Orientadores: Rubens Caram Junior, Itamar Ferreira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-11T18:56:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cremasco_Alessandra_M.pdf: 37516014 bytes, checksum: edfb74db9675b3aa63db74dea7998021 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: As ligas de titânio correspondem à classe mais versátil de materiais metálicos empregados em implantes ortopédicos. Dentre tais ligas, encontram-se as do tipo ß, que devem se tornar em breve o padrão nesse tipo de aplicação.O presente trabalho tem como objetivo a preparação e a caracterização de amostras da liga de titânio tipo ß ?de composição Ti-35Nb (% em peso) processadas sob duas condições distintas de resfriamento, rápida e lentamente, a partir do campo de temperaturas ß. Foram realizados estudos ligados à estabilidade microestrutural, ao efeito de tratamentos térmicos na microestrutura, ao comportamento mecânico, à resistência à corrosão e finalmente, à resistência à fadiga, em meio neutro e em meio agressivo. Observou-se que sob resfriamento lento, a microestrutura da liga Ti-35Nb é formada pela fase ß ?com precipitados da ß e de martensita a". Tratamentos térmicos de envelhecimento resultaram na transformação da martensita a" em fase ß, seguida da nucleação das fases ? ?e a. Ensaios mecânicos mostraram que o módulo de elasticidade e a dureza de ligas resfriadas lentamente foram significativamente superiores aos valores obtidos com as amostras resfriadas rapidamente. Da mesma forma, observou-se que as amostras resfriadas lentamente apresentam maior limite de resistência à tração e inferior nível de ductilidade. Ensaios de resistência à corrosão mostraram comportamento semelhante para ambas as amostras resfriadas rápida e lentamente, o que mostra que a taxa de resfriamento e conseqüentemente, as fases formadas não alteram significativamente a resistência à corrosão. Os ensaios de fadiga mostraram que as amostras processadas sob as duas condições de resfriamento apresentaram limite de resistência à fadiga inferior ao da liga Ti-6Al-4V. A liga resfriada rapidamente apresentou valor maior que a mesma liga resfriada em forno. Os valores de resistência à fadiga em solução de 0,9% NaCl de amostras resfriadas rápida e lentamente exibiram leve tendência de redução em relação ao meio neutro. / Abstract: Titanium alloys form the most versatile class of metallic materials used as biomaterials. Among them, one finds the ß ?type alloy, which must soon become the standard metallic materials for orthopedic applications. The aim of this work is to prepare and characterize a type ß ?titanium alloy containing 35 wt.% Nb. Samples of such alloy were rapidly and slowly cooled from the ß ?field temperatures. This work includes studies of microstructure stability, effects of heat treatment on the microstructure, evaluation of corrosion resistance and finally, analysis of fatigue resistance in non-aggressive and aggressive media. The results obtained allowed one to observe that microstructure of slowly cooled samples is formed by precipitates of ß ?and a phases in a ? ?matrix. Under rapid cooling, the microstructure consists of ß ?phase and a" martensite. Aging heat treatments resulted in the transformation of a" martensite into ß ?phase, followed by ? ?phase precipitation and hence, a ?phase nucleation. Mechanical testing showed that the elastic modulus and Vickers hardness of slowly cooled samples were significantly higher than that obtained in the case of the rapidly cooled samples. On the other hand, it was observed that slowly cooled samples showed higher tensile strength and lower ductility. Corrosion resistance testing led to the conclusion that both rapidly and slowly cooled samples have similar corrosion behavior, which allows one to conclude that cooling rate and consequently, the phases in the microstructure do not have a relevant influence on the corrosion resistance. Fatigue testing showed that both types of sample (rapidly and slowly cooled samples) have fatigue resistance lower than that of the Ti-6Al- 4V alloy. The rapidly cooled sample showed fatigue resistance higher than that of slowly cooled samples. The fatigue resistance measured in a NaCl (0,9% vol.) solution of both types of samples showed a slight tendency of reduction when compared to the same samples tested in nonaggressive medium. / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Rubens Caram Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-12T05:26:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_SandraAndreiaStwartdeAraujo_D.pdf: 