Trefilação é um dos processos de fabricação para a obtenção de arames, tubos e barras. Este processo consiste na redução da área de seção transversal de um material cilíndrico, fazendo-o atravessar uma matriz cônica de menor seção de área transversal, chamada fieira. Destacam-se o excelente acabamento superficial, a boa precisão dimensional e o aumento na resistência mecânica do material como vantagens e, como desvantagens, deformações heterogêneas ocorrem quando atravessam a ferramenta de trefilação (fieira). As deformações heterogêneas provocam retorno elástico também heterogêneo das camadas da barra trefilada, o que induz o aparecimento das tensões residuais relacionadas às distorções de forma, empenamentos e variações dimensionais, causando desperdício de material e energia, tanto no caso de geração de refugo, quanto em tentativas de correção das não conformidades. Desta forma, neste trabalho estudou-se a influência da geometria da fieira no valor da força necessária para realizar a trefilação e no gradiente das tensões residuais em barras de aço, através de experimentos físicos e computacionais. Após a caracterização de um processo de trefilação de um aço SAE 1045 foram desenvolvidos modelos computacionais no software Simufact.forming GP ®, e obtidos os resultados para: a força de trefilação, as tensões residuais das direções principais, as deformações plásticas, o limite de escoamento e o retorno elástico do material após a realização do processo para uma determinada redução. Os modelos foram validados através da comparação dos resultados simulados com experimentos físicos e equações encontradas na literatura. Após a validação, o modelo computacional foi utilizado para simular a variação da geometria da fieira: número de regiões de trabalho, raios de convergência entre as diferentes regiões da ferramenta, diferentes materiais e áreas de seção transversal. Os resultados das simulações computacionais foram correlacionados e utilizados para projetar e fabricar uma fieira em escala reduzida e um dispositivo mecânico para a simulação física do processo de trefilação em uma máquina universal de ensaios Emic ®. Duas diferentes geometrias de fieira foram testadas experimentalmente F1: a fieira convencional, e F4, a fieira modificada a partir das sugestões obtidas a partir da metodologia escolhida para correlacionar os resultados das simulações computacionais. As novas barras trefiladas foram caracterizadas mecanicamente através de ensaios de microdureza e rugosidade para análise das propriedades mecânicas, difração de raios-X para obtenção das tensões residuais superficiais e força de trefilação, que foi medida durante a realização do ensaio. Este trabalho contribuiu cientificamente com uma melhor compreensão do comportamento do escoamento de um material trefilado e através da análise de uma nova geometria de fieira que permitiu uma redução no valor das tensões residuais, um pequeno aumento na força de trefilação, mantendo as propriedades mecânicas do material trefilado quando comparadas com o processo original objeto desta pesquisa. / The wire drawing is a manufacturing process used to produce wires, tubes and rods. It consists in a reduction in cross sectional area by plastic deformation where the raw material (wire rod) is pulled through a die. Some of the main features of the wire drawing process are the achievement of an excellent surface finishing and good dimensional accuracies and increase in mechanical strength. However, this process generates inhomogeneous deformation due to the different flowing of the material into the drawing tool (die). The inhomogeneous deformation generates residual stress, stresses present in a material free from the action of external loads and temperature gradients. Residual stresses are commonly related to distortions of shape and dimensional variations of the final products, appearing after heat treatments which are related to shape distortions, warping and dimensional variations, causing material and energy waste, in the case of waste generation and in attempts to correct nonconformities. Thus, the influence of die geometry to reducing the residual stresses and the drawing force of bars manufactured by a cold-drawing process was studied. After the characterization of a drawing process of an SAE 1045 steel, computer models were developed in the software Simufact.forming GP ®, and the results were obtained for: drawing force, residual stresses of the main directions, plastic deformations, flow and the elastic return of the material after the process was carried out. The models were validated by comparing simulated results with physical experiments and equations found in the literature. Different die geometries were simulated as: number of tool regions, fillets between different tool regions, different materials and cross-sectional areas. The results of the computational simulations were correlated and used to design and manufacture a scale die and a mechanical device to develop the physical drawing tests in an Emic ® testing machine. Two different die geometries were experimentally tested F1: the conventional die, and F4, the modified from suggestions obtained in the computational simulations correlation F. The mechanical characterization of the new drawn bars were carried out by Vickers microhardness and roughness tests, X-ray diffraction to obtain surface residual stresses and the drawing force was taken during the test. This work contributes scientifically with a better understanding of the behavior of the flow of a drawn material by the analysis of a new die geometry that allowed a reduction in the value of the residual stresses, an increase in the drawing force and maintaining the mechanical properties of the drawn material when compared to the original process object of this research.

Neste trabalho foram investigadas as influências de alguns dos principais fatores do torneamento sobre o acabamento da superfície, rugosidade, tensões residuais e microdureza em um conjunto de amostras. Foram analisadas barras de aço ABNT 1045 torneadas e utilizou-se a técnica de planejamento de experimentos (DoE) para formar trinta e duas diferentes combinações de fatores, analisar suas interações e sua influência no acabamento de cada amostra. Os fatores de usinagem investigados foram: (1) avanço, (2) velocidade de corte, (3) raio de quina, (4) ângulo de saída e (5) posição axial. Analises fatoriais foi avaliaram a influência dos cinco fatores na rugosidade média (Ra) e a eficácia de cada conjunto de fatores em obter o acabamento alvo (Ir). Utilizou-se a técnica de difração de raios-X para medir as tensões residuais em sete das dezesseis amostras. As tensões foram medidas na superfície e em profundidades de 5, 10, 20, 50 e 75 μm com auxílio de ataque eletrolítico. Por fim foi realizada análise metalográfica da superfície usinada e perfil de microdureza. Os resultados mostraram que o avanço e o raio de quina possuem elevado efeito padronizado em ambas as análises. Porém, para ambos, enquanto que a aplicação de um menor avanço (ou maior raio de quina) produziu superfícies com baixo Ra, por outro lado também prejudicou a eficácia do torneamento pois contribuiu para obtenção de rugosidade significativamente maior que a teórica. Já o fator velocidade de corte quando teve seu valor elevado foi benéfico ao processo em ambas as análises. Não foi encontrada relevância da região de medição da rugosidade sobre Ra. As tensões residuais sofreram elevada influência dos fatores avanço e velocidade de corte, enquanto o ângulo de saída e o raio de quina mostraram pequeno efeito. A qualidade do acabamento da superfície, regular ou irregular, apresentou relação direta com o mecanismo de geração das tensões residuais. O perfil de microdureza medido mostrou valores de dureza elevados nas amostras com superfície regular e em regiões com maior tensão residual. / This paper investigated the influence of some of the main turning parameters in surface finishing, roughness, residual stress and microhardness of turning samples. Design of experiments (DoE) approach controlled the machining factors of the 0.45%C (ABNT 1045) steel bars samples. DoE also were applied to organize a total of thirty-two parameters combination, analyze its interactions and influences in each sample’s surface finish. Machining parameters investigated were: (1) feed rate, (2) cutting speed, (3) nose radius, (4) rake angle and (5) region of roughness measurement. Factorial analysis evaluated the influence of those five parameters in the average roughness (Ra) and the accuracy of each parameters combination to achieve the expected surface finish (Ir). The X-ray diffraction technique was used to measure the residual stresses in seven out of sixteen samples. The tensions were measured at their surface and at depths of 5, 10, 20, 50 and 75 μm by means of electrochemical material removal. In addition metallographic analysis of the machined surface and microhardness profile were conducted. Results showed that parameters as feed rate and nose radius have strong standardized effect in both factorial analysis. Results shown that reduction of the feed rate (or increase in nose radius) were able to produce lower roughness average (Ra) but, on the other hand, it also contribute to generate a surface roughness significant higher than theoretical roughness. The increase in cutting speed was beneficial to both, achieving a lower roughness average and improving process accuracy. The region of roughness measurement was found not significant to influence Ra. The residual stresses were strongly influenced by the feed rate and cutting speed factors, while the rake angle and nose radius showed small effect. The quality of the surface finish, regular or irregular, was directly related to residual stresses generation mechanism. The microhardness profile shown higher microhardness in samples with regular surface finish and in depths with higher residual stress.

