Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Elco da Silva.pdf: 3740304 bytes, checksum: b363ccd0dc2bdce0fadf7011311bf319 (MD5) Previous issue date: 2014-01-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / On the present days much effort has been given in the improvement of the strength of materials used in the automotive industry. And it is a great challenge to machine these materials due to the high machining time cycles and tools. This motivated several studies mainly for the Compacted Graphite Iron. The objective of this work is to evaluate the machinability of compacted graphite iron class 350 compared to compacted graphite iron class 400 and 450 and the grey iron class 300. The CGI 350 is object of study to be applied in cylinder heads. In the machinability of a cylinder head, one of the most important process is milling, which was chosen to evaluate these materials. To perform the tests two types of tools (inserts) were used: carbide and CBN. There were used two cutting speeds (Vc) for the carbide tools and one for the CBN. The machinability criteria used were: maximum tool wear (VBmax), edge wear, the power consumed by the machine tool and the roughness of the surface. The result show that, with the increase of the cutting speed, there is higher tool wear. Also the compacted graphite iron presented lower machinability compared to the grey iron. It is also noted that, with higher percentage of ferrite in compacted graphite iron, there is a higher tool wear. The compacted graphite iron class 450 presented the higher power consumption during milling. This alloy has the greatest strength and hardness among the materials studied. Regarding the surface finish of the materials, the compacted graphite iron class 450 presented the best results evaluated in the beginning and at the end of tool lives for both cutting speeds. / Atualmente trabalha-se muito na melhoria da resistência mecânica dos materiais utilizados na confecção de peças automotivas. E está sendo um desafio para a usinagem realizar seu processo nesses materiais, devido ao alto tempo de usinagem e alto custo com ferramentas de corte. Esta foi uma dificuldade inicial no desenvolvimento de blocos de motor em ferro fundido vermicular, e que motivou uma série de estudos. O objetivo deste trabalho é avaliar a usinabilidade do ferro fundido vermicular classe 350 comparando com o vermicular classe 400 e 450 e o cinzento classe 300. O ferro fundido vermicular classe 350 está sendo estudado para aplicação em cabeçotes de motores. Na usinagem de um cabeçote de motor o processo de fresamento é um dos principais aplicados a esta peça, foi escolhido este processo para realizar a avaliação da usinabilidade nestes materiais. Para a realização dos testes foram utilizados dois tipos de insertos para a ferramenta (fresa), o inserto de metal duro (MD) e o inserto de nitreto cúbico de Boro (CBN). Adotaram-se duas condições de cortes diferentes para o inserto de MD, com o intuito de avaliar o comportamento da usinabilidade com o aumento da velocidade de corte (Vc) e uma condição de corte para o inserto de CBN. Os testes de usinabilidade foram realizados de três formas: avaliação do desgaste de flanco máximo (VBmáx.) do inserto, a potência consumida de corte pelos eixos da máquina durante a usinagem e a avaliação do acabamento da superfície usinada (rugosidade) do corpo de prova. Os resultados mostram que com o aumento da velocidade de corte para ambos os materiais em estudo, há um aumento do desgaste da ferramenta, e que as ligas em ferro fundido vermicular foram as que apresentaram pior usinabilidade quando comparado com o ferro fundido cinzento. Observa-se também que com o aumento de ferrita na matriz das ligas em vermicular ocorreu um maior desgaste da ferramenta. O ferro fundido vermicular classe 450 foi o que causou a maior potência consumida de corte durante a usinagem, sendo esta liga a que possui o maior limite de resistência e a maior dureza entre os materiais estudados. Com relação ao acabamento da superfície usinada, o ferro fundido vermicular classe 450 foi também o que obteve o melhor resultado, tanto na avaliação de início de vida do inserto quanto no fim de vida para ambos os ensaios realizados.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pre-textuais.pdf: 73538 bytes, checksum: 312651a50c92e3fa74c571281d3cdc0e (MD5) Previous issue date: 2010-06-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / During the last years the Compacted Graphite Iron CGI has acquired a growing placein the automobilist industry. It is used to manufacture several automotive parts, such as disk brakes, exhaust manifolds and, mainly, engine cylinder heads and blocks. Its higher strength, compared to grey cast iron, makes possible the manufacturing of cylinder blocks with higher pressure in the combustion chamber, therefore, more efficient and less pollutant. Lighter engines can be manufactured because of the thinner walls required. On the other hand, the Compacted Graphite Iron brings technological challenges for obtaining cast parts and also to machine them, because they normally reduce the tool lives during machining. This work s objective is to research the machinability of different compositions in order to obtain and alloy that can be used as a feasible alternative for manufacturing cylinder heads. The work consists, fundamentally, in the machinability evaluation of three cast iron alloys, Compacted Graphite Iron classes 450 and 350, and Grey Cast Iron class 300, through drilling tests. The machinability criterion used is the tool wear. / Nos últimos anos o ferro fundido vermicular tem conquistado um crescente espaço na indústria automobilística. Destina-se à fabricação de diversas