Estágio realizado na Cruz Martins e Wahl, Ld.ª / Tese de mestrado integrado. Engenharia Metalúrgica e de Materiais. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Superligas de níquel são materiais mundialmente empregados nas áreas de petróleo e gás natural, aeroespacial e nuclear. A Incoloy® 945 uma liga desenvolvida em meados dos anos 2000, para ser uma liga hibrida entre a Inconel® 718 e Incoloy® 925, concebendo uma liga com propriedades mecânicas e anticorrosivas capaz de suportar as mais adversas operações de serviço. Neste trabalho foram determinadas algumas características mecânicas do material, após laminação a frio, seguindo duas diferentes rotas de tratamento térmico. Foram realizados testes de dureza Vickers e tração, onde mostrou que a rota experimental criada no IPEN (por intermédio da análise por calorimetria exploratória diferencial), tem a mesma resistência mecânica do que a rota comercialmente usada, contudo possui uma maior ductilidade. O material demonstra uma excepcional união resistência mecânica e ductilidade, podendo ser empregada no uso de tubulações e válvulas de alta complexidade de manufatura, para a exploração das camadas do pré-sal. / Nickel super alloy materials are used worldwide in the areas of oil and gas, aerospace and nuclear. The Incoloy® 945 an alloy developed in the mid-2000s, to be a hybrid alloy between the Inconel® 718 and Incoloy® 925 by designing an alloy with mechanical and anti-corrosion properties able to withstand the most adverse service operations. In this work we were determined some mechanical characteristics of the material after cold rolling, following two different routes of heat treatment. Hardness Vickers tests and traction test were conducted, which showed that the experimental route created at IPEN (through analysis by differential scanning calorimetry), has the same mechanical strength than the route used commercially, it nevertheless has a higher ductility. The material shows an exceptional union strength and ductility and can be used in the use of pipes and high complexity manufacturing valves for the operation of the pre-salt layers.

A têmpera, que consiste no resfriamento rápido do aço, após austenitização, é um dos tratamentos térmicos mais utilizados. O objetivo desse tratamento é a obtenção da estrutura martensítica, que oferece ótimas propriedades de dureza e resistência. A água, as soluções de polímeros e os óleos minerais são os meios refrigerantes mais comuns, sendo os óleos responsáveis pelo resfriamento em 80% dos casos. Verificou-se, no Brasil, o desconhecimento, dos mercados produtor e consumidor, quanto ao universo dos óleos de têmpera comercialmente disponíveis e de suas respectivas características de resfriamento. Assim, atentou-se para a necessidade de apresentar aos mercados já descritos, uma classificação dos óleos de têmpera nacionais,relacionando-os como rápidos, intermediários e lentos, destacando ainda, aspectos importantes nos parâmetros de resfriamento. / Quenching of steels, which consist of very fast cooling from austenitizing temperatures, is the most used heat treatment. The aim of this treatment is the obtation of martensitic microstructure. This microstructure confer excellent hardness and strength properties. The most common quenchants are water, polymer solutions and mineral oils, and the oils themselves are responsible by the 80% of the quenchants used during quenching. In Brazil, it was verified consumer lack of knowledge of the oils available as quenchants and their characteristics. Therefore, in this work as attempt was made to present the quenchants available and their classification as fast, intermediary and slow quenchants.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Engenharia Metalúrgica e de Materiais. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Superligas de níquel são materiais mundialmente empregados nas áreas de petróleo e gás natural, aeroespacial e nuclear. A Incoloy® 945 uma liga desenvolvida em meados dos anos 2000, para ser uma liga hibrida entre a Inconel® 718 e Incoloy® 925, concebendo uma liga com propriedades mecânicas e anticorrosivas capaz de suportar as mais adversas operações de serviço. Neste trabalho foram determinadas algumas características mecânicas do material, após laminação a frio, seguindo duas diferentes rotas de tratamento térmico. Foram realizados testes de dureza Vickers e tração, onde mostrou que a rota experimental criada no IPEN (por intermédio da análise por calorimetria exploratória diferencial), tem a mesma resistência mecânica do que a rota comercialmente usada, contudo possui uma maior ductilidade. O material demonstra uma excepcional união resistência mecânica e ductilidade, podendo ser empregada no uso de tubulações e válvulas de alta complexidade de manufatura, para a exploração das camadas do pré-sal. / Nickel super alloy materials are used worldwide in the areas of oil and gas, aerospace and nuclear. The Incoloy® 945 an alloy developed in the mid-2000s, to be a hybrid alloy between the Inconel® 718 and Incoloy® 925 by designing an alloy with mechanical and anti-corrosion properties able to withstand the most adverse service operations. In this work we were determined some mechanical characteristics of the material after cold rolling, following two different routes of heat treatment. Hardness Vickers tests and traction test were conducted, which showed that the experimental route created at IPEN (through analysis by differential scanning calorimetry), has the same mechanical strength than the route used commercially, it nevertheless has a higher ductility. The material shows an exceptional union strength and ductility and can be used in the use of pipes and high complexity manufacturing valves for the operation of the pre-salt layers.