Assim como em qualquer processo de fabricação, a qualidade do produto final deve estar aliada à otimização dos custos do processo, portanto, deve-se conhecer os fatores que alteram as propriedades do produto e que possam causar alguma influência indesejada. A trefilação de barras de aço é usualmente utilizada para conferir precisão dimensional e melhores propriedades mecânicas ao material. Um dos grandes problemas encontrados na fabricação de eixos através deste processo é o aparecimento de distorções de forma após o tratamento térmico. Tais distorções estão diretamente ligadas ao acúmulo de tensões residuais geradas durante as etapas de pré-endireitamento, jateamento e trefilação propriamente dita, modificando o comportamento e resistência mecânica, bem como a resistência à fadiga e à corrosão das peças. Portanto, este trabalho tem por objetivo analisar, através de uma abordagem numérica computacional, a influência de parâmetros de processo e propriedades do material no aparecimento de distorções em barras trefiladas de aço AISI 1045, em função de possíveis fontes geradoras de heterogeneidades, principalmente de tensões residuais durante o processo de fabricação. A análise das tensões foi realizada através da modelagem numérica 3D do processo de trefilação, sendo utilizado o software de simulação numérica computacional DeformTM. Da mesma maneira, foram analisadas as formas de agarre que fornecem a velocidade do processo, a primeira utilizando um puxador na extremidade da barra, a segunda com um puxador envolto movimentando-se ao longo da barra. Através destas análises, verificou-se que a forma de como a barra é tracionada ocasiona uma redução de até 100 MPa nas tensões residuais no centro da barra, o que representa um fator importante no estudo das possíveis causas das distorções. Observou-se ainda que os fatores de velocidade e homogeneidade da lubrificação modificaram o perfil das tensões residuais na barra. Outros parâmetros, como desalinhamento da ferramenta, diferenças de atrito, excentricidade do eixo e curvatura da barra, também foram avaliados, sendo que ambos influenciam consideravelmente na distribuição das tensões residuais ao longo do perfil da barra. Torna-se evidente a importância de um eficiente pré-endireitamento do fio máquina, pois os resultados das simulações com curvatura mostram que a força de trefilação e a distribuição das tensões residuais ao longo da barra trefilada aumentam, bem como a barra apresenta certa curvatura remanescente, para ambas as fieiras com ângulo de 15° e 20°. Sendo assim, tais resultados evidenciam a elevada influência dos parâmetros estudados no aparecimento de distorções no produto final. / As with any manufacturing process, the quality of the final product must be coupled with cost optimization of the process, so you should know the factors that alter the properties of the product that may cause some unwanted influence. The drawing of steel bars is usually used to impart better dimensional accuracy and mechanical properties to the material. One of the major problems encountered in the manufacturing of axes through this process is the appearance of distortion of size and shape after heat treatment. Such distortions are directly linked to the accumulation of residual stresses generated during the stages of pre-straightening, shot blasting and drawing itself, modifying behavior and mechanical strength, residual stresses and resistance to fatigue and corrosion of parts. Therefore, this work aims to examine, through a computational numerical approach, the influence of material parameters and process the appearance of distortions in cold drawn steel bars AISI 1045, due to possible sources of residual stresses during the manufacture. The analysis of strains and residual stresses were performed by 3D numerical modeling of the drawing process, the software being used numerical simulation computational DeformTM. In order to transmit the drawing speed, the forms of grip were analyzed using a first end of the puller bar, the second wrapped with a puller moving along the bar. Since through these analyzes, it was found that as the shape of the bar is pulled up causes a reduction in the residual stress 100 MPa in the center of the bar, which is an important factor in the study of the possible causes of the distortion. As well as factors speed and homogeneity of lubrication significantly altered the profile of residual stresses in the bar. Other parameters, such as misalignment of the tool, friction differences, curvature and eccentricity of the axis of the bar were also evaluated, both of which significantly modify the distribution of residual stresses along the profile of the bar. It became evident that an efficient pre-straightening of the wire is important because the results of simulations show that the curvature with the drawing force and the distribution of residual stresses along the bar Cold Drawn Bars increase as well as the bar has some remnant curvature, for both dies with an angle of 15 ° and 20 °. Thus, these results demonstrate the high influence of the parameters studied distortions in the appearance of the final product.

