A importância das indústrias de cana-de-açúcar no cenário nacional cresce exponencialmente, desde sua origem. Porém nas últimas três décadas este tipo de indústria deixou de ser tipicamente familiar e passou a produzir em grande escala açúcar, etanol, produtos químicos derivados, levedura e planta de CO2 (para indústria de bebida e ou alimentos), além da venda do excedente da energia que é gerada na própria indústria. Um dos principais equipamentos em uma usina de açúcar e álcool é a caldeira, nome popular dado ao vaso de pressão que gera vapor a partir do aquecimento da água em um ambiente de alta pressão. Este calor é usado como fonte para produção de energia. Os aços ligados ao Cr e Mo têm sido cada vez mais aplicada neste tipo de equipamento. O presente trabalho tem por objetivo entender a influência dos parâmetros de tratamento térmico pós-soldagem nas propriedades mecânicas e na microestrutura de um tubo sem costura de aço ASTM A 335 Gr P91, através da determinação dos valores de: resistência à tração, limite de escoamento, percentual de alongamento, dureza, tenacidade à fratura e CTOD do material base, metal de solda e zona termicamente afetada (ZTA) da região soldada de tubos unidos por solda. Para a realização desta pesquisa serão aplicados os conceitos da teoria da mecânica da fratura elasto-plástica (Crack Tip Open Displacement, CTOD) e os conceitos de comportamento mecânico dos materiais, para o estudo da influência dos parâmetros de tratamento térmico pós-soldagem. / The importance of sugar cane industries on the national scene grows exponentially since its origin. But in the last three decades these became from cottage industries to large-scale production of Ethanol, Chemicals derivatives, yeast and plant CO2 (for food or drink industry). One of the main equipment in a sugar and alcohol plant is the boiler, popular name given to the pressure vessel that generates steam from the heating of water in a high pressure environment. This is used as heat source for energy production. One of the alloy that has been increasingly applied in projects of this equipment are martensitic steels (Cr Mo alloys). The present study aims to understand the influence of post weld heat treatment parameter´s on mechanical properties and microstructure of a seamless tube, steel ASTM 335 Gr P91, the determination of values of tensile strength, yield strength, percentage of elongation, hardness, fracture toughness and CTOD of the base material, weld metal and heat affected zone (HAZ) of the welded region of tubes welded together. In this research the concepts of the theory of mechanics of elastic-plastic fracture (Crack Tip Open Displacement, CTOD) and the concepts of mechanical behavior of materials will be applied.

Esta Dissertação abrange a caracterização microestrutural do aço API 5L X65 soldado por feixe de elétrons (EBW) com cinco diferentes aportes térmicos e sem o uso de metal de adição. O aço API 5L X65 pertence à classe de aços ARBL e é empregado na fabricação de oleodutos e gasodutos. As três regiões da solda metal-base (MB), zona termicamente afetada (ZTA) e zona fundida (ZF) foram caracterizadas por microscopia ótica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X e medidas de microdureza Vickers. As microestruturas encontradas nestas três regiões são bastante distintas. O MB apresenta grãos ferríticos com bandas perlíticas orientadas paralelamente à direção de laminação. Devido à elevada densidade de potência do processo EBW e às elevadas velocidades de soldagem utilizadas, a ZTA é bastante estreita sendo formada por grãos ferríticos finos e bandas perlíticas degeneradas que a diferem do MB. Na interface ZTA/ZF foi possível observar a presença de grãos com morfologia acicular com a presença dos constituintes M-A (martensita-austenita). A ZF apresentou morfologia similar à encontrada em aços microligados soldados: ferrita alotriomórfica, ferrita acicular, ferrita de Widmanstätten, constituintes M-A, além de regiões bainíticas. Na parte central da chapa foi observada a segregação de manganês. A técnica EBW permite a soldagem de tubos com paredes espessas com apenas um passe. Os resultados desta Dissertação são úteis para avaliar a viabilidade técnica do uso de EBW na fabricação de tubos para o transporte de óleo e gás, especialmente em aços mais resistentes (bainíticos). / This Dissertation aims at the microstructural characterization of electron-beam welded (EBW) API 5L X65 steel using five different processing conditions (heat input) and without filler metal addition. The API 5L X65 steel is a high-strength low-alloy (HSLA) steel employed mainly in the manufacture of pipelines for oil and gas. The three regions of the welds, namely the base metal (BM), heat affected zone (HAZ) and fusion zone (FZ) were characterized by light optical microscopy using different chemical etching agents, scanning electron microscopy, X-ray diffraction and Vickers microhardness testing. The microstructures found in the three regions were quite distinct. The BM consists of elongated ferritic grains with pearlite bands oriented along the rolling direction. Due to the high power density provided by EBW, the HAZ is very narrow and consists of ferritic grains and bands of degenerated pearlite. At the HAZ/FZ interface it is possible to observe the presence of grains with acicular morphology and the presence of M-A (martensite- retained austenite) constituents. The FZ showed a morphology similar to that one found in molten microalloyed steels consisting of allotriomorphic ferrite, acicular ferrite, Widmanstätten-like ferrite, M-A constituents, as well as bainite. In the central part of the plate it was observed the presence of Mn-segregation lines along the BM. The electron beam welding was chosen because it produces a relatively small HAZ and it allows the welding of thick-wall tubes in one single pass. The results of this work are useful to evaluate the possibility of using EBW in the manufacture of pipelines for transport of oil and gas, especially in higher grade steels.