peças automotivas, tais como discos de freio, coletores de escapamento e, principalmente, cabeçotes e blocos para motores. Sua maior resistência mecânica, em relação ao ferro fundido cinzento, possibilita a fabricação de motores com maiores pressões na câmara de combustão, portanto, mais eficientes e menos poluentes. Motores mais leves podem ser fabricados, em função das menores espessuras de parede necessárias. Por outro lado, o ferro fundido vermicular traz consigo desafios tecnológicos tanto para a obtenção da peça fundida quanto para a usinagem, uma vez que, normalmente, provoca redução da vida das ferramentas de usinagem. O presente trabalho objetiva pesquisar a usinabilidade de diferentes composições a fim de obter uma liga que possa ser utilizada como uma alternativa viável para a fabricação de cabeçotes de motor. O trabalho consiste, fundamentalmente, na avaliação da usinabilidade de três ligas de ferro fundido, sendo o vermicular da classe 450, da classe 350 e o cinzento da classe 300, e para tanto foram utilizados ensaios de furação de longa duração. Como critério de usinabilidade considerado foi utilizado o desgaste da ferramenta.

As ligas de ferro fundido branco alto cromo (FFBAC) da norma ASTM A-532 são comumente utilizadas em peças que necessitam de elevada resistência ao desgaste. Tal escolha acontece devido à elevada dureza apresentada por tais materiais, o que propicia maior vida útil dos componentes. Entretanto, uma vez que o teor de cromo utilizado nos FFBAC possui grande influência no custo das peças, é importante garantir que os tratamentos térmicos (TOTO’s) aplicados estejam otimizados para cada composição de liga. Buscando atuar nesse sentido, esta dissertação analisou a utilização de diferentes tempos e temperaturas de patamar em TOTO’s de desestabilização da austenita para duas ligas da norma ASTM A-532 (ligas com 20% e 25%Cr). Após tais procedimentos, foram estudadas a dureza e a resistência ao desgaste, tanto para algumas das amostras tratadas quanto para seis amostras de FFBAC fornecidas por diversas fundições nacionais. Os resultados demonstraram a existência de uma temperatura que otimiza a dureza da liga, possibilitando incrementos desta propriedade nas amostras tratadas em valores de até 37% (considerando a dureza inicial na condição “bruto de fusão”). Com relação ao tempo de patamar, verificou-se que o mesmo apresentou pouca influência no incremento de dureza, apresentando variações máximas inferiores à 4% para tratamentos variando entre 30 minutos à 6 horas de duração, resultado que destoou daquele indicado pela literatura. Além disso, verificou-se que uma liga com 19,6 %Cr pode apresentar uma dureza até 11% maior do que o verificado para ligas comerciais Nesta comparação, apesar da liga comercial possuir menor teor de carbono, ficou evidenciado o indicativo de que as peças consideradas neste estudo e oriundas de fundições nacionais não otimizam os resultados de seus TOTO’s. A resistência ao desgaste, por sua vez, demonstrou não depender apenas da macrodureza das amostras, mas também de outras características como tamanho, distância e continuidade dos carbonetos primários, o que explica a obtenção de resultados similares de perda de massa no ensaio abrasivo para amostras que possuem durezas diferindo em cerca de 12% porém possuindo tamanho de microconstituintes similares. Por fim, observou-se que ligas com maiores teores de cromo e menores teores de carbono apresentam menores valores de dureza e resistência ao desgaste, o que viabiliza uma aplicação com maior vida útil e menor custo. / The high chromium white cast iron alloys from ASTM A-532 are commonly used in parts which wear resistance are required. This choice happens due the great hardness showed by these alloys, what propitiates a higher lifetime for the components. However, since chromium content has great influence in the cost of the parts, it is important ensure that the apply heat treatments are optimized for each alloy composition. Thus this dissertation analyzed the application of different heat treatment cycles on the austenite destabilization for two ASTM A-532 alloys (20%Cr and 25%Cr). After the heat treatment, hardness, wear resistance and microstructure were analyzed, both for some of the treated samples as for six samples provided by different manufactures in Brazil. The results showed the existence of a temperature that optimizes the alloy hardness, allowing increases on this property in values up to 37% (considering the initial hardness of the “as cast” condition) Concerning the time of heat treatment, was verified that this parameter has low influence in the increase on hardness, showing maximum variations lower than 4% in treatments with times coming from thirty minutes until six hours, results that does not match that one’s indicated by the literature. Besides that, it was verified that an alloy with 19,6%Cr can present a hardness 11% greater than that verified in commercial. In this comparation, although the commercial alloy having lower carbon content, was evidenced that the parts from the Brazilians companies which were considered in this study, does not have an optimum heat treatment. The wear resistance was not only depend of the sample hardness, but also of other characteristics as size, distance and continuity of the primary carbides, which explain the results of similar mass loss in the abrasive test for samples with hardness differing about 12%, but with similar size of microconstituents. Finally, it was observed that alloys with higher chromium and low carbon content shows lower hardness and wear resistance values than alloys with low percentages of chromium, what enable an application with larger lifetime and lower cost.

O presente trabalho tem como objetivo principal um estudo sistemático de líquidos iônicos imidazólicos, ou seja, sais líquidos a temperaturas relativamente baixas derivados do anel imidazol, tendo como técnica principal a espectroscopia Raman. Foram estudados os cátions 1-alquil-3- metilimidazólio e 1-alquil-2,3-dimetilimidazólio, sendo o grupo alquil composto por 2, 4, 6, 8 ou 10 átomos de carbono, com os ânions brometo, hexafluorofosfato ou bis(trifluorometanosulfonil)imida (TFSI-), totalizando 30 sistemas distintos. O estudo foi dividido em três partes. Na primeira, foram estudados compostos derivados de imidazol, neutros e catiônicos, para entender as diferenças entre os cátions formadores (o ânion foi desconsiderado) de ILs e seus precursores. A espectroscopia Raman forneceu informações sobre as alterações nos modos vibracionais com as substituições, sendo possível constatar que os modos do anel se tornaram menos intensos com as substituições e a contribuição de grupos -CH se tornou mais importante. Cálculos de cargas de Mulliken foram realizados para estas espécies e os resultados obtidos reforçam as interpretações dos espectros vibracionais. A segunda etapa consistiu no estudo de ILs puros, analisando tanto cátion quanto ânion. A cadeia carbônica tem grande influência no espectro Raman, sendo observadas bandas atribuídas a confôrmeros diferentes, que aparecem em maior número e menor intensidade à medida que a cadeia se torna menor. Os ânions foram estudados nos ILs e em sais inorgânicos, sendo observados espectros muito semelhantes destes nos diversos ILs, porém diferentes nos sais inorgânicos. Os mesmos resultados foram encontrados nas medidas de XANES (espectroscopia de raio-X próxima à borda de absorção), que permitiu sondar a estrutura eletrônica ao redor de diversos átomos, utilizada como técnica auxiliar. Após analisado cátions e ânions, foi possível caracterizar o par iônico formado por estes íons, enfocando as bandas Raman das cadeias carbônicas, já que, como a interação de Coulomb é baixa, estes se ligam principalmente via ligação de hidrogênio. Para os ILs com -H no carbono 2, o ânion Br- forma um par iônico mais forte com os diversos cátions, enquanto PF6- e TFSI-</sup formam pares iônicos fracos, já que são menos coordenantes. A adição do metil no carbono 2 altera essa dinâmica, e mesmo o brometo não consegue formar um par iônico forte. Por fim, a terceira etapa visou o estudo destes sistemas em solução com um solvente molecular, a dimetilformamida (DMFA), usada como sonda, pois foi analisado o deslocamento da banda correspondente ao grupo C=O. Em um primeiro momento foram estudadas soluções equimolares de ILs e DMFA, em que foi possível observar a estruturação dos ILs na mistura, diferenciando efeito do cátion e do ânion. Posteriormente, selecionou-se alguns sistemas para um estudo em diversas frações molares de IL e DMFA. Em baixas concentrações de IL, o comportamento foi semelhante ao observado para solventes moleculares. Conforme se aumentou a concentração destes sais, observou-se um comportamento anômalo no deslocamento da banda C=O, que pode ser atribuída ao caráter iônico destes sistemas. / The present work aims to be a systematic study, by Raman spectroscopy, of imidazolic ionic liquids, which means low temperature molten salts derived from imidazole ring. The study involved the cations 1-alkil-3-methylimidazolium and 1-alkyl-2,3-dimethylimidazolim, being alkyl chain composed of 2, 4, 6, 8 or 10 carbon atoms and with the anions bromide, hexafluorophosphate and bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (TFSI-), in a grand total of 30 species with distinct properties. The study has been separated in three steps. The first one aimed to study both neutral and cationic molecules derived from imidazolic ring to understand the difference between cations that can form ILs and their precursors. Raman spectroscopy gave information about the changes in the vibrational modes with the substitutions. The results show that the intensity of modes from the ring decreases with the substitutions, while the contribution of -CH modes increases. In accordance with this are the results obtained from theoretical calculation of Mulliken charge, used as an auxiliary technique. The second step consisted in the study of pure ILs, analyzing both cation and anion effects. The carbonic chain plays a major role in Raman spectra, exhibiting bands attributed to different conformers. These bands become more abundant and less intense when the chain length increases. The anions have been studied in both ILs and inorganic salts, being observed very similar spectra for all the ILs but different ones for the inorganic salts. These