generated by two different concrete mixes, one being aconventional concrete-CC (mix:mass: 1:2, 94:3, 56, w/c: 0,61) using CP IV 32, and another being a high strength concrete - CAR (mix:mass: 1:1, 11:2, w/c: 0.22), with the addition of additive and red pigment) using cement CP V-ARI. After 28 days of curing, three test specimens of each concrete were submitted to the resistance test, presenting 21.02 MPa on average for CC and 95.09 Mpa for CAR. The materials of both mixes were comminuted by jaw crusher, and sieved to a particle size range of -19.1 mm + 4.75 mm. With this, granulometry, tests of each concrete were performed and the concretes were mixed in equal volumes for the application of the material processing. The first tests were performed by air jig, but the results were found to be unsatisfactory A visible separation of 3 stages (Top, Middle and Bottom) was achieved by use of water jig. Using only the top and bottom layers, Recycled Concrete Aggregates (RCA) was added for the creation of new concrete. The results indicate that the application of the water jig made it possible to improve the material for use as a large aggregate. For the compressive strength tests, the concretes produced with the bottom layer of the recycled aggregate surpassed those produced with natural aggregate. In the modulus of elasticity tests, concretes with the natural aggregate presented better results than those recycled from the top. For the concretes produced with the bottom aggregates, the modules matched that of the concrete with natural aggregate. In the absorption test the recycled concrete showed a higher absorption than the natural concrete. For carbonation the recycled had better results. An evaluation of the results concludes in favor of the use of water jig for the recycling of concrete aggregates (RCA).

O desenvolvimento e utilização de novos materiais, mais leves e com propriedades mecânicas superiores aos atuais, se mostram extremamente importantes devido à redução de peso e consequentemente redução na emissão de gases poluentes que poderiam gerar. As ligas de Fe-Mn-C com elevados teores de Mn (20-30%) representam um desenvolvimento muito recente de aços austeníticos, que, através dos seus mecanismos diferenciados de deformação reúnem elevada resistência mecânica com grande ductilidade. Essa nova classe de materiais estruturais possibilita uma efetiva redução de custos na produção através do reduzido tempo de processamento (sem a necessidade de tratamentos térmicos especiais e de processamentos termomecânicos controlados). A soldagem é, atualmente, o mais importante processo de união de metais usado no setor industrial. Dentro da variada gama de processos de soldagem existentes, a soldagem por fricção e mistura mecânica (SFMM, em inglês: Friction Stir Welding - FSW) se destaca por ser um processo de união no estado sólido que apresenta uma série de vantagens sobre as tecnologias convencionais de soldagem por fusão. Do ponto de vista metalúrgico, uma das suas principais vantagens se manifesta justamente na junção de materiais dissimilares, visto que o grau de mistura de composições e as transformações de fases entre materiais incompatíveis podem ser minimizados. Outra vantagem é que há um refino de grão no cordão de solda comparado com a microestrutura fundida que se forma nos processos convencionais. Este trabalho teve como objetivo produzir em escala laboratorial os aços de alta liga ao manganês com efeito TRIP, avaliar o impacto da velocidade de rotação da ferramenta na soldagem por fricção e mistura mecânica e avaliar a microestrutura e propriedades mecânicas das juntas soldadas. A microestrutura das juntas soldadas caracterizou-se pela presença apenas da zona de mistura e do metal base, além da formação de \'anéis de cebola\' na zona de mistura, esta não mostrou sinais de transformação martensítica induzida por deformação e sofreu recristalização dinâmica para todas as velocidades de rotação investigadas com a formação de grãos refinados e com morfologia equiaxial. Os corpos de tração fraturaram todos nos metais de base, mostrando que as propriedades mecânicas da zona de mistura foram superiores à do metal base e que a variação de aporte térmico alcançada com a velocidade de rotação da ferramenta não comprometeu a qualidade das juntas soldadas. / The development and application of new light materials with superior mechanical properties is extremely important to weight reduction in vehicles and consequently reduction of greenhouse gases emission. The Fe-Mn-C steels with high Mn (20-30%) are a recent development of austenitic steels, which, due to their different mechanisms of deformation, possesses high strength and high ductility as well. In addition, this new type of structural steel allows an effective reduction of manufacturing costs due to its reduced processing time (it does not require special heat treatments and controlled thermo mechanical processing). Welding has been one of the most important processes for joining metals. Among the available welding processes, friction stir welding (FSW) is notable for being a solid state process with great advantages over the conventional welding methods. In the mettalurgical point of view, welding dissimilar materials is a significant advantage of FSW over the other process. The main reason is the reduction of mixture of material and phase transformations between the incompatible materials in the weld. Moreover, grain refinement is another advantage from the process. The present study aimed to produce laboratorial scale high Mn steels with TRIP effect, investigate the impact of tool speed ont the microstructure and mechanical properties of friction stir welded joints. The microstructure of the welded joints exhibited only the stirred zone (SZ) and the base material (BM), besides the presence of ´onion rings´ within the stirred zone. The SZ exhibited no signs of martensite suggesting that dynamic recrystallization have occurred for all the speed tested. Moreover, the grains in the SZ had equiaxial morphology and were significantly refined. The fracture of the tensile specimens occurred in the base material, bringing to light that the welding process was beneficial to the mechanical properties. Furthermore, the variation of heat input achieved with the speed did not compromise the quality of welded joints.

O presente trabalho avaliou a viabilidade do uso de Resíduos de Construção e Demolição (RCD) provenientes da geração de dois traços de concretos distintos. Um Concreto Convencional-CC (traço em massa:1:2,94:3,56; a/c:0,61) utilizando cimento CP IV 32 e outro concreto de Alta Resistência-CAR (traço em massa:1:1,11:2; a/c: 0,22; com adição, aditivo e pó xadrez vermelho) utilizando cimento CP V-ARI. Após 28 dias de cura, 3 corpos de prova de cada traço foram submetidos ao ensaio de resistência a compressão axial apresentando em média para CC 21,02 MPa e para CAR 95,09 MPa. Os materiais de ambos os traços foram cominuídos através de um britador de mandíbula ajustado para granulometria menor que 19,1 mm e retido em 4,75 mm. Com isso, foram realizados ensaios de granulometria de cada traço, e misturados em volumes iguais para o beneficiamento do material. Os primeiros ensaios foram realizados no jigue a ar, porém os resultados apresentados foram insatisfatórios. Para o jigue à água ocorreu uma separação visível de 3 estágios (Topo, Meio e Fundo) Utilizando somente as camadas de topo e fundo, os agregados reciclados de concreto (ARC) foram utilizados para confecção de novos concretos. Os resultados apontaram que a aplicação do jigue à água possibilitou um beneficiamento do material para uso como agregado graúdo. Os ensaios de resistência à compressão, os concretos produzidos com a camada de fundo do agregado reciclado superaram os produzidos com agregado natural. Nos ensaios de módulo de elasticidade, os concretos com o agregado natural exibiram resultados melhores do que os reciclados do topo, porém para os concretos produzidos com os agregados do fundo, os módulos se igualaram aos dos concretos com agregado natural. No ensaio de absorção, o concreto reciclado mostrou uma absorção maior que o concreto natural. Para a carbonatação os concretos com agregados reciclados tiveram melhores resultados. As avaliações dos efeitos foram concludentes para o uso do jigue no beneficiamento do agregado reciclado de concreto (ARC). / The present work evaluates the feasibility of using Construction and Demolition Waste (CDW) generated by two different concrete mixes, one being aconventional concrete-CC (mix:mass: 1:2, 94:3, 56, w/c: 0,61) using CP IV 32, and another being a high strength concrete - CAR (mix:mass: 1:1, 11:2, w/c: 0.22), with the addition of additive and red pigment) using cement CP V-ARI. After 28 days of curing, three test specimens of each concrete were submitted to the resistance test, presenting 21.02 MPa on average for CC and 95.09 Mpa for CAR. The materials of both mixes were comminuted by jaw crusher, and sieved to a particle size range of -19.1 mm + 4.75 mm. With this, granulometry, tests of each concrete were performed and the concretes were mixed in equal volumes for the application of the material processing. The first tests were performed by air jig, but the results were found to be unsatisfactory A visible separation of 3 stages (Top, Middle and Bottom) was achieved by use of water jig. Using only the top and bottom layers, Recycled Concrete Aggregates (RCA) was added for the creation of new concrete. The results indicate that the application of the water jig made it possible to improve the material for use as a large aggregate. For the compressive strength tests, the concretes produced with the bottom layer of the recycled aggregate surpassed those produced with natural aggregate. In the modulus of elasticity tests, concretes with the natural aggregate presented better results than those recycled from the top. For the concretes produced with the bottom aggregates, the modules matched that of the concrete with natural aggregate. In the absorption test the recycled concrete showed a higher absorption than the natural concrete. For carbonation the recycled had better results. An evaluation of the results concludes in favor of the use of water jig for the recycling of concrete aggregates (RCA).