Made available in DSpace on 2014-06-12T18:07:51Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7989_1.pdf: 1716960 bytes, checksum: 98f56fbc3bd8ef81cb2230ae53e372ac (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2003 / Neste trabalho, utilizamos a teoria de London para determinar as respostas magnéticas em um sistema supercondutor semi-infinito e em um sistema confinado. O estudo dos campos magnéticos através da teoria de London permite investigar as propriedades eletrodinâmicas e introduzir ferramentas robustas para o uso de simulação computacional. Estudamos as modificações causadas pela forma do sistema em suas propriedades básicas, como o campo crítico inferior, Hc1, e o campo de penetração, Hen, analisando o impacto causado por defeitos estruturais na geometria. No sistema semi-infinito, consideramos uma interface plana com uma endentação na superfície. No sistema confinado, consideramos um supercondutor com simetria cilíndrica onde investigamos a formação de cadeias de vórtices e as mudanças configuracionais obtidas pela aplicação de campo magnético paralelo µa superfície. A formação dessas cadeias ¶e estudada utilizando simulação Monte Carlo. No capítulo apresentamos a história do desenvolvimento da supercondutividade e seus principais formuladores segundo ordem cronológica, começando com sua descoberta por Heike Kamerlingh Onnes, em 1912, até os supercondutores de mais alta temperatura cr¶³tica, Tc = 138 K. No capítulo 2 discorremos sobre as duas principais teorias fenomenológicas da super-condutividade: a teoria de Ginzburg-Landau e a teoria de London. Descrevemos as duas teorias e definimos a notação a ser utilizada em todo o resto da dissertação. Em especial daremos atenção µa equação de London e as equações de Ginzburg-Landau. E também apresentamos uma breve introdução sobre os métodos computacionais e abordagens numéricas que foram empregados neste trabalho. No capítulo 3, discutimos as propriedades eletrodinâmicas de um supercondutor semi-infinito com uma endentação. Investigamos a variação do campo de penetração, Hen, devido a endentação para várias configurações geométricas da interface. O capítulo 4 trata das propriedades de um sistema supercondutor confinado em duas dimensões, onde estudamos as configurações de vórtices, e sua dependência com os parâmetros geométricos envolvidos. Investigamos os campos de mudança configuracional (matchingfields) e a curva de energia livre em função do campo externo, G(H). O Capítulo 5 mostra as conclusão que obtivemos utilizando o sistema semi-infinito e o confinado

Submitted by Angela Maria de Oliveira (amolivei@uepg.br) on 2018-12-11T17:35:15Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Andre Assmann.pdf: 4986341 bytes, checksum: 7a618a74a9cd9fd887a2ad317c21334b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-12-11T17:35:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Andre Assmann.pdf: 4986341 bytes, checksum: 7a618a74a9cd9fd887a2ad317c21334b (MD5) Previous issue date: 2018-10-30 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Medidas de tensão residual por microscopia de fluorescência é uma técnica bem estabelecida, que utiliza os picos de fluorescência R1 e/ou R2 dos íons Cr+3 em Al2O3. Esses picos são sensíveis à distorção da rede e sua frequência muda se o cristal estiver sob tensão. Amostras sinterizadas de vidro borossilicato e de soda-cal com a adição de 10 vol.% Al2O3 foram produzidas por mistura dos pós de vidro e alumina, prensagem uniaxial e sinterização em alta temperatura. A morfologia e microestrutura da superfície foram caracterizadas por microscopias ótica e eletrônica de varredura. A porosidade obtida foi inferior a 2%. Foram realizados indentações com carga de 10 N Vickers e as tensões ao redor das indentações foram medidas por microscopia de fluorescência. As medidas de tensões residuais devido à diferença de expansão térmica entre a matriz de vidro e as partículas de Al2O3 foram de 163 MPa e -35 MPa para amostras sinterizadas de borossilicato e soda-cal, respectivamente, em concordância com o modelo de Hseuh & Becher. A função de convolução do feixe de luz incidente (PRF) foi ajustada aos dados de fluorescência levando em conta a interação do feixe de laser dentro da amostra e os efeitos de absorção, refração e espalhamento do feixe de luz incidente por partículas de alumina e por poros e também por gradientes de tensões ao redor de indentações. O deslocamento experimental de fluorescência em função da distância da borda da indentação foi comparado com o modelo de Yoffe e com a função PRF. Verificou-se que a intensidade experimental do campo de indentação é 10 vezes menor que o previsto pelo modelo de Yoffe mesmo levando em consideração a densificação do vidro embaixo do penetrador. As tensões residuais de indentações também foram medidas para o vidro soda-cal usando o modelo modificado de Zeng e Rowcliffe. Os perfis de tensão foram medidos em torno de indentações Vickers realizadas com cargas de 50 N e 100 N em temperaturas entre -196 °C e 400 °C. A intensidade do campo aumentou com a temperatura e isso pode ser explicado pela variação da razão / com a temperatura. Este trabalho contribui para a compreensão dos mecanismos responsáveis pelas tensões residuais causadas por indentação em vidros. / Residual stress measurements by fluorescence microscopy is a well-established technique which uses the R1 and/or R2 fluorescence peaks of Cr+3 ions in Al2O3. These peaks are sensitive to the distortion of the lattice and their position changes if the crystal is stressed. Borosilicate (BS) and soda-lime (SL) sintered samples with 10 vol. % Al2O3 were produced mixing the glass and alumina powders, uniaxial compressed and sintered at high temperature. Surface morphology and microstructure were characterized by optical and scanning electron microscopies. The porosity obtained was less than 2%. 