results have been confirmed by XANES (X-ray absorption near edge structure) spectroscopy, which makes possible to probe the electronic structure of different atoms. After the analysis of both cation and anion, it was possible to better understand the ion pair formation in ILs, focusing in hydrogen bonds in the carbonic chain, since the Coulombic interaction is too weak. For ILs with hydrogen in carbon 2, it could be observed that bromide anion forms a stronger ion pair when compared to PF6- and TFSI-, less coordinating anions. The addition of methyl group in carbon 2 modifies this behavior, and even bromide does not form the strong ion pair. At last, the third step focused in the better understanding of binary systems containing ILs and a molecular solvent, dimethylformamide (DMFA), used also as probe since the shift of the band attributed to C=O group was used in this study. In a first stage it has been studied equimolar solutions of ILs and DMFA, in which it has been observed the organization of ILs in the mixture, and the contribution of both cation and anion. The second stage was dedicated to the understanding of these mixtures with different molar fraction of ILs and DMFA, for which some ILs have been selected. For low concentration of ILs, their behavior was similar to molecular solvents, but when the concentration of IL was increased, an anomalous behavior in the shift of C=O band has been observed, which can be attributed to the ionic character of these systems.

Uma parte significativa das perdas por atrito num motor automotivo resulta da ação de partículas abrasivas. Dentre as fontes possíveis, podem ser citados o próprio meio ambiente - partículas que passam pelo filtro de ar - o desgaste de partes metálicas do motor ou mesmo resíduos de combustão. Essas partículas podem ficar encrustadas em anéis do pistão, ou ficar na interface entre pistão e bloco ou camisa, e são responsáveis por sulcos axiais, na direção do movimento do pistão, observáveis em motores usados. O objetivo deste trabalho foi obter um melhor entendimento dos mecanismos de desgaste relacionados com o sulcamento de camisa/bloco e identificar conjuntos de testes laboratoriais capazes de reproduzi-los sob condições controladas. Amostras de ferro fundido cinzento (FoFo) e de aço AISI 1070 com dureza de matriz próxima daquela encontrada em FoFo (?200HV30) foram submetidas a ensaios de riscamento em tribômetros. Verificou-se que riscos executados com um endentador cônico submetido a cargas na faixa de 20 a 50 mN eram similares aos sulcos observados em camisas ou blocos. Ensaios com outros materiais, como alumínio e latão e mesmo aço de diferentes durezas contribuíram para melhorar o entendimento dos resultados. Não foi observada transição brusca entre mecanismos de abrasão. O cálculo do fator de remoção de material, fab, a partir de perfilometria óptica resultou em valores com dispersão elevada; não foi possível associa-los aos diferentes mecanismos de abrasão observados. Valores obtidos para o coeficiente de atrito no riscamento permitiram fazer uma estimativa inicial de energia gasta nos processos abrasivos do motor. / A significant part of the friction losses in an automotive engine results from the abrasive action of particles. Among possible sources of such particles one can mention the environment - particles that were not retained by the filters - metallic residues from worn parts or even combustion residues. They may be picked up by piston rings and become part of their surfaces or stay loose in the piston/liner interface. Those particles are responsible for axial grooves that are observed in the liners of used engines. The objective of this work was to get a better understanding of the wear mechanisms related to liner/bore grooving and to identify a laboratory testing setup that might reproduce them under controlled conditions. Specimens of Gray Cast Iron (GCI) and of AISI 1070 steel with matrix hardness close to that found in GCI (?200HV30) were submitted to scratch tests in a tribometer. It was found that scratches performed under 20-50 mN indenter load (conical tip) were similar to grooves observed in cylinder liners. Tests with other materials such as aluminum, brass and even steel with different hardness values contributed to a better understanding of the results. No sharp transition between abrasion mechanisms was observed. Calculation of material removal factor fab from optical profilometry resulted in values with a large dispersion; they could not be associated with different abrasion mechanisms. Friction coefficient values obtained from the tests were used to make preliminary estimates of energy consumption due to abrasive processes in the engine.

