A elevada competitividade no mundo global de hoje em dia traz à tona diversos desafios à indústria metal-mecânica. Os dois maiores pilares nesta busca pela excelência são os custos e a sustentabilidade, já que a qualidade do produto é competência intrínseca no século XXI. Os aços microligados ganham importância neste cenário, pois sua utilização, geralmente, permite a supressão ou ao menos redução de alguns processos produtivos, o que se traduz em diminuição de custos e, muitas vezes, redução nos aspectos e impactos ambientais. Neste trabalho, buscou-se desenvolver uma composição química e um processo produtivo adequado para parafusos da classe 8.8 que, utilizando-se dos diversos mecanismos de endurecimento dos aços, fosse capaz de eliminar etapas de tratamentos térmicos ao longo do processo. O trabalho contou com o vazamento de uma corrida de um aço microligado ao nióbio, sua posterior conformação mecânica através da laminação, onde vários parâmetros foram avaliados na busca das melhores propriedades mecânicas, o processo de trefilação e conformação a frio dos parafusos e, por fim, o único tratamento térmico da cadeia: o envelhecimento. No decorrer de todas as etapas o material esteve sob avaliação dos parâmetros de processo e de suas propriedades mecânicas, utilizando-se basicamente de ensaios de tração e micrografias. Como resultado do estudo, é afirmada a viabilidade de produção destes parafusos de uma maneira mais sustentável, em função da redução de etapas no projeto e, portanto de seus insumos, possibilitando que o mesmo produto tenha agora um maior retorno financeiro (pelo menor custo de produção), ou mesmo sua oferta facilitada ao mercado de fixadores. Isso pode ser concluído já que, mesmo sem o tratamento de têmpera e revenido, o material atendeu as especificações da ISO 898-1 com folga, apresentando limite de resistência de até 1000MPa, limite de escoamento de 870MPa, alongamento e redução de área de 16 e 60% respectivamente. / The highly competitive global world of today brings many challenges to the metalworking industry. The two major pillars of this quest for excellence are sustainability and costs, since the quality of the product is intrinsic competence in the XXI century. Microalloyed steels have great importance in this scenario, because their use usually allows, the elimination or at least reduction of some production processes, which translates into lower costs and environmental impact. The objective of this work was to develop a chemical composition and a production route suitable for the 8.8 strength class screws using different steel hardening mechanisms to enable the elimination of heat treatment steps in the production process. During this work a continuous casting niobium microalloyed steel was produced followed by subsequent mechanical forming by hot rolling, where several parameters were evaluated to find the best mechanical properties, the process of drawing and cold forming screws, and finally , the single heat treatment of the chain: the aging. During all stages the material was under evaluation of process parameters and mechanical properties, primarily using tensile tests and micrographs. As a result of the study, it affirmed the feasibility of producing these screws in a more sustainable, due to the reduction of steps in the project, and therefore of its inputs, allowing the same product has a higher economic return (at lower cost production), or even easier to market its offering of fasteners. This can be done since, even without the treatment of quenching and tempering, the material met the specifications of ISO 898-1 with clearance, with tensile strength of up to 1000MPa, yield strength of 870MPa, elongation and reduction of area of 16 and 60% respectively.

