The abrasion can have some approaches, such as: (i-) the manufacturing processes and the production of different surface features and finishing of workpieces and components; and (ii-) in terms of the wear and failure, which occur in tools materials. The present thesis consists in developing a numerical model by Finite Element Method (FEM) validated by experimental tests, aiming to evaluate microstructural influences on the abrasion of metallic alloys. Therefore, objectives are related to define rules focused on ductile material design to obtain cutting resistance. Regardless of their applications, the abrasive micro-mechanism depends on mechanical and damage properties of the materials and their microstructure. A simplified abrasion study is developed considering a single abrasive over a microstructure to evaluate from ploughing to cutting. Thus, scratch tests are performed in micro-scale, applying different ranges of constant normal force. Moreover, the specimen characterization was conducted using optical and electronic microscopy techniques, optical interferometry, conventional hardness, and instrumented indentation. By the developed numerical approach, the results were: (a-) in terms of apparent coefficient of friction (COF), the found numerical and experimental mismatches are assigned to the effects of adhesion, anisotropy, grain boundaries and twinning, for instance, which were not taken into account on the modelling; (b-) the hard precipitates have a prevailing effect over the matrix regarding the apparent COF, whereas the matrix effect is dominant of the soft precipitates on the COF behavior; (c-) as a consequence of the reduced strain energy and tangential load, the local COF decreased when the abrasive scratches the hard precipitates; (d-) regarding the depth of penetration and removed volume, the numerical results are in accordance with the experimental results; (e-) there is not a remarkable micro-mechanism transition using the approach of the dimensional wear coefficient as a function of normal load, which indicates that several abrasive micro-mechanisms can occur in a single scratching; however, a predominance of a certain micro-mechanism can be observed; (f-) hard precipitates often decreases the local depth of penetration and, as a consequence, they cause the reduced of removed volume and increased the local specific energy; (g-) considering the studied range of the normal load, soft precipitates follow the matrix mass removal behavior, but these particles can show fluctuations of the local specific energy in the less severe abrasion; and, finally, (h) the map of the abrasive resistance x deformed hardness/attack angle is an important tool to point out the dominant ductile or brittle effect on the microstructure (mechanical properties); and it delineates frontiers for the abrasive micromechanisms. / A abrasão pode ser tanto tratada do ponto de vista de processos de manufatura e geração de características superficiais distintas em peças e componentes, quanto pode ser abordada em termos de desgaste e falha em diferentes ferramentas aplicadas em processos de fabricação. A presente tese remete ao desenvolvimento de um modelo numérico pelo Método dos Elementos Finitos (MEF), validado por ensaios experimentais, com o objetivo de avaliar influências de aspectos microestruturais na abrasão de ligas metálicas. Portanto, o objetivo desta tese é focado na construção de regras que auxiliem no projeto de materiais dúcteis para terem resistência ao corte. Independentemente da aplicação, os estudos da ocorrência dos micro-mecanismos de abrasão incorporam propriedades mecânicas e de dano dos materiais e suas fases. A avaliação do micro-sulcamento ao micro-corte foi realizada a partir de um estudo simplificado de abrasão, considerando o riscamento de microestruturas por um único abrasivo. Dessa forma, ensaios de riscamento em micro-escala aplicando força normal constante dentro de uma faixa específica. Em adição, as caracterizações das amostras são realizadas a partir de técnicas de microscopia óptica e eletrônica, interferometria óptica, dureza convencional e indentação instrumentada. Por meio da abordagem numérica desenvolvida, os principais resultados obtidos foram: (a-) in termos de coeficiente de atrito aparente (COF), as divergências numérica e experimental encontradas foram decorrentes principalmente do efeito da adesão, anisotropia, contornos de grão e maclação que não foram levadas em conta na simulação; (b-) os precipitados duros tendem a ter efeito predominante sobre a matriz no que diz respeito ao COF aparente, ao passo que a influência da matriz é predominante sobre o comportamento dos precipitados moles; (c-) como consequência das reduções de energia de deformação e força tangencial, o COF local tende a ser diminuído quando o abrasivo passa por precipitados duros durante o riscamento; (d-) os resultados numéricos de profundidade de penetração média e volume removido total são consistentes com os resultados experimentais; (e-) não há uma transição marcante de micro-mecanismo em função de coeficiente de desgaste dimensional em função da carga, indicando uma predominância de um certo micro-mecanismo em um dado risco e, não ocorrendo transições bruscas; (f-) precipitados duros, em geral, diminuem a profundidade de penetração local e, assim, eles reduzem o volume removido e aumentam a energia específica; (g-) para a faixa de força normal avaliada, os precipitados moles seguiram o comportamento de remoção de material de sua matriz, mas podem apresentar oscilações na energia específica local nas condições menos severas de abrasão; e, por fim, (h-) o mapa de resistência à abrasão x dureza após deformação/ângulo de ataque é uma importante ferramenta para definir efeitos dominantes de propriedades mecânicas (dúctil e frágil) na microestrutura submetida à abrasão, e faz o delineamento de fronteiras de micro-mecanismos abrasivos.