Submitted by Victor Hugo Albuquerque Rizzo (victor.rizzo@ufpe.br) on 2015-04-15T12:47:05Z No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Luíz Henrique de Azevedo.pdf: 4300150 bytes, checksum: 878df287a7a5dda491f2e8f7d5c057c5 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-15T12:47:05Z (GMT). No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Luíz Henrique de Azevedo.pdf: 4300150 bytes, checksum: 878df287a7a5dda491f2e8f7d5c057c5 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2013 / A fundição é uma das mais antigas formas de beneficiamento do ferro e suas ligas e as mais utilizadas no mundo são o ferro cinzento, o ferro nodular e o aço, respectivamente. O ferro fundido nodular, em especial, vem crescendo ao longo dos anos, principalmente por apresentar propriedades mecânicas intermediárias entre o ferro fundido cinzento e o aço. Um dos grandes setores que vem crescendo nos últimos anos, são as fontes alternativas de energia e dentro deste setor o segmento de energia Eólica. Na realidade, este segmento consome muitos componentes em ferro fundido nodular, porém trata-se de uma liga especial, onde as propriedades mecânicas de tração e impacto desta liga torna este ferro fundido nodular capaz de substituir os componentes em aço fundido e o mais importante é que estas propriedades devem ser atendidas com o fundido na sua condição de bruto de fundição. Este trabalho, realizado na fundição Simisa, teve a finalidade de analisar os parâmetros de fundição sobre a formação de microestruturas em ferro fundido nodular de alto impacto a baixa temperatura e suas propriedades mecânicas. Neste trabalho foram realizados experimentos dentro da indústria e em ordem de grandezas representativas em termos de espessura de parede, dimensões e peso. Os experimentos foram realizados com o objetivo de validar quais são os principais parâmetros de processo que assegurem as propriedades mecânicas de tração e impacto da liga em questão. Foram realizadas análises químicas, metalográficas, ensaios de tração, impacto e dureza, para cada experimento, assim como foram definidos os principais parâmetros de processo em termos de tempo e temperatura de vazamento e composição química, que influenciam nas propriedades mecânicas de tração e impacto da liga. Como conclusão, os resultados mostraram que para atender os requerimentos da norma DIN EN 1563-1998, EN-GJS-400-18 LT , a matriz 100% ferritica é fundamental e que é extremamente importante analisar tanto o número de nódulos como a nodularidade, assim como a velocidade de resfriamento e o percentual de silício visto que foi verificado que estes parâmetros influenciam diretamente nos valores de resistência e impacto.

Orientador: Amauri Hassui / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-12T23:13:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RossiNeto_Eneas_M.pdf: 13972971 bytes, checksum: 1c7b89f4fdc28248118cde9b4b90db25 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Neste trabalho procurou-se estudar e desenvolver um processo inédito de usinagem para ser implementado na manufatura dos cilindros automotivos, componentes muito importantes utilizados nos motores de automóveis que possuem bloco de alumínio. São poucos e conhecidos os fabricantes do segmento automotivo que fabricam este produto, sendo que, até então, todos utilizavam operação de mandrilamento para usinagem do diâmetro interno da camisa. Entre outras vantagens, este trabalho propõe aumentar a produtividade de maneira significativa, atendendo todas as especificações técnicas do produto. A operação de mandrilamento foi substituída por torneamento interno, utilizando um centro de torneamento com sistema de carga e descarga integrado, ferramentas de corte e dispositivos de fixação especiais e estratégias de usinagem diferenciadas. As camisas para cilindro são fabricadas de ferro fundido cinzento centrifugado, um material extremamente abrasivo que requer cuidados na sua manufatura. Após o desenvolvimento completo do processo e prévios ensaios de usinagem para definição das premissas, utilizou-se uma metodologia objetiva para otimização do processo proposto, realizada no ambiente fabril, considerando todas as variáveis encontradas nas condições reais de produção. Os resultados obtidos mostraram que os insertos de metal duro com cobertura apresentaram um melhor desempenho que os insertos de cerâmica à base de nitreto de silício e de óxido de alumínio na aplicação em estudo, sendo constatado também as melhores condições de corte para o torneamento interno de cilindros automotivos de ferro fundido cinzento centrifugado / Abstract: This investigation describes and shows an unprecedented machining process to be used for manufacturing cylinder liners, which are very important parts used in aluminum engine blocks for automobiles. There are few known companies that manufacture this kind of component, and until now, all of them use a boring process to machine the internal diameter of the cylinder liner. Among other advantages, this investigation intends to increase significantly productivity, while respecting all technical specifications of the product. The boring process was replaced by internal turning, which uses a turning center with load/unload system, special cutting tools and clamp devices, as well as audacious machining strategies. The cylinder liners are made from centrifuged gray cast iron, an extreme abrasive material that needs special care during its machining