Orientador: Itamar Ferreira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-12T15:59:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marcelo_AndreLuiz_M.pdf: 9740567 bytes, checksum: 965e448ceb0965ed5555dfa95cc7f5c6 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Parafusos de alta resistência mecânica (classe ISO 10.9) fabricados com dois aços de origens diferentes são utilizados para investigar a influência da temperatura de revenido, da seqüência do processo de fabricação (laminação da rosca antes e após o tratamento térmico) e da quantidade de inclusões contidas no aço, no limite de fadiga e também qual o critério de falha por fadiga existente na literatura que melhor se aplica a parafusos de alta resistência mecânica com laminação da rosca antes do tratamento térmico. Parafusos M8 com rosca grossa foram divididos em sete grupos diferentes, três fabricados com aço nacional (AISI 4135) e tratados termicamente após laminação da rosca com temperaturas de revenido 490, 520 e 550 ºC, e quatro fabricados com aço japonês (SCM 435H), porém, desses quatro grupos, três foram idênticos aos fabricados com aço nacional e um último grupo teve a rosca laminada após tratamento térmico, com temperatura de revenido de 550 ºC. Nesses grupos foram realizadas análises metalográficas e de micro-inclusões, ensaios de tração, microdureza Vickers e fadiga e, por último, uma análise fratográfica dos parafusos que falharam durante o ensaio de fadiga, utilizando microscopia eletrônica de varredura. Os ensaios de fadiga foram realizados com pré-carga constante de 700 MPa, razão de carga por volta de 0,8, e utilizando o método estatístico "staircase" para a determinação do limite de fadiga. Além disso, foram realizados alguns ensaios de fadiga adicionais, com baixa razão de carga, 1 , 0 ??R , para um grupo específico, com a finalidade de analisar os critérios de falha por fadiga já existentes. A análise metalográfica revelou que em todos os grupos a microestrutura característica foi martensita revenida e a única diferença foi encontrada no grupo com laminação da rosca após tratamento térmico que apresentou linhas de laminação muito bem definidas nos contornos dos filetes da rosca. A análise de micro-inclusões mostrou que o aço nacional possui uma quantidade de inclusões muito superior ao aço japonês. Os ensaios de microdureza e de tração revelaram que os parafusos com laminação da rosca após tratamento térmico possuem níveis de resistência mecânica inferior somente aos grupos revenidos a 490 ºC. Todos os grupos com laminação da rosca antes do tratamento térmico apresentaram praticamente o mesmo limite de resistência à fadiga, mostrando que, neste caso, variações de até 60 ºC no tratamento de revenido não interferiram no limite de fadiga. Por outro lado, o grupo com laminação da rosca após tratamento térmico apresentou um limite de fadiga de aproximadamente 9% superior ao grupo tratado nas mesmas condições, porém com laminação da rosca antes do tratamento térmico. Esta melhora está relacionada ao alinhamento dos grãos nos contornos dos filetes da rosca e à introdução de tensões residuais de compressão na superfície da rosca. Com os ensaios de fadiga adicionais, foi possível mostrar que o critério que mais se ajusta a parafusos de alta resistência mecânica com laminação da rosca após tratamento térmico é o VDI 2230, que apresenta uma tensão alternada constante independente da razão de carga. / Abstract: High strength bolts, class ISO 10.9, were manufactured with two different steels in order to investigate the influence of tempering temperature, the sequence of manufacture process (threads rolled before and after heat treatment), and the inclusions amount contained in steels, in the bolt fatigue behavior and also what criterion of fatigue failure existent in literature is the best for application on high strength bolts with the threads rolling before heat treatment. M8 bolts with coarse threads were separated in seven different groups, three manufactured with Brazilian steel (AISI 4135) and heat treated, after the process of thread rolling, with tempering temperatures of 490, 520, and 550 ºC, and four groups were manufactured with Japanese steel (SCM 435H), however, three groups were identical of the bolts manufactured with national steel and a last one group had the threads rolled after heat treatment with tempering temperature of 550 ºC. In all groups were carried out metallographic and inclusion analyses, tension, microindentation hardness, and fatigue tests, and a fractographic analysis of bolts failed in the fatigue tests, using a scanning electron microscope. The fatigue tests were carried out with constant preload of 700 MPa, stress ratio about 0.8, and it was used the staircase statistical method for determine the fatigue limit. Besides, additional fatigue tests were carried out, with low stress ratio ( 1 . 0 ??R ), in order to analyze the existents criteria of fatigue failure. The results of metallographic analysis showed that the characteristic microstructure in all groups was tempered martensite and the only difference between the groups was the alignment of the grains around the root of the thread that occurred in the group which was heat treated before the threads rolling. The inclusion analysis revealed that the Brazilian steel has an amount of inclusions very superior than Japanese steel. The tension and microindentation hardness tests showed that the bolts with threads rolling after heat treatment have strength level lower than solely the groups tempered at 490 ºC. All the groups with threads rolling before heat treatment presented practically the same fatigue limit. It shows that variations of up to 60 ºC in the tempering temperature don't interfere in the fatigue limit. On the other hand, the group with threads rolling after heat treatment presented fatigue limit approximately 9% superior than the group treated in the same conditions, however with threads rolling before heat treatment. This improve is related with the alignment of the grains around the root of the thread and the introduction of residual compressive stress near the surface of the bolts. With the results of the additional fatigue tests, it was possible to analysis some criteria of fatigue failure and show that the best criterion of failure, existent in the literature, for high strength bolts with thread rolling after heat treatment is the VDI 2230, which presents a constant alternating stress independently of the stress ratio. / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Metre em Engenharia Mecanica

M.Ing. / During all manufacturing processes it is crucial to use certain design criteria and guidelines. Special care should be exercised when the final product of a manufacturing process is used in the automotive industry, because the failure of such a component may have tragic consequences. The failure of a bus chassis in the public transport sector is an example of a case where the failure of a product can have serious consequences. In recent years it has become common practice to use corrosion-resisting steel in the manufacture of these vehicles. The reason for this is the corrosion caused by a prolonged service life and adverse conditions such as salted road surfaces (The salt is used to melt the ice that forms on roads, particularly in European countries). These bus structures consist of tubes of varying size and geometry, and the manufacturing process of these tubes is considered in the present investigation. In a tube manufacturing process the design criteria may consist of such properties as the tube size and geometry, the thickness of the sheet that is used and the radius of the corners of the tube. Design criterion is also dependent upon the material that is used. The change in mechanical properties of the material during a manufacturing process is an important consideration during the establishment of design guidelines. The purpose of this investigation is to study the effects of particularly the cold forming manufacturing process on the mechanical properties of the material. The material used is 3CR12 corrosion resisting steel, a proprietary alloy also known as Type 1.4003, that was developed by Columbus joint venture as a cheaper alternative to stainless steels. 3CR12 is not a substitute for stainless steel but it is an alternative to treated mild steel, providing a cost-effective solution to corrosion. An experimental investigation is conducted into the forming of 40mm 3CR12 square tubes and normal plate bending of 3CR12. Various different wall thicknesses and bend radiuses are considered. A numerical investigation consisted of simulating the above-mentioned manufacturing processes using non-linear finite element analysis and then comparing its results to the experimental investigation. The experimental investigation showed that substantial work hardening occurred in the corner regions of the tube during forming. A loss of up to 70% of 3CR12's ductility may result in the corner regions. The work hardening at the inside of the tube was found to be higher than at the outside. A region of very little work hardening near the middle of the tube wall thickness was also identified (neutral axis). This neutral axis also seems to shift slightly more to the inside of the tube with thicker wall sections. The numerical analysis confirmed the experimental observations. An excellent correlation between the experimental and numerical results was achieved.

Os processos de furação são largamente utilizados na indústria metal mecânica, envolvendo grande complexidade para profundidades maiores que cinco vezes o diâmetro. Para estes casos é necessário o emprego de máquinas, ferramentas especiais e fluidos lubri-refrigerantes pressurizados, com propriedades que atendam as solicitações severas do corte e auxiliem no transporte e remoção dos cavacos durante o processo. Esta complexidade aumenta os custos do processo, o impacto ambiental e os riscos a saúde do operador. O propósito deste estudo é analisar o processo de furação profunda com broca helicoidal de metal-duro revestida, em profundidades de até 24 vezes o diâmetro, no aço SAE 4144M, forjado e temperado com 39 HRC de dureza, utilizando o sistema lubri-refrigerante de Mínima Quantidade de Lubrificante (MQL). O estudo compara os processos com sistemas lubri-refrigerante convencional e sistema MQL, com a análise da influência no desgaste das brocas, revestidas com TiAlN e AlCrN-based. O sistema lubri-refrigerante convencional ou jorro de óleo, utiliza fluido integral de base mineral pressurizado a 50 bar, enquanto o sistema MQL utiliza fluido lubri-refrigerante sintético a 10 bar de pressão. A formulação dos experimentos é dada por “design of experiment” (DOE), considerando as variáveis: velocidade de corte, avanço, temperatura da peça e a forma do cavaco. Constatou-se que o desgaste da broca utilizando MQL, foi menor do que no processo convencional, devido ao fato da temperatura de corte ser maior, porém estável. Com a escolha adequada dos parâmetros de corte através do método, o revestimento AlCrN-based apresentou menor desgaste e adesão, devido a resistência em usinagens com altas temperaturas. / The drilling processes are widely used in the metalworking industry and involve high complexity when happen in depths more than five times the diameter. For these cases it is necessary to use special machines and tools, and pressurized fluids to enhance chip removal, with cooling and lubricating properties that meet stringent requirements. This complexity adds costs to the process, Increases the environmental impact and the health risks for the operator. The purpose of this study is to evaluate the deep hole drilling process (up to 24 diameters) using a twist drill coated (carbide system), the material is SAE 4144M steel forged and tempered hardness of 39 HRC, using system Minimum Quantity Lubrication (MQL). The study compares conventional processes and MQL, with the analysis of the influence on the wear of drills coated with TiAlN and AlCrN-based. The conventional coolant uses mineral based oil integral pressurized to 50 bar, while the MQL system, using synthetic oil at 10 bar pressure. The formulation of the experiments is given by “design of experiment” (DOE), considering the variables: cutting speed, feed rate wear, temperature of the work piece and chip form. It was found that the life of the drill in MQL process was higher than that in the conventional process, due to the fact that the temperature of the cut is, more stable, although higher. With the appropriate choice of cutting parameters by the method, the AlCrN-based coating showed less wear and adhesion due to resistant to high temperatures.

A indústria automobilística, ao visar o aumento da garantia à corrosão, emprega na construção das carrocerias aços IF (intersticial free) galvanizados, já que estes atendem aos critérios de qualidade superficial, conformabilidade, soldabilidade, entre outras características requeridas. Dentro deste contexto, a resistência à corrosão de um aço livre de intersticiais (IF) com revestimento galvanizado comum (GI) e diferentes gramaturas (85 g/m2 (Z85), 100 g/m2 (Z100), 120 g/m2 (Z120), 144 g/m2 (Z144) e 180 g/m2 (Z180), fosfatizadas e com cataforese, foram avaliadas neste estudo por intermédio do ensaio de corrosão cíclica acelerado. O resultado deste ensaio mostrou que mesmo com a variação da gramatura do revestimento (GI) a resistência à corrosão foi praticamente a mesma, levando-se a hipótese que a camada intermetálica que está presente em todas as amostras independente da gramatura, pode possui uma grande influência na resistência à corrosão. Assim ensaios suplementares foram feitos para compreender o efeito da camada de zinco e a camada intermetálica na resistência à corrosão. A caracterização das camadas formadas durante o processo de galvanização GI foi realizado na amostra com gramatura de 100 g/m2 (Z100). Tal amostra foi escolhida por ser a mais empregada pela indústria automobilística e a mesma não sofreu nenhum pré tratamento já que o objetivo foi analisar apenas as camadas do galvanizado comum GI. Os ensaios realizados foram de microestrutura (XRD, MEV e EDS) e ensaio eletroquímico (dissolução eletroquímica e polarização potenciodinâmica). Concluiu-se que a camada intermetálica é formada pelas fases Fe2Al5 e FeAl3, com predominância da fase Fe2Al5. O ensaio de dissolução eletroquímica demonstrou que a resistência o corrosão da camada intermetálica é no mínimo 7 vezes maior que a do zinco, além deste resultado o ensaio de polarização potenciodinâmica apresentou que a camada intermetálica passiva, retardando a velocidade de oxidação, ou seja, aumenta a resistência à corrosão do galvanizado comum GI. / The automobile industry, when seeking to increase warranty against corrosions, employs galvanized IF (intersticial free) steels to the body shell, since these meet the superficial, compliance, weldability and other quality criteria. In this context, the corrosion resistance of an IF steel with galvanic coating (GI) and different weights (85 g/m2 (Z85), 100 g/m2 (Z100), 120 g/m2 (Z120), 144 g/m2 (Z144) and 180 g/m2 (Z180), phosphated and with cataphoresis, were evaluated through an accelerated cyclical corrosion experiment. The result of this experiment showed that even with the variation of the galvanic coating (GI) the result of the corrosion resistance was the same, leading to the hypothesis that the intermetallic layer which is present in all samples, regardless of the weight, must influence corrosion resistance. Thus, supplementary experiments were done to comprehend the effect of the zinc layer and the intermetallic layer in corrosion resistance. The characterization of the layers formed in the GI galvanizing process was done in the Z100 (100g/m²) sample. This sample was chosen because it is the most used in the automobile industry and it did not suffer any previous treatment since the objective was to analyze only the layers of galvanized GI. The experiments done were in the microstructure (XRD, MEV and EDS) and electrochemical experiment (potenciodinamic polarization). We concluded that the intermetallic layer is formed by phases Fe2Al5 and FeAl3, with predominance of phase Fe2Al5. It was verified through the electrochemical dissolution experiment that the intermetallic corrosion resistance is at minimum 7 times greater than of the zinc, further on this result, the potentiodynamic polarization experiment shows that the passive intermetallic layer slows the oxidation velocity, which means, the galvanic coating (GI) corrosion resistance is increased.

Orientador: Paulo Roberto Mei / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-23T21:51:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pereira_MarcelodosSantos_D.pdf: 15828219 bytes, checksum: ff068bb5edbfa09052e2449e067dcb18 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Nos últimos anos, melhorias substanciais na tecnologia de fabricação de aços tornaram possível o desenvolvimento de aços de ultra-baixo carbono livres de intersticiais (interstitial free steels). Os aços IF apresentam teores de carbono menores que 50ppm, em peso, e são estabilizados com titânio e/ou nióbio, objetivando remover os elementos intersticiais presentes, principalmente o carbono e o nitrogênio. Se caracterizam por apresentar altos valores no coeficiente de anisotropia médio e no alongamento, e são aplicados em operações que requerem materiais com alta capacidade de conformação. O principal objetivo deste trabalho é o de estabelecer uma correlação entre parâmetros do tratamento termomecânico; em especial as temperaturas de acabamento e bobinamento; a microestrutura e as propriedades mecânicas e, com isso, propor uma otimização no processamento deste material. O aço, doado pela Açominas, foi laminado a quente e a frio e recozido continuamente em escala laboratorial. As propriedades mecânicas foram determinadas através de ensaios de tração e de embutimento e ensaios para determinação do coeficiente de anisotropia médio, enquanto a microestrutura foi caracterizada através de microscopia óptica e eletrônica de varredura. Os resultados mostraram que a aplicação de altas temperaturas de acabamento (900°C) e de bobinamento (700°C), durante a laminação a quente, ocasiona a formação de uma microestrutura fina, homogênea e equiaxial, provoca um crescimento no tamanho dos precipitados e aumenta os valores do coeficiente de anisotropia e do alongamento do material, propiciando uma condição de processamento ótima do aço para aplicações em estampagem extra-profunda / Abstract: In the last years, substantial improvements on steelmaking technology have made possible the development of interstitial-free steels containing ultra-Iow carbonoThe IF steels show carbon content lower than 50 ppm, in weight, and are stabilized with titanium and niobium, in arder to remove the interstitial elements, mainly carbon and nitrogen. They are characterized by high levels of r-values and elongation, and are applied in operations which require materials with high conformation capacity. The purpose of this investigation is to establish correlations among thermomechanical treatment parameters; specially finishing and coiling temperatures; microstructure and mechanical properties and, on establishing these correlations, it proposes a processing optimizing of this material. The steel, produced by Açominas, was hot and cold rolled and continuous annealed in laboratorial scale. The mechanical properties were determined by tensile, drawing and r-value tests, whereas the microstructure was characterized by optical and scanning electron microscopy. The results showed that the use of high finishing temperature (900°C) and high coiling temperature (700°C), during hot rolling, promotes a fine, homogeneous and eqüiaxial microstructure, grows the precipitate and increases the r-values and the elongation, propitiating a steel optimum processing condition for extra deep-drawing applications / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica