The goal of this thesis is to examine a possible influence of the water soluble cores on the microstructure of commonly used aluminum alloys AlSi7Mg and AlSi10Mg in the lost wax technology. This thesis only deals with the changes of the eutecticum on the contact surface between the metal and the core and its surroundings where interactions can appear between the core based on the alkali salts NaCl and KCl and the alloy modified by sodium or strontium. The experimental part investigates the influence of the alkali salts on the modification additives and the modification of the structure itself.

The aim of this thesis is to investigate the influence of the structure of castings from the nickel superalloy Inconel 713 LC using rotation and cycling by casting table. The aim is to achieve a fine-grained structure and the best mechanical properties through varying the oscillation parameters during casting crystallization. Six castings of axial turbine wheel were initially casted for the purpose of this thesis. After evaluating their macrostructure, microstructure and mechanical properties, four additional axial turbine wheels were casted in order to validate the results.

<p>Doktorska disertacija razmatra primenu savremenih aditivnih proizvodnih tehnologija u postupku preciznog livenja ortopedskih implantata i njihov uticaj na skraćenje vremena i smanjenje tro&scaron;kova izrade topljivih modela. Konvencionalni postupak preciznog livenja ortopedskih implantata zahteva značajno vreme i tro&scaron;kove za izradu kalupa za topljive modele. U disertaciji je razvijena metoda za &bdquo;brzo precizno livenje&ldquo; kojom se elimini&scaron;e potreba za izradom kalupa za topljive modele ortopedskih implantata. Potrebno je utvrditi da li se pomoću predložene metode &bdquo;brzog preciznog livenja&ldquo; koja predstavlja integraciju aditivnih proizvodnih tehnologija i reverznog inženjerstva sa konvencionalnim preciznim livenjem, može dati značajniji doprinos daljem razvoju u oblasti izrade prilagođenih ortopedskih implantata.</p> / <p>The doctoral thesis discusses the application of modern additive manufacturing technologies in investment casting of orthopaedic implants and their impact on time and cost savings in meltable wax models development. The conventional procedure of investment casting of orthopaedic implants demands considerable time and costs when developing moulds for meltable wax models. The thesis shows a method of &ldquo;rapid investment casting&rdquo; developed to avoid the making the moulds for meltable wax models of orthopaedic implants. It is necessary to establish whether the proposed method of &ldquo;rapid investment casting&rdquo;, which integrates additive manufacturing technologies and reverse engineering with conventional investment casting, may give a significant contribution to further development of manufacturing of customized orthopaedic implants</p>

A superliga policristalina à base de níquel MAR-M247 foi desenvolvida na década de 70. Sua ótima composição, estabilidade microestrutural, excelente resistência à fluência e à oxidação e boa resistência à corrosão a quente faz dessa superliga uma das mais utilizadas em rotores durante os últimos 20 anos. Os objetivos do presente trabalho são a produção e caracterização microestrutural e mecânica de rotores da superliga MARM247 (10% peso Co, 10W, 8.25Cr, 5.5Al, 3Ta, 1.5Hf, 1Ti, 0.7Mo, 0.15C, 0.05Zr, 0.015B, Ni balanço). Os rotores foram obtidos pela técnica de microfusão por cera perdida na empresa Açotécnica S.A. (Jandira/SP) em diferentes temperaturas de vazamento e isolamento do molde cerâmico. Os materiais foram analisados por microscopia ótica e eletrônica de varredura (MEV/EDS), análise térmica diferencial (DTA), macro/microdureza e ensaios de tração convencional a 25oC e a 760oC. Além disso, os materiais passaram por tratamentos térmicos de solubilização e envelhecimento em diferentes temperaturas e tempos a fim de avaliar as mudanças microestruturais. Com a ajuda do software de cálculo termodinâmico Thermocalc foram feitas simulações das relações de fases utilizando a composição média da superliga MAR-M247. Os resultados permitiram obter uma condição de processamento (temperatura de vazamento e condição de isolamento) com maior quantidade de peças sem defeitos. Além disso, os experimentos permitiram definir uma condição ideal para o tratamento térmico de solubilização da superliga MAR-M247. / The polycrystalline nickel-based superalloy MAR-M247 was developed in the 1970s. Its optimal alloy composition, microstructural stability, excellent resistance to creep and oxidation and good resistance to hot corrosion make the MAR-M247 superalloy one of the alloys widely used in turbine rotors during the last 20 years. The aims of the present work are the production and the microstructural and mechanical characterization of rotors made of MAR-M247 superalloy (10 wt. % Co, 10W, 8.25Cr, 5.5Al, 3Ta, 1.5Hf, 1Ti, 0.7Mo, 0.15C, 0.05Zr, 0.015B, Ni balance). The rotors were produced by using the lost-wax technique at different pouring temperatures and isolation of the shell mold at the Açotécnica S.A. company (Jandira/SP). The materials were analyzed by optical and scanning electron microscopy (SEM/EDS), differential thermal analysis (DTA), macro/microhardness and tensile tests at 25oC and 760oC. Besides, the materials were submitted to solution and ageing treatments at different temperatures and times in order to evaluate de microstructural changes. With the aid of the thermodynamic calculation software Thermocalc, simulations of phase relations were made using the average composition of the MAR-M247 superalloy. The results allowed to obtain a processing condition (pouring temperature and isolation condition) with larger amount of rotors without defects. Moreover, the experiments allowed to define an ideal solution heat treatment condition of MAR-M247 superalloy.

