As ligas de ferro fundido branco multicomponente são aços rápidos resistentes ao desgaste em temperaturas elevadas. Estes aços apresentam carbonetos eutéticos do tipo MC e M2C quando no estado bruto de fundição. Neste trabalho foi caracterizada a microestrutura dos produtos de decomposição após tratamentos térmicos do carboneto eutético metaestável M2C de uma liga de ferro fundido multicomponente com composição (em % peso): 2 wt% de C e 5 wt% de cada um dos elementos V, Cr, Mo e W, o restante é Fe. A liga de ferro fundido multicomponente foi tratada isotermicamente a 950°C e a 1.050°C por tempos crescentes em forno poço com sal fundido e em forno mufla inseridas em ampolas de sílica sob vácuo. Os tempos de tratamento foram: 10s, 100s, 600s, 1.800s, 1 hora, 2 horas e 15 horas. As técnicas de caracterização envolvidas foram: difração de raios X de carbonetos extraídos, metalografia através de ataques seletivos, microscopia eletrônicas de varredura (SEM), microscopia eletrônica de transmissão e varredura (STEM), espectrometria por energia dispersiva de raios X (EDS) e difração de elétrons por área selecionada (SAED). Os resultados sugerem que além dos carbonetos MC, M2C irregular e regularcomplexo e M7C3 descritos na literatura, observa-se a presença de um novo tipo de carboneto M2C metaestável rico em cromo na liga no estado bruto de fundição. Os carbonetos metaestáveis M2C se decompõem em carbonetos M6C, em carbonetos M7C3 e finalmente MC globular com o aumento da temperatura e/ou com tempos crescentes de tratamento térmico. O carboneto M7C3 após tratamento térmico de longa duração passa por um processo de esferoidização e depois engrossamento. / Multicomponent White Cast Iron are high temperature wear resistant ferrous alloys, presenting eutectic MC and M2C carbides in their as cast structure. In the present work the decomposition microstructures of the metastable M2C carbide after heat treatments was characterized in a model multicomponent white cast iron with composition (in weight): 2 wt% C and 5 wt% of each of the carbide forming alloying elements V, Cr, Mo and W, and with the balance Fe. The model multicomponent alloy was isothermally treated at 950°C and 1.050°C for increasing time periods using a salt bath pit furnace and a muffle furnace using samples encapsulated in silica glass ampoules under vacuum. Treatment times were: 10s, 100s, 600s, 1.800s, 1 hour, 2 hours and 15 hours. Characterization techniques used were: X Ray diffraction of extracted carbides, optical microscopy metallography with selective etching techniques, scanning electron microscopy (SEM), X ray energy dispersive spectroscopy (EDS), transmission and scanning electron microscopy (STEM) and selected area electrons diffraction (SAED). Besides the MC, irregular and regular-complex M2C and M7C3 described in the literature, it was found in the as cast alloy also a hitherto unknown chromium rich M2C carbide. The metastable M2C carbides decompose into M6C carbides, then M7C3 and finally globular MC with increasing temperatures and/or increasing times at heat treatment temperatures. After long times heat treatments the M7C3 carbides, spheroidize and coarsen.

