The dynamic properties of Palladium (Pd) and Aluminum (Al) metals and their alloys are investigated by means of Molecular Dynamics using the Quantum Sutton-Chen force field in five different concentrations. Calculations have been carried out for liquid structures. Although this study is done for liquid structures, basic solid state properties are also investigated to prove the validity of potential parameters. Results are compared with each other and with experimental, theoretical and simulated results. Liquid state transferability of Quantum Sutton-Chen parameters have been investigated and discussed. High temperature properties, which are not easy to work experimentally, are simulated and high temperature behavior of Pd-Al alloy is investigated.

The solid, liquid, and solidification properties of Pd, Ag pure metals and especially PdxAg1-x alloys are studied by using the molecular dynamics simulation. The effects of temperature and concentration on the physical properties of Pdx$Ag1-x are analyzed. Sutton-Chen (SC) and Quantum Sutton-Chen (Q-SC) many-body potentials are used as interatomic interactions which enable one to investigate the thermodynamic, static, and dynamical properties of transition metals. The simulation results such as cohesive energy, density, elastic constants, bulk modulus, pair distribution functions, melting points and phonon dispersion curves obtained for Pd, Ag and PdxAg1-x are in good agreement with the available experimental data at various temperatures. The predicted melting points of Pd, Ag and their binary alloys by using Q-SC potential parameters are closer to experimental values than the ones predicted from SC potential parameters. The liquid properties such as diffusion constants and viscosities computed from Q-SC potentials are also in good agreement with the available experimental data and theoretical calculations. Diffusion coefficients and viscosity results calculated from simulation obey the Arrhenius equation well. The coefficients of the Arrhenius equation are given in order to calculate the self-diffusion coefficient and shear viscosity of Pd-Ag alloys at the desired temperature and concentration. Using different cooling rates, we investigate glass formation tendency and crystallization of Pd-Ag metal alloys, by analyzing pair distribution function, enthalpy, volume, and diffusion coefficient. Pd-Ag alloys show the glass structure at fast cooling rates while it crystallizes at slow cooling rates. Glass and crystallization temperatures are also obtained from the Wendt-Abraham parameter. The split of the second peak in the pair distribution function is associated with the glass transition. Glass forming ability increases with increasing concentration of Ag in Pd-Ag alloys. Thermal and mechanical properties of Cu, Au metals and their ordered intermetallic alloys Cu3 Au(L12), CuAu(L10), and CuAu3(L12) are also studied to investigate the effects of temperature and concentration on the physical properties of Cu-Au alloys. The simulation results such as cohesive energy, lattice parameter, density, elastic constants, bulk modulus, heat capacity, thermal expansion, melting points, and phonon dispersion curves are in good agreement with the available experimental and theoretical data at various temperatures. The Q-SC potential parameters are more reliable in determining physical properties of metals and their random and ordered alloys studied in this work

Orientadores: Amauri Garcia, Wislei Riuper Osorio / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-13T18:01:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Peixoto_LeandroCesardeLorena_M.pdf: 5871010 bytes, checksum: f7403606c814ec8a30965352f0a93e87 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Produtores de baterias chumbo-ácido têm modificado os processos de produção e composição química das ligas utilizadas nas grades das baterias com intuito de diminuir o seu peso final, bem como reduzir os custos de produção e também aumentar o ciclo de vida útil e a resistência à corrosão. As morfologias das estruturas de solidificação, caracterizadas principalmente por arranjos celulares e dendríticos, e suas grandezas representadas por espaçamentos celulares e dendríticos controlam a distribuição de soluto, segundas fases dentro das regiões intercelulares ou interdendríticas, que determinam as propriedades finais. O comportamento mecânico e as características estruturais dos componentes de bateria têm papel importante no desempenho das baterias. O presente trabalho pretende contribuir para o entendimento do desenvolvimento microestrutural de ligas diluídas do sistema Pb-Sn (Pb-1,0%Sn e Pb-2,5%Sn) que possuem elevada importância para a indústria na fabricação de componentes de baterias automotivas e estacionárias. Os experimentos de solidificação realizados em dispositivo no qual o calor é extraído somente pelo sistema de resfriamento a água, localizado na base do conjunto lingote/lingoteira (solidificação ascendente). As variáveis térmicas de solidificação foram determinadas a partir do registro de temperaturas de termopares posicionados dentro da lingoteira em diferentes posições em relação à superfície refrigerada do lingote. Amostras das mencionadas ligas Pb-Sn foram utilizadas para analisar as influências das variáveis térmicas de solidificação e da concentração de soluto nas macro e microestruturas resultantes e na resistência mecânica. Foram determinados os limites de resistência à tração e alongamentos específicos em função do espaçamento celular e a influência da microestrutura no comportamento eletroquímico foi avaliada por intermédios dos ensaios de espectroscopia de impedância eletroquímica, extrapolação de Tafel, curvas de polarização e análise por circuito equivalente em solução eletrolítica de ácido sulfúrico. Observou-se que a resistência a corrosão diminui e o limite de resistência a tração aumenta com a diminuição do espaçamento celular. / Abstract: Lead-acid batteries manufacturers have modified the manufacturing processes and the chemical composition of alloys used in battery grids in order to decrease their weight as well as to reduce the production costs, and to increase the battery life-time cycle and the corrosion-resistance. The morphological microstructures characterized by cellular and dendritic arrays and its correspondents cellular and dendrite arm spacings control the solute distribution, second phases in the intercellular and interdendritic regions affecting the resulting properties. The mechanical behavior and microstructural characteristics of lead-acid battery components have an important role in the battery performance. The present work aims to contribute to the understanding of the microstructural development of dilute Pb-1,0 wt.%Sn and Pb-2.5 wt.%Sn alloys which are widely applied in the manufacturing of automobile and stationary lead-acid batteries. A water-cooled vertical upward unidirectional solidification system was used to obtain the samples. The experimental set-up was designed in such a way that the heat was extracted only through the water-cooled bottom, promoting upward directional solidification. Thermal readings were obtained by thermocouples positioned at different distances from the heat-extracting surface at the casting bottom. Pb-Sn alloy samples were used to analyze the effects of the thermal solidification variables and solute content on the resulting macro and microstructures and on the mechanical properties. The ultimate tensile strength and the elongation were determined as a function of the cellular arm spacing. The effect of the resulting microstructure on the electrochemical corrosion behavior was also analyzed based on electrochemical parameters, determined by Tafel plots, polarization curves and an equivalent circuit analysis after corrosion tests carried out in a sulphuric acid solution. It was observed that the corrosion resistance decreases and the ultimate tensile strength increases with decreasing cellular spacing. / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Itamar Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-15T00:28:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kruger_EduardoLeira_D.pdf: 8976154 bytes, checksum: 7ee2f8d46393e64f855a07891a200250 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O ensaio Charpy clássico, utilizado desde o início do século XX, permite determinar a energia global de fratura, propriedade mecânica conhecida como tenacidade. Esta energia tem caráter qualitativo e na aplicação no projeto estrutural, reduz-se a comparações entre as curvas de transição dúctil-frágil dos materiais. Com o surgimento da instrumentação do ensaio Charpy clássico é possível determinar a propriedade mecânica, tenacidade à fratura dinâmica, KId, muito utilizada na Mecânica de Fratura. O objetivo deste trabalho é analisar o sistema de instrumentação desenvolvido de acordo com a normatização ISO 14556(2000) para uma máquina de ensaio Charpy clássico, determinar e avaliar a tenacidade à fratura dinâmica, a partir do ensaio Charpy instrumentado, do aço AISI 4340 sob várias condições metalúrgicas obtidas através de tratamentos térmicos de têmpera e revenimento nas temperaturas de 473K, 573K, 673K e 773K. Foi observado que o sistema de instrumentação da máquina, a interpretação dos resultados dos esforços envolvidos no processo de fratura e o tempo para fratura são parâmetros de influência na determinação da tenacidade à fratura dinâmica. / Abstract: The classical Charpy test is used since 1900 and it is possible to determine from it the global energy for deformation and fracturing the specimen and this energy is named toughness which is important for selection steels considering ductile-brittle transition temperature. The Instrumented Charpy test is very important because it produces more material parameters, for example, the dynamic fracture toughness (KId), that can be used in Fracture Mechanics. However, there are several difficulties associated with the instrumentation of the impact machine ant processing digital signal, mainly in terms of the interpretation instrumented impact test results. The purpose of this work is to analyze the instrumentation system developed in accordance with normalization ISO 14556 (2000) to an Charpy machine and to determine and analyze the dynamic fracture toughness of the AISI 4340 steel in some metallurgical conditions obtained from treatment of quenching and tempering at 473K, 573K, 673K, and 773K. It was observed that the instrumentation system, the interpretation of the loads involved in the process of fracture and time to fracture are significant parameters in determining the dynamic fracture toughness. / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Amauri Garcia / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-14T11:35:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cante_ManuelVenceslau_D.pdf: 12795296 bytes, checksum: bd8bf91fcf479b66a28e7e3d6b5f7090 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O desenvolvimento de microestruturas otimizadas durante o processo de solidificação são de fundamental importância nas propriedades e desempenho de produtos acabados baseados em ligas metálicas. Neste estudo é analisada a cinética envolvida no processo de solidificação, seus efeitos nos parâmetros macro e microestruturais e a sua conseqüente influência nas propriedades mecânicas. Com esse intuito, ligas hipoeutéticas do sistema binário são estudadas Al-Ni por meio de experimentos de solidificação vertical ascendente sob regime transitório de condução de calor. Os espaçamentos dendríticos primários (?1) e secundários(?2) foram medidos ao longo de todos os lingotes para cada uma das ligas analisadas e correlacionados com as variáveis térmicas de solidificação. Uma abordagem teórico-experimental é utilizada na determinação quantitativa de tais variáveis térmicas: coeficiente de transferência de calor na interface metal/molde, velocidade de deslocamento da isoterma liquidus, gradientes térmicos, taxa de resfriamento e tempo local de solidificação. Os dados experimentais referentes à solidificação das ligas são confrontados com os principais modelos teóricos de crescimento dendrítico da literatura. Este estudo aborda, também, a influência do teor de soluto nos espaçamentos dendríticos para as ligas estudadas. Do ponto de vista macroestrutural, verifica-se que a transição colunar/equiaxial (TCE) ocorre para ligas hipoeutéticas Al-Ni para uma taxa crítica de resfriamento de 0,16 K/s. Por ensaios de tração as propriedades mecânicas das ligas do sistema Al-Ni são correlacionadas com parâmetros da micro-estrutura dendrítica resultante do processo de solidificação. Verifica-se que os limites de escoamento e de resistência à tração crescem com o aumento da concentração de soluto e decrescem com o aumento dos espaçamentos dendríticos, ?1 e ?2. O alongamento específico, por outro lado, mostra-se independente da composição e do arranjo dendrítico. Para a liga Al-5%Ni foi também realizado um estudo de solidificação rápida por refusão da superfície a laser para análise das variações microestruturais e de dureza entre as áreas não tratadas e tratadas superficialmente. / Abstract: The development of optimized microstructures during the solidification stage of processing is of fundamental importance to the mechanical properties and to the performance of finished products of metallic alloys. In this study the kinetics of solidification and its effects on macro and microstructural parameters, as well as the consequent influence on the final mechanical properties are analyzed. Hypoeutectic Al-Ni alloys are studied by upward unidirectional solidification experiments under transient heat flow conditions. Primary (?1) and secondary (?2) dendrite arm spacings are measured along the castings for all alloys analyzed and correlated with