Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica, opção Materiais e Processos de Fabrico

Tese de doutoramento. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2005

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Metalúrgica, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Programa de Pós-Graduação em Integridade de Materiais da Engenharia, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2017-03-13T18:05:11Z No. of bitstreams: 1 2016_NélioScrivenerFurtado.pdf: 3047063 bytes, checksum: e83230e29172525ba96fa50269cbe7f6 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2017-04-03T22:42:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_NélioScrivenerFurtado.pdf: 3047063 bytes, checksum: e83230e29172525ba96fa50269cbe7f6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-03T22:42:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_NélioScrivenerFurtado.pdf: 3047063 bytes, checksum: e83230e29172525ba96fa50269cbe7f6 (MD5) / O principal objetivo deste trabalho é a obtenção de materiais compósitos de matriz metálica reforçado com subproduto da produção de ferro gusa frente à crescente preocupação com a preservação ambiental e a sustentabilidade. O compósito de matriz de liga de alumínio AA6061 reforçado com escória de alto forno a carvão coque foi obtido pela metalurgia do pó com variações volumétricas de partículas de reforço em frações de 5, 10 e 15%. Os pós foram misturados e compactados uniaxialmente em molde metálico com diferentes pressões (160, 320, 480, 640, 800 e 960 MPa). As amostras foram sinterizadas a 550 °C em forno tubular e em atmosfera inerte. Amostras da matriz sem reforço foi produzida com o objetivo de verificar, por comparação, a influência da adição de diferentes teores de reforço. O compósito obtido foi caracterizado fisicamente via densidade, mecanicamente através dos ensaios de dureza e flexão e microestruturalmente por meio de microscopia eletrônica de varredura. As medições de densidade e os ensaios mecânicos foram realizados antes e depois da sinterização. A influência da pressão de compactação na densificação do material também foi analisada antes e após a sinterização. Como resultado, os compósitos apresentaram uma distribuição homogênea das partículas de reforço e também uma melhoria progressiva nas propriedades mecânicas (resistência a flexão e dureza) com o incremento do teor de escória adicionado comparado ao material sem reforço obtido pelo mesmo processo, garantindo a viabilidade da aplicação do subproduto do alto forno no setor industrial. / The main objective of this work is to obtain composite materials of reinforced metal matrix with by-product of pig iron works face of growing concern with environmental preservation and sustainability. The AA6061 aluminum alloy matrix composite reinforced with coke oven blast furnace slag was obtained by powder metallurgy with volumetric variations of reinforcing particles in fractions of 5, 10 and 15%. The powders were mixed and uniaxially packed in a metal mold at different pressures (160, 320, 480, 640, 800 and 960 MPa). The samples were sintered at 550 ° C in a tubular oven and in an inert atmosphere. Samples of the non-reinforced matrix were produced in order to verify, by comparison, the influence of the addition of different reinforcement contents. The obtained composite was physically characterized by density, mechanically through the hardness and flexure tests and microstructurally by means of scanning electron microscopy. Density measurements and mechanical tests were performed before and after sintering. The influence of the compacting pressure on the densification of the material was also analyzed before and after sintering. As a result, the composites presented a homogeneous distribution of the reinforcing particles and also a progressive improvement in the mechanical properties (flexural strength and hardness) with the increase of the added slag content compared to non-reinforced matrix by the same process, ensuring the viability of by-product of pig iron application in industrial sector.

