No presente trabalho foi avaliado o efeito do tratamento térmico na fluência na liga Ti-6Al-4V e na estrutura com maior resistência à fluência, foi aplicado o recobrimento como forma de barreira térmica - TBC (Thermal Barrier Coating). A liga Ti-6Al-4V, foi submetida a três diferentes condições de tratamentos térmicos, visando à obtenção das estruturas de Widmanstätten, Martensita e Bimodal. Em seguida foram realizados ensaios de fluência a 600C nas tensões de 125, 250 e 319 MPa para verificação da microestrutura com maior resistência à fluência. A estrutura de Widmanstätten apresentou maior resistência à fluência e foi realizado aplicação do recobrimento metal/cerâmico CoNiCrAlY+ZrO2 parcialmente estabilizada com ítria pela técnica de aspersão térmica nesta estrutura. As amostras com estrutura de Widmanstätten recobertas e não recobertas foram submetidas a ensaios de fluência ao ar na temperatura de 600C nas tensões de 125, 250 e 319 MPa e na tensão de 319 MPa para as temperaturas de 500 e 700C. Foram determinados os parâmetros e os mecanismos de fluência. A caracterização do material foi realizada através de microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura. A estrutura de Widmanstättten com recobrimento apresentou melhor comportamento em fluência em relação a liga não recoberta com redução na taxa de fluência secundária e aumento no tempo de vida por fluência. Os valores dos expoentes de tensão obtidos variaram entre 3,58 e 5,63 e da energia de ativação por fluência entre 271,3 e 312,6 kJ/mol. Com bases nesses valores pode-se sugerir que o mecanismo de fluência é controlado por discordâncias. As análises fractográficas indicam que o mecanismo predominante é caracterizado pela formação e coalescência de microcavidades com forma e tamanhos variados, com o mecanismo de fratura dúctil prevalecendo em todas as condições.

Este trabalho tem o objetivo de obter os valores das tensões residuais compressivas introduzidas na liga de Ti-6Al-4V no processo de shot peening utilizado em peças estruturais primárias de aeronaves, onde uma falha é considerada como falha catastrófica. As estruturas primárias das aeronaves são calculadas para suportar as cargas cíclicas e têm especificada a aplicação do shot peening como uma segurança a mais que não é considerada no projeto da estrutura. As tensões compressivas devido ao shot peening retardam as propagações de trincas, possibilitando mais tempo para detectar estas trincas nos cheques "C" estruturais dos aviões. Devido à natureza das tensões compressivas do shot peening, por exemplo, de atingirem uma profundidade de apenas 0,2 mm a partir da superfície da peça, a sua detecção é complexa e existem dois métodos mais utilizados para essa medição. Um método utiliza a técnica por difração de raios X, esta requer usinagens químicas sucessivas da superfície da peça, sendo um teste destrutivo com custos elevados. O outro método, chamado de furo cego, mede as tensões através das deformações radiais na superfície da peça ao redor do furo. O trabalho teve o objetivo de obter os níveis das tensões introduzidas pelo process de shot peening, e verificar a vida em fadiga de corpos de prova com um furo. Os corpos de provas foram divididos em três grupos com quantidades e geometrias definidas pelas condições do processo: sem shot peening, nas faixas de 0,005N-0,008N e 0,006A-0,008A. Os corpos de provas tiveram as tensões compressivas devido ao processo do shot peening medidas, e foram feitos os ensaios de fadiga e obtida a curva em fadiga. Os resultados deste trabalho proporcionaram os conhecimentos das tensões compressivas introduzidas na liga Ti-6Al-4V devido ao processo de shot peening e sua influência na vida em fadiga. Concluindo a curva em fadiga mostrou que devido a tensão de tração em reação às tensões compressivas do shot peening causaram a falha primeiro nos corpos de prova que tiveram a aplicação na faixa de 0,006A-0,008A na região do furo.

Atualmente, o conhecimento aprofundado e desenvolvimento das tecnologias disponíveis e suas aplicações torna-se tão importante quanto o desenvolvimento de novas tecnologias. O fresamento em cinco eixos é um processo que atende a vários setores de fabricação com fundamental importância para o domínio tecnológico nos setores industrial aeronáutico e de geração de energia elétrica. Os vários componentes, como componentes de turbina, em especial de rotores, estatores, impelidores e suas pás, encontram vantagens na manufatura por fresamento em cinco eixos. A utilização do fresamento em cinco eixos para a fabricação de componentes de turbinas a gás é caracterizada por uma série de fatores complicadores que estão relacionados com aspectos geométricos desses componentes, de seus materiais (propriedades físicas e mecânicas) e da própria cadeia do processo, que podem não somente tornar a aplicação do processo ruim como também inviável ou impossível. O objetivo principal deste trabalho é fornecer um conjunto de avaliações pertinentes à usinagem de componentes de paredes finas de titânio, além de apontar cuidados com alguns parâmetros e fenômenos intrínsecos dos processos de fresamento e agravados pelos processos de usinagem em cinco eixos de paredes finas.

