A busca por soluções energéticas mais eficientes e, em alguns casos, capazes de gerar autonomia nos diversos tipos de setores industriais tornou-se uma tendência mundial na atualidade. Neste cenário, as turbinas a gás são uma boa alternativa para geração de energia. Os principais componentes de uma turbina a gás são: compressor, câmara de combustão e turbina. Os materiais utilizados na entrada turbina são expostos grandes carregamentos mecânicos e a um escoamento continuo de gases, que apresenta elevadas temperaturas. Essas condições fazem com que os componentes estejam susceptíveis a falhas mecânicas. A fluência é uma dos mecanismos de falha mais comuns que reduz significativamente a vida do componente. O efeito da fluência é altamente dependente das condições de operação do motor, seu modo de operação e também dos parâmetros e detalhes de projeto da seção criticamente mais quente. O estudo de materiais que apresentam boa resistência à fluência é fundamental o projeto tanto aerotermodinâmico quanto o estrutural; por esse motivo, o objetivo deste trabalho é estudar a superliga Inconel 718, nos seus aspectos de análise metalúrgica, para aplicação em turbinas a gás.

Os oligossilsesquioxanos (OS) são estruturas oligoméricas de silsesquioxanos (fórmula unitária RSiO3/2) Materiais com comportamento adequado em temperaturas elevadas e ambientes agressivos tornaram-se uma necessidade científica e tecnológica nos dias de hoje. Estudos têm sido realizados, independentemente de objetivos comerciais, para o aprimoramento na obtenção de novas ligas e, em particular, para a reavaliação de ligas comerciais já existentes, por meio da aquisição de dados em condições de maior severidade. Superligas à base de níquel são conhecidas desde a década de 1930, e utilizadas principalmente em aplicações aeroespaciais. Estas aplicações requerem um material com elevada resistência mecânica, boa resistência à fadiga e à fluência, boa resistência à corrosão e capacidade de operar continuamente em elevadas temperaturas. Neste trabalho de mestrado estudou-se o comportamento em fluência da superliga Inconel 718 antes e após o duplo envelhecimento. Inicialmente foi realizado tratamento de solução sólida a 1095C por 1 hora, seguido de tratamento de duplo envelhecimento a 955C/1 h - 720C/6,5 h+720C/1,5 h + 620C/8 h. A liga foi submetida a ensaios de fluência na modalidade de carga constante, nas temperaturas de 650, 675 e 700C. A faixa de tensão utilizada foi determinada por ensaio de tração a quente. O tratamento térmico de duplo envelhecimento promoveu aumento do tamanho de grão (de 8,20 para 7,23 ASTM) e aumento da dureza em aproximadamente 98%. Os resultados dos ensaios de fluência indicaram que há aumento da resistência a fluência após o tratamento de duplo envelhecimento. Os mecanismos de fratura para a condição CR são do tipo dúctil por coalescência de microcavidades, e fratura do tipo mista. Já na condição DE as fraturas apresentaram aspecto do tipo frágil intergranular.

Afin d'améliorer la qualité des dépôts réalisés par projection thermique, diverses techniques connexes aux procédés de projection ont été développées. Parmi celles-ci, on peut noter les procédés laser qui peuvent présenter l'avantage de dispenser un traitement localisé en surface, simultané à la projection. Comparés aux techniques de préparation couramment employées, ces procédés sont également plus respectueux de l'environnement. Le sujet de thèse repose donc sur la compréhension et la maîtrise des prétraitements laser (préchauffage, ablation) afin d'améliorer les propriétés finales des revêtements réalisés et en particulier l'adhérence des dépôts sur le substrat.

