Com a grande demanda do mercado brasileiro, e mundial, por desenvolvimento de novas tecnologias, redução de custos e de complexidade, os processos industriais buscam cada vez mais alternativas inovadoras. Para que essa evolução seja possível, é fundamental que todos os componentes da cadeia industrial também se desenvolvam, tornando assim as matérias primas, como aços, polímeros, alumínio, e outros metais que estão na base da cadeia, um grande foco de estudos. A indústria siderúrgica, em específico, vem buscando este desenvolvimento nos últimos anos, trabalhando principalmente no desempenho que os materiais terão nos processos industriais, tais como estampagem, soldagem e muitos outros. O processo de estampagem requer o desenvolvimento destes materiais, já que este solicita matérias primas com um bom desempenho mecânico, capaz de absorver possíveis variações e dificuldades que existem em uma linha de produção industrial. Para que este objetivo seja atingido, deve-se dedicar tempo e recursos para encontrar a combinação ideal entre pesquisa e processo produtivo e, assim, otimizar as características mecânicas e químicas dos materiais para o desenvolvimento da cadeia industrial. No contexto da estampagem há um bom indicativo para prever qual será o desempenho de um material: a Curva Limite de Conformação (CLC). Neste presente trabalho os conceitos da CLC serão discutidos, e aplicados a dois aços inoxidáveis distintos, um da família ferrítica (DIN 1.4509) e outro da família austenítica (AISI 321). Além disso, também serão abordadas as principais características metalúrgicas e mecânicas, correlacionadas à estampagem, destes materiais e as principais formas de utilizar estas informações na prática industrial com o objetivo de aperfeiçoar o desempenho do material nos processos e principalmente, quando possível, promover a migração de uma liga austenítica, por uma liga ferrítica, com o objetivo de redução e estabilidade nos custos. / With the increase of the market demand, both in Brazilian, and in the world, for the development of new technologies, cost and complexity reduction, the industrial processes have been investigating for innovative solutions. In order to this evolution to take place all industrial chain players would have to develop. Therefore all raw materials, such as steels, polymers, aluminum and other metals are in evidence to become the focus of investigation. The steel industry, in particular, has been searching for this evolution over the last years, working in their processes with the goal to increase the performance of the grades on the industrial processes, such as deep drawing, welding, and many others. The deep drawing process is a great motivator to the development of the steels, since it requires a high mechanical performance from the material, to absorb possible variations and difficulties which may occur in an industrial production line. In order to achieve this goal, time and resources must be spent to find the perfect combination between research centers and production processes, optimizing the chemical and mechanical characteristics of the steels, so the development of the whole chain can also advance. Within the deep drawing field of study, a good indicative to predict the material\'s performance is the Forming Limit Diagram (FLD) and in this work the concepts of these FLD\'s will be discussed and applied to two stainless steel grades: a ferritic stainless steel (DIN 1.4509) and an austenitc stainless steel (AISI 321). In addition, the main metallurgical and mechanical properties of these materials, related to the deep drawing, will be approached along with the best ways to apply this kind of information to the industrial practices, in order to increase the material performance and, whenever possible change the austenitic stainless steel to the ferritic stainless steel, in order to reduce and keep the costs stable.

A soldagem tem grande importância no setor metroferroviário, pois é empregada na fabricação de componentes estruturais e no acabamento de vagões de passageiros, que em sua maior parte são de aço inoxidável. As juntas soldadas podem apresentar descontinuidades que são interrupções que afetam as propriedades mecânicas e metalúrgicas da junta soldada. A presença destas descontinuidades, dependendo do seu tamanho, natureza ou efeito combinado, pode ocasionar a reprovação da junta soldada, quer pela redução de propriedades mecânicas ou pela não aceitação, segundo critérios estabelecidos em normas. Uma estrutura que tenha uma solda reprovada durante sua qualificação ou inspeção, pela presença de descontinuidades pode ser recuperada, por meio de um retrabalho a ser realizado nesta junta. A refusão do cordão de solda por meio do processo TIG (Tungsten Inert Gas), sem a utilização do material de adição, é uma técnica de retrabalho que pode ser empregada, em especial pela viabilidade técnica e econômica do processo. Neste estudo analisou-se a influência que o processo de reparo por soldagem TIG exerceu no comportamento mecânico e microestrutural das juntas soldadas pelo processo MIG, por meio de: ensaios mecânicos (tração, fadiga e microdureza Vickers), ensaios não destrutivos (inspeção visual e líquidos penetrantes) e caracterização microestrutural do cordão de solda. Resultados das amostras de ensaio de tração e fadiga indicaram que o reparo dos cordões de solda não alterou o comportamento mecânico das juntas. As juntas submetidas ao reparo nas quais foram retirados os reforços dos cordões apresentaram modificações nas propriedades mecânicas, mas também apresentaram resultados satisfatórios. / The welding has great importance in manufacture of subway cars because it is used in the manufacture of structural components and finishing in passenger cars which are mostly stainless steel. Joints may show the presence of discontinuities. The discontinuities are interruptions that affect the mechanical and metallurgical properties of the weld. The presence of these discontinuities, depending on their size, nature or the combined effect may lead to failure of the weld either by reduction of mechanical properties or non-acceptance criteria established in standards. A structure that has a weld failed during its qualification or inspection by the presence of discontinuities can be retrieved through a rework to be done in this joint. The remelting of the weld using the TIG process without the use of additional material, rework is a technique that can be employed in particular the technical and economic feasibility of the process. This study analyzes the influence that the process of TIG welding rework has on mechanical behavior and microstructure of welded joints by means of: mechanical tests (tensile and Vickers hardness), non-destructive testing (visual inspection and liquid penetrant) and characterization microstructure of the weld. Results of tensile test specimens and fatigue indicated that the repair of the weld beads did not change the mechanical behavior of joints. The joints subjected to repair in which they were removed the ribs of the beads showed changes in the mechanical properties, but also had satisfactory results.