Neste trabalho foi estudada a produção, por síntese hidrotermal assistida por microondas, nanoestruturas de pentóxido de nióbio (Nb2O5) a partir do precursor pentacloreto de nióbio (NbCl5). A síntese foi realizada nas temperaturas de 150 e 200 °C durante 130 min, e o produto obtido foi tratado termicamente a temperaturas de 600, 800 e 1000 °C por 60 min com taxa de aquecimento de 10 °C/min. Os produtos obtidos foram caracterizados por análise termogravimétrica (ATG), para detectar a perda de massa com a temperatura; por difração de raios X (DRX), para análise da estrutura cristalina; por espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e por espectroscopia Raman, para identificação das fases formadas; por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão (MET), para verificação da morfologia do material; e por espectroscopia de refletância difusa (ERD), para identificar as propriedades ópticas do material. Além dessas, foram realizados cálculos do tamanho do cristalito pela equação de Scherrer. Os resultados indicaram a formação de nanoestruturas com diversas fases cristalinas de nióbio (TT, T, B, M e H-Nb2O5). O tamanho do cristalito variou em função da temperatura de tratamento térmico praticado: entre 35,85 e 38,80 nm para as amostras sintetizadas a 150 °C; e entre 34,84 e 40,93 nm para as amostras sintetizadas a 200 °C. Com a análise por refletância difusa foram obtidos os valores de band gaps para as amostras sintetizadas, e os resultados identificaram material semicondutor com uma variação de 3,13 a 3,90 eV. / In this work was studied the production by hydrothermal synthesis assist for microwave, niobium pentoxide nanocrystals (Nb2O5) obtained from the precursor pentachloride niobium (NbCl5). The synthesis was carried out at temperature of 150 and 200 °C for 130 min and the product obtained was calcined at temperatures 600, 800 and 1000 °C for 60 min and heating rate at 10 °C/min. The following characterizations were performed for analysis of the material, among them, thermal gravimetric analysis (ATG) for detecting the lost mass by temperature, X-ray diffraction (XRD) for analysis of the crystal structure, Fourier Transform Infrared spectroscopic (FTIR) and Raman spectroscopic was used for analyze the changes in superficial chemical connections, scanning electron microscopy (SEM) and transmission electronic microscopic (TEM) for morphology of material and diffuse reflectance spectroscopy (DRS) for identification the material optical properties. Moreover, calculate were realized of crystallite size by Scherrer’s equation. The results showed the formation of nanostrutured with various phases (TT, T, B, M e H-Nb2O5). The crystallite size varied in function of thermal treatment temperature from 35,85 to 38,80 nm for synthesizes samples in 150 °C and 34,84 to 40,93 nm for synthesizes samples in 200 °C. With the analysis by diffuse reflectance were obtained the band gap values for the synthesized samples and the results identify a semiconductor material with a variation from 3,13 to 3,90 eV.

O objetivo do presente estudo foi sintetizar e caracterizar arcabouços tridimensionais de vidros bioativos contendo nióbio e avaliar a influência destes materiais no comportamento de células pré-osteoblasticas in vitro. A produção dos arcabouços foi realizada pelo método sol-gel a partir da mistura de precursores da matriz e modificadores minerais. Foram produzidos vidros contendo Nióbio (BAG-Nb) e vidros sem adição deste componente (BAG). A adição do nióbio foi feita por meio de NbCl5. Após a formação do sol foram adicionados um surfactante e um catalisador da condensação para que fosse possível produzir um gel poroso que, com o processo de queima deu origem aos arcabouços. A caracterização da estrutura química foi realizada por difração de raio-x (DRX) e espectroscopia Raman. A morfologia dos materiais foi avaliada por microscopia de varredura (MEV) e microtomografia computadorizada de raios-x (MicroCT). Células pré-osteoblasticas MC3T3-E1 foram cultivadas para avaliação da influência dos materiais na sua proliferação, mineralização e expressão gênica. Para este fim foram utilizados os testes da Sulforonamida B, a coloração por Vermelho de Alizarina e o teste de Reação em Cadeia da Polimerase (PCR), respectivamente. A caracterização do material demonstrou a presença de estruturas cristalinas nos vidros produzidos. O Nióbio foi encontrado no grupo BAG-Nb em sua forma de óxido disperso pela matriz do vidro de acordo com os resultados de DRX e Raman. Quanto à sua estrutura, a porosidade superficial e macroposidade, o tamanho dos poros e a interconectividade entre os poros mostraram-se favoráveis para o crescimento de tecido em ambos os grupos produzidos. O nióbio foi encontrado na estrutura do vidro na sua forma de óxido (Nb2O5). A incorporação de Nb2O5 ao vidro não interferiu na proliferação celular no entanto, os materiais contendo Nb2O5 promoveram maior aumento na mineralização das células pré-osteoblasticas após 7 e 21 dias de cultivo, indicando maior diferenciação celular. Estes resultados demonstram que a incorporação de Nióbio resultou em materiais com composição química e macroestrutura adequadas, induzindo maior e mais rápida taxa de diferenciação celular na cultura de células in vitro. / The aim of this study was to synthesize and characterized sol-gel derived bioactive glasses scaffolds containing Niobium and evaluate its influence in pre-osteoblastic cell behaviour. Sol-gel route was used to produce porous scaffolds by foaming method. Matrix precursors and mineral modifiers were used to produce the