29406912 bytes, checksum: 599ca950936f4d1a34c07ae03af24fb6 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Freqüentemente, os implantes femorais falham devido à transferência insuficiente de carregamento a partir da haste metálica para o osso adjacente. Este problema está relacionado à diferença de rigidez entre osso e prótese, que depende em parte de seus módulos de elasticidade. Dessa forma, ligas com módulos de elasticidade menores são desejáveis, a fim de melhorar a distribuição de tensões nos tecidos ósseos adjacentes. Adições de Nb e Ta ao titânio propiciam a redução do módulo de elasticidade, além de não provocarem reação alérgica nos tecidos ao redor do implante. Como as propriedades das ligas de titânio são fortemente dependentes de suas fases constituintes, este estudo teve como objetivo avaliar o efeito da taxa de resfriamento sobre as transformações de fases das ligas Ti-(25; 30; 35)%Nb-(0; 2,5; 5; 7,5)%Ta (% em peso), com ênfase na identificação das relações entre propriedades e microestrutura. Assim, foi verificado que as adições desses elementos promoveram a formação das fases a", ß-metaestável e ? em uma ampla faixa de taxas de resfriamento e que a dureza e o módulo de elasticidade das ligas foram fortemente influenciados pela precipitação da fase ?. Em geral, as ligas submetidas a altas taxas de resfriamento apresentaram limite de escoamento variando de 303 a 457 MPa e alongamento variando de 6 a 38%. As ligas Ti-35Nb e Ti-35Nb-7,5Ta foram também envelhecidas e os resultados obtidos mostraram que a liga Ti-35Nb-7,5Ta apresenta a melhor combinação entre alta resistência mecânica e baixo módulo de elasticidade. / Abstract: Life time of femoral implants is usually shortened by insufficient transfer of load from implant to adjacent bone; this problem is attributed to the different stiffness of bone and implant that partially depends on their elastic moduli. Therefore, alloys exhibiting lower values of elastic modulus are desirable in order to improve the distribution of stress in the adjacent bone tissue. On this purpose, additions of Nb and Ta to titanium permit to reduce the elastic modulus, not provoking allergic reactions. Since properties of titanium alloys are strongly dependent on their constituent phases, this study aims to evaluate the effect of cooling rates on the phase transformations of the Ti-(25; 30; 35)%Nb-(0; 2.5; 5; 7.5)%Ta (wt. %) alloys; the work is focused on identifying the microstructure-property relationship. Thus, it was observed that additions of the alloying elements led to the formation of a", ß-metastable and ? phases in a wide range of cooling rates. Moreover, ? phase precipitation strongly influences hardness and elastic modulus. When cooled at high cooling rates the alloys presented yield strength ranging from 303 to 457 MPa and elongation ranging from 6 to 38%. Aging treatments were also applied to the Ti- 35Nb and Ti-35Nb-7.5Ta alloys and the results show that the Ti-35Nb-7.5Ta alloy presents the best combination between high strength and low modulus. / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador : Itamar Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-01T16:43:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Guimaraes_VagnerAlves_D.pdf: 38478701 bytes, checksum: 3b9c82d7e18215a719acbe37e6f3b68d (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Neste trabalho foram estudados os efeitos do recozimento a temperaturas de 600 a 1300 °C e deformação plástica a frio, por tração em 10 e 20%, sobre a microestrutura, propriedades mecânicas e resistência à corrosão de um aço inoxidável austenítico ISO 5832-9, utilizado para a fabricação de implantes ortopédicos. Foram realizadas análise química, microscopia ótica, ensaios de dureza Vickers, tração, tenacidade à fratura (CTOD), polarização potenciodinâmica cíclica, corrosão por pite/fresta, corrosão intergranular, fadiga-corrosão e microscopia eletrônica de varredura. Os resultados mostraram que o material na condição como recebido apresentou microestrutura, propriedades mecânicas e resistência à corrosão dentro dos requisitos da norma ISO 5832-9, sendo esta a condição que apresentou as melhores propriedades mecânicas e de corrosão dentre as condições estudadas. O material deformado em 20% manteve a resistência à corrosão e mostrou resistência à fadiga-corrosão superior à condição como recebido; entretanto, a baixa tenacidade à fratura observada nos ensaios de CTOD restringe a utilização do material nestas condições. O material tratado a 800 e 900°C apresentou diminuição