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The objective of this thesis is to investigate the mechanical and damping properties in AZ91 alloys with different boron concentrations and in two experimental alloys based on commercial pure magnesium. Further aim is to identify the influence of heat treatment of alloys AZ91+B on the properties mentioned above. Micro-structural observations were achieved by optical and scanning electron microscope. Mechanical tests were performed in a wide range of temperatures from 23řC to 300řC and, simultaneously, the acoustic emission was recorded at room temperature. The temperature spectrum of internal friction was determined in the temperature range from 23řC to 400řC. Moreover, the amplitude dependence of damping properties of materials were studied. Phenomena leading to dissipation of mechanical energy in the temperature spectrum were determined by micro-structural observation.

The degree of the approximation represented by the basic equation of motion of a vibratory system influenced by internal damping was improved by the assumption that the damping coefficient is proportional to the n^th power of the strain (or stress) amplitude. The solution of the improved equation. was presented by use of approximate methods. The results were expressed in terms of the logarithmic decrement and specific damping to facilitate comparison with experimental data. Three theoretical curves were fitted to experimental curves of the logarithmic decrement. It was found that the theoretical curves accurately described the damping (that is, they fit the experimental curves) for low values of the strain. The curves were found to diverge for higher values of the strain. / M.S.

Relaxation spectra were determined for a high chromium-high nickel vacuum cast stainless steel. The specimens were tested in the following three conditions: (1) as-received and solution heat treated, (2) nitrided 20 hours and solution heat treated, and (3) nitrided 40 hours and solution heat treated. No internal friction peaks were found in any of the experimental runs. There was no precipitation of nitrides during testing in the torsional pendulum. This was verified by an electron microscopic examination of the specimens after testing. Since there were no nitrides precipitated, no internal friction relaxation peaks were evident. / M.S.

Orientador: Carlos Roberto Grandini / Banca: Paulo Afonso Silveira Francisconi / Banca: Ana Paula Rosifini Alves Claro / O Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi da Unesp / Resumo: O crescente aumenta na expectativa de vida da população tem resultado numa igual demanda e procura por biomateriais metálicos. Biomateriais metálicos são utilizados na substituição ou recuperação de ombros, joelhos, quadril e cotovelos. As ligas a base de Ti são materiais promissores para tais fins, pois apresentam uma excelente biocompatibilidade, ótima resistência à corrosão em meio biológico. Essas características são grandemente influenciadas pela presença de elementos substitucionais e oxigênio intersticial e a técnica do atrito interno constitui um aliado bastante importante na análise dos resultados deste trabalho. Dessa forma, o objetivo deste trabalho é analisar a influência do exigênio intersticial nas propriedades das ligas Ti-8Ta e Ti-16Ta (% em peso). As medidas de atrito interno foram utilizadas para obtenção do módulo de elasticidade dinâmico das ligas estudadas, pois esta grandeza está experimentalmente associada ao amortecimento das vibrações livres do sistema, a dissipação de energia elástica e a frequencia de oscilação do sistema. Para tais medidas empregou-se um Pêndulo de Torção com frequencia de oscilação de aproximadamente 30Hz e temperatura na faixa de 230 a 350K. As ligas estudadas passaram por processos de tratamento térmico e dopagens com oxigênio e foram caracterizadas por medidas de densidade, difração de raios X e posterior refinamento de Rietveld, microdureza, módulo de elasticidade e testes de citotoxicidade in vitro. Os testes iniciais de biocompatibilidade mostram que não houve nenhuma resposta citotóxica, originando resposta celular satisfatória. As medidas de microdureza apresentam valores menores que os encontrados na literatura e as medidas de raios X mostram picos característicos da fase 'alfa' do titânio. Na análise de Rietveld verificou-se a presença de estrutura martensítica 'alfa' e fase 'beta' para ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The accelerating increase in life expectancy of the population has resulted in greater demand and more searches for metallic biomaterials. Metallic are extensively used in the replacement or restoration fo shoulders, knees, hips and elbows. Ti-based