Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-18T21:35:46Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T04:35:21Z : No. of bitstreams: 1 153237.pdf: 15870179 bytes, checksum: d75af03e432e1d3d19ad60cb9a4d5741 (MD5) / As teorias da plasticidade e a sua implementação voltada a metais porosos se trata de um tópico ainda em desenvolvimento e desafiador em termos de progressos a serem obtidos. Os critérios de escoamento apresentados na literatura são usualmente de aplicação restrita. Como conseqüência, as teorias da plasticidade para metais porosos não são capazes de serem ajustadas a diferentes tipos de materiais com diferentes características. Normalmente os algoritmos de plasticidade de materiais porosos são de difícil implementação em programas computacionais comerciais. Neste trabalho é proposto um novo critério flexível de plasticidade para metais porosos que é comparado a quatro critérios de escoamento propostos na literatura por Green, Gurson, Kuhn & Downey e Doraivelu. Estes critérios são implementados em um programa comercial de elementos finitos (ABAQUS) através de um algoritmo de integração adaptado a partir de uma proposta da literatura que considera o encruamento da matriz do material e a evolução da porosidade. Foram estudadas as diferenças nas respostas para diferentes teorias da plasticidade de materiais porosos. Os resultados obtidos via simulação numérica mostram que: 1) todos os critérios de escoamento, da literatura e proposto, foram implementados com sucesso; 2) o critério de escoamento proposto é adequado no sentido de cobrir as situações modeladas pelos critérios apresentados na literatura; 3) os critérios de escoamento apresentados na literatura apresentaram resultados qualitativamente similares mas diferentes em valores absolutos quando comparados entre si e com o vastamente testado critério de Gurson.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-19T01:39:23Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T04:18:19Z : No. of bitstreams: 1 152300.pdf: 24228749 bytes, checksum: d1275842159e274596bafa4a50929d62 (MD5) / O objetivo do trabalho foi associar o comportamento mecânico estático do material à sua microestrutura e às condições de processamento. Como matéria prima para a fabricação das amostras utilizou-se pó de ferro atomizado Ancorsteel 1000B e pó de níquel carbonila. A pré-sinterização das pré-formas foi realizada nas temperaturas de 680oC, 880 oC, 950 oC e 1120 oC, por 30 minutos, em atmosfera de hidrogênio. Após a pré-sinterização as amostras foram forjadas a frio com 40% de deformação verdadeira, em recalque (upsetting), e sinterizadas (sinterização final) a 850 oC e 1120 oC, por 30 minutos. Os melhores resultados de propriedades mecânicas estáticas foram atingidos com pré-formas de ferro pré-sinterizadas a 880 oC e pré-formas da liga Fe + 3,5% Ni pré-sinterizadas a 680 oC, ou seja, nas temperaturas que conferem maior densificação no forjamento posterior. A recristalização que ocorre durante a sinterização final, após forjamento a frio, aumenta a cinética do processo. O percentual volumétrico de poros, o tamanho, a forma e a dimensão maior dos poros é variável conforme a região da peça e tipo de tensões sofridas durante o forjamento a frio, em cada região. Estas diferenças e seus efeitos devem, portanto, ser previstos no projeto de pré-formas, considerando as regiões mais solicitadas das peças em serviço.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:34:59Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-11Bitstream added on 2014-06-13T20:06:02Z : No. of bitstreams: 1 santos_dr_dr_guara.pdf: 8161425 bytes, checksum: 08fb292865fb8f585e52cf8d59d04eff (MD5) / A liga Ti-35Nb e uma liga da classe beta que apresenta baixo modulo de elasticidade e uma composicao quimica adequada para a utilizacao em implantes. Essa liga e composta apenas por elementos considerados biocompativeis e apresenta modulo de elasticidade mais proximo aos dos tecidos osseos do que as ligas convencionalmente utilizadas. O niobio e um importante estabilizador da fase À e quando presente em um teor entre 35 