Orientador: Tomaz Manabu Hashimoto / Banca: Marcelo dos Santos Pereira / Banca: José Rubens de Camargo / Resumo: A construção de uma turbina hidráulica consiste, em linhas gerais, de montagem por solda dos vários componentes da estrutura. As tensões residuais em junta soldada são de natureza complexa envolvendo fenômenos mecânicos e metalúrgicos. Vias de regra, essas tensões são aliviadas e, no caso particular de caixa espiral de turbina hidráulica, geralmente são feitos por processo mecânico (pressão hidrostática), não havendo inspeção para controlar o alívio total ou parcial das tensões. Nesta pesquisa foram analisadas as tensões existentes nas soldas de uma caixa espiral, que é à parte da turbina fabricada de chapas de aço carbono calandradas e soldadas, onde o alívio destas tensões residuais procedeu-se pelo processo mecânico. Foram feitas inspeções por medidas de tensões residuais através do método de difração de raios-X. Os resultados mostraram um comportamento não uniforme da distribuição de tensões, e em algumas soldas, houve reversão dos estados de tensões. Portanto, o alívio de tensões produzido pelo ensaio mecânico proposto (pressão hidrostática) mostrou que é possível alterar o estado de tensão das soldas para que sejam aliviadas a níveis admissíveis. / Abstract: The construction of a hydraulic turbine consists, in general lines, of assembly for it welds of the several components of the structure. The residual stresses in the welded joints are of complex nature involving mechanical and metallurgists phenomena. Rule roads, those stresses are relived and, in the case peculiar of hydraulic turbine, they are generally done by mechanical process (hydrostatic pressure), not having inspection to control of total or partial relief of the stresses. In this research were analyses the residual stresses in the welds joints of spiral case, that is to the part of the manufactured turbine of carbon steel plates, cut, calendared and welded, and the stresses relief was proceeded by the mechanical process. They were made inspections by measures of residual stresses by X-ray diffraction method. The results showed a behavior non-uniform of the stresses distributions, and in some welds, there were a reversion of the stresses states. Therefore, the relief of stresses produced by the proposed mechanical test (hydrostatic pressure) it showed that is possible to alter the stresses state of the welds so that they are relieved at acceptable levels. / Mestre

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), Fundação Araucária / Este trabalho apresenta um estudo sobre a resistência à fadiga de contato de um ferro fundido nodular nitretado por plasma. Os experimentos foram realizados em um equipamento do tipo esfera sobre plano. Os corpos de prova foram usinados a partir de uma barra de ferro fundido nodular perlítico e em seguida temperados e revenidos. Após a preparação superficial por meio de retificação, lixamento e polimento, as amostras foram divididas em três grupos: 1) temperadas e revenidas; 2) temperadas, revenidos e nitretadas por plasma por 8 horas a 400 °C; e 3) mesmos parâmetros do grupo 2, porém submetidas a um tratamento adicional de Difusão em forno por 16 horas a 400 °C, visando aumentar a profundidade de camada endurecida e dissolver possíveis traços da formação de camada de compostos. Foram feitas medidas de dureza superficial, perfis de dureza, análises das fases e de tensões residuais por meio de difração de raios-X, rugosidade e microscopia eletrônica de varredura, para a caracterização das amostras em diferentes estágios do trabalho. Os ensaios de fadiga de contato foram realizados com lubrificação e a uma pressão de contato máxima de 3,6 GPa. Análises de Weibull mostraram uma vida em fadiga aproximadamente cinco vezes menor para os corpos de prova nitretados por plasma, com ou sem difusão, apesar destes apresentarem tensão residual compressiva significativamente superior aos temperados e revenidos. A menor vida em fadiga dos corpos de prova nitretados foi atribuída a menor dureza de substrato e a ocorrência de um mecanismo de falha distinto dos mecanismos clássicos de fadiga de contato de rolamento, demonstrado nas análises das superfícies ensaiadas. / This work presents a study on the contact fatigue resistance of a plasma nitrided ductile cast iron. The experiments were carried out using a ball-on-washer machine. Specimens were machined from a perlitic ductile cast iron bar, and then quenched and tempered. After surface grinding and polishing, the specimens were divided into three