alloys are promising materials for such purposes, because they present excellent biocompatibility, a great mechanical strengh/density relation and a high corrosion resistance in a biological medium. These characteristics are greatly influenced by the presence of substitutional elements and interstitial oxygen. The internal friction technique is a very important ally in the analysis of the results of this work. Thus, the purpose of this work is to analyze the influence of insterstitial oxygen on the properties of Ti-8Ta and Ti-16Ta alloys (wt%). Internal friction measurements were used to obtain the dynamic elasticity modulus of the alloys studied, because this quantity is experimentally associated with the damping of free vibration of the sytem, which is related to the elastic energy dissipation and the oscillation frequency of the system. For such measurements, a torsion pendulum was employed, with an oscillation frequency of approximately 30 Hz and temperature in the range of 230-350 K. The alloys underwent heat treatment and oxygen doping processes, and were characterized by density, x-ray diffraction and subsequent refinement of Rietveld, microhardness and elasticity modulus measurements, and in vitro cytotoxicity tests. The initial biocompatibility tests showed that there was no cytotoxic answer, giving origin to a satisfactory cellular response. Microhardness measurements had values less than found in the literature, and x-rays showed characteristic peak of the titanium 'alfa' phase. In the Rietveld analysis, observed were the presence of martensitic 'alfa' structure and a 'beta' phase for all sample and conditions studied. The ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

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Os projetos de carrocerias veiculares atuais procuram desenvolver estruturas leves, seja para reduzir o consumo de combustível, no caso dos motores de combustão interna, seja para maior autonomia de bateria, no caso dos veículos elétricos e híbridos. Redução no consumo de combustível significa redução na emissão de poluentes. As estruturas precisam ser leves, mas cada vez mais resistentes e rígidas a fim de proporcionar máximo conforto e segurança aos ocupantes. Estas premissas têm levado ao contínuo desenvolvimento dos materiais. No caso dos aços, um dos processos que tem permitido a melhora significativa das propriedades mecânicas é a estampagem a quente. Nos últimos anos, as peças estampadas a quente têm ocupado lugar de destaque na estrutura das carrocerias veiculares por estarem em sintonia com as demandas mencionadas. Há muitas pesquisas em curso para esta tecnologia, seja nos materiais, nos meios de produção, nos revestimentos e em aplicações. O aço mais utilizado neste processo, 22MnB5, também apresenta o chamado efeito bake hardening; a tensão de escoamento é aumentada após tratamento térmico realizado em temperaturas próximas a 200 °C. Neste trabalho, visando à melhoria nas propriedades mecânicas, amostras foram tratadas termicamente na faixa de temperatura supracitada. Após isso, dados obtidos de ensaios mecânicos foram inseridos em programas de simulação de impacto lateral cujo resultado foi a redução na intrusão na célula de sobrevivência. O efeito bake hardening também propiciou um aumento na absorção da energia de impacto em teste estático feito com barras de proteção lateral. O mecanismo metalúrgico envolvido no fenômeno, devido à difusão de intersticiais foi evidenciado no ensaio de atrito interno. / The current auto body projects seek to build light structures whose immediate impact is in the reduction in fuel consumption of internal combustion engines or in longer battery life for electric and hybrid vehicles. Reduction in fuel consumption means reduced emissions. The structures need to be lightweight, but increasingly resistant to provide maximum comfort and safety to the occupants. These demands led to the continuous development of new materials. In the case of the steels hot stamping has allowed significant improvement in the mechanical properties. In recent years, hot stamped parts took prominent place in the structure of auto bodies to be in line with the mentioned demands. There are a lot of researches lines for this technology: materials, modes of production, coatings and applications. The most commonly used steel in this process, 22MnB5, also exhibits the bake hardening effect: its yield strength is increased after thermal treatment at temperatures close to 200 °C. To verify this improvement in the mechanical properties, samples were thermally treated. After that, data obtained from mechanical tests were inserted into side-crash simulation programs that resulted in a reduction in intrusion in the passengers compartment. The bake hardening effect also provided an increase in the absorption of the impact energy in a static test done with door beam. The metallurgical mechanism involved in the phenomenon, due to the movement of interstitial was evidenced in the internal friction test.