Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-07-09T12:28:39Z No. of bitstreams: 1 MATHEUS JOSÉ CUNHA DE OLIVEIRA - DISSERTAÇÃO (PPGCEMat) 2016.pdf: 9296942 bytes, checksum: a273053730345dafcd282de1fc0bf6f1 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-09T12:28:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MATHEUS JOSÉ CUNHA DE OLIVEIRA - DISSERTAÇÃO (PPGCEMat) 2016.pdf: 9296942 bytes, checksum: a273053730345dafcd282de1fc0bf6f1 (MD5) Previous issue date: 2016-02-16 / CNPq / As Ligas com Memória de Forma (LMF) foram descobertas nos anos 60 e o desenvolvimento de vários sistemas (NiTi, CuAlNi, CuAlBe, CuZnAl) vem sendo explorado desde então, sendo aquelas do sistema NiTi as mais utilizadas. Devido às suas excelentes propriedades mecânicas, ótima resistência a corrosão e biocompatibilidade, além de apresentarem as melhores propriedades funcionais de efeito de memória de forma e superelasticidade, as LMF NiTi e suas variações ternárias passaram a ser objeto de estudos para várias aplicações nas mais diferentes áreas. Um dos maiores problemas das LMF NiTi ainda está relacionado a dificuldades de conformação mecânica e usinagem. Por esse motivo, o processo de soldagem pode ser uma boa ferramenta alternativa para se conseguir obter peças de geometrias mais complexas, envolvendo a união das LMF NiTi com metais convencionais, como o aço inoxidável. O aço inoxidável é uma opção importante de união com LMF NiTi pois possui igualmente propriedades desejadas de resistência mecânica, biocompatibilidade e resistência a corrosão. A união por soldagem destas duas ligas encontra barreiras diversas, sendo a principal delas a formação de intermetálicos frágeis na junta soldada limitando sua resistência mecânica e consequente aplicação. Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo geral avaliar a soldabilidade de chapas finas (espessura de 1 mm) de uma LMF NiTi com aço inoxidável (INOX) AISI 304 utilizando o processo micro GTAW e compreender a metalurgia da soldagem na variação das propriedades mecânicas e metalúrgicas das juntas. O processo GTAW foi escolhido por ser mais econômico que os processos usuais de soldagem para estas ligas NiTi, como a soldagem a laser (LBW). As juntas dissimilares NiTi-SS obtidas foram caracterizadas pelas técnicas de MO, MEV, EDS, DSC, ensaios de tração à ruptura e de dureza Vickers. Estas juntas foram soldadas utilizando a própria LMF NiTi e também o Inconel 625 como metais de adição. No geral, constatou-se que as juntas apresentam comportamento frágil, porém ao se utilizar camada intermediária de Inconel 625 na união entre os metais dissimilares e após tratamento térmico para alívio de tensões, é possível aumentar a resistência mecânica da junta para valores da ordem de 150MPa. As juntas apresentaram uma poça de fusão heterogênea devido a formação de elementos fragilizantes ao longo do metal de solda. Observou-se a formação de uma zona parcialmente diluída (ZPD) correlacionada a um aumento excessivo da dureza nesta região e composição química distinta. / Shape Memory Alloys (SMA) were discovered in the 60s and the development of various systems (NiTi, CuAlNi, CuAlBe, CuZnAl) has been explored since then, with those of the NiTi system the most commonly used. Due to its excellent mechanical properties, good corrosion resistance and biocompatibility, in addition to having the best functional properties of shape memory effect and superelasticity, the NiTi SMA and its ternary variations have become the subject of studies for various applications in different areas. One of the main problems of NiTi SMA is also related to difficulties in forming and machining. For this reason, the welding process can be a good alternative tool to achieve more complex geometry parts, involving the union of NiTi SMA with conventional metals, such as stainless steel. Stainless steel is an important option for union with NiTi SMA, since it also has desired properties of mechanical strength, biocompatibility and corrosion resistance. The union by welding between these two alloys find various barriers, the main one being the formation of brittle intermetallic compounds on the welded joint, limiting its mechanical strength and consistent application. In this context, this study aimed to assess the weldability of thin sheet metal (1 mm thick) of a NiTi SMA with AISI 304 stainless steel (SS) using the micro process GTAW, and study the influence of welding metallurgy in mechanical and metallurgical properties of the joints. The GTAW process was chosen because it is more economical than the usual welding processes for these NiTi alloys such as the laser beam welding (LBW). The NiTi-SS dissimilar joints obtained were characterized by optical microscopy techniques, SEM, EDS, DSC, tensile test to rupture and Vickers hardness. These joints were welded using NiTi SMA and also the Inconel 625 as filler metals. Overall, it was found that the joints have brittle behavior, but when using an intermediate layer of Inconel 625 at the junction between dissimilar metals and after heat treatment for stress relief, it is possible to increase the mechanical strength of the joint for values in the order of 150MPa. The joints exhibited a heterogeneous molten weld pool due to formation of elements along the embrittlement of the weld metal. It was observed the formation of a partially diluted zone (PDZ) correlated to an excessive increase of the hardness in that region and different chemical composition.