Neste trabalho, a resistência à corrosão in vitro da liga de titânio Ti-13Nb-13Zr, fabricada em laboratório nacional, e destinada a aplicações ortopédicas, foi investigada em soluções que simulam os fluidos corpóreos. Os eletrólitos usados foram solução 0,9 % (massa) de NaCl, solução de Hanks, meio de cultura (MEM), neste dois últimos meios, sem e com adição de peróxido de hidrogênio. A adição de peróxido visou simular condições existentes em caso de processos inflamatórios resultantes de procedimentos cirúrgicos. A resistência à corrosão de ligas já comercialmente consagradas para uso como biomateriais, Ti-6Al-7Nb e Ti-6Al-4V, bem como do titânio puro (Ti-cp), foi também estudada por razões de comparação com a liga Ti-13Nb-13Zr. Foram utilizadas técnicas eletroquímicas e de análise de superfície. As técnicas eletroquímicas consistiram de: (a) medidas da variação do potencial a circuito aberto em função do tempo, (b) polarização potenciodinâmica e (c) espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE). Os diagramas experimentais de impedância foram interpretados utilizando circuitos elétricos equivalentes que simulam modelos de filme óxido de estrutura dupla composta de uma camada interna compacta, tipo barreira, e uma camada porosa mais externa. Os resultados mostraram que a resistência à corrosão deve-se principalmente à camada barreira, e indicaram alta resistência à corrosão de todas as ligas e do Ti-cp em todos os meios estudados. O óxido formado na superfície da liga Ti-13Nb-13Zr, seja naturalmente ou em meios fisiológicos, foi caracterizado utilizando espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados mostraram que a presença de peróxido de hidrogênio em MEM promove o crescimento da camada porosa e incorporação de íons minerais, além de favorecer a formação de hidroxiapatita. A citotoxicidade da liga Ti-13Nb-13Zr foi também avaliada e esta se mostrou ser não tóxica. / In this work, the in vitro corrosion resistance of the Ti-13Nb-13Zr alloy, manufactured at a national laboratory, and used for orthopedic applications, has been investigated in solutions that simulate the body fluids. The electrolytes used were 0.9 % (mass) NaCl, Hanks\' solution, a culture medium (MEM), and the two last electrolytes, without and with addition of hydrogen peroxide. The aim of peroxide addition was to simulate the conditions found when inflammatory reactions occur due to surgical procedures. The corrosion resistance of alloys commercially in use as biomaterials, Ti-6Al-7Nb and Ti-6Al-4V, as well as of the pure titanium (Ti-cp), was also studied for comparison with the Ti-13Nb-13Zr alloy. The corrosion resistance characterization was carried out by electrochemical and surface analysis techniques. The electrochemical tests used were: (a) open circuit potential measurements as a function of time, (b) potentiodynamic polarization and (c) electrochemical impedance spectroscopy (EIE). The impedance experimental diagrams were interpreted using equivalent electric circuits that simulate an oxide film with a duplex structure composed of an internal and compact, barrier type layer, and an external porous layer. The results showed that the corrosion resistance is due mainly to the barrier type layer. The titanium alloys and the Ti-cp showed high corrosion resistance in all electrolytes used. The oxides formed on the Ti-13Nb-13Zr, either naturally or during immersion in MEM or Hanks’ solution was characterized by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and scanning electron microscopy (MEV). The results showed that the presence of hydrogen peroxide in MEM promotes the growth of the porous layer and incorporation of mineral ions, besides favouring hydroxyapatite formation. The citotoxicity of the Ti-13Nb-13Zr alloy was also evaluated and it was shown to be non-toxic.