sol. Scaffolds were produced in two distinct compositions. One group containing Niobium (BAG-Nb) and one group without this component (BAG) were produced. NbCl5 was used as Nb precursor. After sol mixture a surfactant and catalyst for condensation was added under stirring to produce a porous gel structure. Heating treatment was applied to produce porous scaffolds. Chemical characterization was performed with X-ray diffraction (XRD) and Raman spectroscopy. To evaluate morphology, Scanning Electron Microscopy (SEM) and Microcomputed thomography (μCT) were used. MC3T3-E1 pre-osteoblastic cells were used in cell culture analysis of cell proliferation, cell mineralization and gene expression. For these analyses, SulphoronamideB, Alizarin S Red and quantitative Polymerase Chain Reraction (qPCR) were used, respectively. Niobium was found scattered in glass matrix in its oxide form (Nb2O5) according to Raman and XRD results. These results showed Nb2O5 did not bond to glass matrix. Scaffolds superficial and macro porosity, pore size and connectivity were found favourable for growth of tissue. Cell proliferation was not influenced by the addition of Nb2O5, however scaffolds containing Nb2O5 induced increased mineralization after 7 and 21 days in preosteoblastic cell cultures. This result indicate increased cell differentiation for glasses containing Nb2O5. The development of bioactive glass scaffolds containing Niobium resulted in material with suitable chemical properties and microstructure with increased and faster mineralization in cellular studies showing potential of Nb2O5 containing bioactive glasses for tissue engineering applications.

O Titânio e suas ligas possuem uma grande aplicação na área biomédica devido à combinação de suas propriedades mecânicas, físicas e químicas, como baixa densidade, alta resistência mecânica, baixo módulo de elasticidade, alta resistência à corrosão e boa biocompatibilidade. O presente trabalho estudou o processo de metalurgia do pó, descrevendo suas ferramentas, máquinas e processos. Pesquisa bibliográfica e análises experimentais foram feitos para obtenção de materiais biocompatíveis, através da mistura de pós metálicos, compactação e sinterização. Foram realizadas mistura dos pós de titânio (Ti) e nióbio (Nb) em proporções distintas para viabilizar a aplicação deste produto na área da medicina. Foram feitos testes para obter as características mecânicas do material, já compactado e sinterizado, com o objetivo principal de aplicar este material em implantes humanos. Além dos implantes a liga de Ti-Nb também pode ser usada na fabricação de prótese de reabilitação e testes de implantes em animais. A compactação da mistura dos pós metálicos foi realizada em uma prensa hidráulica ferramentada com dois punções e uma matriz fechada, dando origem a um material denominado compactado verde. Com os materiais já compactados, a próxima etapa foi levá-los ao forno para sinterização, de acordo com as respectivas temperaturas para cada grupo de corpo de prova. Os resultados mostraram que as amostras, sinterizadas pelo processo da metalurgia do pó, levaram à obtenção de peças de alta porosidade (de acordo com a densidade teórica). A microestrutura predominante encontrada em amostras sinterizadas a 1450 ºC consiste em partículas de titânio e nióbio bastante irregulares e com tamanhos desproporcionais, devido à diferença do tamanho das partículas dos pós, como mostrou o ensaio metalográfico. O ensaio de compressão mostrou um baixo módulo de elasticidade em função da porosidade alta, e os resultados foram considerados baixos se comparados à resistência óssea. A dureza também não foi considerada ideal, em função da alta porosidade. / Titanium and its alloys have a wide application in biomedical field due to the combination of its mechanical, physical and chemical properties such as low density, high mechanical strength, low elasticity modulus, high corrosion resistance and good biocompatibility. This work studied the process of powder metallurgy, describing their tools, machines and processes. Bibliographical research and experimental analyses were made to obtain biocompatible materials, by mixing metal powders, compacting and sintering. Titanium (Ti) powder mixtures with Niobium (Nb) powder were performed in distinct proportions to enable the application of this product in medical field. Tests were made to obtain the mechanical characteristics of the material, already compacted and sintered, with the main objective of applying this material in human implants. Besides the implants Ti-Nb alloy can also be used in the manufacture of prosthetic rehabilitation and testing of implant in animals. The compaction of the metal powders mixture was performed in a hydraulic press with two punctures and a closed die giving rise to a material called compacted green. With the materials already compressed, the next step was to take them to the oven for sintering, in accordance with their respective temperatures for each group of specimen. The results showed that the samples, sintered by powder metallurgy process, led to obtain parts of high porosity (according to the theoretical density). The predominant microstructure found in samples sintered at 1450 ºC consist in particles of Titanium and Niobium very irregulars and disproportionate in size, due to powders particles size difference, as shown by metallographic test. The compression test showed a low elasticity modulus due to high porosity and the results were considered low when compared to bone resistance. The hardness was not considered ideal, due to the high porosity.