Aços inoxidáveis austeníticos são materiais amplamente utilizados em sistemas que exigem elevadas resistências à oxidação e à corrosão. No entanto, quando em contato com outras superfícies, esses materiais possuem elevado coeficiente de atrito e baixa resistências ao desgaste. Uma alternativa para melhorar suas propriedades tribológicas é a utilização de lubrificantes sólidos adicionados em suas composições pela técnica de metalurgia do pó (M/P). Materiais como itria e boro têm se mostrado eficazes em melhorar as propriedades mecânicas e tribológicas de ligas Fe-Cr-Ni-Mo. Nesse contexto, o objetivo desse estudo foi avaliar o efeito da adição de boro e de itria na microestrutura e nas propriedades tribológicas de aços inoxidáveis austeníticos Fe-Cr-Ni-Mo obtidas por M/P. Foram preparadas amostras de 316L por M/P em quatro condições diferentes. Duas amostras, uma sem aditivo e outra com 0,6% p de boro adicionado à composição do 316L, foram processadas a pressão de compactação de 800 MPa e temperatura de sinterização de 1240°C. Além dessas, duas amostras, uma sem aditivo e outra com 1,0% p de itria adicionada à composição do 316L, foram processadas a pressão de compactação de 400 MPa e temperatura de sinterização de 1280°C. Determinou-se a composição química por espectrometria de emissão óptica, a microdureza Vickers, a microestrutura por MEV e EDS, o comportamento tribológico por ensaio de deslizamento alternado (coeficiente de atrito e coeficiente de desgaste específico) e por MEV e EDS (mecanismos de desgaste). Os resultados mostraram que a adição de boro aumenta significativamente a resistência ao desgaste dos materiais, devido à melhor densificação e à formação de fases duras (como boretos ricos em cromo e molibdênio) na sinterização. A adição de itria, mesmo com o aumento da dureza, diminui a resistência ao desgaste, pois dificultou a densificação devido a sua baixa interação com a matriz austenítica do material. O coeficiente de atrito se manteve em 0,8 para todos os materiais, o que indica que os aditivos não o influenciam e não atuam como lubrificantes sólidos. Os mecanismos de desgaste observados nas superfícies dos materiais desgastado foram os mecanismos por adesão e por reação triboquímica. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2016-10-06T13:28:30Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Francisco Lanferdini Serafini.pdf: 8038161 bytes, checksum: dcb2bed0b9667682b747c75e0bece6ec (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-06T13:28:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Francisco Lanferdini Serafini.pdf: 8038161 bytes, checksum: dcb2bed0b9667682b747c75e0bece6ec (MD5) Previous issue date: 2016-10-06 / Austenitic stainless steel materials are widely used in systems that require high oxidation resistance and corrosion resistance. However, in contact with other surfaces, these materials show a high coefficient of friction and a low wear resistance. An alternative to improve their tribological properties is the use of solid lubricants added in their composition by the powder metallurgy technique (P/M). Materials such as yttria and boron have shown an effective role in improving the mechanical and tribological properties of Fe-Cr-Ni-Mo alloys. In this context, this study aims evaluating the effect of boron and yttria additions on the microstructure and tribological properties of austenitic stainless steels Fe-Cr-Ni-Mo obtained by P/M. Samples were prepared with 0.6 wt% boron and 1wt% yttria, using compaction pressures of 400 MPa and 800 MPa, sintering temperature 1240°C and 1280°C, in argon atmosphere. The materials were characterized by chemical analysis (optical emission spectrometry), Vickers hardness and microstructural analysis (SEM and EDS). The coefficient of friction and the wear rate of the materials were obtained by means of reciprocating sliding tests. The wear mechanisms were evaluated by SEM and EDS. The results showed that the boron addition significantly increases the wear resistance of the material, due to the improved densification and the formation of hard phases (such as chromium-rich borides and molybdenum-rich borides) during sintering. However, even though with the increased hardness, the yttria addition decreases the wear resistance, due to the not favouring of the densification and the low interaction of yttria particles with the austenitic matrix. The coefficient of friction for all materials was about 0.8, i.e., and it was not influenced by the presence of additives in the composition. The predominant mechanisms on the worn surfaces of the materials were the adhesive wear and the tribochemical reaction wear (wear by particles oxidation).