As curvas limite de conformação (CLC) são utilizadas há mais de 50 anos. Propostas inicialmente para o desenvolvimento de produtos provenientes da indústria automobilista em função das necessidades apresentadas pela área, são atualmente aplicadas de maneira geral para a indústria da estampagem na produção de inúmeros tipos de peças, oferecendo previsões de possíveis falhas e/ou defeitos durante as etapas do processo de estampagem. As CLC´s permitem prever o afinamento excessivo, enrugamento, estiramento e é claro, a fratura da peça. As diferenças metalúrgicas existentes entre os dois processos iniciais - fundição contínua (F.C.) e fundição semicontínua (F.S.C.) - resultam em diferenças nas propriedades finais obtidas para uma mesma rota de laminação a frio e recozimentos intermediários do material especificado. Desta forma, torna-se indispensável um estudo sobre a influência dos processos de fabricação iniciais F.C. e F.S.C. com relação à estampabilidade da liga, sendo esta avaliação efetuada através das CLC´s obtidas por ensaios de tração uniaxiais, propostos pelo IRSID (\"Institut de Recherches de La Sidérurgie\"), (lado esquerdo da curva ?2 < 0) e ensaio Erichsen (lado direito da curva ?2 > 0) e do ensaio de Nakazima reduzido em 60%, ou seja, todo o ferramental e os corpos de prova utilizados nos ensaios foram reduzidos em 60% das dimensões mencionadas pela norma ISSO 12004-2. A diferença microestrutural apresentada entre as etapas de fabricação dos dois processos avaliada através de ensaios de determinação do tamanho de grão, limites de resistência à tração, escoamento (0,2%), alongamento (em 50,80 mm), coeficientes de encruamento n, resistência K, ensaios de \"orelha\", levantamento da CLC0, Erichsen e textura, auxiliaram nas conclusões finais do levantamento das CLC´s para os dois processos do material acabado e metodologias. O processo de fundição semicontínua nas condições processadas apresentou melhores combinações entre as propriedades, exceto na formação de \"orelha\" apresentada na etapa intermediaria de processamento do material. Principalmente o parâmetro CLC0 no plano da chapa, resultou em uma deformação ?1 19% (?2 = 0), superior à apresentada pelo processo F.C., deformação muito importante para a fabricação de peças estampadas. Evidenciou-se também uma diferença de aproximadamente 37% entre as metodologias IRSID x Nakazima reduzido na obtenção da deformação plana para o processo F.C. e 31% para o processo de F.S.C.. Nas condições de deformação; estiramento biaxial, tração uniaxial e embutimento profundo, a chapa produzida pelo processo de fundição contínua apresenta melhor desempenho. / Forming limits curves (FLC) are used for more than 50 years. Initially proposed for the development of products from the automobile industry in terms of the needs of the area. It is currently being applied in general to the metal forming industry in the production of numerous types of parts, providing predictions of possible faults and / or defects during the stages of the stamping process. The FLC\'s can predict excessive thinning, wrinkling, stretching and of course, the fracture of the part. The existing metallurgical differences between the two initial processes - continuous casting (C.C.) and semi-continuous casting (S.C.C.) - result in differences in the final properties obtained for the same route of cold rolling and intermediate annealing of the specified material. Thus, it is essential to study the influence of the initial manufacturing processes CC and SCC with respect to the formability of the sheets. This investigation is based on the, assessment of the FLC\'s obtained by uniaxial tensile tests proposed by IRSID (\"Institut de Recherches de Sidérurgie\"), (?2 < 0, left side of the curve) and Erichsen test (right side of curve. ?2> 0) and the Nakazima test reduced by 60%. The difference between the sheets obtained in both processing routes was evaluated by the following parameters: grain size, tensile strength limits, yield strength (0.2%), elongation (at 50.80 mm), strain hardening coefficient n, resistance K, \"earing\" test, lifting of the CLC0, Erichsen test and texture where discussed in view of the obtained FLC\'s for both the two processes of the finished material. The semi-continuous casting process in processed conditions showed better combinations of properties except the formation of \"earing\" presented at the intermediate stage of processing of the material. Particularly the evaluation of the FLC0 parameter resulted in a strain in the plate plane ?1 19% (?2 = 0) superior to the sheet obtained by the continuous casting process. A difference of approximately 37% between the IRSID x Nakazima methodologies was also reduced in obtaining the flat deformation for the F.C. process and 31% for the F.S.C. process. However, for other deformation paths; biaxial stretching, uniaxial traction and deep drawing of the results for the continuous casting sheet were superior.

Os Aluminetos de Ferro tem, dentre muitas características predominantes, excelente resistência à corrosão a altas temperaturas devido à formação de uma camada protetora de alumina que favorece a sua aplicação em ambientes agressivos. Este trabalho tem por objetivo estudar a produção de ligas a partir de matéria-prima reciclada e a cinética de oxidação em alta temperatura de 800 graus Celsius a 1100 graus Celsius em forno mufla sem atmosfera protetora com tempo de permanência no forno de 10, 50, 100 e 200h. As ligas estudadas se baseiam na composição básica Fe30Al6Cr (os números representam a fração molar dos componentes). Duas ligas, nomeadas (A) e (B), foram obtidas seguindo a mesma rota de processamento, porém, diferenciando os cadinhos de fundição o que resultou em concentrações de carbono diferentes e conseqüente diferença na fração volumétrica de carbonetos. As ligas foram analisadas através de difração de Raio X para determinação das fases presentes e microscopia eletrônica de varredura para caracterização microestrutural. Foram também, submetidas ao ensaio de solubilização por 10 horas a uma temperatura de 1200 graus Celsius e precipitação a 800 graus Celsius por 10 min para determinação da evolução microestrutural. O resultados das análises de microdureza Vickers no material em estados bruto de fusão e tratado termicamente serviram para caracterizar os carbonetos presentes, bem como a resistência intrínseca da matriz. Os resultados do ensaio de oxidação realizado em 16 amostras de cada liga são apresentados sob forma de curvas de ganho de massa por unidade de área, (deltam/S), versus tempo de oxidação, (t). A avaliação feita das curvas dos gráficos não foi suficiente para determinar à cinética de formação de óxidos. / Iron aluminides have, among many outstanding characteristics, excellent resistance to high temperature oxidation due to the formation of a protective alumina layer which favors its use in harsh environments. This work aims at producing iron aluminides-based alloy using only recycled raw material and characterizing the results of studies of oxidation kinetic at high temperatures of 800 Celsius to 1100 Celsius in muffle furnace without protective atmosphere with residence time in oven 10, 50, 100 and 200h. The investigated alloy are based on the nominal composition Fe30Al6Cr (The numbers refer to the molar fraction of alloys elementes). Two alloys, namely (A) and (B), were obtained following the same processing route using, however, different crucibles which resulted in different carbon concentrations and consequently in different carbide volume fractions. The alloys were analyzed by X-ray diffraction to determine the phases and scanning electron microscopy for microstructural characterization. Sample taken from both alloys were also subjected to solubilization for 10 hours at 1200 Celsius and precipitation at 800 Celsius for 10 min to determine the microstructural evolution. The analytical results of Vickers microhardness of the material both in the as cast state as well as in the heat treated states were used to characterize the carbides and matrix mechanical properties. Oxidation results carried out in 16 samples of each alloy are presented in the form of mass gain per unit area (deltam / S) versus oxidation time (t) curves. The evaluation of the graphics curves used to observe the linear behavior was not enough to determine the oxidation kinetics law.

Neste trabalho foram estudados os efeitos do tratamento térmico e da adição de zircônio, vanádio, titânio e manganês nas propriedades mecânicas em alta temperatura de uma liga AlSi12CuMgNi, comumente utilizada em pistões automotivos. Os resultados de tração a 300°C mostram que a adição de elementos de liga reduz o alongamento sem aumentar o limite de escoamento. Os ensaios de fadiga a 300°C mostram que a aplicação de um tratamento de solubilização a 525°C por 15 minutos é duas vezes melhor que a aplicação de um tratamento de solubilização a 500°C por uma hora. Estes resultados foram atribuídos ao arredondamento das partículas de silício que, por serem partículas frágeis, quando arredondadas ocupam menor área por volume, reduzindo a velocidade de propagação de trincas. Os ensaios de fadiga a 300°C mostram também que a adição de elementos de liga combinados a um tratamento de solubilização a 525°C por 15 minutos é cerca de 30% pior que o mesmo tratamento aplicado a uma liga sem a adição destes elementos de liga. Este fenômeno foi atribuído à fragilização dos intermetálicos que, por consequência, aumentam a velocidade de propagação das trincas de fadiga. / The effects of heat treatment and the addition of zirconium, vanadium, titanium and manganese on the high temperature properties of an AlSi12CuMgSi alloy, usually applied to cast automotive pistons, were studied. The tensile test results at 300°C show that the addition of alloying elements decreases the elongation without significantly increasing the yield strength. The fatigue tests at 300°C show that a solution heat treatment at 525°C for 15 minutes is two times better than a solution heat treatment at 500°C for one hour. These results are due to the spheroidization of the silicone particles that are brittle and, when spheroidized, have a smaller area/volume ratio, slowing the crack propagation speed. The fatigue tests at 300°C also show that the addition of alloying elements combined with a solutionizing treatment at 525°C for 15 minutes is 30% worse than the same treatment applied to an alloy without these alloying elements. This behavior is due to the embrittlement of the intermetallic particles containing these alloying elements, increasing the fatigue crack propagation speed.

As superligas à base de cobalto são bem conhecidas por sua excelente resistência ao desgaste. Muitas pesquisas reportadas na literatura abordam o comportamento do desgaste destas ligas, seja no desgaste por deslizamento, erosivo ou abrasivo. Não obstante, o desgaste microabrasivo destas ligas não tem sido muito investigado, apesar dos danos causados por este tipo de solicitação. O comportamento do desgaste microabrasivo de três superligas à base de cobalto: a) 48% Co, 29 %Cr, 19 % Fe; b) uma liga com composição química próxima à da liga comercial Tribaloy T400 (Co 56 %, Cr 8.5%, Mo 29% Si 3.3 %) e c) uma liga com composição próxima à da liga comercial Stellite 6 (Co 64%, Cr 24 %, W 4.2 %, C 2,3%) foram investigadas. Os ensaios de microabrasão foram conduzidos com três abrasivos SiO2, Al2O3, e SiC em suspensão em água destilada, com concentração de 0,1 g/cm3. A carga aplicada foi de 0,3 N, a velocidade angular 20 rpm e a distância total de deslizamento, 48 metros. A análise das superfícies desgastadas por microscopia óptica, eletrônica de varredura e por perfilometria de contato mostraram que o tamanho, forma e dureza dos abrasivos podem influenciar significativamente os coeficientes de desgaste. Os ensaios conduzidos com partículas abrasivas de SiC e Al2O3 apresentaram maiores coeficientes de desgaste que os conduzidos com partículas de SiO2. A Liga Co-Cr-Fe mostrou os maiores coeficientes de desgaste quando comparada com as demais ligas, devido à baixa fração volumétrica de partículas de segunda fase, duras, precipitadas em sua microestrutura. Durante os ensaios, as três ligas, ensaiadas com os três diferentes abrasivos, apresentaram coeficientes de desgaste crescentes com o aumento da dureza do abrasivo; observou-se uma variação linear dos coeficientes de desgaste com a razão entre a dureza do abrasivo (Ha) e a dureza composta da liga (Hs), com R2 = 0.74. O micromecanismo dominante em todos os ensaios foi o desgaste abrasivo a dois corpos (grooving wear). A liga com composição próxima à da liga comercial Tribaloy T400, contendo fases de Laves dispersas em sua microestrutura, apresentou uma transição de micromecanismo de desgaste dúctil para frágil, quando submetida a ensaios com partículas abrasivas de Al2O3. Assim sendo, o volume de material removido nesta liga foi ligeiramente maior que o observado no ensaio com partículas de SiC. Na liga contendo baixa fração volumétrica de partículas de segunda fase, com matriz constituída por Co (CFC), observou-se uma camada subsuperficial nanocristalina de aproximadamente 1 µm de espessura, severamente deformada, imediatamente abaixo da superfície desgastada. Concluiu-se que o desgaste microabrasivo induziu a recristalização a frio do material encruado, com formação de grãos equiaxiais de dimensões nanométricas. / Cobalt alloys are well known for their excellent wear resistance. Many investigations are reported in literature related to the behavior of erosive, abrasive or sliding wear of these alloys. Nevertheless, the micro-abrasive wear of these alloys has not been thoroughly investigated, despite the damage caused by this type of wear. The microabrasive wear behavior of three cobalt alloys: a) 48 wt.