O presente trabalho tem como objetivo a avaliação do comportamento em fluência da liga Ti-6Al-4V submetida ao tratamento superficial de nitretação por laser. Os resultados apresentam uma microestrutura formada na nitretação por laser constituída de três regiões distintas: zona fundida pelo laser, zona afetada pelo calor e substrato não afetado da liga Ti-6Al-4V. A zona fundida pelo laser consiste de uma fina e contínua camada de TiN com um crescimento perpendicular de dendritas de TiN e TiN0,3 numa matriz martensítica ?';-Ti, sendo a martensita também a principal constituinte da zona afetada pelo calor. A dureza média aumentou de 340 HV, da liga sem tratamento, para até 1.100 HV, no topo da superfície do material nitretado por laser. Este aumento de dureza está relacionado à presença da fase TiN. A rugosidade média Ra aumentou de 0,46 m, quando sem tratamento, para 6,60 m, após nitretação por laser. A liga nitretada por laser foi submetida a ensaios de fluência nas condições de temperatura de 500C, 600C e 700C na faixa de tensão de 125 MPa a 520 MPa. São determinados os parâmetros e os mecanismos de fluência, podendo-se estabelecer uma análise comparativa com os resultados obtidos da mesma liga sem tratamento, em estudos anteriores. A liga nitretada por laser apresenta melhor comportamento em fluência em relação à liga não tratada, com redução na taxa de fluência secundária e aumento no tempo de vida por fluência. Os valores dos expoentes de tensão obtidos variam entre 6,46 e 7,54, para a liga nitretada, e entre 3,00 a 5,55, para a liga sem tratamento. Os valores de energia de ativação encontrados são de 261,1 kJ/mol para a liga nitretada, e 218,0 kJ/mol, para a liga sem tratamento. Com bases nesses valores pode-se sugerir que o mecanismo de fluência é controlado por escalagem de discordâncias para ambos os casos. As análises fractográficas indicam que o mecanismo predominante é caracterizado pela formação e coalescência de microcavidades, com o mecanismo de fratura dúctil para ambos os casos, sendo que a liga sem tratamento apresenta-se mais dúctil que a liga tratada.

Componentes fabricados em ligas de titânio são ideais para sistemas complexos que exigem altos desempenho e confiabilidade devido à sua combinação de alta resistência específica e de resistência à corrosão. A liga Ti-6Al-4V é a mais importante liga de titânio e sua aplicação inclui desde a indústria aeroespacial até implantes cirúrgicos. Apesar dessas características atraentes, o uso de ligas de titânio é limitado pelo custo. O processamento de ligas por metalurgia do pó facilita a obtenção de peças com geometrias complexas e, provavelmente, com menor custo. O objetivo deste trabalho é investigar rotas de produção da liga Ti-6Al-4V por metalurgia do pó, baseado no estudo do desenvolvimento microestrutural e densificação, visando definir as melhores alternativas para sua elaboração. Foram produzidas amostras por quatro rotas, pela mistura de pós metálicos elementares (Rota 1), pós metálicos elementares de Al e V com pó de TiH2 (Rota 2), pó pré-ligado de Ti-6Al-4V hidrogenado (Rota 3) e pó pré-ligado de Ti-6Al-4V atomizado (Rota 4), seguida por prensagem uniaxial e isostática a frio com subseqüente densificação por sinterização entre 800-1400C, em alto vácuo (10-7 Torr). Foram caracterizadas amostras sinterizadas em termos de composição de fase, microestrutura e microdureza por difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura e indentação Vickers, respectivamente. Análises de massa específica foram realizadas pelo método de Arquimedes. As propriedades mecânicas foram analisadas por ensaios de compressão. O comportamento de contração/expansão das amostras foi analisado por dilatometria. As análises realizadas indicam uma tendência à obtenção de melhores resultados em termos de densificação e desenvolvimento microestrutural com a utilização de pós pré-ligados que passaram por processo de hidrogenação.