simultânea da tenacidade à fratura (CTOD) e da resistência à corrosão. A diminuição da tenacidade à fratura foi atribuída à precipitação de Cr2N e fase qui (X). A precipitação de Cr2N é mais intensa a 800°C e a precipitação da fase qui (X) ocorreu mais intensamente a 900°C, nas condições estudadas neste trabalho. O material tratado em 1100, 1200, 1250 e 1300 °C por 1 hora apresentou diminuição da resistência mecânica e aumento da tenacidade à fratura com o aumento da temperatura de tratamento. O material tratado a 1300 °C apresentou baixa resistência à fadiga-corrosão. O aumento da tenacidade à fratura foi atribuído ao maior espaçamento das partículas. A faixa de temperatura ideal para a solubilização do material, determinada neste trabalho, situa-se no intervalo de 1000 a 1100 °c / Abstract: The influence of annealing treatment, performed at temperatures from 600 to 1300 °C, and cold work performed by tensile at 10 and 20%, on the mechanical and corrosion properties of an ISO 5832-9 austenitic stainless steel used for orthopedic implants manufacturing has been studied. Has been performed chemical analysis, optical and scanning electronic microscopy, and hardness, tensile, fracture toughness (CTOD), potentiodynamic anodic polarization, pitting or crevice corrosion, intergranular corrosion, and fatigue-corrosion tests. The results for the material in as received condition showed microstructure, mechanical and corrosion resistance in accordance which the ISO 5832-9 standard and better than other conditions studied in this work. The condition 20% cold worked showed high corrosion resistance and fatigue-corrosion resistance higher than as received condition, but on the other hand, the fracture toughness is very low for using the material in this condition. Simultaneous decrease in fracture toughness and corrosion resistance was observed for 800 and 900°C treatments. This effect was attributed to Cr2N and phase chi (x) precipitation. The phase chi (x) precipitation occurs more intensively in 900°C and Cr2N precipitation occurs more intensively in 800°C, for the conditions studied in this work. Decrease in mechanical resistance and increase in fracture toughness was observed for conditions annealing at 1100, 1200, 1250, and 1300 °C with increasing the treatment temperature. Decrease in fatigue-corrosion resistance has been observed for 1300 °C treatment. The increase in fracture toughness was attributed to increasing the displacement between partic1es. The indicate temperature range for annealing studied in this work is from 1000 to 1100 °C, i.e., higher than the carbide and intermetallic phases precipitation range and lower than the high grain growth range / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador : Itamar Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-01T19:39:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Giordani_EnricoJose_D.pdf: 32895725 bytes, checksum: 0c97b681bb94f24e4f73bfaa31b4f07c (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Atualmente ocorre um número considerável de falhas de implantes ortopédicos, temporários e permanentes, fabricados com o aço inoxidável austenítico ASTM F 138, o material metálico mais utilizado na fabricação de implantes ortopédicos. O aço inoxidável austenítico ISO 5832-9 vem também sendo utilizado na fabricação de implantes, há alguns anos, como substituto do aço ASTM F 138, sem uma base sólida de pesquisa sobre o seu desempenho. Este trabalho tem por objetivos caracterizar e analisar a microestrutura, as propriedades mecânicas básicas (tração e dureza), a resistência à corrosão localizada e as propriedades de fadiga em meios neutro e meio fisiológico artificial (solução aquosa de NaCl a 0,9%), além de estudar os mecanismos de nucleação de trincas por fadiga, em meio neutro e fisiológico artificial, de dois aços inoxidáveis austeníticos utilizados na fabricação de implantes ortopédicos, ASTM F 138 e ISO 5832-9, na condição solubilizados. Assim, este estudo é uma das bases da análise da substituição do aço ASTM F 138 pelo ISO 5832-9. A análise microestrutural revelou que a presença de partículas de precipitados, caracterizados como fase Z (NbCrN), é responsável por uma redução acentuada no tamanho médio de grão austenítico do aço ISO 5832-9 (diâmetro médio R: 15_m) quando comparado com o aço ASTM F 138 (diâmetro médio R: 60_m). Atribuise principalmente ao refino de grão e à presença do nitrogênio em solução sólida os altos níveis de resistência mecânica do aço ISO 5832-9 (ae R: 500 MPa e at R: 860 MPa) quando comparado com o aço ASTM