Today, high performance steel as a construction material is treated as conventional steel in the European standards. Referring to the Eurocodes, the buckling curves for dimensioning of steel constructions only presents values up to steel grade S460, meaning that the full potential of high performance steel is not considered. If the amplitude of the residual stresses in high performance steel can be confirmed to be smaller than in conventional steel, more slender cross sections could be obtained when using high performance steel, HPS. One challenge with the residual stress patterns for HPS is its variation obtained in different studies, where new resulting residual stress patterns are found depending on plate thickness and manufacturing methods for the steel.   Residual stresses in steel are stresses not associated with external forces. The stresses are instead caused by internal forces, such as differencing temperature. Residual stresses can therefore be connected to stresses due to welding. Considering HPS, it is distinctive from conventional steel in the way that it has higher performance in tensile strength, toughness, weldability, corrosion and cold formability.   This study has been performed by Finite Element Modelling in the software Abaqus and by performing an experiment. The objective of this study was to find residual stress patterns and to compare the results with existing residual stress patterns according to the European Convention for Constructional Steel (ECCS) and the Swedish handbook for steel constructions provided by Boverket (BSK 07), but also to compare the results with previous studies.   The influence of temperature changes due to welding was studied for a L-section made of steel S690QL, where only the longitudinal stresses were considered during the research. The numerical analysis in Abaqus was performed using a DFlux subroutine, which is written in Fortran language. Furthermore, the analysis was divided into subparts; one heat transfer analysis and two three-dimensional stress analyses for two different boundary conditions, with the purpose of obtaining results in terms of temperature and stresses for further analysis. The experimental work was performed on three specimens using Gas Metal Arc Welding, where thermocouples and strain gages were used for measuring temperature and strains respectively.   Conclusions of this study were that the resulting residual stress pattern obtained the experiment was similar to the stress pattern for a L-section in BSK 07, while the resulting residual stress pattern obtained in the numerical analysis was mostly comparable to ECCS, but with similarities to BSK 07 and a previous study by Cherenenko & Kennedy (1990).  Moreover, the resulting residual tensile stresses obtained in the study had the same amplitude or lower than what is specified in BSK 07.

This project aims to characterise the fatigue behaviour of a crack propagating in a residual stress field changing from tension to compression in the welded zone of a ferritic pressure vessel steel. The fatigue tests were carried out keeping the applied stress intensity factor range constant to determine the role of residual stresses on fatigue crack growth. The residual stresses prior to crack growth were evaluated by X-ray diffraction. The weight function method was used to infer the expected influence of the residual stress on the crack tip in terms of the residual stress intensity factor. Two metrics were used to quantify the crack driving force local to the fatigue crack. Firstly the stress intensity amplitude expressed in terms of the change in the J-integral between maximum and minimum load and secondly the change in the crack opening displacement COD to estimate closure stress intensity factor. The displacement fields local to a fatigue crack were obtained by Digital Image Correlation (DIC) and then analysed by JMAN, an in-house developed algorithm to extract the J-integral based on finite element method and implemented using MATLAB. The difference between the applied stress intensity factor range and the effective crack driving force at the crack tip was determined in order to understand the interaction between the prior residual stresses and crack closure phenomena. Three different R-ratios were evaluated during the experiment (R=0.1, R=0.3 and R=0.5) in order to quantify the effect of residual stress on crack tip stress intensity and crack opening displacement. R-ratio plays a very important role on the fatigue crack growth rate (FCGR): as R increases, FCGR also increases. The COD was assessed by means of the displacements obtained by DIC local to the crack faces. The COD method turned out to be more insightful than the JMAN method for characterising the crack propagation, this is due to the presence of plasticity in the ligament which breaks the non-linear elastic conditions, causing the path-dependence on the J-integral. The FCGR is influenced to a greater degree by the R-ratio and to a lesser degree by the residual stress effect. There is a direct relationship between R and FCGR: as R increases, FCGR also increases, irrespective of the presence of tensile or compressive residual stresses, with the crack closure showing more tendency to occur at low R (i.e. R=0.1) than at high R (i.e. R=0.5). The relationship between R and the residual stress effects on FCGR is inversely proportional: as R increases, the effect of RS decreases.