A têmpera, que consiste no resfriamento rápido do aço, após austenitização, é um dos tratamentos térmicos mais utilizados. O objetivo desse tratamento é a obtenção da estrutura martensítica, que oferece ótimas propriedades de dureza e resistência. A água, as soluções de polímeros e os óleos minerais são os meios refrigerantes mais comuns, sendo os óleos responsáveis pelo resfriamento em 80% dos casos. Verificou-se, no Brasil, o desconhecimento, dos mercados produtor e consumidor, quanto ao universo dos óleos de têmpera comercialmente disponíveis e de suas respectivas características de resfriamento. Assim, atentou-se para a necessidade de apresentar aos mercados já descritos, uma classificação dos óleos de têmpera nacionais,relacionando-os como rápidos, intermediários e lentos, destacando ainda, aspectos importantes nos parâmetros de resfriamento. / Quenching of steels, which consist of very fast cooling from austenitizing temperatures, is the most used heat treatment. The aim of this treatment is the obtation of martensitic microstructure. This microstructure confer excellent hardness and strength properties. The most common quenchants are water, polymer solutions and mineral oils, and the oils themselves are responsible by the 80% of the quenchants used during quenching. In Brazil, it was verified consumer lack of knowledge of the oils available as quenchants and their characteristics. Therefore, in this work as attempt was made to present the quenchants available and their classification as fast, intermediary and slow quenchants.

Orientador: Carlos Roberto Grandini / Resumo: Titânio e suas ligas, atualmente, são utilizados como implantes por possuírem excelente resistência à corrosão e propriedades mecânicas mais adequadas que os implantes de aço inoxidável e de Co-Cr. A liga de titânio mais utilizada para aplicações biomédicas é a liga Ti-6Al-4V, porém estudos mostraram que os elementos vanádio e alumínio são elementos nocivos à saúde humana. Assim, para contornar este problema, novas ligas de titânio sem a presença desses elementos estão sendo estudadas. O objetivo desse trabalho foi preparar ligas do sistema Ti-25Ta-Zr (onde o teor de zircônio foi variado de 0 a 75% em peso), e analisar a influência do soluto substitucional zircônio na estrutura cristalina, microestrutura, microdureza, módulo de elasticidade e biocompatibilidade das ligas. Paralelamente, diversos tratamentos de recozimento, laminação e solubilização foram realizados com o intuito de modificar as fases, microestrutura e módulo de elasticidade dos materiais. A caracterização química dos materiais foi realizada por espectroscopia de energia dispersiva, espectrometria de emissão óptica por plasma acoplado indutivamente, análise de gases e medidas de densidade. A análise estrutural foi efetuada por difração de raios X. A análise microestrutural foi realizada por microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura e de transmissão. Uma análise preliminar das propriedades mecânicas da liga foi obtida por intermédio de medidas de microdureza Vickers e módulo de elasticidade dinâmic... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Titanium and alloys currently are used as implants possessing excellent corrosion resistance and mechanical properties more suited to stainless steel implants and Co-Cr. The titanium alloy used for most biomedical applications is Ti-6Al-4V, however studies showed that vanadium and aluminum are harmful to human health. The objective of this study was to prepare Ti-25Ta-Zr system alloys, where the zirconium content was varied from 0 to 75 % in weight, and to analyze the influence of zirconium substitutional solute in the structure, microstructure, hardness and elastic modulus. At the same time, several annealing, lamination and solubilization treatments were carried out to modify the phases, structures, microstructure and elastic modulus of the materials. The chemical characterization of materials was performed by energy-dispersion spectroscopy, inductively coupled plasma optical emission spectrometry, gas analysis, and density measurements. The structural analysis was performed by x-ray diffraction measurements. Microstructural analysis was performed by optical, scanning and transmission electron microscopy. To verify the initial biocompatibility of the alloys, cytotoxic tests were performed. A preliminary analysis of the mechanical properties of the alloy was obtained by means of microhardness and dynamic elastic modulus measurements. The chemical composition results showed that the samples produced are of good quality, close to proposed stoichiometry. The results showed the ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

As ligas Ti-??constituem um grupo promissor de ligas de titânio em termos de processamento, propriedades e aplicações potenciais. Além do projeto da liga em termos de composição, a obtenção de microestruturas adequadas por meio de tratamentos térmicos é necessária para otimizar o balanço entre resistência mecânica e tenacidade. O presente trabalho teve por objetivo estudar o comportamento em fadiga de alto ciclo da liga Ti-13V-11Cr-3Al, uma liga de alta resistência mecânica destinada ao emprego na indústria aeroespacial, sob duas condições de tratamento. O material foi recebido na forma de barras com 7,6 mm de diâmetro, apresentando microestrutura composta por grãos alongados e propriedades em tração combinando alto limite de resistência (1.479 MPa) e razoável ductilidade (deformação verdadeira de fratura igual a 0,217). O material foi tratado termicamente em duas condições: recozimento a vácuo a 750?C por 1 h com resfriamento lento, e tratamento flash em banho de sal a 650?C por 6 min, com posterior têmpera em água. O tratamento flash resultou em melhor combinação de resistência mecânica e ductilidade, avaliadas pelo ensaio de tração. O estudo da resistência à fadiga baseou-se na obtenção de curvas ?/N por meio de ensaios de flexão rotativa (R = -1) empregando-se corpos de prova do tipo viga em balanço. Para cada condição microestrutural, foram obtidas duas curvas ?/N, uma com amostras polidas e outra empregando-se corpos de prova com concentradores de tensão geométricos (entalhes), visando avaliar a sensibilidade ao entalhe desta liga nas duas condições microestruturais. O material submetido ao tratamento flash apresentou maior dispersão e menor resistência à fadiga, comparado ao material recozido; no entanto apresentou também menor sensibilidade ao entalhe em vidas longas (106 ciclos). O trabalho foi complementado por exames fractográficos para a identificação dos pontos de iniciação da fratura. / The Ti-??alloys are a promising group of titanium alloys in terms of processing, properties and potential applications. In order to achieve the optimum balance between strength and toughness it is necessary, besides determining a proper composition in the alloy design, to obtain suitable microstructures by means of thermo-mechanical process and heat treatment. This study aimed to assess the high cycle fatigue behavior of Ti-13V-11Cr- 3Al alloy, a high-strength alloy intended for use in the aerospace industry. The material was received in the form of bars with 7.6 mm in diameter, whose microstructure comprises elongated grains and whose mechanical properties combines high tensile strength (1,479 MPa), and reasonable ductility (true strain fracture equal to 0.217). The material was heat treated in two conditions: vacuum annealing at 750?C for 1 h with slow cooling, and flash 650?C salt bath for 6 min with subsequent water quenching. The study was based on obtaining ??/ N curves through by rotary bending (R = -1) fatigue tests employing cantilever beam specimens. For each microstructural condition, two ??/ N curves were obtained, the former with smooth samples and the latter employing specimens with geometric stress concentrators (notches), to evaluate the notch sensitivity of this alloy in both microstructural conditions. The material subjected to flash treatment showed greater dispersion and lower fatigue strength compared to annealed; however also showed lower notch sensitivity at long life (106 cycles). The study was complemented by fractographics analysis to identify the fracture initiation points.

A liga de alumínio 6063 possui um grande interesse industrial, apresentando características que justificam o seu uso mais freqüente quando comparadas às demais ligas de alumínio: a capacidade de endurecimento por precipitação (pois são termicamente tratáveis) aliada à facilidade de serem extrudadas. Estas ligas apresentam elevada ductilidade, que permite o seu uso em operações que acarretam elevados graus de deformação, como a extrusão. Por esse motivo, as ligas Al-Mg-Si apresentam a maior parte do volume de ligas extrudadas. Tendo em vista a freqüente utilização da liga de alumínio 6063, este trabalho estuda a caracterização e a recristalização da liga após a deformação plástica em diferentes graus de redução em área 20%, 50%, 70% e 90%, com tratamentos térmicos de 396ºC, 462ºC e 528ºC e com tempos de recozimento em 1minuto, 10 minutos e 100 minutos Tratamentos Termomecânicos. Observou-se como resultados de uma forma geral, que os tratamentos com 1minuto nas amostras de Al6063 houve pouca ou nenhuma alteração e ao aumentarmos o tempo de recozimento para 10 minutos e depois para 100 minutos os processos de recuperação/recristalização se tornam evidentes e o crescimento de também é observável para os tempos de tratamento em 100 minutos. / The aluminum 6063 alloy possesses a great industrial interest, presenting characteristics that justify its frequent use, when compared to the other aluminum alloys: the precipitation hardening and high cold work capacity. These alloys present high ductility, that allows their use in operations with high deformation degrees, as the cold work. The objective of this work is to show comparative analysis of the hardness Vickers of the commercial aluminum 6063 alloy, after cold work with different area reduction degree and thermal treatment. Considering the frequent utilization aluminium 6063 alloy, this work studies the caracterization and recristalization of this alloy, after the plastc deformation in different area reduction degrees, thermal treatment and convenient tratment times Termomechanic Tratments.

A liga de alumínio 6063 possui um grande interesse industrial, apresentando características que justificam o seu uso mais freqüente quando comparadas às demais ligas de alumínio: a capacidade de endurecimento por precipitação (pois são termicamente tratáveis) aliada à facilidade de serem extrudadas. Estas ligas apresentam elevada ductilidade, que permite o seu uso em operações que acarretam elevados graus de deformação, como a extrusão. Por esse motivo, as ligas Al-Mg-Si apresentam a maior parte do volume de ligas extrudadas. Tendo em vista a freqüente utilização da liga de alumínio 6063, este trabalho estuda a caracterização e a recristalização da liga após a deformação plástica em diferentes graus de redução em área 20%, 50%, 70% e 90%, com tratamentos térmicos de 396ºC, 462ºC e 528ºC e com tempos de recozimento em 1minuto, 10 minutos e 100 minutos Tratamentos Termomecânicos. Observou-se como resultados de uma forma geral, que os tratamentos com 1minuto nas amostras de Al6063 houve pouca ou nenhuma alteração e ao aumentarmos o tempo de recozimento para 10 minutos e depois para 100 minutos os processos de recuperação/recristalização se tornam evidentes e o crescimento de também é observável para os tempos de tratamento em 100 minutos. / The aluminum 6063 alloy possesses a great industrial interest, presenting characteristics that justify its frequent use, when compared to the other aluminum alloys: the precipitation hardening and high cold work capacity. These alloys present high ductility, that allows their use in operations with high deformation degrees, as the cold work. The objective of this work is to show comparative analysis of the hardness Vickers of the commercial aluminum 6063 alloy, after cold work with different area reduction degree and thermal treatment. Considering the frequent utilization aluminium 6063 alloy, this work studies the caracterization and recristalization of this alloy, after the plastc deformation in different area reduction degrees, thermal treatment and convenient tratment times Termomechanic Tratments.