% Co, 29 wt.% Cr, 19 wt.% Fe; b) an alloy with chemical composition close to Tribaloy T400 (56 wt.% Co, 8.5 wt.% Cr, 29% wt. Mo, 3.3 wt. %Si) and c) an alloy with chemical composition close to Stellite 6 (64wt.% Co 24 wt.% Cr, 4.2 wt.% W, 2,3 wt.% C were investigated. The tests were carried out using three 0,1 g/cm3 slurries composed by SiO2, Al2O3, and SiC particles, in suspension in distilled water. The applied load was 0.3 N, the rotational speed 20 rpm and the total sliding distance 48 m. Analysis of the worn surfaces of the tested alloys by Optical Microscopy, Scanning Electron Microscopy and Contact Stylus Profilometry showed that abrasive size, shape and hardness could significantly influence the wear coefficients. The tests carried out with SiC and Al2O3 slurries resulted in greater wear rates than those carried out in SiO2 slurry. Stellite 250, showed the greatest wear coefficient, compared to the two other experimental alloys, due to a very low volume fraction of hard second phase particles in the microstructure. Wear coefficients decreased with increasing abrasive particles hardness. An approximate linear correlation with the ratio between the hardness of the abrasives (Ha) and the compound hardness of the alloys (Ha) with a correlation factor R2= 0.74. The dominant wear micromechanism observed in all tests was two-body abrasion (grooving wear). The modified T400 alloy, containing Laves phase showed a transition from ductile to brittle wear mechanisms when testing with alumina slurries. The worn volume was slightly greater than the one observed with SiC. A severely deformed nanocrystalline layer was identified, immediately below the worn surface. It was concluded that cold recrystallization of the work-hardened material occurred, with the formation of nano sized equiaxed grains.

A soldagem por atrito com pino não consumível (SAPNC), processo de união no estado sólido, tornou-se conhecido devido à alta resistência das juntas produzidas em comparação ao metal de base e aos métodos convencionais de união. No entanto, o próprio processo apresenta seus desafios, relacionados principalmente à combinação do efeito de geometrias de ferramenta com os parâmetros utilizados. O desenvolvimento de métodos de simulação numérica tem criado a possibilidade de otimização destes efeitos, prevendo as interações entre os materiais, parâmetros e geometrias de ferramenta com menor custo e tempo. O presente trabalho teve como objetivo simular o processo de soldagem por atrito utilizando método dos elementos finitos (MEF) no software DEFORM 3D e avaliar a capacidade do modelo em representar fenômenos presentes do processo, tais como esforços da ferramenta, ciclo termomecânico do material e microestrutura. O estudo foi realizado em amostras de uma chapa de liga de magnésio AZ31B. Para inclusão da evolução mecânica e microestrutural do material de estudo no modelo, dados foram obtidos pelo estudo da compressão isotérmica da liga AZ31 simulador termomecânico Gleeble, em condições típicas às encontradas no processo de soldagem por atrito em. Os dados de tensão, deformação e microestrutura obtidos nos ensaios de compressão foram tratados analiticamente afim de se obter os parâmetros para as equações de deformação à quente e evolução microestrutural do material de estudo. Ademais, na próxima etapa, utilizou-se um pino roscado e não roscado em soldagens dissimilares afim de analisar o efeito da geometria da ferramenta no fluxo de material. Para auxiliar a análise foram utilizadas técnicas de microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios X. Por fim, um modelo numérico de soldagem por atrito elaborado no software DEFORM-3D é apresentado. Os resultados do modelo foram comparados com os resultados experimentais com auxílio de técnicas de caraterização microestrutural, EBSD, ciclos térmicos capturados por termopares e torque das ferramentas. Os resultados e conclusões obtidos no projeto permitiram a identificação do ciclo térmico, mecânico e microestrutural do material durante a soldam por atrito, além da demostração do efeito da geometria para distintos parâmetros de processo, indicando um método alternativo eficiente na otimização de geometrias de ferramenta e busca de parâmetro ótimos do processo de soldagem por atrito com tempo e custo reduzidos. / Friction stir welding (FSW), a solid-state process, has become known due to the high strength of the produced joints compared to the base metal and the conventional welding methods. However, the friction stir welding has its challenges, related with tools geometry and the process parameters. The development of numerical simulation methods has been able to aid in the process optimization, including the study of different materials, parameters and tool geometries with lower cost and time. The obejective of the present work is propose a friction stir welding numerical model through finite element analysis (FEA) in DEFORM 3D software and evaluated its capacity to represent the process features such as the tool chacteristics, the thermomechanical cycle of