Ce travail de thèse a pour ambition d'apporter des éléments de compréhension du rôle des contraintes résiduelles au sein des plaques d'athérosclérose. Il s'inscrit dans un programme de recherche qui vise à développer de nouveaux outils favorisant l'aide au diagnostic de patients atteints de cette maladie cardiovasculaire. Suivant les évolutions majeures de ces dernières années, la première partie de ce travail présente une vision contemporaine de la maladie d'athérosclérose et des nombreux enjeux de modélisation mécanique auxquels la compréhension de la maladie et son diagnostic font appel. Nous faisons émerger un manque certain quant au rôle des contraintes résiduelles dans cette maladie. Les contraintes résiduelles sont un marqueur naturel du développement des tissus. La deuxième partie de ce travail aborde leur quantification expérimentale au sein des artères saines et pathologiques de souris. De façon intéressante nous montrons leur importance et la nécessité de les prendre en compte pour avoir une image raisonnable de l'état de contraintes des artères en conditions physiologiques. Ces résultats originaux n'ont toutefois pas permis d'établir de corrélation avec l'intensité du processus inflammatoire au sein des plaques. Enfin, la dernière partie de ce travail aborde la modélisation du développement des contraintes résiduelles. Un effort de description de la structure géométrique des corps avec des contraintes résiduelles a été fait afin de faire émerger de nouveaux outils de modélisation de leur développement. Une première application d'un modèle de croissance intrinsèque est présentée et illustrée. Cette approche semble prometteuse et apporte déjà quelques éléments de compréhension du développement des contraintes résiduelles. Toutefois, les travaux effectués ne constituent qu'une étape préliminaire et n'ont pas encore été exploités pleinement. Par contre ces travaux ouvrent assurément de nouvelles perspectives de recherche. / This graduate research has the ambition to bring some understandings of the role of residual stresses in atheroma plaques. It falls under a research program which aims at developing new tools in supporting the diagnosis of patients concerned with this cardiovascular disease. Considering the major changes in the past decade, the first part of this work presents a contemporary vision of the atherosclerosis disease and many mechanical modeling challenges brought by its understanding and diagnosis appeal. We emphasized a lack in the description of the role of residual stresses in this disease even if they are a natural marker of tissues development. The second part of this work approaches their experimental quantification within healthy and pathological mice arteries. Interestingly, we have shown their importance and the need to take them into account in order to have a reasonable image of the stresses state of arteries in physiological conditions. These original results however did not make it possible to establish correlation with the intensity of the inflammatory process within the plaques. Finally, the last part of this work approaches the modeling of the development of residual stresses. An effort in the description of the geometrical structure of material bodies with residual stresses allowed the emergence of new tools to model their development. A first application of an intrinsic growth model is presented and illustrated. This approach seems promising and already brings some key explaining elements in the development of residual stresses. However, carried out work constitutes only one preliminary stage and were not yet fully exploited. Hence, this work undoubtedly opens new prospects of research.

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-11-12T10:26:31Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-11-12T10:26:31Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), Fundação Araucária / Este trabalho apresenta um estudo sobre a resistência à fadiga de contato de um ferro fundido nodular nitretado por plasma. Os experimentos foram realizados em um equipamento do tipo esfera sobre plano. Os corpos de prova foram usinados a partir de uma barra de ferro fundido nodular perlítico e em seguida temperados e revenidos. Após a preparação superficial por meio de retificação, lixamento e polimento, as amostras foram divididas em três grupos: 1) temperadas e revenidas; 2) temperadas, revenidos e nitretadas por plasma por 8 horas a 400 °C; e 3) mesmos parâmetros do grupo 2, porém submetidas a um tratamento adicional de Difusão em forno por 16 horas a 400 °C, visando aumentar a profundidade de camada endurecida e dissolver possíveis traços da formação de camada de compostos. Foram feitas medidas de dureza superficial, perfis de dureza, análises das fases e de tensões residuais por meio de difração de raios-X, rugosidade e microscopia eletrônica de varredura, para a caracterização das amostras em diferentes estágios do trabalho. Os ensaios de fadiga de contato foram realizados com lubrificação e a uma pressão de contato máxima de 3,6 GPa. Análises de Weibull mostraram uma vida em fadiga aproximadamente cinco vezes menor para os corpos de prova nitretados por plasma, com ou sem difusão, apesar destes apresentarem tensão residual compressiva significativamente superior aos temperados e revenidos. A menor vida em fadiga dos corpos de prova nitretados foi atribuída a menor dureza de substrato e a ocorrência de um mecanismo de falha distinto dos mecanismos clássicos de fadiga de contato de rolamento, demonstrado nas análises das superfícies ensaiadas. / This work presents a study on the contact fatigue resistance of a plasma nitrided ductile cast iron. The experiments were carried out using a ball-on-washer machine. Specimens were machined from a perlitic ductile cast iron bar, and then quenched and tempered. After surface grinding and polishing, the specimens were divided into three groups a) the first group was tested after the described process, which means as quenched and tempered; b) the second group was plasma nitridedat 400 °C for 8 hours; c) the third one was plasma nitrided as previously described and submitted to a diffusion process at 400 °C for 16 hours in order to extend the hardened zone and to dissolve any trace of compound layer within the microstructure. Surface hardness, hardness profiles, phase analyses and residual stress measurements by X-ray diffraction, surface roughness and optical and scanning electron microscopy were applied to characterize the surfaces during different stages of this work. Rolling contact fatigue tests were conducted at a maximum contact pressure of 3.6 GPa under flood lubrication. Weibull analysis showed that fatigue lives of plasma nitrided specimens were approximately five times shorter than those just quenched and tempered, even though the residual stress measurements showed significantly higher compressive stresses for the nitride conditions. The lower fatigue life for the plasma nitrided specimens was attributed to the lower matrix hardness and to a failure mechanism distinct from the classical rolling contact fatigue mechanisms, showed by surface analisis.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), Fundação Araucária / Este trabalho apresenta um estudo sobre a resistência à fadiga de contato de um ferro fundido nodular nitretado por plasma. Os experimentos foram realizados em um equipamento do tipo esfera sobre plano. Os corpos de prova foram usinados a partir de uma barra de ferro fundido nodular perlítico e em seguida temperados e revenidos. Após a preparação superficial por meio de retificação, lixamento e polimento, as amostras foram divididas em três grupos: 1) temperadas e revenidas; 2) temperadas, revenidos e nitretadas por plasma por 8 horas a 400 °C; e 3) mesmos parâmetros do grupo 2, porém submetidas a um tratamento adicional de Difusão em forno por 16 horas a 400 °C, visando aumentar a profundidade de camada endurecida e dissolver possíveis traços da formação de camada de compostos. Foram feitas medidas de dureza superficial, perfis de dureza, análises das fases e de tensões residuais por meio de difração de raios-X, rugosidade e microscopia eletrônica de varredura, para a caracterização das amostras em diferentes estágios do trabalho. Os ensaios de fadiga de contato foram realizados com lubrificação e a uma pressão de contato máxima de 3,6 GPa. Análises de Weibull mostraram uma vida em fadiga aproximadamente cinco vezes menor para os corpos de prova nitretados por plasma, com ou sem difusão, apesar destes apresentarem tensão residual compressiva significativamente superior aos temperados e revenidos. A menor vida em fadiga dos corpos de prova nitretados foi atribuída a menor dureza de substrato e a ocorrência de um mecanismo de falha distinto dos mecanismos clássicos de fadiga de contato de rolamento, demonstrado nas análises das superfícies ensaiadas. / This work presents a study on the contact fatigue resistance of a plasma nitrided ductile cast iron. The experiments were carried out using a ball-on-washer machine. Specimens were machined from a perlitic ductile cast iron bar, and then quenched and tempered. After surface grinding and polishing, the specimens were divided into three groups a) the first group was tested after the described process, which means as quenched and tempered; b) the second group was plasma nitridedat 400 °C for 8 hours; c) the third one was plasma nitrided as previously described and submitted to a diffusion process at 400 °C for 16 hours in order to extend the hardened zone and to dissolve any trace of compound layer within the microstructure. Surface hardness, hardness profiles, phase analyses and residual stress measurements by X-ray diffraction, surface roughness and optical and scanning electron microscopy were applied to characterize the surfaces during different stages of this work. Rolling contact fatigue tests were conducted at a maximum contact pressure of 3.6 GPa under flood lubrication. Weibull analysis showed that fatigue lives of plasma nitrided specimens were approximately five times shorter than those just quenched and tempered, even though the residual stress measurements showed significantly higher compressive stresses for the nitride conditions. The lower fatigue life for the plasma nitrided specimens was attributed to the lower matrix hardness and to a failure mechanism distinct from the classical rolling contact fatigue mechanisms, showed by surface analisis.