Investigou-se o efeito do tamanho de grão austenítico na cinética e na morfologia do produto da reação bainítica de um ferro fundido nodular austemperado (FFNA). Foram estudados 3 tamanhos de grão austeníticos, a saber: GG (grão grosseiro), GM (grao mediano); e GR (grao refinado). A condição GR foi obtida pela austenitização rápida de microestruturas martensíticas. A condição GG foi obtida por tratamento de austenitização em duas etapas, de modo a, respectivamente, provocar o crescimento de grão e manter o teor de carbono igual aos das demais condições. Na segunda etapa do tratamento da condição GG ocorreu precipitação de grafita secundária, que acelerou significativamente a taxa de reação bainítica, possibilitando estudar o efeito da.variação na quantidade de interfaces austenita/grafita e austenita/ austenita sobre a cinética e a morfologia da reação bainítica. O refino do grão austenítico acelerou a cinética de reação, aumentou a proporção de ferrita alotriomorfa de contorno de grão, refinou a microestrutura bainítica (ferrita + austenita retida) e melhorou em 14% o limite de escoamento dos FFNA. Finalmente, a predominância de ferrira alotriomorfa na condição mais fina indica que a formação de interfaces incoerentes (mecanismo difusional ao inves de reação displaciva) durante a austenitização rápida da martensita (aquecimento de 100°C/ s). / The effect of austenite grain size on the kinetics and the morphology of the bainitic reaction in an austempered ductile iron (ADI) has been investigated, Three austenite grain sizes were produced: GG (coarse grain), GH (medium grain) and GR (fine grain), The GR condition was obtained by the rapid austenitization of martensitic microstructures The secondary graphite precipitation observed in GG condition strongly accelerated the rate of bainite formation and made possible the study of the effect of austenite/graphite interface on the kinetics of this reaction, The austenite grain refinement also accelerated the bainite precipitation, increased the proportion of grain boundary alotriomorphs ferrite, refined the bainitic microstructure and improved by 14% the yield stress of ADI, The predominance of grain boundary alotriomorphs in GR was associated to the structure of austenite/austenite interface formed during the rapid austenitization of the studied ductile iron at heating rates of 100oC/s. It is suggested that the dominant mechanism of austenitization in this condition is a thermally activated one (not a displacive transformation). The different morphologies of the austenite decomposition used the Duhê\'s morphological system.

O ADI constitui-se no desenvolvimento mais recente na família dos ferros fundidos nodulares. Com o tratamento de austêmpera, consegue-se produzir uma microestrutura única, constituída de ferrita acicular e austenita estável rica em carbono, a ausferrita, proporcionando alta resistência mecânica aliada à ductilidade e tenacidade, além de boa resistência à fadiga e ao desgaste. Neste trabalho estudou-se o efeito dos elementos de liga Cu, Ni e Mo nas propriedades mecânicas e austemperabilidade do ADI. Foram produzidas barras cilíndricas de ferros fundidos nodulares nos diâmetros de Ø2, Ø3 e Ø4 ligadas com Cu, Cu-Ni, Cu-Ni- Mo respectivamente. Os corpos de prova utilizados nos ensaios de tração, impacto e microdesgaste foram retirados a meio-raio das barras. Posteriormente, cada conjunto de corpo de prova foi austenitizado a 890°C durante 2 horas, sendo em seguida submetido a uma condição de tratamento de austêmpera específica, combinando temperaturas de austêmpera de 300 e 360°C e tempos de 1, 2, 3 e 4 horas. Realizou-se análises microestruturais ópticas e por microscopia eletrônica de varredura para correlacionar propriedades mecânicas com a microestrutura. Na análise de austemperabilidade, as barras cilíndricas foram austemperadas para verificar a variação de microestrutura em função do raio da barra. Verificou-se que a temperatura de austêmpera exerce forte influência na microestrutura do ADI e consequentemente nas propriedades de tração, ductilidade, tenacidade e resistência ao desgaste. Nos tratamentos a 300°C obteve-se uma microestrutura mais refinada, com maior quantidade de ferrita acicular, responsável pela maior resistência mecânica e resistência ao desgaste; enquanto que no tratamento realizado a 360°C obteve-se uma microestrutura mais grosseira, com maior quantidade de austenita estável, responsável pela melhor ductilidade e