transient solidification thermal variables. A combined theoretical/ experimental approach is used to quantitatively determine such thermal variables, i.e., transient metal/mold heat transfer coefficients, tip growth rates, thermal gradients, tip cooling rates and local solidification time. The experimental data concerning the Al-Ni alloys solidification are compared to the main predictive dendritic models from the literature and the dependence of dendrite arm spacing on the alloy solute content is also analyzed. From the macrostructural point of view, it is found that the CET occurs for a critical value of cooling rate of about 0.16 K/s for hypoeutectic Al-Ni alloys.With a view to correlate mechanical properties to dendrite arm spacings, tensile testings were carried out. It is found that the ultimate tensile strength and the yield strength increase with increasing alloy solute content and with decreasing primary and secondary dendrite arm spacings. In contrast, the elongation is found to be independent of both alloy composition and dendritic arrangement. For the Al 5%Ni alloy a rapid solidification study is carried out by using laser surface remelting in order to permit microstructural and microhardness variations throughout the resulting treated and untreated zones, to be analysed. / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador:Cecilia Amélia de Carvalho Zavaglia / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-17T03:06:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lima_LonetaLauro_M.pdf: 24537827 bytes, checksum: 1752c0adc4c679a8527b36c597af320e (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Este trabalho foi desenvolvido juntamente com a equipe de enfermagem do HC da Unicamp. O principal objetivo foi avaliar os modos de falhas presentes em pinças hemostáticas retas e curvas de fabricação nacional, que já haviam sido utilizadas pelo Hospital das Clínicas da Unicamp e que falharam prematuramente durante o uso. Os parâmetros avaliados estão relacionados com a qualidade da matéria-prima, propriedades mecânicas e com o processo de fabricação. As pinças foram avaliadas segundo as normas internacionais da ASTM, entre elas a ASTM F 899-09, a ASTM F 1744-96(2008) e a ASTM F 1026-86(2008). As fraturas ocorridas nas pinças falhadas foram analisadas por microscópio eletrônico de varredura-MEV, sendo possível visualizar que o mecanismo de fratura predominante foi o de corrosão sob tensão. Também foi realizado ensaio em pinças sem uso (nacionais e importadas) e os resultados obtidos foram diferentes para ambas, sendo que a pinça nacional sem uso apresentou itens reprovados pela norma. Os resultados obtidos permitiram concluir que existe diferença no processo de fabricação dos materiais nacionais e importados e isso reflete na durabilidade, qualidade e segurança no uso dos instrumentais nacionais. A inspeção por MEV das pinças nacionais indicou problemas no acabamento de superfície como: pontos de corrosão, trincas e rebarbas, reprovando essas pinças segundo os critérios de aceitação das normas ASTM. Através deste estudo foi possível criar um documento para auxiliar a equipe de enfermagem na avaliação da qualidade de instrumentais cirúrgicos metálicos / Abstract: This work was developed together with the team of nursing of the HC of the Unicamp. The objective went to evaluate the failure modes in national hemostatic forceps, that already had been used for the Hospital of the Clinics of the Unicamp and that failed prematurely during the use. The evaluated parameters are related with the quality of the raw material, mechanical properties and with the manufacture process. The hemostatic forceps went evaluated according to international norms of the ASTM, between them ASTM F 899-09, ASTM F 1744-96 (2008) and ASTM F 1026-86 (2008). The fracture occurred in the hemostatic forceps went analyzed by scanning electron microscope-SEM, being possible to visualize that the mechanism of predominant failure was stress corrosion crack. Also assay in hemostatic forceps without use (national and imported) and the results had different for both, being that the national forceps without use presented item disaccord to norm. Through the results went possible to conclude there are differences in the process of manufacture of the national and imported forceps, and this reflects in the durability, quality and security in the use of the national instruments. The inspection for SEM of the national fórceps indicated problems in the surface finishing as: points of corrosion, cracks and burrs, disapproving these forceps according to criteria of acceptance of