O crescimento da utilização de materiais compósitos na indústria aeronáutica, abrangendo estruturas com maiores requisitos a esforços mecânicos, desperta grande interesse por redução nos custos de fabricação dos mesmos. Pode-se considerar o custo dos materiais compósitos basicamente como função da matéria-prima, da laminação, do método de fabricação e dos processos de acabamento. Para a indústria aeronáutica o processo de moldagem em autoclave é predominante e o tempo despendido do processo de cura é uma variável fundamental. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência do efeito de massa e da taxa de aquecimento da cura no perfil térmico, considerando uma redução no tempo de processo, nas propriedades mecânicas de compósitos de fibras de carbono/epóxi. Durante o estudo foram executados ensaios de cisalhamento interlaminar, análise térmica dinâmico-mecânica (DMA) e vibração livre amortecida em quinze compósitos de geometria plana, que se distinguem pela quantidade de camadas e pelo ciclo de cura aplicado. Os resultados obtidos mostraram que taxas de aquecimento contínuas, de 1,0 C/min até 3,0 C/min, até a temperatura final de cura, não provocam variações nas propriedades mecânicas do compósito final, o que possibilita uma redução no custo de processamento.

A propulsão por motores-foguete foi explorada ao longo do século XX com o uso da propulsão por motores foguete a propelente líquido (MFPL) em viagens espaciais; e com a propulsão por motores foguete a propelente sólido (MFPS) em sistemas de armamentos, devido à necessidade de aliar bom desempenho à utilização imediata e vida útil prolongada, além da relativa simplicidade do sistema aliada a menores custos. No final do século XX, as tecnologias de propulsão líquida e sólida foram integradas nos motores híbridos, encontrados atualmente na propulsão de veículos lançadores, mísseis, entre outros. O mais versátil dos binders de propelentes é obtido pela reação poliol (PBLH)/diisocianato (IPDI), por sua capacidade de suportar altos carregamentos, baixo custo e facilidade de processamento. A obtenção e manutenção das propriedades mecânicas do grão propelente sólido são fundamentais ao bom desempenho do MFPS durante sua vida útil, pois o grão estará sujeito a diversos esforços durante sua vida útil que podem comprometer sua integridade estrutural. Os binders obtidos neste trabalho com a substituição parcial do PBLH pelos polióis 2,5-hexanodiol, trietanolamina e polipropileno glicol, buscando um desempenho mecânico superior em comparação ao binder que utiliza apenas o poliol PBLH, foram caracterizados mecanicamente com o emprego de ensaios de tração. Para as amostras de binders baseados apenas em PBLH, foram variadas as cargas e agentes de cura, buscando-se avaliar a influência destes sobre propriedades do binder, tais como resistência à tração, dureza, viscosidade e tempo de processamento, e a influência dos plastificantes nas propriedades mecânicas do binders obtidos. Por fim, realizaram-se testes de envelhecimento natural e envelhecimento acelerado para o propelente baseado em PBLH, buscando avaliar as modificações em suas propriedades de resistência à tração, elongação e dureza em até 360 dias. O mecanismo considerado neste processo de envelhecimento é o aumento da densidade de ligações cruzadas pela quebra da dupla ligação do PBLH, podendo tornar o artefato mais instável. As amostras do grão propelente submetidas ao envelhecimento apresentaram mudanças em suas propriedades que coincidem com os valores disponíveis na literatura. Os resultados mostraram que é possível substituir com vantagens o PBLH por baixas concentrações de polióis de cadeia curta, especialmente o 2,5-hexanodiol. Neste caso, foram observadas melhorias nas propriedades mecânicas, como a elongação na ruptura, que apontam para o uso vantajoso deste poliol em formulações de propelentes e combustíveis sólidos. Também pôde ser demonstrada a estabilidade do grão baseado em PBLH, inclusive quando submetido a envelhecimento acelerado em todas as análises realizadas.