tenacidade. Nos tempos de austêmpera analisados, não ocorreram variações significativas nas microestruturas e propriedades mecânicas. A resistência mecânica e a tenacidade decresceram com a adição de Mo, provavelmente devido à segregação deste elemento, mas a resistência ao desgaste a seco e a austemperabilidade foram mais efetivas em comparação com ligas contendo Cu e Cu-Ni. No ensaio de desgaste usando-se lubrificante, o ADI ligado com Cu-Ni austemperado a 360°C apresentou uma resistência ao desgaste um pouco inferior a de um aço 17CrNiMo6 cementado. / The ADI is the most recent development in the nodular iron family. With the austempering treatment, a unique microstructure, consisting of acicular bainite ferrite and stable austenite rich in carbon, named ausferrite is produced. This microstructure provides high mechanical strength combined with ductility, toughness and good fatigue and wear resistances. In this work, the effect of alloying elements Cu, Ni and Mo on the mechanical properties and austemperability of the ADI were studied. To conduct these studies, cylindrical bars with diameters of Ø2\", Ø3\" and Ø4\" were cast with Cu, Cu-Ni and Cu-Ni-Mo alloying, respectively. The samples were then manufactured by removing specimens from the bar midradius position. Subsequently, each set of the samples was austenitized at 890°C for 2 hours, and then subjected different conditions of austempering treatment. These treatments were developed by combining austempering temperatures of 300 and 360°C with austempering times of 1, 2, 3 and 4 hours. Microstructural analysis was carried out using optical and scanning electron microscopy to correlate mechanical properties with the microstructure. In the austemperability analysis, cylindrical bars were austempered (at 360°C for 3 hours) to correlate microstructure and radius. The experimental results showed that the austempering temperature exerts strong influence on the ADI´s microstructure and consequently on the mechanical properties. The austempering temperature of 300°C produced the best results, a refined microstructure, with a greater amount of acicular ferrite, responsible for greater strength and wear resistance. The austempering temperature of 360°C produced a coarse microstructure, with larger amount of austenite and responsible for better ductility and toughness. The austempering times used in this work did not produce significant variations in the properties and microstructures. Regarding alloying elements, the mechanical strength and toughness decreased with the addition of Mo, probably due to the segregation of this element, but the wear resistance and austemperability were more effective when compared with the alloys containing Cu and Cu-Ni. In the lubricated wear test, the ADI alloyed with Cu-Ni and austempered at 360°C presented a wear resistance only a fraction lower than a cemented 17CrNiMo6 steel.

Os discos de freio, durante a frenagem, são submetidos a tensões térmicas e mecânicas que podem ser relativamente altas quando muito bruscas (frações de segundo), situação em que a temperatura pode chegar a valores próximos de 600ºC. Esta variação de temperatura provoca choques térmicos que podem gerar trincas e/ou uma grande quantidade de deformação plástica no disco. A proposta deste trabalho foi a de investigar, através de experimentos, o comportamento mecânico e físico em quatro ligas de ferro fundido cinzento (A, B, C e E), utilizadas para produzir discos de freio de veículos automotivos. Para tanto, foram realizados ensaios termomecânicos de baixo ciclo em corpos de prova, entre 300ºC e 600ºC, nas condições em fase e fora de fase, adotando o critério de falha em 50% da tensão máxima (ASTM E-606) e em componentes (discos), além daqueles de difusividade térmica desde a temperatura ambiente até 600ºC. As curvas deformação em função da vida ( N) foram obtidas e analisadas segundo norma ASTM E 466/468. A análise microestrutural nos corpos de prova e peças, após os ensaios de fadiga, serviu para revelar a influência da morfologia e quantidade de grafita e da matriz sobre as propriedades mecânicas. A medição das difusividades térmicas teve como objetivo a verificação da influência do carbono equivalente e dos elementos de liga sobre esta propriedade física. Observou-se que, durante os ensaios de fadiga termomecânica em fase, em função da decomposição de parcela da cementita da perlita, houve, nos materiais, a chamada expansão grafítica, que teve influência