Em diversas áreas da engenharia são encontrados problemas que devem ser analisados sob enfoque térmico. Problemas em que o processo térmico influencia no desempenho, durabilidade e segurança merecem uma análise cuidadosa. O processo de soldagem a arco elétrico é um caso em que o ciclo térmico provoca o aparecimento de indesejáveis tensões residuais. A determinação deste ciclo térmico é o primeiro passo para uma análise termomecânica que permitirá o cálculo das tensões residuais. Este trabalho descreve a formulação de um elemento de transferência de calor 2D com distribuição parabólica de temperatura na espessura, incluindo um procedimento de estabilização. O elemento 2D descrito neste trabalho pode ser usado para realizar análises térmicas de maneira mais econômica do que elementos 3D, especialmente em placas, pois o número de graus de liberdade através da espessura será sempre três. Como aplicação do elemento, um modelo numérico de um processo de soldagem TIG foi desenvolvido baseado em resultados experimentais publicados. O tamanho e a distribuição da fonte de calor, propriedades térmicas dependentes da temperatura, perdas de calor nas superfícies por convecção e calor latente de fusão foram considerados no modelo. Em paralelo, o mesmo processo foi modelado usando o software ANSYS com elementos 3D (SOLID70) para possibilitar a comparação com os resultados numéricos do modelo 2D. Os resultados obtidos com os modelos 2D, 3D e os dados experimentais mostraram boa concordância.

Este estudo refere-se à análise de diferentes tipos de união, focando na comparação entre a utilização do processo de soldagem por fricção-mistura (Friction Stir Welding), em relação ao processo de rebitagem convencional, para união de peças em projetos aeronáuticos. Ambos os métodos de união são comparados por meio de análises de engenharia, englobando custos para os diferentes processos, análise de resistência mecânica e fadiga e aspectos referentes à produção, operação e manutenção de aeronaves. A solda por fricção-mistura apresenta inúmeras vantagens e ganhos produtivos em relação a outros tipos de solda ou à rebitagem. Ocorrendo em estado sólido, a solda por fricção-mistura não necessita de nenhum material de adição, como nos casos de soldagem por arco elétrico ou gás inerte, resultando em otimização de peso da aeronave e sendo mais "ecológica", além de não incorrer em problemas ocasionados pela fusão dos materiais base. As características mecânicas dos componentes soldados são iguais ou superiores às dos componentes rebitados.

A soldagem por FSW (Friction Stir Welding) tem como principal característica o fato do material não fundir durante o processo. Isso ocorre porque as temperaturas atingidas durante a soldagem são inferiores à temperatura de fusão do material, sendo essa uma das vantagens desse processo em relação aos processos convencionais. Entretanto, o calor local gerado é suficiente para o aparecimento de tensões residuais no material. As tensões residuais de soldagem modificam as propriedades mecânicas do material, podendo causar falhas prematuras em estruturas. A medição de tensões residuais é um processo relativamente caro e demorado. Assim, torna-se interessante estimar o comportamento das tensões residuais através de outro parâmetro, como a dureza, que um processo mais barato de rápida medição. Dessa forma, esse trabalho consiste na análise das tensões residuais e comparação com a dureza do Al 2024 T3, soldado por FSW.

O presente trabalho tem como objetivo a avaliação do comportamento mecânico do aço maraging 300 após tratamentos de solubilização, envelhecimento e nitretação por plasma. Foram utilizadas técnicas de microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão, microscopia de força atômica, raios X, dilatometria e dureza para caracterização do material antes e após a fluência. Os tratamentos resultaram em uma microestrutura martensítica ?';-Fe no substrato com formação de uma camada de ?';-Fe4N e ?-Fe3N na superfície do material nitretado com espessura média de 50 ?m. A dureza média aumentou de 331 HV da liga solubilizada para 604 HV após envelhecimento devido à formação de precipitados de Ni3(Ti,Mo), e atingindo até 1140 HV na superfície após nitretação, devido à formação dos nitretos. O material após tratamentos térmicos e termoquímicos foi submetido a ensaios de fluência nas condições de temperatura de 550, 600 e 650C e tensões de 200, 300 e 500 MPa, em que apresentou um comportamento típico em fluência. Os valores do expoente de tensão, n, variaram entre 6,0 e 7,5 e a energia de ativação, Qc, entre 364 e 450 kJ/mol que, juntamente com o emaranhado e arranjo de células de discordâncias formado permitiram concluir que o mecanismo dominante de fluência se deu por escalagem e escorregamento de discordâncias. A microestrutura pós-fluência apresentou reversão de parte da martensita para austenita e o superenvelhecimento do material, com o coalescimento dos precipitados de Ni3(Ti,Mo) e a formação dos precipitados de Fe2Mo, reduzindo a resistência mecânica da liga. Os resultados de redução de área, alongamento percentual, análises fractográficas e relação de Monkman-Grant indicaram que o mecanismo predominante de fratura foi dúctil, sendo que o material nitretado apresentou uma menor ductilidade em função da camada de nitretos formada. O aço maraging 300 previamente nitretado apresentou menor taxa de fluência no estágio secundário do que o sem nitretação apenas na temperatura de 650 C, provavelmente devido à barreira à oxidação formada que foi mais acentuada nesta temperatura. O aço maraging 300 apresentou uma taxa de fluência no estágio secundário de até 104 vezes menor que o encontrado na literatura para o aço AISI 4340, associado à presença dos precipitados intermetálicos atuando como barreira à movimentação de discordâncias. Conclui-se desta forma que o aço maraging 300 possui potencial para substituição dos aços de ultra-alta resistência atualmente utilizados na indústria aeroespacial em condições severas de temperatura e fluência, sendo o tratamento de nitretação por plasma uma alternativa de melhora em sua resistência nestas condições.

O objetivo deste trabalho foi o estudo do efeito do recobrimento metálico e do recobrimento como forma de barreira térmica no comportamento de fluência da liga Ti-6Al-4V. O uso de recobrimentos pode ser utilizado como técnica para aumentar a vida útil ou a temperatura de trabalho das ligas de titânio, melhorando a eficiência de motores de turbinas a gás. Para isto, em alguns corpos de prova foram aplicados recobrimento metálico de NiCoCrAlY por aspersão térmica, em outros corpos de prova foram aplicados recobrimento como forma de barreira térmica (TBC), composto por uma camada de ligação de NiCoCrAlY e uma camada cerâmica de zircônia parcialmente estabilizada com ítria (ZrO2 + 8 % peso ítria) por aspersão térmica. Foram realizados ensaios de fluência na modalidade de carga constante na temperatura de 600 C nas tensões de 125, 250 e 319 MPa e na tensão de 125 MPa para as temperaturas de 500 e 700 C, para os corpos de prova com e sem recobrimentos. Foram determinados os parâmetros e os mecanismos de fluência. A caracterização do material foi realizada através de microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A liga com recobrimento metálico e TBC apresentou um aumento médio na resistência à fluência em relação à liga não recoberta de 77% e 131%, respectivamente, com redução na taxa de fluência secundária e aumento no tempo de vida por fluência. Os valores dos expoentes de tensão obtidos variaram entre 3,59 e 3,88 e da energia de ativação entre 265 e 270 kJ/mol, indicando que o mecanismo de fluência era controlado por escalagem de discordâncias. As análises fractográficas indicaram que o mecanismo predominante foi caracterizado pela formação e coalescência de microcavidades com forma e tamanhos variados, formando os dimples ou vazios, prevalecendo o mecanismo de fratura dúctil em todas as condições.

No presente trabalho, foram aplicadas diversas rotas de tratamentos térmicos (por resfriamento contínuo e sob diferentes temperaturas de austenitização) para avaliar a relação de correspondência entre os tratamentos térmicos aplicados, as microestruturas formadas e as propriedades mecânicas alcançadas. Para a caracterização microestrutural, foi utilizada a Técnica de Tríplice Ataque, baseada na aplicação, separadamente, de três reagentes convencionais: Nital, Metabissulfito de Sódio e reativo LePera. Após a aplicação de cada reagente, foram obtidas imagens via microscopia óptica, as quais foram exploradas através do uso do software ImageJ. Os três ataques permitiram a formulação de um sistema de equações cuja solução possibilitou a determinação das frações volumétricas das fases presentes no material após determinado tratamento. Todas as amostras tratadas e atacadas com Nital 2% foram analisadas, também, via MEV - Microscopia Eletrônica de Varredura. As propriedades mecânicas foram avaliadas por ensaios de tração e dureza, e as fraturas resultantes do ensaio de tração foram analisadas via MEV. Os resultados obtidos permitiram certificar que o aço AISI43100 pode ser submetido às mais diversas aplicações, em função do tratamento térmico e das microestruturas e propriedades mecânicas respectivas, fazendo-se jus, pois, ao conceito de aços avançados de alta resistência.

Os aços Alta Resistência e Baixa Liga e Ultra-Alta Resistência são materiais com grande aplicação de mercado, cujo seu entendimento possibilita inovações estratégicas. O entendimento das modificações composicionais do aço médio carbono SAE 4340 possibilitou a aquisição do aço 300M. Avaliar e comparar as propriedades mecânicas destes aços, soldados a laser e submetidos a diferentes tratamentos, possibilitando a correlação microestrutural com o comportamento mecânico, visando entender as melhorias ou fragilizações que são determinantes na resistência destes materiais. Os aços foram divididos em lotes para produção de corpos de prova (tração e fadiga) nas seguintes condições: conforme recebido, nitretado a plasma, soldado a laser, soldado e revenido, soldado e nitretado a plasma. Na condição conforme recebido o aço 300M apresentou elevados valores de resistência mecânica ruptura catastrófica no regime plástico, assim como, alto limite na vida em fadiga, quando comparado ao aço 4340. Os resultados de todas as condições soldadas indicaram que, após soldagem a laser, ambos os materiais mantiveram a resistência mecânica, no entanto, apresentaram queda abrupta da vida em fadiga, proveniente da presença de defeitos de solidificação no cordão. Quanto ao tratamento térmico de revenimento pós-soldagem dos aços estudados, observou-se que os aços 4340 e 300M apresentaram aumento na resistência mecânica, sem perda significativa de ductilidade e queda da vida em fadiga adivinda dos defeitos de soldagem. No tratamento de nitretação observou-se, no aço 4340, aumento significativo da resistência a tração, contudo queda na vida em fadiga. No entanto, apesar dos diferentes processos de tratamento (implantação iônica e nitretação a plasma) e das diferentes temperaturas empregadas, o aço 300M apresentou queda na resistência mecânica nos ensaios de tração, contudo resultados promissores na vida em fadiga, dureza e corrosão. Neste trabalho observou-se que tratamentos térmicos e termoquímicos em materiais com grande adição de silício (aprox. 2%), desfavorecem as propriedades mecânicas em regime plástico, pois mesmo em temperaturas baixas a precipitação de nitretos e carbonetos aciculares e difusão de contaminantes em contornos são favorecidas, fenômeno que fragiliza a superfície do material.

Na indústria aeroespacial, para que um foguete ou míssil cumpra sua missão, faz-se necessário utilizar estruturas de materiais com alta resistência mecânica e, concomitantemente, de baixa densidade. Atualmente as virolas, estruturas calandradas e soldadas, que compõem os envelopes motores de projetos da área de espaço, como, por exemplo, o VLS-1, projeto em desenvolvimento no Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE), são fabricadas em aço 300M. Porém, devido algumas dificuldades enfrentadas, principalmente, durante as etapas de tratamento térmico, foi proposto substituí-lo pelo aço Maraging 300. Esta dissertação faz uma avaliação das vantagens da substituição do aço 300M pelo aço Maraging 300 aplicado na área aeroespacial, bem como do comportamento mecânico e da qualidade da solda a plasma, processo já empregado na fabricação das virolas. Os corpos-de-prova foram produzidos a partir dos aços Maraging e 300M, sendo que todos foram soldados com metal de adição correspondente ao material do corpo de prova, com e sem tratamento térmico. Paralelamente, foram elaborados corpos de prova com os aços dissimilares (Maraging 300 e 300M) soldados com metal de adição de Maraging, também nas condições tratado e não tratado termicamente. A solda de dissimilares envolve alguns desafios, tais como a de decidir qual metal de adição utilizar, ou mesmo não usar (soldagem autógena), e também de definir um ciclo térmico compatível com os dois metais, de forma a alcançar as propriedades desejadas em ambos os aços envolvidos. Para avaliação das propriedades mecânicas foram efetuados os ensaios de dureza, tração e impacto. Foram realizadas também análises por Microscopia Óptica (MO) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), permitindo a caracterização da interface das juntas soldadas (Cordão de Solda), da Zona Termicamente Afetada (ZTA) e do Metal Base. Com base nos resultados e nos processos empregados, permite-se afirmar que o aço maraging 300 possui um grande potencial para substituir o aço 300M na fabricação de envelopes motores para a indústria aeroespacial.

O objetivo deste trabalho é propor modelos em elementos finitos que sejam capazes de descrever o comportamento do elemento estrutural representativo conhecido por Viga de Kuhn, quando este é fabricado pelo processo de união permanente intitulado Solda por Atrito - FSW (Friction Stir Welding), quando comparado a modelos analíticos. Inicialmente, faz-se uma ampla revisão bibliográfica dos trabalhos de autores diversos. Desta, originou-se uma descrição do processo de solda FSW, sua viabilidade como processo e seu potencial para a indústria aeronáutica. Ainda, seguiu-se a descrição da Viga de Kuhn, com foco de interesse no estudo do regime de pós-flambagem. São apresentados os métodos analíticos de análise de flambagem e pós-flambagem seguida de falha, tendo a literatura clássica para junções rebitadas como fundamento. Foram desenvolvidos três modelos de Elementos Finitos para o estudo computacional que incorporam junções com o objetivo de simular a soldagem FSW. São confrontados os resultados analíticos e computacionais como forma de melhor compreender o comportamento em pós-flambagem da viga.

Dada a importância dos recursos energéticos nos processos das indústrias de manufatura metalmecânica, e frente ao elevado custo dos insumos energéticos, torna-se fundamental a constante prospecção de oportunidades para redução de desperdício e aumento do aproveitamento da energia adquirida. A diversidade dos fatores relacionados a estas possíveis oportunidades dificulta a análise e identificação das prioridades. Neste trabalho, propõe-se a elaboração de uma ferramenta de auxílio ao diagnóstico de eficiência energética, cuja construção é dividida em 3 fases: identificação dos fatores e das dimensões de análise e oportunidades de aumento da eficiência energética descrita pela literatura; elaboração de um conjunto de questões diagnósticas; proposição do mecanismo de autoavaliação para identificação de oportunidades na empresa analisada. Após a aplicação da ferramenta proposta, conclui-se que a identificação de oportunidades de eficiência energética pode ser realizada transportando-se a percepção dos especialistas para uma ferramenta de autoavaliação, sugerindo-se a continuidade e aprimoramento nos estudos aqui realizados.