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5592.pdf: 31266949 bytes, checksum: 2b640b435377cc433450c874294869e3 (MD5) Previous issue date: 2013-11-14 / Financiadora de Estudos e Projetos / In recent decades the study of β-Titanium alloys are attracting the interest to the biomaterials science community in general, since have improved properties as compared with current commercial biomedical alloys which present problems of both mechanical and chemical compatibility. In this sense, the determination and optimization of the mechanical properties, in particular of the elastic modulus, through of control the phases present that are of great importance. In this study was determined the dynamic elastic modulus (E), their relative variation ( ΔE/E) and internal friction (Q-1) as function of temperature by mechanical spectroscopy technique, being that the information provided by these parameters, associated with complementary characterization techniques and theoretical parameters of the literature provided relevant information on the phases stability in some alloys of the Ti-Nb-Zr and Ti- Nb-systems. Thus, complex anelastic relaxation processes were observed which through cyclic heat treatment and aging was possible to dissociate into their component of phase transformations, which highlighted in the temperature range between 300 K and 700 K the sequence β → β + ω → β + ω + α → β + α, and once these transformations are developed, in a joint manner are also present relaxation processes that include interactions of elements containing alloys with interstitial atoms. At low temperature (130 K-300 K), a process of relaxation was observed, which may be related to processes such as β → ω (athermic) transformation and/or H-O interactions. However by the behavior of the elastic modulus this process may be linked in part to the reverse martensitic transformation β→α" being possible to identify Ms and Af temperatures. In addition was characterized a low modulus of elasticity, yielding values between 67 and 54 GPa, which are related to the greater stability of the β phase, being these suitable values regarding the mechanical compatibility as compared with commercial alloys used as biomaterials. / Nas últimas décadas, o estudo de ligas de titânio do tipo β tem despertado o interesse da comunidade científica na área de biomateriais por apresentarem propriedades superiores se comparadas com as atuais ligas biomédicas comerciais, uma vez que, estas últimas apresentam problemas de compatibilidade tanto mecânica como química. Neste sentido, a determinação e otimização das propriedades mecânicas, principalmente através do controle das fases presentes são de grande importância, em especial objetivando obter o módulo de elasticidade próximo ao do osso humano (10-30 GPa). Assim, neste trabalho foram determinados, o módulo de elasticidade dinâmico (E), sua variação relativa (ΔE/E) e o atrito interno (Q-1) em função da temperatura, por meio da técnica de espectroscopia mecânica. A informação proporcionada por estas grandezas, associada a técnicas de caraterização complementares e a parâmetros teóricos da literatura, forneceram informações relevantes sobre a estabilidade das fases em algumas ligas de Ti-β dos sistemas Ti-Nb-Zr e Ti-Nb-Fe. Desta forma, processos de relaxação anelástica complexos foram observados, sendo que, através de tratamentos cíclicos e de envelhecimento foi possível dissociá-los em suas componentes de transformações de fase. Nestes espectros foi evidenciada, na faixa de temperatura entre 300 K e 700 K, a sequência de transformações β→β+ω→β+ω+α→β+α e, uma vez que, estas transformações se desenvolvem, de maneira conjunta, estão presentes processos de relaxação que incluem interações dos elementos que contém as ligas com átomos intersticiais. Em baixa temperatura (130 K a 300 K) foi observado um processo de relaxação, que pode estar relacionado a transformações β→ω (atérmica) e/ou interações H-O, no entanto, devido ao comportamento do módulo de elasticidade este processo pode estar associado em parte à transformação martensitíca reversa β→α , sendo possível identificar as temperaturas Ms e Af. Por outro lado, foi caracterizado um baixo módulo de elasticidade, obtendo-se valores entre 67 e 54 GPa, que estão relacionados com a maior estabilidade da fase β. Estes valores são adequados quanto a compatibilidade mecânica se comparados com as ligas comerciais empregadas como biomateriais.