10 N Vickers indentations were performed and the stresses around the indentations were measured by fluorescence microscopy. Measurements of residual stresses due to thermal expansion mismatch between the glass matrix and the Al2O3 were 163 MPa and -35 MPa for BS and SL composites samples, respectively, in agreement with Hseuh & Becher’s model. The probe response function was fitted to the fluorescence data taking into account the iteraction of the laser beam within the sample and effects of light absorption, refraction and scattering by alumina particles and pores and stresses gradients. The experimental fluorescence shift as a function of the distance from the indentations was compared with Yoffe’s model and the PRF function. It was found that the experimental blister field strength is a factor of 10 smaller than that predicted by Yoffe´s model, taking into account the densification of the glass underneath the indenter. Indentation residual stresses were also measured for SL glass using the Zeng and Rowcliffe’s model. Stress profiles were measured around 50 N and 100 N Vickers indentations performed between -196 °C to 400 °C. The blister field strength increased with temperature and it could be explained by the variation of the / ratio with temperature. This work contributes for the understanding of the mechanisms responsible for the indentation residual stresses in glasses.

Na indústria automobilística há uma grande preocupação em relação ao custo e ao peso das peças utilizadas em projetos e os adesivos vem sendo utilizados para substituir a solda ponto com esta finalidade. Neste contexto o adesivo epóxi estrutural Betamate 1496 vem sendo empregado pela Volkswagen do Brasil S.A para substituição de solda a ponto na fabricação da porta dianteira do veículo Pólo Hatch. O adesivo Betamate 1496 é utilizado na fabricação da carroçaria do veículo Pólo Hatch da Volkswagen do Brasil SA com essa finalidade. O objetivo do presente trabalho é propor e testar uma metodologia para avaliar o estado de cura do adesivo epóxi Betamate 1496 por meio da determinação do seu módulo de elasticidade e de sua dureza, quando este é empregado na fabricação das portas dianteiras do veículo Pólo Hatch. Estas propriedades foram determinadas pela medição das propriedades mecânicas do adesivo em amostras retiradas em seis posições da porta em duas fases de processamento: estado pré-curado, durante a montagem da porta e estado curado, após a cura final na estufa de pintura. O estudo foi realizado através do ensaio de indentação instrumentada, utilizando os procedimentos experimentais propostos por Franco Jr. e colaboradores e Pintaúde e colaboradores na avaliação das propriedades do polímero. O estado de cura do polímero foi avaliado de modo qualitativo também pela técnica de calorimetria diferencial exploratória (Differential Scanning Calormetry). Os resultados obtidos pela metodologia proposta por Franco Jr. e colaboradores apresentaram grande dispersão de valores, provavelmente pelo fato do método propagar erros de arredondamento na aplicação do algoritmo. Conforme observado nos resultados experimentais obtidos pela metodologia proposta por Pintaúde e colaboradores, no estado pré-curado todas as amostras apresentam valores de módulo de elasticidade muito próximos, em torno de 1,0 + 0,1. GPa, independentemente da posição na porta ou do tempo de descarregamento, já no estado curado observa-se uma diferença significativa dos valores de módulo de elasticidade, E, e dureza H dependendo da posição original da amostra na porta, com as amostras retiradas das posições inferiores apresentando E=0,8 + 0,1 GPa, enquanto que as demais apresentam E=1,0+0,1 GPa, os valores de dureza, H, para todas as amostras curadas foi H=0,03 GPa. A analise qualitativa do ensaio térmico pelas as curvas obtidas no ensaio térmico de DSC mostra que as curvas da amostra no estado pré-curado e curado são idênticas, indicando o ciclo de cura do polímero já se completa na fase de montagem da porta, antes mesmo da cura final na estufa de pintura. / Cost and weight reduction are major concerns of the automobilist industry, this leads to the increasing substitution of spot weld by adhesives in the assembling of automobile parts. In this context Volkswagen do Brazil S.A uses the Betamate 1496 structural epoxy adhesive in the manufacture of the chassis of the Polo v. Hatch. The aim of the present work is to suggest and to test a methodology to evaluate the state of cure of this adhesive by means of the determination of its hardness and elastic modulus when used in the manufacture of the front doors of the Polo v. Hatch vehicle. These properties have been determined by the measurement in six samples removed from different positions at the two phases of processing: after assembling of the chassis and cured state, after final cure at painting. The study was carried through instrumented indentation testing, which used the experimental procedures suggested by Franco Jr. and collaborators and Pintaúde and collaborators. The state of cure of polymer was evaluated also in qualitative way by Differential Scanning Calorimetry. The results obtained by the Franco Jr. methodology show great dispersion of values, probable due to the fact that the method propagates rounding errors in the application of the algorithm. The experimental results obtained by the Pintaúde methodology show that, in the state after assembling of the chassis all samples present elastic modulus, E, around 1,0 + 0.1 GPa, independently of the position in the door. In the cured state is observed depending on the sample’s position at the door: samples taken from the bottom of the door shaved E=0,8 + 0,1 GPa, while the remaining showed E= 1,0 + 0,8 GPa. The hardness, H, of the adhesive is constant (H=0,03 GPa) for all samples. The comparison of DSC curves obtained from the incurred and cured samples, showed that they are very similar, suggesting that the cure cycle of the polymer is already completed at assembling stage of the door.