Trefilação é um dos processos de fabricação para a obtenção de arames, tubos e barras. Este processo consiste na redução da área de seção transversal de um material cilíndrico, fazendo-o atravessar uma matriz cônica de menor seção de área transversal, chamada fieira. Destacam-se o excelente acabamento superficial, a boa precisão dimensional e o aumento na resistência mecânica do material como vantagens e, como desvantagens, deformações heterogêneas ocorrem quando atravessam a ferramenta de trefilação (fieira). As deformações heterogêneas provocam retorno elástico também heterogêneo das camadas da barra trefilada, o que induz o aparecimento das tensões residuais relacionadas às distorções de forma, empenamentos e variações dimensionais, causando desperdício de material e energia, tanto no caso de geração de refugo, quanto em tentativas de correção das não conformidades. Desta forma, neste trabalho estudou-se a influência da geometria da fieira no valor da força necessária para realizar a trefilação e no gradiente das tensões residuais em barras de aço, através de experimentos físicos e computacionais. Após a caracterização de um processo de trefilação de um aço SAE 1045 foram desenvolvidos modelos computacionais no software Simufact.forming GP ®, e obtidos os resultados para: a força de trefilação, as tensões residuais das direções principais, as deformações plásticas, o limite de escoamento e o retorno elástico do material após a realização do processo para uma determinada redução. Os modelos foram validados através da comparação dos resultados simulados com experimentos físicos e equações encontradas na literatura. Após a validação, o modelo computacional foi utilizado para simular a variação da geometria da fieira: número de regiões de trabalho, raios de convergência entre as diferentes regiões da ferramenta, diferentes materiais e áreas de seção transversal. Os resultados das simulações computacionais foram correlacionados e utilizados para projetar e fabricar uma fieira em escala reduzida e um dispositivo mecânico para a simulação física do processo de trefilação em uma máquina universal de ensaios Emic ®. Duas diferentes geometrias de fieira foram testadas experimentalmente F1: a fieira convencional, e F4, a fieira modificada a partir das sugestões obtidas a partir da metodologia escolhida para correlacionar os resultados das simulações computacionais. As novas barras trefiladas foram caracterizadas mecanicamente através de ensaios de microdureza e rugosidade para análise das propriedades mecânicas, difração de raios-X para obtenção das tensões residuais superficiais e força de trefilação, que foi medida durante a realização do ensaio. Este trabalho contribuiu cientificamente com uma melhor compreensão do comportamento do escoamento de um material trefilado e através da análise de uma nova geometria de fieira que permitiu uma redução no valor das tensões residuais, um pequeno aumento na força de trefilação, mantendo as propriedades mecânicas do material trefilado quando comparadas com o processo original objeto desta pesquisa. / The wire drawing is a manufacturing process used to produce wires, tubes and rods. It consists in a reduction in cross sectional area by plastic deformation where the raw material (wire rod) is pulled through a die. Some of the main features of the wire drawing process are the achievement of an excellent surface finishing and good dimensional accuracies and increase in mechanical strength. However, this process generates inhomogeneous deformation due to the different flowing of the material into the drawing tool (die). The inhomogeneous deformation generates residual stress, stresses present in a material free from the action of external loads and temperature gradients. Residual stresses are commonly related to distortions of shape and dimensional variations of the final products, appearing after heat treatments which are related to shape distortions, warping and dimensional variations, causing material and energy waste, in the case of waste generation and in attempts to correct nonconformities. Thus, the influence of die geometry to reducing the residual stresses and the drawing force of bars manufactured by a cold-drawing process was studied. After the characterization of a drawing process of an SAE 1045 steel, computer models were developed in the software Simufact.forming GP ®, and the results were obtained for: drawing force, residual stresses of the main directions, plastic deformations, flow and the elastic return of the material after the process was carried out. The models were validated by comparing simulated results with physical experiments and equations found in the literature. Different die geometries were simulated as: number of tool regions, fillets between different tool regions, different materials and cross-sectional areas. The results of the computational simulations were correlated and used to design and manufacture a scale die and a mechanical device to develop the physical drawing tests in an Emic ® testing machine. Two different die geometries were experimentally tested F1: the conventional die, and F4, the modified from suggestions obtained in the computational simulations correlation F. The mechanical characterization of the new drawn bars were carried out by Vickers microhardness and roughness tests, X-ray diffraction to obtain surface residual stresses and the drawing force was taken during the test. This work contributes scientifically with a better understanding of the behavior of the flow of a drawn material by the analysis of a new die geometry that allowed a reduction in the value of the residual stresses, an increase in the drawing force and maintaining the mechanical properties of the drawn material when compared to the original process object of this research.