na parte trativa do ciclo, diminuindo as tensões necessárias para se alcançar determinadas amplitudes de tensão mecânica. Pelos gráficos de amplitude de deformação mecânica em função do número de reversos para falhar, sob fadiga termomecânica em fase e fora de fase, observou-se que a melhor liga de ferro fundido cinzento foi a liga E. Esta constatação implicará em uma significativa redução dos custos de produção dos discos de freio, pois se poderá prescindir do elemento de liga Molibdênio, extremamente caro. Comparando-se os resultados de fadiga termomecânica com os de fadiga isotérmica a 25ºC, 300ºC e 600ºC, pôde-se verificar que os ensaios mais críticos foram os fora de fase, pois conduziram, comparativamente, a vidas menores. / Brake discs are submitted to thermal and mechanical stress that can be relatively high during abrupt braking action happens (fractions of seconds), causing the temperature to reach values as high as 600ºC. This temperature variation results in thermal shocks that can generate cracks and/or a large amount of plastic deformation in the disk. The main aim of this work was to investigate, through experiments, the mechanical and physical behavior of four alloys of gray cast iron (A, B, C and E), used to produce brake discs of automotives vehicles. Low cycle thermomechanical fatigue tests were carried out in components (discs) and in test specimens, between 300ºC and 600ºC, in the conditions in-phase and out-of-phase, adopting the failure criterion of 50% drop of the maximum tensile stress (ASTM E - 606). Thermal diffusivity values were measured from room temperature up to 600oC in order to analyze the effects of carbon content and alloying elements in physical properties. Curves -N were obtained and analyzed according to ASTM E 466/468 standard. Microstructural analysis was employed to reveal the influence of the matrix and morphology/amount of graphite on the mechanical properties. It was observed that, during in-phase thermomechanical fatigue tests, the volume expansion due to cementite decomposition into graphite and ferrite caused a decrease in the tensile stress necessary to achieve the mechanical strain imposed during tests. From M/2 x 2Nf graphs it was inferred that alloy E presented the best performance both in in-phase and out-of phase tests. The lack of Mo in this alloy implies in a significant reduction of cost production of the brake discs, due to the high cost of such alloying element. Out-of-phase thermomechanical fatigue tests resulted in shorter lives compared to isothermal fatigue tests carried out at 25ºC, 300ºC and 600ºC.

Este trabalho tem por objetivo apresentar os resultados obtidos com o uso da técnica de campo magnético induzido durante o tratamento térmico do Ferro Fundido Nodular em desenvolvimento de núcleos de alto-falantes. Para este estudo foi escolhido como material o Ferro Fundido Nodular devido ao baixo custo de obtenção das peças e também por ser um material de fácil aquisição no mercado. Foram confeccionadas 90 amostras deste Ferro Fundido Nodular com percentuais diferenciados de Ferro, Silício e Carbono, sendo que as amostras quando foram submetidas ao tratamento térmico de recozimento também sofreram a indução magnética. Os parâmetros utilizados no tratamento térmico situaram-se na faixa de temperatura de aquecimento de 900ºC até 920ºC e uma indução magnética "B" entre 16000 e 20000 Gauss. O grande desafio deste trabalho estava no fato de que variações de composição das ligas de ferro fundido nodular, aliadas as inclusões de outros materiais não magnetizáveis, modificavam, para pior, o desempenho dos núcleos dos alto-falantes. Para obter-se, então, uma estrutura em que o fluxo magnético pudesse permear, buscou-se primeiramente selecionar a liga de ferro fundido eliminando ao máximo os materiais não magnetizáveis, e só então, estudar um processo de tratamento térmico com indução magnética que tornasse o material adequado ao uso nos núcleos de alto-falantes Para melhorar as propriedades magnéticas de forma contundente, buscou-se através do recozimento com campo induzido um alinhamento dos domínios, ou seja, uma ordenação dos "spins" dentro dos grãos do material que juntamente com a elevação de temperatura tenderam a ter um mesmo sentido, facilitando de maneira significativa a passagem do fluxo magnético, propriedade importante para o desempenho dos núcleos de alto-falantes. Foram realizados recozimentos com campo induzido observando-se o desempenho