norms ASTM. Through this study went possible to create a document to assist the nursing team to evaluate the quality of the metallic surgical instruments / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Rubens Caram Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-21T09:06:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cremasco_Alessandra_D.pdf: 50106196 bytes, checksum: 2a7da86acd168979590189fcdb26056f (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Ligas de titânio com altos teores de elementos _ estabilizadores, solubilizadas em altas temperaturas e resfriadas rapidamente exibem limitada resistência mecânica e boa ductilidade, o que e resultado da formação de martensita ortorrômbica ou da manutenção da fase _ metaestável. Tal resistência pode ser significativamente aumentada por meio da aplicação de tratamentos térmicos de envelhecimento, que promovem a precipitação de novas fases, combinados com encruamento produzido por deformação plástica a frio. Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de ligas do sistema Ti-Nb-Sn com propriedades mecânicas otimizadas visando sua utilização como biomaterial. Inicialmente, ligas de titânio com diferentes elementos de liga foram submetidas a ensaios de citocompatibilidade in vitro. Os resultados obtidos sugerem que ligas Ti-Nb-Sn sao biocompativeis. Na sequencia, amostras de ligas Ti-Nb-Sn preparadas em forno de fusao a arco foram tratadas termicamente objetivando homogeneizacao quimica e microestrutural, solubilizadas em alta temperatura, resfriadas rapidamente e deformadas plasticamente a frio. Tais amostras foram tratadas termicamente para promover a recuperacao, a recristalizacao e o envelhecimento da microestrutura. Os resultados obtidos indicam que a aplicacao de deformacao plastica e recozimento produz o refinamento da microestrutura. A aplicacao de tratamentos termicos de envelhecimento a 350 °C resultou na decomposicao da fase martensita ortorrombica e na formacao das fases _, w e a. Constatou-se que o comportamento mecanico das amostras envelhecidas reflete a combinacao das fases e suas respectivas fracoes volumetricas. O refino microestrutural e a precipitação da fase a resultaram em expressivo aumento da dureza, modulo de elasticidade e resistencia mecanica, bem como na queda da ductilidade. Finalmente, a aplicacao de condicoes de processamento otimizadas resultou em amostras com elevada resistencia mecanica e razoavel ductilidade. A liga Ti-35Nb-4Sn apresentou reduzido modulo de elasticidade e alta resistencia a tracao, condicao ideal para aplicacao biomedica / Abstract: Titanium alloys with high _ stabilizing elements content, solution heat treated at high temperatures and rapidly cooled to room temperature, exhibit limited mechanical strength and good ductility as a result of orthorhombic martensite formation or maintenance of the _ metastable phase. However, mechanical strength may be significantly improved by applying aging heat treatment, which leads to precipitation of new phases, combined with hardening provided by cold plastic deformation. The aim of this work is the development of alloys in the Ti-Nb-Sn system with optimized mechanical properties to be applied as biomaterial. Initially, titanium alloys with different alloying elements were tested in terms of cytocompatibility. The results suggest that Ti-Nb-Sn alloys are biocompatible. Following, Ti-Nb-Sn samples were prepared in arc furnace, heat treated aiming chemical and microstructural homogeneity, solution heat treated at high temperature, rapidly cooled to room temperature and cold plastically deformed. These samples were heat treated to promote recovery, recrystallization and aging of the microstructure. The results indicate that application of plastic deformation and annealing produces very refined microstructure. Application of aging heat treatments at 350 ° C resulted in decomposition of orthorhombic martensite phase and formation of _, w and a phases. It was found that mechanical properties of aged samples reflect the combination of such phases and their volume fractions. Microstructural refinement and a phase precipitation resulted in significant increase in hardness, elastic modulus and mechanical strength, as well as a decrease in ductility. Finally, application of optimal processing conditions resulted in samples with high mechanical strength and reasonable ductility. The Ti-35Nb-4Sn alloy showed lower elastic modulus and superior tensile strength. These results consist in ideal conditions for biomedical applications / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutora em Engenharia Mecânica