Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-02-05Bitstream added on 2014-06-13T20:16:12Z : No. of bitstreams: 1 martins_ms_me_guara.pdf: 4378638 bytes, checksum: 5ab218d0c5345113e4a7e43df186b4af (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O presente trabalho tem por objetivo apresentar uma nova proposta de produção do aço para molas de válvulas para motores de combustão interna SAE 9258. Atualmente, este aço é produzido pela rota de lingotamento convencional, e pretende-se adotar o processo de lingotamento contínuo, mantendo-se todas as características mecânicas e metalúrgicas do aço produzido convencionalmente. Cuidados especiais durante o processo de refino secundário (fase líquida) foram levados em consideração para que sejam obtidas inclusões de silicatos deformáveis, essenciais para se conseguir uma vida em fadiga segura para as molas durante a vida útil do motor. Para avaliar essas características do aço foram feitas análises metalográficas da microestrutura em amostras na fase de processamento do aço (fio-máquina) e na fase final do processo (arames), realizados ensaios de tração, ensaios de fadiga axial em corpos-de-prova padronizados (ASTM E 466), ensaios de fadiga por flexão rotativa no arame (Nakamura test), ensaio de fadiga nas molas e análise das superfícies de fratura por fadiga com auxílio de microscopia eletrônica de varredura (MEV), para as duas rotas de produção (lingotamento convencional e contínuo). Os resultados obtidos mostram que não há diferenças com relação a microestrutura, propriedades mecânicas e comportamento em fadiga do aço na fase final de produção (arame) e na forma de produto (molas). Por outro lado, os resultados obtidos para o aço na fase intermediária do processamento (fiomáquina) mostram diferenças com relação à microestrutura, (presença de maior quantidade de carbonetos nas amostras do lingotamento contínuo), e menor redução de área com a consequente redução da resistência à fadiga. / This paper aims to present a new proposal for production of steel for valve springs for internal combustion engines SAE 9258. Currently this steel is produced by ingot casting route, and intended to adopt the continuous casting process, maintaining all the mechanical and metallurgical characteristics of the steel produced conventionally. Special attention during the process of refinement (liquid phase) were taken into account are obtained for silicate inclusions deformable essential to achieving a safe fatigue life for the springs during the life of the engine. To evaluate these features were made of steel metallographic analysis of microstructure in specimens during processing of steel (wire rod) and the final stage (wires) performed tensile tests, axial fatigue tests on specimens standard (ASTM E 466), fatigue tests in rotating bending on the wire (Nakamura test), the fatigue test the springs and examination of the areas of fatigue fracture with the aid of scanning electron microscopy (SEM) for the two production routes (ingot and continuous casting). The results show no differences with respect to microstructure, mechanical properties and fatigue behavior of steel in the final stages of production (wire) and the product form (spring). Moreover, the results obtained for steel in the intermediate stage of processing (wire rod) show differences from the microstructure (the larger amount of carbides in the samples of the continuous casting), lower area reduction with the consequent reduction resistance to fatigue.

Este trabalho apresenta um estudo dos mecanismos de fadiga em mola para válvula automotiva, realizado através da análise do comportamento mecânico correlacionado ao aspecto microestrutural. As amostras foram fabricadas em aço de alta resistência Si-Cr, submetidas a tratamentos térmicos convencionais (têmpera e revenimento) e não convencionais (austêmpera), obtendo um mesmo nível de dureza (aproximadamente 610 HV). Os corpos de prova foram submetidos a ensaios de bancada com diversos níveis de carregamentos, controlados através de variação da amplitude de tensão cisalhante. Esta variação promoveu diferentes regimes de fadiga, conhecidos como alto e ultra-alto ciclo, para maiores e menores níveis de amplitudes de tensões, respectivamente. O desempenho foi medido através do cálculo da vida total em fadiga, probabilidade de sobrevivência, além da verificação do relaxamento da força elástica e da tensão residual. As amostras foram caracterizadas através de métodos metalográficos, determinação da composição química, ensaios de dureza e resistência à tração, além de técnicas difratométricas de raios-X. As superfícies de fratura foram investigadas utilizando técnicas de microscopia eletrônica de varredura Os mecanismos de início e propagação das trincas, de ambas as amostras, foram semelhantes, apesar do tratamento térmico proposto de austêmpera produzir uma microestrutura mista, com predominância de bainita inferior, contendo regiões esparsas de austenita retida. A microestrutura bainítica, resultante da austêmpera, quando comparada com as amostras martensíticas, geradas pela têmpera e revenimento, propiciou um aumento da vida total em fadiga nos maiores níveis de amplitudes das tensões, tendendo à equalização com a diminuição desta amplitude, além de apresentarem um maior relaxamento elástico, gerando uma discreta diminuição de magnitude da tensão média. Por outro lado, não houve relaxamento das tensões residuais, em ambas as amostras, após uma quantidade significativa de ciclos, portanto este fenômeno não influenciou em sua vida total. / This paper presents a study on the valve spring fatigue mechanisms, carried out through analysis of mechanical behavior correlated to microstructural aspect. The samples were made of high strength steel Si-Cr, obtained by conventional (quenching and tempering) and unconventional (austempering) heat treatments, generating a single level of hardness (approximately 610 HV). The samples were subjected to bench test with various loading levels, controlled through shear stress amplitude fluctuation. This variation has promoted distinct fatigue regimes known as high and ultra-high cycle, for greater and smaller levels of stress amplitudes, respectively. The performance was measured by calculating the fatigue total life, survival probability, verification of the elastic force and residual stress relaxation. The samples were characterized by means of metallographic methods, chemical composition analysis, hardness/tensile strength testing and X-ray diffractometry techniques. The fracture surfaces were investigated using scanning electron microscopy techniques. The cracks initiation and propagation mechanisms were similar in both samples; despite the proposed austempering heat treatment produced a mixed microstructure with predominance of lower bainite, containing sparse regions of retained austenite. The bainitic microstructure, resulting of austempering, when compared with martensitic samples, generated by quenching and tempering, led to an increase in fatigue total life under higher levels of stress amplitudes, but tending to be the same as the stress amplitude deacresases and the number of cycles increases. On the other hand, there was no residual stresses relaxation in both samples, after a significant amount of cycles, so this phenomenon did not influence the total life.

Resumo: O presente trabalho tem por objetivo apresentar uma nova proposta de produção do aço para molas de válvulas para motores de combustão interna SAE 9258. Atualmente, este aço é produzido pela rota de lingotamento convencional, e pretende-se adotar o processo de lingotamento contínuo, mantendo-se todas as características mecânicas e metalúrgicas do aço produzido convencionalmente. Cuidados especiais durante o processo de refino secundário (fase líquida) foram levados em consideração para que sejam obtidas inclusões de silicatos deformáveis, essenciais para se conseguir uma vida em fadiga segura para as molas durante a vida útil do motor. Para avaliar essas características do aço foram feitas análises metalográficas da microestrutura em amostras na fase de processamento do aço (fio-máquina) e na fase final do processo (arames), realizados ensaios de tração, ensaios de fadiga axial em corpos-de-prova padronizados (ASTM E 466), ensaios de fadiga por flexão rotativa no arame (Nakamura test), ensaio de fadiga nas molas e análise das superfícies de fratura por fadiga com auxílio de microscopia eletrônica de varredura (MEV), para as duas rotas de produção (lingotamento convencional e contínuo). Os resultados obtidos mostram que não há diferenças com relação a microestrutura, propriedades mecânicas e comportamento em fadiga do aço na fase final de produção (arame) e na forma de produto (molas). Por outro lado, os resultados obtidos para o aço na fase intermediária do processamento (fiomáquina) mostram diferenças com relação à microestrutura, (presença de maior quantidade de carbonetos nas amostras do lingotamento contínuo), e menor redução de área com a consequente redução da resistência à fadiga. / Abstract: This paper aims to present a new proposal for production of steel for valve springs for internal combustion engines SAE 9258. Currently this steel is produced by ingot casting route, and intended to adopt the continuous casting process, maintaining all the mechanical and metallurgical characteristics of the steel produced conventionally. Special attention during the process of refinement (liquid phase) were taken into account are obtained for silicate inclusions deformable essential to achieving a safe fatigue life for the springs during the life of the engine. To evaluate these features were made of steel metallographic analysis of microstructure in specimens during processing of steel (wire rod) and the final stage (wires) performed tensile tests, axial fatigue tests on specimens standard (ASTM E 466), fatigue tests in rotating bending on the wire (Nakamura test), the fatigue test the springs and examination of the areas of fatigue fracture with the aid of scanning electron microscopy (SEM) for the two production routes (ingot and continuous casting). The results show no differences with respect to microstructure, mechanical properties and fatigue behavior of steel in the final stages of production (wire) and the product form (spring). Moreover, the results obtained for steel in the intermediate stage of processing (wire rod) show differences from the microstructure (the larger amount of carbides in the samples of the continuous casting), lower area reduction with the consequent reduction resistance to fatigue. / Orientador: Aelcio Zangrandi / Coorientador: César Alves da Silva Leandro / Banca: Aelcio Zangrandi / Banca: Carlos Kiyan / Banca: Carlos Moura Neto / Mestre