a 50% produz uma composicao de baixo modulo quando ligado ao titanio. A liga Ti-35Nb foi obtida por metalurgia do po utilizando a mistura dos pos elementares na forma de hidretos de titanio e niobio, obtidos por hidrogenacao e moidos por 12 e 36 horas. A mistura elementar da liga Ti-35Nb foi compactada por prensagem uniaxial e isostatica a frio, com subsequente densificacao por sinterizacao entre 700 e 1500 C. A evolucao microestrutural na sinterizacao mostrou que a estabilizacao da fase ocorre pela difusao do niobio na estrutura do titanio e a 1500o C a liga e composta de uma estrutura com predominancia de fase À e pouca fase ¿, com 97,5% da densidade teorica. As propriedades mecanicas avaliadas por ensaios de flexao apresentaram modulo elastico de 78,5 GPa e e tensao de ruptura maxima de 818,8 MPa. Para o ensaio de tracao os resultados foram de 80,7 GPa, para o modulo elastico e 600,0 MPa para a tensao de ruptura maxima. A dureza avaliada por identacao Vickers alcancou 394,8 Hv. / Ti-35Nb is classified as a â titanium alloy and is believed to identify an optimal low modulus and chemical composition for implant applications, with high strength and biocompatibility. Implants of this alloy have a modulus of elasticity closer to that of bone than other typically-used metal alloys and do not include any elements which have been shown or suggest as having short term potential adverse effect. Niobium is an important â-phase stabilizer and when present in preferred quantities of from about 35-50% produces a low modulus composition when alloyed with titanium. The Ti- 35Nb alloy was produced by powder metallurgy through a mixture of hydride elementary powders (Titanium and Niobium) milled for 12 and 36 hours. Samples were produced from that mixture followed by uniaxial and cold isostatic pressing with subsequent densification by isochronal sintering between 700 up to 1500° C, in vacuum. The microstructural evolution on sintering showed that niobium particles play an important role on phase stabilization by its difusion through Titanium structure, The alloy, produced at 1500° C, presents 97,5 % of the theoretical density and shows a little amount of á-phase with a predominance of â-phase. The mechanical properties were evaluated by flexural and tensile tests. Through flexural test was obtained a elastic modulus of 78,5 GPa and a rupture stress of 818,8 MPa.. The results from tensile test were 80,7 GPa for elastic modulus and 600,0 MPa for rupture stress. The Vickers indentation micro hardness reach 394,8 Hv.

Resumo: A liga Ti-35Nb e uma liga da classe beta que apresenta baixo modulo de elasticidade e uma composicao quimica adequada para a utilizacao em implantes. Essa liga e composta apenas por elementos considerados biocompativeis e apresenta modulo de elasticidade mais proximo aos dos tecidos osseos do que as ligas convencionalmente utilizadas. O niobio e um importante estabilizador da fase ƒÀ e quando presente em um teor entre 35 a 50% produz uma composicao de baixo modulo quando ligado ao titanio. A liga Ti-35Nb foi obtida por metalurgia do po utilizando a mistura dos pos elementares na forma de hidretos de titanio e niobio, obtidos por hidrogenacao e moidos por 12 e 36 horas. A mistura elementar da liga Ti-35Nb foi compactada por prensagem uniaxial e isostatica a frio, com subsequente densificacao por sinterizacao entre 700 e 1500‹ C. A evolucao microestrutural na sinterizacao mostrou que a estabilizacao da fase ocorre pela difusao do niobio na estrutura do titanio e a 1500o C a liga e composta de uma estrutura com predominancia de fase ƒÀ e pouca fase ƒ¿, com 97,5% da densidade teorica. As propriedades mecanicas avaliadas por ensaios de flexao apresentaram modulo elastico de 78,5 GPa e e tensao de ruptura maxima de 818,8 MPa. Para o ensaio de tracao os resultados foram de 80,7 GPa, para o modulo elastico e 600,0 MPa para a tensao de ruptura maxima. A dureza avaliada por identacao Vickers alcancou 394,8 Hv. / Abstract: Ti-35Nb is classified as a â titanium alloy and is believed to identify an optimal low modulus and chemical composition for