Na indústria automobilística há uma grande preocupação em relação ao custo e ao peso das peças utilizadas em projetos e os adesivos vem sendo utilizados para substituir a solda ponto com esta finalidade. Neste contexto o adesivo epóxi estrutural Betamate 1496 vem sendo empregado pela Volkswagen do Brasil S.A para substituição de solda a ponto na fabricação da porta dianteira do veículo Pólo Hatch. O adesivo Betamate 1496 é utilizado na fabricação da carroçaria do veículo Pólo Hatch da Volkswagen do Brasil SA com essa finalidade. O objetivo do presente trabalho é propor e testar uma metodologia para avaliar o estado de cura do adesivo epóxi Betamate 1496 por meio da determinação do seu módulo de elasticidade e de sua dureza, quando este é empregado na fabricação das portas dianteiras do veículo Pólo Hatch. Estas propriedades foram determinadas pela medição das propriedades mecânicas do adesivo em amostras retiradas em seis posições da porta em duas fases de processamento: estado pré-curado, durante a montagem da porta e estado curado, após a cura final na estufa de pintura. O estudo foi realizado através do ensaio de indentação instrumentada, utilizando os procedimentos experimentais propostos por Franco Jr. e colaboradores e Pintaúde e colaboradores na avaliação das propriedades do polímero. O estado de cura do polímero foi avaliado de modo qualitativo também pela técnica de calorimetria diferencial exploratória (Differential Scanning Calormetry). Os resultados obtidos pela metodologia proposta por Franco Jr. e colaboradores apresentaram grande dispersão de valores, provavelmente pelo fato do método propagar erros de arredondamento na aplicação do algoritmo. Conforme observado nos resultados experimentais obtidos pela metodologia proposta por Pintaúde e colaboradores, no estado pré-curado todas as amostras apresentam valores de módulo de elasticidade muito próximos, em torno de 1,0 + 0,1. GPa, independentemente da posição na porta ou do tempo de descarregamento, já no estado curado observa-se uma diferença significativa dos valores de módulo de elasticidade, E, e dureza H dependendo da posição original da amostra na porta, com as amostras retiradas das posições inferiores apresentando E=0,8 + 0,1 GPa, enquanto que as demais apresentam E=1,0+0,1 GPa, os valores de dureza, H, para todas as amostras curadas foi H=0,03 GPa. A analise qualitativa do ensaio térmico pelas as curvas obtidas no ensaio térmico de DSC mostra que as curvas da amostra no estado pré-curado e curado são idênticas, indicando o ciclo de cura do polímero já se completa na fase de montagem da porta, antes mesmo da cura final na estufa de pintura. / Cost and weight reduction are major concerns of the automobilist industry, this leads to the increasing substitution of spot weld by adhesives in the assembling of automobile parts. In this context Volkswagen do Brazil S.A uses the Betamate 1496 structural epoxy adhesive in the manufacture of the chassis of the Polo v. Hatch. The aim of the present work is to suggest and to test a methodology to evaluate the state of cure of this adhesive by means of the determination of its hardness and elastic modulus when used in the manufacture of the front doors of the Polo v. Hatch vehicle. These properties have been determined by the measurement in six samples removed from different positions at the two phases of processing: after assembling of the chassis and cured state, after final cure at painting. The study was carried through instrumented indentation testing, which used the experimental procedures suggested by Franco Jr. and collaborators and Pintaúde and collaborators. The state of cure of polymer was evaluated also in qualitative way by Differential Scanning Calorimetry. The results obtained by the Franco Jr. methodology show great dispersion of values, probable due to the fact that the method propagates rounding errors in the application of the algorithm. The experimental results obtained by the Pintaúde methodology show that, in the state after assembling of the chassis all samples present elastic modulus, E, around 1,0 + 0.1 GPa, independently of the position in the door. In the cured state is observed depending on the sample’s position at the door: samples taken from the bottom of the door shaved E=0,8 + 0,1 GPa, while the remaining showed E= 1,0 + 0,8 GPa. The hardness, H, of the adhesive is constant (H=0,03 GPa) for all samples. The comparison of DSC curves obtained from the incurred and cured samples, showed that they are very similar, suggesting that the cure cycle of the polymer is already completed at assembling stage of the door.