No presente trabalho, foram aplicadas diversas rotas de tratamentos térmicos (por resfriamento contínuo e sob diferentes temperaturas de austenitização) para avaliar a relação de correspondência entre os tratamentos térmicos aplicados, as microestruturas formadas e as propriedades mecânicas alcançadas. Para a caracterização microestrutural, foi utilizada a Técnica de Tríplice Ataque, baseada na aplicação, separadamente, de três reagentes convencionais: Nital, Metabissulfito de Sódio e reativo LePera. Após a aplicação de cada reagente, foram obtidas imagens via microscopia óptica, as quais foram exploradas através do uso do software ImageJ. Os três ataques permitiram a formulação de um sistema de equações cuja solução possibilitou a determinação das frações volumétricas das fases presentes no material após determinado tratamento. Todas as amostras tratadas e atacadas com Nital 2% foram analisadas, também, via MEV - Microscopia Eletrônica de Varredura. As propriedades mecânicas foram avaliadas por ensaios de tração e dureza, e as fraturas resultantes do ensaio de tração foram analisadas via MEV. Os resultados obtidos permitiram certificar que o aço AISI43100 pode ser submetido às mais diversas aplicações, em função do tratamento térmico e das microestruturas e propriedades mecânicas respectivas, fazendo-se jus, pois, ao conceito de aços avançados de alta resistência.

Os aços Alta Resistência e Baixa Liga e Ultra-Alta Resistência são materiais com grande aplicação de mercado, cujo seu entendimento possibilita inovações estratégicas. O entendimento das modificações composicionais do aço médio carbono SAE 4340 possibilitou a aquisição do aço 300M. Avaliar e comparar as propriedades mecânicas destes aços, soldados a laser e submetidos a diferentes tratamentos, possibilitando a correlação microestrutural com o comportamento mecânico, visando entender as melhorias ou fragilizações que são determinantes na resistência destes materiais. Os aços foram divididos em lotes para produção de corpos de prova (tração e fadiga) nas seguintes condições: conforme recebido, nitretado a plasma, soldado a laser, soldado e revenido, soldado e nitretado a plasma. Na condição conforme recebido o aço 300M apresentou elevados valores de resistência mecânica ruptura catastrófica no regime plástico, assim como, alto limite na vida em fadiga, quando comparado ao aço 4340. Os resultados de todas as condições soldadas indicaram que, após soldagem a laser, ambos os materiais mantiveram a resistência mecânica, no entanto, apresentaram queda abrupta da vida em fadiga, proveniente da presença de defeitos de solidificação no cordão. Quanto ao tratamento térmico de revenimento pós-soldagem dos aços estudados, observou-se que os aços 4340 e 300M apresentaram aumento na resistência mecânica, sem perda significativa de ductilidade e queda da vida em fadiga adivinda dos defeitos de soldagem. No tratamento de nitretação observou-se, no aço 4340, aumento significativo da resistência a tração, contudo queda na vida em fadiga. No entanto, apesar dos diferentes processos de tratamento (implantação iônica e nitretação a plasma) e das diferentes temperaturas empregadas, o aço 300M apresentou queda na resistência mecânica nos ensaios de tração, contudo resultados promissores na vida em fadiga, dureza e corrosão. Neste trabalho observou-se que tratamentos térmicos e termoquímicos em materiais com grande adição de silício (aprox. 2%), desfavorecem as propriedades mecânicas em regime plástico, pois mesmo em temperaturas baixas a precipitação de nitretos e carbonetos aciculares e difusão de contaminantes em contornos são favorecidas, fenômeno que fragiliza a superfície do material.

A viabilidade de utilização de materiais compósitos de matriz orgânica em turbinas hidráulicas é abordada no decorrer deste trabalho. A abordagem específica é voltada à aplicação dos materiais compósitos em palhetas diretrizes dos distribuidores das turbinas. O trabalho descreve os parâmetros de projeto, operação e fabricação das palhetas diretrizes de acordo com as tecnologias atuais. Adicionalmente são exploradas as potencialidades dos materiais compósitos levando-se em consideração as propriedades mecânicas, físicas e químicas destes materiais para a aplicação em palhetas diretrizes. Sob esta ótica, foi explorada a resistência dos materiais compósitos quanto à umidade, ao desgaste e ao impacto identificando as potencialidades e limitações referentes a estes aspectos comparando-os por sua vez com os requisitos de projetos das palhetas diretrizes. Na fase de desenvolvimento do trabalho foi escolhido um projeto de referência de palheta diretriz que foi utilizado para a realização das análises comparativas das propostas de materiais compósitos apresentadas neste trabalho. As comparações das análises estruturais foram realizadas através do método de elementos finitos com o software ANSYS e módulo específico de materiais compósitos ACP. Basicamente foram realizadas análises globais quanto ao comportamento mecânico focando-se essencialmente na deformação do perfil e rotação dos mancais das palhetas como critério de comparação entre os projetos. Os resultados das análises mecânicas foram comparados entre as diferentes propostas analisadas, juntamente com as análises quanto às propriedades físicas e químicas dos materiais compósitos bem como o comparativo econômico das soluções mais promissoras. Por sua vez, as conclusões do trabalho ponderam as potencialidades e limitações dos materiais compósitos de matriz orgânica na aplicação de palhetas diretrizes e em turbinas hidráulicas de uma forma geral.