groups a) the first group was tested after the described process, which means as quenched and tempered; b) the second group was plasma nitridedat 400 °C for 8 hours; c) the third one was plasma nitrided as previously described and submitted to a diffusion process at 400 °C for 16 hours in order to extend the hardened zone and to dissolve any trace of compound layer within the microstructure. Surface hardness, hardness profiles, phase analyses and residual stress measurements by X-ray diffraction, surface roughness and optical and scanning electron microscopy were applied to characterize the surfaces during different stages of this work. Rolling contact fatigue tests were conducted at a maximum contact pressure of 3.6 GPa under flood lubrication. Weibull analysis showed that fatigue lives of plasma nitrided specimens were approximately five times shorter than those just quenched and tempered, even though the residual stress measurements showed significantly higher compressive stresses for the nitride conditions. The lower fatigue life for the plasma nitrided specimens was attributed to the lower matrix hardness and to a failure mechanism distinct from the classical rolling contact fatigue mechanisms, showed by surface analisis.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), Fundação Araucária / Este trabalho apresenta um estudo sobre a resistência à fadiga de contato de um ferro fundido nodular nitretado por plasma. Os experimentos foram realizados em um equipamento do tipo esfera sobre plano. Os corpos de prova foram usinados a partir de uma barra de ferro fundido nodular perlítico e em seguida temperados e revenidos. Após a preparação superficial por meio de retificação, lixamento e polimento, as amostras foram divididas em três grupos: 1) temperadas e revenidas; 2) temperadas, revenidos e nitretadas por plasma por 8 horas a 400 °C; e 3) mesmos parâmetros do grupo 2, porém submetidas a um tratamento adicional de Difusão em forno por 16 horas a 400 °C, visando aumentar a profundidade de camada endurecida e dissolver possíveis traços da formação de camada de compostos. Foram feitas medidas de dureza superficial, perfis de dureza, análises das fases e de tensões residuais por meio de difração de raios-X, rugosidade e microscopia eletrônica de varredura, para a caracterização das amostras em diferentes estágios do trabalho. Os ensaios de fadiga de contato foram realizados com lubrificação e a uma pressão de contato máxima de 3,6 GPa. Análises de Weibull mostraram uma vida em fadiga aproximadamente cinco vezes menor para os corpos de prova nitretados por plasma, com ou sem difusão, apesar destes apresentarem tensão residual compressiva significativamente superior aos temperados e revenidos. A menor vida em fadiga dos corpos de prova nitretados foi atribuída a menor dureza de substrato e a ocorrência de um mecanismo de falha distinto dos mecanismos clássicos de fadiga de contato de rolamento, demonstrado nas análises das superfícies ensaiadas. / This work presents a study on the contact fatigue resistance of a plasma nitrided ductile cast iron. The experiments were carried out using a ball-on-washer machine. Specimens were machined from a perlitic ductile cast iron bar, and then quenched and tempered. After surface grinding and polishing, the specimens were divided into three groups a) the first group was tested after the described process, which means as quenched and tempered; b) the second group was plasma nitridedat 400 °C for 8 hours; c) the third one was plasma nitrided as previously described and submitted to a diffusion process at 400 °C for 16 hours in order to extend the hardened zone and to dissolve any trace of compound layer within the microstructure. Surface hardness, hardness profiles, phase analyses and residual stress measurements by X-ray diffraction, surface roughness and optical and scanning electron microscopy were applied to characterize the surfaces during different stages of this work. Rolling contact fatigue tests were conducted at a maximum contact pressure of 3.6 GPa under flood lubrication. Weibull analysis showed that fatigue lives of plasma nitrided specimens were approximately five times shorter than those just quenched and tempered, even though the residual stress measurements showed significantly higher compressive stresses for the nitride conditions. The lower fatigue life for the plasma nitrided specimens was attributed to the lower matrix hardness and to a failure mechanism distinct from the classical rolling contact fatigue mechanisms, showed by surface analisis.

Neste trabalho desenvolve-se uma formulação teórica consistente para a análise não-linear, física e geométrica, de pórticos planos de aço, através do Método dos Elementos Finitos (MEF), considerando barras com imperfeições iniciais e tensões residuais nas suas seções transversais, visando analisar os critérios de resistência adotados para projeto das colunas de aço, baseados no conceito de resistência-última, e estudar o comportamento não-linear dos pórticos de aço considerando estes dois fatores. São feitas considerações qualitativas sobre a influência das imperfeições iniciais e das tensões residuais no cálculo da resistência das colunas. e é dada uma visão geral sobre a evolução dos critérios usados na prática para dimensionamento das colunas de aço. Apresenta-se o desenvolvimento da teoria geral, que leva em conta a presença das tensões residuais auto-equilibradas nas equações de equilíbrio do elemento. Este desenvolvimento é feito dentro de uma formulação Lagrangiana utilizando a técnica corrotacional para a dedução consistente da matriz de rigidez tangente do elemento de pórtico plano com imperfeição inicial. Para implementação desta formulação é desenvolvido um programa em linguagem FORTRAN para micro-computador capaz de fazer a análise não-linear elasto-plástica de pórticos planos, baseado num processo incremental-iterativo. Utiliza-se o modelo de fatias para avaliar os coeficientes de rigidez do elemento, modelo este que se mostrou bastante adequado, permitindo o acompanhamento da plastificação ao longo da altura da seção e a consideração de qualquer modelo de distribuição das tensões residuais. Finalmente, os exemplos apresentados mostram a grande potencialidade da formulação desenvolvida. São analisados vários casos cujos resultados são comparados com os obtidos por outros autores, demonstrando a precisão e correção da teoria proposta. A aplicação na análise de pórticos de andares múltiplos confirma a validade da formulação e demonstra a sua aplicabilidade nos casos práticos. / A consistent finite element formulation to consider material and geometric nonlinearities of steel plane frames is presented. Residual stresses and initial imperfections are considered to evaluate steel columns failure criteria based on the ultimate strength and also to investigate the nonlinear behavior of steel plane frames. Some qualitative considerations are made on the initial imperfections and residual stresses influence on the practical steel columns design. A general theory considering self equilibrated residual stresses is developed based on the Lagrangian formulation. Corotacional technique is used to obtain the tangent stiffness matrix of plane frame taking the initial imperfection into account. A stand alone code has been written in FORTRAN and implemented on a microcomputer platform to perform incremental-iterative analysis of nonlinear elastoplastic plane frame problems. The frame element is made up of layers such that the plastic region can be readily identified and any kind of residual stresses through the cross section area can be taken into account in the analysis. Some examples are presented and their results compared to others in the literature. The multistory building analyses using the plane frame element presented in this research has shown to be very effective and useful to practical applications.

Orientador: Auteliano Antunes dos Santos Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-10T07:08:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_RoseleneAparecidados_M.pdf: 4465018 bytes, checksum: fd6b1a57a8eaea1d49a894d14dcac92f (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O processo de medição de tensões mecânicas por ultra-som faz uso da teoria acustoelástica, que relaciona a variação na velocidade de propagação de ondas com as deformações no objeto sob análise. Ondas ultra-sônicas propagando-se em meios elásticos são fortemente influenciadas pelas condições ambientais. Além disso, os sistemas instrumentais ultra-sônicos também podem ser influenciados por características do método e do procedimento de medição. Esta dissertação tem como objetivo estudar o efeito da temperatura sobre o resultado do processo de medição de tensões por ultra-som para aços API 5L X70. Como tópico adicional, é apresentado o estudo dos efeitos da força de contato entre o conjunto de transdutores e a amostra sob análise e também da variação da freqüência dos transdutores. Neste trabalho foram utilizadas ondas longitudinais criticamente refratadas, que caminham paralelamente à superfície, logo abaixo desta. Os resultados mostraram que há uma influência significativa da temperatura sobre o resultado da medição e que esta influência pode ser quantificada. Embora a freqüência dos transdutores e a pressão de contato também influenciem, estas porém, podem ser controladas durante o processo de medição / Abstract: The measurement process of mechanical stresses by Ultrasonic waves uses the acousticelastic theory, which relates the variation of wave speed propagation with the deformations on the object under analysis. Ultrasonic waves propagating itself in elastic medium are widely influenced by environmental conditions. Besides, the ultrasonic instrumentation systems also can be influenced by the method and the measurement procedure. This research has the aim to study the temperature effects on the result of measurement process from stress by ultrasonic waves in API 5L X70. As additional topic, a study of the contact pressure effects is presented between transducer assembly and the sample under analysis and also the transducers frequency variation. Longitudinal critically refracted waves (LCR) were used in this survey, which travel parallel to the surface, just below it. The results showed a significant temperature influence on the measurement results and that influence can be quantified. Although the transducers frequency and the contact pressure were also influent in a measurement process, but both can be controlled. / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Submitted by Haroudo Xavier Filho (haroudo.xavierfo@ufpe.br) on 2016-05-03T16:32:45Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação Catarina.pdf: 11081467 bytes, checksum: 1930c1981b8aba0484b9c087e89fbea1 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-03T16:32:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação Catarina.pdf: 11081467 bytes, checksum: 1930c1981b8aba0484b9c087e89fbea1 (MD5) Previous issue date: 2015-10-30 / Programa de Recursos Humanos da Petrobrás / A soldagem é um processo mecânico que une partes de componentes mecânicos, mas ao mesmo tempo, pode causar transtornos na montagem e operação desses componentes. Uma das grandes preocupações do processo de soldagem, é a tensão residual. Esse trabalho busca correlacionar os valores de tensões residuais longitudinal e transversais, com a tensão de recuo, fruto do efeito anisotrópico presente em chapas laminadas. As tensões residuais foram calculadas através do método teórico-experimental de deslocamento de pontos coordenados (DPC) e comparadas com o método consagrado de DR-X. O material utilizado foi um aço estrutural naval ASTM A131 Grau AH-36, soldado pelo processo MAG no sentido da laminação e transversalmente a ela. Após o processo de soldagem, foram feitos furos sobre a zona termicamente afetada (ZTA) e o cordão de solda. Suas coordenadas foram mapeadas a partir de um furo de referência, em uma máquina de medição por coordenadas (MMC). Posteriormente, as chapas passaram por um processo de alívio de tensão, onde ocorreram deslocamentos (escoamento) dos pontos em questão. A partir desses deslocamentos, as tensões residuais foram calculadas através da Lei de Hooke. Foi visto que os valores das tensões residuais calculadas pelo método DPC estão dentro do limite de tolerância dos valores medidos pelo método DR-X. A partir do ensaio de tração foi encontrada a tensão de recuo do material. / Welding is a mechanical process which helps join together parts of components, whilst at the same time, causes great setbacks if not well specified. One of many worries of the welding process are residual stresses left on the material. This work intends to relate longwise and crosswise residual stresses values through back stress, a result of the anisotropic effect of welded rolled steel sheets. Residual stresses were calculated through the theoretic-experimental method of displacements of coordinated points (DCP) and compared with the well-known X-Ray method. The used material was a naval structure steel ASTM A131 grade AH-36, welded by MAG process, both by rolling direction and transverse to it. After the welding process, the sheets had some points drilled over the heat affected zone (HAZ) and the weld bead, which were later mapped from an origin reference point by a coordinate measurement machine (CMM). Then, the sheets were submitted to an annealing heat treatment in which the previously mapped points would be displaced (yielding). From these displacements, residual stresses were calculated by using Hooke’s Law. It was seen that residual stresses values calculated by DCP method are within range of values measured by DR-X method. From the tensile strength test, the material back stress was found.