Sabemos que em placas de circuito impresso montadas com tecnologia SMD Surface Mount Device podem ocorrer problemas com a migração eletroquímica. O fenômeno aparece principalmente porque os novos encapsulamentos possuem terminais com espaçamentos muito próximos. A migração eletroquímica pode tornar-se um potencial problema no processo de soldagem eletrônica quando é utilizado a tecnologia Lead Free na montagem das placas. O processo de migração eletroquímica ocorre quando temos metal, isolante e metal, em ambiente de alta umidade e sobre polarização elétrica, o metal deixa a posição inicial em forma de íon e se redeposita sobre o isolante. Em uma placa de circuito impresso, dois terminais adjacentes podem tornar-se eletrodos, dessa forma as dendritas crescem do cátodo para o ânodo. Podem aparecer diferentes morfologias com diferentes elementos envolvidos no processo de migração, dependendo da composição da pasta de solda ou acabamento da placa de circuito impresso. Uma estrutura do tipo pente comb feita sobre laminado FR4 foi utilizada nos experimentos. A distância entre as trilhas foram de 102 e 254 mícrons para simular uma distancia real dos terminais dos dispositivos. Os fatores considerados durante os experimentos foram: A distancia entre os terminais na estrutura (102 ou 254 mícrons), tensão aplicada (2 ou 3 V). Foi observado que a pasta de solda e o acabamento final não influenciam no processo de migração eletroquímica. O Estanho foi o principal metal que migrou. Todos os resultados obtidos nesse estudo concordam com a literatura. / It is well known that in printed circuits boards assembled by SMT technology may occur Electrochemical migration (ECM). This phenomenon appears mainly because the new packaging has the terminals very close. Also the Electrochemical migration may become a potential reliability problem in electronic soldering when lead free technology is used in soldering electronic devices. Electrochemical migration is an electrochemical process where metal on an insulating material, in a humid environment and under an applied electric field, leaves its initial location in ionic form and redeposit. In a PCB two adjacents terminal may behave as electrodes so the dendrites grow from cathode to anode. It can show different morphologies with the different migration elements involved depending on the solder paste composition or PCB surface finishing. A structure with a comb shape printed on FR4 substrate was used in the experiments. The distance between the fingers in the structure was 102 or 254 microns, in order to simulate a real distance between dispositive terminals. The factors considered during the experiments were surface finishing (ENIG or HASL), solder paste composition, distance between terminals (102 or 254 microns) and applied voltage (2 or 3 V). It was observed that the solder paste and the surface finishing dont influence the ECM process. Tin was the main metal that migrates. All the results obtained in these study agrees with the literature.

A crescente escassez dos recursos energéticos renováveis, bem como o contínuo aumento dos seus custos tem requerido nas últimas décadas uma redução drástica no consumo de energia utilizada para o transporte de cargas e passageiros. A indústria siderúrgica pode contribuir decisivamente neste contexto, disponibilizando no mercado aços de maior resistência mecânica, os quais podem ser utilizados em estruturas mais esbeltas. Os aços com elevados teores de Mn (15-30%) representam um desenvolvimento muito recente de ligas ferrosas puramente austeníticas, que reúnem resistência mecânica elevada e grande ductilidade. Além disso, trata-se de ligas de baixo custo devido à eliminação dos elevados teores de Ni necessários para a estabilização da austenita e ao reduzido tempo de processamento, que dispensa tratamentos térmicos e processamentos termomecânicos controlados. Por outro lado, a redução de peso estrutural no setor automobilístico requer não somente a pesquisa de novos aços, mas também a utilização de componentes híbridos, resultantes, entre outros, da união dos aços austeníticos alto Mn com aços comerciais estruturais de alta resistência e baixa liga (ARBL). Nesta dissertação, estudou-se, portanto, a soldabilidade pelo processo de fricção e mistura mecânica (SFMM) de aço austenítico alto Mn com efeito TRIP (plasticidade induzida por transformação martensítica) com aço ARBL processado termomecanicamente tipo XABO500 (ThyssenKrupp Steel, limite de escoamento > 460 MPa). As placas de aço TRIP foram fabricadas na EESC-USP com composição Fe-22.5% Mn-0.4% C através de fundição sob atmosfera protetora de argônio, tratamento térmico de homogenização e laminação a quente a 1150°C. As juntas dissimilares TRIP-ARBL foram produzidas com chapas de 3.5 mm de espessura. Os ensaios de soldagem SFMM foram conduzidos com ferramenta de compósito PCBN-WRe. O aporte térmico de soldagem foi variado através do uso de três velocidades de rotação da ferramenta: 300, 400 e 500 rpm, e o avanço foi de 100 mm/min. Dois deslocamentos (offsets) da ferramenta foram investigados: +1.0 e +2.0 mm em direção ao aço TRIP. Os resultados revelaram um acabamento superficial satisfatório das juntas soldadas com 300 e 400 rpm. A penetração de soldagem aumentou com a velocidade de rotação da ferramenta e com um maior deslocamento da ferramenta em direção ao aço TRIP devido ao crescimento do aporte térmico. A SFMM produziu em ambos os lados das juntas dissimilares uma microestrutura caracterizada apenas por zona de mistura (ZM) e zona termicamente afetada (ZTA), não sendo observada a formação de zonas termomecanicamente afetadas (ZTMA). Na ZM do aço ARBL, a SFMM produziu uma microestrutura polifásica, contendo misturas de ferrita acicular, bainita e martensita. O lado TRIP da ZM não exibiu sinais de transformação martensítica induzida por deformação e sofreu recristalização dinâmica com a formação de uma austenita refinada em comparação com o metal de base. A junta produzida com menor aporte térmico (300 RPM e Offset +1) apresentou os maiores picos de dureza na ZM do aço TRIP devido à maior taxa de resfriamento e, consequentemente, a microestrutura mais fina. Apesar dos maiores picos de dureza, a junta produzida com 300 RPM e Offset +1 apresentou o melhor desempenho no ensaio de tração, atingindo o maior percentual de alongamento a fratura e rompendo no metal de base ARBL. Isso se deve provavelmente à formação de ferrita acicular mais fina na ZM do aço ARBL com microestrutura entrelaçada e de maior tenacidade, se comparado com o metal de base ARBL. / The increasing scarcity of renewable energy resources and their continuously rising costs have required in the last decades a drastic reduction in the energy consumption for the transportation of goods and passengers. The steel industry can decisively contribute in this context by providing the market with steel grades of increased mechanical strength, which can be incorporated into light-weight structures. Steels with high Mn contents (15-30%) represent a recent development of austenitic ferrous alloys that combine elevated mechanical strength with high ductility. In addition, those steel grades correspond to low cost alloys due to the replacement of the high Ni contents necessary to stabilize the austenite as well as the reduced manufacturing time that does not involve subsequent heat treatments or controlled thermo-mechanical processing. On the other hand, the reduction of structural weight in the automotive sector does not only require the research on novel steels, but also the use of hybrid components that result among others from joining austenitic high-Mn steels to commercial structural high-strength low-alloyed (HSLA) steel grades. In this work, we studied therefore the friction stir weldability of an austenitic high-Mn steel with TRIP (transformation induced plasticity) effect to the thermomechanically processed HSLA XABO500 steel grade (ThyssenKrupp Steel, yield strength > 460 MPa). High-Mn TRIP steel plates were produced at the EESC-USP with the chemical composition of Fe-22.5% Mn-0.4% C by casting under protective argon atmosphere, followed by homogenization treatment and hot rolling at 1150°C. The dissimilar TRIP-HSLA joints were produced using 3.5 mm thick plates. The friction stir welding (FSW) experiments were carried out with a tool made of a PCBN-WRe composite. The heat input was varied by using three tool rotational speeds: 300, 400 and 500 rpm. The welding speed was set to 100 mm/min. Two different tool offsets were investigated: +1.0 and +2.0 mm towards the high-Mn TRIP steel. The results revealed that a satisfactory surface finishing is achieved for the butt-joints produced with 300 and 400 rpm. The welding penetration increased for higher tool rotational speeds and larger tool offsets towards the TRIP steel because of an increased heat input. FSW produced at both sides of the dissimilar joints a microstructure characterized by only stir zone (SZ) and heat-affected zone (HAZ). Thermo-mechanical affected zones (TMAZ) could not be observed. In the SZ of the HSLA steel, FSW produced a multiphase microstructure that contains a mixture of acicular ferrite, bainite and martensite. The TRIP side of the SZ did not exhibit traces of strain induced martensitic transformation and underwent dynamic recrystallization with the formation of a fine-grained austenite in comparison to the base material. The butt-joint produced with the lowest heat input (300 RPM and Offset +1) developed the highest hardness peaks in the SZ of the TRIP steel because of the increased cooling rate and, consequently, the more refined microstructure. In spite of the hardest zones, the butt-joint produced with 300 RPM and offset +1 achieved the best performance in the tensile tests by reaching the largest elongation to fracture and having the failure in the HSLA base material. This is likely promoted by the formation of a more refined acicular ferrite in the SZ of the HSLA steel with interpenetrated microstructure and enhanced toughness in comparison to the HSLA base material.

Orientadores: Antonio Jose Ramirez Londono, Sérgio Tonini Button / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-23T08:59:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fonseca_EduardoBertonida_M.pdf: 6113689 bytes, checksum: 7822b778729271cdd221fc4ab3b1a0cc (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Simulação física da soldagem por atrito com pino não consumível (SAPNC) foi realizada com o objetivo de se determinar as condições termomecânicas impostas ao material durante o processo, as quais são essenciais para o melhor entendimento da soldagem e para o desenvolvimento da simulação numérica da SAPNC. Por isso, ensaios de torção a quente foram realizados no aço inoxidável duplex (AID) UNS S32205 utilizando um simulador termomecânico Gleeble 3800®. Foi desenvolvido um sistema de resfriamento com nitrogênio líquido para se reproduzir, nos ensaios de torção, a história térmica medida durante a SAPNC do AID. Assim, foram reproduzidas as microestruturas da zona termomecanicamente afetada (ZTMA), tanto do lado de avanço quanto do lado de retrocesso, e da zona misturada (ZM) central. As microestruturas foram comparadas em termos de morfologia, de fração volumétrica, de tamanho de grão médio e de fração recristalizada de cada fase, por meio de microscopia óptica e difração de elétrons retroespalhados (EBSD). Além disso, foram analisados os mecanismos de amaciamento de cada fase durante a deformação a quente. Simulações numéricas do ensaio de torção foram realizadas para determinar a deformação verdadeira e a taxa de deformação em cada região simulada. A ZTMA foi simulada fisicamente a 1030 °C, 500 a 750 rpm e 0,50 a 0,75 revolução, o que corresponde a deformações verdadeiras entre 0,50 e 0,65 e taxa de deformação de 11 s-1. Embora tenha sido observada boa semelhança morfológica, o tamanho de grão médio das regiões simuladas se mostrou inferior àquele da ZTMA real. Observou-se recristalização dinâmica contínua da ferrita e recristalização dinâmica parcial da austenita, resultando em estrutura majoritariamente deformada. Já a ZM foi simulada fisicamente a 1130 °C, 500 a 750 rpm e 1,2 revolução, o que corresponde à deformação verdadeira de 1,30 e taxa de deformação de 15 s-1. O refinamento de grão da ZM foi reproduzido pelos ensaios de torção, porém com pequenas diferenças morfológicas devido à falta de mistura mecânica na simulação física. Foi apontada a ocorrência de recuperação e recristalização dinâmicas na austenita e recristalização dinâmica contínua na ferrita / Abstract: Physical simulation of friction stir welding (FSW) was employed to determine the thermomechanical conditions imposed to the material during the process, which are essential for the better understanding of the process and for the development of FSW numerical simulation. Therefore, hot torsion tests were carried out on UNS S32205 duplex stainless steel (DSS) using the thermomechanical simulator Gleeble 3800®. A liquid nitrogen quench system was developed in order to reproduce during the torsion tests the thermal history previously measured during FSW of the DSS. As a result, the microstructures from the thermomechanically affected zone (TMAZ), both advancing and retreating sides, and from the center of the stir zone (SZ) were reproduced. Microstructures were compared in terms of morphology, volume fraction, average grain size, and recrystallized fraction of each phase, by means of optical microscopy and electron backscattered diffraction (EBSD). Moreover, the softening mechanisms of each phase during hot deformation were investigated. Numerical simulation of the torsion tests were carried out in order to determine the true strain and the strain rate associated with each simulated microstructure. The TMAZ was physically simulated at 1030 °C, 500 to 750 rpm, and 0.50 to 0.75 revolution, which corresponds to true strains between 0.50 and 0.65, and strain rate of 11 s-1. Although good morphological resemblance was observed, the average grain size of the simulated regions remained smaller than the real TMAZ. The softening mechanisms observed were continuous dynamic recrystallization of the ferrite and partial dynamic recrystallization of the austenite, which resulted in a highly deformed structure. The SZ was simulated at 1130 °C, 500 to 750 rpm, and 1.2 revolution, which corresponds to true strain of 1.30 and deformation rate of 15 s-1. The grain refinement reported in the SZ was reproduced by the torsion tests, but morphological differences were observed due to the absence of stirring in the physical simulation. Dynamic recovery and dynamic recrystallization of the austenite were observed, as well as the continuous dynamic recrystallization of the ferrite / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Ramirez Londono, Antonio Jose / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-23T16:20:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RodriguezFernandez_Johnnatan_D.pdf: 160902949 bytes, checksum: 4744bcf4bff982b6d8a31d0ccb36ea63 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Neste trabalho foram realizadas juntas soldadas dissimilares de aço ASTM A516 Gr 60 e da liga de Ni 625, com 6,6 mm de espessura, empregando o processo de soldagem por atrito com pino não consumível (SAPNC) conhecida em inglês como Friction Stir Welding (FSW). Juntas consolidadas foram obtidas com os parâmetros de soldagem de 300 rpm, 100 mm.min-1, 30 kN de força axial e o deslocamento tangencial (DT) de +2,0 mm. Dentre os parâmetros estudados encontrou-se que velocidades de rotação superiores de 300 rpm apresentaram um incremento dos defeitos volumétricos (vazios) e para velocidades menores de 300 rpm, observou-se uma relação entre a oscilação da ferramenta e o incremento das forças axiais. A avaliação da microestrutura foi realizada por meio de microscopia óptica e eletrônica de varredura e transmissão, espectroscopia de raios X dispersiva em energia (XEDS) e difração de elétrons retroespalhados (EBSD). Foi possível estudar a evolução microestrutural e entender as transformações de fases e mecanismos de recuperação e recristalização após o processo de SAPNC. No aço A516, o mecanismo de rearranjo e eliminação de defeitos cristalinos foi por recristalização dinâmica contínua e na liga de Ni observou-se que durante o processo ocorre recristalização dinâmica contínua e descontínua. Na interface entre o aço A516 e a liga Ni 625, com um tamanho de 2 ?m, foi observada a presença de precipitados do tipo NbC o que sugere que estes precipitados foram arrastrados desde a zona misturada. As simulações termodinâmicas dos precipitados durante o processo de soldagem encontram-se de acordo com as observações microestruturais. A análise mostrou texturas de cisalhamento simples em todas as regiões afetadas pela deformação durante o processo de soldagem. Além disso, foi possível determinar por meio das figuras de polo, as rotações das células cristalinas para atingir as orientações cristalográficas finais observadas na junta soldada a partir do estado inicial do material de base / Abstract: Dissimilar 6 mm thick butt joints of steel ASTM A516 Gr 60 and Ni-based alloy 625, were produced by friction stir welding (FSW). Fully consolidated joints were produced using rotational speed of 300 rpm, travel speed of 100 mm.min-1, tangent offset of 2.0 mm, and axial force of 30 kN. Among the parameters studied, it was found that rotational speeds higher than 300 rpm promoted an increase on the macro-voids size. On the other hand, rotational speeds lower than 300 rpm resulted on an undesirable and correlated tool and axial force oscillation. Microstructural characterization was performed using optical microscopy, scanning and transmission electron microscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy (XEDS), and electron backscattering diffraction (EBSD). The microstructural evolution, phase transformations, and recovery and recrystallization mechanisms associated to the FSW process were investigated. In the steel A516, continuous dynamic recrystallization characterized by the rearrange and elimination of crystalline defects was identified as the main softening mechanism. In the Ni-based alloy, continuous and discontinuous dynamic recrystallization were the main mechanisms observed, with bulging of the original grain boundaries and progressive subgrain rotation. The NbC precipitates observed at the interface between the steel and the Ni-based alloy are thought to have been dragged from the Nibased alloy stir zone. Thermodynamic/kinetic simulations are in agreement with the above mentioned microstructural observation. The micro-texture analysis showed simple shear textures in all the welding zones affected by deformation during FSW. In addition, it was possible to determine the average crystalline cells rotations undergone by the base material to reach preferential orientations on the stir zone / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Amauri Garcia, Wislei Riuper Ramos Osório / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-21T02:28:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Garcia_LeonardoRicheli_D.pdf: 14084477 bytes, checksum: f9b96fac198700cfcafeecf1edca6f9b (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A preocupação ambiental sobre a toxicidade do Pb combinada com normas rígidas, estão gradualmente proibindo a aplicação de Pb em ligas de soldas. As ligas alternativas Sn-Ag e Sn-Bi podem estar entre as mais promissoras candidatas à substituição das ligas de solda sem chumbo em função de apresentarem propriedades compatíveis com as da liga Sn-Pb. A fim de adequar os produtos aos novos requisitos, produtores de componentes microeletrônicos necessitam desenvolver novas ligas de solda. Estudos sobre a influência da taxa de resfriamento sobre a microestrutura e as propriedades mecânicas resultantes e as características de recobrimento dessas ligas necessitam ser realizados. Esse trabalho tem exatamente esse objetivo, e no qual é realizado um estudo experimental comparativo das principais características da tradicional liga Sn-Pb e das ligas Sn-Ag e Sn-Bi visando a aplicação dessas ligas como ligas alternativas de solda. As seguintes atividades