Entre suas inúmeras aplicações, os elastômeros são utilizados no setor espacial como proteção-térmica de motor-foguete, protegendo-o das altas temperaturas e pressões resultantes da combustão do propelente. Para isto, o elastômero deve apresentar boas propriedades mecânicas, térmicas, ablativas e adesivas, a fim de suportar difíceis situações resultantes do transporte, estoque e voo. O elastômero de etileno-propileno-dieno-monômero, EPDM, caracteriza-se por sua alta resistência à oxidação e intempéries, baixa densidade, excelentes propriedades a baixas temperaturas e baixa energia de superfície e, assim, sua aplicação como revestimento interno de motor-foguete vem sendo estudada com o intuito de substituir as proteções-térmicas à base de borracha nitrílica, utilizada atualmente. Neste trabalho, é proposto o desenvolvimento de formulações à base de EPDM, com propriedades mecânicas, térmicas e físico-químicas para uso como proteção-térmica de motor-foguete. Os materiais propostos para estudo e que devem atender aos requisitos necessários, tem como características: ser à base de borrachas de EPDM; não conter plastificante; ser vulcanizado com peróxido e ter como cargas, sílica e a aramida Technora . Apesar de certa dificuldade para incorporação de cargas às formulações, a proposta do trabalho foi alcançada, de forma que foi desenvolvido um elastômero, extremamente carregado, com as características propostas, processável e com propriedades adequadas para uso como proteção-térmica à motor-foguete.

As ligas com efeito de memória de forma, em especial a liga NiTi, têm uma gama considerável de propriedades térmicas e mecânicas que possibilitam diversas aplicações em áreas como a aeroespacial, a robótica, a medicina etc. Como a maioria das aplicações é realizada com o material na forma de fios, é importante que a transformação martensítica, a base do efeito de memória de forma, seja considerada nos processos de produção dos mesmos. A trefilação é geralmente a etapa final da produção de fios e as características destes podem ser ajustadas ou modificadas, variando-se parâmetros do processo, como a temperatura de trefilação, a redução de área por passe e o ângulo da fieira, além de características intrínsecas, como a composição química e o teor de impurezas. Nesta tese, duas ligas foram consideradas, uma rica em níquel (Ti - 50,67%at. Ni) e outra quase-equiatômica (Ti - 50,04%at. Ni), oriundas de lingotes produzidos em forno de indução a vácuo. Os ensaios mecânicos e de trefilação foram realizados em uma máquina universal de ensaios mecânicos especialmente preparada. Além disso, técnicas de caracterização, como calorimetria diferencial de varredura e microindentação, foram utilizadas. Foi possível avaliar as influências da transformação de fase no processo de trefilação e as influências do processo de trefilação sobre as propriedades termomecânicas de ligas de NiTi. Como destaque desta tese, está em evidência a transformação de fase durante a trefilação resultando em um trabalho volumétrico extra (de trefilação) denominado de trabalho volumétrico de transformação de fase, wt. Além disso, mostrou-se que o trabalho de deformação elástica da fase induzida também deve ser considerado. Na liga com composição quase-equiatômica, verificou-se que a temperatura de pico de transformação martensítica direta diminui em 10,8C, quando se aumenta o ângulo de trefilação de 6 para 36 e mantêm-se constante a quantidade de trabalho a frio e as condições de tratamento térmico.

O presente trabalho visa à caracterização, à avaliação e à comparação das propriedades mecânicas e microestruturais das juntas soldadas dos aços ultra-alta resistência baixa liga SAE 4140, 300M e dissimilar (SAE 4140/300M), utilizando processo de soldagem a arco transferido a plasma, através da técnica keyhole, em único passe, com metal de adição. Foram analisadas amostras dos aços soldados similares e dissimilares nas condições como recebido e tratados termicamente, e dos aços sem solda, nas condições temperado e revenido. Foram adotados critérios de aceitação macroestrutural da solda para verificar defeitos na região da solda, utilizando a técnica de inspeção visual e a radiografia, conforme norma AWS D17.1. A análise microestrutural da junta soldada foi realizada, após ataque químico, com solução de Nital 3%, com objetivo de identificar os microconstituintes, utilizando a Microscopia Ótica (MO). A superfície de fratura dos aços foi avaliada através da Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Os resultados permitem compreender que predominam microestruturas de martensita nas juntas soldadas nas condições como recebido e tratados termicamente. Foram verificadas dendritas na zona fundida. O ensaio de microdureza Vickers apresentou, nas condições como recebido, elevados valores de dureza nas regiões da zona fundida e da zona termicamente afetada, devido ao endurecimento com a microestrutura martensita. O tratamento de revenimento diminuiu os valores de microdureza da condição anterior (como recebido), devido ao alívio de tensões. Na condição temperado e revenido, foi possível observar valores de microdureza mais uniformes em todas as regiões soldadas, já que ocorreu a recuperação e recristalização dos grãos. Nos aços dissimilares, foram constatados valores de microdureza semelhantes nas regiões da junta soldada, exceto no metal base. Os resultados do ensaio de tração indicam que o aço dissimilar possui excelentes propriedades mecânicas. Na condição temperado e revenido, o aço dissimilar possui propriedades semelhantes aos aços sem solda 300M e SAE 4140. As imagens da fractografia permitem relatar que todas as fraturas dos aços soldados ocorreram no metal base, com predominância de fratura dúctil, exceto a fratura mista, ocorrida no aço soldado 300M nas condições como recebido e revenido. No aço dissimilar, a fratura aconteceu no lado do aço SAE 4140, devido à composição química.

Este trabalho tem como objetivo estudar a resistência mecânica de junções adesivas. A influência das condições de superfície e de cura na resistência de junções adesivas, unidas por adesivo acrílico, foi quantificada através da realização de ensaios de cisalhamento de chapas sobrepostas, com resultados processados através do Planejamento Fatorial 2k. Sobreposição simples de chapas também foi utilizada nos ensaios que permitiram analisar outro fator, o comportamento da resistência em função do comprimento de sobreposição das chapas. Esclarecendo contradição apresentada em diferentes publicações. Um dispositivo modificado de Arcan foi utilizado na realização de experimentos, os quais tornaram possível analisar o comportamento de junções adesivas submetidas a esforços combinados, com diferentes velocidades no deslocamento. Este estudo contribui em projetos que envolvem junções adesivas, apresentando informações de alto nível de importância, a serem utilizadas para determinar a melhor condição de trabalho destas junções. / The aim of this work is to study the mechanical strength of adhesively bonded joints. The influence of surface and cure conditions on the strength were taken in consideration. Such influences were sized through shear tests of single lap joints, with results processed by Factorial Design 2k. Single lap joints were also used in tests, which made possible to analyze another factor, the influence of overlap length on the joint mechanical strength. A modified Arcan Device was used, with specific specimens, to analyze the joints behavior, when submitted to combined strengths. This study provided important informations, which are able to be applied to adhesively bonded joints design.

Este trabalho apresenta um estudo teórico e experimental a respeito da solicitação de compressão normal às fibras da madeira, para a qual não é previsto ensaio para caracterização, atualmente, na NBR-6230 (Ensaios físicos e mecânicos de madeiras). Foram abordados aspectos referentes à geometria do corpo-de-prova, velocidade de aplicação de carga, direção do carregamento em relação aos anéis de crescimento e condições de umidade. Com base nos resultados obtidos, é proposto método de ensaio para caracterização da madeira solicitada por compressão normal às fibras. / This work presents an experimental study about compression perpendicular to the grain in wood, for which characterization test is not indicated by NBR-6230 (Physical and mechanical test in wood). Several points were discussed: specimen geometry, speed of testing, direction of loading referred to the growth rings and moisture conditions. Based on the experimental data, a testing procedure is proposed in order to be employed in wood characterization in compression perpendicular to the grain.