Orientador: Carlos Kenichi Suzuki / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-23T15:15:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Watanabe_Noemia_M.pdf: 11788880 bytes, checksum: f32c97abd30fa0b8660125ac7fc2143f (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Uma das limitaçõesna utilização industrial de filmes de diamante pelo processo CVD (Chemical Vapor Deposition), é a ocorrência da tensão residual na interface entre o filme e o substrato, o que está diretamente relacionada com a sua boa aderência. A origem da tensão residual usualmentepode ser classificadaem duas: (i) a intrínsica,que é devido à diferença de paràmetro de rede entre o filme e o substrato, (ii) a térmica, em virtude da diferença de coeficiente de dilatação térmica entre o filme de diamante e o substrato, considerandoque a deposição se processa na temperatura de 50o-S00°c. Com o objetivo de estudar a tensão residual em filmes de diamante, o presente projeto foi desenvolvido em três etapas: (1) o desenvolvimento da instrumentação; (2) a deposição de diamante em diversos substratos; e (3) a caracterização estrutural e medida da tensão residual nos filmes de diamante usando a técnica de diftação de raios-X. Três tipos distintos de filmes de diamante sintético foram estudados: O) diamante policristalino obtido por combustão oxi-acetilênica;(ii) diamante policristalino preparado em reator de filamentoquente; e (iii) diamante monocristalino homoepitaxial crescido em plasma induzido por microondas (crescimento realizado no NIRIM -National Institute of Research in Inorganic Materials), Japão, no laboratório do Dr. Mutsukazu Kamo. Usando a metodologia para quantificar a razão fase diamante cristalino / fase carbono amorfo, observou-se que a tensão residual é crescente com o grau de cristalinidade da amostra (policristal). Um outro resultado de relevância foi a observação da variação da quantidade e da forma de agregação da fase carbono amorfo com a velocidade de rotação do substrato. Para a velocidadede rotação do substrato a partir de 600 rpm, há a formação de DLC - Diamond Like Carbon, tratando-se de um método inédito de grande interesse científico e tecnológico. A caracterização do filme monocristalino de diamante sintético por topografia e goniometria de raios-X fornece uma análise qualitativa e quantitativa da tensão residual gerada na interface filme substrato / Abstract: Industrial utilization of diamond films obtained by CVD- "Chemical Vapor Deposition" method are limited by the residual stress created in the substrate and film interface, which is directly related with its adherence. The origin of the total residual stress of a diamond filmon a substrate is usuallycomposed of (i) intrinsic stress, due to the difference of the interplanar distance in the layer and (ii) thermal stress, due to the difference between the thermal expansion of diamond and the substrate, because the deposition occurs at 500-800°C. This work was developed in three parts to study the residual stress in diamond films: (1) instrumental development; (2) diamond films deposition in different substrates; and (3) structural characterization and residual stress determination using the X-ray diffraction technique. Three kinds of synthetic diamond films were studied: (i) polycrystalline diamond obtained by oxyacetylene combustion; (ii) polycrystalline diamond prepared in hot filament chamber; and (iii) homoepitaxial diamond growth in microwave plasma reactor done in the Df. Mutsukazu Kamo laboratory at NIRIM - National Institute of Research in Inorganic Materials, Japan. The relation ship of the residual stress to the crystal line levei in a diamond sample has been quantified by measuring the ratio diamond/amorphous carbon. It was observed an increase in the residual stress with the amount of crystal line phase. Another important result was the observation of aggregation form and the amount of amorphous carbon according to the substrate rotation velocity.DLC - "Diamond-LikeCarbon" was formed by rotating the substrate around 600 rpm. It is a very important result to scientific and technological development.The synthetic monocrystalline diamond film characterization was carried out by X-ray goniometric and topographic techniques, which offers a qualitative and a quantitative analysisof residual stress created in the film and substrate interface / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Lucia Helena Innocentini Mei / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-26T08:06:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Angelini_JoceliMariaGiacomini_D.pdf: 3402380 bytes, checksum: 10d439c2c31170c351752786f195bcf1 (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: O objetivo deste trabalho é mostrar os resultados encontrados nos estudos de tensão e deformação de amostras de policarbonato (PC) moldadas por injeção. A determinação quantitativa da tensão residual, neste polímero amorfo, era um desafio. Para isto, vários estudos foram conduzidos e algumas técnicas foram utilizadas. Corpos de prova de tração e impacto, com e sem tratamento térmico de alívio de tensões ("annealing") foram acompanhados por luz polarizada para comparação das linhas de tensão antes e após relaxação de tensões. O ensaio de impacto foi realizado com posterior análise do mecanismo de fratura. A aplicação da teoria do mecanismo de fratura elástico linear (MFEL) foi realizada e a tensão crítica, (sigma c, determinada. Foram realizados os ensaios de tração com os corpos de prova apropriados, em três diferentes velocidades, na temperatura ambiente; o módulo de Young, assim obtido, foi utilizado para cálculos posteriores de tensão e deformação. A técnica de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) foi utilizada para analisar a superfície de fratura dos corpos-de-prova. Após os ensaios de tração, a estrutura diamante foi encontrada, inédita para policarbonato, mesmo à temperatura ambiente. Em pesquisa bibliográfica, até então, isto somente tinha sido encontrado para altas temperaturas. Espectroscopia Raman e Microscopia Óptica acoplada foram utilizadas, para microcorpos -de-prova de tração, sendo esta a aplicação pioneira a polímeros sem carga, para medidas de tensão e deformação. Corpos-de-prova em curvatura ou flexão também foram estudados. Foi tentada a construção de uma curva de calibração de tensão medida com "micro strain gage" ou micro-extensômetro, para baixa deformação, versus "shift" ou a alteração no espectro Raman.Medidas de deformação, por deslocamento na microscopia óptica, também foram tentadas, mas não houve significativas alterações nos comprimentos de onda das absorções Raman, nos espectros obtidos. Os melhores resultados na Espectroscopia Raman foram obtidos com aplicação de carga; por este meio, a posição do pico no espectro foi medida em função da força aplicada em uma determinada área, ou tensão. A faixa de carga aplicada foi no mesmo nível da tensão residual medida anteriormente pelo método do "hole drilling strain gage" para produtos de policarbonato [2]. As tensões residuais, tensões internas, tensões de moldagem, diferentes formas de tensões congeladas, tensões de tração, tensões de compressão, enfim, todas fazem parte do contexto total de tensão-deformação. Estes conceitos, bem como o acompanhamento de fissuras e trincas, devem também ser utilizados em estudos de termo e fotodegradações / Abstract: The aim of this work is to show the studies that have been made and the results found in stress and deformation of polycarbonate injection moulded sample. The quantitative evaluation of the residual stress in this amorphous polymer, was an challenge. For this, a lot of studies have been made and some techniques have been employed. The dumb-bell and impact test specimens, with and without "annealing", were followed by polarized light to compare the stress lines, before and after stress relaxation. The impact test has been made with later fracture mechanism analyses. The application of the linear elastic fracture mechanics (LEFM) theories have been made and the critical stress, sigma c, have been calculated. With the dumb-bell specimens, had been made in the tensile test at three different rates, at room temperature; the Young's Modulus here obtained was used for later calculations of stress and strain. Scanning electron microscopy (SEM) has been used for to see the fracture surface of the samples. After the tensile tests, the diamond structure had been found even at room temperature; in literature survey, until now, this only was found at high temperature. Raman spectroscopy and optical microscopy technique has been useful in micro dumb-bell specimens, to evaluation of stress, in one first application to polymers without fillers. Samples in bending state have been also studied. It was try to make the calibration curve of strain measured with strain-gauge, for low strain, versus the shift in Raman spectra. The measurement of strain, by displacement in optical microscope, also was tried, but no significally shift in Raman wave number was obtained. The best results have been got with application of load; in this way, the Raman spectral peak position have been measured in function of applied load in one determined area, or stress. The applied load range was in the same level of the residual stress measured earlier by the hole drilling strain gage method, for polycarbonate products. The residual stress, and ali kinds of stress citation, were understood in the whole of stress strain approach and this concept and evaluation of crazes and cracks should to be also used in thermal and photo degradation studies / Doutorado / Ciencia e Tecnologia de Materiais / Doutor em Engenharia Química

A simulação no tratamento térmico tem-se tornado de vital importância, principalmente na fase de projeto de produto e planejamento e controle produção, reduzindo significativamente o tempo e o custo antes dedicados a estas tarefas. Esta tecnologia quando combinada à medição das curvas de resfriamento, torna-se uma poderosa e confiável ferramenta para a predição das propriedades mecânicas e metalúrgicas em peças tratadas termicamente. A modelagem do processo de têmpera traz como resultados, a exeqüibilidade do processo, a constituição microestrutural final e a distribuição das distorções e tensões residuais da peça. O presente trabalho visa simular a transferência de calor, através do cálculo dos coeficientes de transferência de calor, e das tensões residuais térmicas e distorções em corpos de prova de aço AISI 5160 e de uma sonda de Inconel 600, com a análise posterior dos parâmetros obtidos. / The simulation of heat treating is becoming of vital importance, specially during design of product and production planning and control, reducing significantly costs and time that used to be wasted on these tasks. This technology when combined to measured cooling curves, become a powerful and trustful tool for predicting mechanical and metallurgical properties of heat treated components. Modeling the quenching process shows the feasibility of the process, the final microstructure and the distribution of residual stresses and distortions on workpiece. The present work aims at simulate the heat transfer, the thermal residual stresses and distortions in a workpiece of AISI 5160 steel and of a probe of Inconel 600, with posterior analysis of the obtained parameters.

Orientador: Anselmo Eduardo Diniz / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-22T23:01:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rosa_SilviadoNascimento_D.pdf: 7768437 bytes, checksum: 66742bf3f167d6f7c0f9f06567fb171a (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Nas ferramentas de corte de metal duro não somente o estado de tensão residual do revestimento e do substrato é de importância, mas a topografia da superfície do substrato também influencia significativamente no desempenho da ferramenta durante o processo de usinagem. Uma ferramenta com boas propriedades de substrato e revestimento, mas com uma topografia favorável à aceleração de desgaste pode ter seu desempenho severamente prejudicado. Neste trabalho, brocas de metal duro revestidas pelo processo PVD foram produzidas com diferentes texturas de substrato e a adesão entre o revestimento e o substrato foi analisada. As análises foram baseadas nos ensaios de indentação Rockwell C, de riscamento, de tensão residual na interface, na medição de rugosidade, nos esforços de corte e nos desgastes das ferramentas durante o processo de usinagem. Os revestimentos estudados foram os comerciais BalinitÒ Futura (TiAlN) e Balinit® Helica (TiAlCrSiN). Os experimentos de vida da ferramenta foram realizados utilizando teste de furação com fluido de corte no aço forjado AISI 1548 que é frequentemente utilizado na produção de virabrequim. Os resultados mostraram que os substratos com superfícies mais rugosas apresentaram boas propriedades de adesão, mas alcançaram as menores vidas durante o processo de usinagem. Apesar do revestimento Futura possuir boa resistência ao riscamento quando comparado ao revestimento Helica, as brocas revestidas por Futura não obtiveram desempenho melhor que as revestidas por Helica. Um dos motivos seria a formação de óxidos mais protetores e aderentes que podem ser formados na superfície desgastada das ferramentas revestidas por Helica, devido à composição química da ferramenta. Este fato influenciou na variação dos esforços de corte que foi maior no revestimento Futura. O principal mecanismo de desgaste em todas as brocas foi o "attrition". A principal conclusão do trabalho foi que o substrato com menor rugosidade superficial, maior tensão compressiva e revestido com Helica é o que ofereceu maior desempenho nas condições estudadas nesta tese / Abstract: In the carbide cutting tools not only the residual stress state of the coating and substrate is important, but the substrate surface topography also significantly influences in the tool performance during machining. A tool with good coating and substrate properties but with unsuitable topography may accelerate wear and, consequently have its performance impaired. In this work cemented carbide drills coated using PVD process were produced with different substrate textures and the adhesion between the coating and the substrate was examined. The analyzes were based on the Rockwell C indentation test, the scratch test, residual stress at the interface, surface roughness, cutting forces and tool wear during the machining process. The commercial Balinit Futura (TiAlN) and Balinit Helica (TiAlCrSiN) were the studied coatings. The tool life experiments were carried out using drilling tests with a cutting fluid in the forged AISI 1548 steel which is often utilized in crankshaft manufacturing. The results showed that the surfaces with highest roughness exhibited good adhesion properties, but presented the lowest tool life in the machining process. Although Futura coating possess good scratching strength compared to Helica coating the Futura coated drills did not present better performance in terms of tool life than the Helica coated drills. One reason could be the formation of protective and more adherent oxides that can be formed on the worn Helica coated surfaces, due to the tool chemical composition. This fact influenced in the variation of cutting forces which was higher in Futura coating. The main wear mechanism was attrition in all the drills. The main conclusion of this work was that the substrate with the lowest roughness, the highest compressive residual stress and Helica coated was the one that reached the best performance in conditions tested in this thesis / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutora em Engenharia Mecânica