Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2016-06-22T11:45:07Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2016-06-22T11:45:07Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O comportamento dos materiais cerâmicos quanto à resistência ao choque térmico é um tema de grande interesse, devido às aplicações em que a confiabilidade frente a variações bruscas de temperatura é necessária. Neste trabalho foi estudado como a variação na proporção dos aditivos Y2O3:Al2O3 e diferentes parâmetros no processamento do carbeto de silício sinterizado via fase líquida como, tipo e temperatura de sinterização, podem influenciar na resistência ao choque térmico deste material. As misturas foram preparadas com 90%SiC+10%Y2O3:Al2O3 em mol, variando as proporções molares dos óxidos entre 2:1 e 1:4, com e sem prévia reação dos aditivos. As misturas foram compactadas e sinterizadas em forno resistivo de grafite nas temperaturas de 1750°C, 1850°C e 1950°C e, por prensagem a quente, a 1750°C e 1850°C, sendo avaliadas quanto à densificação. Após análise dos resultados preliminares, a sinterização sem pressão e as misturas com proporções 1:3 e 1:4 de Y2O3:Al2O3 previamente reagidos foram selecionadas para o estudo da resistência ao choque térmico. Os ciclos térmicos foram realizados com aquecimento em temperaturas de 600°C, 750°C e 900°C e resfriamento brusco em água em temperatura ambiente. A avaliação das amostras quanto à resistência ao choque térmico, feita por meio da determinação de módulo de elasticidade, porosidade, resistência à flexão e por análise microestrutural de trincas. As amostras sinterizadas na temperatura de 1950°C são as que apresentam o melhor desempenho em relação à resistência ao choque térmico, enquanto a variação na proporção Y2O3:Al2O3 de 1:3 para 1:4 não altera significativamente esta propriedade. Nas condições utilizadas, a temperatura máxima de aplicação do SiC sinterizado via fase líquida deve ser limitada a 750°C, permitindo seu uso como trocadores de calor, rolamentos, mancais de bombas submersas, turbinas a gás e sensor de motores automotivos e aeronáuticos. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Pedro Silva Filho (pfsilva@ipen.br) on 2017-11-17T17:51:24Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2017-11-17T17:51:24Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Atualmente, uns dos grandes desafios para a indústria automobilística é aumentar o desempenho do conjunto mecânico responsável por selar a câmara de combustão interna de motores automotivos e também reduzir os seus custos de obtenção. O objetivo deste trabalho foi o de tratar termicamente insertos de assentos de válvulas (do inglês valve seat insert, VSI) obtidos pela rota de metalurgia do pó. Esta técnica possibilitou a substituição do cobalto e do chumbo, devido ao seu elevado custo e efeito toxicológico, respectivamente. Ao longo do trabalho foram avaliados VSI obtidos com três misturas de pós diferentes, sendo que os elementos comuns nestas três misturas foram os pós de ferro, sulfeto de manganês, carboneto de nióbio, grafite, estearato de zinco e cobre. Em cada uma destas misturas variou-se apenas os tipos de pós de aços rápidos e aço ferramenta utilizado, sendo estes o aço rápido AISI M3:2 (Mistura 1), aço rápido AISI M2 (Mistura 2) e aço ferramenta AISI D2 (Mistura 3). Os tratamentos térmicos aplicados aos VSI consistiram em têmpera ao ar e têmpera ao óleo, ambas seguidas de duplo revenimento em sete temperaturas equidistantemente diferentes, variando de 100 °C a 700 °C. Os ciclos dos tratamentos térmicos foram determinados por meio da utilização de termopares do tipo k acoplados à um sistema de aquisição de dados. As propriedades físicas e mecânicas dos VSI foram determinadas através da dureza aparente, densidade aparente e resistência à ruptura radial. A caracterização microestrutural foi realizada utilizando-se a microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura. A composição química foi determinada por meio da análise elementar e por espectrometria de fluorescência de energia dispersiva de raios X. Os melhores resultados em relação às propriedades mecânicas dos VSI foram obtidas para os insertos temperados ao ar e duplamente revenido a 600 °C para a Mistura 1 e Mistura 2, e a 500 °C para Mistura 3. Já para a têmpera ao óleo, as melhores respostas foram para os VSI obtidos com a Mistura 1 duplamente revenida a 400 °C e a, 300 °C para os componentes obtidos com a Mistura 2 e Mistura 3. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Dans l’optique de refroidir les parois des chambres de combustion aéronautiques le plus efficacement possible, un intérêt particulier est aujourd’hui porté à la technologie de refroidissement par transpiration. L’air de refroidissement s’écoule au travers d’une paroi poreuse dans laquelle une grande quantité de chaleur est échangée par convection. L’éjection de l’air profite ensuite de la distribution des pores pour former une couche limite protectrice relativement homogène.Les matériaux métalliques obtenus à partir de poudres partiellement frittées sont de bons candidats pour former ces parois poreuses. Ce travail se focalise sur les échanges internes et consiste à développer une méthodologie permettant de dégager les architectures partiellement frittées les plus adaptées à ce type d’application.L’écoulement et les échanges de chaleur lors du refroidissement par transpiration sont régis par