O presente trabalho de mestrado tem como objetivo estudar o comportamento em fluência da liga Ti-6Al-4V tratada termicamente e submetida à Implantação Iônica por Imersão em Plasma de Nitrogênio (IIIP-N). Nesta proposta pretende-se dar continuidade às pesquisas já iniciadas no estudo da fluência da liga Ti-6Al-4V acrescentando-se a técnica do IIIP como modificador da superfície tratada para aumento da resistência à fluência. Tais estudos já iniciados foram efetuados submetendo-se a liga com diferentes estruturas, obtidas através de tratamentos térmicos, às condições de fluência e avaliando-se os efeitos dos tratamentos térmicos. Os resultados preliminares indicaram que as estruturas de Widmanstätten e Martensita apresentaram maior resistência à fluência. Para este trabalho, partiu-se destas estruturas, nas quais suas superfícies foram modificadas através do processo IIIP-N e expostas a condições de fluência às temperaturas de 500C e 600C. Os ensaios de fluência foram realizados na modalidade de carga constante a 319 MPa para a temperatura de 500C, e na faixa de 125 MPa a 319 MPa para a temperatura de 600C. Foram obtidos conjuntos de curvas e parâmetros experimentais relativos às regiões primária, secundária e terciária, em função das tensões e temperaturas aplicadas. Foram avaliados a ductilidade, a taxa de fluência estacionária e o tempo de vida. A liga apresentou um comportamento típico de fluência, com a presença dos três estágios característicos de fluência, em todas as condições de ensaio a que foi submetida. A estrutura resultante do tratamento térmico associada ao IIIP que apresenta menor taxa de fluência secundária é a de Widmanstätten. Verifica-se também que a associação do IIIP ao tratamento térmico promove um aumento na resistência à fluência quando se comparado à liga somente tratada termicamente. A condição Widmanstätten+IIIP apresenta expoente de tensão a 600C igual a 5,12; a condição Martensita+IIIP, 3,80 e a condição Equiaxial+IIIP, 3,23. A energia de ativação para fluência encontrada para a condição Widmanstätten+IIIP é de ~ 300 kJ/mol, para Martensita+IIIP, ~ 295 kJ/mol e para Equiaxial+IIIP, ~ 280 kJ/mol. Com base nos valores de expoente de tensão e energia de ativação para fluência pode-se sugerir que o mecanismo de fluência para este trabalho está associado à escalagem e escorregamento de discordâncias. As análises fractográficas indicam que o mecanismo predominante é caracterizado pela formação e coalescência de microcavidades, com o mecanismo de fratura dúctil para todas as condições.

Devido à importância de se construir sensores inerciais de elevado desempenho, surgiu a necessidade de capacitação em novas tecnologias que permitissem maior estabilidade, compactação, baixa suscetibilidade a ruídos externos, baixo peso e reduzidas perdas por acoplamento de radiação óptica. Uma possível metodologia para aumentar o desempenho de sensores inerciais como o Giroscópio a Fibra Óptica (GFO) e o Acelerômetro Opto Mecânico (AOM) é a utilização de circuitos em óptica integrada que venham a substituir parcialmente, ou mesmo totalmente, os dispositivos em fibra óptica presentes nesses sensores. Neste trabalho, propôs-se o estudo do projeto, fabricação e caracterização de dispositivos e de chips em óptica integrada equivalentes aos dispositivos em fibra óptica (fibras ópticas, acopladores a fibra óptica e moduladores) presentes nas atuais versões do GFO e do AOM. Os circuitos ópticos integrados foram projetados de acordo com as especificações dos circuitos equivalentes em fibra óptica, como operação monomodo para os guias, razão de 3dB para os acopladores direcionais e moduladores de fase com baixa tensão para modulação de fase de 180. Este trabalho iniciou-se com o estudo dos circuitos ópticos presentes nos sensores a fibra óptica, os quais serviram de base para este trabalho. Em seguida, estudou-se teoricamente e por meio de simulações alguns dispositivos em óptica integrada como guias planares, guias canais retos e curvos, acopladores direcionais e divisores em Y. Esses estudos iniciais foram fundamentais para o projeto dos circuitos em óptica integrada do GFO e do AOM. Na etapa posterior, realizou-se a caracterização de guias canais fabricados por difusão de titânio em niobato de lítio (LiNbO3), medindo-se a largura à meia altura dos modos fundamentais e medindo-se perda por inserção por acoplamento com fibra óptica. Na etapa seguinte, iniciou-se a elaboração dos circuitos ópticos integrados projetados, partindo-se do projeto e fabricação das máscaras, passando-se pelo corte dos wafers de LiNbO3 com as dimensões adequadas para os chips, até a realização das etapas de litografia para a difusão de titânio. Nas conclusões foram expostas as tarefas executadas durante o trabalho e os resultados obtidos, além de tarefas futuras para dar continuidade a este trabalho.

As ligas NiTi são as mais amplamente utilizadas dentre os materiais com Efeito de Memória de Forma. Uma liga NiTi capaz de deformar 9% da forma original e recuperá-la totalmente tem sido produzida no Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA). Aproveitando esta característica (a maior recuperação de forma encontrada na literatura aberta) desenvolveu-se um atuador torcional visando o controle de forma de estruturas aeronáuticas. O objetivo deste trabalho é modelar e projetar um atuador torcional e avaliar experimentalmente o deslocamento angular e torque gerados pela recuperação de forma. Desenvolveu-se uma formulação simplificada para o projeto do atuador torcional considerando como variáveis de projeto o comprimento e o diâmetro do atuador, o diâmetro do fio e o ângulo de enrolamento. São deduzidas expressões para o cálculo do comprimento do fio de NiTi, o deslocamento angular e o torque gerado em função dos parâmetros de projeto. Recomendações de projeto do atuador torcional são elaboradas em função dessas relações. O sistema de aquecimento usado para atingir a temperatura de transformação de fase (88C, valor correspondente a Af) é baseado em água em ebulição (também poderia ser utilizado efeito Joule). Desenvolveu-se um banco de prova linear para caracterizar a recuperação de forma do material e as forças geradas sob deformação longitudinal. Dois diâmetros de fio de NiTi foram testados no atuador torcional: 1 mm e 2 mm. Os resultados de deslocamento angular foram de 18 para os dois fios usados para uma deformação recuperável por EMF de aproximadamente 3%. Em termos de forças de recuperação, o fio de 1 mm apresenta 250 N na etapa de recuperação, e o fio de 2 mm uma força de 1100 N, aproximadamente quatro vezes maior. Os resultados experimentais são consistentes com a análise teórica, principalmente considerando as limitações do experimento torcional.

Este trabalho tem como objetivo o estudo da liga Ti6Al4V sob condições de fluência, a 500C e 600C. As condições microestruturais, de maior aplicação na indústria aeronáutica, são compostas especificamente pelas fases a (HC) e b (CCC), obtidas após forjamento e recozimento a 190C, com posterior resfriamento ao ar. Para tanto, é obtido um conjunto de curvas experimentais junto ao Laboratório de Ensaios Mecânicos do AMR/IAE/CTA, cujas análises envolvem a determinação dos principais mecanismos responsáveis pela fluência e de um conjunto de parâmetros experimentais, juntamente com avaliações quanto aos efeitos da pré-deformação sobre a ductilidade, taxa de fluência estacionária e tempo de vida nas condições apresentadas nesse trabalho. Os estudos experimentais são complementados por observações da estrutura de discordâncias, juntamente com os principais micromecanismos responsáveis pelo processo de fratura. Com base nos comportamento e nas principais características mecânicas e metalúrgicas da liga em questão, nas condições de teste apresentadas nesse trabalho, são desenvolvidos modelos matemáticos através dos conceitos propostos pela Mecânica do Dano Contínuo. As propostas envolvem a previsão da curva normal de fluência por meio da obtenção e solução analítica de um conjunto de equações diferenciais, utilizando-se uma base de dados gerada por parâmetros experimentais.

Neste trabalho foi realizada a deposição de filmes de carbono sobre a liga de titânio Ti-6Al-4V empregada nos setores aeronáutico e biomédico. Os filmes de carbono amorfo foram depositados através da pulverização catódica, com auxílio de um campo magnético, de um alvo de carbono com 99,999% de pureza com dois plasmas diferentes: um plasma constituído por uma mistura de argônio e hidrogênio (filme denominado a-C:H) e o outro constituído por uma mistura de argônio e metano (filme denominado DLC). Esse método de deposição é conhecido como "magnetron sputtering". A espessura dos filmes depositados foi variada através da deposição de cada tipo de filme em tempos de deposição iguais a 5, 10, 15, 20, 25 e 30 min, respectivamente. A estrutura dos filmes de carbono amorfo depositados foi estudada através de espectroscopia Raman, com excitação na região do visível, e absorção de radiação na região do infravermelho. Os espectros FTIR obtidos para as superfícies recobertas com os filmes a-C:H mostram que a quantidade de átomos de hidrogênio do filme aumenta com o tempo de deposição do filme. A morfologia das superfícies recobertas com os filmes a-C:H e DLC de diferentes espessuras foi analisada por Microscopia Óptica. A morfologia das superfícies recobertas com os filmes DLC depositados em diferentes tempos de deposição também foi analisada através de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Essa análise de superfícies foi realizada antes e após a realização de ensaios potenciodinâmicos. As micrografias MEV das superfícies após a realização dos ensaios eletroquímicos revelaram que as superfícies sofreram corrosão por "pitting ", este tipo de corrosão sendo maior naquelas superfícies recobertas com filmes mais espessos, os quais apresentavam, previamente, indícios de estarem sob de "stress". Neste caso, durante os ensaios potenciodinâmicos, o filme diminuiu de espessura, mas não chegou a descolar da liga e esta também não sofreu corrosão por "pitting". Ensaios eletroquímicos potenciodinâmicos de corrosão foram realizados, tanto para as superfícies recobertas com os filmes a-C:H como para as recobertas com filmes DLC expostas a uma solução aquosa 0,5 mol L-1, pH 5,5, na temperatura ambiente (" 25 C).