the material and its microstructure. The material chosen for the study was a magnesium alloy AZ31B. In order to include the mechanical and microstructural evolution of the study material in the model, data were obtained through isothermal compression of the AZ31 in Gleeble thermomechanical simulator, under typical conditions found in the friction welding process. Stress, strain and microstructure data obtained in the compression tests were analyzed analytically to obtain the parameters for the hot deformation equations and microstructural evolution of the material. Moreover, a threaded and non-threaded pin in dissimilar welds was used to verify the effect of tool geometry in the material flow during the friction stir welding process. The evaluation was made with the support of optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM). Then, a numerical model of friction welding developed in the DEFORM-3D software is presented. The results of the model were compared with experimental results supported by microstructural characterization techniques, EBSD, temperature profiles captured by thermocouples and tool torque response. The results and conclusions obtained in the project allowed the identification of the thermal, mechanical and microstructural cycle of the material during the friction stir welding process, besides the demonstration of the effect of the tool geometry for different process parameters, indicating an efficient alternative method in the optimization of tool geometries and optimal parameter for the friction welding process with reduced time and cost.

A contaminação de equipamentos e materiais hospitalares por microrganismos potencialmente infecciosos e altamente resistentes aos antibióticos incitam grupos de pesquisa e industrias ao redor do mundo a produzir novos materiais, e que estes possuam propriedades capazes de inibir ou eliminar (quase que completamente) a permanência desses patógenos sobre sua superfície. O objetivo deste trabalho foi avaliar a citotoxicidade da liga níquel-berílio quando em contato com as cepas bacterianas de Staphylococcus aureus (ATCC 25932), Staphylococcus epidermidis (ATCC 12228), Pseudomonas aeruginosa (ATCC 27853), Klebsiella pneumoniae (amostra clínica) e Escherichia coli (ATCC 11775), após diferentes períodos de incubação, e em contato com a linhagem celular NCTC Clone 929, célula de tecido conectivo de camundongo. Para realização destes ensaios, foram confeccionados corpos de prova da liga níquel-berílio, com aproximadamente 10,0 mm e diâmetro e 3,0 mm de espessura. Para metodologia de citotoxicidade as células bacterianas preparou-se um inóculo bacteriano de 109 Unidades Formadoras de Colônia por mililitro. Para cada bactéria, um inóculo bacteriano foi preparado e deste, 40 &#956l foram aplicados em um swab estéril e espalhado no corpo de prova, onde foram introduzidos em placas de Petri, deixados a temperatura 20°C, por diferentes períodos de exposição (1, 3, 6, 9, 12, 18, 24 e 72 horas). Este teste foi realizado em triplicata. Após cada período de tempo, os corpos de prova eram pressionados contra o meio de cultura Agar Mueller-Hinton, em dez diferentes pontos da placa. O método de difusão em Agar foi utilizado para verificar a citotoxicidade da liga níquel-berílio à linhagem celular NCTC clone 929. Os resultados obtidos demonstram uma maior resistência a liga níquel-berílio das bactérias gram-positivas (S. aureus e S. epidermidis) quando comparadas com as gram-negativas (P. aeruginosa, K. pneumonia e E. coli). Destas últimas citadas, a E. coli foi a única que sobreviveu até a sexta hora de exposição, quando em contato de uma hora com o corpo de prova. Todavia, os S. aureus e S. epidermidis foram capazes de resistir até a décima segunda hora em contato com a liga níquel-berílio. Contudo, a partir deste período de incubação, nem mesmo os estafilococos toleraram a presença desses íons. Quando analisados os resultados de citotoxicidade, a liga não apresentou qualquer efeito citotóxico as células NCTC clone 929, sendo classificadas como índice de zona (IZ) zero. Os dados obtidos demonstram que a liga possui propriedades antibacteriana contra as células bacterianas testadas e que não possui nenhum efeito tóxico à linhagem celular NCTC clone 929. Além disso, a liga NiBe mostrou-se mais citotóxica contra as bactérias gram-negativas. / The contamination of equipment and hospital supplies for potentially infectious microorganisms and highly resistant to antibiotics encourage research groups and industries around the world to produce new materiais, and they have properties able to inhibit or eliminate (almost completely) to stay these pathogens on its surface. The objective of this study was to evaluate the cytotoxicity of nickel-beryllium alloy when in contact with the bacterial strains of Staphylococcus aureus (ATCC 25932), Staphylococcus epidermidis (ATCC 12228), Pseudomonas aeruginosa (ATCC 27853), Klebsiella pneumoniae (clinical sample) and Escherichia coli (ATCC 11775), after different periods of incubation, and in contact with the cell line NCTC Clone 929, connective tissue of mouse cell. For these assays were prepared coupons of nickel-beryllium alloy, with approximately 10.0 mm and diameter and 3.0 mm thick. For cytotoxicity