Das Ziel der Arbeit war die Weiterführung der Substrukturanalyse von plastisch verformten metallischen Werkstoffen mit kubischer Struktur auf der Basis des Disklinationskonzeptes unter Berücksichtigung unterschiedlicher homologer Temperaturen und Stapelfehlerenergien. Die Untersuchungen wurden an Stauchproben von Wolfram, Aluminium und der Legierung Inconel 718 mit Hilfe der TEM, der REM (EBSD) und der röntgenografischen Profilanalyse durchgeführt. Bei allen drei Werkstoffen konnten im Temperatur- und Umformbereich T/Ts<=0,3, Deformation>=0,3 auf der Basis von lokalen TEM-Desorientierungsmessungen Partialdisklinationen identifiziert und ihre Frankvektoren bzw. Defektstärken bestimmt werden. Die Ergebnisse der EBSD-Untersuchungen und der Röntgendiffraktometrie sind mit den TEM-Beobachtungen kompatibel und zeigen, dass die Kombination der drei Methoden für die systematische Substrukturanalyse an stark verformten Werkstoffen gut geeignet ist.

Ces dernières années les développements des traitements thermomécaniques ont conduit à l'utilisation de l'alliage 718 à l'état DA (Direct Aged). Cette optimisation de l'alliage conduit de façon générale à une augmentation de la durée de vie en fatigue mais aussi de sa dispersion. L'objectif de cette étude est d'une part la compréhension des mécanismes d'amorçage en fatigue et d'autre part la modélisation de la durée de vie et de sa dispersion. Dans un premier temps une étude expérimentale des sites d'amorçage de fissures de fatigue a permis d'identifier les particules comme principale source d'amorçage pour l'alliage à grains fins. Des essais de traction interrompus ont par ailleurs montré que leur fissuration se produit lors du premier quart de cycle en fatigue. Des essais de comportement en fatigue ont ensuite été réalisés pour différentes tailles de grain. Enfin, des mesures directes de propagation de petites fissures en fatigue oligocyclique amorcées sur des micro-défauts d'électroérosion ont été réalisées à l'aide d'un microscope à grande distance focale. Cette technique a permis d'observer l'interaction de microfissures. Un modèle de durée de vie en fatigue est proposé. Il est basé sur la compétition entre trois mécanismes d'amorçage: l'amorçage sur particules surfaciques, internes et en stade I. L'amorçage sur particules est considéré instantané au passage d'une contrainte seuil. Le nombre de cycles à l'amorçage en stade I est déterminé à l'aide du modèle de Tanaka et Mura. Le modèle de propagation utilisé est celui de Tomkins, identifié à partir des mesures expérimentales de propagation de petites fissures. Le modèle proposé comporte trois niveaux: déterministe, probabiliste et probabiliste avec prise en compte des phénomènes de coalescence de petites fissures.

Inconel 738, which is a nickel base superalloy used for hot section components of aircraft and industrial turbines is difficult to fabricate and repair by fusion welding due to its susceptibility to heat affected zone (HAZ) intergranular cracking. Crack-free joining of the difficult-to-weld alloy is currently achieved by using linear friction welding (LFW). Nevertheless, oxidation along the joint during LFW is a major problem. Information about the effect of process parameters on the microstructural evolution of linear friction welded nickel base alloys is very limited. In this work, the effect of forging pressure on the microstructure of linear friction welded Inconel 738 was studied. The results as elucidated in this work showed that increased forging pressure caused strain-induced rapid solidification of metastable liquid, which resulted in complete elimination of deleterious liquid phase oxides in bonded material contrasting the generally accepted view that assumes extrusion of solid state oxides during LFW.

Inconel 738, which is a nickel base superalloy used for hot section components of aircraft and industrial turbines is difficult to fabricate and repair by fusion welding due to its susceptibility to heat affected zone (HAZ) intergranular cracking. Crack-free joining of the difficult-to-weld alloy is currently achieved by using linear friction welding (LFW). Nevertheless, oxidation along the joint during LFW is a major problem. Information about the effect of process parameters on the microstructural evolution of linear friction welded nickel base alloys is very limited. In this work, the effect of forging pressure on the microstructure of linear friction welded Inconel 738 was studied. The results as elucidated in this work showed that increased forging pressure caused strain-induced rapid solidification of metastable liquid, which resulted in complete elimination of deleterious liquid phase oxides in bonded material contrasting the generally accepted view that assumes extrusion of solid state oxides during LFW.

Factors such as environmental requirements and fuel efficiency have pushed aerospace industry to develop reduced-weight engine designs and thereby light-weight and thin-walled components. As component wall thickness gets thinner and the mechanical structures weaker, the structure becomes more sensitive for vibrations during milling operations. Demands on cost efficiency increase and new ways of improving milling operations must follow. Historically, there have been two “schools” explaining vibrations in milling. One states that the entry angle in which the cutting insert hits the work piece is of greater importance than the exit angle. The other states that the way the cutter leaves the work piece is of greater importance than the cutter entry. In an effort to shed some light over this issue, a substantial amount of experiments were conducted. Evaluations were carried out using different tools, different tool-to-workpiece offset positions, and varying workpiece wall overhang. The resultant force, the force components, and system vibrations have been analyzed. The first part of this work shows the differences in force behavior for three tool-to-workpiece geometries while varying the wall overhang of the workpiece. The second part studies the force behavior during the exit phase for five different tool-to-workpiece offset positions while the overhang is held constant. The workpiece alloy throughout this work is Inconel 718. As a result of the project a spread sheet milling stability prediction model is developed and presented. It is based on available research in chatter theory and predicts the stability for a given set of variable input parameters. / <p>QC 20121206</p>

Orientador: Marcos Valério Ribeiro / Resumo: Apesar de ser amplamente utilizado em componentes aeroespaciais, o Inconel 718 apresenta algumas características que dificultam a sua usinagem: dureza elevada, resistência em altas temperaturas, forte afinidade para reagir com materiais de ferramentas e baixa condutividade térmica. Além do mais, esta liga possui tendência para a formação da aresta postiça de corte, endurecimento por deformação, assim como efeito abrasivo de carbonetos e fases intermetálicas, que resultam em tensões mecânicas e térmicas elevadas na aresta de corte. A qualidade de acabamento exigido pela indústria, para este material, é de 1,6 µm de rugosidade média (Ra) e 6 µm de rugosidade total (Rt). Sabendo da importância do Inconel 718, assim como da necessidade de conciliar os desafios de usinagem com a qualidade exigida, o objetivo deste trabalho foi encontrar a condição experimental que resulte em melhores resultados de usinagem. Para encontrar a condição ótima, a liga foi usinada utilizando duas ferramentas: experimental de cerâmica – Al2O3 + MgO (perfil S) e comercial de metal duro revestido (perfil C). Com a metodologia de Taguchi foram planejadas duas matrizes experimentais. Para a ferramenta cerâmica, a usinagem ocorreu a seco e nas seguintes condições: avanços de 0,10–0,20–0,30 mm/rev; velocidades de corte de 300–400–500 m/min; profundidades de usinagem de 0,20–0,35–0,50 mm. A ferramenta de metal duro revestido foi utilizada em profundidade fixa de 0,5 mm, nas seguintes condições experimentais: av... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Despite being widely used in aerospace components, the Inconel 718 presents some characteristics that make difficult its machining: high hardness, resistance at high temperatures, strong affinity to react with tools materials and low thermal conductivity. Moreover, this alloy has a tendency to form the built up edge, hardening by deformation, as well as the abrasive effect of carbides and intermetallic phases, which result in high mechanical and thermal tensions in the cutting edge. The surface finishing quality required by the industry, for this material, is 1.6 μm of average roughness (Ra) and 6 μm of total roughness (Rt). Knowing the importance of Inconel 718, as well as the need to combine the machining challenges with the required quality, the objective of this work was to find the experimental condition that results in better machining results. To find the optimal condition, the alloy was machined using two tools: experimental ceramic – Al2O3 + MgO (profile S) and commercial coated tungsten carbide (profile C). With Taguchi methodology, two experimental matrices were planned. For the ceramic tool, the machining occurred in the dry and under the following conditions: feed rates of 0.10–0.20–0.30 mm/rev; cutting speeds of 300–400–500 m/min; machining depths of 0.20–0.35–0.50 mm. The coated carbide tool was employed at a fixed machining depth of 0.5 mm, under the following experimental conditions: feed rates of 0.10–0.15–0.20–0.25 mm/rev; cutting speeds of 55–70–85–100 m/m... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

A aspersão térmica por chama hipersônica tem se destacado pelo método rápido e eficiente para aplicação de revestimentos com grandes vantagens como: tempo, custo e qualidade. Os revestimentos de Inconel 625 apresentam uma série de aplicações industriais principalmente nos segmentos industriais: químico e petroquímico. Neste contexto, o presente trabalho tem por objetivo avaliar as tensões residuais em revestimentos de Inconel 625 obtidos por aspersão térmica de chama hipersônica (HVOF) através do método de difração de raios-X. Os revestimentos de Inconel 625 sobre substrato de aço ABNT 4140 foram produzidos por aspersão térmica utilizando-se dois equipamentos com os seguintes combustíveis para produção da chama: um combustível gasoso, o propano e um combustível líquido, o querosene. Realizou-se a análise de topo, em pontos aleatórios, das amostras para quantificar as tensões residuais e, após, esta medida inicial obteve-se a construção de um perfil de tensões residuais através do método de remoção de camada, em média de 10 - 20 μm do revestimento de Inconel 625. Este trabalho também tem interesse em avaliar além das tensões residuais, se as características dos revestimentos de Inconel 625 também variam em função do combustível utilizado na aspersão térmica. A morfologia dos revestimentos obtidos foi analisada por microscopia óptica. A rugosidade dos revestimentos foi avaliada por trilha medida no rugosímetro. Foi avaliada a dureza através do perfil longitudinal pelo ensaio de micro dureza Vickers. A tendência da superfície a apresentar hidrofilia ou hidrofobicidade foi avaliada pela molhabilidade através do método da gota séssil. A resistência a corrosão dos revestimentos foram avaliados pelos ensaios de névoa salina, monitoramento do potencial de circuito aberto e pelas curvas de polarização potenciodinâmica em água do mar sintética. Neste trabalho após os ensaios realizados para ambos os revestimentos obtidos por HVOF, utilizando-se duas fontes de combustível distintas, notam-se diferenças quanto ao perfil de tensões residuais, microestrutura, desempenho frente à corrosão, sendo que o processo com combustível líquido apresentou melhor desempenho. / The thermal spray flame hypersonic has been highlighted by the rapid and efficient method for applying coatings with big advantages: time, cost and quality. Inconel 625 coatings have a number of industrial applications especially in industries: chemical and petrochemical. In this context, the current study aims to evaluate the residual stresses in Inconel 625 coatings obtained by thermal spray hypersonic flame (HVOF) through the X – ray diffraction method. The Inconel 625 coating on SAE 4140 steel substrate was produced by thermal spraying using two equipments with the following fuel flame production: a gaseous fuel, propane or a liquid fuel, kerosene. Was performed top consideration in random points, the samples to quantify residual stresses, and after this initial measurement was obtained building a profile of residual stresses by layer removal method, on average 10 - 20 μm of Inconel 625 coating. This work also has an interest in evaluating besides the residual stresses, the characteristics of Inconel 625 coatings also vary depending on the fuel used in thermal spraying. The morphology of the coatings obtained was analyzed by optical microscopy. The roughness of the coatings was evaluated by measuring the track roughness. The hardness was evaluated by the longitudinal profile by micro Vickers hardness test. The tendency of the surface to provide hydrophilicity or hydrophobicity was evaluated by the wettability by sessile drop method. The corrosion resistance of the coatings was evaluated by salt spray tests, monitoring the open circuit potential and the potentiodynamic polarization curves in synthetic sea water. In this work after the tests carried out for both coatings obtained by HVOF, using two sources of different fuel, are noticeable differences in the profile of residual stresses, microstructure performance against corrosion, being the process liquid fuel showed better performance.