Este trabalho tem por objetivo estudar a eficiência dos oxiânions molibdato (MoO4 2-) e tungstato (WO4 2-) na inibição da corrosão localizada em aços inoxidáveis austeníticos (347 e 304L) em sistemas de água com alto grau de pureza na presença de íons cloreto (Cl-). Para avaliar a ação dos oxiânions estudados foram empregadas técnicas eletroquímicas de monitoramento do potencial de circuito aberto (Eoc), espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS), polarização cíclica (PC) e cronoamperometria (CA). Para caracterização superficial foram utilizadas microscopia óptica (MO) e microscopia eletrônica de varredura (SEM). Os ensaios foram realizados em meios contendo somente água pura desoxigenada e água pura desoxigenada contendo íons cloreto (50, 100, 200, 300 e 500 ppm) variando a concentração (0, 10-4, 10-3 e 10-2 M) dos inibidores molibdato e tungstato de sódio. Todos os experimentos foram realizados à temperatura ambiente e em condições hidrodinâmicas controladas, empregando o sistema de eletrodo de disco rotativo (RDE) com velocidade constante de1200 rpm. Os resultados mostraram que os aços inoxidáveis 347 e 304L permanecem passivos em água pura, uma vez que o meio não é agressivo. Entretanto, a adição de íons cloreto tornou-os susceptíveis à corrosão por pites, pois os cloretos atuam como desapassivadores, fragilizando o filme passivo que fornece proteção aos aços inoxidáveis. O aumento da concentração dos íons cloreto no eletrólito aumentou a sua agressividade para os dois aços estudados, sendo observado o precoce aparecimento da corrosão. No entanto, a adição dos inibidores molibdato e tungstato de sódio melhorou a qualidade da camada passiva, aumentando os valores de potencial de pite (Ep) e de módulo de impedância, mantendo a passividade dos aços num amplo intervalo de potenciais. Ensaios cronoamperométricos mostraram que na presença dos oxiânions os valores medidos de densidade de corrente de resposta para os aços inoxidáveis 347 e 304L foram acentuadamente menores em relação aos valores obtidos na ausência dos mesmos, confirmando que os inibidores utilizados atuam na melhora da camada passiva, diminuindo a sensibilidade aos cloretos e conseqüentemente aumentando a resistência contra a corrosão por pites dos aços. O estudo mostrou que os melhores resultados para ambos os aços foram obtidos na presença de 10-2 M de inibidor, tanto para o tungstato quanto para o molibdato, sendo este com eficiência levemente melhor. Além disso, o aço 304L sem partículas incrustadas de alumina mostrou-se menos susceptível aos ataques dos cloretos do que o aço 347. Nas amostras que tiveram a superfície tratada com lixas de abrasivo de alumina, essas partículas foram incrustadas nos aços e isso levou ao desaparecimento de um potencial de pite bem definido. Na presença de alta concentração de cloretos, essas partículas foram arrancadas pelo ataque às regiões deformadas mecanicamente, localizadas ao redor das partículas incrustadas e as propriedades do aço em si puderam ser verificadas. / The aim of this work is to study the efficiency of molibdate (MoO4 2-) and tungstate (WO4 2-) oxianions in the inhibition of the localized corrosion in austenitic stainless steels (347 and 304L) in high purity water systems in the presence of chloride ions (Cl-). In order to evaluate the action of the oxianions electrochemical techniques as open circuit potential (OCP), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), cyclic polarization (CP) and chronoamperometry (CA) were accomplished. For surface characterization optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM) were used. The experiments were carried out in deoxygenated pure water and deoxygenated pure water containing chloride ions (50, 100, 200, 300 and 500 ppm) adding different concentrations (0, 10-4, 10-3 and 10-2 M) of molibdate and tungstate ions. All the experiments were performed at room temperature under controlled hydrodynamic conditions using a rotating disk electrode (RDE) at constant rotation speed of 1200 rpm. The results showed that 347 and 304L stainless steels remain passive in pure water, since the environment is not aggressive. However, in the presence of chloride ions they become susceptive to pitting corrosion, with chloride ions acting depassivity agents weakening the passive film that supplies protection to the stainless steels. The increase of chloride ions concentration in the electrolyte enhanced the aggressiveness for both steels evidenced by a precocious accurance of pitting corrosion. On the other hand, the addition of sodium molibdate and tungstate inhibitors improved the quality of the passive layer, increasing the pitting potentials (Ep) and the impedance modulus, improving the the passivity of steels a large of potential range. Chronoamperometric measurements showed that in the presence of oxianions response current density for 347 and 304L stainless steels was strongly diminished in relation to the values obtained in the absence of the inhibitors, confirming that the inhibitors act in the improvement of the passive layer, decreasing its sensitivity to chlorides and consequently increasing the steels resistance against pitting corrosion. Results showed that the best results for both steels were obtained in the presence of 10- 2 M tungstate or molibdate, being this latter with efficiency lightly better. Moreover, the 304L stainless steel showed to be less susceptive to pitting corrosion compared to 347 stainless steel. For stainless steel specimens previously treated with Al2O3 emery papers, Al2O3 particles become embedded in the steel surface and led to the indefinition of the pitting potential values. In the presence of high chloride concentrations, the mechanically affected region of steel in the surrounding of Al2O3 particles was attacked and Al2O3 particles were removed reveling the stainless steel own resistance to chlorides.

Estudos anteriores de precipitação, em outros aços superferríticos, constataram a ocorrência de precipitação das fases sigma, qui, de Laves e até de austenita, que no posterior resfriamento pode se transformar em martensita. O objetivo principal do presente trabalho foi estudar a precipitação de fases de Laves no aço inoxidável superferrítico X 1 CrNiMoNb 28 4 2 (Werkstoff-Nr. 1.4575). Para isto foram utilizadas algumas técnicas complementares de análise microestrutural, tais como microscopia óptica, eletrônica de varredura (MEV) e eletrônica de transmissão (MET). A composição química das fases foi estudada por análise de raios X por dispersão de energia tanto no MEV como no MET. A estrutura cristalina das fases foi estudada por difração de elétrons em área selecionada no MET. A fase que se precipita em maior quantidade no aço 1.4575 é a fase sigma. No entanto, também foram identificadas de maneira inequívoca, nos contornos de grãos, após envelhecimento a 850 ºC, pequenas quantidades de fase de Laves do tipo MgZn2, com estrutura hexagonal compacta e composição química (Fe,Cr,Ni)2(Nb,Mo,Si). O crescimento da fase de Laves é inibido pelo envolvimento da fase sigma, que também precipita nos contornos de grãos, mas em maior quantidade. Não foram detectadas as presenças das fases qui e austenita na temperatura estudada. / Previous precipitation studies in other superferritic stainless steels observed the occurrence of precipitations of sigma, chi and Laves phases and even of austenite, which on subsequent cooling may transform into martensite. The main objective of the present work was to study the Laves phase precipitation in a X 1 CrNiMoNb 28 4 2 (Werkstoff- Nr. 1.4575) superferritic stainless steel. Therefore, several complementary techniques have been employed such as optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). The chemical composition of the phases has been studied using X-ray energy dispersive analysis both in SEM and TEM. Crystal structure of the phases has been analyzed using selected area electron diffraction in the TEM. The phase that precipitates in larger quantity in the 1.4575 steel is the sigma phase. However, it has been identified, in an unequivocal manner, on grain boundaries, after aging at 850 ºC, small quantities of Laves phase of the MgZn2 type, with a compact hexagonal structure and a chemical composition of (Fe,Cr,Ni)2(Nb,Mo,Si). Growth of the Laves phases is inhibited through the involvement of the sigma phase, which precipitates in higher quantities on grain boundaries. No chi and austenite phases have been detected in the studied temperature.