F 138 (ae R: 250 MPa e at R: 590 MPa). Os ensaios de suscetibilidade à corrosão localizada, em solução aquosa de NaC1 a 0,9%, revelaram que o nitrogênio em solução sólida também confere um melhor desempenho ao aço ISO 5832-9 quando comparado com o aço ASTM F 138. Apesar da combinação de melhor resistência mecânica e melhor resistência à corrosão, os ensaios de fadiga, para altos níveis de tensão, revelaram que a presença do meio fisiológico artificial tem maior influência sobre a vida em fadiga do aço ISO 5832-9 quando comparado com o aço ASTM F 138. Entretanto, o estudo dos mecanismos de nucleação de trincas por fadiga e fadiga-corrosão mostrou que essa maior influência se deve ao estabelecimento de condições favoráveis à corrosão em frestas no interior de descontinuidades geométricas formadas a partir da ruptura de grande parte das partículas de precipitados da fase Z, logo no primeiro ciclo de carregamento sob condições de deformação plástica. Desta forma, se o material não experimentar deformações plásticas a frio e assim a integridade dos precipitados for mantida, a combinação de melhores resistência mecânica e resistência à corrosão sugere que o aço ISO 5832-9 é um material muito promissor para a fabricação de implantes ortopédicos, principalmente para aplicações mais severas envolvendo tempos mais longos e altos níveis de solicitação / Abstract: The ASTM F 138 stainless steel is current1y the most used material to produce orthopedic implants and a considerable nurnber of failure of temporary or perrnanent orthopedic implants occurs. Since some years the austenitic ISO 5832-9 stainless steel is also being used in implants fabrication as a replacement to the ASTM F 138 without a consistent research ofits perforrnance. The objectives of the this work were to characterize and analyze the rnicrostructure, the basic mechanical properties (tensile and hardness), the localized corrosion resistance, and fatigue properties in neutral and artificial physiological solution of the ASTM F 138 and ISO 5832-9 stainless steels under solubilised conditions, tOOt are being used as orthopedic implant materiaIs. Moreover a study of the fatigue and corrosion fatigue crack nucleation mechanisms of these materials are cared out. Thereby, this study is one of the bases to analyze the replacement of ASTM F 138 by ISO 5832-9 in orthopedic applications. Microstructural analysis revealed that the presence of particles of precipitates, characterized as Z-phase (NbCrN), is responsible for considerable austenitic grain refinement of ISO 5832-9 steel (average diameter _ 15 11m) when compared to ASTM F 138 steel (average diarneter _ 60 j..lm). The high levels of strength of ISO 5832-9 steel (Sy _ 500 MPa e Su _ 860 MPa) when compared to ASTM F 138 steel (Sy _ 250 MPa e Su _ 590 MPa) are main1y attributed to grain refinement and nitrogen presence in solid solution in ISO 5832-9 steel. The localized corrosion tests in 0.9% NaCI aqueous solution revealed tOOt the nitrogen in solid solutions also confers the better perforrnance of ISO 5832-9 steel when compared to ASTM F 138 steel. Despite the combination ofbetter strength and better corrosion resistance, the fatigue tests to high stress levels revealed tOOt the presence of artificial aggressive environrnent has stronger influence on the fatigue life of ISO 5832-9 then on the ASTM F 138 steel. However, the fatigue and corrosion fatigue crack nucleations studies showed tOOt the greater influence due to establishrnent of favorable conditions to crevice corrosion within the geometrical discontinuities forrned from rupture of many particles of Z-phase precipitates still in first cycle of stress under conditions of plastic deforrnation. In this way, if the material does not undergoes cold plastic deforrnation and so the integrity of precipitates was maintained, the combination of better strength and better corrosion resistance suggests tOOt the ISO 5832-9 steeJ is a very prornising material to orthopedic implants producing, main1y in more severe applications involving longer times em higher stress levels / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Rodnei Bertazzoli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-04T00:56:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fernandes_NeusaMonteiro_M.pdf: 2966721 bytes, checksum: 853f4fb1df46179aa3e79118cc9c754f (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: o processo de deposição das ligas de zinco vem encontrando aplicações cada vez maiores na indústria de galvanoplastia, especificamente na produção de auto-peças