implant applications, with high strength and biocompatibility. Implants of this alloy have a modulus of elasticity closer to that of bone than other typically-used metal alloys and do not include any elements which have been shown or suggest as having short term potential adverse effect. Niobium is an important â-phase stabilizer and when present in preferred quantities of from about 35-50% produces a low modulus composition when alloyed with titanium. The Ti- 35Nb alloy was produced by powder metallurgy through a mixture of hydride elementary powders (Titanium and Niobium) milled for 12 and 36 hours. Samples were produced from that mixture followed by uniaxial and cold isostatic pressing with subsequent densification by isochronal sintering between 700 up to 1500° C, in vacuum. The microstructural evolution on sintering showed that niobium particles play an important role on phase stabilization by its difusion through Titanium structure, The alloy, produced at 1500° C, presents 97,5 % of the theoretical density and shows a little amount of á-phase with a predominance of â-phase. The mechanical properties were evaluated by flexural and tensile tests. Through flexural test was obtained a elastic modulus of 78,5 GPa and a rupture stress of 818,8 MPa.. The results from tensile test were 80,7 GPa for elastic modulus and 600,0 MPa for rupture stress. The Vickers indentation micro hardness reach 394,8 Hv. / Orientador: Marcelo dos Santos Pereira / Coorientador: Carlos Alberto Alves Cairo / Banca: Humberto Lopes Rodrigues / Banca: Pedro Paulo de Campos / Banca: Francisco Piorino Neto / Doutor

Resumo: As ligas Ti-Nb são apropriadas para uso em implantes devido a sua alta resistência e biocompatibilidade. Um dos métodos de obter estas ligas é a metalurgia do pó, pois ele permite obter peças próximas ao seu formato final. Teorias indicam que a razão de densificação varia inversamente como uma função do tamanho da partícula. O aumento de interesse na fabricação de materiais nanoestruturados (partículas menores que 100 nm) é devido à possibilidade de obter um material sinterizado em um tempo menor e em temperaturas mais baixas, com uma melhor densificação do que pós convencionais, pois é mais reativo. Neste trabalho, após hidrogenação e moagem de alta energia por até 60 min, obteve-se pós de hidreto de titânio e hidreto de nióbio, com estrutura ultrafina/nanométrica, que auxilia o processo de difusão numa posterior etapa de sinterização. Meios de moagem de diferentes materiais (aço inoxidável e nitreto de silício - Si3N4) foram usados. Independentemente dos meios de moagem usados, o material obtido apresentou aproximadamente 5% das partículas com valores cumulativos de tamanhos de até 100 nm. Mas, o material obtido do recipiente de Si3N4 após 20 min de moagem apresentou uma maior porcentagem de partículas com diâmetros médios equivalentes entre 40 nm e 1000 nm, correspondente a 29%. / Abstract: The Ti-Nb alloys are suitable for use in implants due to their high tensile strength and biocompatibility. One of the methods to obtain these alloys is the powder metallurgy, because it allowing to get pieces closer to near-net-shape. Theories showing that the densification rate range conversely like a function of the grain size. The great interest in the manufacturing of nanostructured materials - NsM (particles smaller than 100 nm) is due to possibility to obtain a sintered material in a smaller time and in more low temperatures than conventional powders, with the best densification, because it is more reactive. In this work, after hydrogenation and use of higher energy ball milling by until 60 min, were obtained powders of titanium hydride and niobium hydride, with ultra-fine/nanometric structure, what help in the diffusion process during a later stage of sintered. Milling medium of different materials (stainless steel and silicon nitride - Si3N4) were used. Independently of the grinding medium used, the material obtained exhibit approximating 5% of the particles with the cumulative values of size until 100 nm. But, is the possible to verify that the material obtained of the Si3N4 vessel, after milling by 20 min, exhibited a greater percentage of particles with average equivalent diameters between 40 nm and 1000 nm, than correspond to 29%. / Orientador: Tomaz Manabu Hashimoto / Coorientador: Carlos Alberto Alves Cairo / Banca: Antonio Jorge Abdalla / Banca: Alfeu Saraiva Ramos / Mestre