methodology bacterial cells prepared in a bacterial inoculum of 109 Colony-Forming Units per milliliter. For each bacterium, a bacterial inoculum was prepared and this, 40 &#956l were applied in a sterile swab and spread in the coupons, which were introduced in Petri dishes left at 20°C temperature, for different exposure times (1, 3, 6, 9, 12, 18, 24 and 72 hours). This test was performed in triplicate. After each time period, the samples were pressed against the culture medium Mueller-Hinton Agar at ten different points of the plate. The agar diffusion method was used to assess the cytotoxicity of nickel-beryllium alloy to clone cell line NCTC 929. The results show a greater resistance to nickel-beryllium alloy of gram-positive bacteria (S. aureus and S. epidermidis) compared to gram-negative (Pseudomonas aeruginosa, K. pneumoniae and E. coli). Of the latter mentioned, E. coli was the only one that survived until the sixth hour of exposure when contact an hour with the alloy. However, S. aureus and S. epidermidis were able to hold out until the twelfth time in contact with nickel-beryllium alloy. However, from this incubation period, even staphylococci tolerated the presence of these ions. When analyzed the results of cytotoxicity, the alloy showed no cytotoxic effect the NCTC clone 929 cells, are classified as zone index (IZ) zero. The data obtained show that the alloy possesses antibacterial properties against the tested bacterial cells and has no toxic effect on the cell line NCTC clone 929. Furthermore, \'Ni\'\'Be\' alloy was more cytotoxic against gram-negative bacteria.

Estudou-se o comportamento de desgaste sob deslizamento em múltiplos passes de pinos fixos de liga metálica friccionados contra discos rotativos de laminados compósitos de matriz polimérica fortalecidos com fibras contínuas de carbono (C), para distintas cargas aplicadas e temperaturas de ensaio. Determinou-se a perda de volume por desgaste dos diversos pares tribológicos, e avaliaram-se os principais aspectos das superfícies e dos produtos gerados durante o processo de desgaste. Concluiu-se que o par formado pelo aço inoxidável martensítico PH 15-5 e o laminado compósito termoplástico C-PPS (poli-sulfeto de fenileno) apresentou o menor desgaste na maioria das circunstâncias avaliadas. A liga Ti6Al4V foi a pior opção dentre os pinos metálicos, independentemente do laminado compósito empregado, devido à baixa resistência ao cisalhamento e alta rugosidade superficial do metal, a qual prejudicou o ancoramento de filmes poliméricos de transferência. O ótimo desempenho do aço PH resultou de sua alta dureza e da adequada rugosidade superficial para o efetivo ancoramento do filme de transferência. O laminado compósito C-PPS se mostrou mais susceptível às variações na carga de contato, enquanto que o C-EPX (Epóxi) foi mais sensível à temperatura de ensaio. Filmes poliméricos de transferência atuaram como lubrificante do sistema tribológico, preservando ambos o pino metálico e o disco compósito de um desgaste excessivo. A natureza dos produtos de desgaste, sua geometria, seu tamanho médio e sua distribuição de tamanhos dependeram fortemente do disco rotativo de laminado compósito e das condições de ensaio de desgaste, e afetaram sobremaneira, como terceiro corpo abrasivo, o subseqüente processo de desgaste dos pares de fricção metal-compósito. Os resultados obtidos são potencialmente úteis na especificação de juntas mecânicas aeronáuticas mais apropriadas de laminados compósitos de matriz polimérica unidos por intermédio de prendedores metálicos. / Multipass sliding wear behavior of static metal alloy pins rubbing against rotating carbon fiber reinforcing polymer matrix composite laminate disks has been studied for different applied loads and test temperatures. The volume loss due wear has been determined for several tribological metal / composite systems, and the main aspects of wear surfaces and debris have been evaluated. It has been concluded that the best performance was achieved in very most cases by the PH15-5 steel pin contacting the C-PPS (poly-phenylene sulphide) disk. The Ti6Al4V alloy displayed the worst performance among the metal pins, regardless the employed composite laminate, as a result of the metal´s low shear strength and high surface roughness, which impaired the formation of polymer transfer films. The outstanding performance of PH steel pins derived from its high hardness and proper surface roughness that favored the transfer film formation. The C-PPS composite laminate was more sensitive to contact load variations, whereas the C-EPX laminate was more susceptible to the test temperature. Polymer transfer films acted as lubricant in the tribological system, preserving both the metallic pin and the composite disk from wearing in excess. The nature of wear debris, their geometry, mean size, and size distribution strongly depended on the composite laminate disk as well as on testing conditions, and affected overwhelmingly, as third body abrasive particles, the subsequent wear process of metal / composite friction pairs. The obtained results are potentially useful for the specification of more equalized aircraft mechanical joints comprising polymer matrix composite laminates and metallic fasteners.