Este trabalho apresenta um estudo dos mecanismos de fadiga em mola para válvula automotiva, realizado através da análise do comportamento mecânico correlacionado ao aspecto microestrutural. As amostras foram fabricadas em aço de alta resistência Si-Cr, submetidas a tratamentos térmicos convencionais (têmpera e revenimento) e não convencionais (austêmpera), obtendo um mesmo nível de dureza (aproximadamente 610 HV). Os corpos de prova foram submetidos a ensaios de bancada com diversos níveis de carregamentos, controlados através de variação da amplitude de tensão cisalhante. Esta variação promoveu diferentes regimes de fadiga, conhecidos como alto e ultra-alto ciclo, para maiores e menores níveis de amplitudes de tensões, respectivamente. O desempenho foi medido através do cálculo da vida total em fadiga, probabilidade de sobrevivência, além da verificação do relaxamento da força elástica e da tensão residual. As amostras foram caracterizadas através de métodos metalográficos, determinação da composição química, ensaios de dureza e resistência à tração, além de técnicas difratométricas de raios-X. As superfícies de fratura foram investigadas utilizando técnicas de microscopia eletrônica de varredura Os mecanismos de início e propagação das trincas, de ambas as amostras, foram semelhantes, apesar do tratamento térmico proposto de austêmpera produzir uma microestrutura mista, com predominância de bainita inferior, contendo regiões esparsas de austenita retida. A microestrutura bainítica, resultante da austêmpera, quando comparada com as amostras martensíticas, geradas pela têmpera e revenimento, propiciou um aumento da vida total em fadiga nos maiores níveis de amplitudes das tensões, tendendo à equalização com a diminuição desta amplitude, além de apresentarem um maior relaxamento elástico, gerando uma discreta diminuição de magnitude da tensão média. Por outro lado, não houve relaxamento das tensões residuais, em ambas as amostras, após uma quantidade significativa de ciclos, portanto este fenômeno não influenciou em sua vida total. / This paper presents a study on the valve spring fatigue mechanisms, carried out through analysis of mechanical behavior correlated to microstructural aspect. The samples were made of high strength steel Si-Cr, obtained by conventional (quenching and tempering) and unconventional (austempering) heat treatments, generating a single level of hardness (approximately 610 HV). The samples were subjected to bench test with various loading levels, controlled through shear stress amplitude fluctuation. This variation has promoted distinct fatigue regimes known as high and ultra-high cycle, for greater and smaller levels of stress amplitudes, respectively. The performance was measured by calculating the fatigue total life, survival probability, verification of the elastic force and residual stress relaxation. The samples were characterized by means of metallographic methods, chemical composition analysis, hardness/tensile strength testing and X-ray diffractometry techniques. The fracture surfaces were investigated using scanning electron microscopy techniques. The cracks initiation and propagation mechanisms were similar in both samples; despite the proposed austempering heat treatment produced a mixed microstructure with predominance of lower bainite, containing sparse regions of retained austenite. The bainitic microstructure, resulting of austempering, when compared with martensitic samples, generated by quenching and tempering, led to an increase in fatigue total life under higher levels of stress amplitudes, but tending to be the same as the stress amplitude deacresases and the number of cycles increases. On the other hand, there was no residual stresses relaxation in both samples, after a significant amount of cycles, so this phenomenon did not influence the total life.

Tomáš ŠTÁBL Design of Gear Timing Mechanism for SI Engine MT, IAE, 2009, 62 pp., 27 fig. This master thesis is concerning the valve train proposal of the spark ignition engine for sports purposes. Antecedent to the actual proposal is the division and retrieval of the modern valve trains, the valve train acting forces description, division and description of the individual valve-lift curve parts , valve springs and the dynamic models of the valve train. In the thesis there are designed the valve lift curves with the continuous course of acceleration, valve springs and valve springs natural oscillations damper for engine Honda CBR 929RR. The dynamic analysis of valve train approach is performed.