Alguns espelhos usados em câmeras de satélite devem apresentar qualidade superficial elevada. Eles são normalmente fabricados em ZERODUR®, um material vitrocerâmico, por meio de processos abrasivos. Observou-se que a qualidade da superfície do material deteriora-se algum tempo após a usinagem, necessitando assim de retrabalho. A causa mais influente desse fenômeno é o crescimento de trincas devido à corrosão sobtensão. Estas trincas são geradas pelas condições impostas nos processos convencionais de lapidação e polimento. Este trabalho apresenta um estudo sobre a usinabilidade do ZERODUR® utilizando torneamento de ultraprecisão com ferramenta de diamante de ponta única como uma alternativa a estes métodos tradicionais. Amostras de ZERODUR® foram submetidas a testes de indentação e riscamento a fim de se estudar as propriedades mecânicas do material, a transição dúctil-frágil e os mecanismos de remoção de material. Com base nesses testes, foi delineado um experimento fatorial do tipo 23 para avaliar a influência das seguintes variáveis de usinagem: profundidade de corte, nos níveis 0,4 e 0,2 \'mü\'m, taxa de avanço, nos níveis 0,3 e 0,1 \'mü\'m/rev e ângulo de saída da ferramenta, nos níveis -5º e -20º. As amostras do experimento foram usinadas em um torno de ultraprecisão com a ferramenta de diamante de ponta única. A qualidade superficial de cada combinação foi avaliada por microscopia eletrônica de varredura e perfilometria óptica interferométrica. Os resultados dos experimentos foram analisados estatisticamente, por meio de análise de variância (ANOVA). Para os intervalos das variáveis testadas verificou-se que o ângulo de inclinação da ferramenta é o que mais afeta a qualidade superficial. Ângulos com inclinações mais negativas (-20º) proporcionaram as melhores qualidades superficiais (em torno de 200 nm). Nos resultados não houve evidência de que o corte do material tenha ocorrido dentro do regime dúctil. Porém, a rugosidade superficial encontrada em algumas combinações de corte sugere que o torneamento de ultraprecisão pode ser uma alternativa ao processo lapidação que antecede o polimento. Este trabalho de caráter exploratório contribui com estimativas de alguns parâmetros ótimos para usinagem do ZERODUR®, fornecendo subsídios para pesquisas futuras sobre este tema. / Some mirrors used in satellite cameras must present a high surface quality. They are usually made of ZERODUR®, a brittle glass ceramic, by means of abrasive processes. It was observed that the surface quality of the material deteriorates some time after the machining, thus requiring rework. The most influential cause of this phenomenon is the crack growth due to stress corrosion. These cracks are generated by the conventional machining processes of lapping and polishing. This work presents a study on the machinability of ZERODUR® using ultraprecision turning with single-point diamond tool as an alternative to these traditional methods. ZERODUR® samples were subjected to indentation and nano-scratching tests in order to study the ductile-brittle transition and material removal mechanisms. After that, a \'2 POT.3\' factorial experiment was designed in order to assess the influence of three machining parameters on the resulting surface roughness, which are: depth of cut (tested at levels 0,4 and 0,2 \'mü\'m), feed rate (tested at levels 0,3 and 0,1 \'mü\'m/rev) and rake angle of the cutting tool (tested at levels -5º e -20º). The samples were turned with single-point diamond tool using different combinations of the parameters at the levels described above. The surface quality of each sample was evaluated using an interferometric optical profiler and a scanning electron microscope (SEM). The results of the experiments were statistically evaluated by means of Analysis Of Variance (ANOVA). For the ranges tested, it was found that the rake angle of the tool was the most influential parameter. The angle of -20º provided the best values for surface quality, which were around 200 nm. There was no evidence that the cut of the material occurred in the ductile regime, however, the obtained surface roughness showed that the ultraprecision turning may be a feasible alternative for the lapping process of optical components. This exploratory research contributes to the existing knowledge by providing estimates for optimal parameters of ZERODUR® machining, furnishing empirical basis for future research in this field.

Alguns espelhos usados em câmeras de satélite devem apresentar qualidade superficial elevada. Eles são normalmente fabricados em ZERODUR®, um material vitrocerâmico, por meio de processos abrasivos. Observou-se que a qualidade da superfície do material deteriora-se algum tempo após a usinagem, necessitando assim de retrabalho. A causa mais influente desse fenômeno é o crescimento de trincas devido à corrosão sobtensão. Estas trincas são geradas pelas condições impostas nos processos convencionais de lapidação e polimento. Este trabalho apresenta um estudo sobre a usinabilidade do ZERODUR® utilizando torneamento de ultraprecisão com ferramenta de diamante de ponta única como uma alternativa a estes métodos tradicionais. Amostras de ZERODUR® foram submetidas a testes de indentação e riscamento a fim de se estudar as propriedades mecânicas do material, a transição dúctil-frágil e os mecanismos de remoção de material. Com base nesses testes, foi delineado um experimento fatorial do tipo 23 para avaliar a influência das seguintes variáveis de usinagem: profundidade de corte, nos níveis 0,4 e 0,2 \'mü\'m, taxa de avanço, nos níveis 0,3 e 0,1 \'mü\'m/rev e ângulo de saída da ferramenta, nos níveis -5º e -20º. As amostras do experimento foram usinadas em um torno de ultraprecisão com a ferramenta de diamante de ponta única. A qualidade superficial de cada combinação foi avaliada por microscopia eletrônica de varredura e perfilometria óptica interferométrica. Os resultados dos experimentos foram analisados estatisticamente, por meio de análise de variância (ANOVA). Para os intervalos das variáveis testadas verificou-se que o ângulo de inclinação da ferramenta é o que mais afeta a qualidade superficial. Ângulos com inclinações mais negativas (-20º) proporcionaram as melhores qualidades superficiais (em torno de 200 nm). Nos resultados não houve evidência de que o corte do material tenha ocorrido dentro do regime dúctil. Porém, a rugosidade superficial encontrada em algumas combinações de corte sugere que o torneamento de ultraprecisão pode ser uma alternativa ao processo lapidação que antecede o polimento. Este trabalho de caráter exploratório contribui com estimativas de alguns parâmetros ótimos para usinagem do ZERODUR®, fornecendo subsídios para pesquisas futuras sobre este tema. / Some mirrors used in satellite cameras must present a high surface quality. They are usually made of ZERODUR®, a brittle glass ceramic, by means of abrasive processes. It was observed that the surface quality of the material deteriorates some time after the machining, thus requiring rework. The most influential cause of this phenomenon is the crack growth due to stress corrosion. These cracks are generated by the conventional machining processes of lapping and polishing. This work presents a study on the machinability of ZERODUR® using ultraprecision turning with single-point diamond tool as an alternative to these traditional methods. ZERODUR® samples were subjected to indentation and nano-scratching tests in order to study the ductile-brittle transition and material removal mechanisms. After that, a \'2 POT.3\' factorial experiment was designed in order to assess the influence of three machining parameters on the resulting surface roughness, which are: depth of cut (tested at levels 0,4 and 0,2 \'mü\'m), feed rate (tested at levels 0,3 and 0,1 \'mü\'m/rev) and rake angle of the cutting tool (tested at levels -5º e -20º). The samples were turned with single-point diamond tool using different combinations of the parameters at the levels described above. The surface quality of each sample was evaluated using an interferometric optical profiler and a scanning electron microscope (SEM). The results of the experiments were statistically evaluated by means of Analysis Of Variance (ANOVA). For the ranges tested, it was found that the rake angle of the tool was the most influential parameter. The angle of -20º provided the best values for surface quality, which were around 200 nm. There was no evidence that the cut of the material occurred in the ductile regime, however, the obtained surface roughness showed that the ultraprecision turning may be a feasible alternative for the lapping process of optical components. This exploratory research contributes to the existing knowledge by providing estimates for optimal parameters of ZERODUR® machining, furnishing empirical basis for future research in this field.

Made available in DSpace on 2017-07-21T19:26:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Virginia Moreira Justo.pdf: 3484061 bytes, checksum: 27375d0ff0fb33633f5e7faf4346583f (MD5) Previous issue date: 2014-04-29 / Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná / This study investigated the effects of Poisson’s ratio on fracture toughness measured by microindentation using the models of Anstis et al. and Niihara et al. Experiments were performed in different oxide glasses with Poisson’s ratio ranging from 0,15 to 0,28. The glass transition temperatures of the glasses were measured by differential scanning calorimetry.. The amorphous state of the glasses were confirmed by X-ray diffraction. Hardness and elastic modulus were measured using instrumented indentation. The fracture toughness values, KIC, were obtained using the double torsion and four point bending techniques. The relation between the applied load and the crack radial length was obtained using the Vickers microindentation technique. It was noted the existence of two systems. For Poisson’s ratio smaller than 0,20, the main deformation mechanism is densification and the calibration coefficients are smaller than those reported in the literature. On the other hand, when the Poisson’s ratio are higher than 0,20, the main deformation mechanism is by shear and the calibration coefficients are higher than those reported in literature. / Este trabalho investigou o efeito do coeficiente de Poisson na medida da tenacidade à fratura pela técnica de microindentação utilizando os modelos de Anstis et al. e de Niihara et al. em vidros. Foram utilizados vidros óxidos de diferentes composições e com o coeficiente de Poisson variando de 0,15 a 0,28. Análises térmicas foram realizadas para a medida da temperatura de transição vítrea das amostras. Por meio da técnica de difração de raios X, comprovou-se o estado amorfo dos materiais indicando a estrutura vítrea. A dureza e módulo de elasticidade dos vidros foram medidos por meio de indentação instrumentada. Os valores de tenacidade à fratura, KIC, foram obtidos utilizando as técnicas de torção dupla e flexão de quatro pontos. A relação entre a carga aplicada e o comprimento da trinca radial foi obtida utilizando a técnica de microindentação Vickers. Observou-se a existência de dois regimes. Para valores de coeficiente de Poisson menores que 0,20, o principal mecanismo de deformação é a densificação e os coeficientes de calibração são menores. No outro, onde os valores de coeficiente de Poisson são maiores do que 0,20, o mecanismo principal de deformação é o de cisalhamento e os coeficientes de calibração são maiores do que reportado na literatura.

A caracterização de materiais utilizando a técnica de indentação instrumentada difundiu-se significativamente na última década, devido às melhorias dos instrumentos que permitem ensaios por esta técnica e à necessidade de se fazer ensaios em pequenos volumes de materiais, como, por exemplo, em filmes finos e materiais com superfícies modificadas por tratamentos superficiais. Neste texto, abordou-se a elaboração de um algoritmo que permita o estudo da resposta de indentação de superfícies de diferentes materiais metálicos, durante e após o contato com um indentador agudo, empregando simulações por elementos finitos e análise dimensional. Na obtenção do algoritmo analisaram-se os efeitos da formação de borda (pile-up) ou da retração (sink-in) do material indentado, o coeficiente de atrito indentador-amostra, as deformações elásticas do indentador, a geometria do indentador e a variação experimental. As relações obtidas permitiram identificar uma falta fundamental de relação única entre as propriedades mecânicas e a forma da curva de indentação para curvas com razão d r/dmax>0,9, onde d r é a profundidade residual da indentação e dmax é o deslocamento máximo do indentador durante o ensaio. Da mesma forma, concluiu-se que a relação de Sneddon tem que ser corrigida tanto pela geometria da área de contato indentador-amostra quanto pela razão entre os módulos elásticos do material e do indentador (E/Ei). Como a área de contato indentador-amostra é afetada não só pela geometria do indentador mas também pelo nível de pile-up ou sink-in nos indentadores piramidais, uma relação foi identificada entre o nível de pile-up/sink-in e o fator de correção b da equação de Sneddon para os indentadores Vickers e Berkovich. Adicionalmente, pequenas diferenças foram observadas entre as curvas P-h (onde h é a profundidade de indentação abaixo da superfície original da amostra) e as curvas P-d (onde d é o valor da aproximação mútua entre indentador e amostra durante a indentação) para um mesmo valor de módulo reduzido Er quando a razão E/Ei é grande. Assim, o módulo reduzido pode sobreestimar ou subestimar a rigidez do indentador, dependendo das propriedades do material indentado. As análises neste trabalho permitiram igualmente observar que as principais limitações na obtenção das propriedades elasto-plásticas usando a curva de indentação instrumentada vêm da falta de unicidade, seguida pela geometria do indentador, isto é, diferenças entre o cone equivalente e os piramidais Vickers e Berkovich, assim como desvios em relação à geometria ideal do indentador, o que inclui arredondamento da sua ponta. Quando não há unicidade, sabendo-se informações adicionais à curva P-d, por exemplo, o valor da área residual da indentação ou o módulo elástico, uma solução única das propriedades mecânicas pode ser obtida. Em paralelo, a variação experimental pode limitar de forma significativa a precisão no cálculo das propriedades, enquanto o atrito indentador-amostra e as deformações do indentador têm efeitos menos significativos. Em termos gerais, observa-se que as funções que compõem o algoritmo desenvolvido neste trabalho permitem: (i) predizer as curvas carga-deslocamento (curvas P-d), produto do ensaio de indentação instrumentada, para um conjunto de propriedades elasto-plásticas conhecidas; (ii) identificar quando uma mesma curva P-d pode ser obtida de mais de um conjunto de propriedades do material indentado (iii) calcular as propriedades mecânicas (dureza, módulo elástico, coeficiente de encruamento e limite de escoamento) de um material usando a curva P-d quando d r/dmax<0,8 ou faixas de propriedades de materiais quando d r/dmax>0,8 e (iv) calcular as propriedades mecânicas (dureza, módulo elástico, coeficiente de encruamento e limite de escoamento) de um material usando a curva P-d e a área residual da indentação. / The interest in material characterization using instrumented indentation techniques has significantly increased in the last decade, due to improvements in testing instruments and the need to carry out tests on small volumes of materials, such as thin films or materials with surfaces modified by other surface treatments. This work addresses the development of an algorithm to analyze the indentation response of a group of metallic materials, during and after the contact with a sharp indenter, using finite element simulations and dimensional analysis. The formulation of the algorithm considered the effects of pile-up or sink-in of the indented material around the indentation, the friction coefficient between the indenter and the sample, the elastic deformation of the indenter, and the defects of the indenter tip. An analysis considering algorithm output and experimental variation was also conducted. The results allowed identifying a fundamental lack of unique relationship between the mechanical properties and the shape of the indentation curve for indentation curves with ratio d r/dmax>0,9, where d r is the residual indentation depth and dmax is the maximum indenter displacement in the test. Similarly, results allowed concluding that Sneddons equation requires a correction by both the geometry of the contact area and the ratio between the elastic moduli of the material and the indenter (E/Ei). As the shape of contact area is affected not only by the geometry of the indenter but also by the level of pile-up or sink-in in pyramidal indenters, a relationship was observed between the level of pile-up/sink-in and the correction factor b in the Sneddons equation for Vickers and Berkovich indenters. Additionally, it was found that the deformation of the indenter is not fully incorporated into indentation data analysis by the consideration of a reduced modulus (Er). Small differences between P-h curves (where h is the indentation depth below the original surface) and P-d curves (where d is the indenter/sample mutual approach) were observed for the same Er when the ratio E/Ei is large. Thus, the reduced modulus can overestimate or underestimate the indenter stiffness, depending on the mechanical properties of the indented material. Additionally, the analysis in this work has identified that the most important limitations in mechanical properties estimation using the indentation curve arise from the lack of uniqueness, followed by deviations in indenter geometry, such as differences between equivalent cone and pyramidal Vickers or Berkovich and tip defects. When non-uniqueness is present, unique solution may be obtained with the knowledge of additional information, in conjunction with P-d data, such as the residual indentation area or the elastic modulus. Furthermore, even when a unique solution is available the experimental variation may significantly decrease the accuracy in mechanical properties estimation, whereas friction and indenter deformation have less significant effects. In general, it was observed that the proposed algorithm allows: (i) predicting the load-displacement curves P-d of instrumented indentation tests for a set of known elastic-plastic mechanical properties, (ii) identifying when the same P-d curve can be obtained from more than one set of mechanical properties of the indented material, (iii) calculating the mechanical properties (hardness, elastic modulus, yield stress and strain hardening coefficient) from P-d curves when d r/dmax<0,8 or possible ranges for each mechanical property when d r/dmax>0,8 and (iv) calculating the mechanical properties (hardness, elastic modulus, yield stress and strain hardening coefficient) from P-d curves and the knowledge of the residual indentation area.