destinadas às empresas montadoras de veículos. Neste trabalho, o processo de deposição da liga Zn-Co foi estudado através da técnica de voltametria cíclica para identificar as regiões de potenciais 'para a deposição dos constituintes da liga. A seguir, foram simuladas variações com~sicionais e operacionais do eletrólito para deposição da liga Zn-Co, normabnente observBdas em linhas de produção. O objetivo foi estudar a influência desses parâmetros na composição final do depósito e na resistência à corrosão através de ensaios BCelerados em câmara de névoa salina. O processo para deposição da liga Zn-Co apresentou boa estabilidade e baixa sensibilidade às variações de concentração que podem ocorrer no cotidiano de uma linha de produção. Os ensaios em célula de Hull mostraram que..wriações debberadas de 2 gL..l a -S gL..l de -Co{II) no banho produzem depósitos com 0,6% a 1,6% de Co na liga. Na faixa recomendada de trãba1ho de (~) gr.:l, obtém-se 0,9% a 1 ,2%~ Os ensaios Bcelerados de corrosão em câmara de névoa salina mostraram que, mesmo nas condições mais improváveis de funcionamento, onde o teor de cobalto pode cair para 0,6%, a camada resiste a mais de 500 horas de ensaio. Tem'po de ensaio de J20 horas foi obtido quando [Zn(ll)] = 46 gL:.1 e [Co'(lI)] = 4,6 gL..l, ou-seja, 1ZI1(lI)]ftCo(II)] = 10 / Abstract: Zinc alIoy coatinKS have found large application in the metal finishin!t industry, particularly for coating automotive parts. In this work the deposition process was characterized by cyclic voltammetry in order to identify the range of deposition potential of the alloy"and its constituents. Then, variations of deposition parameters and of bath composition were simulated in order to study the -influence on the coating properties. The plating bath presented good stability and low sensibility to variations usually observed in the industrial production. Hull cellexperiments shown that, despite the deliberated changes in bath composition, cobalt concentration in the alloy is always within the range of 0,6% to 1,6%. Recornmended values are ftom O,90tIo to 1;2%. Salt spray tests shown tbat the Zn-Co coatin&.lasted 500 h of test and in the optimum deposition conditions, 720 h was obtained. / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Amauri Garcia / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T17:47:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Goulart_PedroRoberto_D.pdf: 6361935 bytes, checksum: 1ab5747a6494bb2184c779b77424407e (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Foram realizados estudos em estruturas de solidificação de três ligas hipoeutéticas Al-Fe, as quais foram solidificadas direcionalmente sob condições transitórias de extração de calor. Durante a solidificação fora do equilíbrio de fundidos, uma gama de taxas de resfriamento pode ocorrer da superfície ao centro da peça, o que pode causar a formação de fases intermetálicas metaestáveis além da fase estável Al3Fe. Uma abordagem teórico-experimental foi desenvolvida para determinar quantitativamente as variáveis térmicas de solidificação, tais como velocidades de deslocamento da isoterma liquidus e taxas de resfriamento ao longo da peça fundida. Os resultados térmicos experimentais também incluem o coeficiente de transferência de calor na interface metal/molde, hg, determinado através da comparação entre os perfis térmicos experimentais no fundido e simulações da solidificação obtidas por um programa de diferenças finitas. Estruturas celulares prevaleceram para todas as ligas Al-Fe analisadas. Os espaçamentos celulares (?1), medidos ao longo do comprimento dos fundidos, foram comparados com as previsões teóricas fornecidas por modelos de crescimento celular. De modo a investigar a natureza dos intermetálicos Al-Fe presentes na microestrutura, estas fases foram extraídas da matriz rica em alumínio utilizando-se de uma técnica de dissolução. Estas fases foram então analisadas utilizando-se Raios-X e MEV. Resultados obtidos através de ensaios de tração foram correlacionados com o espaçamento celular. Verificou-se que o limite de resistência à tração, o limite de escoamento e o alongamento específico aumentam com o decréscimo do espaçamento celular. Os maiores valores para o limite de resistência a tração, foram obtidos para os corpos de prova com estruturas mais refinadas da liga Al-1,5%Fe onde uma maior densidade de fibras é encontrada e sua distribuição é mais homogênea devido a espaçamentos celulares menores. Por outro lado, o alongamento específico diminuiu com o aumento do teor de soluto da liga / Abstract: Investigations have been made of the solidification structure of three hypoeutectic Al-Fe alloys, which were directionally solidified under unsteady-state heat flow conditions. During the non-equilibrium solidification of castings a range of cooling rates occur from the surface to the casting center, and can cause the formation of metastable intermetallic phases in addition to the stable Al3Fe phase. A combined theoretical/experimental approach was used in order to quantitatively determine the solidification parameters: tip growth rate and cooling rate along the castings length. The experimental thermal results also include transient metal/mold heat transfer coefficients, hg, determined from comparisons between the experimental thermal profiles in castings and the simulations provided by a finite difference heat flow program. A cellular microstructure has prevailed along all the Al-Fe alloys castings. The experimental cell spacing (?1), which was measured along the casting length, was compared with the theoretical predictions furnished by cellular growth models. In order to investigate the nature of the Al-Fe intermetallics, these phases were extracted from the aluminum-rich matrix by using a dissolution technique. Such phases were then investigated by SEM and X-ray techniques. The tensile tests results were correlated with the cell spacing. It was found that the ultimate tensile strength, the yield strength and the maximum elongation increase with decreasing cell spacing. The higher values for ultimate tensile strength were those obtained for the most refined Al-1.5wt%Fe alloy samples, where a higher density of fibers is found distributed in a more homogeneous way due to lower cell spacing value. In contrast, the maximum elongation was found to decrease when the solute content was increased / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Amauri Garcia / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-06T06:42:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Goulart_PedroRoberto_M.pdf: 16218050 bytes, checksum: 1cc723921f7b1426050c06e4bcedea4d (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: No presente trabalho, é realizada uma seqüência de experimentos com ligas hipoeutéticas de AIlSi para analisar a solidificação unidirecional horizontal em condições transitórias de fluxo de calor. Abordagens teóricas e experimentais são desenvolvidas para a determinação quantitativa de variáveis térmicas de solidificação, tais como: coeficientes transitórios de transferência de calor metal/molde; velocidades de deslocamento das isotermas liquidus; taxas de resfriamento à frente das isotermas liquidus e tempos locais de solidificação. O trabalho analisa também a dependência dos espaçamentos interdendríticos em relação às variáveis térmicas de solidificação e ao teor de soluto da liga. Esses parâmetros dendríticos experimentais, referentes à solidificação das ligas AI 5 e 9 % Si, são comparados com os principais modelos teóricos de crescimento dendrítico da literatura. Os resultados experimentais obtidos através de ensaios mecânicos são correlacionados com. a microestrutura dendrítica, estabelecendo-se leis experimentais / Abstract: Experiments were conducted to analyze the horizontal unsteady state directional solidification of hypoeutectic AI-Si alloys. A combined theoretical and experimental approach was developed to quantitatively determine solidification thermal variables such as: transient metal/mold heat transfer coefficients, tip growth rates, thermal gradients, tip cooling rates and local solidification time. The work also focused on the dependence of dendrite arm spacings on the solidification thermal variables and on alloy solute content. The experimental data concerning the solidification of AI 5 and 9 wt % Si alloys were compared to the main predictive dendritic models in the literature. Experimental laws were set correlating experimental data obtained from mechanical tests and the dendritic microstructure / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

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: João Batista Fogagnolo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-22T19:20:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rodrigues_AdilsonVitor_M.pdf: 9962654 bytes, checksum: f1f7f3888d618e2a6c70858afd45723b (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O resumo poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: The abstract is available with the full electronic document / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica