O presente estudo foi desenvolvido com tratamentos térmicos de um aço de Alta Resistência e Baixa Liga - ARBL, contendo 0,11%C e outros elementos como Mn, Si, somando-se a adição de Nb como microligante. Os tratamentos térmicos contemplaram diversos roteiros de aquecimento e resfriamento, com austenitização plena e intercrítica. Os corpos-de-prova foram submetidos a ensaios de tração, dureza, fadiga e metalografia com microscopia óptica. Dessa forma puderam ser associadas propriedades mecânicas e textura do material, correlacionando-as com os tratamentos térmicos. O trabalho divide-se em duas etapas denominadas exploratória e direcionada. A etapa exploratória destinou-se a ampla avaliação da gama de propriedades que o aço poderia oferecer, e servir de base para uma etapa complementar denominada direcionada. A etapa direcionada utilizou-se como referência dos roteiros de tratamentos térmicos da etapa exploratória que resultaram em propriedades mecânicas de maior significância, reproduzindo tais tratamentos em parte, porém com alterações que apontavam no sentido de incrementar a resistência mecânica do aço. Todos os tratamentos térmicos envolveram têmpera do aço, porém devido ao baixo teor de carbono, fases como ferrita e carbetos compartilharam estruturas polifásicas com a martensita. A ocorrência de ferrita, perlita, bainita e martensita em diversos roteiros, caracterizam a microestrutura como multifásica. Apesar da ocorrência de martensita em ilhas, é na condição de martensita dispersa que foram obtidos os mais elevados valores de resistência mecânica, majorando-se em até cerca de 90% o limite de resistência médio previsto pelo fabricante, na condição de fornecimento.

Este trabalho teve como objetivo investigar a viabilidade de um novo método de micro-soldagem de chapas finas utilizando um laser de Cu-HBr que emite pulsos intensos com duração de nanosegundos em alta taxa de repetição. Nos métodos tradicionais, a micro-soldagem de chapas finas é realizada com laser contínuos ou com pulsos de baixa intensidade e de longa duração ( > 1ms) que permitem um comprimento de difusão térmica da ordem da espessura das chapas. Lasers com pulsos curtos (10 a 100 ns) são utilizados preferencialmente em processos de corte e furação de materiais. Um amplo estudo experimental do processo de micro-soldagem com pulsos curtos foi realizado utilizando chapas de aço inoxidável (AISI 304) com espessuras entre 25 mm e 100 mm. As principais características do feixe do laser de Cu-HBr foram medidas em todas as condições experimentais, permitindo uma determinação precisa da intensidade do laser na região de micro-soldagem. Os resultados deste estudo indicaram que é possível controlar o intervalo de parâmetros do processo para se obter um cordão de solda com alta razão de aspecto e reduzida zona afetada termicamente. Foi desenvolvido um modelo teórico para explicar a interação de pulsos curtos emitidos com alta taxa de repetição no processo de soldagem. Os resultados deste modelo indicaram que embora a intensidade do laser de Cu-HBr seja suficiente para perfurar as chapas de aço, é possível controlar a geometria do furo de forma a que o material vaporizado fique aprisionado e condense nas paredes internas da cavidade perfurada. Nestas condições experimentais controladas as chapas finas de aço foram soldadas com potências médias de laser entre 10 e 20 W, muito inferiores aos valores utilizados pelos métodos tradicionais.

Esse trabalho foi desenvolvido no escopo de um projeto de parceria entre o ITA e uma empresa brasileira produtora de blocos de motores. O objetivo desse trabalho se constituiu em analisar o processo de brunimento dos cilindros de um bloco V8 feito em ferro fundido de grafita compacta (CGI), estabelecendo as principais relações entre os parâmetros de entrada e o resultado do processo. A aplicação desse material em blocos de motores visa possibilitar um aumento da pressão interna de combustão, reduzindo assim a emissão de poluentes, além de possibilitar uma redução significativa no peso do motor. O brunimento é um processo de usinagem com geometria não-definida que visa obter cilindros com baixíssimos erros de forma e superfícies com qualidades especiais, como a superfície de platô que é ideal retenção de finas camadas de óleo. O CGI é um ferro com resistência mecânica superior ao ferro fundido cinzento e por esse motivo apresenta alguns desafios em seus processos de usinagem. Esse trabalho pretende então fornecer uma base de informações sobre a interação entre o processo e o material, e assim permitir avanços tecnológicos na linha de produção. Durante essa pesquisa, alguns resultados foram aplicados na produção e pôde-se alcançar resultados significativos, como o aumento da produção de 2,1 para 7,5 peças/hora com um perceptível aumento da qualidade do produto e do processo.

Este trabalho visa o desenvolvimento de um processo para obtenção da liga Ti-35Nb-7Zr-5Ta por metalurgia do pó a partir da utilização de pós elementares no estado hidrogenado, com foco na obtenção de amostras com elevada densificação (acima de 90 %) e microestrutura homogênea. Uma vez que a porosidade é um fator importante em termos de osteointegração, é também investigada a obtenção de amostras da liga com controle de porosidade. A liga Ti-35Nb-7Zr-5Ta apresenta o menor módulo de elasticidade entre as ligas metálicas já desenvolvidas e é composta apenas por elementos considerados biocompatíveis. O processo de obtenção de ligas de titânio por metalurgia do pó (M/P) a partir dos pós elementares mostra-se uma alternativa viável por permitir a obtenção de peças com geometrias complexas e próximas às dimensões finais, a baixos custos. Os pós elementares hidrogenados foram misturados em moinho planetário, prensados uniaxial e isostaticamente a frio e sinterizados na faixa de temperaturas entre 800 e 1500 C. Complementando o estudo, foram produzidas amostras da liga com a adição de um agente formador de poros (carbonato de amônio), em diferentes teores, para a obtenção de amostras com controle de porosidade. Para caracterização do material, foram utilizadas técnicas de microscopia eletrônica de varredura, difração de raios X, massa específica e dilatometria. São analisadas as propriedades mecânicas (microdureza Vickers, compressão, flexão e cisalhamento), biológicas (ensaios in vitro) e de bioatividade (recobrimento biomimético). As análises microestruturais indicam que as amostras apresentaram elevada densificação (acima de 99,3 %) e a tendência de exibir uma microestrutura homogênea com o aumento da temperatura de sinterização e após a completa dissolução de todas as partículas de Ta e Nb. Além disso, foi possível a obtenção de amostras com um nível de porosidade superior a 50 %, com distribuição de poros na faixa de 150 mm. Os testes in vitro revelam a não citotoxicidade dos pós de partida e das amostras sinterizadas e a técnica biomimética utilizada demonstra ser adequada para a formação de uma camada de hidroxiapatita capaz de suportar cargas funcionais.

A pesquisa e o desenvolvimento de materiais com gradiente funcional (FGM) têm recebido muita atenção nos últimos anos, na tentativa de explorar as variações de propriedades dos materiais em função da posição, baseadas nas diferenças de composição química, microestrutura ou ordenação atômica. Neste trabalho é mostrado o desenvolvimento da técnica de obtenção do FGM no sistema alumina - cromito de lantânio (Al2O3 - LaCrO3), para aplicação como materiais absorvedores de radiação eletromagnética (MARE) em altas temperaturas (acima de 1500 C). Para tanto, foi necessário aprimorar a técnica de obtenção do LaCrO3 via reação no estado sólido e aperfeiçoar o processamento cerâmico para obtenção do compósito. A fase LaCrO3 foi sintetizada a partir da mistura dos óxidos La2O3 e Cr2O3, na proporção estequiométrica 1:1 (mol). Os parâmetros de processamento foram otimizados em função das fases cristalinas obtidas e caracterizadas por difração de raios X. Para obtenção da análise semi-quantitativa das fases foi utilizado o método de Rietveld. As temperaturas de reação e de formação da fase cristalina intermediária (La2CrO6) até a formação da fase LaCrO3 foram determinadas por meio de análise térmica diferencial (ATD) e análise termogravimétrica (ATG). A Al2O3 utilizada como matriz do FGM foi utilizada tanto na fase pura como dopada com 10% de vidro de lantânio. Na fabricação do FGM foram preparadas composições utilizando-se as fases Al2O3 e LaCrO3, variando-se as proporções entre as duas fases nas diversas camadas do compósito. Na tentativa de inibir a formação da fase LaAl11O18, o compósito FGM foi sinterizado com adições de vidro de lantânio (10%) na matriz de Al2O3. O FGM foi conformado com a utilização das técnicas de prensagem uniaxial (80 MPa) e prensagem isostática a frio (300 MPa) e sinterizadas ao ar entre 1500 e 1650 C. A microestrutura e a integridade da interface entre as camadas do FGM foram avaliadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV). O LaCrO3 foi obtido com 99,7% de pureza e 0,3 % de CrO não reagido. Na sinterização do FGM foi observada a reação entre a Al2O3 e o LaCrO3 com a formação da fase LaAl11O18 na forma de placas interligadas. Com a presença da fase vítrea na matriz de Al2O3 a reação da fase LaAl11O18 foi inibida parcialmente. Nas interfaces do FGM não foram observadas descontinuidades.