Neste trabalho foi avaliada a influência das condições de processamento (pouring temperature and de vazamento e condições de isolamento térmico dos moldes cerâmicos) na formação de trincas nas palhetas de turbinas policristalinas, a base da superliga B1914, produzidas por microfusão. E devido à falta de informações sobre a superliga B1914 foram levantadas informações sobre o equilíbrio de fases (THERMOCALC) e foi realizada a caracterização microestrutural e mecânica deste material desta liga no estado bruto e tratada termicamente. Todas as palhetas vazadas a 1570, 1520 e 1470 °C em moldes sem isolamento e com isolamento parcial apresentaram trincas e outros defeitos de solidificação. Já as palhetas vazadas em moldes totalmente isolados estavam livres das trincas. No entanto foram identificados aglomerados de microporos na raíz de todas as palhetas. Os resultados de simulação de fração de fases mostraram que o equilíbrio de fases da superliga B1914 é constituído majoritariamente pelas fases &#947; e &#947;\' e pelas fases minoritárias MB2, M3B2 e sigma. A caracterização microestrutural da superliga B1914 confirmou os resultados de simulação e foram identificadas as fases gama (&#947) - dendritas e os precipitados da fase gama linha (&#947\') - no interior das dendritas e na região interdendrítica. As fases M3B2 e eram os microconstituintes do eutético. Os resultados de DTA e Scheil mostraram que o processo de solidificação, da superliga B1914, ocorreu fora de equilíbrio. Nos resultados obtidos a partir dos tratamentos térmicos, ficaram evidentes as dificuldades encontradas para solubilização das placas da fase &#947\'. A integridade estrutural dos corpos-de-prova foi comprometida pela presença de defeitos de solidificação (vazios). Tanto que os valores de LR e r obtidos nos ensaios estão muito abaixo dos valores encontrados na literatura. / This study was evaluated the influence of processing conditions (temperatures of casting conditions and thermal insulation of ceramic shells) in crack formation of equiaxed B1914 turbine blades produced by investment casting. Due to lack of information about B1914 alloy was performed microstructural and mechanical characterization of this alloy material in the raw state and treated. In shells uninsulated and partly insulated, after pouring was observed casting solidification defects. However the shells in a fully insulated were not observed casting crack formation. However were identified clusters of micropores in the root of all blades. The results of simulation phase fraction showed that the balance of phases in B1914 alloy is made mostly by &#947; and &#947;\' phases and the minority phases: MB2, M3B2 and sigma. The microstructural characterization of B1914 alloy confirmed the results of simulation and were identified: gamma (&#947;) - dendrites and gamma prime (&#947;\') - inside the dendrites and interdendritic regions. The M3B2 was found in eutectic. The results of DTA and Scheil showed that the process of solidification occurred in non-equilibrium. The results obtained from the thermal treatments showed difficulties to solubilize &#947;\' phase. The structural integrity of samples was compromised by the presence of solidification defects (pores). Both values of LR and &#949;r obtained in the tests are much below the values found in literature.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-10-09T13:19:28Z No. of bitstreams: 1 JOSÉ JOELSON DE MELO SANTIAGO - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2018.pdf: 5893476 bytes, checksum: 9fec0f8b27ff639270bebb4444b2285c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-09T13:19:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JOSÉ JOELSON DE MELO SANTIAGO - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2018.pdf: 5893476 bytes, checksum: 9fec0f8b27ff639270bebb4444b2285c (MD5) Previous issue date: 2018-08-30 / Em muitas situações de projeto em sistemas mecânicos deseja-se rigidez e ao mesmo tempo uma certa flexibilidade. Nesses casos, as molas são elementos interessantes, por isso esses componentes foram bastante estudados. Em paralelo, visando ampliar as possibilidades, novos materiais têm se desenvolvido, a exemplo de materiais funcionais, como é o caso das ligas com memória de forma (LMF). As molas helicoidais fabricadas a partir de LMF são componentes promissores para aplicações como atuadores/sensores, pela capacidade de recuperar grandes deformações elásticas e pseudo-plásticas. Atualmente esses componentes são obtidos em sua maioria através da conformação de fios, a frio ou a quente, e tem aplicação consolidada no campo biomédico, porém no campo industrial as aplicações comerciais ainda são limitadas. Neste cenário, utilizar a fundição de precisão para este tipo de componente pode ampliar as possibilidades e aumentar as aplicações em diversos setores. Por outro lado, é de amplo interesse entender a relação entre as propriedades mecânicas e as configurações geométricas destes elementos. Neste contexto, o principal objetivo deste trabalho é a caracterização térmica e mecânica de molas helicoidais de LMF Ni-Ti (MLMFNiTi) com diferentes configurações, produzidas pelo processo de fundição de precisão, empregando a fusão por indução com injeção por centrifugação (FIC) em moldes cerâmicos. Os resultados obtidos mostraram que as molas produzidas apresentaram transformação de fase característica dos fenômenos de superelasticidade (SE). Por meio dos ensaios mecânicos constatou-se que as molas suportaram, no geral, deformações de até 70%. Os parâmetros dimensionais influenciaram o comportamento mecânico para o qual o aumento do passo e do diâmetro do fio fizeram aumentar a força aplicada para submeter as molas as mesmas deformações. Dessa forma, as molas produzidas apresentam características funcionais adequadas para potencializar aplicações industriais a partir de LMF Ni-Ti. / In many situations of design in mechanical systems one wants rigidity and at the same time a certain flexibility. In these cases, the springs are interesting elements, so these components were well studied. In parallel, in order to expand possibilities, new materials have been developed, such as functional materials, such as shape memory alloys (LMF). Helical springs made from LMF are promising components for applications such as actuators / sensors, for the ability to recover large elastic and pseudo-plastic deformations. Currently, these components are mostly obtained through wire forming, either cold or hot, and have consolidated application in the biomedical field, but in the industrial field commercial applications are still limited. In this scenario, using precision casting for this type of component can expand the possibilities and increase the applications in several sectors. On the other hand, it is of broad interest to understand the relation between the mechanical properties and the geometric configurations of these elements. In this context, the main objective of this work is the thermal and mechanical characterization of LMF Ni-Ti helical springs (MLMFNiTi) with different configurations, produced by the invesment casting process, using induction fusion with centrifugal injection (FIC) in ceramic molds. The obtained results showed that the produced springs presented phase transformation characteristic of the phenomena of superelasticity (SE). Through the mechanical tests it was found that the springs generally supported deformations of up to 70%. The dimensional parameters influenced the mechanical behavior for which the step increase, and the wire diameter increased the applied force to subject the springs to the same deformations. Thus, the springs produced have functional characteristics suitable to enhance industrial applications from LMF Ni-Ti.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-10-09T13:44:00Z No. of bitstreams: 1 ANTÔNIO ARISTÓFANES DA CRUZ GOMES - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2018.pdf: 3128879 bytes, checksum: 1a0aaa662fd3e47d06a1e3545ab63f87 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-09T13:44:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ANTÔNIO ARISTÓFANES DA CRUZ GOMES - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2018.pdf: 3128879 bytes, checksum: 1a0aaa662fd3e47d06a1e3545ab63f87 (MD5) Previous issue date: 2018-08-07 / CNPq / Os procedimentos cirúrgicos de reconstrução crânio facial vêm se desenvolvendo significativamente e grande parte desse progresso se deve às inovações nas técnicas cirúrgicas e ao emprego de novos materiais na fabricação dos dispositivos de fixação. O objetivo principal é tornar os procedimentos mais eficientes e menos invasivos aos pacientes, consequentemente haverá diminuição nos índices de retrabalhos. O emprego de Ligas com Memória de Forma (LMF) pode ser uma alternativa interessante nesses casos, uma vez que esses materiais possuem um comportamento adaptativo, com a capacidade de reagir a estímulos externos de natureza térmica ou mecânica. As LMF da família Ni-Ti lideram o interesse das pesquisas devido ao maior número de aplicações comerciais, principalmente nas áreas médica e odontológica. Essas LMF Ni-Ti, além de serem biocompatíveis possuem também módulo de elasticidade inferior ao de ligas de titânio, como o Ti-Al-V, e dos aços inoxidáveis. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é desenvolver um protótipo de placa de fixação óssea, que poderá ser destinada a procedimentos de trauma e reconstrução mandibular, utilizando uma LMF Ni-Ti com características superelásticas. Foi escolhido um elemento de fixação, tipo placa, como modelo para os protótipos e as dimensões foram baseadas em componentes fornecidos comercialmente. Para a fabricação dos dispositivos optou-se pelos processos de fundição de precisão: Plasma Skull Push-Pull (PSPP), e fusão por indução com injeção por centrifugação (FIC), os quais se mostraram bastante eficazes. Foram realizados ensaios de caracterização para determinar as propriedades térmicas e mecânicas do dispositivo fabricado. Os principais resultados foram um componente de rigidez variável com a temperatura, módulo de elasticidade da ordem de 50 GPa na temperatura corpórea e vida em fadiga ente 103 e 106 para amplitudes de deslocamento em flexão entre 0,5 mm e 2,5 mm. Estes resultados de caracterização termomecânica indicam o potencial das LMF Ni-Ti e dos processos de fundição de precisão para a produção de placas de fixação óssea. / Surgical procedures for facial skull reconstruction have been developing significantly and much of this progress is due to innovations in surgical techniques and the use of new materials in the manufacture of fastening devices. The main objective is to make the procedures more efficient and less invasive to the patients, consequently there will be a decrease in the rates of reworking. The use of Shape Memory Alloys (SMA) may be an interesting alternative in these cases, since these materials have an adaptive behavior, with the ability to react to external stimuli of a thermal or mechanical nature. The SMA of the Ni-Ti family lead the research interest due to the greater number of commercial applications, mainly in the medical and dental areas. In addition to being biocompatible, these Ni-Ti SMAs also have lower modulus of elasticity than titanium alloys, such as Ti-Al-V, and stainless steels. In this context, the objective of this work is to develop a prototype bone fixation plate, which can be used for trauma and mandibular reconstruction procedures, using a Ni-Ti SMA with superelastic characteristics. A plate-type fastening element was chosen as the prototype model and the dimensions were based on commercially supplied components. In order to manufacture the devices, it was chosen the precision casting processes: Plasma Skull Push-Pull (PSPP) and induction fusion with centrifugal injection (FCI), which proved to be quite effective. Characterization tests were performed to determine the thermal and mechanical properties of the fabricated device. The main results were a variable stiffness component with temperature, modulus of elasticity of the order of 50 GPa at body temperature and fatigue life between 103 and 106 for flexural displacement amplitudes between 0.5 mm and 2.5 mm. These thermomechanical characterization results indicate the potential of Ni-Ti SMA and precision casting processes for the production of bone fixation plates.

A superliga policristalina à base de níquel MAR-M247 foi desenvolvida na década de 70. Sua ótima composição, estabilidade microestrutural, excelente resistência à fluência e à oxidação e boa resistência à corrosão a quente faz dessa superliga uma das mais utilizadas em rotores durante os últimos 20 anos. Os objetivos do presente trabalho são a produção e caracterização microestrutural e mecânica de rotores da superliga MARM247 (10% peso Co, 10W, 8.25Cr, 5.5Al, 3Ta, 1.5Hf, 1Ti, 0.7Mo, 0.15C, 0.05Zr, 0.015B, Ni balanço). Os rotores foram obtidos pela técnica de microfusão por cera perdida na empresa Açotécnica S.A. (Jandira/SP) em diferentes temperaturas de vazamento e isolamento do molde cerâmico. Os materiais foram analisados por microscopia ótica e eletrônica de varredura (MEV/EDS), análise térmica diferencial (DTA), macro/microdureza e ensaios de tração convencional a 25oC e a 760oC. Além disso, os materiais passaram por tratamentos térmicos de solubilização e envelhecimento em diferentes temperaturas e tempos a fim de avaliar as mudanças microestruturais. Com a ajuda do software de cálculo termodinâmico Thermocalc foram feitas simulações das relações de fases utilizando a composição média da superliga MAR-M247. Os resultados permitiram obter uma condição de processamento (temperatura de vazamento e condição de isolamento) com maior quantidade de peças sem defeitos. Além disso, os experimentos permitiram definir uma condição ideal para o tratamento térmico de solubilização da superliga MAR-M247. / The polycrystalline nickel-based superalloy MAR-M247 was developed in the 1970s. Its optimal alloy composition, microstructural stability, excellent resistance to creep and oxidation and good resistance to hot corrosion make the MAR-M247 superalloy one of the alloys widely used in turbine rotors during the last 20 years. The aims of the present work are the production and the microstructural and mechanical characterization of rotors made of MAR-M247 superalloy (10 wt. % Co, 10W, 8.25Cr, 5.5Al, 3Ta, 1.5Hf, 1Ti, 0.7Mo, 0.15C, 0.05Zr, 0.015B, Ni balance). The rotors were produced by using the lost-wax technique at different pouring temperatures and isolation of the shell mold at the Açotécnica S.A. company (Jandira/SP). The materials were analyzed by optical and scanning electron microscopy (SEM/EDS), differential thermal analysis (DTA), macro/microhardness and tensile tests at 25oC and 760oC. Besides, the materials were submitted to solution and ageing treatments at different temperatures and times in order to evaluate de microstructural changes. With the aid of the thermodynamic calculation software Thermocalc, simulations of phase relations were made using the average composition of the MAR-M247 superalloy. The results allowed to obtain a processing condition (pouring temperature and isolation condition) with larger amount of rotors without defects. Moreover, the experiments allowed to define an ideal solution heat treatment condition of MAR-M247 superalloy.

Neste trabalho foi avaliada a influência das condições de processamento (pouring temperature and de vazamento e condições de isolamento térmico dos moldes cerâmicos) na formação de trincas nas palhetas de turbinas policristalinas, a base da superliga B1914, produzidas por microfusão. E devido à falta de informações sobre a superliga B1914 foram levantadas informações sobre o equilíbrio de fases (THERMOCALC) e foi realizada a caracterização microestrutural e mecânica deste material desta liga no estado bruto e tratada termicamente. Todas as palhetas vazadas a 1570, 1520 e 1470 °C em moldes sem isolamento e com isolamento parcial apresentaram trincas e outros defeitos de solidificação. Já as palhetas vazadas em moldes totalmente isolados estavam livres das trincas. No entanto foram identificados aglomerados de microporos na raíz de todas as palhetas. Os resultados de simulação de fração de fases mostraram que o equilíbrio de fases da superliga B1914 é constituído majoritariamente pelas fases &#947; e &#947;\' e pelas fases minoritárias MB2, M3B2 e sigma. A caracterização microestrutural da superliga B1914 confirmou os resultados de simulação e foram identificadas as fases gama (&#947) - dendritas e os precipitados da fase gama linha (&#947\') - no interior das dendritas e na região interdendrítica. As fases M3B2 e eram os microconstituintes do eutético. Os resultados de DTA e Scheil mostraram que o processo de solidificação, da superliga B1914, ocorreu fora de equilíbrio. Nos resultados obtidos a partir dos tratamentos térmicos, ficaram evidentes as dificuldades encontradas para solubilização das placas da fase &#947\'. A integridade estrutural dos corpos-de-prova foi comprometida pela presença de defeitos de solidificação (vazios). Tanto que os valores de LR e r obtidos nos ensaios estão muito abaixo dos valores encontrados na literatura. / This study was evaluated the influence of processing conditions (temperatures of casting conditions and thermal insulation of ceramic shells) in crack formation of equiaxed B1914 turbine blades produced by investment casting. Due to lack of information about B1914 alloy was performed microstructural and mechanical characterization of this alloy material in the raw state and treated. In shells uninsulated and partly insulated, after pouring was observed casting solidification defects. However the shells in a fully insulated were not observed casting crack formation. However were identified clusters of micropores in the root of all blades. The results of simulation phase fraction showed that the balance of phases in B1914 alloy is made mostly by &#947; and &#947;\' phases and the minority phases: MB2, M3B2 and sigma. The microstructural characterization of B1914 alloy confirmed the results of simulation and were identified: gamma (&#947;) - dendrites and gamma prime (&#947;\') - inside the dendrites and interdendritic regions. The M3B2 was found in eutectic. The results of DTA and Scheil showed that the process of solidification occurred in non-equilibrium. The results obtained from the thermal treatments showed difficulties to solubilize &#947;\' phase. The structural integrity of samples was compromised by the presence of solidification defects (pores). Both values of LR and &#949;r obtained in the tests are much below the values found in literature.

This diploma thesis deals with the choice of the most suitable composition of a ceramic shell mold for aluminum castings made by investment casting technology. The most suitable composition of the ceramic shells is chosen based on the results of the tests and from economic point of view. This thesis also deals with evaluation of the current conditions of the production of ceramic shells in Alucast, s.r.o and recommendations for stabilizing the process of manufacturing ceramic shell molds.