process. After the complete development of the process and tryouts to define the preliminary data, it has been used an objective methodology to optimize the proposed process, developed on the shop floor, considering all the variables found in real production conditions. The investigation results shown the carbide inserts had better performance than the silicon nitride and aluminum oxide ceramic inserts in this studied application, evidencing the best cutting conditions to internal turning for cylinder liners made of centrifuged gray cast iron / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Maria Helena Robert / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-13T05:19:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cristofolini_Renato_D.pdf: 5642775 bytes, checksum: 04967fdc1ef436f81dd6c3fb1fcb52d0 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Este trabalho analisa a tixohabilidade, a viabilidade de produção de pastas tixotrópicas e as transformações de fase que ocorrem na tixofundição do ferro fundido nodular ASTM A536 60-40-18. A análise da tixohabilidade é feita através de análises térmicas utilizando técnicas de Análise Térmica Diferencial (ATD) e Calorimetria Exploratória Diferencial (CED) em diferentes condições operacionais (tipo de ciclo e taxas de aquecimento/resfriamento), e através de simulação termodinâmica utilizando software THERMOCALC®. São discutidas a influência das condições dos ensaios nas temperaturas de transformações e intervalos de solidificação, e os resultados comparados com os obtidos por simulação. São discutidas as transformações de fases que ocorrem e as respectivas temperaturas, sendo proposto diagrama de fases para a liga específica em estudo. São determinadas a sensibilidade da variação da fração líquida com a temperatura (dFL/dT) e sugeridas janelas de tixoconformação, para todas as condições analisadas. Os resultados obtidos indicam uma faixa de operação para a tixoconformação da ordem de 20oC, onde uma transformação eutética se faz presente e a variação da fração líquida com a temperatura pode ser controlada adequadamente. A janela de tixoconformação depende da taxa de transferência de calor empregada: quanto maior a taxa, maior o intervalo de transformação eutética e maior a janela de tixoconformação. Quanto à análise da viabilidade de produção de pastas tixotrópicas, foram produzidas pastas por fusão parcial controlada a distintas temperaturas dentro da faixa de operação para tixoconformação determinada previamente. As microestruturas resultantes foram analisadas por microscopia ótica (MO) e eletrônica de varredura (MEV), difratometria de raios-x e microanálise utilizando energia dispersiva (EDS). Os resultados mostram a viabilidade de produção de pastas com características tixotrópicas, nas condições analisadas, apesar da estreita faixa de temperaturas da janela de tixoconformação do material estudado. Mostram ainda que a temperatura de tratamento influencia a quantidade e dimensões dos nódulos de grafita presentes na matriz da pasta, sendo que temperaturas de tixofundição superiores à faixa de transformação eutética podem levar à rápida dissolução desses nódulos e como consequência, o aumento da dureza da liga e redução de sua ductilidade. O produto tixofundido apresenta, à temperatura ambiente, estrutura constituída essencialmente de martensita, resultado do resfriamento rápido da austenita, grafita nodular de pequenas dimensões e de fases complexas em contornos de grãos martensíticos. / Abstract: This work analyses the thixoability, the viability of actual production of thixotropic semi-solid of ferritic nodular cast iron ASTM A536 60-40-18, as well as the phase transformations taking place in the process. Thixoability evaluation is made through thermal analysis by Differential Thermal Analysis (DTA) and Differential Scanning Calorimetry (DSC) tests in different conditions (cycle type and heating/cooling rate), and also through thermodynamic simulations using THERMOCALC® software. Related to these analysis it is evaluated the influence of tests conditions on transformations temperatures and ranges; results are compared to those obtained by simulation. Phase transformations are discussed and a specific phase diagram for the alloy investigated is proposed. Liquid fraction sensitivities with temperature (dFL/dT) are determined, and thixoforming windows are suggested. Results indicate that a thixoforming window in the order of 20°C are available; in this range a eutectic transformation takes place and the liquid fraction can be controlled. Beyond the eutectic temperature liquid fraction increases significantly with temperature variation and processing control can not be assured. Thixoforming windows depend on heat transfer rates: higher the rate, higher the eutectic range and the thixoforming window. To analyse the viability of actually producing thixotropic slurries by partial melting, samples were heated to temperatures within the thixoforming windows previously suggested. Resulting microstructures were analysed by optical and electronic microscopy, X-R diffraction and EDS microanalysis. Results show the feasibility of producing thixotropic semi-solid of the studied nodular iron, in spite of its narrow thixoforming field; treatment temperature influences the size and amount of graphite nodules in the matrix. Higher temperatures can lead to fast dissolution of graphite, jeopardizing the ductility of the material. Thixocast product presents, at room temperature, small nodules of graphite in a martensitic matrix and a complex phase in grain boundaries. / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Os Ferros Fundidos de Alto Cromo (FFAC), por apresentarem excelentes propriedades tribológicas, têm sido amplamente utilizados em aplicações específicas envolvendo elevadas perdas de material por abrasão, especialmente no setor da mineração. Entretanto, a demanda por materiais com maior resistência ao desgaste aumenta continuamente, sendo necessárias novas pesquisas nesta área. Portanto, o presente trabalho objetiva avaliar a utilização do nióbio para aumentar, ainda mais, a resistência à abrasão dos FFAC\'s. Por outro lado, quando o FFAC é utilizado na fabricação de peças com geometrias irregulares (por exemplo, rotores de bombas), o componente pode apresentar diferentes níveis de refinamento da microestrutura, entre as regiões finas e espessas, devido às variações na taxa de resfriamento. No presente trabalho foi avaliado, o efeito do grau de refinamento da microestrutura, e a interação do refinamento com a adição de nióbio, na resistência ao desgaste abrasivo dos FFAC\'s. Para tanto, foram desenvolvidos quatro estudos principais: no primeiro estudo foram fabricados blocos de FFAC variando o grau de refinamento da microestrutura e foi mostrado que: grandes incrementos no grau de refinamento resultam em maiores perdas de massa por abrasão. Nas microestruturas menos refinadas, os carbonetos de cromo M7C3, de maior tamanho, são menos susceptíveis ao micro trincamento e podem, ocasionalmente, atuar como barreiras ante os eventos abrasivos. Em uma segunda série de experimentos, foi avaliada a interação do efeito do grau de refinamento da microestrutura com a adição de nióbio em teores baixos (1 %); mostrando que, para microestruturas com alto grau de refinamento, adições de nióbio reduzem as perdas de massa por abrasão em até 50 %. Em uma terceira série de experimentos foi avaliada a interação dos efeitos da adição de nióbio e de molibdênio. Quando comparado com a liga isenta de molibdênio, adições simultâneas de nióbio e molibdênio resultaram em microestruturas mais refinadas, com maior microdureza da matriz, e com carbonetos de nióbio (NbC) de maior dureza. Para condições de desgaste abrasivo por baixos esforços, onde o desgaste foi mais acentuado na matriz, adições simultâneas de nióbio e molibdênio resultaram em aumentos da resistência á abrasão dos FFAC estudados. Na última etapa do trabalho foi adicionado 3 % de nióbio em um liga de FFAC com composição química inicial hipereutética (25%Cr/3%C), a qual apresentaria carbonetos primários de cromo M7C3 de grande tamanho que induziriam comportamento frágil do material quando exposto ao desgaste. Porém, a adição de nióbio resultou em um FFAC com microestrutura mais refinada (eutética), contendo NbC\'s compactos e por conseguinte, mais resistente ao desgaste abrasivo. / High Chromium Cast Irons (HCCI\'s), because of their excellent tribological properties, have been widely used for specific applications involving high wear rates by abrasion, especially in the mining sector. However, the demand for materials with higher wear resistance is continuously growing and thus further research is needed in this area. For that reason, the current work purposes to assess the use of niobium to further increase the wear resistance of HCCI\'s. On the other hand, when HCCI is used for manufacturing components with irregular geometries (e.g. pump impellers), the components thin and thick regions can contain different levels of structure refinement due to variation in their cooling rates. In this work, the effect of structure refinement and the interaction between structure refinement and niobium addition on the abrasion resistance of HCCI\'s were evaluated. For that purpose, four systematic main studies were developed: in the first study, blocks of HCCI were manufactured varying the structure refinement and it was shown that large increases in the degree of structure refinement result in higher wear mass losses by abrasion. In less refined microstructures, the larger M7C3 chromium carbides are less susceptible to microcracking and can occasionally act as a barrier to abrasive particles. In the second series of experiments, the interaction between structure refinement and niobium addition in low concentrations (1 %) was evaluated; showing that for more refined microstructures, niobium additions reduce the mass losses by abrasion up to 50 %. In the third series of experiments, the interaction between niobium and molybdenum additions was evaluated. Compared to molybdenum-free alloy, simultaneous additions of niobium and molybdenum resulted in a more refined microstructure, higher hardness of the matrix and harder niobium carbides (NbC). For Low Stress Sliding Abrasion (LSSA) wear configuration, where wear was more pronounced in the matrix, simultaneous addition of niobium and molybdenum resulted in increase of abrasion resistance in the studied HCCI. In the last stage of this work, 3 % of niobium were added in an HCCI alloy with hypereutectic initial chemical composition (25%Cr/3%C), which presents primary large sized chromium carbides that induce a brittle behavior of the HCCI when subjected to wear. However, the niobium addition resulted in a more refined microstructure (eutectic) HCCI containing compact-shaped NbC carbides, and consequently in more resistance to abrasive wear.