Due to recent legislation aimed at reducing carbon emissions into the environment through weight reduction, the automotive and aerospace industries are using light alloys such as aluminium silicon (Al–Si) and aluminium zirconium (Al–Zr) instead of steel due to their excellent mechanical properties and low weight to strength ratio. In order to further improve mechanical and metallurgical properties in these alloys, grain refinement is usually used in industry. However, the current and most widely used grain refiner Al–5Ti–B is unable to refine Al–Si alloys with silicon content greater than 3 wt.%., and Al–Zr alloys due to poisoning of the refiner by silicon and zirconium. The Al–5Ti–B refiner also contains larger Al3Ti particles and agglomerates of TiB2 which affect its efficiency and suitability in industrial applications where thin sheets are required. In this study, a new technique which improves the microstructure and efficiency of the Al–5Ti–B refiner has been developed. This involves the reaction of potassium tetrafluoroborate (KBF4) and potassium hexafluorotitanate (K2TiF6) salts at shorter reaction time before ultrasonic processing during solidification. This leads to the formation of a new Al3Ti morphology and de-agglomeration of TiB2 particles which enhances its grain refinement efficiency by 20%. Secondly, through phase diagram analysis of Al grain refining systems and crystallography studies, it was observed that Al3Ti and Al3Nb display similar lattice parameters with atomic misfit of 4.2% and would undergo a peritectic reaction with α-Al at low contact angles. Based on this, and using the duplex nucleation theory and poisoning by Si and Zr, a new quaternary grain refiner containing aluminium, titanium, niobium and boron (Al–4Ti–Nb–B) has been developed. This novel grain refiner has been found to be efficient in Al–Si alloys and Al–Zr, both at laboratory and industrial scales, and to improve the mechanical properties of the alloys despite the presence of Ti in the alloy. It was observed that the addition of Nb to an Al–Ti–B system leads to the formation of solid solution phases of Al3Ti1-xNbx, Al3Nb1-xTx, and (Ti1-xNbx)B2 which prevents poisoning by Si and Zr. Experimental simulations showed that Al3Nb1-xSix rather than Ti(Al1-xSix)3 are formed in Al–Si alloys, and Al3(Ti1-xNbx) and (Al3Ti1-xNbx)B2 phases are formed in Al–Zr alloys rather than Al3(Zrx,Ti1-x), B2(Zrx,Ti1-x) or ZrB2 phases. A new grain refining mechanism, ‘The Quad Nucleation Theory’ based on four nucleation events in Al–4Ti–Nb–B has been proposed. Other newly developed quaternary and ternary novel grain refiners capable of refining aluminium silicon alloys are also presented in this thesis. This includes a novel method of refining Al–Si alloys using phosphorus and niobium.

