Made available in DSpace on 2014-10-09T12:55:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:05:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:42:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:08:07Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese(Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mateus L Arcego.pdf: 5194681 bytes, checksum: 9d5f6ab15ecd1478d6bb01232de5fb71 (MD5) Previous issue date: 2016-02-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O objetivo do trabalho é analisar os mecanismos que se destacaram na fratura sob diferentes condições de tratamento. As condições estudadas foram: Sinterizada (sem tratamento posterior a sinterização), Temperada e Revenida, Boretada, Normalizada, Temperada e Revenida com superfície jateada e Boretada + Revestimento de nitreto de titânio (TiN). Neste trabalho foram realizados ensaios de resistência à ruptura transversal (TRS) em aços rápidos (HSS) AISI M2 produzidos por metalurgia do pó (MP) e com diferentes condições de tratamentos térmicos aplicadas. As amostras foram produzidas com o pó do aço rápido AISI M2 atomizado à água, compactado uniaxialmente em matriz flutuante de duplo efeito e sinterizadas em forno à vácuo. Foram feitas 15 amostras por condição de forma a obter um controle estatístico da variação da porosidade das amostras. Ensaios TRS foram realizados levando os corpos de prova ao rompimento de forma abrupta, sem características de deformação plástica, o que caracterizou as fraturas como frágil. Em uma análise levando em conta a TRS, a dureza e a porosidade, evidenciou-se que a TRS e a dureza não são diretamente proporcionais, porém a TRS é sensível a porosidade, sendo que para variações de 3% na porosidade a TRS pode variar em até 20%. Observando as fractografias, notou-se que as amostras Boretadas, possuem mecanismos de preenchimento de poros através do crescimento da camada de boretos, o que é um fator positivo em relação a TRS. Outro mecanismo observado nas amostras boretadas, é o fato de ocorrer 2 modos de fratura na camada de boretos, o modo I, modo de abertura normal de trinca, e o modo II, modo deslizante de cisalhamento. Esse fato pode ser explicado pela diferença entre os módulos de Elasticidade entre as fases FeB e Fe2B da camada boretada, alterando o comportamento da curva de tensão-deformação, causando uma grande concentração de tensão na região e favorecendo a ocorrência deste efeito. Porosidades do tipo interligadas foram observadas na matriz de todas as condições analisadas.

Aços inoxidáveis austeníticos são materiais amplamente utilizados em sistemas que exigem elevadas resistências à oxidação e à corrosão. No entanto, quando em contato com outras superfícies, esses materiais possuem elevado coeficiente de atrito e baixa resistências ao desgaste. Uma alternativa para melhorar suas propriedades tribológicas é a utilização de lubrificantes sólidos adicionados em suas composições pela técnica de metalurgia do pó (M/P). Materiais como itria e boro têm se mostrado eficazes em melhorar as propriedades mecânicas e tribológicas de ligas Fe-Cr-Ni-Mo. Nesse contexto, o objetivo desse estudo foi avaliar o efeito da adição de boro e de itria na microestrutura e nas propriedades tribológicas de aços inoxidáveis austeníticos Fe-Cr-Ni-Mo obtidas por M/P. Foram preparadas amostras de 316L por M/P em quatro condições diferentes. Duas amostras, uma sem aditivo e outra com 0,6% p de boro adicionado à composição do 316L, foram processadas a pressão de compactação de 800 MPa e temperatura de sinterização de 1240°C. Além dessas, duas amostras, uma sem aditivo e outra com 1,0% p de itria adicionada à composição do 316L, foram processadas a pressão de compactação de 400 MPa e temperatura de sinterização de 1280°C. Determinou-se a composição química por espectrometria de emissão óptica, a microdureza Vickers, a microestrutura por MEV e EDS, o comportamento tribológico por ensaio de deslizamento alternado (coeficiente de atrito e coeficiente de desgaste específico) e por MEV e EDS (mecanismos de desgaste). Os resultados mostraram que a adição de boro aumenta significativamente a resistência ao desgaste dos materiais, devido à melhor densificação e à formação de fases duras (como boretos ricos em cromo e molibdênio) na sinterização. A adição de itria, mesmo com o aumento da dureza, diminui a resistência ao desgaste, pois dificultou a densificação devido a sua baixa interação com a matriz austenítica do material. O coeficiente de atrito se manteve em 0,8 para todos os materiais, o que indica que os aditivos não o influenciam e não atuam como lubrificantes sólidos. Os mecanismos de desgaste observados nas superfícies dos materiais desgastado foram os mecanismos por adesão e por reação triboquímica. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2016-10-06T13:28:30Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Francisco Lanferdini Serafini.pdf: 8038161 bytes, checksum: dcb2bed0b9667682b747c75e0bece6ec (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-06T13:28:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Francisco Lanferdini Serafini.pdf: 8038161 bytes, checksum: dcb2bed0b9667682b747c75e0bece6ec (MD5) Previous issue date: 2016-10-06 / Austenitic stainless steel materials are widely used in systems that require high oxidation resistance and corrosion resistance. However, in contact with other surfaces, these materials show a high coefficient of friction and a low wear resistance. An alternative to improve their tribological properties is the use of solid lubricants added in their composition by the powder metallurgy technique (P/M). Materials such as yttria and boron have shown an effective role in improving the mechanical and tribological properties of Fe-Cr-Ni-Mo alloys. In this context, this study aims evaluating the effect of boron and yttria additions on the microstructure and tribological properties of austenitic stainless steels Fe-Cr-Ni-Mo obtained by P/M. Samples were prepared with 0.6 wt% boron and 1wt% yttria, using compaction pressures of 400 MPa and 800 MPa, sintering temperature 1240°C and 1280°C, in argon atmosphere. The materials were characterized by chemical analysis (optical emission spectrometry), Vickers hardness and microstructural analysis (SEM and EDS). The coefficient of friction and the wear rate of the materials were obtained by means of reciprocating sliding tests. The wear mechanisms were evaluated by SEM and EDS. The results showed that the boron addition significantly increases the wear resistance of the material, due to the improved densification and the formation of hard phases (such as chromium-rich borides and molybdenum-rich borides) during sintering. However, even though with the increased hardness, the yttria addition decreases the wear resistance, due to the not favouring of the densification and the low interaction of yttria particles with the austenitic matrix. The coefficient of friction for all materials was about 0.8, i.e., and it was not influenced by the presence of additives in the composition. The predominant mechanisms on the worn surfaces of the materials were the adhesive wear and the tribochemical reaction wear (wear by particles oxidation).

O trabalho apresenta o desenvolvimento de uma metodologia denominada modelo de núcleo reduzido, aplicada para avaliar o desempenho de máquinas elétricas no que tange a geometria e materiais empregados na fabricação do núcleo completo. Para fins de validação da metodologia utiliza-se um Atuador Planar de Indução Trifásico com dois graus de liberdade, comparando os resultados numéricos e experimentais. Através desta metodologia, pode-se realizar a análise dos fenômenos eletromagnéticos ocorridos no núcleo completo por meio da avaliação de seu modelo reduzido, composto neste caso por 33% do núcleo completo empregado no Atuador Planar de Indução Trifásico. A comprovação da metodologia do modelo de núcleo reduzido ocorreu através da fabricação de uma bancada de testes, composta por uma célula de carga para realizar aquisição da força de propulsão planar, interface de potência e os núcleos reduzidos com seguintes materiais ferromagnéticos: compósitos SMC 1P Somaloy 500®, Ferro resinado e Aço ABNT 1020. Com auxilio da estrutura de testes, validou-se o modelo numérico dos três núcleos reduzidos quanto a força de propulsão planar. Na análise dos dados experimentais e numéricos, o material Ferro resinado apresentou a diferença 14% referente a força de propulsão planar, sendo a maior diferença entre os materiais estudados. Com a convergência dos resultados experimental e numéricos, realiza-se a comparação numérica entre os núcleos reduzidos e completos utilizando-se os três materiais ferromagnéticos. A análise numérica do núcleo reduzido com o material SMC 1P Somaloy 500® apresentou o fator de relação médio da força de propulsão planar de 2,65 em relação ao núcleo completo. O núcleo completo com Aço ABNT 1020 resultou no consumo médio de 56,7Watts para gerar a força de propulsão planar de 1 Newton. Dessa forma, proporciona-se uma ferramenta de maior rapidez para fabricação e avaliação do desempenho de materiais ferromagnéticos utilizados no núcleo completo da máquina elétrica. / This paper presents the development of a methodology denominated low core model applied to evaluate the performance of electrical machines with respect to geometry and materials used in manufacturing of the complete core. For validation purposes of the methodology is used a Planar Three-phase Induction Actuator with two degrees of freedom, comparing the experimental and numerical results. Through this methodology, it is possible to perform the analysis of electromagnetic phenomena occurring in the complete core based evaluation of the reduced model, made in this case with 33% of the full core employed in the Planar Three-phase Induction Actuator. The verification of the reduced core model methodology occurred through the manufacture of a testing bench, which is composed of a load cell to realize the acquisition of the planar propulsion force, potency interface and reduced cores with the following ferromagnetic materials: SMC 1P Somaloy 500® composites, resinated Iron and Steel ABNT 1020. With the help of the test structure, it was validated the numerical model of the three reduced cores regarding to the planar propulsion force. In the analysis of experimental and numerical data, the resinated Iron material showed a 14% difference concerning the strength of the planar propulsion, which is the biggest difference between the materials studied. With the convergence of the experimental and numerical results, a numerical comparison is performed between the reduced and complete cores using the three ferromagnetic materials. The numerical analysis of the reduced core with the SMC 1P Somaloy 500® material showed the average ratio of the planar factor propulsive force of 2.65 when compared with the complete core. The complete core with ABNT 1020 Steel resulted in an average consumption of 56.7 Watts to generate a planar propulsive force of 1 Newton. Thus, it is provided a faster tool for manufacturing and evaluation of ferromagnetic materials performance used in the complete core of the electric machine.

O objetivo principal deste trabalho foi o desenvolvimento de um núcleo do rotor de um motor universal a partir dos processos da metalurgia do pó (M/P). O rotor desta máquina, cujo núcleo é originalmente fabricado em chapas laminadas, foi substituído por um rotor com núcleo em bloco maciço, mantendo-se as demais partes como eixo e escovas. A partir de simulações no software FEMM e dados existentes referentes ao desempenho de ligas metálicas sinterizadas como Fe-P, Fe-Si e Fe-Ni, foi selecionado o Fe1%P, que apresentou os melhores resultados para a aplicação na máquina elétrica em questão. Foram feitas simulações relacionadas às características eletromagnéticas e a partir dos resultados obtidos puderam-se fazer comparações entre um rotor convencional, fabricado com núcleo de chapas laminadas e o rotor com o núcleo maciço fabricado utilizando-se a metalurgia do pó. As etapas de fabricação consistem em mistura da liga, compactação, sinterização e forma final através de eletroerosão. A máquina foi montada utilizando a estrutura de um motor de furadeira manual comercial, mantendo-se todas as partes da máquina original com exceção do núcleo do rotor, e posteriormente foi testada em bancada, comparativamente a uma máquina convencional para análise dos resultados. Foi possível a substituição do rotor oriundo de placas laminadas por um rotor oriundo de metalurgia do pó. Os resultados dos ensaios com a máquina fabricada comprovaram que a liga Fe1%P é, comparativamente ao núcleo de chapas convencional, tecnicamente inferior para a fabricação de motores universais. Utilizando a liga Fe1%P seu rendimento foi de 7% contra 27% do motor convencional assim como torque e demais parâmetros ficaram abaixo do motor padrão. / The main objective of this work was the development of a rotor core of a universal motor from the processes of powder metallurgy (M/P). The rotor of this machine, whose core is originally manufactured in laminated plates, was replaced by a rotor core with solid block, keeping the other parts like shaft and brushes. From the software FEMM simulations and existing data regarding the performance of sintered alloys such as Fe-P, Fe-Si and Fe-Ni, was selected Fe1%P, which showed the best results for application in electric machine in question. Simulations were made related to the electromagnetic characteristics and from the results of comparisons could be made between a conventional rotor, made of rolled core and the solid core rotor is manufactured using powder metallurgy. The manufacturing steps comprise of mixing the alloy, compacting, sintering and final form by electro erosion. The machine structure was assembled using a hand drill motor trade, keeping all parts of the original machine except the rotor core, and thereafter the machine was tested on bench, compared to a conventional machine to analyze the results. It was possible to replace the rotor coming from a rotor laminated plates derived from powder metallurgy. The results of the tests made with the machine shown that the alloy Fe1% P is compared to a conventional core plates, technically inferior to manufacture universal motors. Using the league Fe1%P its yield was 7% versus 27% of the conventional engine as well as torque and other parameters were below the standard engine.

Este estudo identifica as vantagens do uso de um estator fabricado usando a tecnologia da metalurgia do pó, identificando suas vantagens e desvantagens. O motor elétrico utilizado é um motor do tipo universal originalmente o estator desta máquina, possui o núcleo fabricado em chapas laminadas, este foi substituído por um estator com núcleo em bloco maciço, mantendo-se as demais partes do motor originais, ou seja, nestes testes o rotor bobinado continuará a utilizar chapas laminadas e escovas originais. Motores elétricos foram desenvolvidos no início do século XIX e desde então vem sendo utilizado em larga escala com mudanças pouco significativas na sua forma construtiva, materiais e processo de fabricação. Neste trabalho o principal objetivo foi o desenvolvimento de um núcleo do estator para motor universal a partir dos processos da metalurgia do pó (M/P). Simulações com o software FEMM identificaram o comportamento de várias ligas (Fe-P, Fe-Si e Fe-Ni). Após análise dos dados da simulação foi selecionado o Fe1%P, por ter apresentado os melhores resultados para a aplicação na máquina elétrica em questão. As simulações permitiram comparações dos parâmetros eletromagnéticos e torque, entre estatores utilizando chapas de silício do motor original e estatores de núcleo maciço com dados das ligas experimentadas fabricadas através da metalurgia do pó. A fabricação destes núcleos consiste nas misturas da liga, compactação utilizando matriz para formato desejado, sinterização e acabamentos através de usinagem e eletroerosão. Foi utilizada uma furadeira manual comercial, testada em bancada para levantamento detalhado a fim de caracterizar as propriedades que definem a eficiência do equipamento com o estator original. Os mesmos testes foram conduzidos apenas substituindo o estator, agora de núcleo maciço. Processo de fabricação através da metalurgia do pó permite um menor consumo de material e energia, sendo este um processo muito mais eficiente quando comparado ao processo de fabricação das chapas laminadas de ferro silício. / This study will identify the advantages of using a fabricated stator using the technology of powder metallurgy, identifying its advantages and disadvantages. The electric motor used is a universal type motor, originally the stator core of this machine are made of laminated plates, this was replaced by a stator core with solid block , keeping the remaining parts of the original machine, ie these tests the wound rotor continued to use rolled sheet and original brushes. Electric motors were developed in the early of 19th century, and has since been used in large scale with little significant changes in its constructive form, materials and manufacturing process. This work has as main goal the development of a stator core for universal motor from the processes of powder metallurgy (M/P). Simulations with the FEMM software identified the behavior of various alloys (Fe-P, Fe -Si and Fe-Ni) .After data analysis of the simulation was selected Fe1%P, for having presented the best results for the application in the electric machine in question. The computer simulations of electromagnetic parameters and comparisons torque between stator plates using the original silicon motor stators and solid core of data experienced alloys manufactured by powder metallurgy. The manufacture of these core constitutes mix league, using compression matrix to desired shape, sintering and finishing by machining and EDM. Trade manual drill was used, tested on bench for detailed study to characterize the properties that define the efficiency of the equipment to the original stator. The same tests were conducted just by replacing the stator, now solid core. Manufacturing process by powder metallurgy allow less consumption of material and energy, this is a much more efficient process compared to the process of manufacturing the laminated silicon iron sheets.

O objetivo principal deste trabalho foi o desenvolvimento de um núcleo do rotor de um motor universal a partir dos processos da metalurgia do pó (M/P). O rotor desta máquina, cujo núcleo é originalmente fabricado em chapas laminadas, foi substituído por um rotor com núcleo em bloco maciço, mantendo-se as demais partes como eixo e escovas. A partir de simulações no software FEMM e dados existentes referentes ao desempenho de ligas metálicas sinterizadas como Fe-P, Fe-Si e Fe-Ni, foi selecionado o Fe1%P, que apresentou os melhores resultados para a aplicação na máquina elétrica em questão. Foram feitas simulações relacionadas às características eletromagnéticas e a partir dos resultados obtidos puderam-se fazer comparações entre um rotor convencional, fabricado com núcleo de chapas laminadas e o rotor com o núcleo maciço fabricado utilizando-se a metalurgia do pó. As etapas de fabricação consistem em mistura da liga, compactação, sinterização e forma final através de eletroerosão. A máquina foi montada utilizando a estrutura de um motor de furadeira manual comercial, mantendo-se todas as partes da máquina original com exceção do núcleo do rotor, e posteriormente foi testada em bancada, comparativamente a uma máquina convencional para análise dos resultados. Foi possível a substituição do rotor oriundo de placas laminadas por um rotor oriundo de metalurgia do pó. Os resultados dos ensaios com a máquina fabricada comprovaram que a liga Fe1%P é, comparativamente ao núcleo de chapas convencional, tecnicamente inferior para a fabricação de motores universais. Utilizando a liga Fe1%P seu rendimento foi de 7% contra 27% do motor convencional assim como torque e demais parâmetros ficaram abaixo do motor padrão. / The main objective of this work was the development of a rotor core of a universal motor from the processes of powder metallurgy (M/P). The rotor of this machine, whose core is originally manufactured in laminated plates, was replaced by a rotor core with solid block, keeping the other parts like shaft and brushes. From the software FEMM simulations and existing data regarding the performance of sintered alloys such as Fe-P, Fe-Si and Fe-Ni, was selected Fe1%P, which showed the best results for application in electric machine in question. Simulations were made related to the electromagnetic characteristics and from the results of comparisons could be made between a conventional rotor, made of rolled core and the solid core rotor is manufactured using powder metallurgy. The manufacturing steps comprise of mixing the alloy, compacting, sintering and final form by electro erosion. The machine structure was assembled using a hand drill motor trade, keeping all parts of the original machine except the rotor core, and thereafter the machine was tested on bench, compared to a conventional machine to analyze the results. It was possible to replace the rotor coming from a rotor laminated plates derived from powder metallurgy. The results of the tests made with the machine shown that the alloy Fe1% P is compared to a conventional core plates, technically inferior to manufacture universal motors. Using the league Fe1%P its yield was 7% versus 27% of the conventional engine as well as torque and other parameters were below the standard engine.

Este estudo identifica as vantagens do uso de um estator fabricado usando a tecnologia da metalurgia do pó, identificando suas vantagens e desvantagens. O motor elétrico utilizado é um motor do tipo universal originalmente o estator desta máquina, possui o núcleo fabricado em chapas laminadas, este foi substituído por um estator com núcleo em bloco maciço, mantendo-se as demais partes do motor originais, ou seja, nestes testes o rotor bobinado continuará a utilizar chapas laminadas e escovas originais. Motores elétricos foram desenvolvidos no início do século XIX e desde então vem sendo utilizado em larga escala com mudanças pouco significativas na sua forma construtiva, materiais e processo de fabricação. Neste trabalho o principal objetivo foi o desenvolvimento de um núcleo do estator para motor universal a partir dos processos da metalurgia do pó (M/P). Simulações com o software FEMM identificaram o comportamento de várias ligas (Fe-P, Fe-Si e Fe-Ni). Após análise dos dados da simulação foi selecionado o Fe1%P, por ter apresentado os melhores resultados para a aplicação na máquina elétrica em questão. As simulações permitiram comparações dos parâmetros eletromagnéticos e torque, entre estatores utilizando chapas de silício do motor original e estatores de núcleo maciço com dados das ligas experimentadas fabricadas através da metalurgia do pó. A fabricação destes núcleos consiste nas misturas da liga, compactação utilizando matriz para formato desejado, sinterização e acabamentos através de usinagem e eletroerosão. Foi utilizada uma furadeira manual comercial, testada em bancada para levantamento detalhado a fim de caracterizar as propriedades que definem a eficiência do equipamento com o estator original. Os mesmos testes foram conduzidos apenas substituindo o estator, agora de núcleo maciço. Processo de fabricação através da metalurgia do pó permite um menor consumo de material e energia, sendo este um processo muito mais eficiente quando comparado ao processo de fabricação das chapas laminadas de ferro silício. / This study will identify the advantages of using a fabricated stator using the technology of powder metallurgy, identifying its advantages and disadvantages. The electric motor used is a universal type motor, originally the stator core of this machine are made of laminated plates, this was replaced by a stator core with solid block , keeping the remaining parts of the original machine, ie these tests the wound rotor continued to use rolled sheet and original brushes. Electric motors were developed in the early of 19th century, and has since been used in large scale with little significant changes in its constructive form, materials and manufacturing process. This work has as main goal the development of a stator core for universal motor from the processes of powder metallurgy (M/P). Simulations with the FEMM software identified the behavior of various alloys (Fe-P, Fe -Si and Fe-Ni) .After data analysis of the simulation was selected Fe1%P, for having presented the best results for the application in the electric machine in question. The computer simulations of electromagnetic parameters and comparisons torque between stator plates using the original silicon motor stators and solid core of data experienced alloys manufactured by powder metallurgy. The manufacture of these core constitutes mix league, using compression matrix to desired shape, sintering and finishing by machining and EDM. Trade manual drill was used, tested on bench for detailed study to characterize the properties that define the efficiency of the equipment to the original stator. The same tests were conducted just by replacing the stator, now solid core. Manufacturing process by powder metallurgy allow less consumption of material and energy, this is a much more efficient process compared to the process of manufacturing the laminated silicon iron sheets.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:49:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:57:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 09808.pdf: 15249724 bytes, checksum: 28b6b5cf9f351da89e42817bc182390d (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP / FAPESP:00/00255-9