foram desenvolvidas para atingir tais propósitos: i) solidificação unidirecional das ligas Sn-Ag (hipoeutética Sn-2%Ag e eutética Sn-3,5%Ag) e Sn-Bi (Sn-10, 20 e 40%Bi); ii) ensaios de mergulho de lâminas de cobre nas ligas Sn-Ag e Sn-Bi fundidas e; iii) ensaios de tração de acordo com as especificações da norma ASTM E 8M/04. Foi utilizado um dispositivo de solidificação vertical ascendente para obter os lingotes das ligas e os correspondentes perfis térmicos. Variáveis térmicas de solidificação como: taxa de resfriamento, velocidade de solidificação e tempo local de solidificação foram determinadas para as ligas Sn-Ag e Sn-Bi. Essas variáveis experimentais foram correlacionadas com os espaçamentos dendríticos secundários (l2) e foram propostas equações experimentais de crescimento dendrítico. A espessura da camada solidificada, a área recoberta e as microestruturas resultantes das ligas no substrato de cobre foram avaliadas após o ensaio de mergulho em diferentes temperaturas. Verificou-se que, considerando-se as ligas Sn-Ag e Sn-Bi examinadas, a liga Sn- 40%Bi apresenta maior resistência mecânica e a liga Sn-3,5%Ag apresenta molhabilidade similar quando comparada com a tradicional liga de solda Sn-40%Pb / Abstract: The increasingly environmental concern over the toxicity of Pb combined with strict regulations, are gradually banning the application of Pb-based solders. Sn-Ag and Sn-Bi solder alloys are among the most promising candidates for Pb-free alternatives due to their compatible properties with the Sn-Pb solder alloy. In order to adequate products to such restriction requirements, electronic components manufacturers have to meet such requirements by developing new lead-free solder alloys. Studies focusing on the influence of the cooling rate on the resulting microstructures and on both the mechanical properties and recovery of these alloys need to be carried out. This work has precisely such objective, in which a comparative experimental study of the main features of the traditional Sn-Pb alloy and Sn-Ag and Sn-Bi alloys is carried out with a view to application of the latter alloys as alternative solder materials. The following activities were developed to attain such purpose: i) unidirectional solidification of Sn-Ag alloys (hypoeutectic Sn-2 wt.% Ag, eutectic Sn-3.5 wt.% Ag), and Sn-Bi alloys (Sn-10, 20 and 40 wt.% Bi); ii) copper blades dipped in both molten Sn-Ag and Sn-Bi alloys (hot dipping) and iii) tensile testing according to specifications of ASTM standard E 8M/04. An upward vertical solidification system has been used to obtain the alloys ingots and their correspondent thermal profiles. Solidification thermal variables such as: the cooling rate, tip growth rate and local solidification time have been determined for Sn-Ag and Sn-Bi alloys. Such experimental variables have been correlated with secondary dendrite arm spacings (l2) and experimental equations of dendritic growth have been proposed. The thickness of the coating layers, the spreading areas and the resulting microstructures of these alloys on the copper substrates were evaluated after the hot dipping procedures at different temperatures. It was found that, of the examined Sn-Ag and Sn-Bi alloys, the Sn-40 wt.% Bi alloy has offered the highest mechanical strength and the Sn- 3.5 wt.% Ag alloy has shown similar wettability when compared with the traditional Sn-40 wt.% Pb solder alloy / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

[pt] A tecnologia de solda a laser começa a ser muito utilizadas pelas grandes indústrias do setor joalheiro brasileiro. Entretanto, devido ao seu alto valor, é mais empregada pelas empresas de maior porte. O objetivo desta pesquisa foi verificar a influência do uso da solda a laser para promover a inovação no design, ou seja, verificar a contribuição da tecnologia para a criação e produção de jóias. Através de uma pesquisa bibliográfica, onde analisamos o design de jóias perante o conceito de inovação, e de uma pesquisa-ação – metodologia que prevê a participação da pesquisadora nos atendimentos às empresas, verificamos que o acesso à tecnologia a laser pode promover a inovação no design de jóias, aqui entendido como diferenciação na configuração, aumento de qualidade e/ou redução do tempo do processo produtivo. / [en] The technology of laser welding is beginning to be widely used by large industries of the Brazilian jewelry industry. However, due to its high value, it is only used by larger companies. The objective of this research was to examine the influence of the use of laser welding to promote innovation in design, or check the contribution of technology to the creation and production of jewelry. Through a literature search, where we analyze the jewel design using the concept of innovation, and an action research - methodology that provided the researcher s participation in consultations to businesses, check if access to laser technology can promote innovation in design of jewelry, here understood as differences in configuration, high quality and / or reducing the duration of the production process.

Orientador: Renato Pavanello / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-22T02:09:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carvalho_JaquelineMarade_M.pdf: 2818774 bytes, checksum: ba5db01d12d12b0c11ed46efc327569b (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Este trabalho apresenta um modelo numérico do comportamento mecânico elasto-plástico e de fadiga de juntas soldadas de topo em chapas finas de liga de alumínio usando a técnica de Friction Stir Welding. O modelo leva em consideração a presença de tensões residuais transversais e longitudinais em relação à linha da solda. Foi utilizado o Método dos Elementos Finitos (MEF) para construção dos modelos aproximados bi e tridimensionais, ambos considerando a não linearidade geométrica e não linearidade física. Uma das principais vantagens do MEF foi à possibilidade de trabalhar com propriedades diferentes dos materiais em elementos adjacentes, utilizando um modelo de chapa fino soldada composta por três regiões. A região do material base que não foi alterada pelo processo de soldagem, a região térmica afetada, que foi alterada apenas pela temperatura e a região do núcleo da solda onde foi alterada pela temperatura e pelo atrito entre a ferramenta de soldagem e a peça. Para a lei constitutiva do material foi utilizada a lei de Hooke em combinação com a Lei da Potência, isotrópica e homogênea, aplicadas em cada região, obtendo-se respostas mecânicas locais. A resposta mecânica global foi obtida, aplicando-se a regra da mistura às regiões da solda, considerando o comportamento de um corpo de prova soldado, que compreende diferentes camadas de material, semelhante a um modelo de associação de rigidezes em série. Os dados experimentais locais e globais, dados de entrada para o modelo, foram obtidos da literatura. Os modelos foram verificados pelas comparações das propriedades mecânicas tais como tensão de escoamento (a 0,2% de deformação), módulo de elasticidade, tensão última e parâmetros de encruamento: K e n. Finalmente a curva S-N da chapa soldada foi estimada baseando-se na análise estática e em dados experimentais de fadiga, a partir de um procedimento de correção efetuado usando-se os resultados da simulação. Esta metodologia foi aplicada a um caso de um corpo de prova solicitado por cargas axiais / Abstract: This work presents a numerical model of an elasto-plastic mechanical behavior and fatigue of a thin metal sheets butt welded aluminum alloy joint by Friction Stir Welding. The model take into account the presence of transverse and longitudinal residual stresses with respect to the weld line. The Finite Element Method (FEM) was used to build two and tridimensional model, both with geometric and physical nonlinearities. Using the FEM, it is possibility to work with different properties of materials in adjacent elements, using three different zones. The basic material zone, that wasn't changed by the weld process, a heat affected zone, that it was changed only by the temperature variations and a nugget zone, where it was changed by the temperature variation and friction between the tool weld and the sheets. The constitutive law used to represent the material behavior is the Hooke's Law combining with Power Law, isotropic and homogeneous; it was adopted in each specific zone giving local responses. The global response has obtained applying a mixture rule in welded plate, considering the weld specimen behavior which consists of different layers of material, like a simple spring-in-series model. The experimental local and global data, used for calibrate the model, was obtained of literature. The models was verified by comparing of mechanical properties like yield stress (0,2% offset yield strain), Young modulus, ultimate stress, strength coefficient K and strain hardening exponents n. Finally, the S-N curve of welded plate was estimated based on static analysis and fatigue test, from the procedure of correction accomplished using the results simulation. This methodology was applied to the case of specimen it loaded by axial forces / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestra em Engenharia Mecânica

O objetivo deste estudo foi avaliar o assentamento passivo de supra-estruturas de próteses fixas implanto-suportadas de três elementos, fundidas em titânio comercialmente puro e em ligas à base de Ni-Cr e Co-Cr. Para esta análise foi utilizado o método de Sheffield (EISENMAN, 1997), e as leituras foram realizadas num microscópio óptico comparador (Nikon, Japão). Foram utilizados dois implantes de hexágono interno Master Conect AR (Conexão Sistemas de Prótese, Brasil). Os dados foram submetidos à análise de variância (ANOVA) e também ao teste complementar de Tukey-Kramer. A análise dos dados permitiu concluir que: as interfaces, quando os três grupos foram analisados em monobloco e com os dois parafusos apertados, foram mais satisfatórias para o grupo fundido em liga de Ni-Cr (25,00 ± 7,92μm), apesar deste grupo não ser estatisticamente diferente dos outros dois (Co-Cr: 54,23 ± 37,10μm e Ti cp: 48,41 ± 26,69μm). No teste do parafuso único os três grupos também foram estatisticamente iguais, com os seguintes resultados, no lado parafusado: Co-Cr: 35,01 ± 27,76μm, Ni-Cr: 20,13 ± 7,97μm, e Ti cp: 22,28 ± 17,29μm, e no lado contrário: Co-Cr: 118,64 ± 91,48μm, Ni-Cr: 70,66 ± 20,88μm, e Ti cp: 118,56 ± 51,35μm. Neste mesmo estudo também se realizou a secção das peças e posterior soldagem a laser. A soldagem foi conduzida na máquina Desktop Laser (Dentaurum, Alemanha). A análise do assentamento passivo foi novamente realizada pelo método de Sheffield e as leituras foram feitas no microscópio óptico comparador (Nikon). O procedimento de separação das peças em monobloco e posterior soldagem a laser resultou em diminuição estatisticamente significante nos níveis de desajuste quando analisadas as peças com os dois parafusos apertados para o grupo fundido em liga de Co-Cr (21,49 ± 9,08μm). Para os outros dois grupos, liga de Ni-Cr (13,10 ± 1,81μm) e Ti cp (17,70 ± 11,70μm), os resultados não apresentaram diferenças estatisticamente significantes, apesar de apresentarem menores níveis de desajuste marginal. No teste do parafuso único e leitura no lado oposto, apenas o grupo fundido em liga de Ni-Cr (19,81 ± 7,36μm) não apresentou diferença estatisticamente significante quando comparado à fundição em monobloco. Os grupos em liga de Co-Cr (41,02 ± 26,15μm) e em Ti cp (40,42 ± 27,14μm) apresentaram diferenças estatisticamente significantes após a soldagem a laser. Na leitura no lado apertado os três grupos foram estatisticamente iguais. A simulação dos ciclos de queima da cerâmica não provocou alterações significativas nas interfaces analisadas sob todas as condições de leitura e aperto dos parafusos. Os grupos fundidos em ligas de Co-Cr e em Ti cp, quando analisados com apenas um parafuso apertado e as leituras realizadas no lado oposto, apresentaram diminuição dos níveis de ajuste, sendo 26,42 ± 8,67μm, após a simulação, quando era 41,02 ± 26,15μm após soldagem a laser para o primeiro e, 40,42 ± 27,14μm e 28,05 ± 20,89μm, antes e após a simulação, para o segundo, porém sem diferenças estatisticamente significantes. / The purpose of this study was to evaluate the precision of fit of three-element implant-retained and supported frameworks, cast in Ni-Cr- and Co-Cr alloys and commercially pure titanium (Cp Ti). The Sheffield´s test (EISENMAN, 1997) was used to analyze the marginal interfaces, and the readings executed in an optic microscope (Nikon, Japan). Two Master Conect AR (Conexão Sistemas de Prótese, Brazil) internal-hexagon implant systems were used. Data were submitted to analysis of variance (ANOVA) with complementary Tukey-Kramer’s test. Data analysis showed that: the interfaces, when analyzed as a one-piece casting and with both screws tightened, were better for the group cast in Ni-Cr alloy (25.00 ± 7.92μm), though not statistically different from the two other groups (Co-Cr: 54.23 ± 37.10μm e Cp Ti: 48.41 ± 26.69μm). In the single screw tightened test the three groups showed no statistical difference, with the following results, on the tightened side: Co-Cr: 35.01 ± 27.76μm, Ni-Cr: 20.13 ± 7.97μm, and Cp Ti: 22.28 ± 17.29μm, and on the opposite side: Co-Cr: 118.64 ± 91.48μm, Ni-Cr: 70.66 ± 20.88μm, and Cp Ti: 118.56 ± 51.35μm. On this same study, the one-piece castings were sectioned and laser welded. The laser welding was executed with the Desktop Laser (Dentaurum, Germany) machine. The Sheffield´s test was used to analyze the passive fit, and the readings executed in an optic microscope (Nikon). The procedure of sectioning the one-piece castings and its later laser welding presented statistically significant lower levels of misfit when the castings were analyzed with both screws tightened for the group cast in Co-Cr alloy (21.49 ± 9.08μm). For the other two groups, Ni-Cr alloy (13.10 ± 1.81μm) and Cp Ti (17.70 ± 11.70μm), results presented no statistically significant differences, though showed lower levels of marginal fit. In the single screw tightened test and readings made on the opposite side, only the group cast on Ni-Cr alloy (19.81 ± 7.36μm) didn’t present statistically significant lower levels of misfit when compared to single-piece castings. The Co-Cr alloy (41.02 ± 26.15μm) and the Cp Ti (40.42 ± 27.14μm) groups showed statistically significant differences after laser welding. The reading on the screwed side detected that the three groups were statistically the same. Simulation of the porcelain firing cycles did not develop any significant differences on the analyzed interfaces under all readings and screw tightening conditions. The groups cast in Co-Cr alloy and Cp Ti, when analyzed with only one screw tightened and the readings executed on the opposite side, presented lower levels of misfit, being 26.42 ± 8.67μm, after simulation, when was 41.02 ± 26.15μm after laser welding for the first and, 40.42 ± 27.14μm and 28.05 ± 20.89μm, before and after, for the second, though not showing any statistically significant differences.