A imposição de uma série de condições operacionais na fundição e seus processos geram, como consequência direta, uma diversidade de estruturas de solidificação. Sabe-se que as propriedades mecânicas dependem dessas estruturas. A literatura apresenta relações entre o limite de escoamento de materiais e tamanho de grão (equação de Hall-Petch), ou limite de resistência à tração e espaçamentos dendríticos. Neste trabalho, a liga Al-6,0Zn (%p) e a liga Al-3,0Cu-1,0Li (%p) foram solidificadas em um sistema ascendente sob condições não-estacionárias de fluxo de calor. O calor foi direcionalmente extraído através de um molde refrigerado a água feito de aço (SAE 1020). O objetivo deste trabalho é obter correlações entre a microestrutura, variáveis térmicas de solidificação e propriedades mecânicas das ligas fundidas. Os resultados incluem coeficiente de transferência de calor metal/molde, velocidade de deslocamento da isoterma liquidus, taxa de resfriamento, espaçamentos dendríticos primários, limite de resistência à tração ( smáx.) e limite de escoamento ( se) em função das condições de solidificação impostas pelo sistema metal/molde. Constata-se que o espaçamento dendrítico primário diminui com o aumento da velocidade de deslocamento da isoterma liquidus e da taxa de resfriamento. Em ambos casos ( smáx. e se = 0,2%e), o arranjo dendrítico mais refinado apresenta maior resistência mecânica.

Dentre as melhorias nos processos produtivos para a manufatura de aeronaves nas empresas, a soldagem a laser tem sido destacada como uma das tecnologias mais promissoras. A mudança de rebitagem para soldagem do revestimento da fuselagem e dos reforçadores tem contribuído para a redução de peso e dos custos das aeronaves, bem como diminuído o seu tempo de fabricação. Este trabalho pretende contribuir ao entendimento da metalurgia de soldagem autógena (sem uso de metal de adição e em um único passe) de uma liga de alumínio de alta resistência (AA6013) com um laser a fibra (2 kW). A geometria escolhida ée solda topo, sem chanfro, para facilitar a análise dos resultados. Foram estudados os efeitos dos parâmetros de processo, velocidade e potência do laser, além de dois valores diferentes de espessura das chapas, realizados com um desenho de experimentos sobre a microestrutura e qualidade da solda. O estudo mostrou que ée possível obter soldas com boa qualidade macroscópica, em relação à regularidade do cordão e furos, e com isenção de trincas ou porosidades em velocidades em torno de 100 mm/s e com potência do laser de cerca de 1 kW. Também foi verificado que a zona afetada pelo calor ée bastante concentrada, com região de liquação em torno de 50 mm.

As propriedades termodinâmicas dos metais são importantes para a descrição da solubilidade de um metal em outro. Neste trabalho são discutidos os critérios de solubilidade, dando-se ênfase aos possíveis usos para urânio metálico. São discutidas as aplicações dos métodos clássicos iniciados por Hume-Rothery e Darken-Gurry e de outros autores que se sucederam na tentativa de desenvolver métodos mais eficazes ou aperfeiçoados. Posteriormente, os estudos inicializados por Kaufman e Miedema introduziram novas idéias para os critérios de solubilidade a partir de novas coordenadas definidas por resultados de métodos empíricos. Tais estudos foram utilizados por Chelikowsky, Alonso e Simozar para desenvolver novas teorias sobre solubilidade sólida. O trabalho apresenta o entendimento da solubilidade de metais em urânio pela abordagem de aspectos básicos de solubilidade e os critérios de solubilidade apresentando ao final os elementos com solubilidade nula, solubilidade limitada e solubilidade extensiva. São também discutidas as fontes dos dados selecionados para os cálculos e a disposição das tabelas.

Desde os mais remotos tempos da aviação, materiais metálicos, principalmente o alumínio, têm sido considerados para a construção de estruturas de aviões graças a propriedades únicas como baixo peso específico, fácil trabalhabilidade e boa resistência à corrosão. Com o advento dos sistemas computadorizados, simulação do processo de solidificação de metais e controle rigoroso de qualidade, processos de fundição classificados como Premium propiciaram propriedades mecânicas superiores e elevada repetibilidade, viabilizando a aplicação de componentes fundidos em estruturas primárias de aeronaves. O presente trabalho avalia a correlação entre a microestrutura, particularmente o espaçamento interdendrítico secundário e defeitos, com as propriedades mecânicas de componentes fundidos da liga de Al-Mg-Si - E357, envelhecida para a condição T6. Foi realizado um total de 30 ensaios de tração e 48 ensaios de fadiga axial, utilizando amostras retiradas de diferentes espessuras de placas fundidas e os resultados correlacionados com suas respectivas microestruturas. O estudo revela que o processo de fundição por cera perdida e solidificação controlada é capaz produzir componentes fundidos com excelente qualidade, microestrutura super refinada e homogênea (espaçamento interdendrítico secundário variando de 15 a 30m), em componentes com variação de espessura de 2 a 15mm. Pôde-se constatar também que, para esse nível de variação do espaçamento interdendrítico secundário não há diferença significativa nas propriedades mecânicas (tensão de escoamento e tensão de ruptura), apenas diferença no alongamento. No que tange a resistência à fadiga, pôde-se constatar que há diferença significativa entre os resultados das amostras de 2 e 15mm de espessura, principalmente quanto à dispersão dos resultados. Por meio das fractografias das amostras fraturadas por fadiga, pôde ser constatado que a nucleação das trincas ocorre preferencialmente em grandes defeitos como, por exemplo, inclusões. Na ausência de inclusões, as iniciações ocorrem devido às porosidades e filmes de óxido. Finalmente, na ausência de defeitos típicos de peças fundidas, a nucleação das trincas de fadiga ocorre preferencialmente devido ao escorregamento de planos, principalmente escorregamento das fases duras em relação à matriz de alumínio.

Aços constituem a categoria de material metálico mais utilizada industrialmente. Sua grande aplicação deve-se a diversos fatores, como produção em larga escala, baixo custo, por possuírem uma vasta faixa de propriedades mecânicas, entre outros. O aço SAE/AISI 4340 é tratável termicamente, baixa liga, contendo níquel, cromo e molibdênio, combina excelente temperabilidade com alta ductilidade, tenacidade e resistência, possui alta resistência à fadiga e à fluência. O fenômeno de fratura por fluência é um dos grandes problemas da área industrial devido ao crescente nível de exigência das condições de operação empregadas em usinas de geração de energia, instalações químicas e em componentes estruturais aplicados nas indústrias aeroespaciais. Com o objetivo de compreender o mecanismo de fluência e caracterizar microestruturalmente o aço 4340, elaborou-se corpos-de-prova de seção cilíndrica para ensaios de fluência com 500C (200 MPa), 550C (200, 250 e 300 MPa) e 600C (200 MPa), a partir de uma barra de aço laminado, na condição como recebido. Foram traçadas as curvas de fluência e determinadas as taxas de fluência de segundo estágio para as condições ensaiadas, foi obtido o expoente de tensão n para 550C e a energia de ativação Q para 200MPa. A caracterização microestrutural do material depois do ensaio de fluência foi feita através de microscopia óptica. O expoente de tensão de 8.02 e a energia de ativação de 372.2 kJ/mol indicam que o mecanismo de fluência se dá por movimentação de discordâncias. O aumento da temperatura e o aumento da tensão causam aumento exponencial da taxa de fluência.