A crescente exigência do setor automotivo por maior produtividade com redução de custos, aliada aos novos materiais que compõe as carrocerias e seus revestimentos, levou ao estudo da correlação da resistência dinâmica, força de expansão térmica e indentação, com a formação do ponto de solda, a fim de qualificar e controlar a soldagem por resistência a ponto. Para o estudo ter validade prática a qualificação da solda, os parâmetros de soldagem e corpos de prova foram definidos conforme norma AWS-SAE D8-9M 2002. Os corpos de prova para os ensaios foram retirados das chapas que compõe uma carroceria veicular. O cabeçote de soldagem foi projetado e construído seguindo os padrões de máquinas industriais. Os instrumentos de medição foram desenvolvidos especificamente para atender as condições industriais da soldagem por resistência. Os ensaios simularam as variações de parâmetros e produção dos pontos de solda conforme ocorre na indústria automobilística. As análises foram realizadas através da comparação gráfica e matemática do comportamento das grandezas medidas com a qualificação dimensional do ponto. A correlação, apresentada, distingue chapas de espessuras diferentes, materiais de revestimento, variação de parâmetros, erros de posicionamento (ponto torto), expulsão de material (flash), variações na formação do ponto (undersize) e o mais importante, desgaste dos eletrodos. Esta correlação permite criar um sistema de qualificação e controle do ponto de solda. / The growing demand from the automotive sector for greater productivity, reduced costs, combined with new materials that make up their bodies and coats, led to the study of the correlation of the dynamic resistance, thermal force expansion and indentation, with the formation of the spot weld, in order to qualify and control the resistance spot welding. For the study to be valid practicing the qualification of spot weld, welding parameters and specimens were define according AWS - 9M SAE D8 2002 standard. The specimens for testing were removed from the sheets that make up a vehicle body. The welding head was designed and built according the standards of industrial machinery. Measuring instruments were developed specifically to meet the conditions of industrial resistance welding. The tests simulated the variations of parameters and production of welding spots as occurs in automotive industry. The analyzes were performed through the graphical comparison and mathematical behavior of measured quantities with dimensional spot qualification. The correlation presented distinguishes sheets of different thicknesses, coating materials, variation of parameters, positioning errors (crooked point), expulsion of material (flash), variations in spot formation (undersize) and most important, wear of the electrodes. This correlation allows to create a system of qualification and control of the spot welding.