A contaminação por biofilmes bacterianos tem um forte impacto negativo, especialmente quando aderidos na superfície de próteses, implantes, pinos e outros dispositivos médico-cirúrgicos. Neste trabalho foram produzidas amostras metálicas de titânio e AISI 304 com íons Ag+ implantados por IPD a diferentes energias: 2 e 4 keV; e com diferentes tempos de implantação: 30, 45, 60 e 90 min visando a obtenção de superfícies com propriedades bactericidas. A profundidade e o perfil de distribuição dos íons implantados foram estimados por simulação de Monte Carlo utilizando o software SRIM 2008, juntamente com a determinação da concentração de prata incorporada nas amostras por técnicas espectroscópicas. A atividade bactericida das amostras de titânio com diferentes concentrações de prata foi avaliada por meio do tratamento de um efluente industrial líquido, que foi submetido à contagem de Escherichia coli antes e depois do contato do efluente com as amostras. O ângulo de contato foi medido para avaliação da molhabilidade das amostras de titânio que apresentaram as maiores concentrações de prata, fator determinante na adesão de bactérias e células humanas. A citotoxidade foi avaliada através de teste de viabilidade celular e análise morfológica. Obteve-se uma redução de 27% de E.coli no efluente industrial tratado com a amostra implantada a 4 keV por 45 min, com concentração inicial de 3,35 × 1015 átomos cm-2.Não foi detectado efeito tóxico da prata para células humanas MG63, mesmo considerando as maiores concentrações prata, uma vez que não houve redução na adesão e proliferação celular em relação ao titânio não tratado. Para as amostras de AISI 304, os ensaios de adesão microbiana foram realizados para as bactérias Listeria monocytogenes e Salmonella Enteritidis, resultando em uma redução de 65,9 e 69,8%, respectivamente. Por fim, os resultados mostraram que o tratamento estudado para obtenção de materiais metálicos com ação bactericida é promissor para aplicações na área médica, no entanto é necessário uma avaliação em longo prazo para garantir a segurança de sua utilização. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2017-07-05T14:10:05Z No. of bitstreams: 1 Tese Tatiana Pacheco Soares Zamboni.pdf: 2896094 bytes, checksum: a93cbf9d375f0634bd1237b20bc12d83 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-05T14:10:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Tatiana Pacheco Soares Zamboni.pdf: 2896094 bytes, checksum: a93cbf9d375f0634bd1237b20bc12d83 (MD5) Previous issue date: 2017-07-05 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, CAPES. / Contamination by bacterial biofilms has a strong negative impact, especially when given on the surface of prostheses, implants, pins and other medical-surgical devices. In this study metal samples of Titanium cp and AISI 304 were produced with Ag+ ions implanted by IPD at different energies: 2 and 4 keV and different implantation times: 30, 45, 60 and 90 min to obtain surfaces with bactericidal properties. The depth and the distribution profile of the implanted ions were estimated by Monte Carlo simulation using the SRIM 2008 software. The Ag+ ions concentration incorporated in the samples was determinate by spectroscopic techniques. Bactericidal activity of the titanium samples with different concentration of Ag+ ions was evaluated by the treatment of a liquid industrial waste. It was submitted to Escherichia coli counting before and after the contact of the waste with the samples. The contact angle was measured to evaluate the wettability of the titanium samples that presented the highest silver concentration. Wettability is a determinant factor in the adhesion of bacteria and human cells. Cytotoxicity was evaluated by cell viability test and morphological analysis. A 27% reduction of E. coli in the industrial waste treated with the sample implanted at 4 keV was achieved for 45 min with an initial concentration of 3.35 × 1015 atoms cm2. No toxic effect of silver was detected on human MG63 cells, even considering the higher concentration of silver, since there was no reduction in cell adhesion and proliferation c to untreated titanium. For the AISI 304 samples, the microbial adhesion assays were performed for the bacteria Listeria monocytogenes and Salmonella Enteritidis, resulting in a reduction of 65.9 and 69.8%, respectively. Finally, the results showed that the treatment studied to obtain metallic materials with bactericidal action is promising for applications in the medical field, however a long term evaluation is necessary to guarantee the safety of its use.