Submitted by Rosa Assis (rosa_assis@yahoo.com.br) on 2017-04-07T16:06:13Z No. of bitstreams: 2 WELDER MICHAEL ALTIERI.pdf: 5253852 bytes, checksum: 02453c4a8417bfa541c50eda2b2e5d17 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Paola Damato (repositorio@mackenzie.br) on 2017-04-20T14:51:23Z (GMT) No. of bitstreams: 2 WELDER MICHAEL ALTIERI.pdf: 5253852 bytes, checksum: 02453c4a8417bfa541c50eda2b2e5d17 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-20T14:51:23Z (GMT). No. of bitstreams: 2 WELDER MICHAEL ALTIERI.pdf: 5253852 bytes, checksum: 02453c4a8417bfa541c50eda2b2e5d17 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-12-02 / Steel production is estimated to be over of 1,500 million tons per year. Among them, stainless steels stand out, having as one of their main characteristics the corrosion resistance, especially in aggressive environments. As with most steel alloys, stainless steels are classified according to their chemical composition, with austenitic stainless steels accounting for the largest manufacturing share among the category. Its choice is given due to the excellent properties, highlighting its corrosion resistance, toughness, weldability, etc. As one of the most employed, stainless steels are processed in different ways into the industry, with welding being one of the main ones. Different processes as well as different alloying elements provide to each type of steel a different property, since it has direct influence with its microstructure. It is known that austenitic stainless steels have a predominantly austenitic microstructure, but during solidification due to microsegregation of elements it can be altered. One of the main phases formed during solidification in austenitic stainless steels is known as delta ferrite, derived from the segregation of ferrite stabilizing elements. This phase tends to minimize the susceptibility of hot cracks during the solidification, as well as to increase the mechanical resistance, but to the detriment of the ductility, being one of the main mechanisms for the precipitation of intermetallic phases, like sigma phase, that has its precipitation accelerated by the presence of delta ferrite formations and is considered a deleterious phase, as it decreases the resistance and ductility parameters of the materials. This work analyzed the behavior of two distinct stainless steels, AISI 316L and 317L, in order to know the effects of these phases, as well as their nucleation mechanisms. May be concluded that the presence of stabilizing elements of ferrite, chromium and molybdenum, tend to accelerate the precipitation of the sigma phase at 850°C, as well as to delay the dissolution of the delta ferrite in the solution annealing condition, 1080°C. It is also observed that in the presence of these phases the material has its tensile strength increased, but with ductility reduction. / Estima-se que a produção de aço seja superior a 1.500 milhões de toneladas. Dentre eles destacam-se os inoxidáveis, tendo como uma de suas principais características a resistência à corrosão, especialmente em ambientes agressivos. Assim como a maioria das ligas metálicas os aços inoxidáveis são classificados de acordo com sua composição química, sendo os aços inoxidáveis austeníticos os responsáveis pela maior parcela de fabricação dentre a categoria. Sua escolha é dada devido as excelentes propriedades, destacando, sua resistência à corrosão, à oxidação, tenacidade, soldabilidade, entre outras. Como um dos mais empregados, os aços inoxidáveis são processados de inúmeras maneiras na indústria, sendo a soldagem uma das principais. Diferentes processamentos, bem como diferentes elementos de liga fornecem a cada tipo de aço uma propriedade diferente, visto que esta tem influência direta com sua microestrutura. Sabe-se que aços inoxidáveis austeníticos possuem microestrutura predominantemente austenítica, porém durante a solidificação devido à microssegregação de elementos ela pode ser alterada. Uma das principais fases formadas durante a solidificação em aços inoxidáveis austeníticos é a ferrita delta, derivada da segregação de elementos estabilizadores da ferrita. Esta fase tende a minimizar a susceptibilidade de trincas a quente durante a solidificação, bem como aumentar a resistência mecânica, porém em detrimento a ductilidade, sendo ainda um dos principais mecanismos para a precipitação de fases intermetálicas, como a sigma, que tem sua precipitação acelerada quando da presença de formações de ferrita delta e é considerada uma fase deletéria, por diminuir os parâmetros de resistência e ductilidade dos materiais. Este trabalho analisou o comportamento de dois aços inoxidáveis distintos, AISI 316L e 317L, a fim de conhecer os efeitos destas fases, bem como seus mecanismos de nucleação. Conclui-se que a presença de elementos estabilizadores da ferrita, cromo e molibdênio, tendem a acelerar a precipitação da fase sigma a 850°C, bem como retardar a redução da ferrita delta na condição solubilizado, 1080°C. Observando-se ainda que na presença destas fases o material tem seu limite de resistência aumentado, porém com diminuição da ductilidade.