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Randolfo Christiano Koster.pdf: 64402 bytes, checksum: baaccbce80d028291d827fb8d22873f8 (MD5) Previous issue date: 1998-07-02 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A metalurgia do pó tem vindo de encontro as necessidades de redução de processos de manufatura convencionais. Em muitas circunstancias, no entanto a união de peças produzidas por metalurgia do pó necessitam ser unidas às mesmas ou a materiais manufaturados por processo como parafusamento rebitagem e soldagem. Opresente trabalho é uma investigação experimental da soldabilidade por resistência e brasagem com liga Bag2 de ligas ferrosinterizadas. Os experimentos conduzidos visam traçar um comparativo entre as peças obtidas por processo de manufatura normais que envolvem usinagem e a metalurgia do pó. Para tanto, optou-se por reduzir um componente manufaturado e submete-lo às mesmas condições de soldabilidade e brasagem. Uma matriz de compactação simples efeito foi desenvolvida para obtenção dos componentes sinterizados. Devido à aplicação do componente de estudo na parte estrutural de um compressor hermético, testes de estanqueidade foram desenvolvidos à pressão de 20 bar. Os resultados dos testes de brasagem e soldagem por resistência foram muito satisfatório, estando de acordo com a literatura existente no aspecto da metalurgia do pó, foram insatisfatórios quando aplicada a componentes sem tratamento superficial que pudesse selar as porosidades interconectadas.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moises Luiz Parucker.pdf: 68682 bytes, checksum: 467610033ab0e388e3c7ad69487bd9be (MD5) Previous issue date: 2000-08-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A preocupação com a reciclagem industrial tem levado as industrias a buscarem alternativas para disposição final de seus resíduos e uma saída plausível é a utilização de processos adequados para sua recuperação. Neste trabalho tem se a preocupação em reaproveitar cavacos de ferro fundido cinzento proveniente de torneamento de usinagem a seco na industria metal- mecânico para a utilização pela técnica da metalurgia do pó. O primeiro passo é transformar o cavaco em pó através do processo de moagem mecânica em moinho de bolas onde é realizado um estudo do tempo e rendimentos necessários para cominuição do material, e os resultados indicaram rendimentos de 100% em perídios de tempos de moagem por 25 horas, obtendo-se partículas numa faixa granulométrica bem variável, entre +140 e 230 mesh. Em uma primeira etapa é realizado um estudo completo das características do pó em bruto e são realizadas diluições com ferro puro em diferentes proporções e adicionadas pequenas quantidades de cobre para suprir a variação dimensional durante sinterização e por final propiciar a formação de uma liga metálica por diluição. São realizados estudos das propriedades físicas como compressibilidade e sinterabilidade e os resultados indicam que uma baixa pressão de compactação torna os compactos mais resistentes e uma temperatura ideal para sinterizar estes materiais é necessária a eliminação do excesso de grafita livre presente proveniente da moagem, que dificulta o processo de compactação e conseqüentemente a sinterização, pela heterogeneidade estrutural presente. A variação dimensional sofrida durante a sinterização é bem controlada pela adição de 3,5 % em peso de cobre para amostras com conteúdo superior a 50% do pó de cavaco. Em uma segunda etapa, o pó é submetido ao tratamento térmico de redução com Fe2O3 sólido e a quantidade inicial de 3,5% de carbono total é eliminada para 1,2%. São realizadas novas diluições com o pó descarburado e os estudos de compressibilidade e sinterabilidade evidenciam uma melhora na homogeneidade estrutural