Dissertações/Teses
2022
Dissertações
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  • CAROLINA AURÉLIA RIBEIRO MAESTRO
  • Comportamento de corrosão e respostas biológicas de um revestimento duplo formado por oxidação térmica e deposição biomimética de CaP dopado com bismuto na superfície da liga Ti-6Al-4V.

  • Orientador : ALYSSON HELTON SANTOS BUENO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FREDERICO OZANAN NEVES
  • JEFERSON APARECIDO MORETO
  • LEANDRO JOSE DA SILVA
  • Data: 31/01/2022

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  • Infecções associadas a implantes biomédicos ainda existem e representam um dos principais desafios que envolvem esses dispositivos. Além disso, em implantes de ligas de titânio, problemas de corrosão podem surgir, devido às exigências de longo prazo e de agressividade do ambiente corporal. A oxidação térmica pode melhorar as propriedades mecânicas da superfície, bem como a resposta à corrosão das ligas de titânio. Deposições biomiméticas de fosfatos de cálcio (CaP), por outro lado, podem melhorar sua bioatividade. Além disso, o CaP dopado com íons é utilizado para promover características específicas, como no caso do bismuto, que possui ação bactericida. Em relação aos implantes biomédicos, o crescimento bacteriano na superfície do material é um passo importante para o desenvolvimento de uma infecção. Esse processo infeccioso pode levar a uma série de problemas, incluindo a retirada da prótese. Considerando os interesses da área médica, e que os estudos sobre CaP dopado com bismuto são poucos e recentes, este estudo teve como objetivo investigar a deposição biomimética de um filme de Bi-CaP na liga Ti-6Al-4V oxidada termicamente. As amostras revestidas foram caracterizadas morfologicamente e estruturalmente usando MEV/EDX, AFM, espectroscopia Raman, bem como medições de DRX. A técnica EIE foi usada para entender o comportamento eletroquímico global na solução de Hank. A teoria da tensão interfacial foi usada para a determinação da energia livre de interação da superfície. Em relação aos ensaios biológicos, foram realizados testes de citotoxicidade, biocompatibilidade e análises de respostas inflamatórias. Os resultados de caracterização demonstraram a formação de um revestimento duplo contendo rutilo recoberto por DCPD e hidroxiapatita dopada com bismuto. Já os resultados do EIE demonstraram que o método de oxidação térmica associado à deposição biomimética promoveu uma melhora nas propriedades corrosivas da liga Ti-6Al-4V, sugerindo que o revestimento duplo tem grande potencial para aplicações biológicas. Por fim, o revestimento duplo apresentou um comportamento mais hidrofílico, e as respostas de citotoxicidade, biocompatibilidade e testes inflamatórios mostraram que o Bi-CaP reduziu tanto a toxicidade da liga Ti-6Al-4V quanto sua indução de inflamação, além de aumentar os níveis de citocinas anti-inflamatórias.


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  • Infections associated with biomedical implants still exist and represent one of the main challenges involving these devices. Furthermore, in titanium alloy implants, corrosion problems can arise, due to the long-term and aggressive requirements of the body environment. Thermal oxidation can improve the mechanical properties of the surface as well as the corrosion response of titanium alloys. Biomimetic depositions of calcium phosphates (CaP), on the other hand, can improve their bioactivity. In addition, ion-doped CaP is used to promote specific characteristics, as in the case of bismuth, which has bactericidal action. Regarding biomedical implants, bacterial growth on the surface of the material is an important step in the development of an infection. This infectious process can lead to several problems, including the removal of the prosthesis. Considering the interests of the medical field, and that studies on CaP doped with bismuth are few and recent, this study aims to investigate the biomimetic deposition of a Bi CaP film on the thermally oxidized Ti 6Al 4V alloy. Coated samples were characterized morphologically and structurally using SEM/EDX, AFM, Raman spectroscopy, as well as XRD measurements. The EIE technique was used to understand the global electrochemical behavior in Hank's solution. The interfacial tension theory was used to determine the surface interaction free energy. Regarding the biological assays, cytotoxicity, biocompatibility, and inflammatory response tests were performed. The characterization results demonstrated the formation of a double coating containing rutile coated by DCPD and bismuth- doped hydroxyapatite. The EIE results showed that the thermal oxidation method associated with biomimetic deposition promoted an improvement in the corrosive properties of the Ti-6Al-4V alloy, suggesting that the double coating has great potential for biological applications. Finally, the double coating showed a more hydrophilic behavior, and the cytotoxicity, biocompatibility, and inflammatory responses showed that Bi-CaP reduced both Ti-6Al-4V alloy toxicity and its induction of inflammation, in addition to increasing levels of anti-inflammatory cytokines.

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  • Letícia Maciel da Fonseca
  • Compósitos biodegradáveis reforçados com fibras de bananeira descontínuas

  • Orientador : LEANDRO JOSE DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE LUIS CHRISTOFORO
  • LEANDRO JOSE DA SILVA
  • RODRIGO TEIXEIRA SANTOS FREIRE
  • Data: 13/07/2022

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  • As fibras naturais apresentam algumas vantagens sobre as sintéticas, tais como baixa densidade, alta tenacidade, biodegradabilidade, irritação respiratória reduzida, flexibilidade e baixo custo, sendo uma fibra celulósica com propriedades mecânicas satisfatórias para uso como reforço em materiais poliméricos. Este trabalho tem como foco o uso de fibras de bananeira como membros de reforço, explorando o uso de resina de poliuretano derivada do óleo de mamona como fase matriz. Entre os parâmetros passíveis de serem controlados, foram analisados comprimento (10 mm e 30 mm), a gramatura (0,0375 g/cm² e 0,0750 g/cm²) da fibra, o processo de extração de fibras e o tratamento alcalino com bicarbonato de sódio (NaHCO3). O potencial de uso deste compósito biodegradável foi avaliado pelo seu desempenho em ensaios mecânicos de resistência à tração e flexão. A análise dos resultados (empregando DOE e ANOVA) consideraram os parâmetros isolados e a interação entre eles nas propriedades físicas e mecânicas do compósito. Observou-se que o comprimento da fibra, quando considerado isoladamente na primeira análise experimental, impacta na resistência em flexão, inclusive quando considerado em combinação com a gramatura da fibra. O compósito reforçado por fibras de bananeira apresentou propriedades mecânicas muito melhoradas em relação à matriz pura, tendo a fibra de 30 mm se mostrado com melhor comportamento em relação à de 10 mm, e em maior gramatura. O processo de extração de fibras revelou compósitos de diferentes propriedades mecânicas, destacando-se compósitos de maior gramatura com fibras do primeiro processo de extração. O tratamento alcalino, quando combinado com a gramatura de fibra, impacta nas propriedades mecânicas, gerando compósitos menos densos. Compósitos de maior gramatura e sem tratamento alcalino apresentaram melhores resultados. O tratamento alcalino nas fibras de bananeira não foi eficaz. Os compósitos fabricados com o primeiro lote de fibras, maior tamanho e maior gramatura apresentaram maior desempenho estrutural.


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  • Natural fibres have some advantages over synthetic fibers, such as low density, high tenacity, biodegradability, reduced respiratory irritation, flexibility, and low cost, thus being a cellulosic fibre with satisfactory mechanical properties for use as reinforcement in polymeric materials. This work focuses on the use of banana fibres as reinforcing members, exploring the use of castor oil-derived polyurethane resin as a matrix phase. Among the parameters that can be controlled, are the length (10 mm and 30 mm), the grammage (0.0375 g/cm² and 0.0750 g/cm²) of the fibre; the fibre extraction process; and the alkaline treatment with sodium bicarbonate (NaHCO3). The potential use of this biodegradable composite was evaluated by its performance in mechanical tests of tensile and flexural strength. The analysis of the results (using DOE and ANOVA) considered the isolated parameters and the interaction between them in the physical and mechanical properties of the composite. It was observed that the fibre length, when considered alone in the first experimental analysis, impacts the flexural strength, even when considered in combination with the fibre weight. The composite reinforced by banana fibres showed much improved mechanical properties compared to the pure matrix, with the 30 mm fibre showing better behavior compared to the 10 mm fibre, and with a higher grammage. The fibre extraction process revealed composites with different mechanical properties, highlighting higher-weight composites with fibres from the first extraction process. Alkaline treatment, when combined with fibre weight, impacts the mechanical properties, generating less dense composites. Composites of greater weight and without alkaline treatment showed better results. Alkaline treatment on banana fibres was not effective. The composites manufactured with the first batch of fibres - larger size, and heavier weight - presented higher structural performance.

     

     

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  • LUIZA FERNANDES SOARES
  • PLANEJAMENTO ESTATISTICO DE MISTURA PARA ESPUMA BIODEGRADÁVEL DE MAMONA.

  • Orientador : TULIO HALLAK PANZERA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • TULIO HALLAK PANZERA
  • RODRIGO TEIXEIRA SANTOS FREIRE
  • LEANDRO DE SOUZA LEAO
  • ANDRE LUIS CHRISTOFORO
  • Data: 04/08/2022

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  • Atualmente a busca por materiais de menor impacto ambiental tem impulsionado principalmente os biodegradáveis e derivados de fontes renováveis. As espumas biodegradáveis e as resinas derivadas de óleos vegetais vêm sendo investigadas e aplicadas em diferentes áreas da engenharia. Os fabricantes estipulam a proporção “ideal” entre poliol e pré-polímero (uma determinada proporção tomada como a melhor) associada a uma gama de aplicações. Entretanto, as aplicações diversas focam na caracterização dos compósitos, ou seja, no estudo das proporções entre as fases, mas não dá caracterização puramente da fase matriz. O conhecimento acerca da das propriedades físicas e mecânicas das matrizes preparadas com proporções distintas entre poliol e pré-polímero podem auxiliar melhor na compreensão da performance do compósito fabricado assim como da indicação mais adequada das proporções entre as proporções do adesivo para casos de solicitações e condições distintas de uso. Este trabalho investiga as propriedades mecânicas e físicas de espumas à base de mamona composta pela combinação de dois poliois e um pré-polímero . Os corpos de prova foram obtidos por meio da expansão reativa dos componentes em apenas uma direção. Um planejamento estatístico de misturas foi utilizado para identificar o efeito combinado dos componentes poliméricos sobre suas propriedades mecânicas e físicas. Modelos matemáticos foram obtidos, capazes de descrever as propriedades do material de acordo com as porcentagens em massa de cada componente. Os resultados mostraram que é possível obter variações de até 80% nas propriedades mecânicas. Os gráficos de efeitos mostraram que o aumento da concentração do componente P2 acarreta na diminuição das propriedades específicas da espuma. Ressalta-se que P2 não tem influência nas propriedades mecânicas, porém o seu aumento promove o aumento da densidade das espumas. O componente P1 eleva tanto a densidade quanto as propriedades mecânicas aumentem, enquanto o componente PP faz com que a densidade e as propriedades mecânicas diminuam. Dessa forma, utilizando modelos matemáticos, é possível otimizar a mistura dos componentes em função de uma determinada aplicação e ou desempenho. Além disso, nota-se que as propriedades transversais (direção perpendicular à expansão) são superiores às longitudinais.


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  • The search for materials with less environmental impact has driven mainly biodegradable and those derived from renewable sources. Biodegradable foams and resins derived from vegetable oils have been investigated and applied in different areas of engineering. Manufacturers stipulate the “ideal” ratio between polyol and prepolymer (a certain ratio taken as the best) associated with a range of applications. However, the various applications focus on the characterization of composites, that is, on the study of the proportions between the phases, but it does not provide purely characterization of the matrix phase. Knowledge about the physical and mechanical properties of matrices prepared with different proportions between polyol and prepolymer can help better understand the performance of the manufactured composite as well as the most appropriate indication of the proportions between the proportions of the adhesive for cases of requests and conditions in different application. This work describes the mechanical and physical properties of biodegradable castor-based foams composed of 2 polyols and 1 pre-polymer. Statistical planning design is used to identify the combined effect of polymeric components on mechanical and physical properties. Contour graphs are obtained, capable of describing the material properties according to the mass percentages of each component. The specimens are obtained through the reactive expansion of the constituents in only one direction, allowing them to obtain anisotropic properties. The results show that it is possible to obtain variations of up to 80% in the mechanical properties. The increase in P2 concentration leads to lower specific properties of the foam. P2 does not affect the final mechanical properties, but the foam density increases considerably. On the contrary, the P1 component increases the density along with the mechanical properties, while PP reduces the density and mechanical properties of the foams. Finally, mathematical models can optimise the mix of the components to achieve a particular performance. The transverse properties (perpendicular direction to the expansion) are higher than the longitudinal ones.

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  • FILIPE AFONSO ASCENCAO
  • Avaliação da influência do processo de fabricação na simulação numérica de impacto de crash boxes automotivas

  • Orientador : MARCIO EDUARDO SILVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • BRUNO CESAR POCKSZEVNICKI
  • JETSON LEMOS FERREIRA
  • MARCIO EDUARDO SILVEIRA
  • MAURICIO CENTENO LOBÃO
  • Data: 31/08/2022

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  • O Crash-Test é um teste de impacto para veículos que visa analisar e avaliar a capacidade de um veículo de resistir a diferentes tipos de colisão. Durante a colisão, a maioria da energia de impacto é absorvida pelos elementos estruturais do veículo de modo a oferecer a maior proteção possível aos ocupantes. Além do ensaio com o impacto real do veículo, utilizam-se análises por simulação via Método dos Elementos Finitos (MEF). No entanto, muitos fatores que afetam a precisão da simulação não são levados em consideração de forma adequada. A maioria dos componentes estruturais da carroceria do veículo é fabricada pelo processo de estampagem. Esse processo de fabricação impõe à peça uma deformação plástica juntamente com uma distribuição de espessura não uniforme, tensões residuais e encruamento dos grãos, especialmente em aços de alta resistência e alta ductilidade. Os digitalizadores 3D são dispositivos utilizados para gerar representações digitais de objetos ou ambientes do mundo real. Podem ser utilizados para avaliar possíveis distorções de geometria oriunda do processo de fabricação. O modelo 3D do componente é obtido pela medição da distância de vários pontos da superfície do objeto até um ponto fixo no espaço. Neste estudo foram analisados a influência do processo de fabricação para três (03) tipos diferentes de carregamento: um teste de compressão quase-estática a 5 mm/s de uma crash box com objetivo de calibrar a carga de colapso; um segundo teste com um tronco da estrutura principal do frontal do veículo a 16 km/h e por último um teste feito em uma crash box Origami isolada em uma torre de impacto com 162 kg a uma velocidade de 24 km/h. Em seguida, os resultados da simulação numérica serão comparados com testes físicos realizados em laboratório. O mapeamento da deformação plástica e variação de espessura apresentam influência significativa na correlação da carga de colapso da crash box bem como no modo de colapso em relação ao teste físico. A digitalização da crash box Origami após a fabricação mostrou uma grande diferença na geometria quando comparada ao projeto e apresentou influência significativa na correlação do modo de colapso.


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  • Crash-Test is a vehicle impact test that aims to analyze and evaluate a vehicle's ability to withstand different types of crash. During a collision, most of the impact energy is absorbed by the vehicle's structural elements in order to offer the greatest possible protection to the occupants. In addition to the test with the impact of the actual vehicle, simulation analysis using the Finite Element Method (FEM) is used. In this way, the FEM plays an important role in the analysis of the vehicle's impact resistance, reducing development time and project costs. Most of the structural components of the vehicle body are manufactured by the stamping process. This manufacturing process imposes a plastic deformation on the parts along with a distribution of non-uniform thickness, residual stresses, and strain hardening of the grains, especially in high strength and high ductility steels. 3D Scanners s are devices used to generate digital representations of real-world objects or environments. They can be used to evaluate possible geometry distortions arising from the manufacturing process. The 3D model of the component is obtained by measuring the distance from various points on the object's surface to a fixed point in space. In this study, the influence of the manufacturing process for three (03) different types of loading was analyzed: a quasi-static compression test at 5 mm/s of a crash box in order to calibrate the collapse load; a second test with a part of the main structure of the vehicle at 16 km/h and finally a test carried out in an isolated Origami crash box in an drop tower with 162 kg at a speed of 24 km/h. Then, the numerical simulation results will be compared with physical tests performed in the laboratory. The mapping of plastic strain and thickness variation had a significant influence on the correlation of the crash box collapse load as well as on the collapse mode in relation to the physical test. Scanning the crash box Origami after manufacturing showed a big difference in geometry when compared to original CAD and had a significant influence on the collapse mode correlation.

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  • ROGÉRIO TEIXEIRA LOPES
  • INVESTIGAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DE PAINÉIS-SANDUÍCHE SUSTENTÁVEIS DE ALUMÍNIO CONTENDO NÚCLEO CORRUGADO EM ARCO

  • Orientador : TULIO HALLAK PANZERA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE LUIS CHRISTOFORO
  • JULIO CESAR DOS SANTOS
  • RODRIGO TEIXEIRA SANTOS FREIRE
  • TULIO HALLAK PANZERA
  • Data: 31/08/2022

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  • A crescente exploração dos recursos naturais, juntamente com o seu uso inconsciente pelo homem, enfatiza uma tendência mundial de desenvolvimento de materiais sustentáveis e resistentes. O uso de compósito estrutural tipo sanduíche, é um exemplo. A reciclagem ou a reutilização de produtos em sua composição reduz a necessidade de extração de matéria-prima, conservando os recursos naturais e eliminando impactos ambientais. Além disso, variações de geometria e materiais do núcleo, são investigadas a fim de alcançar melhorias nas propriedades mecânicas finais. Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a caracterização de um compósito estrutural sustentável tipo sanduíche, feito de faces de alumínio reciclado ligadas a um núcleo corrugado em arco, obtido de latas reutilizadas de alumínio. A investigação foi baseada em um planejamento fatorial completo e buscou verificar a influência de três fatores nas propriedades mecânicas sob flexão: tipo de adesivo utilizado na ligação (dois epóxis e um de poliuretano), espessura média desses adesivos (0,8 e 1,5 mm), e a orientação dos arcos que compõe o núcleo (alinhados e alternados). As propriedades obtidas foram avaliadas estatisticamente por meio da Análise de Variância (ANOVA) e do teste de Tukey. Os resultados evidenciaram a viabilidade da estrutura sustentável proposta, com resultados mais satisfatórios de resistência e rigidez para painéis constituídos com polímero epóxi tipo C (Epóxi RenLam-M + HY951), maior espessura média de adesivo (1,5mm), e orientação alternada do núcleo. Os painéis revelaram ser promissores para aplicações estruturais secundárias, combinando baixo peso-específico, custo reduzido, além de apresentar uma rota alternativa para a reutilização de componentes altamente descartados na natureza.


  • Mostrar Abstract
  • The growing exploitation of natural resources and their unconscious use by man
    emphasizes a worldwide trend to develop sustainable and resistant materials, such as sandwich
    panels. Recycling and reusing products reduce the need for raw material extraction, conserving
    natural resources and eliminating environmental impacts. In addition, variations in core
    geometry and materials are investigated to improve the final mechanical properties. This work
    presents the development and characterisation of a sustainable sandwich panel of recycled
    aluminium skins bonded to an arch-shaped core obtained from reused aluminium cans. A full
    factorial design was performed to identify the effects of three factors: type of adhesive (two
    epoxies and one polyurethane), the average thickness of the adhesive (0.8 and 1.5 mm), and
    the orientation of core arches (aligned and alternated). The sandwich panels were tested under
    a three-point bending test, from which the main flexural properties were obtained. The
    properties were statistically verified using Analysis of Variance (ANOVA) and the Tukey test.
    The results showed the feasibility of the proposed sustainable structure, in which more
    satisfactory results of strength and stiffness were obtained for panels made with epoxy polymer
    type C (Epoxy RenLam-M + HY951), greater average adhesive thickness (1.5 mm), and
    alternate core orientation. The panels showed to be promising for secondary structural
    applications, having low weight, cost and presenting an alternative route for the reuse of
    components highly discarded in nature.

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  • JOAO OCTAVIO ASSIS MARCAL
  • Um estudo sobre a influência da temperatura do fluido de corte no microcorte do titânio comercialmente puro

  • Orientador : CARLOS HENRIQUE LAURO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JOÃO PAULO DAVIM TAVARES DA SILVA
  • CARLOS HENRIQUE LAURO
  • ETORY MADRILLES ARRUDA
  • LINCOLN CARDOSO BRANDAO
  • ROBSON BRUNO DUTRA PEREIRA
  • Data: 13/09/2022

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  • Métodos de usinagem sustentável vêm sendo desenvolvidos para reduzir ou substituir os fluidos utilizados no corte do metal na indústria. Vários processos, como a mínima quantidade de lubrificante (MQL) por exemplo, têm apresentado resultados promissores em relação ao acabamento superficial e à redução de esforços de usinagem, temperatura, atrito e desgaste da ferramenta. Também possuem alto desempenho com corte em velocidade elevada e no trabalho com materiais de difícil usinabilidade como titânio e suas ligas, caracterizados pela sua alta resistência, alto ponto de fusão e baixa condutividade térmica, além de sua ampla aplicação em diversas áreas da engenharia. Estudos recentes procuram aprimorar sua utilização também na produção de implantes biomédicos devido ao seu baixo módulo de elasticidade, resistência à corrosão e sua biocompatibilidade, sem representar riscos à saúde humana. Método de elementos finitos em conjunto com os ensaios experimentais possibilitaram a avaliação da influência do fluido em condições diferentes de temperatura em relação à usinagem a seco no processo de microcorte de corpos de prova de titânio comercialmente puro, Grau 2. Os resultados apontaram para o melhor desempenho da usinagem a seco. As temperaturas adotadas para o fluido não apresentaram diferenças significativas entre si, ou qualquer caracterísitca que justificasse seu uso. O efeitos da elevada pressão da bomba de injeção do fluido foram responsáveis pelo aumento do coeficiente de atrito, dos esforços de usinagem e da energia especifica de corte.


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  • Sustainable machining methods have been developed to reduce or replace the fluids used in cutting metal in the industry. Several processes, such the minimum quantity lubrication (MQL) for example, have shown promising results in relation to the surface finish and the reduction of machining efforts, temperature, friction and tool wear. They also have high performance with high-speed cutting and when working with difficult-to-machine materials such as titanium and their alloys, characterized by its high strength, high melting point and low thermal conductivity, in addition to its wide application in several areas of engineering. Recent studies seek to improve its use also in the production of biomedical implants due to its low elastic modulus, corrosion resistance and its biocompatibility, without posing risks to human health. The finite element method together with the experimental tests allowed the evaluation of the influence of the fluid in different temperature conditions in relation to dry machining in the microcut process of commercially pure titanium specimens, Grade 2. The results pointed to the best dry machining performance. The temperatures adopted for the fluid did not present significant differences between them, or any characteristic that justified its use. The effects of the high pressure of the fluid injection pump were responsible for the increase in the friction coefficient, the machining forces and the specific cutting energy.

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  • FILIPE AUGUSTO DE FARIA CUNHA
  • Estudo do comportamento das superligas MAR-M247, oxidada isotérmica e ciclicamente a 1000 e 1100 °C, e MAR-M246, convencional e modificada com nióbio, oxidada ciclicamente a 1100 °C

  • Orientador : ARTUR MARIANO DE SOUSA MALAFAIA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ARTUR MARIANO DE SOUSA MALAFAIA
  • FREDERICO AUGUSTO PIRES FERNANDES
  • KURT STRECKER
  • RENATO BALDAN
  • Data: 30/11/2022

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  • As superligas são utilizadas principalmente devido a suas excepcionais propriedades, tais como resistência mecânica e resistência a oxidação. O processo oxidativo é comumente observado em aplicações na engenharia e tende a ser acentuado em condições envolvendo altas temperaturas. Estas ligas são muitas das vezes utilizadas em operações que envolvem altas temperaturas e tensões, como em turbinas a gás. Isso torna o estudo de oxidação para superligas um fator de interesse. O objetivo principal deste trabalho foi o estudo do processo de oxidação na superliga MAR-M247, seguido de uma análise complementar das superligas MAR-M246 convencional e MAR-M246 modificada com Nb. A superliga MAR-M247 foi exposta a ensaios isotérmicos a 1000 °C e a 1100 °C por até 300 horas. Esta liga também foi ensaiada ciclicamente a 1000 °C, por até 200 ciclos, e a 1100 °C, por até 219 ciclos. As superligas MAR-M246 (Ta) e MAR-M246 (Nb) foram avaliadas em relação à oxidação cíclica a 1100 °C, por até 219 ciclos, a fim de se estudar a influência da substituição do Ta por Nb. A cinética de oxidação e a caracterização dos produtos de oxidação foram avaliadas. A caracterização das amostras foi feita por meio das análises de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDX), difração de raios-X (DRX) e microscopia óptica (MO). Algumas das conclusões obtidas neste trabalho são: NiO, Al2O3, TiO2, Co3O4, NiCr2O4 e CoCr2O4 são produtos de oxidação comuns para a MAR-M247; a liga MAR-M247 mostrou-se a mais resistente ao processo de oxidação, seguida da MAR-M246 e MAR-M246 (Nb), esta exibiu a menor resistência dentre as ligas estudadas.


  • Mostrar Abstract
  • Superalloys are mainly used because of their exceptional properties, such as mechanical strength and oxidation resistance. The oxidative process is commonly observed in engineering applications and it is usually accentuated under conditions involving high temperatures. These alloys are often used in operations involving high temperatures and stresses, such as gas turbines. This makes the study of oxidation for superalloys relevant. The main objective of this work was to study the oxidation process in the MAR-M247 superalloy, followed by a complementary analysis of the conventional MAR-M246 and Nb-modified MAR-M246 superalloys. MAR-M247 superalloy was exposed to isothermal tests at 1.000 and 1.100 °C for up to 300 hours. This alloy has also been tested cyclically at 1.000 °C for up to 200 cycles and at 1100 °C for up to 219 cycles. The superalloys MAR-M246 (Ta) and MAR-M246 (Nb) were evaluated in relation to cyclic oxidation at 1.100 °C, for up to 219 cycles, in order to study the influence of the replacement of Ta by Nb. The oxidation kinetics and the characterization of the oxidation products were evaluated. The characterization of the samples was performed by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), X-ray diffraction (XRD) and optical microscopy (OM). Some of the conclusions obtained in this work are: NiO, Al2O3, TiO2, Co3O4, NiCr2O4 e CoCr2O4 are common oxidation products for MAR-M247; the MAR-M247 alloy proved to be the most resistant to the oxidation process, followed by MAR-M246 and MAR-M246 (Nb), the last one exhibited the lowest resistance among the alloys.

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  • FRANKLIN LEMOS DA COSTA
  • Oxidação cíclica e isotérmica em alta temperatura do aço inoxidável ferrítico AISI 439

  • Orientador : ARTUR MARIANO DE SOUSA MALAFAIA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ARTUR MARIANO DE SOUSA MALAFAIA
  • ROBSON BRUNO DUTRA PEREIRA
  • TARCISIO REIS DE OLIVEIRA
  • Data: 01/12/2022

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  • Processos de oxidação em alta temperatura ocorrem em diferentes tipos de máquinas e equipamentos nos mais variados campos de atividades, nos quais os aços inoxidáveis são utilizados. Portanto, é importante estudar e caracterizar as camadas de óxido formadas e as variações de massa ocorridas durante a oxidação destes materiais. Os aços inoxidáveis de matriz ferrítica surgem como alternativa de menor custo em relação aos aços austeníticos para as aplicações em altas temperaturas. Desta maneira, o presente trabalho apresentará uma análise da oxidação isotérmica e cíclica em alta temperatura do aço inoxidável ferrítico AISI 439. Estudos têm demonstrado que o acabamento superficial inicial da amostra pode ter um efeito importante na cinética de oxidação e na aderência do filme de óxido. Portanto, a fim de avaliar o efeito da rugosidade no comportamento da cinética de oxidação desta liga, dois acabamentos superficiais distintos foram utilizados. Metade das amostras foi lixada com lixa de carbeto de silício até a granulometria #600 e a outra metade permaneceu com acabamento superficial de fábrica (laminado) nas faces. Foram realizados os ensaios de oxidação isotérmica e cíclica nas temperaturas de 750, 850 e 950 °C, no intervalo de tempo de até 100 horas ou ciclos. Os ciclos térmicos foram compostos de aquecimento e manutenção por 1 hora na temperatura máxima, seguido de resfriamento por 10 minutos. A microestrutura e a composição química das camadas de óxido formadas foram analisadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDS) e Difração de Raios-X (DRX). A liga apresentou cinética de oxidação parabólica nas três temperaturas de ensaio para os dois acabamentos superficiais avaliados, o que indica a presença de um filme de óxido com características protetoras. Contudo, a superfície de maior rugosidade (laminada) apresentou menor tendência a destacamentos. Foram identificadas nas análises de DRX para as duas condições superficiais avaliadas os óxidos Cr2O3, TiO2 e MnCr2O4.


  • Mostrar Abstract
  • High temperature oxidation processes occur in different types of machines and equipment in the most varied fields of activities, in which stainless steels are used. Therefore, it is important to study and characterize the oxide layers formed and the mass variations that occur during the oxidation of these materials. Ferritic matrix stainless steels appear as a lower cost alternative to austenitic steels for high temperature applications. In this way, the present work will present an analysis of the isothermal and cyclic oxidation in high temperature of the ferritic stainless steel AISI 439. Studies have shown that the initial surface finish of the sample can have an important effect on the oxidation kinetics and on the adhesion of the oxide film. Therefore, in order to evaluate the effect of roughness on the behavior of the oxidation kinetics of this alloy, two different surface finishes were used. Half of the samples were sanded with silicon carbide sandpaper to #600 granulometry and the other half remained with a factory surface finish (laminate) on the faces. The isothermal and cyclic oxidation tests were carried out at temperatures of 750, 850 and 950 °C, in a time interval of up to 100 hours or cycles. The thermal cycles consisted of heating and holding for 1 hour at maximum temperature, followed by cooling for 10 minutes. The microstructure and chemical composition of the oxide layers formed were analyzed by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and X-ray Diffraction (XRD). The alloy showed parabolic oxidation kinetics at the three test temperatures for the two surface finishes evaluated, which indicates the presence of an oxide film withprotective characteristics. However, the surface with greater roughness (laminate) showed less tendency to detachment. The oxides Cr2O3, TiO2 and MnCr2O4 were identified in the XRD analyzes for the two surface conditions evaluated.

2021
Dissertações
1
  • JOÃO GABRIEL DA CRUZ PASSOS
  • Análise do comportamento de ligas FeMnSiCrNi sob oxidação cíclica e isotérmica em alta temperatura e caracterização da camada ferrítica subsuperficial.

  • Orientador : ARTUR MARIANO DE SOUSA MALAFAIA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ARTUR MARIANO DE SOUSA MALAFAIA
  • CARLOS ALBERTO DELLA ROVERE
  • MARCELO FALCÃO DE OLIVEIRA
  • Data: 25/02/2021

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  • Ligas ferrosas austeníticas FeMnSiCrNi, com propriedade de memória de forma, são possíveis alternativas mais baratas a aços inoxidáveis austeníticos convencionais. Entretanto, o alto teor de manganês reduz sua resistência à oxidação em altas temperaturas. O manganês possui alta afinidade com o oxigênio e, em altas temperaturas, reage com o mesmo para a formação da camada de óxido, empobrecendo o substrato metálico e formando uma camada ferrítica na região da interface metal/óxido. Trabalhos anteriores identificaram efeitos dessa camada ferrítica subsuperficial em propriedades físicas e químicas das ligas FeMnSiCrNi, mas existem poucas informações referentes à caracterização dessa camada e seus mecanismos de formação. No presente trabalho foram estudadas as ligas Fe-13,67Mn-3,46Si-8,32Cr-3,04Ni (A) e Fe-13,04Mn-3,77Si-9,56Cr-3,55Ni (B) em ensaios de oxidação cíclica na temperatura de 800 °C e ensaios isotérmicos em temperaturas entre 675 e 1000 °C. O comportamento sob oxidação das ligas e as camadas subsuperficiais ferríticas foram avaliados a partir da variação de massa e pelas técnicas de difração de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia óptica e espectroscopia por dispersão de energia de raios-X (EDS). A liga A se mostrou menos resistente à oxidação, exceto na temperatura de 700 °C, devido à estabilização da ferrita em alta temperatura na liga B. A relação entre ganho de massa e espessura da ferrita foi linear. Um mecanismo de formação da camada ferrítica durante o resfriamento foi proposto, a partir da análise dos gradientes de concentração de manganês. Em ensaios cíclicos, a camada ferrítica foi menos espessa e mais empobrecida em manganês, devido à formação da ferrita entre ciclos, induzindo um efeito químico que consome parte do substrato. O efeito é mais relevante em amostras resfriadas dentro do forno entre ciclos. Ensaios isotérmicos com diferentes taxas de resfriamento (ao forno, à água ou ao ar) demonstraram que a formação de ferrita ocorre, ao menos parcialmente, na temperatura de oxidação. A exceção é a temperatura de 1000 °C, na qual a formação ocorre somente durante o resfriamento.


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  • Iron-based austenitic FeMnSiCrNi alloys, with shape-memory properties, are potentially cheaper alternatives to conventional austenitic stainless steels. However, the high manganese content reduces their high-temperature oxidation resistance. Manganese has a high affinity with oxygen and, in high temperatures, reacts with it, forming the oxide layer, which depletes the metallic substrate and forms ferritic structure in the oxide/metal interface region. Previous studies have shown several effects of this ferritic layer in physical and chemical properties of FeMnSiCrNi alloys, but there is limited information regarding the characterization of this layer and the mechanisms by which it is formed. In the present study, the alloys Fe-13,67Mn-3,46Si-8,32Cr-3,04Ni (A) and Fe-13,04Mn-3,77Si-9,56Cr-3,55Ni (B) were studied via cyclic oxidation tests at 800 °C and isothermal oxidation tests in temperatures between 675 and 1000 °C. The oxidation behavior and subsurface ferritic layers were evaluated by mass change analysis, as well as X-Ray Diffraction (DRX), Scanning Electron Microscopy (SEM), optical microscopy and Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) techniques. Alloy A was less resistant to oxidation, except at 700 °C, temperature at which alloy B presented higher mass gain, associated with the stabilization of ferrite at the oxidation temperature. The relationship between mass gain and ferritic layer thickness was linear. A mechanism by which the ferritic layer forms during cooling was proposed via analysis of manganese concentration gradients. In cyclic tests, the ferritic layer was thinner and more depleted in manganese, due to the formation of ferrite between cycles, inducing a chemical effect that consumes part of the substrate. Isothermal tests with varying cooling rates (by oven, air or water) showed that ferrite is formed, at least partially, at the oxidation temperature. The exception is at 1000 °C, temperature at which ferrite seems to form Only upon cooling.

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  • GABRIELA LUIZA COTA COURA
  • DESENVOLVIMENTO E CARACTERIZAÇÃO DE COMPÓSITOS POLIMÉRICOS REFORÇADOS COM FIBRAS DE MAMOEIRO

  • Orientador : RODRIGO TEIXEIRA SANTOS FREIRE
  • MEMBROS DA BANCA :
  • GILBERTO GARCIA DEL PINO
  • LEANDRO JOSE DA SILVA
  • RODRIGO TEIXEIRA SANTOS FREIRE
  • TULIO HALLAK PANZERA
  • Data: 18/03/2021

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  • A crescente demanda por materiais que promovam o desenvolvimento sustentável e a preservação do meio ambiente faz com que as fibras naturais ganhem destaque no desenvolvimento de materiais compósitos. Com intuito de aprimorar as propriedades efetivas desses materiais, diversas fibras naturais, técnicas de manufatura e parâmetros de processo vêm sendo cada vez mais pesquisados na literatura. Este trabalho investiga, por meio de planejamentos fatoriais e da análise de variância (ANOVA), a influência de tipo de fibra de mamoeiro (interna e média), da morfologia das fibras (sem orifício, com orifícios alternados, coincidentes e com fibras curtas orientadas aleatoriamente) e da direção de orientação das fibras (longitudinal ou transversalmente ao carregamento), no desempenho mecânico de compósitos poliméricos de matriz epóxi e matriz biopolimérica à base de óleo de mamona. A fase reforçadora (fibras de mamoeiro) também é caracterizada. Os corpos de prova são fabricados por meio da laminação manual seguida por compactação uniaxial a frio, e caracterizados por meio de ensaios de tração, flexão e impacto drop tower. Para os compósitos epóxi-mamão, fibras orientadas longitudinalmente resultam em propriedades mecânicas superiores aos compósitos com fibras orientadas transversalmente. Laminados com fibras orientadas longitudinalmente, sem orifícios, exibem propriedades mecânicas superiores aos demais. Já para os compósitos mamão-mamona, os compósitos reforçados com fibras curtas orientadas aleatoriamente apresentam propriedades muito inferiores quando comparados às demais morfologias. O teste de Tukey revela que as morfologias, compósitos sem orifícios e com orifícios alternados, são estatisticamente equivalentes para as propriedades de tração e flexão. No ensaio de impacto drop tower, a morfologia contendo fibras curtas aleatórias resultou em maior absorção de energia. A densidade das fibras de mamoeiro, entre as, mas baixas do reino vegetal, varia de acordo com a camada de fibra.


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  • The growing demand for materials that promote sustainable development and the preservation of the environment make natural fibres stand out in the development of composite materials. In order to improve the properties of these materials, much research has focused on several natural fibres, manufacturing techniques and process parameters. This work investigates the mechanical performance of papaya fibre-reinforced polymeric composites based on epoxy and castor-oil biopolymer. Design of Experiment (DoE) and analysis of variance (ANOVA) techniques are used to analyse the influence of papaya fibre type (inner and intermediate), fibre morphology (without holes, with alternating or coincident holes, and randomly-oriented ground fibres) and fibre orientation (longitudinally or transversally oriented fibres relative to the load). Papaya fibres are also characterised. The specimens are manufactured by hand lay-up, followed by cold uniaxial compaction, and characterized by tensile, flexural and impact drop tower tests. For epoxy-papaya composites, longitudinally oriented provide superior mechanical properties relative to transversely oriented fibres. Composites with longitudinally oriented fibres, without holes, exhibit better mechanical properties. Randomly-oriented short fibres provide much lower reinforcing levels compared to the other morphologies. The Tukey’s test reveals that the morphologies, composites without holes and with alternating holes, are statistically equivalent for traction and flexion properties. In the drop tower test, in contrast, short random fibres provide greater energy absorption. The density of papaya fibres, among the lowest in the plant kingdom, varies according to the fibre layer.

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  • CRISLAYNE GABRIELA ANDRETO
  • Estudo da produção de SCAFFOLD de alumina revestido por fosfato de cálcio através do método biomimético.

  • Orientador : ROSELI MARINS BALESTRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ARTUR MARIANO DE SOUSA MALAFAIA
  • MAGNA MARIA MONTEIRO SCHAERER
  • MARCELO JOSE BONDIOLI
  • ROSELI MARINS BALESTRA
  • Data: 30/06/2021

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  • A alumina é uma cerâmica avançada amplamente utilizada como biomaterial, devido a propriedades como biocompatibilidade, elevada resistência à compressão, boa inércia química em meio fisiológico, etc. Em alguns casos, os biomateriais são usados como Scaffolds, estruturas com poros de tamanhos variados, bem distribuídos e interconectados, favorecendo assim a adesão das células no implante e o crescimento celular, promovendo regeneração tecidual no interior dos poros. O método biomimético pode ser usado para recobrir scaffolds de alumina com uma camada bioativa de fosfato de cálcio, e é muito utilizado devido a seu baixo custo, facilidade de reprodução e aplicabilidade em superfícies complexas e estruturas porosas. O objetivo desse estudo foi a fabricação de pastilhas porosas de alumina, revestidas de fosfato de cálcio, com propriedades estruturais adequadas para utilização como scaffolds biocerâmicos. Pastilhas densas de alumina foram conformadas uniaxialmente com as pressões de 50 MPa, 100 MPa, 150 MPa, 200 MPa, 250 MPa, e sinterizadas a 1500°C por 120 minutos. A pressão de compactação foi determinada experimentalmente para que as propriedades das peças fossem adequadas para o manuseio e fabricação dos scaffolds. Pastilhas porosas de alumina utilizando bicarbonato de amônio (BA) como agente formador de poros foram conformadas uniaxialmente com 200 MPa de pressão, com 30%, 40% e 50% de BA em massa, tratadas termicamente a 270°C por 120 minutos para remoção do formador de poros e sinterizadas a 1500°C por 120 minutos. Após esta etapa foi possível determinar que 40% de BA é a concentração adequada para obter uma porosidade final de 55%. Para fabricação dos scaffolds 40% de BA e 60% de alumina foram homogeneizados e compactados uniaxialmente com pressão de 200 MPa tratadas termicamente a 270°C por 120 minutos e sinterizadas a 1500°C por 120 minutos. Essas amostras passaram pelo processo biomimético para recobrimento de fosfato de cálcio, que consistiu na submersão das pastilhas em uma Solução Simplificada (SS) de cloreto de cálcio dihidratado (CaCl2.2H2O) e fosfato dissódico dihidratado (Na2HPO4.2H2O) durante períodos de 14 e 21 dias. Foram feitas análises de distribuição granulométrica a laser do pó de alumina, microscopia eletrônica de varredura (MEV), densidade e porosidade através dos métodos geométrico e de Arquimedes, Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS), Difração de Raios-X (DRX) e Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR). Os scaffolds apresentaram porosidade de 55%, com poros bem distribuídos, interconectados e de tamanhos variados. Foi observada a formação de fosfato de cálcio tanto na superfície quanto nos poros dos scaffolds em toda a parede após um período de 21 dias de imersão. As amostras apresentaram resultados promissores para utilização como scaffold.


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  • Alumina is an advanced ceramic used as a biomaterial due to properties such as biocompatibility, high compressive strength, good chemical inertia in the physiological environment, among other good characteristics. Scaffolds are structures with pores of various sizes, well distributed and interconnected, thus favoring the adhesion of cells and the growth of tissue inside the pores. The biomimetic method was used for coating alumina scaffolds with calcium phosphate in order to improve bioactivity. The method presents advantages to low cost, reproducibility and applicability to the complex surface and porous structures. The study objective was to manufacture the porous alumina samples coated with calcium phosphate by biomimetic method for use as bioceramic scaffolds. The dense alumina samples were uniaxially compacted under pressures of 50, 100, 150, 200 and 250 MPa and sintered at 1500°C for 120 minutes. The pressure was determined experimentally to produce the scaffolds. The porous alumina samples using ammonium bicarbonate (BA) as a pore forming agent were uniaxially compacted at a pressure of 200 MPa with 30 wt.%, 40 wt.% and 50 wt.% BA, heat treated at 270°C for 120 minutes for removal BA and sintered at 1500°C for 120 minutes. Then, it was possible to determinate that porosity of 55% was obtained with 40 wt.% BA. The scaffolds were compacted at 200 MPa with 40 wt.% BA and 60 wt.% alumina, heat treated at 270°C for 120 minutes and sintered at 1500°C for 120 minutes. The samples were biomimetic coated submerging in a Simplified Solution (SS) of calcium chloride dehydrate (CaCl2.2H2O) and sodium hydrogen phosphate dehydrate (Na2HPO4.2H2O) for periods of 14 and 21 days. Analysis of laser particle size distribution was realized, Scanning Electron Microscopy (SEM), density and porosity using geometric and Archimedean methods, Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), X-Ray Diffraction (XRD), Fourier-transform infrared (FTIR). The scaffolds had a porosity of 55%, with good distribution, interconnection and varying pores sizes. Calcium phosphate formation was observed in the scaffolds on both surface and pores after 21 days on biomimetic coating. The samples presented promising results to be used as scaffold.

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  • BRUNO DA SILVA PROCACI
  • Avaliação da potência elétrica, desvio dimensional e rugosidade do aço AISI H13 no processo de retificação plana tangencial.

  • Orientador : LINCOLN CARDOSO BRANDAO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ARTUR MARIANO DE SOUSA MALAFAIA
  • LINCOLN CARDOSO BRANDAO
  • ROSEMAR BATISTA DA SILVA
  • SANDRO PEREIRA DA SILVA
  • Data: 02/07/2021

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  • Estudos para melhorar a compreensão dos processos de usinagem são importantes para uma produção eficiente. O desempenho desses processos depende de vários fatores, parâmetros operacionais e outras variáveis. Dentre os diversos processos, destaca-se a retificação, por sua versatilidade e elevada exatidão dimensional. Embora amplamente utilizada, ainda apresenta algumas lacunas, pois, a remoção de cavaco é mais complexa quando comparada aos processos de usinagem convencionais com ferramentas de geometria definida. Neste contexto, este trabalho teve por objetivo monitorar a potência elétrica do motor principal da máquina, correlacionando com o desvio dimensional e a rugosidade nos parâmetros Ra e Rz do aço AISI H13, no processo de retificação plana tangencial. As variáveis de entrada testadas foram a penetração de trabalho em três níveis (0,015; 0,03 e 0,05 mm) e a velocidade da peça em dois níveis (10 e 22 m/min). Foi usado um rebolo vitrificado de óxido de alumínio em três condições, desgastado e dressado com dois graus de recobrimento (1 e 5) correlacionando os parâmetros de dressagem e a topografia do rebolo. Os resultados mostraram, que, para as três condições do rebolo, o aumento da penetração de trabalho, provocou um aumento dos sinais potência, dos desvios dimensionais e da rugosidade. O aumento da velocidade da peça, também causou um aumento da potência elétrica, entretanto, referente ao desvio dimensional e a rugosidade, os valores obtidos foram menores. Para as condições impostas ao rebolo, enquanto desgastado, apresentou os piores resultados, ao contrário, o mesmo rebolo, quando dressado, ocorreu uma melhoria substancial de seu desempenho, onde, maiores valores de potência elétrica, menores desvios dimensionais e baixas rugosidades foram observadas, especialmente quando aumentado o grau de recobrimento na operação de dressagem. Os resultados mostraram que o sinal de potência elétrica foi sensível às variações dos parâmetros de entrada analisados, e que, sua relação com possíveis desvios dimensionais e valores de rugosidades, pode ser capaz de analisar e diagnosticar distorções que prejudiquem a qualidade final das peças retificadas.


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  • Studies to improve the understanding of machining processes are important for efficient production. The performance of these processes depends on several factors, operational parameters, and other variables. Among the various processes, grinding stands out for its versatility and high dimensional accuracy. Although widely used, it still has some shortcomings, as chip removal is more complex when compared to conventional machining processes with defined geometry tools. In this context, this work aimed to monitor the electrical power of the main motor of the machine, correlating with the dimensional deviation and surface roughness in Ra and Rz parameters of AISI H13 steel in the process of tangential plane grinding process. The input variables tested were working penetration at three levels (0.015; 0.03 and 0.05 mm) and workpiece speed at two levels (10 and 22 m/min). A vitrified aluminium oxide wheel in three conditions was used, being in worn condition, and dressed with two dressing overlap ratios (1 and 5) correlating the dressing parameters and the wheel topography. The results showed that the increase of the working penetration caused an increase in the power signals, the dimensional deviations, and the surface roughness for the three conditions of the grinding wheel. Increasing the workpiece speed also caused an increase in the power; however, regarding the dimensional deviation and surface roughness, the values obtained were lower. The worst results were presented for the conditions imposed on the wheel while worn. In contrast, when dressed, the same wheel had a substantial performance improvement. Higher electrical power values, lower-dimensional deviations, and lower surface roughness were observed significantly when increasing the dressing overlap ratio. The results showed that the electrical power signal was sensitive to variations of the input parameters analysed. Its relationship with possible dimensional deviations and surface roughness values may be able to analyse and diagnose distortions that affect the final quality of the ground parts.

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  • Júlia Nascimento Pereira
  • Avaliação e comparação da resistência à oxidação cíclica e isotérmica a 900, 950 e 1000 ºC dos aços inoxidáveis AISI 303, 304L e 310.

  • Orientador : ARTUR MARIANO DE SOUSA MALAFAIA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ROSELI MARINS BALESTRA
  • ARTUR MARIANO DE SOUSA MALAFAIA
  • FREDERICO AUGUSTO PIRES FERNANDES
  • Data: 05/07/2021

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  • Os aços inoxidáveis austeníticos são amplamente utilizados em aplicações em que são expostos à elevadas temperaturas. Portanto, esses materiais precisam apresentar resistência à oxidação nessas condições. Além disso, a determinação dos limites de aplicação de cada material e a seleção apropriada para cada condição de uso deve ser feita com cuidado para evitar degradação e perdas. Assim, o objetivo desse estudo foi avaliar e comparar a resistência à oxidação cíclica e isotérmica dos aços inoxidáveis austeníticos AISI 303, 304L e 310 a 900, 950 e 1000 ºC. Dessa forma, as amostras foram ciclicamente oxidadas por até 100 ciclos e isotermicamente oxidadas por 100 horas. Cada ciclo térmico consistiu em 60 minutos na temperatura de oxidação e 10 minutos em que as amostras eram expostas a temperatura ambiente para resfriamento. A variação de massa das amostras foi avaliada pela cinética de oxidação e análise COSP (Em português: “Programa de destacamento em oxidação cíclica”). A morfologia e composição da camada de óxido formada foram analisadas por Difração de Raios-X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS). Os aços AISI 303 e 304L apresentaram boa resistência à oxidação somente a 900 ºC, tanto nos ensaios cíclicos como isotérmicos. O aço AISI 310 apresentou menor variação de massa em todas as condições comparado aos demais materiais devido à formação de camada de óxido protetiva composta por Cr2O3, MnCr2O4 e SiO2. Dessa forma, enquanto os aços AISI 303 e 304L apresentaram destacamento a 950 e 1000 ºC, o aço AISI 310 apresentou pouco destacamento apenas a 950 ºC. O maior teor de cromo e níquel presente no AISI 310 permitiu que uma camada protetiva fosse formada. Por fim, de forma não esperada, o aço AISI 310 apresentou maior resistência ao destacamento durante oxidação a 1000 ºC do que a 900 e 950 ºC.


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  • Austenitic stainless steels are widely used in applications where they are exposed to high temperatures. Therefore, these materials need to be resistant to oxidation under these conditions. Furthermore, the determination of the application limits of each material and the proper selection for each condition of use must be made with care to avoid degradation and loss. Thus, the aim of this study was to evaluate and compare the resistance to cyclic and isothermal oxidation of austenitic stainless steels AISI 303, 304L and 310 at 900, 950 and 1000 ºC. Specimens were cyclically oxidized for up to 100 cycles and isothermally oxidized for 100 hours. Each thermal cycle consisted of 60 minutes at the oxidation temperature and 10 minutes in which the samples were exposed to room temperature for cooling. The mass variation of the samples was evaluated by oxidation kinetics and COSP (Cyclic Oxidation Spalling Program) analysis. The morphology and composition of the oxide layer formed were analyzed by X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive Spectroscopy (EDS). AISI 303 and 304L steels showed good resistance to oxidation only at 900 ºC, both in cyclic and isothermal tests. AISI 310 steels showed less mass variation under all conditions compared to other materials due to the formation of a protective oxide layer composed of Cr2O3, MnCr2O4 e SiO2. Thus, while AISI 303 and 304L steels showed detachment at 950 and 1000 ºC, AISI 310 steel showed little detachment only at 950 ºC. The higher content of chromium and nickel present in AISI 310 allowed a protective layer to be formed. Finally, unexpectedly, AISI 310 steel showed greater resistance to detachment during oxidation at 1000 ºC than at 900 and 950 ºC.

     

     

     

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  • JOAO VITOR MENDONCA CASTRO
  • Desenvolvimento e caracterização de argamassas geopoliméricas a base de metacaulim com adição de resina epóxi.

  • Orientador : KURT STRECKER
  • MEMBROS DA BANCA :
  • KURT STRECKER
  • ROSELI MARINS BALESTRA
  • SIMONE PEREIRA TAGUCHI BORGES
  • Data: 17/08/2021

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  • Geopolímeros são uma classe de materiais, concebidos através da ativação alcalina de aluminossilicatos. Podem ser obtidos pela calcinação de resíduos industriais (escória granulada de alto forno, cinza volante, cinza pesada, etc.) ou materiais oriundos da calcinação (metacaulim). Possuem baixo custo, grande disponibilidade e boas propriedades químicas e mecânicas. Materiais baratos, com boa trabalhabilidade e ambientalmente corretos tem sido uma necessidade na indústria civil. Com isso, este trabalho tem por objetivo a produção de uma argamassa (constituída de diferentes traços de areia) com melhor trabalhabilidade, melhores propriedades mecânicas e estruturais, através da incorporação de resina epóxi na argamassa geopolimérica fabricada a base de metacaulim. Foram investigados os efeitos da adição de resina epóxi de 0, 15, 20 e 25% em massa em relação ao geopolímero de base em argamassas com areia em proporções mássicas de 0:1; 1:1; 2:1 e 3:1 em relação ao geopolímero base e/ou com adição de resina epóxi, nas propriedades mecânicas dos compósitos fabricados após 28 dias de cura, com cura inicial a 60‰. Foi utilizado um planejamento estatístico do tipo 24. Foram analisadas as modificações estruturais do material precursor e da matriz geopolimérica com uso de MEV e EDS. Apesar de ambos os fatores investigados serem significativos, gerando uma interação dos mesmos, o fator mais influente no processo foi o traço de areia usado, sendo isso válido para todas as condições. Todas as variáveis respostas investigadas, sofreram uma alteração em seus valores com o aumento da porcentagem de resina para 15%, 20% e 25%, sendo essa alteração benéfica para as variáveis respostas analisadas. Com isso foi encontrado uma condição em quê a argamassa geopolimérica é um substituto superior ao CPT.


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  • Geopolymers are a materials class, conceived thru the aluminosilicate alkaline activation. Could be obtained by industrial residue calcination (fly ash, bottom ash, ground granulated blast furnace slag, etc.) or calcinated materials (metakaolin). Exhibiting low cost, great availability and good chemical and mechanical properties. Cheap, with good workability and environment friendly materials have been a necessity in the construction industries. with this in mind this work aims on the development of a new mortar (constituted by diffrents weigth proportions), with better workability, mechanical and structural properties thru epoxy resin incorporation in the metakaolin based geopolymer. Were investigated the effects of 0, 15, 20 and 25% resin addiction by weight in relation to the base polymer in mortar with sand in 0:1, 1:1, 2:1 and 3:1 weight proportions by the base geopolymer or with resin content, in the mechanical properties 28 days after production, with 60‰initial cure. A 24 estatistcal planning was used. Were analyzed also the structural modification of the precursor and base polymer thru MEV and EDS. Even with both being significative and with interaction between them, the most influent factor in the process was sand percentage. All investigated response variables, had their properties changed with the resin percentage increase to 15, 20 and 25%. So in this work a superior substitute to CPT was found.

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  • AURELIO SILVA FERNANDES
  • Influência da geometria do punção na estampagem profunda do material sanduíche aço-PVC-aço com lubrificantes de fontes renováveis.

     

  • Orientador : FREDERICO OZANAN NEVES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FREDERICO OZANAN NEVES
  • ROSELI MARINS BALESTRA
  • JALON DE MORAIS VIEIRA
  • Data: 29/10/2021

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    A concorrência global estimula as empresas de manufatura superarem desafios técnicos e comerciais que propiciem vantagens competitivas, e impactem positivamente na sustentabilidade de seus processos. Neste contexto, os processos de conformação mecânica surgem como uma alternativa viável quanto à eficiência, em comparação a outros processos de transformação. O processo de estampagem profunda consiste na conformação mecânica de uma chapa em um formato final especificado pelo projeto. Esta chapa é forçada contra uma matriz por um punção que geralmente possui o formato interno da peça acabada. Foi avaliada nesta pesquisa a influência da geometria do punção e do tipo de lubrificante na estampagem profunda pelo ensaio de Swift. Existem poucas pesquisas relacionadas à influência da geometria do punção. Quanto a lubrificação, a possibilidade de substituir os óleos minerais por óleos vegetais impacta os critérios de sustentabilidade pelo fato de serem biodegradáveis, são de fácil descarte e por não afetarem a saúde dos profissionais. Foram estampados copos formados por um material sanduíche aço-PVC-aço utilizando punções sem canais e com canais. Os lubrificantes foram o óleo mineral Renoform e os óleos de Linhaça e Mamona de origem vegetal. As respostas analisadas foram a força máxima de estampagem e a rugosidade nos perfis Ra, Rz e Rt. Constatou que o tipo de punção exerceu maior influência sobre a força máxima de estampagem, ocorrendo uma redução quando empregado o punção com canais. A redução da força máxima de estampagem resulta em uma maior eficiência energética, minimiza as forças de atrito, diminui a carga das prensas entre outras vantagens. Quando analisada a rugosidade, somente o tipo de lubrificante exerceu influência. O estudo evidenciou a possibilidade de substituição do lubrificante mineral por óleos vegetais em alguns casos.



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    Global competition encourages manufacturing companies to overcome technical and commercial challenges that provide competitive advantages and positively impact the sustainability of their processes. In this context, the mechanical forming processes appear as a viable alternative in terms of efficiency, compared to other transformation processes. The deep drawing process consists of mechanically forming a blank into a final format specified by the project. This blank is forced against a die by a punch that usually has the internal shape of the finished part. In this research, the influence of the punch geometry and the type of lubricant on deep drawing by the Swift test was evaluated. There are few researches related to the influence of punch geometry. As for lubrication, the possibility of replacing mineral oils with vegetable oils impacts sustainability criteria because they are biodegradable, are easy to dispose of and do not affect the health of professionals. Cups formed from a steel-PVC-steel sandwich material were stamped using punches without grooves and with grooves. The lubricants were Renoform mineral oil and linseed and castor oil of vegetable origin. The analyzed responses were the maximum stamping force and roughness in the Ra, Rz and Rt profiles. It was found that the type of punch had a greater influence on the maximum stamping force, with a reduction occurring when the punch with grooves was used. The reduction in the maximum stamping force results in greater energy efficiency, minimizes friction forces, reduces press load among other advantages. When analyzing roughness, only the type of lubricant exerted influence. The study showed the possibility of replacing mineral lubricant with vegetable oils in some cases.


     

     

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  • TOMÁS BARBOSA DA COSTA
  • OTIMIZAÇÃO DO FRESAMENTO HELICOIDAL PARA OBTENÇÃO DE FUROS EM LIGA DE TITÂNIO BIOCOMPATÍVEL.

  • Orientador : ROBSON BRUNO DUTRA PEREIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ROBSON BRUNO DUTRA PEREIRA
  • LINCOLN CARDOSO BRANDAO
  • CARLOS HENRIQUE LAURO
  • JOAO ROBERTO FERREIRA
  • Data: 08/12/2021

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  • Ligas biocompatíveis são importantes para a indústria biomédica por oferecerem alternativas em diversos tratamentos. A liga Ti-6Al-7Nb possui excelentes propriedades mecânicas e podem ser utilizadas em implantes, os quais podem necessitar de furos. O fresamento helicoidal, se comparado à furação, é recomendado por apresentar baixos níveis de esforços de corte, melhor acabamento, menores temperaturas na região de corte, isso tudo, por consequência da cinemática do processo. Nessa dissertação o principal objetivo foi estudar o processo de fresamento helicoidal (FH) para obtenção de furos na liga de titânio biocompatível Neste estudo foi utilizado o planejamento composto central, viabilizando a obtenção de modelos de regressão de segunda ordem, passíveis de otimização, em função dos parâmetros de corte do fresamento helicoidal, sendo eles, a velocidade de corte, avanço axial por dente e avanço tangencial por dente. Foram avaliadas respostas de rugosidade superficial. Foi utilizado a análise de componentes principais para permitir a transformação de um conjunto de variáveis originais intercorrelacionadas em um novo conjunto de variáveis não correlacionadas. A primeira componente principal foi suficiente para representar todas as respostas de rugosidade. Foi obtido um modelo de segunda ordem para a resposta transformada. Por fim, para otimização, foi utilizado o método de otimização evolutivo bi-objetivo NSGA-II para determinar um conjunto de soluções Pareto ótimas para a resposta de acabamento e a taxa de remoção de material. Portanto, de acordo com a otimização, os melhores valores para obter a melhor qualidade superficial os parâmetros devem ser estabelecidos em 𝑓𝑧𝑎 = 0,033 µm/dente e 𝑓𝑧𝑡 = 3,65 µm/dente respectivamente. Enquanto para maior produtividade os fatores precisam ser definidos em 𝑓𝑧𝑎 = 0,04 µm/dente e 𝑓𝑧𝑡 = 2,99 µm/dente. Conforme analisado as imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi possível concluir que o efeito ploughing teve influência na piora da qualidade superficial em baixos níveis de avanço.


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  • Biocompatible alloys are important for the biomedical industry as they offer alternatives in different treatments. The Ti-6Al-7Nb alloy has excellent mechanical properties and can be used in implants, which can be require holes. The helical milling, compared to drilling, is recommended because presenting low levels of cutting efforts, better finishing, lower temperatures in the cutting region, all this, as a consequence of the kinematics of the process. In this dissertation, the main objective was to study the process of helical milling to obtain holes in biocompatible titanium alloy. In this study, cental composite design was used, making it possible to obtain second-order regression models, which can be optimized, depending on the cutting parameters of helical milling, namely, cutting speed, axial feed per tooth and tangencial feed per tooth. Surface roughness responses were evaluated. Principal component analysis was used to allow the transformation of a set of original intercorrelated variables was enough to represent all the roughness responses. A second-order model for the transformed response was obtained. Finally, for optimization, the NSGA-II bi-objective evolutionaty optizimation method was used to determined a set of optimal Pareto solutions for the surface quality response and material removal rate (MRR). Therefore, according to the optimization, the best values to obtain the best surface quality parameters should be set at 𝑓𝑧𝑎 = 0,033 µm/tooth and 𝑓𝑧𝑡 = 3,65 µm/tooth. While for greater productivity the factors need to be defined at 𝑓𝑧𝑎 = 0,04 µm/tooth and 𝑓𝑧𝑡 = 2,99 µm/tooth. As analyzed the images of scanning eléctron microscopy (SEM) it was possible to conclude that the ploughing effect had na influence on the deterioration of the surface quality at low levels of feed.

2020
Dissertações
1
  • ANA CLARA FALEIRO PETRUCELLI
  • Avaliação da resistência à corrosão na indústria química do revestimento com Nb2O5 aplicado por aspersão térmica.

  • Orientador : ALYSSON HELTON SANTOS BUENO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ROSELI MARINS BALESTRA
  • ARTUR MARIANO DE SOUSA MALAFAIA
  • ALYSSON HELTON SANTOS BUENO
  • LECINO CALDEIRA
  • Data: 03/02/2020

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  • Avaliação da resistência à corrosão na indústria química do revestimento com Nb2O5 aplicado por aspersão térmica.


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  • Avaliação da resistência à corrosão na indústria química do revestimento com Nb2O5 aplicado por aspersão térmica.

2
  • RODRIGO JOSÉ DA SILVA
  • Caracterização dos parâmetros elásticos de painéis sanduíche com núcleo de rigidez não desprezível mediante ensaio de flexão e análise modal.



  • Orientador : FABIANO BIANCHINI BATISTA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FABIANO BIANCHINI BATISTA
  • TULIO HALLAK PANZERA
  • JULIO CESAR DOS SANTOS
  • ANDRE LUIS CHRISTOFORO
  • Data: 17/02/2020

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  • O presente trabalho apoia-se na proposição de uma nova metodologia (Método RJS), mediante ensaio de flexão de três pontos, para a identificação do módulo de flexão e módulo de cisalhamento transversal de painéis sanduíche com núcleo de rigidez não desprezível. Painéis sanduíche foram caracterizados sobre flexão em diferentes dimensões de largura e comprimento de vão, a fim de validar a proposição de que, na prática, a geometria da amostra influencia diretamente na obtenção dos parâmetros elásticos. As propriedades elásticas obtidas pelo Método RJS foram estatisticamente comparadas a valores teóricos. Ademais, as mesmas propriedades foram utilizadas para a determinação das formas modais e frequências naturais simuladas pelo método dos elementos finitos. Parâmetros modais obtidos através de análise modal experimental foram comparados aos obtidos pela simulação numérica; bem como utilizados no método dos campos virtuais (VFM), aplicado para a identificação da rigidez à flexão de placas de materiais compósitos. O módulo de flexão calculado mediante o Método RJS apresentou-se estatisticamente coerente quando comparado ao módulo de flexão teórico e ao obtido pelo VFM. Embora o Método RJS para identificação do módulo de flexão tenha sido validado através da análise de parâmetros modais, o mesmo não foi possível para o proposto para obtenção do módulo de cisalhamento do núcleo – pois a forma modal associada ao cisalhamento não se apresenta ideal, para tal fim, em painéis sanduíche. Não obstante, o módulo de cisalhamento do núcleo obtido pelo Método RJS apresentou-se coerente com o esperando para o tipo de material dos núcleos em estudo.


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  • The present work was based on the proposal of a new methodology (RJS Method), through the three-point bending test, for the identification of the flexural modulus and shear modulus of sandwich panels with a core of non-negligible rigidity. Sandwich panels were characterised under bending in different sizes of width and length, in order to validate the proposition that, in practice, the geometry of the test specimen directly influences on parameters elastics identification. The elastic properties obtained by the RJS Method were statistically compared to theoretical values. Furthermore, these same properties were used to determine the modal shapes and the natural frequencies simulated by the finite element method. Modal parameters obtained through experimental modal analysis were compared to those obtained by the numerical simulation; as well were used in the virtual field method (VFM), applied to identify the flexural rigidity of composite material plates. The flexural modulus obtained using the RJS Method is statistically coherent when compared to the theoretical flexural modulus and to that obtained by the VFM. Although the RJS Method for identification of the flexural modulus has been validated through modal analysis, the same was not possible for the core shear modulus test – because the mode shape associated with the shear is not ideal, for this purpose, in sandwich panels. Nevertheless, the core shear modulus obtained by the RJS Method is consistent with the expected for the type of material of the cores under study.

3
  • FRANCIS FARIA GOULART
  • DEPOSIÇÃO DE REVESTIMENTO DE FOSFATO DE CÁLCIO POR MÉTODO BIOMIMÉTICO EM LIGA DE TITÂNIO-NIÓBIO MICRO E MACROPOROSA PROCESSADA POR METALURGIA DO PÓ

  • Orientador : ROSELI MARINS BALESTRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALEXANDRE ANTUNES RIBEIRO
  • ARTUR MARIANO DE SOUSA MALAFAIA
  • DEBORA VIEIRA WAY
  • ERIKA LORENA FONSECA COSTA DE ALVARENGA
  • ROSELI MARINS BALESTRA
  • Data: 18/02/2020

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  • Estudos mostram que as ligas de titânio porosas promovem a osteointegração na interface implante-osso melhorando a estabilidade mecânica. Além disso, pesquisas sobre revestimentos bioativos que induzem a formação de um novo tecido ósseo na superfície de implantes metálicos vêm ganhando destaque, sendo os revestimentos a base de fosfato de cálcio (CaP) de grande potencial. Neste trabalho, amostras micro e macroporosas da liga Ti35Nb foram fabricadas por metalurgia do pó e revestidas com fosfato de cálcio, via método biomimético, para aplicação em implantes ortopédicos e dentários. Pós de titânio e nióbio de alta pureza foram misturados e compactados uniaxialmente. As amostras macroporosas foram fabricadas adicionando um formador de poros na mistura (Bicarbonato de Amônia - BA). A sinterização das amostras foi realizada a 1300°C por 2 h em um forno tipo ASTRO com atmosfera de argônio. As amostras passaram por um pré-tratamento químico-térmico para bioativação da superfície por meio da formação de uma intercamada de titanato de sódio. Em seguida, as amostras foram imersas em uma solução biomimética simplificada com composição iônica formadora de CaP, por períodos de 14 e 21 dias. As amostras foram caracterizadas quanto a densidade e porosidade, assim como foram realizadas análises químicas, físicas e mecânicas por MEV/EDS, MEV/FEG, DRX, RAMAN, XPS, MEV/FIB, MET, Perfilometria e Ultra Microdureza. De forma geral, observou-se a formação de ligas micro e macroporosas de Ti-β. Os revestimentos depositados foram identificados como sendo a fase biocompatível hidroxiapatita, que de acordo com a literatura é a fase mais desejada para aplicação como material bioativo, por possuir composição química mais próxima a do osso.


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  • Studies show that porous titanium alloys promote osteointegration at the implant-bone interface improving the mechanical stability. However, researches on bioactive coatings that induce the formation of new bone tissue on the surface of metal implants have been gaining prominence, being calcium phosphate (CaP) coatings of great potential. In this work, samples of Ti35Nb were produced by powder metallurgy and coated with calcium phosphate (CaP) by biomimetic method, for use in orthopedic or dental implants. High purity titanium and niobium powders were mixed and uniaxially compacted. For fabrication of macroporous samples, a pore former additive was added in the mixture (Ammonium Bicarbonate – AB). The sintering of samples was performed at 1300 ºC for 2 h in an ASTRO furnace under argon atmosphere. The samples underwent a chemicalthermal treatment for bioactivate the surface by means of the formation of a sodium titanate interlayer. Then, the samples were immersed in a simplified biomimetic solution with ionic CaP-forming composition, for periods of 14 and 21 days. The samples were characterized in terms of density and porosity, as well as chemical, physical and mechanical analyzes were performed by SEM / EDS, SEM / FEG, XRD, RAMAN, XPS, SEM / FIB, TEM, Profilometry and Ultra Microhardness. In general, the formation of micro and macroporous Ti-β alloys were observed. The deposited coatings were identified as biocompatible hydroxyapatite phase. According to the literature hydroxyapatite is the most desired phase for implants application because it presents chemical composition closer to the bone.

4
  • THAIS DA COSTA DIAS
  • Investigação de Painéis-Sanduíche de Faces Metálicas e Núcleo Honeycomb de Tubos PVC Intertravados

  • Orientador : RODRIGO TEIXEIRA SANTOS FREIRE
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LEANDRO JOSE DA SILVA
  • MAIKSON LUIZ PASSAIA TONATTO
  • RODRIGO TEIXEIRA SANTOS FREIRE
  • TULIO HALLAK PANZERA
  • Data: 04/05/2020

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  • O uso de materiais compósitos está crescendo nos variados setores industriais. Painéis-sanduíche são compósitos estruturais de alta rigidez à flexão e baixo peso, constituídos por faces, núcleo e adesivo. Os núcleos do tipo honeycomb de células circulares ou tubulares têm se mostrado superiores às células hexagonais em relação a absorção de energia sob deformação, resistência à flexão e rigidez estrutural. Por outro lado, atualmente há uma grande discussão em torno da quantidade de resíduos sólidos gerados pela população em nível mundial, principalmente os resíduos poliméricos. Nesse contexto, o presente trabalho propõe a utilização direta de tubos de policloreto de vinila (PVC) para a fabricação de painéis-sanduíche com face de alumínio ISO 1200. A proposta é o aproveitamento de sobras de tubos de PVC da construção civil como uma alternativa sustentável para a fabricação de painéis estruturais. São investigados os efeitos do diâmetro externo do tubo (20 e 32 mm), tipo de empacotamento (cúbico e ortotrópico) e tipo de conexão entre os tubos (com e sem intertravamento mecânico) nas propriedades físicas e mecânicas dos painéis submetidos à flexão por três pontos. As propriedades são avaliadas estatisticamente por meio da Análise de Variância (ANOVA). O intertravamento não se apresenta como uma estratégia eficiente devido ao grande aumento na densidade da estrutura. No entanto, comparando a melhor condição proposta neste trabalho (painéis com tubos de 32 mm de diâmetro, empacotamento ortotrópico e sem intertravamento) com painéis da literatura em que foram investigadas condições semelhantes, nota-se que as propriedades gerais e específicas apresentam-se superiores.  A viabilidade do uso de tubos de PVC para a fabricação de painéis-sanduíche é comprovada neste estudo, sendo uma alternativa sustentável e econômica para o rejeito destes resíduos sólidos, provenientes da construção civil.

     


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  • The use of composite materials has been growing in various industrial sectors. Sandwich panels are structural composites with high flexural rigidity and low weight, consisting of faces, core and adhesive.  Honeycomb cores composed of circular or tubular cells have been shown to be superior to hexagonal cells in terms of energy absorption under deformation, flexural strength and structural rigidity. On the other hand, there is currently a great debate about the amount of solid waste generated by the population worldwide, mainly polymeric waste. In this context, the present work proposes the direct use of polyvinyl chloride (PVC) tubes for the manufacture of sandwich panels with ISO 1200 aluminum faces. The proposal is to use remnant PVC tubes from civil construction as a sustainable alternative for the manufacture of structural panels. It is investigated the effects of the outside diameter of the tube (20 and 32 mm), type of packing (cubic and orthotropic) and type of connection between tubes (with or without mechanical interlocking) on the physical and mechanical properties of panels subjected to three-point bending. The properties are evaluated statistically through Analysis of Variance (ANOVA). Interlocking is not an efficient strategy due to the large increase in the density of the structure. However, comparing the best condition proposed in this work (panels with 32 mm diameter tubes, orthotropic packing and without interlocking) with panels from the literature in which similar conditions were investigated, it is noted that the general and specific properties are superior. The viability of using PVC pipes to fabricate sandwich panels is shown in this study, being a sustainable and economical alternative use of these solid residues from civil construction.

     

5
  • THIAGO AMARO RODRIGUES
  • AVALIAÇÃO NUMÉRICA E EXPERIMENTAL DA FADIGA EM FLEXÃO PLANA DO AÇO SAE 1010 SOB INFLUÊNCIA DE DIFERENTES PARÂMETROS NO PROCESSO DE ESTAMPAGEM INCREMENTAL POR PONTO ÚNICO.

  • Orientador : MARCIO EDUARDO SILVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUCIO FLAVIO SANTOS PATRICIO
  • MARCIO EDUARDO SILVEIRA
  • ROBSON BRUNO DUTRA PEREIRA
  • Data: 30/06/2020

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  • Este estudo tem por objetivo determinar a melhor condição de estampagem incremental de chapas por ponto único (associação de parâmetros) que apresente a maior resistência à fadiga para os corpos de prova ensaiados. Para isso foram projetados e fabricados um prensa chapas e duas punções de diferentes diâmetros. Posteriormente foram estampadas 12 chapas de aço SAE 1010 em uma Fresadora CNC Sinitron. As chapas de aço estampadas foram submetidas a ensaio não destrutivo de Ultrassom, com a finalidade de verificar se as chapas perderam espessura após o processo de estampagem, através de um medidor de espessura T – Gage IV Sonatest. As chapas estampadas serão levadas para serem cortadas os corpos de prova. Este corpos de provas serão utilizados para analisar o acabamento superficial com a medição dos níveis de Rugosidade em cada corpo de prova e para os ensaios de tração e fadiga. Em conjunto com estas ações foram projetas o novo suporte de fixação dos corpos de prova da máquina de fadiga, na qual a matéria prima já se encontra em fase de aquisição. Como resultado parcial, constatou se que tanto o prensa chapa quanto as punções realizaram suas funções corretamente. As chapas de aço foram deformadas plasticamente sem se romper ou surgir falhas estruturais. Os valores obtidos pelo ensaio de Ultrassom foram tratados estatisticamente e apresentaram consonância a Lei do Seno para medição de espessura de chapas. 


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  • This study aims to determine the best condition of incremental stamping of sheets by single point (association of parameters) that presents the highest resistance to fatigue for the test specimens. For this, a blank press and two punches of different diameters were designed and manufactured. Subsequently, 12 SAE 1010 steel sheets were stamped in a Sinitron CNC milling machine. The stamped steel sheets were submitted to a non-destructive ultrasound test, in order to verify if the sheets lost thickness after the stamping process, using a thickness gauge T – Gage IV Sonatest. The stamped plates will be taken to be cut the specimens. These specimens will be used to analyze the surface finish with the measurement of Roughness levels in each specimen and for tensile and fatigue tests. In conjunction with these actions, the new support for fixing the specimens of the fatigue machine was designed, in which the raw material is already in the acquisition phase. As a partial result, it was found that both the plate holder and the punches performed their functions correctly. The steel sheets were plastically deformed without breaking or structural failures. The values obtained by the Ultrasound test were statistically treated and were in line with the Sine Law for measuring sheet thickness.

6
  • LUCAS ALEXANDRE DE CARVALHO
  • Desempenho de óleos vegetais com micropartículas de sílica na estampagem profunda de um compósito sanduíche

  • Orientador : FREDERICO OZANAN NEVES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FREDERICO OZANAN NEVES
  • LINCOLN CARDOSO BRANDAO
  • JALON DE MORAIS VIEIRA
  • Data: 22/07/2020

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  • lubrificação é um parâmetro importante para o sucesso ou a falha de uma operação de estampagem profunda. A formulação de lubrificantes tradicionais utiliza óleos minerais, que são prejudiciais à saúde do operador e de difícil descarte. Estudos recentes comprovam o potencial lubrificante de óleos vegetais na estampagem profunda, e buscam aditivos sólidos que possam complementar as propriedades destes óleos base. A estampagem profunda de materiais compósitos é um campo de alta aplicabilidade para a indústria, atendendo às necessidades multifuncionais que os aços não podem satisfazer. O presente trabalho apresenta um estudo experimental da utilização de óleos vegetais com micropartículas de sílica na estampagem profunda de um compósito em disposição sanduíche, formado por uma chama de aço SAE 1006, uma chapa de cobre eletrolítico e um núcleo fino de PVC. Para lubrificação foram escolhidos os óleos de mamona, algodão e canola, duas amostras de sílica de diferentes granulometrias, e três diferentes concentrações 1, 3 e 5%. Foi obtido como produto final da estampagem um copo de diâmetro interno de 22 mm e altura de 10 mm. O efeito da lubrificação no processo de estampagem foi avaliado através da força máxima de estampagem e do acabamento superficial das peças, pelos parâmetros de rugosidade Ra e Rz medidos na lateral e no fundo do copo. O compósito estudado apresentou coerência com outros materiais para estampagem nos parâmetros observados. Os valores de força máxima apresentaram correspondência com estudos anteriores, influenciados pelos diferentes tipos de sílica. A influência da variação da lubrificação na rugosidade foi observada na lateral do copo e não no fundo. O melhor acabamento superficial foi obtido com a sílica de maior granulometria, e geometria subangular, pelos óleos de mamona e algodão, e pela adição de sílica em menores concentrações.


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  • The lubrication is an important parameter for the success or failure of a deep drawing operation. The formulation of traditional lubricants uses mineral oils, which are harmful to the operator's health and difficult to discard. Recent studies have proved the lubricating potential of vegetable oils in deep drawing, and seek for solid additives that can complement the properties of these base oils. The deep drawing of a composite material is highly applicable for the metal industry, meeting the multifunctional needs that steels cannot satisfy. The current work presents an experimental study using vegetable oils with silica micro particles in the deep drawing process of a composite in a sandwich arrangement, formed by a SAE 1006 steel blank, an electrolytic copper blank and a thin PVC inner layer. For the lubrication, were chosen the castor, cotton and canola oils, two samples of silica of different particle sizes, and three different concentrations 1, 3 and 5%. As a final product of the deep drawing, a cup with an internal diameter of 22 mm and a height of 10 mm was shaped. The effect of the lubrication on the deep drawing process was evaluated by the maximum stamping force and the surface finish of the cup, by the roughness parameters Ra and Rz measured on the side and bottom of the cup. The studied composite showed consistency with other materials for stamping. The maximum force values corresponded to previous studies, influenced only by the different types of silica. The influence of the lubrication on the roughness was observed only on the side of the cup. The best surface finish was obtained with the silica of greater granulometry, and sub-angular geometry, using the oils of castor and cotton, and by the addition of silica in lower proportions.

7
  • SÉRGIO LUIZ MONI RIBEIRO FILHO
  • Composito híbrido fibra- partícula: uma abordagem estatística

  • Orientador : TULIO HALLAK PANZERA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS THOMAS GARCIA
  • LEANDRO JOSE DA SILVA
  • RODRIGO TEIXEIRA SANTOS FREIRE
  • TULIO HALLAK PANZERA
  • Data: 17/08/2020

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  • Uma abordagem estatítica baseada no planejamento fatorial de experimentos 2¹4¹6¹ (DoE) foi aplicada para identificar os efeitos da disposição das fibras (carbono-C5, vidro-V5, C2V3, V3C2, VCVCV e CV3C), tipo de partículas (sílica, cimento e microfibra de carbono-CMF) e a fração volumetrica matriz/fibra (40/60 e 60/40) nas propriedades físicas, modais e mecânicas de um sistema híbrido fibra/partícula. A flexão de três pontos e o teste de impacto (drop tower) foram conduzidos para avaliar o módulo e a resistência mecânica, enquanto que a porosidade aparente, absorção de água, densidade, velocidade de ultrassom e fator de amortecimento foram determinados pelo princípio de Arquimedes e pelas medidas de excitação e sinais harmônicos, respectivamente. As superfícies fraturadas sob impacto e flexão foram analisadas por meio da microscopia óptica e eletrônica de varredura (MEV). Os resultados revelaram um efeito sinérgico significativo, no qual os compósitos híbridos exibiram uma melhoria geral de desempenho de aproximadamente 20% em comparação aos compósitos de vidro (G5) e carbono (C5). Uma maior dependência da seqüência de emplilhamento das fibras foi encontrada para a densidade aparente, fator de amortecimento, resistência e módulo à flexão, enquanto a fração volumétrica matriz-fibra foi o fator mais relevante para a porosidade aparente, a absorção de água e a velocidade de ultrassom. O comportamento do impacto também foi afetado pela sequência de empilhamento, com um fator de contribuição de 20.13% para a resposta profundidade de penetração. No entanto, o ‘tipo de partícula’ foi o fator que mais afetou a força e a energia de impacto. A adição de micropartículas de sílica promoveu o aumento da resistência à flexão e ao impacto. Além disso, uma maior concentração de matrix proporcionou uma reologia mais eficiente em termos de interface fibra-partícula. Nos compósitos híbridos carbono/vidro, as camadas de carbono colocadas simetricamente nos lados de tração e compressão (CV3C) aprimoraram o desempenho mecânico do material. Finalmente, a combinação fibra/partícula mostrou ser uma solução promissora em termos de comportamento físico, modal e mecânico para aplicações estrutural de engenharia.


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  • A statitistical approach based on the full factorial design 2¹4¹6¹ (DoE) is applied to verify the interaction effect of the factors (levels), fibre stacking configuration (carbon-C5, glass-G5, C2G3, G3C2, GCGCG and CG3C), inclusion of particles (silica, cement and carbon microfibre-CMF) and matrix-fibre volume fraction (40/60 and 60/40) on the physical, modal and mechanical properties of the hybrid system. Hybrid fibrous- particulate composites are characterised under three-point bending and drop tower impact tests, along with physical properties such as apparent porosity, water absorption, bulk density, ultra pulse velocity and damping factor. The impact and flexural fractured surfaces are examined by optical and scanning electron microscopy (SEM). The results reveal a significant synergistic effect, in which hybrid composites exhibit an overall performance improvement of approximately 20% compared to glass and carbon composites. A greater dependence on the fibre layup-sequence is found for the bulk density, damping factor, flexural modulus and strength, while the matrix/fibre volume fraction is the most relevant factor affecting the apparent porosity, water absorption and pulse velocity of the hybrid composites, indicating a mutual dependence; the impact behaviour also reveals consistent layup-dependent trends. However, the particle type factor is the main factor that affects impact energy and resistance. Flexural strength and impact resistance are increased when silica microparticles are added. A larger amount of matrix phase ratio leads to a more efficient rheology in terms of fibre-particle interface. In glass/fibre composites, the carbon fibre layers placed symmetrically on both tensile and compressive sides (CG3C) enhance the material mechanical performance. Finally, the fibre-particle hybridisation is a promising configuration in terms of physical, modal and, mechanical behaviour, for structural engineering applications.

8
  • RODRIGO DE ANDRADE REIS
  • Estudo do comportamento das superligas MAR-M246 convencional e modificada com nióbio oxidadas ciclicamente a 900 e 1.000 ºC.

  • Orientador : ARTUR MARIANO DE SOUSA MALAFAIA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALYSSON HELTON SANTOS BUENO
  • ARTUR MARIANO DE SOUSA MALAFAIA
  • RENATO BALDAN
  • ROSELI MARINS BALESTRA
  • Data: 26/08/2020

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  • Reis, R. A., (2020). Estudo do comportamento das superligas MAR-M246 convencional e modificada com nióbio oxidadas ciclicamente a 900 e 1.000 ºC. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de São João Del Rei, 2020.

    O processo de oxidação consiste na reação de ligas metálicas com atmosferas gasosas onde uma camada de óxido é formada na superfície do material. Dentro dos processos industriais, há uma série de componentes de engenharia submetidos à oxidação (vários deles feitos com as superligas à base de níquel) com mudanças de temperaturas, com taxas distintas de aquecimento e resfriamento e com frequências diferentes, configurando o processo de oxidação cíclica. Portanto, o objetivo desta pesquisa foi realizar o estudo comparativo das superligas MAR-M246 convencional, e a mesma liga, com o tântalo sendo substituído pelo nióbio, avaliando a formação de camadas oxidadas em ensaios de oxidação cíclica e a caracterização destas. Os ensaios utilizaram um forno com sistema automatizado, com ciclos de 1 hora de aquecimento e manutenção à alta temperatura e 10 minutos de resfriamento ao ar. As amostras foram ensaiadas por 120, 180 e 240 ciclos térmicos a 900 ºC e por 24, 120 e 180 a 1.000 ºC. Para a caracterização das camadas oxidadas, foram realizadas análises de Difração de Raios-X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia de Energia Dispersiva de Raios-X (EDX). Os resultados dos ensaios a 900 ºC mostraram ganhos de massa muito próximos para os dois materiais, com a superliga MAR-M246 modificada com nióbio apresentando ganho de massa levemente superior. Nos ensaios a 1.000 ºC foi detectada uma contaminação na atmosfera por enxofre, o que deixou o ambiente mais degradante, causando falha no suporte de aço inoxidável. Porém, ainda assim, as duas ligas se mostraram bastante resistentes, com maior estabilidade para a liga contendo nióbio. Foram identificados óxidos protetores, Cr2O3 e Al2O3 em todas as condições de ensaio, assim como TiO2, NiO e o Ni(Co)Cr2O4. Oxidação interna de Al2O3 foi identificada em ambas as temperaturas de ensaio, mas em maior quantidade nas amostras oxidadas a 900 ºC e, nesta temperatura, a superliga MAR-M246 modificada aparentou menor oxidação interna. Percebeu-se que as duas superligas tiveram comportamento bem similar quanto ao ganho de massa, bem como nas camadas oxidadas. Sugere-se então uma vantagem no uso do nióbio para aplicações com oxidação cíclica na temperatura de 900 ºC em virtude de sua menor densidade e menor custo. A vantagem no uso do nióbio não pôde ser afirmada para a temperatura de 1.000 ºC em virtude da contaminação por enxofre do forno de oxidação cíclica, porém sugeriu bom comportamento em ambientes sulfetantes para ambas as ligas.


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  • Reis, R. A., (2020). Study of the behavior of conventional and niobium-modified MAR- M246 superalloy cyclically oxidized at 900 and 1.000 ºC. Dissertation (Master Degree) – Universidade Federal de São João Del Rei, 2020.

    The oxidation process consists of the reaction of metal alloys with gaseous atmospheres forming an oxide layer on the material surface. At the industrial processes, there are a series of engineering components exposed to oxidation (among them those made with nickel- based superalloys) with temperature changes, different heating and cooling rates and different frequencies. It configures the cyclic oxidation process. Therefore, this research aims to carry out a comparative study of conventional MAR-M246 superalloys, and, also, the same alloy, with tantalum replaced by niobium, to evaluate the formation of oxidized layers in cyclic oxidation tests and characterize them. To test, it was used an oven with an automated system, with cycles of 1 hour of heating and maintenance at high temperature and 10 minutes of cooling in air. The samples were tested for 120, 180 and 240 thermal cycles at 900 ºC and for 24, 120 and 180 at 1,000 ºC. To characterize the oxidized layers, X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive X- Ray Spectroscopy (EDS) were performed. The tests results at 900 ºC showed mass gains very close to both alloys, with the superalloy MAR-M246 modified with niobium it was showed slightly higher mass gain. In tests at 1,000 ºC, sulfur contamination in the atmosphere was detected, which became the environment more degrading, causing failure of the stainless steel support. However, even so, the two alloys proved to be quite resistant, with greater stability for the alloy containing niobium. Protective oxides, Cr2O3 and Al2O3 were identified in all test conditions, as well as TiO2, NiO and Ni(Co)Cr2O4. Internal oxidation of Al2O3 was identified at both test temperatures, but in greater amounts in samples oxidized at 900 ºC and, at this temperature, the modified MAR-M246 superalloy appeared to have less internal oxidation. It was noticed that the two superalloys had a very similar behavior in terms of mass gain, along with the oxidized layers. This fact suggests an advantage of using niobium for applications with cyclic oxidation at a temperature of 900 ºC due to its lower density and cost. The advantage in the use of niobium could not be affirmed for the temperature of 1.000 ºC due to the sulfur contamination of the cyclic oxidation oven, however, suggested a good behavior for both alloys in sulphidizing environments.

2019
Dissertações
1
  • JUSCELINO HENRIQUE BERTOLATO SILVA
  • Monitoramento do processo de torneamento por meio de parâmetros elétricos e vibracionais

  • Orientador : LINCOLN CARDOSO BRANDAO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LINCOLN CARDOSO BRANDAO
  • PAULO CEZAR MONTEIRO LAMIM FILHO
  • ROBSON BRUNO DUTRA PEREIRA
  • SANDRO PEREIRA DA SILVA
  • Data: 20/12/2019

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  • Monitoramento do processo de torneamento por meio de parâmetros elétricos e vibracionais


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  • Monitoring of the turning process by means of electrical and vibrational parameters


2018
Dissertações
1
  • RENATA DE OLIVEIRA NOGUEIRA
  • Análise da influência da lubrificação com partículas sólidas na estampagem de aços ABNT 1010 e 1020.

  • Orientador : FREDERICO OZANAN NEVES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CLAUDIO PARREIRA LOPES
  • FREDERICO OZANAN NEVES
  • MAIKSON LUIZ PASSAIA TONATTO
  • Data: 23/11/2018

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  • O processo de conformação é muito utilizado pelas indústrias e consiste em alterar a forma e as dimensões do material através da aplicação de esforços mecânicos externos. Os principais processos de conformação são a laminação, trefilação, extrusão, forjamento e conformação de chapas. A conformação de chapas pode ser dívida em estiramento, dobramento, estampagem e corte. A estampagem é muito utilizada em industrias automotivas e de linha branca. Entretanto, para ocorrer a estampagem o uso de lubrificantes é preponderante. Por outro lado, o processo de estampagem provoca modificações estruturais e na superfície do produto, entre elas, a alteração da rugosidade, estricção da parede e presença de tensões residuais. Apesar do processo de estampagem ser utilizado em diversos setores, a literatura sobre lubrificação de produtos estampados com partículas sólidas e a influência da lubrificação na tensão residual do material é bem escassa. Neste trabalho foram analisadas a influência da lubrificação no processo de estampagem a frio dos aços ABNT 1010 e 1020, na geração de tensão residual e na qualidade superficial de um produto. As peças foram estampadas sem lubrificante, com lubrificante mineral e com lubrificante vegetal com partículas de PET. Nas amostras foram realizados testes de microdureza e rugosidade, a fim de verificar o acabamento superficial e a inserção de tensões residuais de compressão ou tração no material. Os resultados mostraram que a lubrificação gerou tensões de compressão nas peças estampadas. A melhor lubrificação, em relação a microdureza, foi encontrada no óleo de linhaça com partículas de PET de 150-300 𝜇m. Em relação ao acabamento superficial, os melhores lubrificantes foram entre os óleos vegetais combinados com partículas de PET menores que 150 𝜇m e o algodão com partícula entre 300600 𝜇m. Além disso, foram realizadas simulações numéricas pelo programa Deform, a fim de comparar as tensões residuais obtidas na simulação com os resultados experimentais. Os resultados da simulação não tiveram convergência com o método experimental. Supõe-se que essa divergência seja devido ao uso da fórmula do coeficiente de atrito neste trabalho.


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  • The forming process is must used by industries and consists of changing the shape and dimensions of the material through the application of external mechanical stresses. The main forming processes are rolling, drawing, extrusion, forging and sheet forming. The sheet forming process can be divided into stretching, bending, deep drawing and cutting. Stamping is widely used in the automotive and white-line industries. However, for the stamping to occur the use of lubricants is preponderant. On the other hand, the stamping process causes structural modifications and on the surface of the product, such as alteration of the roughness, the tightness of the wall and the presence of residual stresses. Although the stamping process is used in several sectors, the literature on lubrication of stamped products with solid particles and the influence of lubrication on the residual stress of the material is very scarce. In this work was analyzed the influence of the lubrication in the process of cold stamping of ABNT 1010 and 1020 steels in the generation of residual stress and the surface quality of a product. The blank were stamped without lubricant, mineral lubricant and vegetable lubricant with polyethylene terephthalate particles. Hardness and roughness tests were performed in the samples to verify surface finish and the insertion of residual stresses of compressive or tensile stresses were generated on the material. The results showed that the lubrication generated compression stresses on the stamped parts. The best lubrication relative to microhardness was found in linseed oil with PET particles between 150-300 μm. Regarding surface finish, the best lubricants were vegetable oils combined with PET particles smaller than 150 μm and cotton with particles between 300-600 μm. In addition, numerical simulation was performed by the Deform program to compare the residual stresses obtained in the simulation with the experimental results. The simulation results did not converge with the experimental method. It is assumed that this divergence is due to the use of the coefficient of friction formula in this work.

2017
Dissertações
1
  • ROBINSON ANTONIO APARECIDO ALVES
  • Desenvolvimento e caracterização de compósitos cerâmicos e cerâmico-poliméricos destinados à restauração de monumentos históricos fabricados em esteatito (pedra-sabão)

  • Orientador : KURT STRECKER
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALOIZIO GERALDO DE ARAUJO JUNIOR
  • KURT STRECKER
  • LEANDRO JOSE DA SILVA
  • Data: 23/06/2017

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  • Desenolvimento e caracterização de compósitos cerâmicos e cerâmico-poliméricos destinados à restauração de monumentos históricos fabricados em esteatito (pedra-sabão)


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  • Desenolvimento e caracterização de compósitos cerâmicos e cerâmico-poliméricos destinados à restauração de monumentos históricos fabricados em esteatito (pedra-sabão)

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