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Previous issue date: 2012-03-22 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The photoacoustic technique is a method used in the study of physical and thermal properties of solids, liquids or gases and it is based on the photothermal effect. The photothermal effect results from the combination of physical mechanisms such as thermal expansion, thermal diffusion and thermoelastic bending. Thermal diffusivity is a parameter that measures how much heat is diffused over a sample and depends on the thermal conductivity k, density ρ and specific heat c of the material under analysis. For this study, we used the open cell photoacoustic (OPC) technique to measure the thermal diffusivity of samples of AISI 316 steel. The standard sample has a thickness of 490 micron and a diameter of 31.73 mm as the others received coatings by plasma treatment nitrocarburizing. This process of ion implantation modifies the tribological properties and mechanical characteristics of the region around the surface of a material, as different precipitates are formed, thus changing the thermal diffusivity. In this investigation we divided the samples into three distinct regions, and the area A in the center, an intermediate region B and C is the region most extreme. The theoretical value of diffusivity for the steel AISI 316 is 4.05 x10-6 m2/s. Through the OPC technique the results for each region were: αA = 4.08 x10-6 ± 0,18 m2/s, αB = 4.09 x 10-6 ± 0,12 m2/s , αC = 4.09 x 10-6 ± 0,22 m2/s. These results are close to theoretical values and show that the thermal diffusivity does not radially change from the center to the edge of the sample. For the nitrocarburized samples with circular, circular center hole, triangular and square geometries it was observed, by optical microscopy and thermal diffusivity determination, that the nitrocarburizing is not uniform across the surface of the sample and varies according to its region, with greater intensity at the edges than the center. Thus, OPC is a technique sensitive to the structural changes at surfaces of a bulk so that can be used to distinguish surfaces that have suffered or not nitrocarburizin. / A técnica fotoacústica é um método utilizado no estudo de propriedades físicas e térmicas de materiais sólidos, líquidos ou gasosos, com base no efeito fototérmico. O fenômeno fototérmico resulta da combinação de mecanismos físicos como a expansão térmica, difusão térmica e a flexão termoelástica. A difusividade térmica é um parâmetro que mede quanto o calor é difundido ao longo de uma amostra e depende da condutividade térmica k, da densidade ρ, e do calor específico c do material em análise. Para realização deste trabalho utilizou-se o sistema de Fotoacústica em Célula Aberta (OPC) para a medida da difusividade térmica de amostras do aço AISI 316. A amostra padrão possui espessura de 490 μm e diâmetro de 31,73 mm e nas outras houve a produção de camadas superficiais pelo tratamento de nitrocementação por plasma. Este processo de implantação iônica modifica as propriedades tribológicas e mecânicas da região em torno da superfície de um material, pois diferentes precipitados são formados, alterando assim a difusividade térmica. Nesta investigação dividiu-se as amostras em três regiões distintas, sendo a região A no centro, B uma região intermediária e C a região mais extrema. O valor teórico da difusividade para o aço AISI 316 é 4,05 x10-6 m2/s. Através da medida em OPC os resultados obtidos para cada região na amostra padrão foram: αA = 4,08 x10-6 ± 0,18 m2/s, αB = 4,09 x 10-6 ± 0,11 m2/s, αC = 4,09 x 10-6 ± 0,21 m2/s. Estes resultados são próximos aos valores teóricos esperados e apresentam que a difusividade térmica não é alterada radialmente do centro para a extremidade da amostra. Nas amostras nitrocementadas, de geometria circular, circular com furo ao centro, triangular e quadrangular observou-se, pela microscopia óptica e pela determinação da difusividade térmica, que a nitrocimentação não é uniforme ao longo da superfície da amostra e varia conforme sua região, sendo a intensidade maior nas bordas do que no centro. Desta forma, a OPC é uma técnica sensível às mudanças estruturais na superfície de um material, podendo assim ser utilizada para distinguir superfícies que sofreram ou não nitrocementação.
Palavras chave: difusividade térmica, fotoacústica, OPC, aço AISI 316
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede2.uepg.br:prefix/895 |
| Date | 22 March 2012 |
| Creators | Oyarzabal, Ricardo Sovek |
| Contributors | Falate, Rosane, Chinelatto, Adilson Luiz, Cássaro, Fabio Augusto Meira |
| Publisher | UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA, Programa de Pós-Graduação em Ciências, UEPG, BR, Fisica |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UEPG, instname:Universidade Estadual de Ponta Grossa, instacron:UEPG |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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