O presente trabalho busca o entendimento do aparecimento da fase cristalina em compósitos de polipropileno isotático, que contém carbonato de cálcio, em presença ou não de polipropileno modificado com anidrido maléico (PPMA). Vários tipos de CaCO3 foram utilizados: com diâmetros médios de 0,9 m, com e sem tratamento superficial, 2,5 m e 3,0 m. As duas séries de compósitos, com e sem PPMA, denominadas iPP/CaCO3/PPMA e iPP/CaCO3, foram formuladas com as seguintes razões mássicas, 94,5/5/0,5% e 95/5, respectivamente. Em ambas as séries, observou-se a ocorrência das fases cristalinas e do polipropileno; entretanto, a concentração relativa variou de acordo com o tipo de compósito. A caracterização das fases cristalinas presentes nos compósitos foi realizada utilizando a difratometria de raio-x (DRX) e análises térmicas, principalmente, calorimetria diferencial exploratória (DSC). As análises por DSC incluíram o estudo cinético da cristalização isotérmica e não isotérmica dos compósitos. Os resultados obtidos permitiram identificar os compósitos com maior concentração de fase cristalina e relacionar a sua formação com os constituintes presentes nos compósitos. / The present work aims to understand the occurrence of the beta crystalline phase in composites of isotactic polypropylene with calcium carbonate in the presence or not of polypropylene grafted maleic anhydride (PPMA). CaCO3 having different average diameter were used: 0.9 m with and without surface treatment, 2.5 m and 3.0 m. Both series of composites, one with PPMA and another without, named iPP/CaCO3/PPMA and iPP/CaCO3, were formulated at the following mass proportions: 94.5/5/0.5% and 95/5, respectively. The presence of the e crystalline phases in polypropylene were observed. However, the relative concentration of such phases depended on the composite composition. The characterization of the crystalline phases in composites were performed by using x-ray diffraction (DRX) and thermal analyses, mainly, differential scanning calorimetry (DSC). DSC analysis was used to investigate isothermal crystallization kinetic and nonisothermal crystallization kinetic. The results allowed the identification of the composites with higher concentration of crystalline phase and it was possible to attribute the phase occurrence to the presence of specific constituents of the composites.

O conjugado carbono-carbono tridimensional, devido a sua alta performance em relação às propriedades termomecânicas, e sua seleta aplicação é considerado nos dias de hoje como um material estratégico, e portanto de difícil acesso a informações quanto a sua tecnologia de obtenção e caracterização, que é de grande interesse para o setor aeroespacial. O principal objetivo conhecimentos da tecnologia caracterização mecânica do deste trabalho do processo conjugado foi adquirir de obtenção e carbono-carbono tridimensional, como sendo o primeiro passo para a independência tecnológica neste campo. O desenvolvimento do processo carbono-carbono tridimensional foi efetuado em três etapas distintas. A primeira etapa é constituída pela preparação da pré-forma, onde cabos de fibras de carbono são impregnadas com resina fenólica e arranjadas manualmente na formação de um estrutura tridirecionalortogonal (X,Y,Z). Na segunda etapa, a pré-forma é densificada através de impregnação líquida a baixa pressão em autoclave, de lOOOoC. seguida de carbonização em forno até a temperatura É nesta fase que ocorre a obtenção do carbonocarbono. Na terceira etapa, é feita outra impregnação seguida de carbonização, denominada densificação do CRFC.

As propriedades finais e aplicações dos materiais geopoliméricos dependem, dentre diversos fatores, dos precursores e do tratamento térmico. O objetivo deste trabalho foi estudar a influência do tratamento térmico de amostras de um geopolímero comercial à base metacaulinita. As amostras foram preparadas nas seguintes condições experimentais: (a) cura a temperatura ambiente por 8 h e (b) cura a 55, 65 e 80 C por 1 h. Após um período de pós-cura de 28 dias a temperatura ambiente, as amostras foram analisadas por meio das seguintes técnicas: Difração de Raios-X (DRX), Espectroscopia de Absorção na Região do Infra-vermelho com Transformada de Fourier (FT-IR), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e resistência à compressão. Além das técnicas citadas, determinou-se a densidade de Arquimedes, porosidade e distribuição de poros por Porosimetria de Mercúrio (MIP) e Picnometria de Hélio. Pode-se verificar que todas as amostras são amorfas, independentemente do tratamento térmico. A amostra preparada a 65 C apresentou a maior resistência à compressão e a maior extensão de cura que foi determinada por meio da razão entre as áreas integradas das bandas em 792 cm-1 e 469 cm-1, atribuídas aos modos normais de vibração de estiramento do alumínio tetracoordenado e de deformação do grupo Si-O, respectivamente. A presença de Al3+ tetracoordenado está relacionada à formação de geopolímeros. As análises de porosidade e distribuição dos poros mostraram que o geopolímero preparado a 65 C apresentou uma menor quantidade de poros fechados e aumento da quantidade de mesoporos. A água liberada no processo de geopolimerização é responsável pela formação de poros nas amostras. Inicialmente, a água é utilizada no processo de dissolução dos precursores.