quelques propriétés effectives des matériaux qui sont fonction de l’architecture : la conductivité thermique effective, le coefficient de transfert convectif volumique et les propriétés de perméabilité. A l’aide de travaux expérimentaux ou d’études numériques sur des échantillons numérisés par tomographie aux rayons X, des relations simples entre les propriétés effectives des matériaux partiellement frittés et leurs paramètres architecturaux sont tout d’abord développées. La porosité, la surface spécifique et le type de poudre utilisé sont retenus pour prédire les paramètres effectifs.Ces relations sont finalement intégrées dans un modèle de transfert de chaleur prédisant la performance d’une solution dans les conditions de fonctionnement du moteur. Une optimisation "multi-objectifs" et une analyse des designs optimaux permettent alors de mettre en valeur quelques architectures montrant un fort potentiel pour des applications de refroidissement par transpiration. Des matériaux peu poreux formés à partir de larges poudres irrégulières semblent assurer le meilleur compromis entre tous les critères pris en compte. / In order to cool aero-engine combustion chambers as efficiently as possible, there is today a special interest given to transpiration cooling technology. The cooling air flows through a porous liner in which a large amount of heat can be exchanged by convection. The air injection could then take benefit of the pore distribution to form a more homogeneous protective boundary layer.Partially sintered metallic materials are potential candidates to form these porous liners. The present work focuses on internal heat transfers. It aims to develop a methodology capable of highlighting the most adapted partially sintered architectures to this kind of application.During transpiration cooling, flows and heat transfers are governed by some effective material properties which depends on the porous architecture: the effective solid phase thermal conductivity, the volumetric heat transfer coefficient and the permeability properties. Thanks to experimental works and numerical studies on samples digitized by X-ray tomography, simple relationships are first developed between the effective material properties of partially sintered materials and their architectural parameters. The porosity, the specific surface area and the powder type are selected to predict the effective properties.These relationships are finally integrated into a heat transfer model predicting the thermal performance of a design at working engine conditions. A multi-objective optimization and an analysis of the optimal designs highlight some architectures as being potentially interesting for transpiration cooling. Materials with a low porosity and made of large irregular powders seem to ensure the best trade-off among the different criteria taken into consideration.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:51:30Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:02:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 11328.pdf: 13067508 bytes, checksum: 886d399df69a8146f0353092e99aa16a (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:51:30Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:02:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 11328.pdf: 13067508 bytes, checksum: 886d399df69a8146f0353092e99aa16a (MD5) / O objetivo deste trabalho foi desenvolver potenciais materiais para aplicações automotivas, em particular como insertos para assento de válvula em motores de combustão interna à gasolina. O desenvolvimento compreendeu as etapas de processamento dos materiais via metalurgia do pó, tratamento térmico, caracterização microestrutural e mecânica, usinagem e desgaste dos mesmos. O desenvolvimento objetivou principalmente a redução de custo e a aplicação de elementos menos poluentes, excluindo-se, por exemplo, a aplicação do Co devido ao seu alto custo e do Pb devido aos seus efeitos toxicológicos e prejudiciais ao meio ambiente. A realização de uma pesquisa minuciosa na busca de patentes relacionadas indicou que os materiais estudados apresentam composições particulares, e, portanto inéditas. Os resultados encontrados nos ensaios de dureza e de resistência à compressão radial nas amostras tratadas termicamente apresentaram resultados superiores aos da liga comercial atualmente em uso. Testes de usinabilidade em amostras sem tratamento térmico apresentaram comportamento similar ao da liga comercial, indicando que a usinabilidade do material praticamente não foi afetada com a mudança na composição química. Após a etapa de tratamento térmico, as ligas obtidas apresentaram valores de esforços de corte superiores aos do material comercial. Os resultados dos testes de desgaste abrasivo em amostras tratadas termicamente apresentaram menores valores de coeficientes de atrito e perda de massa em todos os casos em relação ao material comercial. Este comportamento é devido aos benefícios introduzidos pelo tratamento térmico executado e pela adição de alguns elementos resistentes ao desgaste na forma de carbonetos de Nb e Ti/W. Os resultados dos esforços de corte apresentaram boa concordância com os resultados dos ensaios de desgaste. Os materiais produzidos apresentam-se como potenciais candidatos para substituir, com vantagens, inserto para assento de válvula a base de Fe-Co em motores de combustão interna a gasolina. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP