O processo de soldagem a ponto por fricção (FSpW) é uma tecnologia de soldagem no estado sólido que apresenta um forte potencial na aplicação na indústria aeronáutica entre outras. Em aeronaves, o processo apresenta-se como uma potencial alternativa ao processo de rebitagem possibilitando a redução de peso das estruturas e uma maior produtividade. Atualmente, a liga de alumínio 2198-T8 (AA2198-T8), que se trata de uma liga do sistema Al-Cu-Li, vem sendo proposta como uma opção de liga metálica para diversas aplicações estruturais em aeronaves devido a sua baixa densidade e alto desempenho mecânico. Considerando aplicações industriais futuras, o presente estudo buscou realizar uma avaliação da integridade de juntas soldadas pelo processo FSpW na liga AA2198-T8 baseado em ensaios da indústria aeronáutica utilizando como ferramenta a técnica de análise de deformações pelo método ARAMIS. Nesse sentido, foi realizada uma otimização dos parâmetros de soldagem para o processo FSpW aplicado à chapas da liga AA2198-T8 através de uma abordagem estatística utilizando o Método Taguchi. Além disso, o efeito individual das variáveis de processo investigadas no desempenho mecânico das juntas soldadas foi avaliado. Uma vez determinado parâmetros de soldagem otimizados, os mesmos foram utilizados em estudos para a avaliação da integridade das soldas produzidas. O desempenho mecânico de configurações de juntas soldadas de sobreposição foi avaliado através de ensaios quase-estáticos e ensaios de fadiga. As configurações das juntas soldadas foram definidas baseadas em variáveis geométricas usadas no projeto estrutural de juntas fixadas por rebites. Os resultados obtidos apontam um bom desempenho estático das soldas embora o desempenho em fadiga tenha sido pouco satisfatório. Por fim, o presente estudo fornece informações relevantes como uma investigação preliminar da aplicabilidade do processo FSpW em componentes estruturais da indústria aeronáutica. / Friction spot welding (FSpW) is a solid-state joining technology and has a strong perspective in aircraft applications as potential alternative to riveting in structures enabling weight savings and higher productivity. Currently the 2198-T8 aluminium alloy (Al-Cu-Li system) is being proposed as a metallic option for many aircraft structural applications due its low density and high mechanical performance. Considering future industrial applications, the present work aimed an integrity evaluation for FSpW welded joints in aluminium alloy 2198-T8 based on aircraft industry tests using deformation evaluation technique by ARAMIS method. In this way, an optimisation of welding parameters for FSpW process in aluminium alloy 2198-T8 sheets by statistical approach using Taguchi method was performed in the present work. Furthermore, the individual effect of the investigated process variables on the mechanical performance of the welded joints was carried out. Once set the optimised welding parameters these were used in structural assessment studies of friction spot welds in aircraft structures. The mechanical performance of spot welded lap joint configurations were evaluated by quasi-static and fatigue tests. The joint configurations were set based on geometric variables used in structural design of mechanically fastened joints by rivets. The results of present work indicate a good static performance of welds although fatigue performance was not satisfactory. Finally, the present work provides relevant information as a preliminary investigation of friction spot welding process applicability in structural components in aircraft industry.

As propriedades mecânicas e metalúrgicas de uma junta soldada devem ser minuciosamente estudadas para que se possa qualificá-la para aplicação em engenharia. Assim, com o desenvolvimento de novos processos de soldagem torna-se necessário um estudo detalhado para determinação destas propriedades. Este é o caso da soldagem por Fricção e Mistura Mecânica (Friction Stir Welding) em que, ao contrário das outras técnicas convencionais, a temperatura de fusão do material não é atingida durante o processo. Com isto, vários problemas que são relacionados às altas temperaturas desaparecem e, além disto, excelentes propriedades mecânicas são atingidas. Neste trabalho buscou-se verificar a influência de dois tratamentos térmicos (T 4 e T6) aplicados à liga de alumínio AA6056 soldada Fricção e Mistura Mecânica, principalmente nas diferentes regiões resultantes deste processo (zona termomecanicamente afetada, zona termicamente afetada e centro da solda). Para isto foram realizadas metalografias, ensaios de microdureza e ensaio de tenacidade à fratura em cada região. Os resultados indicam que o envelhecimento artificial altera a microdureza, mas não aumenta a tenacidade à fratura. Caso este envelhecimento for aplicado, recomenda-se fazê-lo antes do processo de soldagem para atingir uma maior tenacidade. / The mechanical and metallurgical properties of welded materiais must be completely understood to qualify it application. The development of new welding techniques requires a detailed study to determine it properties. This is the case of friction stir welding method (FSW) where the melting temperature is not reached in the weld zone in opposite of other conventional welding processes. The consequence is the disappearance of many problems related to high temperature and excellent mechanical properties. The aim of this work is to determine the influence of the T4 and T6 conditions in the fracture toughness of AA6065 aluminium alloy friction-stir welded, especially in the different zones resulting from the process (thermomechanically affected zone - TMAZ, heat affected zone - HAZ and nugget. The results indicate that the artificial aging modifies the properties but does not result in higher fracture toughness. lf T6 heat treatment is necessary it should be done prior to the welding process to achieve higher fracture toughness.

Tem-se na indústria da fundição de metais ferrosos o desafio de se produzir diferentes ligas de aço e ferro fundido com composições químicas diversas. As empresas possuem uma gama ampla de sucatas e adições disponíveis para realizar seus processos, e diversas composições de escórias são possíveis de serem alcançadas, diversificando as eficiências metálicas a cada corrida. O presente trabalho objetiva desenvolver três modelos inéditos, a saber, de rendimento metálico, de carregamento do forno e de otimização da composição química final do banho, com a intenção de auxiliar no planejamento de corridas. Também são apresentados indicadores de custo-benefício e de capacidade de suprimento de elementos de liga para fornecer critérios práticos às tomadas de decisão envolvendo as etapas de produção. Com os modelos desenvolvidos, foram obtidos resultados de eficiência metálica com patamares similares às estimativas de eficiência da prática na indústria. Os resultados de carregamento se mostraram melhores em termos econômicos, e tanto este modelo quanto o de otimização da composição resultaram em corridas tecnicamente equivalentes às práticas encontradas na indústria. / The challenge of producing different steel alloys and cast iron in various chemical compositions is verified in the foundry industry. Companies have a wide range of scraps and additions available to perform their processes, and various slag compositions are possible to be achieved, diversifying the metallic efficiencies in each tap. This work intends to develop three unpublished models, namely metallic yield, furnace loading and optimization of the final chemical composition, aiming to assist the planning of foundry process. Indicators of cost-effective and supply capacity of alloying elements are also presented to provide practical criteria for decision making involving their steps. Results were obtained with efficiencies similar to estimates of metallic efficiency in the practice of the industry. Its charging results proved best in economic terms, and both this model and the optimization of the composition resulted in taps technically equivalent to the practices found in the industry.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade Gama, Faculdade de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Integridade de Materiais da Engenharia, 2014. / Submitted by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2014-10-13T18:53:49Z No. of bitstreams: 1 2014_PatríciaPereiraDantas.pdf: 4689274 bytes, checksum: 44746194ebe45764f0ea7fbdc31c7284 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2014-10-15T17:25:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_PatríciaPereiraDantas.pdf: 4689274 bytes, checksum: 44746194ebe45764f0ea7fbdc31c7284 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-10-15T17:25:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_PatríciaPereiraDantas.pdf: 4689274 bytes, checksum: 44746194ebe45764f0ea7fbdc31c7284 (MD5) / O alumínio é o metal não-ferroso mais consumido do mundo, devido à suas propriedades, como baixa densidade, alta resistência à corrosão, alta condutibilidade térmica e elétrica, boa tenacidade, alta resistência a baixas temperaturas e excelente conformidade, entretanto, sua baixa resistência mecânica torna-se um limitador de suas aplicações. A adição de elementos de liga, como o níquel, tende a melhorar suas propriedades mecânicas, deixando-o atrativo para as mais diversas indústrias como a aeroespacial, a automotiva e a bélica. As ligas de alumínio-níquel, assim como os demais materiais fundidos, dependem do processo de solidificação para desenvolverem estruturas que atendam às exigências das indústrias. A evolução da microestrutura durante a solidificação não é afetado somente pelo teor de soluto mas também por variáveis que controlam o processo, tais como velocidade de solidificação, taxa de resfriamento e gradiente térmico. Desta forma, a cinética da solidificação pode influenciar de forma significativamente a estrutura final e como consequência, suas propriedades mecânicas. Diante disto, este trabalho buscou relacionar as variáveis térmicas da solidificação com os parâmetros microestruturais das ligas Al-8,5%Ni e Al-9%Ni produzidas em dispositivo de solidificação unidirecional vertical ascendente e verificou a influência do teor de níquel nas propriedades mecânicas através da realização de ensaio mecânico não destrutivo. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / Aluminum is the most consumed non-ferrous metal in the world, due to its properties such as low density, high corrosion resistance, high thermal and electrical conductivity, good toughness, high resistance to low temperatures and excellent compliance, however, its low mechanical strength becomes a limiting their applications. The addition of alloying elements, such as nickel, tends to improve its mechanical properties, making it attractive for a variety of industries such as aerospace, automotive and war. The aluminum-nickel alloys, like other molten materials, depend on the solidification process to develop structures that meet the requirements of the industries. The evolution of microstructure during solidification is not only affected by the content of solute but also by controlling the process variables, such as speed of solidification cooling rate and thermal gradient. Thus, the kinetics of solidification can significantly influence the shape of the final structure, and as a result, its mechanical properties. Thus, this study sought to relate the solidification thermal variables with the microstructural parameters of the Al-8,5wt.%Ni and Al-9wt.%Ni alloys produced in vertical upward directional solidification device and verified the influence of nickel on the mechanical properties by performing non-destructive mechanical testing.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Departamento de Engenharia Mecânica, 2013 / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2013-10-14T12:36:35Z No. of bitstreams: 1 2013_PeterFaluhelyi.pdf: 11549220 bytes, checksum: 8fe81773e010d2588ef3310e0c802154 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2013-10-14T14:15:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_PeterFaluhelyi.pdf: 11549220 bytes, checksum: 8fe81773e010d2588ef3310e0c802154 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-10-14T14:15:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_PeterFaluhelyi.pdf: 11549220 bytes, checksum: 8fe81773e010d2588ef3310e0c802154 (MD5) / Este trabalho refere-se a uma investigação, experimental e teórica, sobre o comportamento elástico de componentes estruturais de compósitos híbridos nos quais foram incorporados filamentos ativos de liga de Níquel-Titânio (Ni- Ti). Nele, inicialmente, foi desenvolvido um processo de fabricação manual, com e sem bolsa de vácuo, utilizando resinas epóxi de cura a frio e a quente, de vigas e barras compositas hibridas com liga de memória de forma (“Shape Memory Alloy Hybrid Composites”, SMAHC). Para todos os componentes estruturais adaptativos concebidos, as dimensões entre o comprimento longitudinal (C) e a espessura (h) foram superiores a 16, i.e., C/h > 16. As vigas SMAHC prismáticas foram produzidas em um molde fechado, tipo macho-fêmea, com duas camadas de até quatro fios de Ni-Ti unidirecionais cada uma, afastadas simetricamente o máximo possível do plano médio, e intercaladas por 17 camadas de mantas de fibras curtas de vidro-E, todas embebidas em matriz epóxi. As vigas SMAHC têm dimensões de 300 mm de comprimento, 31,4 mm de largura e espessura variável de 8,93 mm a 14,37 mm. Também foram fabricadas barras SMAHC para tração, com seção transversal variável, mesma largura que as vigas e comprimento de 285 mm. Nas barras foram adicionados ate oito fios de Ni- Ti unidirecionais, no plano médio entre camadas de mantas de vidro-E, todos embebidos em resina epóxi. As vigas foram analisadas e ensaiadas sob flexão estática, no regime elástico, bem como submetidas a cargas dinâmicas de curta duração; e as barras sob tração uniaxial, com a finalidade de verificar se o modulo de elasticidade destes componentes estruturais poderia ser elevado, mediante o aquecimento controlado dos fios de Ni- Ti embebidos, no escopo do princípio de Sintonização Ativa de Propriedades (“Active Properties Tunning”, APT). Em ensaios de flexão de três pontos, de vigas hibridas com fios de Ni- Ti na austenita (69 oC), obteve-se módulos de elasticidade experimentais maiores, em ate 6,53 %, em relação a ensaios com os fios de Ni-Ti na martensita (25 oC), apresentando frações volumétricas de Ni Ti próximas a 1,8 %. Já as barras SMAHC, com frações volumétricas de Ni- Ti de 5,8 %, apresentaram um aumento relativo de ate 16,8 % no modulo elástico, pela mudança de fase da martensita para a austenita, nos ensaios estáticos de tração. Portanto, houve um ganho de ate 28 % no modulo de elasticidade por unidade de fração volumétrica de Ni- Ti incorporado nas vigas adaptativas, em comparação as barras. Estes resultados foram confirmados por estimativas teóricas, baseadas em simulações numéricas via método dos elementos finitos e soluções analíticas. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This work is concerned with a theoretical and experimental investigation, about the elastic behavior of structural components based on hybrid composites incorporating Nickel-Titanium (Ni-Ti) active filaments. Initially, it was developed a hand lay up process, with and without vacuum bag, utilizing cold and hot cure epoxy resins, for beams and bars of Shape Memory Alloys Hybrid Composites (SMAHC). It was kept for all designed smart structures, the ratio of longitudinal length (C) over thickness (h) above than 16, i.e. C/h>16. The fabrication process produced beams in a closed mould, female-male type, with two symmetric plies of up to four Ni-Ti (SMA) wires, with a maximum possible distance in respect to middle plane, installed in the axial direction of specimen and intercalated with 17 E-glass chopped mat plies, all embedded in epoxy matrix. The SMAHC beams have 300 mm of length, 31.4 mm of width and 8.93 to 14.37 mm of variable thickness. Also, SMAHC bars for tensile loads were fabricated, with variable cross section, same width as the beam and length of 285 mm. In the bars, was introduced a ply of up to eight Ni-Ti (SMA) wires along the axial direction in the mean plane between six plies of E-glass chopped mat, all embedded in epoxy resin. The beams were analyzed and tested at static bending loads, in elastic regime, as well as with dynamic short duration loads; and the bars were subjected to axial tensile loads, with the purpose to verify if the elasticity modulus structural components could increase, by the controlled heating of Ni-Ti wires embedded, in the scope of Active Properties Tuning (APT). At three point flexural tests in hybrid beams, with Ni-Ti wires at the austenite phase (69 oC), the experimental elasticity modulus increased up to 6.53 %, compared to identical beams with Ni-Ti wires at the martensite phase (25 oC), with Ni-Ti volumetric fractions about 1.8 %. And the SMAHC bars, with Ni-Ti volumetric fraction of 5.8 %, showed a relative increase of 16.8 %. Then, it had a gain up to 28 % in the elasticity modulus per volumetric fraction unit of Ni- Ti incorporated in adaptative beams compared to bars. These results were confirmed by theoretical estimations, based in numerical simulations of finite element methods and analytical solutions.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade Gama, Faculdade de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Integridade de Materiais da Engenharia, 2013. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2014-03-21T11:15:37Z No. of bitstreams: 1 2013_RodrigoCavalcantiFabrinoGomes.pdf: 4471157 bytes, checksum: 4b527694b140495c7bd228562536ba3b (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-03-24T12:21:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_RodrigoCavalcantiFabrinoGomes.pdf: 4471157 bytes, checksum: 4b527694b140495c7bd228562536ba3b (MD5) / Made available in DSpace on 2014-03-24T12:21:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_RodrigoCavalcantiFabrinoGomes.pdf: 4471157 bytes, checksum: 4b527694b140495c7bd228562536ba3b (MD5) / Resumo: Estudos estão sendo desenvolvidos para o melhor entendimento da influência das variáveis térmicas e por consequência, espaçamentos dendríticos nas propriedades dos materiais metálicos utilizados na indústria. Neste trabalho foi fabricado um dispositivo de solidificação unidirecional vertical ascendente, constituído por uma lingoteira de aço inoxidável com medidas de 100mm x 70mm com altura de 70mm e espessura de 6mm. Foi posicionada na sua parte inferior uma câmara de refrigeração forçada à água em temperatura ambiente do mesmo material da chapa/molde com espessura de 3mm. Após a fabricação das ligas in loco e a obtenção das curvas experimentais térmicas, foram determinadas as suas variáveis térmicas de solidificação: velocidade do deslocamento da isoterma liquidus ao longo do lingote e a taxa de resfriamento da solidificação unidirecional ascendente para ligas hipoeutéticas do sistema Al-Ni (Al2%Ni, Al3%Ni e Al4%Ni). Tais variáveis foram confrontadas com as microestruturas resultantes do processo e seus parâmetros estruturais: espaçamento dendrítico primário, secundário e terciário. Através destes confrontos, foram geradas leis experimentais nas quais explanam as tendências de comportamento das ligas analisadas quando submetidas ao processo de solidificação unidirecional. Obtidas as análises microestruturais, foram realizados ensaios mecânicos destrutivos e não destrutivos com finalidade obtenção das propriedades mecânicas para posterior confronto com os parâmetros microestruturais. Os resultados comparativos mostram que ao elevar o teor de soluto, neste caso níquel, no interior das ligas analisadas ocasionou a elevação das propriedades mecânicas. Tais melhorias são explicadas pela presença de microestruturas mais grosseiras quando os teores de soluto são mais elevados. ______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Abstract: Studies are being developed to better understand the influence of thermal variables and consequently dendritic spacing on the properties of metallic materials used in industry. In this work, a device was fabricated unidirectional solidification upward vertical, consisting of a stainless steel ingot measures 100mm x 70mm with a height of 70mm and 6mm thick. Was positioned at the bottom a chamber of forced cooling to room temperature water from the same plate material / mold with a thickness of 3mm. After fabrication of the alloys in place and obtaining the experimental thermal curves were determined their solidification thermal variables: speed of displacement of liquidus isotherm along the casting and cooling rate of unidirectional solidification upward hipoeutéticas alloy system Al-Ni (Al2%Ni, Al3Ni% and Al4%Ni). These variables were compared with the microstructures resulting from the process and their structural parameters: spacing dendritic primary, secondary and tertiary. Through these meetings, we generated experimental laws in which explanam trends of behavior of the alloys analyzed when subjected to unidirectional solidification process. Obtained the microstructural analysis, mechanical tests were conducted destructive and non-destructive with purpose of obtaining mechanical properties for later comparison with the microstructural parameters. The comparative results show that by increasing the concentration of solute in this case nickel within the alloys examined caused the increase in mechanical properties. Such improvements are explained by the presence of coarse microstructure when the solute concentration is higher.

A soldagem de ligas de alumínio sem degradação excessiva das propriedades originais do metal base apresenta-se como um obstáculo a ser superado pelas indústrias em seus processos de fabricação, uma vez que o alumínio tem sido usado cada vez de forma mais intensiva. Esforços têm sido feitos para melhorar as propriedades da união destas ligas, que quando soldadas por processos convencionais como MIG ou TIG, perdem muito de suas propriedades originais devido às elevadas temperaturas envolvidas. Processos de união que não envolvem fusão, como rebitagem ou mesmo colagem despontam como alternativas em se tratando da união de alumínio, especialmente no setor aeronáutico. Neste sentido, o processo de soldagem denominado Friction Stir Welding (FSW), vem ganhando espaço nas pesquisas e também na indústria. Neste processo, uma ferramenta de alta resistência mecânica e com um perfil especial é utilizada para, por meio de atrito com as peças a serem soldadas, gerar calor e misturar mecanicamente o material da junta, consolidando a solda. Este trabalho visa implantar o processo FSW utilizando uma fresadora universal de elevada rigidez na soldagem de chapas de alumínio AA 5052-H34 com 6,35 mm de espessura. Para tanto, três geometrias de ferramentas de soldagem foram projetadas, fabricadas e testadas, de forma a definir-se parâmetros de soldagem compatíveis com as condições fornecidas pela máquina fresadora, por meio de testes preliminares. Uma vez definidos estes parâmetros, juntas foram obtidas com as três geometrias de ferramenta disponíveis e posteriormente seus desempenhos foram comparados. Ensaios mecânicos de dobramento e tração, medição do perfil de microdurezas e análise macrográfica da seção transversal das soldas foram os métodos empregados na caracterização das propriedades resultantes. Em adição, soldas pelo processo MIG também foram obtidas e sujeitas às mesmas avaliações. Observou-se desempenho similar entre as três geometrias de ferramenta testadas, sendo que apenas uma destas produziu soldas com ductilidade significativamente inferior às demais. Em relação à tensão de escoamento, eficiências próximas de 80% foram alcançadas por duas das geometrias, sem perda expressiva da ductilidade original. O perfil de microdurezas das amostras soldadas pelo processo FSW não demonstrou grande variação ao longo da seção transversal, ao passo que as amostras soldadas através do processo MIG apresentaram zonas bem definidas devido à natureza do processo empregado. / Welding of aluminum alloys with no considerable degradation of the properties of the base metal is a problem to be overcome by industry manufacturing processes, once aluminum is being used more intensively nowadays. Efforts have been made to improve aluminum joint properties that, when welded by conventional techniques such as MIG or TIG, experience a loss in mechanical properties due to the high temperatures involved. No-melt joining processes such as adhesive bonding or riveting are often considered when it comes to aluminum joining, especially in aerospace applications. Alternatively a welding process named Friction Stir Welding (FSW) is receiving growing attention for its potential applications where heat must be minimized or when dissimilar metals must be joined. In this process a high strength rotating tool with a special profile is introduced at the interface of the materials to be joined and translated along the joint at controlled speeds. Heat generated softens the material and allows the tool to stir while traveling along the joint. This work aimed at producing welds on AA 5052-H34 plates, 6,35mm (0,25 inches) in thickness, using a milling machine. In order to do that, three tool geometries were designed, manufactured and tested so as to define which welding parameters generated the best results. Once these parameters were chosen, each tool produced three welds and their performance was evaluated. Transversal bending, tensile tests, micro-hardness measurements along the weld cross-section and macrographical analysis were carried out in order to assess weld properties. In addition, MIG welds were produced and subjected to the same test conditions. Considering yield stress as an efficiency parameter, all the tested tools presented similar results – around 80% of the base metal yield stress. On the other hand, when considering elongation or performance on transversal bending tests it was noticed that the conic pin tool was not able to produce sound welds under the chosen process parameters. These welds were characterized by the presence of a longitudinal groove, as observed in macrographic analysis. Micro-hardness measurements along FS weld cross-sections demonstrated a small variation between the different weld zones while on MIG cross-sections a higher variation in hardness values could be seen across the weld. Further MIG welds presented a larger heat affected zone than that of FS welds.

A soldagem das ligas de alumínio AA2024-T3 e AA7075-T6 sempre foi um obstáculo para indústria devido à alta suscetibilidade a trincas durante o processo de soldagem ao arco elétrico. Estas ligas são largamente utilizadas na indústria aeronáutica devido a sua alta resistência mecânica e baixo peso específico do alumínio, sendo que o método de união mais utilizado é a rebitagem. Com o advento da soldagem por FSW, surge uma nova oportunidade de união destas ligas sendo que os estudos apresentados até o momento demonstram excelentes propriedades mecânicas da junta. “Friction Stir Welding” – FSW é uma técnica de soldagem desenvolvida em 1991 pelo “The Welding Institute” (TWI) na Inglaterra. Esta solda tem a vantagem de ocorrer no estado sólido, que preserva as propriedades mecânicas das ligas, ao contrário dos métodos de soldagem convencionais que envolvem fusão e produzem, em grande parte, microestruturas com baixas propriedades mecânicas. No processo FSW uma ferramenta de alta resistência mecânica com um determinado perfil é rotacionada de forma a gerar atrito nas peças a serem soldadas. Este atrito gera calor suficiente para aumentar a ductilidade e misturar o material na junta, consolidando o mesmo, sem a ocorrência de fusão. O objetivo deste trabalho é determinar um conjunto de parâmetros através do processo FSW, para soldagem de chapas das ligas Alclad AA2024-T3 e AA7075-T6 com 1,8 mm de espessura, utilizando uma fresadora universal de alta rigidez. Para isso foram desenvolvidas duas geometrias de ferramentas para os quais um conjunto de parâmetros resultasse em soldas livres de defeitos. Uma vez obtidas estas soldas, as mesmas foram testadas através da medição de microdureza, ensaios de dobramento e tração para verificação das propriedades mecânicas resultantes comparadas ao do metal base. Observou-se que algumas juntas, dependendo dos parâmetros e da ferramenta utilizados, não demonstraram ductilidade adequada durante os ensaios de dobramento, embora não apresentassem defeitos na análise macrográfica. Da mesma forma, a resistência mecânica apresentada pelas mesmas atingiu no máximo 70% do metal base, demonstrando ser a técnica, uma boa alternativa a rebitagem. Por fim, para liga AA2024-T3, pode-se obter um conjunto de parâmetros que resultasse em uma solda com as propriedades finais desejadas, ou seja, livre de defeitos, ductilidade adequada e boa resistência à tração. / The welding of AA2024-T3 and AA7075-T6 clad aluminum alloys was always an obstacle to the industry due to cracking susceptibility during arc welding process. These alloys are largely used in the aeronautical industry because of their high mechanical strength and low density, being riveting the most widely used method to join them. The advent of friction stir welding (FSW) presents itself as a new opportunity to join these alloys and the present research demonstrates excellent mechanical properties of the joint. Friction stir welding is a welding technique that was developed in 1991 at The Welding Institute (TWI) in England. This welding method has the advantage to be a solid state process that preserves the mechanical properties of alloys, to the contrary of conventional fusion welding techniques that produce microstructures with low mechanical properties. In the FSW process a high strength tool with a given profile is rotated in order to generate friction in the parts to be welded. This friction generates enough heat to soften and stir the material, joining them without fusion. The objective of this work is to determine a set of parameters using the FSW process to weld a 1,8 mm thick AA2024-T3 and AA7075-T6 aluminum clad sheet using a stiff milling machine. For this purpose, development of two tool geometries with a set of parameters to obtain defect-free welded joints was utilized. These welded joints were investigated using microhardness, bending and tension testing to verify the mechanical properties in comparison with the base metal. It was noted that, dependent upon the parameters and tools used for welding, the joints did not show adeq uate ductility during the bending testing, even if the macrographic analysis demonstrate no defects. In the same way, the joint mechanical strength is 70% of base metal, showing that this technique is a good alternative for riveting method. Finally, for the AA2024-T3 aluminum alloy, it was obtained the desired properties for the joints, with no defects, good ductility and tension strength.

Soldagem a ponto por fricção é um processo que ocorre no estado sólido com alta eficiência energética, baixo custo de produção além de ser um processo ambientalmente limpo. Estes processos por fricção são uma alternativa a processos convencionais tais como solda ponto por resistência, rebitamento e "clinching". A Solda Ponto por Ficção e Mistura Mecânica, ou SPFMM, é uma excelente alternativa aos processos tradicionais de união, desde que é eficiente na união de ligas de alta resistência da indústria automotiva e aeroespacial como alumínio e magnésio, que são materiais que apresentam dificuldades na soldagem com a utilização de métodos convencionais através da fusão dos materiais envolvidos. A ausência de uma fase de fusão nesses processos elimina defeitos como porosidades, bolhas, rebaixos, inclusões e microestruturas indesejáveis, que freqüentemente aparecem na solda e zonas afetadas pelo calor em processos de soldagem por fusão. Estes materiais são interessantes, especialmente na indústria automotiva, devido a sua excelente relação de resistência/peso, onde a técnica já é utilizada apresentando redução drástica de custos de operação e aumento a resistência das juntas formadas. O processo de SPFMM consiste em uma ferramenta, que é uma combinação de um pino e um ombro que em rotação, penetra nas chapas formando uma junta sobreposta. Esta ferramenta rotativa ao penetrar utiliza elevadas cargas axiais. O contato do pino com regiões adjacentes e do ombro com a superfície superior da junta geram calor de fricção. Este calor de fricção promove a plastificação do material da junta, que ao mesmo tempo é misturado pelo pino consolidando, assim, a formação da junta. Após a remoção da ferramenta e fim do processo, um furo remanescente permanece no centro da solda. O objetivo do presente trabalho é avaliar a influência da utilização de diferentes perfis de ferramenta e diferentes velocidades de rotação sobre a soldagem e o comportamento mecânico de ligas de alumínio e magnésio soldadas pelo processo de SPFMM. Também buscou-se observar a influência da ferramenta sobre a variação do fluxo de material. As soldas foram realizadas com duas diferentes velocidades de rotação para o magnésio e três diferentes velocidades de rotação para as ligas de alumínio. E um total de doze combinações de quatro diferentes perfis de pino e três diferentes perfis de ombro foram utilizadas para a produção destas soldas. A taxa de penetração, profundidade de penetração e tempo de mistura foram mantidos constantes. A caracterização metalúrgica foi feita através de microscopia ótica, lupa e eletrônica de varredura. A caracterização mecânica das juntas foi feita através de ensaios de cisalhamento, perfis de microdureza e monitoramento de torque e força durante o processo de soldagem. Ainda foram realizadas análises do fluxo de material durante o processo. Foi possível observar uma tendência de aumentar a resistência mecânica da junta com a utilização de velocidades de rotação mais elevadas em ambos os materiais. A utilização de ferramentas com diferentes perfis apresentou diferenças representativas, porém com muita dependência da combinação de velocidade de rotação, pino e ombro utilizados. / Friction based spot welding are processes that occurs in solid state with high energy efficiency, low costs and environmentally friend. These processes provide an alternative to conventional spot joining methods as resistance spot welding, riveting and clinching. Friction Stir Spot Welding is a good alternative to traditional spot joining processes since it is able to join high strength aerospace and automotive alloys like aluminum and magnesium, which are difficult to join by conventional fusion. The absence of melting during welding avoids defects like porosity, inclusions, and undesired microstructures, that are frequently observed in fusion weldings. These materials are interesting especially regarding the automotive industry, because of its mechanical strength/weight relationship, where the technique is already in use with drastic reducing of operating costs and increasing in joint mechanical strength. The SPFMM process consists in a rotating tool comprised of a pin and a shoulder that penetrates into two overlap positioned sheets. The tool displaces and plasticize the adjacent material and provide the joint consolidation leaving a keyhole after tool removal and the process is finished. The aim of this work was to evaluate the influence of different tool profiles on the metallurgical and mechanical behavior of friction stir spot welded joints of aluminum and magnesium alloys. The joints were performed with two different rotation speeds for the magnesium AZ31 samples and with three different rotation speeds for the aluminum AA6181-T4 samples and twelve combinations of three different shoulders and four different pins. The plunge rate, plunge depth and dwell time were kept constant. The metallurgical characterization was performed using optical and scanning electron microscopy. The mechanical performance of the joints was evaluated in terms of microhardness profiles and shear test. It was possible to observe a tendency to increase the mechanical strength with the usage of higher rotational speeds for both materials. The usage of different tool profiles also presented different mechanical performance, but it’s strongly influenced by the combination of rotational speed, pin and shoulder.

O presente trabalho apresenta a avaliação comparativa do comportamento ao desgaste adesivo das ligas metálicas Stellite 6 e Colmonoy 56, aplicadas como revestimento resistente ao desgaste em diferentes combinações nos pares de corpos-de-prova ensaiados em laboratório segundo a norma técnica ASTM G-77. Procurou-se assim simular a condição mais crítica de operação, a qual um mancal dianteiro de deslizamento instalado internamente em uma extrusora monorosca está submetido, ou seja, contato metal-metal sem lubrificação. Uma vez que os resultados obtidos em laboratório indicaram o par com melhor desempenho em resposta às solicitações de desgaste adesivo, foram então, revestidas as superfícies das peças de um mancal de deslizamento e instaladas em uma extrusora monorosca para execução do teste de campo em condições normais de operação. A liga Colmonoy 56 utilizada em conjunto com a liga Stellite 6 mostrou ter uma vida útil maior ao desgaste por deslizamento do que o par de ligas Stellite 6 / Stellite 6. Os resultados indicaram ainda que quando o mecanismo predominante de desgaste por deslizamento é o adesivo, a compatibilidade metalúrgica entre as ligas metálicas que se atritam é um fator que influencia fortemente a resistência ao desgaste das superfícies em contato. Assim sendo, o par Colmonoy 56 / Stellite 6 apresentou uma menor compatibilidade metalúrgica (menor solubilidade mútua) melhorando o deslizamento devido a menor adesão entre as ligas. Outro fator que pôde ser constatado como de influência para a diminuição da taxa de desgaste foi à presença de alta concentração de cristais de boretos de cromo, que possuem dureza semelhante à do diamante, e também a presença de outros constituintes duros como carbonetos de cromo distribuídos na microestrutura do Colmonoy 56. Nos testes de campo, foi confirmado um significativo aumento da durabilidade do mancal em operação substituindo o par tribológico Stellite 6 / Stellite 6 pelo par Colmonoy 56 / Stellite 6. / This work shows a comparative evaluation of the adhesive wear behavior of metallic alloys Stellite 6 and Colmonoy 56 applied as a wear resistant coating in different combinations in pairs of specimens tested in the laboratory according to technical standard ASTM G-77. We attempted to simulate then the most critical operating condition to which a sliding front bearing installed internally in a single screw extruder is subjected, i.e., metal to metal contact without lubrication. Since the results obtained in the laboratory indicated the par with the best performance in terms of response to adhesive wear were then coated surfaces of the parts of a sliding front bearing and after they were installed in a single screw extruder for run the field test in normal operation. The alloy Colmonoy 56 used in conjunction with alloy Stellite 6 proved to have a longer life than the pair of alloy Stellite 6 / Stellite 6 to sliding wear. The results also indicated that when the predominant mechanism of sliding wear is the adhesive, the metallurgical compatibility between the metal alloys that are rubbing each other is a factor that strongly influences the wear resistance of the surfaces in contact. Thus, the pair Colmonoy 56 / Stellite 6 demonstrated a lower metallurgical compatibility (mutual solubility smaller), improving the sliding between the alloys due to the lower adhesion between the alloy. Another factor found to influence to decrease the wear rate was the presence of high concentrations of crystals of borides of chromium, which have similar hardness to diamond and also the presence of other hard constituents, such as chromium carbides distributed in the microstructure of the Colmonoy 56. In field tests, it was confirmed a significant increase in the durability of the bearing under normal operation replacing the tribological pair Stellite 6 / Stellite 6 by tribological pair Colmonoy 56 / Stellite 6.