Os projetos de carrocerias veiculares atuais procuram desenvolver estruturas leves, seja para reduzir o consumo de combustível, no caso dos motores de combustão interna, seja para maior autonomia de bateria, no caso dos veículos elétricos e híbridos. Redução no consumo de combustível significa redução na emissão de poluentes. As estruturas precisam ser leves, mas cada vez mais resistentes e rígidas a fim de proporcionar máximo conforto e segurança aos ocupantes. Estas premissas têm levado ao contínuo desenvolvimento dos materiais. No caso dos aços, um dos processos que tem permitido a melhora significativa das propriedades mecânicas é a estampagem a quente. Nos últimos anos, as peças estampadas a quente têm ocupado lugar de destaque na estrutura das carrocerias veiculares por estarem em sintonia com as demandas mencionadas. Há muitas pesquisas em curso para esta tecnologia, seja nos materiais, nos meios de produção, nos revestimentos e em aplicações. O aço mais utilizado neste processo, 22MnB5, também apresenta o chamado efeito bake hardening; a tensão de escoamento é aumentada após tratamento térmico realizado em temperaturas próximas a 200 °C. Neste trabalho, visando à melhoria nas propriedades mecânicas, amostras foram tratadas termicamente na faixa de temperatura supracitada. Após isso, dados obtidos de ensaios mecânicos foram inseridos em programas de simulação de impacto lateral cujo resultado foi a redução na intrusão na célula de sobrevivência. O efeito bake hardening também propiciou um aumento na absorção da energia de impacto em teste estático feito com barras de proteção lateral. O mecanismo metalúrgico envolvido no fenômeno, devido à difusão de intersticiais foi evidenciado no ensaio de atrito interno. / The current auto body projects seek to build light structures whose immediate impact is in the reduction in fuel consumption of internal combustion engines or in longer battery life for electric and hybrid vehicles. Reduction in fuel consumption means reduced emissions. The structures need to be lightweight, but increasingly resistant to provide maximum comfort and safety to the occupants. These demands led to the continuous development of new materials. In the case of the steels hot stamping has allowed significant improvement in the mechanical properties. In recent years, hot stamped parts took prominent place in the structure of auto bodies to be in line with the mentioned demands. There are a lot of researches lines for this technology: materials, modes of production, coatings and applications. The most commonly used steel in this process, 22MnB5, also exhibits the bake hardening effect: its yield strength is increased after thermal treatment at temperatures close to 200 °C. To verify this improvement in the mechanical properties, samples were thermally treated. After that, data obtained from mechanical tests were inserted into side-crash simulation programs that resulted in a reduction in intrusion in the passengers compartment. The bake hardening effect also provided an increase in the absorption of the impact energy in a static test done with door beam. The metallurgical mechanism involved in the phenomenon, due to the movement of interstitial was evidenced in the internal friction test.

This thesis deals with a study of methods sufficient to describe the behavior of bulk materials (homogeneous and non-homogeneous) during their transport by bucket elevators in the application focused on the optimization of the bucket shape and also on the optimization of operating parameters of whole elevator. More specifically, this thesis is based on the studying and creating analytical and numerical computational models which are used for description of flows and deformations especially of particulate materials. Firstly, the thesis is focused on the process of discharging the bucket – the relationship among the shape of the surface of a particulate material and geometry, position and movement of the bucket. The beginning and way of discharge of the bucket will be determined. Secondly, the thesis includes the overall computational model of a bucket elevator which is based on discrete element method and presented in the case study. The goal is to determine the limits of some classical physical and mathematical descriptions.