Submitted by Andrea Pereira (andrea.pereira@unipampa.edu.br) on 2017-04-10T17:48:36Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação_Rodrigo_Final_Impressão.pdf: 2591713 bytes, checksum: 3d6be77e2f47aca595d592660db94e02 (MD5) / Approved for entry into archive by Andrea Pereira (andrea.pereira@unipampa.edu.br) on 2017-04-10T17:48:55Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação_Rodrigo_Final_Impressão.pdf: 2591713 bytes, checksum: 3d6be77e2f47aca595d592660db94e02 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-10T17:48:55Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação_Rodrigo_Final_Impressão.pdf: 2591713 bytes, checksum: 3d6be77e2f47aca595d592660db94e02 (MD5) Previous issue date: 2015-08-21 / Esta pesquisa estudou o desgaste por erosão atuante nos tubos de troca térmica do economizador de uma caldeira por meio de testes in loco, testes em laboratório seguindo os padrões da norma (ASTM G76-95) e simulações computacionais. Durante as análises, foram avaliados os comportamentos das ligas de aço como: ASTM A213T2, ASTM A213T22, ASTM A213T91, ASTM A210C e ASTM A106B, em função das variáveis velocidades, concentração, composição da cinza volante, temperatura e erosão quando expostos às mesmas condições operacionais. Esta investigação objetivou fornecer subsídios às premissas de projeto e seleção de materiais, bem como aumentar o tempo de vida útil dos componentes quando submetidos a condições adversas na caldeira em função das variáveis observadas. O controle da erosão e desgaste dos tubos tem como propósito a contribuição para a redução dos custos de manutenção, verificando-se falhas nos tubos do economizador prematuras, que causam indisponibilidades forçadas da caldeira o que gera prejuízos de grande vulto. Utilizou-se difração de raio x para análise de composição mineralógica das cinzas volantes. Para auxiliar na escolha da região de estudo, foram realizados cálculos de simulação CFD com o propósito de verificar o local exato onde a ação da velocidade dos gases de exaustão mais prejudicam os dutos no interior do economizador da caldeira. A avaliação da erosão por cinza volante, oriunda da Caldeira 4, do Complexo Termelétrico de Candiota, ocorreu em duas etapas distintas. A primeira foi realizada em condições de processo e, a segunda, em testes de bancada. Os testes em condições de processo foram acompanhados por ensaios para avaliar a evolução do desgaste das ligas de aço, como, pesagem, medição de espessura por ultrassom, digitalização em scanner 3D e dureza. O teste de bancada utilizou, como referência, a norma ASTM G76-95, fornecendo parâmetros para a confecção das amostras, assim como a própria bancada de testes. Os ensaios foram fundamentais para quantificar os resultados, como, pesagem e digitalização em scanner 3D. Os resultados encontrados por meio deste estudo possibilitaram um maior conhecimento dos mecanismos de erosão nas ligas de aço com o uso das cinzas volantes. Dessa forma, foi possível encontrar soluções para melhorar as premissas de projeto, assim como identificar os limites de aplicação dos materiais estudados em um projeto dessa natureza. / This research studied the erosion mechanism active in heat exchange tubes of a boiler by means of in site tests, laboratory tests following the standard (ASTM G76-95) and computer simulations. During the analysis, we evaluated the behavior of alloy steel such as: ASTM A213T2, ASTM A213T22, ASTM A213T91, ASTM A210C and ASTM A106B, in function on the variable speed, concentration, fly ash composition, temperature and erosion when exposed to the same conditions operational. This objective investigation to provide inputs on design assumptions and material selection, and increase the service life of components when subjected to adverse conditions in the boiler depending on the observed variables. Control of erosion and wear of the tubes are intended to contribute to the reduction of maintenance costs, checking for failures in premature economizer tubes, causing forced outages boiler which generates large-scale losses. It was used x ray diffraction for the analysis of mineralogical composition of fly ash. To auxiliary in choose the region the study, were performed CFD simulation studies with the purpose the verify the exact place where the action of the velocity of the exhaust gases more prejudice the ducts inside the boiler economizer. The assessment of erosion by fly ash, coming from the boiler 4, the Thermoelectric Complex Candiota, occurred in two distinct stages. The first was realized in process conditions and, the second in bench tests. The tests in process conditions were followed tests to assess the evolution of wear of alloy steel, as, weighing, measuring thickness by ultrasound, 3D scanner and hardness. The test bench utilize as a reference to ASTM G76-95, providing parameters for confection the samples, as well as own bench tests. The tests were fundamental to quantify the results, as, weighing and scanning 3D. The results found by means of this study allowed a more knowledge of erosion mechanisms in alloy steel with the use of fly ash. In this way, it is possible to find solutions to improve the design assumptions, as identify the application limits of the materials studied in a project of this nature.