Com o propósito de auxiliar o ortodontista na escolha de braquetes ortodônticos com menor potencial tóxico, seja local ou sistêmico, para seus pacientes, o objetivo deste estudo foi comparar diferentes marcas comerciais de braquetes ortodônticos, a fim de identificar, em ambientes orais simulados durante 28 dias, aquelas marcas que liberam as menores taxas de Ni e Cr. Para tal, foram empregados 280 braquetes divididos igualmente de acordo com o modelo e a marca comercial: (1) Kirium Line® Abzil®, (2) Mini Master Series® American Orthodontics®, (3) Discovery® Dentaurum®, (4) Full Size® Unitek®, (5) Morelli M.B.T.® Morelli®, (6) NuEdge® TP Orthodontics® e (7) Victory® Unitek®. A norma ISO 10271/2001 foi utilizada para padronização do método. Cada braquete foi imerso em 0,5 mL de saliva sintética ou de fluido de placa artificial durante 28 dias a 37°C. A cada 7 dias, a solução foi substituída e analisada por um espectrômetro de absorção atômica e atomização eletrotérmica (ETAAS) ou por espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP OES) para quantificação do conteúdo (?g L-1) de Ni e Cr nas soluções. O teste Kruskall-Wallis foi empregado para determinação das diferenças estatísticas entre as taxas de liberação de Ni e Cr pelos braquetes das marcas comerciais estudadas nas duas soluções de imersão. Os resultados indicaram que as diferentes marcas comerciais de braquetes apresentaram diferentes comportamentos corrosivos. Além disso, a solução de fluido de placa provocou a liberação de quantidades significativamente maiores de Ni e Cr, em comparação com a solução de saliva sintética. Portanto, pôde-se concluir que a marca comercial, cujos braquetes apresentaram as menores taxas de liberação de Ni e Cr, foi a Dentaurum®, seguida, em ordem crescente, pelas marcas Victory® Unitek®, American®, TP®, Full Size® Unitek®, Morelli® e Abzil®. / In order to assist orthodontists on choosing brackets with less potential to induce local or systemic toxicity to their patients, this study aimed at comparing different manufacturers of orthodontic brackets and at identifying the ones that released less amounts of nickel (Ni) and chromium (Cr) in simulated oral environments. 280 brackets were equally divided according to the following models and manufacturers: (1) Kirium Line® Abzil®, (2) Mini Master Series® American Orthodontics®, (3) Discovery® Dentaurum®, (4) Full Size® Unitek®, (5) Morelli M.B.T. ® Morelli®, (6) NuEdge® TP Orthodontics®, and (7) Victory® Unitek®. International standard ISO 10271/2001 was applied to provide test methods. Each bracket was immersed in 0.5 mL of synthetic saliva or artificial plaque fluid during 28 days at 37°C. Solutions were replaced every 7 days, and were analyzed by means of an electrothermal atomic absorption spectrometer (ETAAS) or by an inductively coupled plasma optical emission spectrometer (ICP OES) to quantify (g L-1) the amount of Ni and Cr released. Kruskall-Wallis test was applied to determine if differences existed between Ni and Cr release according to bracket manufacturers and to solutions. Results indicated that brackets from different manufacturers presented different corrosion behavior. In addition, artificial plaque fluid induced more Ni and Cr release then artificial saliva. It was therefore concluded that brackets from Dentaurum® presented the less quantities of Ni and Cr released in both studied solutions. Increasing rates of Ni and Cr were detected to the following manufacturers: Victory® Unitek®, American®, TP®, Full Size® Unitek®, Morelli® e Abzil®.

Orientador: Paulo Roberto Mei / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-12T11:09:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bubani_FrancodeCastro_M.pdf: 7334881 bytes, checksum: 9cc4f96ceff0972bc2552404b4ccee84 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Os efeitos da adição de níquel e da temperatura em ligas ferro-cromo foram estudados. Sete ligas de base ferro, com 18% Cr e teores de níquel variando entre zero e 60%, foram utilizadas no estudo (0, 10, 20, 30, 40, 50 e 60% Ni). Foram realizados ensaios de tração em temperatura ambiente, 350 e 700 ºC; simulação por termodinâmica computacional; microscopia ótica no estado recozido, nas amostras de quick stop, após deformação a frio, a 350 e a 700 ºC; difração de raios X no estado recozido, após deformação a 350 e a 700 ºC; ensaio de dureza a quente a 100, 200, 300 e 400 ºC; ensaio de impacto Charpy em temperatura ambiente e a -196 ºC; e ensaio de quick stop; análise térmica por DTA; ensaios de dureza no estado recozido, nos cavacos obtidos em torneamento, após deformação a 350 e 700 ºC. Os resultados dos ensaios de tração a 350 ºC foram correlacionados com os dados obtidos por Marques (2007), visando relacionar propriedades mecânicas e usinabilidade. A tendência geral de redução da usinabilidade com o aumento do teor de níquel foi relacionada com o aumento da resistência mecânica e da ductilidade a quente, proporcionados pelo níquel. A alta usinabilidade observada na liga 30% Ni foi relacionada com a presença de inclusões com cálcio nesta liga, o que proporcionou ganhos muito expressivos em usinabilidade, mas sem prejudicar as propriedades mecânicas avaliadas. / Abstract: The effects of nickel addition and