Os aços inoxidáveis correspondem a aços com diferenças de composição e microestrutura. Desta forma, o comportamento em corrosão é consequentemente diferente. Para avaliar este aspecto, aços com PREN variando de aproximadamente 11 a 35% foram analisados por curvas de polarização. A motivação principal desse trabalho foi avaliar o comportamento de cada aço inoxidável com uso de diferentes técnicas (impedância eletroquímica e circuitos elétricos equivalentes) e também na nova técnica de mapas de impedância, da influência do PREN na corrosão em meio de 3,5% NaCl a 25C. A partir dessas curvas, os potenciais de pites e de densidade de corrente de corrosão foram obtidos. Além disto, foram empregados mapas de diagrama de impedância eletroquímica para visualizar o efeito do potencial aplicado, desde o potencial catódico até além do potencial de pite desses aços. Pôde-se observar que o módulo de impedância se reduz abruptamente quando surge o pite. Ademais, há uma alteração do ângulo característico para frequências da ordem de 1 kHz. Para dois aços inoxidáveis, UNS S30400 e UNS S31600, foram utilizados os diagramas de impedância obtidos dos mapas e estimados a evolução dos parâmetros relacionados a um circuito elétrico equivalente para potenciais aplicados. / Stainless steels account for steels with different in composition and microstructure. Thus, the corrosion behavior is consequently different. To assess this, steels with PREN ranging from 11% to 35% were analyzed by polarization curves. The main motivation of this work was the evaluation the behavior of each stainless steel via different techniques (electrochemical impedance spectroscopy and equivalent electrical circuit), as well as the use of the new technique of impedance maps, on the influence of PREN on the corrosion in 3.5% NaCl at 25C. From these curves, the pitting potential and corrosion current density were obtained. In addition, maps were used diagram electrochemical impedance to view the effect of the applied potential, from the cathodic potential up to the pitting potential of these steels. It can be observed that the modulus of impedance decays abruptly when pitting take place. Moreover, there is a change in the angle characteristic for frequencies in the order of 1 kHz. For two stainless steels, i.e,. UNS S30400 and UNS S31600, the diagrams of maps were used to monitoring the evolution parameters related to an electrical equivalent circuit for the applied potentials.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Nesta dissertação é modelado computacionalmente o processo de corrosão por pites em aço inoxidável. Foi implementado um programa computacional que modela a distribuição da concentração local de espécies agressivas, o grau de dano do filme passivo, a suscetibilidade a pites e a distribuição dos pites, com base no modelo de PUNCKT et al. [2004]. Como uma contribuição desta dissertação foi considerada uma dependência entre a concentração local de espécies agressivas e a corrente anódica simulada. Também foi considerada, como outra contribuição do presente trabalho, a existência de pites estáveis e o efeito determinístico decorrente das regiões de inclusões de MnS em aços inoxidáveis. A geração de pites sobre uma superfície metálica é modelada usando um processo randômico de nucleação de pites, e a solução do modelo matemático permite a visualização da superfície corroída. / In the present work a computational model of the pitting corrosion process in stainless steal is developed. A computational program was implemented for the determination of the distribution of the local concentration of aggressive species, the degree of the passive film damage, the susceptibility of pitting and the pitting distribution, based on the PUNCKT et al. [2004] model. As a contribution of the present work dependence between the local concentration of aggressive species and the simulated anodic current is considered. It was also considered, as another contribution, the existence of stable pits and the deterministic effect of regions of MnS inclusions in stainless steel. The generation of pits over a metallic surface is modeled using a random process of pits nucleation, and the mathematical model solution gives the corroded surface visualization.