da permeabilidade magnética inicial das peças e posteriormente medidas com equipamento de saturação de campo. Esses resultados foram correlacionados com os dados obtidos pelo uso do aço SAE 1020, nas mesmas condições de uso e teste de laboratório. Foram realizados estudos metalográficos, além de análises de composição química das amostras e a relação destes fatores com as propriedades magnéticas. Também foram estudados os dados de usinabilidade das amostras do ferro fundido nodular tratadas termicamente com indução magnética e subseqüentemente comparados com o Aço SAE 1020. Do ponto de vista científico, uma das contribuições deste trabalho, está na influência da indução de campo magnético durante o tratamento térmico das amostras, pois é possível verificar um ganho significativo nas propriedades magnéticas apresentadas pelos núcleos dos alto-falantes durante os testes de desempenho. A outra está no fato de que ganhos correlacionados ao design do produto possibilitam utilizar o ferro fundido como uma alternativa economicamente viável e perfeitamente ajustável à alta performance dos alto-falantes. Como resultado deste estudo foi demonstrado à possibilidade do uso do recozimento com indução magnética, como forma de aumentar a permeabilidade de um material com alto teor de carbono, no caso específico, o ferro fundido nodular. Este trabalho permite afirmar que é possível desenvolver núcleos magnéticos de alto-falantes em ferro fundido nodular com alto desempenho e também sugerir que outras aplicações onde seja necessário aumento do desempenho magnético esta técnica possa ser aplicada. / This work aims to present the results obtained with the use of induced magnetic field during the heat treatment of Nodular Cast Iron for speaker cores. For this study development, the chosen material is the nodular cast iron due to the low trading costs and ease of purchase on the market. Ninety samples of nodular cast iron were constructed, with different iron, silicon and carbon contents. Samples, when subjected to annealing, were also subjected to magnetic induction. The final temperature on the heat treatment was in the range of 900ºC to 920ºC, and the magnetic induction was in the range of 16000 to 20000 Gauss. The challenge of this work was in the fact that compositional changes in the nodular cast iron, allied to inclusions of non-magnetizable materials, modify for worse the performance of speaker cores. To obtain a structure that the magnetic field could permeate, the cast iron alloys were selected to eliminate, at most, the presence of non-magnetizable materials, and only then consider a heat treatment process with magnetic induction to make the material suitable for use in speaker cores. To improve the magnetic properties, an alignment of dipoles of the material, through induced magnetic field during annealing was intended. Annealing with induced magnetic field was carried out, observing the performance of the initial magnetic permeability of the samples, and subsequently measured with field saturation equipment The results were correlated with the obtained data from the use of the SAE 1020 steel, with the same conditions of use and laboratory tests. Metallographic and chemical composition analyses were carried out on the samples, and the correlation of these data with the magnetic properties was estmated. Also machinability of the thermal treated with magnetic induction nodular cast iron samples were analyzed and compared with the SAE 1020 steel. From the scientific point of view, one of the contributions of this work is the influence of induced magnetic field during the heat treatment of the samples, since it was possible to verify a significant gain in the magnetic properties of the speaker cores during the performance tests. Another contribution is the fact that gains correlated with the design of the product enable the use of cast iron as an economically viable and fully adjustable material to the high performance of subwoofers. As a result of this work, the possibility of using annealing with magnetic induction was presented as a way to increase the permeability of a material with high carbon content, in this particular case, the nodular cast iron. This research allows asserting that it is possible to develop speaker magnetic cores of nodular cast iron with high performance and also suggest that this technique can be applied to other applications where it is necessary to increase their magnetic performance.

Orientador: Amauri Garcia / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-08T17:48:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_JorgeAyrtonda_M.pdf: 5941604 bytes, checksum: 9ec8b76ce4cbb57c06994f1a8307f767 (MD5) Previous issue date: 2007 / A análise térmica é amplamente utilizada como método de controle de processos metalúrgicos e na investigação da composição química de ferros fundidos na prática de fundição. Um meio confiável de avaliação da composição de ferros fundidos é disponibilizado pela técnica do Carbono Equivalente, que é baseada na mudança de inclinação da curva de resfriamento na temperatura liquidus durante o resfriamento de uma amostra de ferro fundido a partir do estado líquido. O presente trabalho é focado no desenvolvimento de um novo sensor para análise térmica, um sensor de imersão, que objetiva contribuir com determinações mais confiáveis de composição durante as operações de fundição. Foram desenvolvidos experimentos em diferentes empresas de fundição, utilizando-se tanto o sensor de imersão quanto o tradicional sensor tipo cápsula, normalmente utilizado na prática de fundição. As comparações de composições químicas, medidas por essas duas técnicas e medidas fornecidas por análise de espectrometria de emissão óptica, demonstram que geralmente o sensor de imersão fornece resultados mais confiáveis. Uma análise térmica realizada durante o resfriamento de ferro fundido em um dispositivo unidirecional com uma coquilha, e utilizando um conjunto de termopares, permitiu também a determinação quantitativa de variáveis térmicas de solidificação, tais como: coeficientes transitórios de transferência de calor metal/molde e molde/ambiente e taxa de resfriamento à frente da isoterma liquidus / Abstract: Thermal analysis is a widely used method for metallurgical process control and investigation of alloy composition of cast irons in foundry practice. A reliable means of rapidly evaluating the composition of cast irons is available by the Carbon-Equivalent technique, which is based on the change in thermal arrest temperature of the liquidus as the sample of molten cast iron freezes. The present work focuses on the development of a new sensor for thermal analysis, a dip-sensor, wich aims to contribute to more reliable determination of alloy composition during casting operation. Experiments were carried-out in different foundries by using both the dipsensor and the traditional capsule-sensor, which is normally used in foundry practice. The comparison of alloy compositions measured by these two techniques with analysis performed by Arc/Spark spectrometry has shown that generally the dip-sensor provides more reliable results. Thermal analysis conducted during cooling of molten cast iron in a unidirectional chill apparatus, by using a set of thermocouples, has also permitted the quantitative determination of solidification thermal variables, such as: transient metal/mold and mold/ambient heat transfer coefficients and tip cooling rates / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Avaliou-se experimentalmente o ferro fundido branco de alto-cromo-molibdênio ao qual foi adicionado nióbio, a respeito de sua temperabilidade. Dilatometricamente traçou-se a curva TTT desse material, bem como a de um ferro fundido branco de alto cromo para efeito comparativo. Constatou-se por essa comparação e pelos resultados da literatura a alta temperabilidade obtida pela liga experimental. A partir da temperatura de austenitização utilizada, podem-se usar taxas de resfriamento de até 0,12°C/s sem transformação de fase, enquanto que na liga comparativa essa taxa aumenta para 5,8°C/s. Foram realizadas análises de desgaste abrasivo, de dureza e microdureza, de difração por raios-X , de fase magnética e de microanálise como forma de caracterizar as transformações de fase observadas por dilatometria. As variações estruturais decorrentes dos tratamentos térmicos realizados nas duas ligas foram acompanhados por microscopia ótica. É indicativo pelo presente trabalho que tal material além de suas características inerentes de resistência à abrasão e à corrosão oferece maior flexibilidade nos projetos que envolvam paredes espessas. / In this work we studied the hardenability of high chromium- molibdenum white cast iron with niobium. By dilatometry we obtained the TTT curve of this material as well as the high chromium white cast iron for comparison. This comparison and available results in literature confirm the high temperability of experimental material. We can use slow rate cooling 0,12°C/s or higher without phase transformation, while in the comparative alloy this rate is around 5,8°C/s or higher from specific used austenitic abrasive temperature. We also realized analysis of abrasive wear, hardness and microhardness, raios-X difraction, magnetic phase and microanalyse for verifing the phase transformation as observed by dilatometry. The structure variation as function of termic treatment in both alloys is monitored by optical microscope. The present work indicate that the material under study can offer more flexibility for projects with thick materials apart from intrinsic characteristics of abrasive wear and corrosion.

Visto o alto custo gasto nas linhas de usinagem com processos de rebarbação e a crescente demanda na utilização do ferro fundido vermicular, principalmente em motores diesel, este trabalho visou investigar as rebarbas formadas no fresamento de faceamento em uma face similar à face de fogo de um bloco de motor de ferro fundido vermicular FV450. Foram utilizados insertos de metal duro em fresas de facear com 100 mm de diâmetro. Os ensaios foram divididos em duas etapas. Na primeira etapa foi estudada a influência da geometria da ferramenta e a formação da rebarba remanescente. Na segunda etapa foram aplicados os melhores resultados obtidos durante os ensaios da primeira etapa. Um planejamento fatorial completo foi utilizado para a determinação da quantidade de ensaios desta etapa, variando-se a velocidade de corte, o avanço, a profundidade de corte e o desgaste de flanco. A medição da rebarba foi realizada em duas posições diferentes na borda da peça em questão, gerando assim dois ângulos diferentes de saída da ferramenta da peça. Verificou-se que a altura da rebarba foi menor quando se utilizou insertos de geometria mais positiva. O desgaste e o ângulo de saída da peça interferiram de forma significativa no tamanho da rebarba. Também verificou-se a redução da rebarba com o aumento do avanço e da velocidade de corte e com a diminuição da profundidade de corte. Através do software STATISTICA 8.0 foram obtidos os valores dos efeitos principais e das interações, juntamente com o intervalo de confiança e erro padrão. Por fim o planejamento adotado permitiu a elaboração de um modelo empírico capaz de predizer a altura da rebarba. / Since the high cost spent on machining lines with deburring processes and the growing demand in the use of Compacted Graphite Iron (CGI), especially in diesel engines, this work aims to investigate the burr formation mechanisms during face milling of CGI FV450, in a face similar to the combustion face of an engine cylinder block. Carbide inserts were used in a 100 mm of diameter milling cutter. The tests were divided into two stages. In the first stage the following variables were studied: tool geometry and milling with remaining burrs from previous milling. In the second stage, were applied the best results obtained during the tests of the first stage. A Complete Factorial Planning was used to specify the amount of experiments, varying cutting speed, feed rate, cutting depth and the flank wear. The burrs measurement was performed in two different positions of the workpiece exit border, generating two different exit angle from the workpiece. It was found that the burr height was lower with more positive geometry. The wear of the tool and exit angle from the workpiece interfered significantly the burr height. It was observed the decrease of the burr height with the increase of the feed rate and cutting speed and with the decrease of the cutting depth. Through the software STATISTICA 8.0 values were obtained for main effects and interactions, along with confidence intervals and standard error. Finally, the plan adopted allowed the development of an empirical model capable of predicting the burr height.

Este estudo apresenta uma abordagem para a avaliação do comportamento de um ferro fundido branco de alto cromo e um aço ferramenta AISI D2 submetido a ciclos térmicos. Para a realização do estudo foi desenvolvido um procedimento para ensaios de fadiga térmica submetidos a números de ciclos variados, usando para aquecimento um sistema indutivo e para resfriamento um tanque de água. Devido a complexidade dos fenômenos envolvidos, um modelo de elementos finitos foi elaborado para a solução do campo de temperaturas e tensões superficiais atuantes. O controle da tensão superficial atuante foi realizado por meio da mudança de geometria do corpo de prova, sendo esta geometria resultante de teste por simulação computacional. Os corpos de prova foram caracterizados quando a sua microdureza e fração volumétrica de carbonetos antes do ensaio e após ensaio foram caracterizados quanto a sua microdureza, número e profundidade das trincas. O regime de propagação durante os primeiros 50 ciclos foi controlado por mecanismo de fadiga de baixo ciclo, exibindo as maiores velocidade de propagação das trincas e o regime de propagação depois dos 50 ciclos foram controlados por mecanismos de fadiga de alto ciclo. A nucleação das trincas ocorreu predominantemente pela interface matriz/carboneto e pelo próprio carboneto, sendo a propagação das trincas predominantemente pela interconexão de carbonetos fraturados na superfície do material e predominantemente na interface matriz carboneto em camadas mais profundas do corpo de prova. Os resultados obtidos mostraram uma boa correlação entre o ensaio e o modelo numérico, permitindo uma maior confiabilidade para execução do modelo mecânico subsequente. Baseado nos resultados foi possível propor uma metodologia para a avaliação de ambos materiais submetidos a ciclos térmicos. / This study presents an approach to evaluate the behavior of high chromium white cast iron and AISI D2 tool steel submitted at thermal cycles. It was developed a procedure for a thermal fatigue test in different times of cycles were done, using induced heating and water cooling. Due to the complexity of the phenomena involved, a FEM study was performed for solving the temperatures and superficial stresses fields. The control of superficial stress was done by changing the geometry of the test specimens, what was defined by computational simulation. The test specimens were evaluated the microstructure, microhardness and carbides contends before the test. After the test were evaluated microhardness, amount and depth of thermal fatigue cracks. The propagation during the earlier cycles was defined by mechanics of low cycle instead of after 100 cycles that was defined by mechanics of high cycle fatigue. This mechanics was observed by crack velocity analyses in both periods. The nucleation of thermal fatigue cracks initiate mostly at the matrix/carbide interface or at the carbide itself, being the cracks propagation was mainly by the interconnection of fractured carbides at surface and mainly at the interface matrix/carbide in the inner layer of the specimens test. The results obtained showed an adherence between the test and the numerical model, allowed a greater reliability to the subsequent mechanical model. Based on the results was possible propose a methodology for evaluation of both materials subjected a thermal cycles.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:36:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ricardo Mazziero Quartarolo.pdf: 8600660 bytes, checksum: 6058bd2a64c8a23a963ef69194501521 (MD5) Previous issue date: 2015-11-30 / Increasing the energy efficiency of internal combustion engines manufactured for light vehicles is a growing demand from society due to the importance of the transport sector in relation to emissions of greenhouse gases. In a move led by the developed countries of Europe, regulatory agencies have been imposing aggressive emission reduction targets for new cars. The reduction of the mechanical losses caused by friction between engine components through the development of new technologies and materials is mandatory for the most industries involved in the manufacture of engines. The piston rings are responsible for much of the losses due to their adverse operating conditions within the combustion chamber. The interaction between the rings and the cylinder is decisive in determining beyond the mechanical friction losses, wear of the assembly, oil consumption and power. The improvement of mechanical properties of piston rings by heat treatment is an important alternative to reduce friction. The reduction of tangential force is especially important in the rings of the second channel, although they are known as scraper rings, in practice its main function is to stabilize the piston and prevent compression ring floating and consequently the flow of combustion gases into the crankcase. Results suggest that bainitic microstructure, obtained by austempering of the piston rings made from gray cast iron enables the reduction of their tangential force. This reduction has a positive relationship with the engine operating temperature exposure time as found in simulations carried out at constant temperature and logarithmic timescale. / O aumento da eficiência energética dos motores de combustão interna utilizados por automóveis leves é uma demanda crescente da sociedade, devido à representatividade do setor de transporte em relação às emissões dos gases do efeito estufa. Em um movimento liderado pelos países desenvolvidos da Europa, as agências reguladoras vêm impondo metas agressivas de redução de emissões para automóveis novos. A redução das perdas mecânicas geradas pelo atrito entre os componentes do motor através do desenvolvimento de novas tecnologias e materiais é mandatório entre a maior parte das indústrias envolvidas na fabricação de motores. Os anéis de pistão são responsáveis por grande parte dessas perdas, devido às suas condições de operação adversas dentro da câmara de combustão. A interação entre os anéis e o cilindro é decisiva para determinar além das perdas mecânicas por atrito, o desgaste do conjunto, consumo de óleo e potência. A modificação das propriedades mecânicas dos anéis de pistão através de tratamento térmico é uma alternativa importante para reduzir o atrito. Esse efeito é especialmente importante nos anéis de segunda canaleta, que apesar de serem considerados anéis raspadores, na prática tem como principal função estabilizar o conjunto e evitar a flutuação do anel de compressão e consequentemente a passagem de gases de combustão para o cárter. Os resultados sugerem que a microestrutura bainítica, obtida através da austêmpera dos anéis de pistão fabricados a partir de ferro fundido cinzento possibilita a redução da força tangencial, sendo que essa redução apresenta uma relação positiva com o tempo de exposição à temperatura de trabalho do motor conforme constatado em simulações realizadas à temperatura constante e escala logarítmica de tempo.