A caracterização de materiais utilizando a técnica de indentação instrumentada difundiu-se significativamente na última década, devido às melhorias dos instrumentos que permitem ensaios por esta técnica e à necessidade de se fazer ensaios em pequenos volumes de materiais, como, por exemplo, em filmes finos e materiais com superfícies modificadas por tratamentos superficiais. Neste texto, abordou-se a elaboração de um algoritmo que permita o estudo da resposta de indentação de superfícies de diferentes materiais metálicos, durante e após o contato com um indentador agudo, empregando simulações por elementos finitos e análise dimensional. Na obtenção do algoritmo analisaram-se os efeitos da formação de borda (pile-up) ou da retração (sink-in) do material indentado, o coeficiente de atrito indentador-amostra, as deformações elásticas do indentador, a geometria do indentador e a variação experimental. As relações obtidas permitiram identificar uma falta fundamental de relação única entre as propriedades mecânicas e a forma da curva de indentação para curvas com razão d r/dmax>0,9, onde d r é a profundidade residual da indentação e dmax é o deslocamento máximo do indentador durante o ensaio. Da mesma forma, concluiu-se que a relação de Sneddon tem que ser corrigida tanto pela geometria da área de contato indentador-amostra quanto pela razão entre os módulos elásticos do material e do indentador (E/Ei). Como a área de contato indentador-amostra é afetada não só pela geometria do indentador mas também pelo nível de pile-up ou sink-in nos indentadores piramidais, uma relação foi identificada entre o nível de pile-up/sink-in e o fator de correção b da equação de Sneddon para os indentadores Vickers e Berkovich. Adicionalmente, pequenas diferenças foram observadas entre as curvas P-h (onde h é a profundidade de indentação abaixo da superfície original da amostra) e as curvas P-d (onde d é o valor da aproximação mútua entre indentador e amostra durante a indentação) para um mesmo valor de módulo reduzido Er quando a razão E/Ei é grande. Assim, o módulo reduzido pode sobreestimar ou subestimar a rigidez do indentador, dependendo das propriedades do material indentado. As análises neste trabalho permitiram igualmente observar que as principais limitações na obtenção das propriedades elasto-plásticas usando a curva de indentação instrumentada vêm da falta de unicidade, seguida pela geometria do indentador, isto é, diferenças entre o cone equivalente e os piramidais Vickers e Berkovich, assim como desvios em relação à geometria ideal do indentador, o que inclui arredondamento da sua ponta. Quando não há unicidade, sabendo-se informações adicionais à curva P-d, por exemplo, o valor da área residual da indentação ou o módulo elástico, uma solução única das propriedades mecânicas pode ser obtida. Em paralelo, a variação experimental pode limitar de forma significativa a precisão no cálculo das propriedades, enquanto o atrito indentador-amostra e as deformações do indentador têm efeitos menos significativos. Em termos gerais, observa-se que as funções que compõem o algoritmo desenvolvido neste trabalho permitem: (i) predizer as curvas carga-deslocamento (curvas P-d), produto do ensaio de indentação instrumentada, para um conjunto de propriedades elasto-plásticas conhecidas; (ii) identificar quando uma mesma curva P-d pode ser obtida de mais de um conjunto de propriedades do material indentado (iii) calcular as propriedades mecânicas (dureza, módulo elástico, coeficiente de encruamento e limite de escoamento) de um material usando a curva P-d quando d r/dmax<0,8 ou faixas de propriedades de materiais quando d r/dmax>0,8 e (iv) calcular as propriedades mecânicas (dureza, módulo elástico, coeficiente de encruamento e limite de escoamento) de um material usando a curva P-d e a área residual da indentação. / The interest in material characterization using instrumented indentation techniques has significantly increased in the last decade, due to improvements in testing instruments and the need to carry out tests on small volumes of materials, such as thin films or materials with surfaces modified by other surface treatments. This work addresses the development of an algorithm to analyze the indentation response of a group of metallic materials, during and after the contact with a sharp indenter, using finite element simulations and dimensional analysis. The formulation of the algorithm considered the effects of pile-up or sink-in of the indented material around the indentation, the friction coefficient between the indenter and the sample, the elastic deformation of the indenter, and the defects of the indenter tip. An analysis considering algorithm output and experimental variation was also conducted. The results allowed identifying a fundamental lack of unique relationship between the mechanical properties and the shape of the indentation curve for indentation curves with ratio d r/dmax>0,9, where d r is the residual indentation depth and dmax is the maximum indenter displacement in the test. Similarly, results allowed concluding that Sneddons equation requires a correction by both the geometry of the contact area and the ratio between the elastic moduli of the material and the indenter (E/Ei). As the shape of contact area is affected not only by the geometry of the indenter but also by the level of pile-up or sink-in in pyramidal indenters, a relationship was observed between the level of pile-up/sink-in and the correction factor b in the Sneddons equation for Vickers and Berkovich indenters. Additionally, it was found that the deformation of the indenter is not fully incorporated into indentation data analysis by the consideration of a reduced modulus (Er). Small differences between P-h curves (where h is the indentation depth below the original surface) and P-d curves (where d is the indenter/sample mutual approach) were observed for the same Er when the ratio E/Ei is large. Thus, the reduced modulus can overestimate or underestimate the indenter stiffness, depending on the mechanical properties of the indented material. Additionally, the analysis in this work has identified that the most important limitations in mechanical properties estimation using the indentation curve arise from the lack of uniqueness, followed by deviations in indenter geometry, such as differences between equivalent cone and pyramidal Vickers or Berkovich and tip defects. When non-uniqueness is present, unique solution may be obtained with the knowledge of additional information, in conjunction with P-d data, such as the residual indentation area or the elastic modulus. Furthermore, even when a unique solution is available the experimental variation may significantly decrease the accuracy in mechanical properties estimation, whereas friction and indenter deformation have less significant effects. In general, it was observed that the proposed algorithm allows: (i) predicting the load-displacement curves P-d of instrumented indentation tests for a set of known elastic-plastic mechanical properties, (ii) identifying when the same P-d curve can be obtained from more than one set of mechanical properties of the indented material, (iii) calculating the mechanical properties (hardness, elastic modulus, yield stress and strain hardening coefficient) from P-d curves when d r/dmax<0,8 or possible ranges for each mechanical property when d r/dmax>0,8 and (iv) calculating the mechanical properties (hardness, elastic modulus, yield stress and strain hardening coefficient) from P-d curves and the knowledge of the residual indentation area.