Os aços inoxidáveis do tipo duplex possuem grande importância na indústria, principalmente na do petróleo e gás natural, por apresentarem elevada resistência mecânica e excelente resistência à corrosão. Caracterizam-se por apresentar estrutura bifásica, constituída de proporções praticamente iguais de ferrita e austenita. O presente trabalho caracterizou juntas soldadas por TIG autógeno de aço inoxidável duplex UNS S32760. Foram confeccionados quatro grupos de amostras, provenientes da variação da corrente de soldagem e consequentemente do aporte térmico (corrente de pico: 25A e 40A - aporte térmico: 0,12KJ/mm e 0,19KJ/mm) e da composição do gás de proteção (argônio puro ou argônio contendo 2,5% nitrogênio). Foram utilizadas técnicas de caracterização por metalografia colorida, análise e processamento digital de imagens, ensaios de microdureza Vickers. Para avaliar a resistência à corrosão foram realizados ensaios de potencial em circuito aberto com solução de cloreto férrico (FeCl3) e eletrodo de referência de calomelano saturado. A análise quantitativa das fases ferrita e austenita presentes nas juntas soldadas mostrou que a adição de nitrogênio no gás de proteção favoreceu a formação da fase austenita, variando de 11% (sem nitrogênio) para 26% (com nitrogênio) a quantidade desta fase. Em uma análise qualitativa a variação do aporte térmico: 0,12KJ/mm para 0,19KJ/mm resultou no aumento do tamanho de grãos da fase ferrita. / The duplex stainless steels are of great importance in industry, mainly in oil and natural gas due to their high mechanical strength and excellent corrosion resistance. They are characterized by having biphasic structure, consisting of nearly equal proportions of ferrite and austenite. The present work characterized welded joints by autogenous TIG process of duplex stainless UNS S32760. Four groups of samples were prepared, from the variation of welding current and consequently of heat input (20A and 40A - heat input: 0.12KJ/mm and 0.19KJ/mm) and the composition of shielding gas (pure argon or argon containing 2.5% nitrogen). Techniques of characterization by colored metallography, analysis and digital image processing and Vickers microhardness tests techniques were used. To evaluate the corrosion resistance, tests were performed at open circuit potential with a solution of ferric chloride (FeCl3) and reference electrode of saturated calomel. The quantitative analysis of ferrite and austenite phases present in the welded joints showed that the addition of nitrogen in shielding gas favored the formation of austenite phase, ranging from 11% (without nitrogen) to 26% (with nitrogen) the amount of this phase In a qualitative analysis the variation of heat input (0.12KJ/mm and 0.19KJ/mm) resulted in an increase of the ferrite phases grain size.

Atualmente, a utilização do aço inoxidável em elementos estruturais é considerada uma solução cara para os problemas da engenharia estrutural. Todavia, mudanças de atitudes dentro da construção civil, uma transição global para um desenvolvimento sustentável e redução em impactos ambientais têm seguramente provocado um aumento na utilização do aço inoxidável. As normas de projeto de aço inoxidável atuais são, em grande parte, baseadas em analogias assumidas com o comportamento de estruturas desenvolvidas com aço carbono. Todavia, o aço inoxidável apresenta quatro curvas não-lineares tensão versus deformação (tensão e compressão, paralela e perpendicular a laminação do material), sem patamar de escoamento e região de encruamento claramente definidos, modificando assim, o comportamento global das estruturas que o utilizam. Em elementos estruturais submetidos a forças axiais de tração, a ruptura da seção líquida representa um dos estados limites últimos a serem verificados. Com o objetivo de se avaliar a resistência a tração de elementos estruturais aparafusados em aço inoxidável S304, este trabalho apresenta um modelo numérico baseado no método dos elementos finitos através do programa Ansys (versão 11). A não-linearidade do material foi considerada através do critério de plastificação de Von Mises e curvas tensão versus deformação verdadeira. A não-linearidade geométrica foi introduzida no modelo através da Formulação de Lagrange atualizado. O modelo numérico foi calibrado com resultados experimentais obtidos em ensaios de laboratório, a partir de ligações aparafusadas alternadas rígidas, onde não se ocorre nenhuma rotação entre os membros, transferindo nenhum momento fletor, apenas esforço normal e cisalhante. / Currently, the use of stainless steel in structural elements is considered an extravagant solution to structural engineerings problems. However, changes in attitudes within civil construction, global transition to sustainable development and environmental impacts reduction have certainly caused an increase in the use of stainless steel. Today, the codes for design of stainless steel are largely based on assumed analogies with the behavior of structures developed with carbon steel. However, stainless steel present four non-linear tension versus strain curves (tension and compression, parallel and perpendicular to the lamination material) without yielding plateau and strain hardening zones clearly defined, thus changing the overall behavior of the structures that use it. In Structural elements subjected to axial forces of tension, the net section rupture usually represents one of its controlling ultimate limit states. In order to evaluate the tensile resistance of structural components bolted stainless steel S304, this work provides a numerical model based on the finite element method using the program ANSYS (version 11). The non-linear of the material was considered by the criterion of Von Mises and stress versus strain true curves. The geometric nonlinearity was introduced into the model through the formulation of Lagrange Updated. The numerical model was calibrated based on experimental results, from rigid alternate bolted connection, which do not occur any rotation among the members, transferring any bending moment, only normal and shear internal forces.

Atualmente, a utilização do aço inoxidável em elementos estruturais ainda é por muitos engenheiros e arquitetos, considerada uma solução extravagante para os problemas da engenharia. Todavia, mudanças de atitudes dentro da construção civil e uma transição global para um desenvolvimento sustentável e redução em impactos ambientais tem seguramente provocado um aumento no uso do aço inoxidável. A maioria das normas de projeto de aço inoxidável atuais ainda são baseadas em analogias assumidas com o comportamento de estruturas de aço carbono. Todavia, o aço inoxidável apresenta quatro curvas tensão versus deformação não-lineares sem patamar de escoamento e região de encruamento claramente definidos (tração e compressão, paralela e perpendicular a direção de laminação), modificando assim, seu o comportamento global. Na presente investigação foram utilizados o aço inoxidável austenítico 304, e o aço carbono USI 300, ambos com tensão de escoamento similares, mas com tensões últimas e ductilidades distintos. Em elementos estruturais submetidos a tensões normais de tração, usualmente a ruptura da seção líquida representa um dos estados limites últimos a serem verificados. Com o objetivo de se avaliar a resistência a tração de elementos estruturais aparafusados em aço inoxidável, este trabalho executou um programa experimental inovador envolvendo ligações aparafusadas defasadas sob tração. O programa experimental foi executado em peças de aço carbono e aço inoxidável de forma a comparar as principais semelhanças e diferenças entre estes dois tipos de aços estruturais. O programa experimental possibilitou que conclusões significativas no comportamento a tração destas ligações pudessem ser observadas. Dentre outras variáveis que controlam estes estados limites últimos foi verificada a influência significativa da espessura da placa de aplicação do carregamento, disposição, configuração e número de parafusos da ligação e propriedades do aço inoxidável como ductilidade e razão entre suas tensões de escoamento e de ruptura. / The use of stainless steel in structural engineering applications is still seen by many architects and engineers as an extravagant solution. However attitude changes in the construction market and the natural transition to a sustainable development reducing environment impacts have boosted the use of stainless steel structures. A substantial majority of stainless steel structural design codes is still based on carbon steel analogies. Despite this fact the stainless steel presents four non-linear tension versus strain curves (tension and compression, parallel and perpendicular to the rolling direction) without a defined yield plateau snf strain hardening zones substantially altering its global structural response. The present investigation adopted the austenitic stainless steel grade 304 and the carbon steel USI300, both with similar yield stresses but with different tension stresses and ductility capacities. Structural elements subjected to tension axial forces usually presents the net section rupture as one of its controlling ultimate limit states. The present study performed an innovative experimental programme to evaluate and investigate the tension capacity of staggered bolted members. The experiments were made with carbon and stainless steels to compare and access their similarities and differences in terms of structural performance. The experimental results enable the observation of significant conclusion concerning the tension response of the investigated bolted staggered members. The controlling ultimate limit states were significantly influenced by various parameters like: the loading plate thickness, the layout, configuration and number of bolts adopted in the joint, and stainless steel properties like ductility capacity and the ratio between the yield and ultimate stresses.

O fresamento do aço inoxidável austenítico é um processo importante para a produção de peças em que se deseja alta resistência mecânica e à corrosão. No entanto, a usinagem desse material representa um desafio por suas características adversas ao corte. A alta taxa de encruamento e a alta dureza relativa fazem-no resistente ao corte, podendo gerar vibrações em diferentes faixas de frequência. Uma técnica importante ao processamento de sinais de vibração é a Transformada de Wavelet que permite analisar diferentes frequências do sinal através da subdivisão em aproximações e detalhamentos. Neste trabalho analisaram-se vibrações em alta e baixa frequência geradas no fresamento frontal do aço inoxidável austenítico AISI 316 a partir de sinais de força, coletados por meio de um dinamômetro piezelétrico e processados via Transformada de Wavelet Discreta. Também se fez a investigação dos perfis de rugosidade, dos parâmetros de rugosidade média (Ra) e média parcial (Rz) e das ondulações gerados na superfície fresada. Nos ensaios, foram utilizados insertos com três raios de ponta distintos, hastes da fresa com três diferentes comprimentos em balanço e foram variadas a rotação do eixo-árvore e a profundidade de corte axial em três níveis cada, totalizando 81 combinações de parâmetros. Constatou-se que a profundidade de corte representou a maior influência na vibração. Na usinagem com rotações abaixo do valor mínimo recomendado pelo fabricante (1600 rpm), houve dificuldades na formação e remoção do cavaco. A modificação do raio de ponta influenciou mais a vibração em pequenas profundidades de corte ou em zonas próximas às condições de instabilidade. O comprimento da haste mostrou comportamentos diferentes para a vibração, podendo estar relacionado com a mudança das frequências naturais do sistema e também pode definir entrada em regime instável. Verificou-se correlação do detalhamento (D1) da força resultante (vibração em altas frequências) com o parâmetro Ra para condições de vibrações intensas (maiores amplitudes), mas em regime estável. Assim, o parâmetro D1 pode ser utilizado na detecção de vibrações chatter no processo de fresamento frontal do aço inoxidável AISI 316. / The milling of austenitic stainless steel is important process for the production of part that require mechanical and corrosion resistance. However, the machining of this steel represents a challenge by its adverse features. The high hardening rate and the high relative hardness make it resistant to cutting and can generate vibrations in different frequency ranges. An important technique for the processing of vibration signals is the Wavelet Transform that allows the analysis of different signal frequencies through the subdivisions into approximations and details. In this work, high and low frequency vibration generated in end milling of AISI 316 stainless steel were analyzed from force signals collected through a piezoelectric dynamometer and processed via Wavelet Discrete Transform. Besides, the roughness profiles were investigated, as well as average (Ra) and partial mean (Rz) roughness parameters, and waviness generated on the milled surface. Three different insert nose radius, end mill tool lengths, depths of cut and spindle speeds were used in the experiments, totaling 81 combinations of parameters. It was found that depth of cut represented the greatest influence on vibration. In end milling with spindle speed below the minimum recommended by the tool manufacturer (1600 rpm) it occurred difficulties in the chip formation and removal. The modification of tool nose radius greater influenced the vibration at small depths of cut or in regions close to the stability limit. The end mill tool length showed different behaviors for the vibration, which may be related to the change of natural frequencies of the mechanical system and may also define an unstable state. The correlation of detail (D1) of the resulting force (vibration at high frequencies) with the parameter Ra for intense vibration conditions (larger amplitudes) was verified, but in stable state. Thus, D1 can be used for detecting chatter in end milling process of AISI 316 stainless steel.