temperature in iron-chromium alloys have been studied. Seven iron-base alloys with 18% Cr and nickel content varying from zero to 60% were used in the study (0, 10, 20, 30, 40, 50 and 60% Ni). The alloys were submitted to tension tests at room temperature, 350 and 700 ºC; computational thermodynamics simulations; optical metallography observations in annealed state, after deformation at room temperature, 350 and 700 oC, and in quick stop samples; x-ray diffraction, annealed and after deformation at 350 and 700 ºC; hot hardness test at 100, 200, 300 and 400 ºC; Charpy impact tests at room temperature and at -196 ºC; quick stop test; differential thermal analysis tests; Vickers hardness tests: annealed, on chips, after deformation at 350 and 700 ºC. The results of the tension tests at 350 ºC were correlated with the data obtained by Marques (2007), aiming at reaching a relationship between mechanical properties and machinability. The general tendency of reduction in machinability with the increase of nickel content was related to the increase in mechanical strength and hot ductility provided by nickel. The high machinability observed in the 30% Ni alloy was related with the presence of calcium inclusions in this alloy, which allowed for significant gains in machinability, but without loss to the evaluated mechanical properties. / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Paulo Roberto Mei, Antonio José Ramírez Londoño / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-22T11:54:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Theodoro_MariaClaudia_M.pdf: 33501237 bytes, checksum: 62a29876bfd5fdbffed02fa45d21d938 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A Soldagem por Atrito com Pino Não-Consumível (SAPNC) ou Friction Stir Welding (FSW) é uma técnica que proporciona a união de materiais no estado sólido. Traz como vantagens em relação à soldagem onde ocorre a fusão dos materiais, a redução de macro e micro defeitos, ausência trincas e porosidades causadas pela fusão e solidificação do material, redução da segregação de solidificação, excelentes propriedades mecânicas da junta soldada e boa reprodutibilidade. A técnica também não necessita de metal de adição nem gás de proteção e não produz gases nocivos ao homem ou meio ambiente. Diversos tipos de soldagem dissimilar por SAPNC já foram obtidos com bons resultados em alumínio-alumínio, cobre-alumínio, magnésio alumínio, alumínio-aço e aço-aço. Os principais interessados nas juntas dissimilares são a indústria petroquímica, automobilística, naval e aeronáutica. Apesar de terem sido registrados soldagens dissimilares de diversos tipos de materiais, não há dados na literatura sobre soldagem dissimilar de aços inoxidáveis austeníticos UNS S31603 e duplex UNS S32750 pela técnica de SAPNC. Sendo assim, o presente trabalho se torna inédito por ser o primeiro registro de soldagem por atrito com pino não consumível desses dois aços. Placas de aços inoxidável austenítico (UNS S31603) e superduplex (UNS 32750) com 6 mm de espessura soldadas por atrito com pino não consumível utilizando um passe de ferramenta de PCBN-WRe com penetração entre 90 e 92 % da espessura da chapas, apresentaram bons resultados em duas condições: 1) velocidade de rotação de 150 rpm, avanço de 100 mm/min e com controle de força axial de 57 kN; 2) velocidade de rotação de 200 rpm, avanço de 100 mm/min e com controle de posição. A análise metalográfica das juntas soldadas não indicou a presença de defeitos internos ou superficiais. Não foram detectadas por microscopia óptica e difração de raios-X outras fases além de ferrita e austenita na região de solda. O ensaio de dobramento indicou que não houve penetração total em ambas as juntas, sugerindo um segundo passe de xvii soldagem ou a utilização de uma ferramenta com comprimento de pino maior, que permita penetração superior a 92% da espessura da chapa / Abstract: The Friction Stir Welding (FSW) is a solid-state joining process that has, as advantages, reduction or absence of superficial and internal flaws, absence of cracks and porosities caused by material fusion and solidification and good repeatability. The joints also present excellent mechanical properties. Many aluminum-aluminum, cooper-aluminum, magnesium-aluminum, aluminum-steel and steel-steel FSW dissimilar welds presented good results. Petrochemical, automotive, naval and aeronautics industries are the most interested in dissimilar joints. In spite of many diferent dissimilar joints registred, no dissimilar joints of UNS S31603 and UNS S32750 have been performed by FSW. This project seems to be inedited for being the first dissimilar friction stir welded joint of this both materials. Austenitic (UNS S31603) and superduplex (UNS 32750) stainless steel 6 mm thick plates one pass friction stir welded with a PCBN-WRe tool and thick plate penetration between 90 and 92% presented good results in two conditions: 1) tool rotation speed of 150 rpm, traverse speed of 100 mm/min and axial force control of 57 kN; 2) tool rotation speed of 200 rpm, traverse speed of 100 mm/min and tool position control. These welded joints showed adequate bead width, absence of galling and good appearance. Metallographic analysis presented no internal defects. Optical microscopy and X-ray diffraction showed no other phase on the joint except ferrite and austenite. The bendind tests indicate lack of penetration in both joints, suggesting two weld passes or tool penetration greater than 92% of the material thickness to perform total penetration joints / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestra em Engenharia Mecânica

Orientador : Itamar Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-01T16:43:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Guimaraes_VagnerAlves_D.pdf: 38478701 bytes, checksum: 3b9c82d7e18215a719acbe37e6f3b68d (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Neste trabalho foram estudados os efeitos do recozimento a temperaturas de 600 a 1300 °C e deformação plástica a frio, por tração em 10 e 20%, sobre a microestrutura, propriedades mecânicas e resistência à corrosão de um aço inoxidável austenítico ISO 5832-9, utilizado para a fabricação de implantes ortopédicos. Foram realizadas análise química, microscopia ótica, ensaios de dureza Vickers, tração, tenacidade à fratura (CTOD), polarização potenciodinâmica cíclica, corrosão por pite/fresta, corrosão intergranular, fadiga-corrosão e microscopia eletrônica de varredura. Os resultados mostraram que o material na condição como recebido apresentou microestrutura, propriedades mecânicas e resistência à corrosão dentro dos requisitos da norma ISO 5832-9, sendo esta a condição que apresentou as melhores propriedades mecânicas e de corrosão dentre as condições estudadas. O material deformado em 20% manteve a resistência à corrosão e mostrou resistência à fadiga-corrosão superior à condição como recebido; entretanto, a baixa tenacidade à fratura observada nos ensaios de CTOD restringe a utilização do material nestas condições. O material tratado a 800 e 900°C apresentou diminuição simultânea da tenacidade à fratura (CTOD) e da resistência à corrosão. A diminuição da tenacidade à fratura foi atribuída à precipitação de Cr2N e fase qui (X). A precipitação de Cr2N é mais intensa a 800°C e a precipitação da fase qui (X) ocorreu mais intensamente a 900°C, nas condições estudadas neste trabalho. O material tratado em 1100, 1200, 1250 e 1300 °C por 1 hora apresentou diminuição da resistência mecânica e aumento da tenacidade à fratura com o aumento da temperatura de tratamento. O material tratado a 1300 °C apresentou baixa resistência à fadiga-corrosão. O aumento da tenacidade à fratura foi atribuído ao maior espaçamento das partículas. A faixa de temperatura ideal para a solubilização do material, determinada neste trabalho, situa-se no intervalo de 1000 a 1100 °c / Abstract: The influence of annealing treatment, performed at temperatures from 600 to 1300 °C, and cold work performed by tensile at 10 and 20%, on the mechanical and corrosion properties of an ISO 5832-9 austenitic stainless steel used for orthopedic implants manufacturing has been studied. Has been performed chemical analysis, optical and scanning electronic microscopy, and hardness, tensile, fracture toughness (CTOD), potentiodynamic anodic polarization, pitting or crevice corrosion, intergranular corrosion, and fatigue-corrosion tests. The results for the material in as received condition showed microstructure, mechanical and corrosion resistance in accordance which the ISO 5832-9 standard and better than other conditions studied in this work. The condition 20% cold worked showed high corrosion resistance and fatigue-corrosion resistance higher than as received condition, but on the other hand, the fracture toughness is very low for using the material in this condition. Simultaneous decrease in fracture toughness and corrosion resistance was observed for 800 and 900°C treatments. This effect was attributed to Cr2N and phase chi (x) precipitation. The phase chi (x) precipitation occurs more intensively in 900°C and Cr2N precipitation occurs more intensively in 800°C, for the conditions studied in this work. Decrease in mechanical resistance and increase in fracture toughness was observed for conditions annealing at 1100, 1200, 1250, and 1300 °C with increasing the treatment temperature. Decrease in fatigue-corrosion resistance has been observed for 1300 °C treatment. The increase in fracture toughness was attributed to increasing the displacement between partic1es. The indicate temperature range for annealing studied in this work is from 1000 to 1100 °C, i.e., higher than the carbide and intermetallic phases precipitation range and lower than the high grain growth range / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador : Itamar Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-01T19:39:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Giordani_EnricoJose_D.pdf: 32895725 bytes, checksum: 0c97b681bb94f24e4f73bfaa31b4f07c (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Atualmente ocorre um número considerável de falhas de implantes ortopédicos, temporários e permanentes, fabricados com o aço inoxidável austenítico ASTM F 138, o material metálico mais utilizado na fabricação de implantes ortopédicos. O aço inoxidável austenítico ISO 5832-9 vem também sendo utilizado na fabricação de implantes, há alguns anos, como substituto do aço ASTM F 138, sem uma base sólida de pesquisa sobre o seu