abstract: In this research, our goal was to fabricate Josephson junctions that can be stably processed at 300°C or higher. With the purpose of integrating Josephson junction fabrication with the current semiconductor circuit fabrication process, back-end process temperatures (>350 °C) will be a key for producing large scale junction circuits reliably, which requires the junctions to be more thermally stable than current Nb/Al-AlOx/Nb junctions. Based on thermodynamics, Hf was chosen to produce thermally stable Nb/Hf-HfOx/Nb superconductor tunnel Josephson junctions that can be grown or processed at elevated temperatures. Also elevated synthesis temperatures improve the structural and electrical properties of Nb electrode layers that could potentially improve junction device performance. The refractory nature of Hf, HfO2 and Nb allow for the formation of flat, abrupt and thermally-stable interfaces. But the current Al-based barrier will have problems when using with high-temperature grown and high-quality Nb. So our work is aimed at using Nb grown at elevated temperatures to fabricate thermally stable Josephson tunnel junctions. As a junction barrier metal, Hf was studied and compared with the traditional Al-barrier material. We have proved that Hf-HfOx is a good barrier candidate for high-temperature synthesized Josephson junction. Hf deposited at 500 °C on Nb forms flat and chemically abrupt interfaces. Nb/Hf-HfOx/Nb Josephson junctions were synthesized, fabricated and characterized with different oxidizing conditions. The results of materials characterization and junction electrical measurements are reported and analyzed. We have improved the annealing stability of Nb junctions and also used high-quality Nb grown at 500 °C as the bottom electrode successfully. Adding a buffer layer or multiple oxidation steps improves the annealing stability of Josephson junctions. We also have attempted to use the Atomic Layer Deposition (ALD) method for the growth of Hf oxide as the junction barrier and got tunneling results. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Materials Science and Engineering 2013

A elevada competitividade no mundo global de hoje em dia traz à tona diversos desafios à indústria metal-mecânica. Os dois maiores pilares nesta busca pela excelência são os custos e a sustentabilidade, já que a qualidade do produto é competência intrínseca no século XXI. Os aços microligados ganham importância neste cenário, pois sua utilização, geralmente, permite a supressão ou ao menos redução de alguns processos produtivos, o que se traduz em diminuição de custos e, muitas vezes, redução nos aspectos e impactos ambientais. Neste trabalho, buscou-se desenvolver uma composição química e um processo produtivo adequado para parafusos da classe 8.8 que, utilizando-se dos diversos mecanismos de endurecimento dos aços, fosse capaz de eliminar etapas de tratamentos térmicos ao longo do processo. O trabalho contou com o vazamento de uma corrida de um aço microligado ao nióbio, sua posterior conformação mecânica através da laminação, onde vários parâmetros foram avaliados na busca das melhores propriedades mecânicas, o processo de trefilação e conformação a frio dos parafusos e, por fim, o único tratamento térmico da cadeia: o envelhecimento. No decorrer de todas as etapas o material esteve sob avaliação dos parâmetros de processo e de suas propriedades mecânicas, utilizando-se basicamente de ensaios de tração e micrografias. Como resultado do estudo, é afirmada a viabilidade de produção destes parafusos de uma maneira mais sustentável, em função da redução de etapas no projeto e, portanto de seus insumos, possibilitando que o mesmo produto tenha agora um maior retorno financeiro (pelo menor custo de produção), ou mesmo sua oferta facilitada ao mercado de fixadores. Isso pode ser concluído já que, mesmo sem o tratamento de têmpera e revenido, o material atendeu as especificações da ISO 898-1 com folga, apresentando limite de resistência de até 1000MPa, limite de escoamento de 870MPa, alongamento e redução de área de 16 e 60% respectivamente. / The highly competitive global world of today brings many challenges to the metalworking industry. The two major pillars of this quest for excellence are sustainability and costs, since the quality of the product is intrinsic competence in the XXI century. Microalloyed steels have great importance in this scenario, because their use usually allows, the elimination or at least reduction of some production processes, which translates into lower costs and environmental impact. The objective of this work was to develop a chemical composition and a production route suitable for the 8.8 strength class screws using different steel hardening mechanisms to enable the elimination of heat treatment steps in the production process. During this work a continuous casting niobium microalloyed steel was produced followed by subsequent mechanical forming by hot rolling, where several parameters were evaluated to find the best mechanical properties, the process of drawing and cold forming screws, and finally , the single heat treatment of the chain: the aging. During all stages the material was under evaluation of process parameters and mechanical properties, primarily using tensile tests and micrographs. As a result of the study, it affirmed the feasibility of producing these screws in a more sustainable, due to the reduction of steps in the project, and therefore of its inputs, allowing the same product has a higher economic return (at lower cost production), or even easier to market its offering of fasteners. This can be done since, even without the treatment of quenching and tempering, the material met the specifications of ISO 898-1 with clearance, with tensile strength of up to 1000MPa, yield strength of 870MPa, elongation and reduction of area of 16 and 60% respectively.