Aços inoxidáveis duplex (AID) são materiais amplamente utilizados para uma grande variedade de aplicações desde a indústria química, de alimentos, petroquímica, naval, farmacêutica, energia nuclear e em muitos outros campos devido à combinação de suas excelentes propriedades mecânicas e de resistência à corrosão. Particularmente na indústria petroquímica, os aços AID’s são muito utilizados como materiais estruturais para a construção de gasodutos que transportam altos volumes de CO2 e na confecção das camadas internas dos tubos flexíveis (oleodutos offshore), utilizadas na produção de óleo. A soldagem a arco dos AID’s pode acarretar, dependendo das taxas de resfriamento envolvidas, a formação de precipitados de segunda fase que degradam suas propriedades mecânicas. Um processo alternativo para evitar o problema de precipitação de fases indesejáveis é a utilização do processo de soldagem/reparo por fricção com pino consumível (SFPC). O objetivo do presente trabalho é a caracterização metalúrgica e mecânica de juntas de solda de aço inoxidável duplex UNS S31803 obtidas através dos processos SFPC e de soldagem de costura por fricção (SCF). Na soldagem SCF, o objetivo do estudo foi a verificação da influência do passo de soldagem na formação e alteração das estruturas e nas propriedades mecânicas. Os resultados dos ensaios foram comparados com as propriedades obtidas do material base (MB) “como recebido”. A partir das juntas soldadas obtidas por fricção, foram extraídos corpos de prova para ensaios de microtração e Charpy para avaliação da resistência mecânica e da resistência ao impacto. Análises da microestrutura em microscopia ótica (MO) e perfis de microdurezas ao longo da região de solda também foram realizadas. Verificou-se que os processos de soldagem SFPC e SCF provocam um intenso refinamento de grão na zona de mistura (região da interface entre material do pino e da base), modificando a estrutura lamelar de grãos alongados da matriz ferrítica/austenítica, ocasionado por uma ação conjunta de aquecimento e deformação plástica oriunda do processo de solda por fricção. Os resultados dos ensaios de microtração indicam que as juntas soldadas aumentaram sua resistência mecânica com relação ao material base, fato que se deve ao aumento da quantidade da ferrita na zona termomecanicamente afetada (ZTMA), à formação de nitretos de cromo no centro dos grãos ferríticos e ao refino de grão. O aumento da quantidade de ferrita na ZTMA ocorre devido às altas taxas de resfriamento envolvidas no processo de soldagem e verificados por análise térmica. As elevadas taxas de resfriamento dificultam a difusão do nitrogênio que tem um importante papel no equilíbrio de fases da estrutura duplex (ferrita-austenita), na soldagem. O nitrogênio aprisionado no interior do grão ferrítico produz nitretos de cromo deixando de agir como elemento gamagênico aumentando a quantidade da fase ferrita. As juntas soldadas verificadas apresentaram tenacidade aceitável de acordo com o exigido pela norma ASTM A923. / Duplex stainless steels (DSS) are materials widely used for a variety of applications from the chemical, food, petrochemical, marine, pharmaceutical, nuclear industry and other fields due to the combination of their excellent mechanical properties and corrosion resistance. Particularly in the petrochemical industry, the DSS’s steels are extensively used as structural materials for the construction of gas pipelines that carry high volumes of CO2 and making the inner layers of flexible pipes (pipelines offshore) used in offshore oil production. The arc welding of DSS's can lead, depending on cooling rates involved, the formation of second phase precipitates which degrade their mechanical properties. An alternative method to avoid the problem of precipitation of unwanted phase is to use the welding process Friction Hydro Pillar Processing (FHPP). The aim of this work is the metallurgical and mechanical characterization of joints welds of UNS S31803 duplex stainless steel obtained through FHPP processes and Friction Taper Stitch Welding (FTSW). In FTSW welding, the objective of the study was to verify the influence of the welding step on the formation and alteration of structures and mechanical properties. The test results were compared with the properties of the obtained base material "as received". From the welds joints obtained by friction welding, specimens for microtensile testing and charpy were extracted to evaluate the mechanical strength and toughness. Microstructural analysis in optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM) and microhardness profiles along the weld region were also performed. It was found that the welding process FHPP and FTSW causes an intense grain refinement in bonding zone, modifying the lamellar structure of elongate grains of matrix ferritic/austenitic, caused by action of heating and plastic deformation arising from the welding process by friction. The results of the microtensile tests indicate that the welded joints increased their mechanical resistance with respect to the base material, due to the increase in the amount of the ferrite in the thermomechanically affected zone (ZTMA), the formation of chromium nitrides in the center of ferritic grains and grain refining. The increase in the amount of ferrite in the ZTMA occurs due to the high cooling rates involved in the welding process and verified by thermal analysis. The high cooling rates difficult the nitrogen diffusion, which plays an important role in the phase equilibrium of the duplex structure (ferrite-austenite) in welding. The nitrogen trapped inside the ferritic grain produces chromium nitrides ceasing to act as gamogenic element by increasing the amount of the ferrite phase. The welds joints verified also had acceptable ductility and toughness according required by standard ASTM A923.