O presente trabalho de mestrado tem como objetivo estudar o comportamento em fluência da liga Ti-6Al-4V tratada termicamente e submetida à Implantação Iônica por Imersão em Plasma de Nitrogênio (IIIP-N). Nesta proposta pretende-se dar continuidade às pesquisas já iniciadas no estudo da fluência da liga Ti-6Al-4V acrescentando-se a técnica do IIIP como modificador da superfície tratada para aumento da resistência à fluência. Tais estudos já iniciados foram efetuados submetendo-se a liga com diferentes estruturas, obtidas através de tratamentos térmicos, às condições de fluência e avaliando-se os efeitos dos tratamentos térmicos. Os resultados preliminares indicaram que as estruturas de Widmanstätten e Martensita apresentaram maior resistência à fluência. Para este trabalho, partiu-se destas estruturas, nas quais suas superfícies foram modificadas através do processo IIIP-N e expostas a condições de fluência às temperaturas de 500C e 600C. Os ensaios de fluência foram realizados na modalidade de carga constante a 319 MPa para a temperatura de 500C, e na faixa de 125 MPa a 319 MPa para a temperatura de 600C. Foram obtidos conjuntos de curvas e parâmetros experimentais relativos às regiões primária, secundária e terciária, em função das tensões e temperaturas aplicadas. Foram avaliados a ductilidade, a taxa de fluência estacionária e o tempo de vida. A liga apresentou um comportamento típico de fluência, com a presença dos três estágios característicos de fluência, em todas as condições de ensaio a que foi submetida. A estrutura resultante do tratamento térmico associada ao IIIP que apresenta menor taxa de fluência secundária é a de Widmanstätten. Verifica-se também que a associação do IIIP ao tratamento térmico promove um aumento na resistência à fluência quando se comparado à liga somente tratada termicamente. A condição Widmanstätten+IIIP apresenta expoente de tensão a 600C igual a 5,12; a condição Martensita+IIIP, 3,80 e a condição Equiaxial+IIIP, 3,23. A energia de ativação para fluência encontrada para a condição Widmanstätten+IIIP é de ~ 300 kJ/mol, para Martensita+IIIP, ~ 295 kJ/mol e para Equiaxial+IIIP, ~ 280 kJ/mol. Com base nos valores de expoente de tensão e energia de ativação para fluência pode-se sugerir que o mecanismo de fluência para este trabalho está associado à escalagem e escorregamento de discordâncias. As análises fractográficas indicam que o mecanismo predominante é caracterizado pela formação e coalescência de microcavidades, com o mecanismo de fratura dúctil para todas as condições.

O Ferro Fundido Nodular Austemperado (ADI) vem despertando interesse no mercado por seu menor custo de fabricação e por seu elevado potencial de substituir, principalmente, o aço em peças que demandem por alta resistência mecânica e resistência ao desgaste. Esses fatores o convertem num material de engenharia cada vez mais utilizado, impondo-se em campos até então reservados a outras ligas e métodos de conformação. O tratamento térmico de austêmpera fornece uma microestrutura única, constituída de ferrita acicular e austenita estável rica em carbono, mais frequentemente denominada de ausferrita. Assim, o ADI oferece uma boa relação resistência/peso e uma boa combinação de resistências mecânicas. Contudo, a usinagem do ADI quando comparado com os outros ferros fundidos, apresenta um grande desafio. Dentro desse cenário, esse trabalho visa analisar as possibilidades e os métodos para tornar a sua usinagem mais rentável. O objetivo deste estudo foi o torneamento de alguns tipos de ADI, com o intuito de se verificar, em termos de usinagem, a viabilidade técnica e econômica do seu uso. Para tanto, em primeiro lugar realizou-se uma caracterização detalhada do material e em seguida foram realizados ensaios de vida de ferramenta variando-se parâmetros e ferramentas de corte. Também foram realizados ensaios para medição das forças de corte e análise dos cavacos, incluindo ensaios de quick-stop. Foram analisadas algumas características tribológicas do material através de um ensaio pino-sobre-disco e por ensaios de usinagem para medição da rugosidade. Os resultados desta pesquisa apontam algumas melhorias para o desenvolvimento de novos gumes, baseado nos mecanismos de desgaste encontrados. Verificou-se a presença do desgaste por lascamento do gume em vários ensaios, bem como os mecanismos de abrasão e de adesão. Diferindo-se dos ferros fundidos tradicionais, o cavaco é do tipo contínuo e o maior tempo de contato deste com a superfície de saída da ferramenta é decisivo no comportamento das ferramentas de metal duro. A ferramenta de metal duro microgrão da classe P10 obteve o melhor desempenho na usinagem do ADI, tanto em condições de desbaste quanto de acabamento.

As ligas NiTi são as mais amplamente utilizadas dentre os materiais com Efeito de Memória de Forma. Uma liga NiTi capaz de deformar 9% da forma original e recuperá-la totalmente tem sido produzida no Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA). Aproveitando esta característica (a maior recuperação de forma encontrada na literatura aberta) desenvolveu-se um atuador torcional visando o controle de forma de estruturas aeronáuticas. O objetivo deste trabalho é modelar e projetar um atuador torcional e avaliar experimentalmente o deslocamento angular e torque gerados pela recuperação de forma. Desenvolveu-se uma formulação simplificada para o projeto do atuador torcional considerando como variáveis de projeto o comprimento e o diâmetro do atuador, o diâmetro do fio e o ângulo de enrolamento. São deduzidas expressões para o cálculo do comprimento do fio de NiTi, o deslocamento angular e o torque gerado em função dos parâmetros de projeto. Recomendações de projeto do atuador torcional são elaboradas em função dessas relações. O sistema de aquecimento usado para atingir a temperatura de transformação de fase (88C, valor correspondente a Af) é baseado em água em ebulição (também poderia ser utilizado efeito Joule). Desenvolveu-se um banco de prova linear para caracterizar a recuperação de forma do material e as forças geradas sob deformação longitudinal. Dois diâmetros de fio de NiTi foram testados no atuador torcional: 1 mm e 2 mm. Os resultados de deslocamento angular foram de 18 para os dois fios usados para uma deformação recuperável por EMF de aproximadamente 3%. Em termos de forças de recuperação, o fio de 1 mm apresenta 250 N na etapa de recuperação, e o fio de 2 mm uma força de 1100 N, aproximadamente quatro vezes maior. Os resultados experimentais são consistentes com a análise teórica, principalmente considerando as limitações do experimento torcional.

Neste trabalho foram estudadas e desenvolvidas conexões para serem utilizadas no Sistema de Controle de Rolamento do Veículo Lançador de Satélites (VLS) do Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE) do Comando-Geral de Tecnologia Aeroespacial (CTA). Foi utilizada a técnica de soldagem por fricção de materiais dissimilares. Os materiais utilizados foram: aço inoxidável AISI 304 e ligas de alumínio 6351-T6 e 5052. Primeiramente, foram elaborados corpos-de-prova e submetidos a testes de soldagem de topo, com o intuito de serem levantados alguns parâmetros de soldagem. Houve também a necessidade de se fazer um estudo da rugosidade da superfície de fricção do aço inoxidável. Os resultados obtidos retratam as condições de rugosidade para o par aço inoxidável - alumínio. Após os estudos, os corpos-de-prova obtidos pelo processo de soldagem foram submetidos a ensaios mecânicos de tração, para obtenção dos valores do limite de resistência à tração da junta soldada em relação à rugosidade. Após os ensaios de tração, os corpos-de-prova que apresentaram melhores resultados foram preparados metalograficamente e examinados por microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, análise química dispersiva de raios X e ensaios de microdureza Vickers. Com base nos resultados obtidos, foi estudada e projetada uma geometria especialmente desenvolvida para atender todas as necessidades de segurança exigidas para a utilização no Sistema de Controle de Rolamento do veículo. A geometria desenvolvida possibilitou a encapsulamento do alumínio, pela diminuição de sua deformação plástica, aumentando a área de contato e o ancoramento entre os dois materiais. Com isto melhorou-se a área de difusão do alumínio na superfície do aço inoxidável e também o ancoramento mecânico.

Este trabalho tem como objetivo o estudo da liga Ti6Al4V sob condições de fluência, a 500C e 600C. As condições microestruturais, de maior aplicação na indústria aeronáutica, são compostas especificamente pelas fases a (HC) e b (CCC), obtidas após forjamento e recozimento a 190C, com posterior resfriamento ao ar. Para tanto, é obtido um conjunto de curvas experimentais junto ao Laboratório de Ensaios Mecânicos do AMR/IAE/CTA, cujas análises envolvem a determinação dos principais mecanismos responsáveis pela fluência e de um conjunto de parâmetros experimentais, juntamente com avaliações quanto aos efeitos da pré-deformação sobre a ductilidade, taxa de fluência estacionária e tempo de vida nas condições apresentadas nesse trabalho. Os estudos experimentais são complementados por observações da estrutura de discordâncias, juntamente com os principais micromecanismos responsáveis pelo processo de fratura. Com base nos comportamento e nas principais características mecânicas e metalúrgicas da liga em questão, nas condições de teste apresentadas nesse trabalho, são desenvolvidos modelos matemáticos através dos conceitos propostos pela Mecânica do Dano Contínuo. As propostas envolvem a previsão da curva normal de fluência por meio da obtenção e solução analítica de um conjunto de equações diferenciais, utilizando-se uma base de dados gerada por parâmetros experimentais.

Este trabalho avalia a resistência à fadiga por flexão rotativa de ligas NiTi na forma de fios, em função da presença de impurezas e qualidade superficial das mesmas. O desenvolvimento da pesquisa foi realizado em duas etapas, sendo a primeira destinada ao desenvolvimento de um equipamento para ensaio de fadiga por flexão rotativa. A segunda etapa destinou-se à preparação de fios por trefilação, execução de ensaios mecânicos e análise mecânica e metalúrgica dos materiais. Os ensaios de fadiga foram divididos em dois grupos, para ciclagem parcial sem ruptura e ciclagem total até a ruptura dos fios. Após o processo de fadiga, as amostras cicladas parcialmente foram ensaiadas por tração, com aplicação de deformação até 6%, seguido de descarregamento com recuperação elástica do material. Constata que a vida em fadiga dos materiais é determinada por fatores intrínsecos, uma vez que defeitos superficiais não influenciam o processo de falha. A vida em fadiga dos fios de NiTi com menor teor de carbono é 90% maior que a dos fios com elevados teores deste elemento. O aspecto da fratura indica que a liga de menor teor de carbono armazena mais energia no processo de crescimento de trincas por fadiga; também sofre considerável transformação martensítica induzida por fadiga, fato que modifica sensivelmente suas propriedades mecânicas ao longo do processo de ciclagem.

O presente trabalho objetiva avaliar o comportamento da solda por atrito, Friction Stir Welding (FSW), no regime de flambagem e de pós-flambagem quando esta é utilizada para unir os reforçadores em painéis aeronáuticos típicos. Para tal dois painéis aeronáuticos em alumínio equivalentes, um deles reforçado utilizando fixação por rebites e o segundo utilizando fixação por FSW foram simulados numericamente. A tecnologia FSW é um método de soldagem a frio por fricção desenvolvido pelo The Welding Institute, em 1991. A utilização deste método resulta em estruturas mais leves e mais simples comparadas ao tradicional processo de rebitagem, porém sem comprometer as propriedades mecânicas dos painéis como fazem os demais tipos de solda, já que não envolve fusão dos materiais a serem soldados. Os painéis foram modelados e simulados no software de elementos finitos ABAQUS através de análises não-lineares incluindo contanto entre as superfícies bem como falha e não-linearidade das propriedades dos materiais. Os resultados finais mostraram uma ligeira vantagem da tecnologia FSW em relação ao processo de rebitagem para os casos analisados.

Este trabalho avaliou o efeito do refinamento de grão e precipitação de partículas de segunda fase na resistência mecânica e propriedades de EMF de ligas inoxidáveis a base de Fe-Mn-Si-Cr-Ni-Co-(Ti), processadas via extrusão em canal angular (1 e 2 passes, = 120, Rota Bc). Verificou-se que a adição de titânio reduz a estabilidade da austenita, promovendo a formação de precipitados primários com estrutura cristalina CCC e parâmetro de rede 0,875 nm, identificados como fase . Nas duas ligas, os tratamentos térmicos realizados após o processamento por ECAE resultaram no refinamento de grão e precipitação da fase , ocasionando considerável aumento da resistência mecânica. Os resultados deste trabalho mostraram que a redução no tamanho de grão é um parâmetro efetivo para a formação de placas de martensita monovariantes, com maior reversibilidade, mas promove um aumento da energia necessária para a transformação martensítica. Observou-se também que a recuperação de forma é dependente da resistência mecânica da matriz. Enquanto esta é baixa prevalece à recuperação de forma devido ao efeito de memória de forma e à medida que se aumenta a resistência mecânica, começa a prevalecer a recuperação superelástica. A recuperação de forma total que é a soma destes dois componentes, eventualmente pode apresentar um máximo na situação de resistência mecânica máxima, mas não sendo isto, um pré-requisito.

Foram estudados os processos de trefilação de duas ligas de NiTi denominadas VIM66 (martensítica) e VIM68 (austenítica) à temperatura ambiente. O forjamento rotativo e a trefilação convencional em máquina monoblocodeformando se barras de 15 mm de diâmetro até fios 2,56 mm comprovaram a viabilidade dos dois processos. Os fios de diâmetro 2,56 mm, solubilizados a 850 C por 15 minutos, foram trefilados sem recozimentos intermediários até a ruptura na máquina Instron à25, 50, 100, e 150 C. Os melhores resultados foram 8 passes para a liga VIM66 a 25 C e 11 passes para a liga VIM68 passes a 100 C resultando respectivamente em diâmetros finais de 1,476 mm (RA= 70,19 %) e 1,146 mm (RA de 81,45 %). As curvas tensão-deformação apresentavam uma única tensão de escoamento (material convencional)quando ensaiadas acima de MDe dupla tensão de escoamento (material com EMF) quando abaixo de MD. Independente da liga verificou-se que o trabalho de trefilação (wt) para pequenas deformações (1P) aumenta com o aumento da temperatura; é constante para deformações intermediárias (2P) e decresce para deformações maiores (>3P), isto é, para pequenas deformações prevalecem as características de ligas com EMF e para deformações maiores, as de um material convencional. Nas temperaturas ensaiadas, o trabalho uniforme (wu) foi no máximo de 50% do trabalho total de trefilação (wt), isto é, no máximo 50% da energia é utilizada para deformar efetivamente o material. Como resultado prático, este trabalho mostrou que para um alto grau de deformação, como no processo de trefilação, é desejável que a operação seja feita em temperaturas altas independente do estado termodinâmico da liga.

O presente estudo tem como objetivo analisar a soldabilidade a laser de uma junta de topo da liga AA 2198 T851 investigando os principais parâmetros de soldagem: Potência e velocidade do laser, assim como o diâmetro do feixe e suas influencias na qualidade da solda, como também as modificações metalúrgicas ocorridas. Através das análises realizadas pode constatar que todas as amostras apresentaram porosidades, para todos os parâmetros selecionados, em decorrência da volatilização de parte do Li, volume do gás de proteção inadequado e aprisionamento de gases na poça de fusão. As análises metalográficas mostraram uma diminuição significativa na quantidade de precipitados na solda, segregação de elementos como Cu e Ag, resultando em perdas de propriedades mecânicas. Contudo com o emprego dos tratamentos térmico de solubilização e resfriamento em diferentes meios, apresentaram propriedades mecânicas satisfatórias, mesmo na presença de porosidades.