Ferros fundidos cinzentos ligados com cromo e molibdênio são utilizados em cabeçotes de motor para se obter alta resistência à tração e à fadiga (com menores seções), maior resistência à temperaturas elevadas e maior estabilidade térmica. No presente trabalho é feita uma avaliação da influência da adição dos elementos de liga cromo e molibdênio na solidificação e na formação de rechupes em ferros fundidos cinzentos, através da fundição de corpos de prova com diferentes composições químicas, variando porcentagens de cromo e molibdênio comumente utilizadas em ferros fundidos cinzentos de alta resistência. Além da composição química, foi variada a porcentagem de inoculação nas ligas, através da adição de 0,2% e 0,6% do inoculante FeSi75. A simulação de fundição, utilizando o software para simulação do processo de fundição Magmasoft, foi aplicada para desenvolver um corpo de prova com tempo de solidificação similar ao de um cabeçote de motor. Depressões foram detectadas no topo dos corpos de prova, tendo sido caracterizadas como rechupes primários; microrechupes foram detectados no centro térmico, caracterizados por rechupes secundários. O volume das depressões foi medido, através de preenchimento com água. Os microrechupes foram avaliados de forma qualitativa através do ensaio de líquidos penetrantes e análise metalográfica. A avaliação da seqüência e morfologia de solidificação das fases formadas foi realizada através de análise térmica e, posteriormente, através de análises metalográficas. As temperaturas de reação eutética estável e metaestável foram calculadas através de software de termodinâmica computacional Thermocalc. A adição dos elementos de liga Cr e Mo em menores teores não causaram diferenças significativas no volume das depressões, tão pouco na presença de microrechupes. Porém adições combinadas de 0,4%, 0,6% e 1,0% de cromo e molibdênio apresentaram um aumento significativo no volume de depressão. Os resultados de simulação apresentaram resultados e curvas de solidificação similares às obtidas na prática industrial e maior tendência para a formação de rechupes primários com adições crescentes de cromo e molibdênio. Já em relação à tendência à formação de microrechupes somente adições combinadas de 0,6% e 1,0% apresentaram efeito significativo. Maiores porcentagens de adição de inoculantes aumentaram o volume tanto de depressões quanto de microrechupes, principalmente nas ligas contendo 1,0% de cromo e molibdênio. / Grey cast iron alloyed with chromium and molydnenum are used in cylinder heads to obtain high fatigue and ultimate strength (with less wall thickness), higher strength to elevated temperatures and higher thermal stability. This research presents an evaluation of the influence of chromium and molybdenum in solidification and shrinkage defects of grey cast iron alloys. The evaluation was made varying the percentages of chromium and molybdenum commonly used in high resistance grey cast iron alloys. Also the percentage of inoculation was varied with additions of 0,2% and 0,6% of the inoculant FeSi75. The foundry simulation, applying the software to simulate the foundry process MagmasoftÒ, was used to develop a test cast that should present the same solidification time of a cylinder head. Primary shrinkage defects were detected in the top of the test parts characterized as sinks and secondary shrinkage defects were detected in the hot spots, characterized as micro shrinkage porosity. Sinks volumes were measured by water filling. The micro shrinkage porosity was evaluated by liquid penetrant examination and metallographyc analysis. The solidification sequence and morphology of the phases were evaluated by thermal and metallographyc analysis. The stable and metastable eutectic reaction temperatures were calculated by ThermocalcÒ software. The compositions with less alloy additions did not present differences in the sinks or in the micro shrinkage porosity volumes. But combinations of 0,4%, 0,6% and 1,00 % of chromium and molybdenum presented a significant increase of sinks volumes. The simulation results presented similar results of solidification and cooling curves measured in the foundry and also presented the same tendency of primary shrinkage defects increase with additions of chromium and molydenum. Combinations of 0,6% and 1,00% of chromium and molybdenum presented an increase of micro shrinkage porosity volumes. Higher inoculant additions increased the volumes of both defects, mainly in combinations of 1,00% of chromium and molybdenum.