Nos dia de hoje, estruturas leves têm sido amplamente empregadas em diversas áreas e seu uso tem crescido a cada dia. Neste contexto, os materiais compósitos são peças-chave para se atender aos requisitos de projeto devido ao seu alto potencial de serem otimizados. Os parâmetros de laminação tem um papel importante como variáveis de projeto na otimização de compósitos laminados. Isto se deve ao fato da matriz de rigidez ser linear com relação aos mesmos. O presente trabalho tem como objetivo apresentar um método de otimização baseado em um metamodelo local quadrático utilizado para estimar uma dada função objetivo. Uma formulação analítica de obtenção dos gradientes da função com relação aos parâmetros de laminação é apresentada. A região viável dos parâmetros de laminação é analisada e bancos de laminados são utilizados a fim de evitar problemas na definição das fronteiras da região viável. Um método de combinação dos bancos de laminados também é apresentado com o intuito de permitir a utilização de laminados com grande número de camadas. O algoritmo de otimização é validado para uma placa laminada sujeita a esforços de flexão e torção puras. Em seguida, o algoritmo é utilizado na otimização da placa laminada, porém sujeita a esforços combinados de flexão e torção. Todos os resultados obtidos são apresentados e discutidos em termos de projeto de estruturas aeronáuticas.

O presente trabalho busca o entendimento do aparecimento da fase cristalina em compósitos de polipropileno isotático, que contém carbonato de cálcio, em presença ou não de polipropileno modificado com anidrido maléico (PPMA). Vários tipos de CaCO3 foram utilizados: com diâmetros médios de 0,9 m, com e sem tratamento superficial, 2,5 m e 3,0 m. As duas séries de compósitos, com e sem PPMA, denominadas iPP/CaCO3/PPMA e iPP/CaCO3, foram formuladas com as seguintes razões mássicas, 94,5/5/0,5% e 95/5, respectivamente. Em ambas as séries, observou-se a ocorrência das fases cristalinas e do polipropileno; entretanto, a concentração relativa variou de acordo com o tipo de compósito. A caracterização das fases cristalinas presentes nos compósitos foi realizada utilizando a difratometria de raio-x (DRX) e análises térmicas, principalmente, calorimetria diferencial exploratória (DSC). As análises por DSC incluíram o estudo cinético da cristalização isotérmica e não isotérmica dos compósitos. Os resultados obtidos permitiram identificar os compósitos com maior concentração de fase cristalina e relacionar a sua formação com os constituintes presentes nos compósitos. / The present work aims to understand the occurrence of the beta crystalline phase in composites of isotactic polypropylene with calcium carbonate in the presence or not of polypropylene grafted maleic anhydride (PPMA). CaCO3 having different average diameter were used: 0.9 m with and without surface treatment, 2.5 m and 3.0 m. Both series of composites, one with PPMA and another without, named iPP/CaCO3/PPMA and iPP/CaCO3, were formulated at the following mass proportions: 94.5/5/0.5% and 95/5, respectively. The presence of the e crystalline phases in polypropylene were observed. However, the relative concentration of such phases depended on the composite composition. The characterization of the crystalline phases in composites were performed by using x-ray diffraction (DRX) and thermal analyses, mainly, differential scanning calorimetry (DSC). DSC analysis was used to investigate isothermal crystallization kinetic and nonisothermal crystallization kinetic. The results allowed the identification of the composites with higher concentration of crystalline phase and it was possible to attribute the phase occurrence to the presence of specific constituents of the composites.

Tese de mestrado. Engenharia Mecânica e Gestão Industrial. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2005