Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro Universitário da Fei, São Bernardo do Campo, 2014

Orientador: Cecilia Amelia de Carvalho Zavaglia / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T16:32:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maia_SergiodeSousa_M.pdf: 9771860 bytes, checksum: fbb1aab7941e6be6d717d53333dd232f (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Este trabalho teve como objetivo principal o estudo das características mecânicas (resistência à torção ),características microestruturais ( microscopia ótica e eletrônica de varredura), além da verificação da composição química de quatro parafusos comerciais de 2mm, utilizados para fixação interna rígida em cirurgias buco-maxilo-faciais. Esses parafusos são muito importantes na fixação interna de fraturas com sistemas do tipo placa-parafuso, sendo que os principais problemas que ocorrem nesse tipo de cirurgia são decorrentes de problemas com o parafuso, como por exemplo: o parafuso se solta da chave, espanamento da rosca, quebra da cabeça do parafuso, e outros. Todos esses problemas decorrem da baixa qualidade dos parafusos e dificultam o andamento da cirurgia, levando ao aumento do tempo cirúrgico, prejudicando o paciente e gastando mais recursos da área médica. Foram escolhidas quatro marcas comerciais (duas nacionais e duas importadas) de parafusos, e adquiridas no mercado amostras desses parafusos para a realização dos ensaios. Como resultado dessa análise verificou-se que ambos os parafusos importados possuem maior resistência à torção que os nacionais, embora um dos parafusos importados fosse de titânio puro enquanto os demais parafusos fossem da liga Ti-6AI-4V Baseando nessa análise foi sugerido um perfil ideal de parafuso e foram usinadas amostras com a liga Ti-6Ãl-7Nb, com propriedades semelhantes às da liga Ti-6AI-4V, porém mais biocompatível. Esses parafusos foram submetidos aos mesmos ensaios que os demais, obtendo-se um bom resultado, próximo ao melhor parafuso importado / Abstract: The main aim of this work was to study the mechanical characteristics (torsion resistance), microstructure characteristics, besides the chemical analysis of four 2 mm commercial screws used for internal rigid fixation in maxilla-facial surgeries. The screws are very important in the internal fixation of fractures when plate-screw type is used. The main problem with these screw are: they can break during fastening, thread can be loosen, the device can release from the screwdriver, etc. All these problems are due to the low quality regards to the design and materials processing. They can make the surgery more difficult, which implies more surgery time and less comfort to the patient. Four commercial marks of screws (two national and two imported) were chosen and acquired. Based on the torsion test and morphological characterization it was verified that both imported marks had a better performance despite of one the imported device was made of pure titanium while the others were made of Ti-6A1-4Y. It was verified that both imported screws possess large resistance to the sprain that the national ones, although one of the imported screws went of pure titanium, while the other screws went of the Ti-6Al-4V alloy. Basing on that analysis, it was suggested na ideal profile of screw and it was machined samples with the Ti-6Al-7Nb alloy, which similar properties of Ti-6Al-4V alloy, however more biocompatible. Furthermore, the results permit to design the new screw type using the Ti-6Al-7Nb, which has a similar mechanical property of the Ti-6Al-4V, however more biocompatible. Torsion test and morphological characterization were undertaken again in this new screw. The results were much better than the one obtained for the Brazilian screw tested before / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Itamar Ferreira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-12T15:59:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marcelo_AndreLuiz_M.pdf: 9740567 bytes, checksum: 965e448ceb0965ed5555dfa95cc7f5c6 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Parafusos de alta resistência mecânica (classe ISO 10.9) fabricados com dois aços de origens diferentes são utilizados para investigar a influência da temperatura de revenido, da seqüência do processo de fabricação (laminação da rosca antes e após o tratamento térmico) e da quantidade de inclusões contidas no aço, no limite de fadiga e também qual o critério de falha por fadiga existente na literatura que melhor se aplica a parafusos de alta resistência mecânica com laminação da rosca antes do tratamento térmico. Parafusos M8 com rosca grossa foram divididos em sete grupos diferentes, três fabricados com aço nacional (AISI 4135) e tratados termicamente após laminação da rosca com temperaturas de revenido 490, 520 e 550 ºC, e quatro fabricados com aço japonês (SCM 435H), porém, desses quatro grupos, três foram idênticos aos fabricados com aço nacional e um último grupo teve a rosca laminada após tratamento térmico, com temperatura de revenido de 550 ºC. Nesses grupos foram realizadas análises metalográficas e de micro-inclusões, ensaios de tração, microdureza Vickers e fadiga e, por último, uma análise fratográfica dos parafusos que falharam durante o ensaio de fadiga, utilizando microscopia eletrônica de varredura. Os ensaios de fadiga foram realizados com pré-carga constante de 700 MPa, razão de carga por volta de 0,8, e utilizando o método estatístico "staircase" para a determinação do limite de fadiga. Além disso, foram realizados alguns ensaios de fadiga adicionais, com baixa razão de carga, 1 , 0 ??R , para um grupo específico, com a finalidade de analisar os critérios de falha por fadiga já existentes. A análise metalográfica revelou que em todos os grupos a microestrutura característica foi martensita revenida e a única diferença foi encontrada no grupo com laminação da rosca após tratamento térmico que apresentou linhas de laminação muito bem definidas nos contornos dos filetes da rosca. A análise de micro-inclusões mostrou que o aço nacional possui uma quantidade de inclusões muito superior ao aço japonês. Os ensaios de microdureza e de tração revelaram que os parafusos com laminação da rosca após tratamento térmico possuem níveis de resistência mecânica inferior somente aos grupos revenidos a 490 ºC. Todos os grupos com laminação da rosca antes do tratamento térmico apresentaram praticamente o mesmo limite de resistência à fadiga, mostrando que, neste caso, variações de até 60 ºC no tratamento de revenido não interferiram no limite de fadiga. Por outro lado, o grupo com laminação da rosca após tratamento térmico apresentou um limite de fadiga de aproximadamente 9% superior ao grupo tratado nas mesmas condições, porém com laminação da rosca antes do tratamento térmico. Esta melhora está relacionada ao alinhamento dos grãos nos contornos dos filetes da rosca e à introdução de tensões residuais de compressão na superfície da rosca. Com os ensaios de fadiga adicionais, foi possível mostrar que o critério que mais se ajusta a parafusos de alta resistência mecânica com laminação da rosca após tratamento térmico é o VDI 2230, que apresenta uma tensão alternada constante independente da razão de carga. / Abstract: High strength bolts, class ISO 10.9, were manufactured with two different steels in order to investigate the influence of tempering temperature, the sequence of manufacture process (threads rolled before and after heat treatment), and the inclusions amount contained in steels, in the bolt fatigue behavior and also what criterion of fatigue failure existent in literature is the best for application on high strength bolts with the threads rolling before heat treatment. M8 bolts with coarse threads were separated in seven different groups, three manufactured with Brazilian steel (AISI 4135) and heat treated, after the process of thread rolling, with tempering temperatures of 490, 520, and 550 ºC, and four groups were manufactured with Japanese steel (SCM 435H), however, three groups were identical of the bolts manufactured with national steel and a last one group had the threads rolled after heat treatment with tempering temperature of 550 ºC. In all groups were carried out metallographic and inclusion analyses, tension, microindentation hardness, and fatigue tests, and a fractographic analysis of bolts failed in the fatigue tests, using a scanning electron microscope. The fatigue tests were carried out with constant preload of 700 MPa, stress ratio about 0.8, and it was used the staircase statistical method for determine the fatigue limit. Besides, additional fatigue tests were carried out, with low stress ratio ( 1 . 0 ??R ), in order to analyze the existents criteria of fatigue failure. The results of metallographic analysis showed that the characteristic microstructure in all groups was tempered martensite and the only difference between the groups was the alignment of the grains around the root of the thread that occurred in the group which was heat treated before the threads rolling. The inclusion analysis revealed that the Brazilian steel has an amount of inclusions very superior than Japanese steel. The tension and microindentation hardness tests showed that the bolts with threads rolling after heat treatment have strength level lower than solely the groups tempered at 490 ºC. All the groups with threads rolling before heat treatment presented practically the same fatigue limit. It shows that variations of up to 60 ºC in the tempering temperature don't interfere in the fatigue limit. On the other hand, the group with threads rolling after heat treatment presented fatigue limit approximately 9% superior than the group treated in the same conditions, however with threads rolling before heat treatment. This improve is related with the alignment of the grains around the root of the thread and the introduction of residual compressive stress near the surface of the bolts. With the results of the additional fatigue tests, it was possible to analysis some criteria of fatigue failure and show that the best criterion of failure, existent in the literature, for high strength bolts with thread rolling after heat treatment is the VDI 2230, which presents a constant alternating stress independently of the stress ratio. / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Metre em Engenharia Mecanica

Orientador: Fernando de Azevedo Silva / Resumo: As uniões parafusadas possuem uma grande aplicação na indústria, mas quando se pensa na utilização de parafusos existe uma impressão de ser um elemento de simples dimensionamento e de fácil aplicação. No entanto, o desenvolvimento de uniões por parafusos possui uma complexa sistemática de cálculo e sua montagem requer um cuidado para proporcionar o torque correto e consequentemente a pré-carga ideal. O intuito do trabalho foi a análise da pré-carga de uniões parafusadas a partir do torque de aperto. Para isso foi desenvolvido um torquímetro instrumentado com extensômetros para a aquisição do torque aplicado, foi desenvolvida também uma célula de carga para a aquisição da pré-carga aplicada na junta parafusada. Ambos os sinais foram aquisitados instantaneamente e a partir destes sinais foram feitas as análises das uniões parafusadas. Foram analisadas três condições diferentes de lubrificação para o parafuso e porca, estas foram: com lubrificação, sem lubrificação e lubrificação seca (grafite). Foram analisadas também duas condições de aplicação de torque, estas foram: torque pela porca e torque pelo parafuso. Portanto, foram analisados seis grupos diferentes de uniões parafusadas. Para cada um dos grupos foram aplicados 3 torqueamentos para cada conjunto de parafuso, porca e arruela, simulando três situações de montagem e desmontagem. Ao final foram feitas considerações sobre a influência das diferentes condições de lubrificação no torque aplicado e na pré-carga gerada na junt... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Bolted joints are broadly used in the industry, but when it comes to their use there is a false impression of being a simple component, of easy dimensioning and easy application. However, designing bolted joints requires a complex calculus systematic and its assembly requires attention in order to apply the correct torque and consequently the ideal pre-load. The purpose of this dissertation was to analyze the pre-load of bolted joints from the tightening torque. Therefore, it was developed a torque wrench with strain gauges to measure the applied torque, and also developed a load cell to collect the pre-load onto the bolted joint. Both signals were instantaneous collected, and from this data, analysis were made over the bolted joints. Three different lubrication conditions for bolt and nut were analyzed: with and without lubrication and dry lubrication (graphite). Two torque application conditions were analyzed: the torque onto the nut and onto the bolt. Therefore, six different groups of bolted joints were analyzed. For each group of bolt, nut and washer, it was applied three torques simulating three assembly and disassembly operations. At the end, considerations were made on the influence of the different lubrication conditions on the applied torque and the generated pre-load onto the bolted joint, and the influence of successive torques on a bolted joint. Torque and friction coefficient tables were generated for all the above mentioned six groups / Mestre