e para propriedades mecânicas como resistência a tração e o desgaste, os resultados indicam aumento de propriedades em relação a etapa anterior. A composição da liga de aço (50/50% pó de cavaco) apresentou os melhores resultados, principalmente na resistência a tração e ao desgaste, e a amostra com 100% de cavaco conduziu a resultados similares a liga 50/50%, porém o aumento do conteúdo de cavaco resultou em uma porosidade estrutural homogênea. Em uma terceira etapa, através da otimização das etapas anteriores e adaptação das características avaliadas, segue-se a produção de uma peça estrutural, neste caso, um mancal cilíndrico. São realizadas novas diluições como anteriormente, portanto, submetidas à pressões de compactação menores (250MPa) onde se chega a resultados surpreendentes. A homogeneidade estrutural é apresentada em todas as amostras e o conteúdo crescente de pó de cavaco às misturas leva a uma crescente homogeneidade estrutural de porosidade interligada. Com o objetivo principal do controle da porosidade interconectada, resistência radial e ao desgaste, a amostra com 100% de pó de cavaco apresentou os melhores resultados, essencial para a avaliação em mancais, além de resultar em um produto com matéria-prima totalmente reciclada.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:07:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RomuloRG.pdf: 2022744 bytes, checksum: b56ca8e09a24314d1127c49f3cf2e053 (MD5) Previous issue date: 2006-03-14 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / The ionic nitriding process presents some limitations related with the control of the thickness of the layer and its uniformity. Those limitations that happen during the process, are produced due to edge effects, damage caused by arcing arc and hollow cathode, mainly in pieces with complex geometry and under pressures in excess of 1 mbar. A new technique, denominated ASPN (active screen shapes nitriding) it has been used as alternative, for offering many advantages with respect to dc plasma conventional. The developed system presents a configuration in that the samples treated are surrounded by a large metal screen at high voltage cathodic potencials, (varying between 0 and 1200V) and currents up to 1 A. The sample is placed in floting potential or polarized at relatively lower bias voltages by an auxiliary source. As the plasma is not formed directly in the sample surface but in the metal screen, the mentioned effects are eliminated. This mechanism allows investigate ion of the transfer of nitrogen to the substrate. Optical and electronic microscopy are used to exam morphology and structure at the layer. X-ray difration for phase identification and microhardness to evaluate the efficiency of this process with respect to dc conventional nitriding / O processo de nitreta??o i?nica apresenta uma s?rie de limita??es relacionadas com o controle da espessura da camada e de sua uniformidade. Essas limita??es s?o produzidas devido a efeitos de bordas e de c?todo oco que ocorrem durante o processo, principalmente em pe?as com geometria complexa e em press?es do processo superiores a 2 mbar. Assim uma nova t?cnica, denominada ASPN (Active screen plasma nitriding) est? sendo usada como alternativa, por oferecer muitas vantagens em rela??o ao plasma dc convencional. O sistema desenvolvido apresenta uma configura??o em que as amostras a serem tratadas permanecem envolvidas por uma tela que atua como c?todo com tens?o dc variando entre 0 e 1200V e correntes de at? 1 A. A amostra pode permanecer em potencial flutuante ou ser polarizada por uma fonte auxiliar. Como o plasma n?o ? formado diretamente na superf?cie das amostras e sim na tela, os efeitos citados s?o eliminados. Este mecanismo permite investigar a transfer?ncia de nitrog?nio para o substrato por microscopia ?ptica e microscopia eletr?nica de varredura para exames da morfologia e da estrutura, difra??o de raios-X para identifica??o de fases e os ensaios de microdureza permitem avaliar a efici?ncia deste processo em rela??o ? nitreta??o dc convencional

[pt] O objetivo deste estudo foi desenvolver compósitos à base de uma liga de AlSi (Alumix-231) com adição de 5 a 20 vol. por cento de sílica fundida, no intuito de reduzir o coeficiente de expansão térmica (CET), com relação ao da matriz, e manter as propriedades físicas do compósito, tais como densidade e dureza, ao menos no nível da matriz. Os compósitos foram desenvolvidos pela metalurgia do pó, primeiramente, prensados a 700 MPa e depois sinterizados em temperaturas entre 565 e 575 graus C por 90 min (condição T1). Os melhores resultados, em termos de redução da expansão térmica, foram alcançados após a sinterização a 565 graus C. Os compósitos com adição de 15 e 20 vol.por cento de sílica fundida exibiram coeficientes de expansão térmica tão baixos quanto 13,70 e 12,73 x 10(-6) graus C(-1) (entre 25 e 400 graus C), uma redução de 29,9 por cento e 34,8 por cento, respectivamente, em comparação com Alumix231 pura. Além disso, a densidade e a dureza desses compósitos não foram muito afetadas negativamente, pois sofreram apenas uma pequena diminuição, não superior a 6 por cento e 5 por cento, respectivamente. Em seguida, amostras sinterizadas a 565 graus C foram envelhecidas artificialmente a 160 graus C por 8 h (condição T6) e os Compósitos de Matriz Metálica (CMMs) com 15 e 20 vol. por cento de sílica fundida exibiram um aumento da dureza, cerca de 94,12 por cento e 64,71 por cento, respectivamente, em relação às amostras análogas na condição T1. Com relação à expansão térmica, houve redução dos CETs, em comparação com a liga pura envelhecida, de 27 por cento e de 32 por cento, respectivamente. Alumix-231 é uma nova e promissora liga e a sílica fundida, que nunca foi usada antes com o objetivo de reduzir sua expansão térmica, demonstrou ser uma cerâmica com aplicações promissoras como carga em compósitos de matrizes à base de Alumix-231 devido à sua expansão térmica próxima de zero e à sua baixa densidade. Como tal, os resultados obtidos mostraram que os compósitos de Alumix-231/sílica fundida são materiais potencialmente promissores para aplicações automotivas, candidatos a substituírem o ferro fundido (alta densidade, de 7,3 a 7,9 g cm(-3) , e CET de 13 x 10(-6) graus C(-1)). / [en] The goal of this study was to develop composites based on an Al-Si alloy (Alumix-231) with the addition of 5 to 20 vol. percent of fused silica, to reduce the coefficient of thermal expansion (CTE) in comparison to that of the matrix (Alumix-231), keeping the composite light and without impairing its physical properties, such as density and hardness. The composites were developed by powder metallurgy, first pressed at 700 MPa, and then sintered at temperatures between 565 and 575 degrees C for 90 min (T1 condition). The best results, in terms of reduced thermal expansion, were achieved after liquiq-phase sintering at 565 degrees C. Composites with the addition of 15 and 20 vol. percent of fused silica exhibited CTEs, as low as, 13.70 and 12.73 x 10(-6) degrees C(-1) (between 25 and 400 degrees C), a reduction of 29.9 percent and 34.8 percent, respectively, compared to neat Alumix-231. Furthermore, the density and hardness of these composites were not negatively affected, as these properties presented only a small decrease, not exceeding 6 percent and 5 percent, respectively. Then, samples sintered at 565 degrees C were artificially aged at 160 degrees C for 8 h (T6 condition), and MMCs-15 and 20 vol. percent exhibited an increase in hardness of about 94,12, percent and 64,71 percent, compared to T1 samples. Regarding thermal expansion, there was a reduction of CTEs, compared to the aged neat alloy, of 27 percent and 32 percent, respectively. Alumix-231 is a promising new alloy and fused silica, which has never been used before to reduce its thermal expansion, has shown to be a ceramic with promising applications as a filler in Alumix-231-based matrix composites, due to its thermal expansion close to zero. As such, the results obtained showed that Alumix231/fused silica composites are promising materials for automotive applications and new candidates to replace heavy cast iron components.