This work presents a study of the mechanical and tribological properties of niobium-reinforced alumina composites obtained by the spark plasma sintering (SPS) technique. Alumina and niobium powders were characterized regarding the size distribution and morphology of particles by laser diffraction and scanning electron microscopy, respectively. These particulates materials were mixed and simultaneously pressed and sintered by SPS with a uniaxial pressure of 50 MPa at 1400oC. The microstructure and crystalline phases of sintered materials were determined by scanning electron microscopy and X-ray diffraction, respectively. Mechanical properties of the samples related to the stiffness, hardness and fracture toughness were determined by means of the instrumented indentation test and the Vickers indention test. For the tribological study of the ceramic materials, sliding wear tests were performed using the experimental design statistics technique. A factorial design at two levels was used in order to evaluate the main and the interaction effects of three factors – Nb concentration, normal load and counterbody – on friction and wear responses. Empirical relationships between the responses and the interest factors were obtained by means of the factorial design at three levels. Sliding wear tests were conducted in dry environment at room temperature using a ball-on-disc configuration, three levels of normal load (5 N, 10 N and 15 N), ceramic disks with three compositions (alumina, alumina-15%Nb e alumina-25%Nb), metallic (AISI 52100 steel) and ceramic (Al2O3) balls as well. The tribological behavior of the materials was evaluated with regard to friction coefficient, wear coefficient and wear mechanisms. The results showed that composites exhibited an increase in mechanical resistance because they had higher fracture toughness values than the monolithic alumina. In addition, the brittleness index that correlates the stiffness, hardness and the fracture toughness was lower for the composite with a higher niobium content. Statistical results indicated that the main and interactions effects involving niobium concentration and counterbody were significant. The friction coeficiente for the composites was slightly lower for the steel counterbody. When sliding against the steel counterbody composites exhibited a wear resistance two orders of magnitude higher than that of the monolithic alumina and specific wear coefficient values characteristic of the mild wear regime. The higher wear resistance of composites was related to the tribofilm formation over worn surfaces, due to material transfer from the counterbody. Monolithic alumina showed a higher wear in relation to the composites, due to brittle fracture, mostly when sliding against the Al2O3 counterbody at higher loads. The good strength of matrix/reinforce interface contributed to increase the fracture toughness of composites, as well as to prevent the pull out of niobium particles from alumina matrix and to increase the sliding wear resistance of alumina – niobium composites. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, CNPq / Este trabalho apresenta um estudo das propriedades mecânicas e tribológicas de compósitos de alumina reforçados com partículas de nióbio obtidos pela técnica de sinterização por plasma pulsado (Spark Plasma Sintering – SPS). Os pós de alumina e nióbio foram caracterizados quanto à distribuição de tamanho e morfologia das partículas por difração laser e microscopia eletrônica de varredura, respectivamente. Esses materiais particulados foram misturados e simultaneamente compactados e sinterizados via SPS com pressão uniaxial de 50 MPa a 1400oC. A microestrutura e as fases cristalinas dos materiais sinterizados foram determinadas por microscopia eletrônica de varredura e por difração de raios X, respectivamente. As propriedades mecânicas das amostras relacionadas com rigidez, dureza e tenacidade à fratura foram determinadas por meio dos ensaios de indentação instrumentada e de indentação Vickers. Para o estudo tribológico dos materiais cerâmicos foram realizados ensaios de desgaste por deslizamento aplicando a técnica estatística de planejamento de experimentos. Foi utilizado o planejamento fatorial de dois níveis para avaliar os efeitos principais e de interação de três fatores – concentração de Nb, carga normal e contracorpo – sobre as respostas atrito e desgaste. As relações empíricas entre as respostas e os fatores de interesse foram obtidas por meio do planejamento fatorial de três níveis. Os ensaios de desgaste por deslizamento foram conduzidos a seco, a temperatura ambiente utilizando a configuração de esfera-sobre-disco, três níveis de carga normal (5 N, 10 N e 15 N), discos cerâmicos com três composições (alumina, alumina-15%Nb e alumina-25%Nb), bem como esferas metálicas (aço AISI 52100) e cerâmicas (Al2O3). O comportamento tribológico dos materiais foi avaliado quanto ao coeficiente de atrito, coeficiente de desgaste e mecanismos de desgaste. Os resultados indicaram que os compósitos apresentaram um aumento de sua resistência mecânica por terem valores de tenacidade à fratura superiores aos da alumina monolítica. Além disso, o índice de fragilidade, que correlaciona a rigidez, dureza e tenacidade à fratura foi menor para o compósito com maior teor de nióbio. Os resultados estatísticos indicaram que os efeitos principais e de interação da concentração de nióbio e do contracorpo foram significativos. O coeficiente de atrito para os compósitos foram ligeiramente menor para o contracorpo de aço. Os compósitos, quando em contato com o contracorpo de aço apresentaram resistência ao desgaste duas ordens de grandeza maior que a da alumina monolítica e valores de coeficiente de desgaste especifico característicos do regime de desgaste moderado. A maior resistência ao desgaste dos compósitos foi relacionada com a formação de um tribofilme nas superfícies desgastadas, devido à transferência de material do contracorpo. A alumina monolítica apresentou maior desgaste em relação aos compósitos, devido à fratura frágil, principalmente quando em contato com o contracorpo de Al2O3 e sob maiores cargas. A boa resistência da interface matriz/reforço contribuiu para aumentar a tenacidade à fratura, bem como para impedir o arrancamento das partículas de nióbio da matriz de alumina e aumentar a resistência ao desgaste por deslizamento dos compósitos alumina – nióbio.

Orientador: Paulo Roberto Mei / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T08:02:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cunha_AdiltoPereiraAndrade_M.pdf: 16921116 bytes, checksum: 9063583d316335cd01376da752a55eb1 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Neste trabalho foi estudada a influência da adição de molibdênio e nióbio na microestrutura e propriedades mecânicas de aço com 0,5 %C, utilizado na fabricação de rodas ferroviárias. A deformação foi aplicada através da laminação, em escala de laboratório, simulando o forjamento no processo real de fabricação. As amostras foram aquecidas a 1250 °C para solubilização do nióbio, sendo então laminadas em 4 passes, a partir de 1200 °C, sofrendo uma deformação total (redução em altura) de 67%, seguida de resfriamento ao ar. Posteriormente estes aços foram submetidos a um tratamento térmico de têmpera e revenimento. Foram analisadas amostras dos aços por microscopia óptica e eletrônica de varredura e também foram realizados ensaios mecânicos em todas as condições. Após a laminação entre 1200 e 1120 °C, observou-se que a adição de Mo + Nb promoveu um aumento da resistência mecânica, mantendo a mesma ductilidade e tenacidade. Após a laminação com posterior têmpera e revenimento a 500°C, simulando o mesmo tratamento feito na roda ferroviária, o aço C5 apresentou dureza, resistência mecânica e alongamento iguais à do aço da MWL, porém com redução de área e energia absorvida maiores que o aço da MWL. O aço microligado apresentou maiores valores de resistência mecânica, ductilidade e tenacidade que o aço da MWL, o que demonstra seu potencial para melhorar a qualidade das rodas ferroviárias atualmente produzidas / Abstract: The influence of molybdenum and niobium addition on the microstructure and mechanical properties of 0.50% carbon steel, used in railway wheels, was studied. The deformation was applied by rolling, in a thermo mechanical processing laboratory, simulating the forging in the real process of manufacture. The samples were heated at 1250 °C to niobium solubilization, and then rolled in 4 passes, from 1200 °C, suffering a total deformation (reduction in height) of 67%, followed by air cooling. Steels were water quenched and tempered (heat treatment). Steel samples, before and after rolling and heat treated were analyzed by optical and scanning electron microscopy. Mechanical tests were performed on the all conditions. After rolling between 1200 and 1120 ° C, it was observed that the addition of Mo + Nb promoted an increase of mechanical strength, keeping the same ductility and toughness. After rolling with subsequent quenching and tempering at 500 ° C, simulating the same treatment done in the railway wheel, steel C5 showed the same toughness, strength and elongation in comparation with MWL rail wheels steel, but with reduced area and absorbed energy greater than the MWL steel. The microalloyed steel showed higher strength, ductility and toughness than MWL steel, which demonstrates its potential to improve the quality of railway wheels currently produced / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Abner de Siervo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-16T08:29:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lussani_FernandoCesar1985-_M.pdf: 10633607 bytes, checksum: 81211aec04bbbd3665a1c673e003a714 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Algumas evidências na literatura apontam para um possível ordenamento ferromagnético do Paládio. Na natureza, o Paládio é um metal de transição não ferromagnético. Filmes ultrafinos podem induzir ordenamento ferromagnético devido a diferenças nos parâmetros de rede entre o filme(Pd) e o substrato que o suporta. Neste trabalho, cresceram-se filmes ultrafinos de Paládio sobre o substrato de W(100). Para tanto, o substrato foi limpo por meio de tratamento térmico e bom- bardeamento de íons. Filmes de Paládio foram crescidos usando epitaxia por feixe atômico e obteve-se um filme com espessura de cinco monocamadas de Paládio. Esse filme foi caracterizado pelas técnicas de espectroscopia de fotoemissão e espalhamento de elétrons de baixa energia. Determinou-se a estrutura de superfície por meio da técnica de difração de fotoelétrons usando radiação síncroton (LNLS), oriunda da linha SXS, com energia do fóton de 1810 eV. Realizou-se o mesmo estudo para filmes de Paládio sobre substrato de Nb(100). Neste sistema, depositou-se Paládio sobre uma superfície reconstruída de NbO(3 x 1) - 2D. Caracterizou-se este filme e o arranjo estrutural foi obtido por meio da técnica de difração de fotoelétrons com fótons de raio-X AI Ka de energia 1486.6 eV. Em seguida calculamos, por meio da teoria do funcional da densidade, propriedades estruturais e eletrônicas do Páladio. A partir destes cálculos, os resultados encontrados na determinação estrutural foram analisados. Calculou-se a densidade de estados para alguns modelos de empacotamento e discutiu-se sobre a existência ou não de ordenamento ferromagnético nesses sistemas / Abstract: Some evidence in the literature suggest a possible ferromagnetic ordering of the Palladium. In nature, the Palladium is a non-ferromagnetic metal transition. Ultra- thin films can induce ferromagnetic ordering due to differences in lattice parameters between the film(Palladium) and the substrate that supports it. In this work, it has been grown Palladium ultrathin films on the substrate W(100). First, The substrate was cleaned by heat treatment and ion bombardment. Palladium films were grown using atomic beam epitaxy and it was obtained a film with a thickness of tive monolayers of Palladium. This film was characterized by X- ray photoelectron spectroscopy and by low energy electron diffraction. The surface structure has been determined by X-ray photoelectron diffraction technique using synchrotron radiation (LNLS), from SXS line with the photon energy of 1810 eV. We performed the same study for Palladium films over Nb(100). In this system, Palladium monolayers were deposited on a reconstructed surface of NbO(3 x 1)- 2D. These films has been characterized and the structural arrangement was achieved through the technique of photoelectron diffraction with photons from a AI Ka source with energy of 1486.6 eV. Then, it was calculated by density functional theory, the electronic and structural properties of Palladium. From these calculations, the results found in structural determination were analyzed. It has been calculated the density of states for some models of packaging and it was argued about the existence of ferromagnetic ordering in these systems / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física