desempenho. Este trabalho tem por objetivos caracterizar e analisar a microestrutura, as propriedades mecânicas básicas (tração e dureza), a resistência à corrosão localizada e as propriedades de fadiga em meios neutro e meio fisiológico artificial (solução aquosa de NaCl a 0,9%), além de estudar os mecanismos de nucleação de trincas por fadiga, em meio neutro e fisiológico artificial, de dois aços inoxidáveis austeníticos utilizados na fabricação de implantes ortopédicos, ASTM F 138 e ISO 5832-9, na condição solubilizados. Assim, este estudo é uma das bases da análise da substituição do aço ASTM F 138 pelo ISO 5832-9. A análise microestrutural revelou que a presença de partículas de precipitados, caracterizados como fase Z (NbCrN), é responsável por uma redução acentuada no tamanho médio de grão austenítico do aço ISO 5832-9 (diâmetro médio R: 15_m) quando comparado com o aço ASTM F 138 (diâmetro médio R: 60_m). Atribuise principalmente ao refino de grão e à presença do nitrogênio em solução sólida os altos níveis de resistência mecânica do aço ISO 5832-9 (ae R: 500 MPa e at R: 860 MPa) quando comparado com o aço ASTM F 138 (ae R: 250 MPa e at R: 590 MPa). Os ensaios de suscetibilidade à corrosão localizada, em solução aquosa de NaC1 a 0,9%, revelaram que o nitrogênio em solução sólida também confere um melhor desempenho ao aço ISO 5832-9 quando comparado com o aço ASTM F 138. Apesar da combinação de melhor resistência mecânica e melhor resistência à corrosão, os ensaios de fadiga, para altos níveis de tensão, revelaram que a presença do meio fisiológico artificial tem maior influência sobre a vida em fadiga do aço ISO 5832-9 quando comparado com o aço ASTM F 138. Entretanto, o estudo dos mecanismos de nucleação de trincas por fadiga e fadiga-corrosão mostrou que essa maior influência se deve ao estabelecimento de condições favoráveis à corrosão em frestas no interior de descontinuidades geométricas formadas a partir da ruptura de grande parte das partículas de precipitados da fase Z, logo no primeiro ciclo de carregamento sob condições de deformação plástica. Desta forma, se o material não experimentar deformações plásticas a frio e assim a integridade dos precipitados for mantida, a combinação de melhores resistência mecânica e resistência à corrosão sugere que o aço ISO 5832-9 é um material muito promissor para a fabricação de implantes ortopédicos, principalmente para aplicações mais severas envolvendo tempos mais longos e altos níveis de solicitação / Abstract: The ASTM F 138 stainless steel is current1y the most used material to produce orthopedic implants and a considerable nurnber of failure of temporary or perrnanent orthopedic implants occurs. Since some years the austenitic ISO 5832-9 stainless steel is also being used in implants fabrication as a replacement to the ASTM F 138 without a consistent research ofits perforrnance. The objectives of the this work were to characterize and analyze the rnicrostructure, the basic mechanical properties (tensile and hardness), the localized corrosion resistance, and fatigue properties in neutral and artificial physiological solution of the ASTM F 138 and ISO 5832-9 stainless steels under solubilised conditions, tOOt are being used as orthopedic implant materiaIs. Moreover a study of the fatigue and corrosion fatigue crack nucleation mechanisms of these materials are cared out. Thereby, this study is one of the bases to analyze the replacement of ASTM F 138 by ISO 5832-9 in orthopedic applications. Microstructural analysis revealed that the presence of particles of precipitates, characterized as Z-phase (NbCrN), is responsible for considerable austenitic grain refinement of ISO 5832-9 steel (average diameter _ 15 11m) when compared to ASTM F 138 steel (average diarneter _ 60 j..lm). The high levels of strength of ISO 5832-9 steel (Sy _ 500 MPa e Su _ 860 MPa) when compared to ASTM F 138 steel (Sy _ 250 MPa e Su _ 590 MPa) are main1y attributed to grain refinement and nitrogen presence in solid solution in ISO 5832-9 steel. The localized corrosion tests in 0.9% NaCI aqueous solution revealed tOOt the nitrogen in solid solutions also confers the better perforrnance of ISO 5832-9 steel when compared to ASTM F 138 steel. Despite the combination ofbetter strength and better corrosion resistance, the fatigue tests to high stress levels revealed tOOt the presence of artificial aggressive environrnent has stronger influence on the fatigue life of ISO 5832-9 then on the ASTM F 138 steel. However, the fatigue and corrosion fatigue crack nucleations studies showed tOOt the greater influence due to establishrnent of favorable conditions to crevice corrosion within the geometrical discontinuities forrned from rupture of many particles of Z-phase precipitates still in first cycle of stress under conditions of plastic deforrnation. In this way, if the material does not undergoes cold plastic deforrnation and so the integrity of precipitates was maintained, the combination of better strength and better corrosion resistance suggests tOOt the ISO 5832-9 steeJ is a very prornising material to orthopedic implants producing, main1y in more severe applications involving longer times em higher stress levels / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica