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Resumo

As ligas de Ti são alternativas importantes em relação ao uso de ligas de Fe e Zr em função da menor densidade específica apresentada. Assim, estas ligas à base de Ti são potenciais candidatas a aplicações automotivas e aeroespaciais. No conjunto de propriedades mecânicas pré-requisitos para aplicações de alto desempenho como as citadas, as ligas eutéticas Ti-Fe de alta resistência (1500-2000 MPa) apresentam normalmente baixos valores de ductilidade, o que pode ser um empecilho para sua utilização. Nos últimos anos, diversos sistemas de solidificação rápida (forno a arco elétrico, solidificação por sucção, molde de cobre refrigerado, molde escalonado tipo cunha, etc) foram utilizados no intuito da obtenção de peças Ti-Fe de alta resistência com volume e ductilidade consideráveis. Dois aspectos fundamentais devem ser controlados objetivando a obtenção de propriedades ótimas: refino da fase eutética e morfologia obtida. Estes dois aspectos da microestrutura são fortemente dependentes das taxas de resfriamento impostas pelos sistemas experimentais. Vale ainda ressaltar que não há relatos na literatura de correlações entre tamanho e forma das microestruturas Ti-Fe com valores de taxa de resfriamento conseguidos durante o processo. Portanto, pouco se conhece dos efeitos da taxa de resfriamento sobre a microestrutura de solidificação dessas ligas e as relações microestrutura-resistência mecânica. O dispositivo de solidificação escalonado é uma ferramenta que deverá permitir a obtenção de um amplo espectro de microestruturas e a evolução dos parâmetros térmicos de solidificação (taxa de resfriamento, velocidade de solidificação e gradiente de temperatura) poderá ser conseguida de forma experimental. Estas evoluções poderão ser correlacionadas com parâmetros microestruturais medidos ao longo dos lingotes, tais como espaçamentos dendríticos ou espaçamentos interfásicos. A adição de pequenas quantidades de Sn se revelou benéfica para o conjunto das propriedades mecânicas. A presente proposta objetiva a realização de experimentos de solidificação rápida em molde escalonado de Cu com uso de ligas Ti-Fe e pequenas adições de Bi. Os resultados dos ensaios mecânicos de tração permitirão estabelecer correlações entre os valores de limite de resistência à tração, limite de escoamento e alongamento específico com a evolução dos parâmetros microestruturais, inclusive incluindo a natureza, tamanho e morfologia dos compostos intermetálicos presentes nas regiões eutéticas. (AU)

Resumo

O estudo de tratamentos térmicos dos materiais é de suma importância para a Indústria Nacional. Propriedades mecânicas como dureza, ductilidade, tenacidade podem ser obtidas e/ou modificadas através dessas técnicas. Dentro deste tópico, a "Têmpera Intensiva", um tratamento térmico pouco difundido no Brasil, ganha destaque por proporcionar grande resistência à fadiga e menor risco de aparecimento de trincas durante a têmpera. Nesse processo, podem ser usados soluções aquosas ou mesmo água, os quais substituem os óleos minerais que são danosos ao meio ambiente.Comparada à têmpera convencional, a "Têmpera Intensiva" produz altas tensões compressivas na superfície, as quais são responsáveis pelo aumento da vida em fadiga dos componentes assim tratados.Este projeto de pesquisa propõe uma continuação dos estudos efetuados por outro bolsista de Iniciação Científica (IC), (Processo Fapesp n°2009/50510-0). Propõem-se estudar as características de resfriamento de um sistema laboratorial de "Têmpera Intensiva", usando como fluido de resfriamento uma solução aquosa de NaNO3 a 4%. Pretende-se utilizar corpos de prova de aço inóx 304 de diâmetros variáveis, com termopares localizados na superfície, ½ de raio e centro. Será também variado o fluxo da bomba que controla a quantidade do fluido. Serão calculados os coeficientes de transferência de calor, os quais serão comparados aos resultados já obtidos no projeto de pesquisa anterior. Por último, pretende-se , caso haja disponibilidade de tempo, para o melhor conjunto de parâmetros (diâmetro, fluxo), temperar intensivamente um aço carbono comum, efetuando-se medidas de tensão residual e análise da microestrutura obtida.Palavras-chave: Tratamento Térmico, Fluído de resfriamento. (AU)

Resumo

Técnicas de deformação de plástica severa (SPD) vêm sendo amplamente avaliadas para a produção de materiais com microestrutura com grãos ultrafinos. Entre o vários processos de SPD disponíveis, extrusáo por canal angular (ECAP) é especialmente atrativo porque é o que se apresenta com maior custo efetivo e o com maior facilidade de execução, devido à simplicidade do processo e equipamentos. Além disso, este processo pode ser utilizado para a produção de amostras volumosas com aplicações estruturais.Porém a aplicação de ECAP pode ser restringida durante o processamento de materiais difíceis de serem conformados ou com baixa ductilidade. Já é bem conhecido que, de forma a refinar efetivamente a microestrutura e alcançar propriedades superiores, o processo de ECAP deveria ser realizado com vários ciclos. O alto nível de tensão acumulada pode resultar no início de trincas e falha nas amostras, este fenômeno estão diretamente relacionado com a não conformidade de ductilidade e ao nível de pressões específicas levando à falha total do material. A capacidade de deformação do material melhora em temperaturas elevadas. Porém, os processos de recuperação e recristalização da microestrutura não permitem alcançar o grau de máximo de refinamento de grão e das melhores propriedades. Um dos modos mais efetivos para aumentar o recurso de conformabilidade durante o processamento por ECAP é o aumento da pressão de hidrostática imposta na matriz através de uma pressão reversa. Isto aumenta a trabalhabilidade do material em uma tensão específica mais alta na região de cisalhamento incluindo conformação à temperatura ambiente. Outra vantagem da aplicação de pressão reversa é a visível melhora introduzida na uniformidade do fluxo de metal durante a operação do processo por ECAP. Durante o processo de ECAP normal existe uma falha de preenchimento de material no ângulo externo devido à formação de uma zona morta e, especialmente em materiais que se encruam muito na deformação, também existe uma mudança na forma da zona de deformação, ou seja, de uma linha de cisalhamento puro para um formato em forma de leque dentro da matriz. A aplicação de pressão reversa leva ao preenchimento completo da matriz e, em conseqüência, à remoção da zona morta independentemente da resistência do material. Porém, o aspecto mais importante nos estudos é a influência da aplicação de pressão reversa no grau de refinamento da microestrutura durante o ECAP. Ao mesmo tempo é necessário realizar novos estudos para determinar se a aplicação de pressão reversa realmente influencia no refinamento da microestrutura e efetivamente produz uma melhoria das propriedades de materiais processadas por ECAP, especialmente no caso de metais difíceis de serem conformados e ligas com vários tipos de rede cristalina, em particular com número limitado de sistemas de deslizamento. A instalação de um novo sistema de ECAP com pressão reversa no DEMa-UFSCar abre novas possibilidades de realização de tais estudos. Assim, após a preleção acima, este projeto tem como objetivos o estudo da influência da pressão reversa na processabilidade durante o processo de ECAP e a microestrutura e propriedades resultantes em especial em 3 tipos de ligas à base de Mg, de Al e de Ti, que terão suas aplicações no armazenamento de hidrogênio, estrutural e implantes ortopédicos, respectivamente. A utilização destas três classes de materiais vai ao encontro das linhas de pesquisa sendo desenvolvidas atualmente pelo grupo de "Metais Amorfos e Nanoestruturados" do Departamento de Engenharia de Materiais (DEMa) da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), desde 1986. Mais especificamente ligadas ao projeto financiado pela FAPESP No 2009/17068-1 "DESENVOLVIMENTO DE LIGAS DE Mg PARA ARMAZENAGEM DE HIDROGÊNIO PROCESSADAS POR DEFORMAÇÃO PLÁSTICA SEVERA", que prevê a construção de um sistema de ECAP com pressão reversa (em fase de acabamento do equipamento).Em anexo, incluímos o projeto do Pós-doutorando. (AU)

Resumo

Titânio comercialmente puro e a liga Ti6Al4V são utilizados como materiais de implante, pois naquele contexto exibem excelentes propriedades. No entanto, o metal possui resistência relativamente baixa quando comparado com a liga, que por sua vez contém Al e V, dois elementos potencialmente tóxicos. Por outro lado, foi demonstrado que processos de deformação plástica severa, ou DPS, causam drástico aumento de resistência à tração em resposta à redução de tamanho de grão para dimensões nanométricas ou submicrométricas. Esse mecanismo pode ser explorado para aumentar a resistência do Ti comercial, criando assim uma alternativa à liga Ti6Al4V. O presente estudo, em desenvolvimento no DEMa/UFSCar, propõe-se a utilizar um dos diversos métodos de DPS, no caso a tecnologia ECA (Extrusão em Canal Angular), associada a laminação a frio, para aumentar a resistência à tração do Ti Grau 2 até H 1000 MPa, mas conservando razoável ductilidade. Atenção especial será dada à temperatura de prensagem ECA e ao mínimo grau de deformação, parâmetros importantes na obtenção de tamanho de grão homogêneo e reduzido. Microscopia eletrônica de transmissão, difração de elétrons retroespalhados, medidas de microdureza, e ensaios de tração/compressão serão empregados para caracterizar a evolução microestrutural, resistência, endurecimento por deformação e sensibilidade à taxa de deformação do Ti. Por fim, sua suscetibilidade à corrosão e usinabilidade serão avaliadas por ensaios padronizados.Os resultados deste estudo devem contribuir a um melhor conhecimento de Ti comercial como material para implantes biológicos, dando oportunidade para seu uso em substituição à liga Ti64, mais cara e potencialmente danosa á saúde. A presente solicitação propõe que parte das atividades deste projeto de pesquisa sejam realizadas na University of Southern Califórnia - EUA, da forma apresentada no plano de trabalho que segue, durante um período de 6 meses, e com apoio de uma bolsa BPE/FAPESP. (AU)

Resumo

A liga de titânio mais utilizada para aplicações biológicas é a liga Ti-6Al-4V. Quanto maior for o conteúdo de oxigênio, nitrogênio, ou vanádio, maior será sua resistência e o inverso, quanto menor for o conteúdo destes elementos maior será a tenacidade à fratura, a ductilidade e a resistência à corrosão. Porém, foi relatado anteriormente que o vanádio causa efeitos citotóxicos e reações adversas em alguns tecidos, enquanto o alumínio tem sido associado com desordens neurológicas. Dessa forma, o estudo e o desenvolvimento de ligas de titânio têm mobilizado muitos pesquisadores, haja visto que as propriedades destas ligas estão fortemente relacionadas com os elementos de liga e com os tratamentos termomecânicos efetuados em seu processamento. Estão sendo desenvolvidas novas ligas de titânio que apresentam em sua composição elementos como nióbio, tântalo, zircônio e molibdênio. A presença de elementos intersticiais (oxigênio, nitrogênio, carbono e hidrogênio) altera de maneira significativa as propriedades mecânicas da liga, principalmente suas propriedades elásticas, causando endurecimento ou enfraquecimento da liga e as medidas de espectroscopia mecânica constituem uma ferramenta poderosa para o estudo da interação destes elementos substitucionais e intersticiais com a matriz metálica. O Laboratório de Relaxações Anelásticas ( hoje Laboratório de Anelasticidade e Biomateriais), iniciou suas atividades em 1990, com a implantação da técnica do Pêndulo de torção para a análise de materiais. Em 1995, com o apoio da FAPESP (processo nro. 1995/04.940-8), foi implantado um segundo sistema semelhante ao primeiro. Em 1998, também com o apoio da FAPESP (processo nro. 1998/12.160-0), implantamos um terceiro sistema para medidas de atrito interno por intermédio da técnica da barra vibrante. Estes sistemas têm trabalhado continuamente e hoje uma modernização completa se faz necessário. O principal objetivo deste projeto é estudar o efeito de elementos intersticiais pesados (como oxigênio, por exemplo) em solução sólida, presentes em ligas do sistema Ti-Nb (tanto em fase ± como em fase ²) nas propriedades anelásticas da liga por meio de medidas de espectroscopia mecânica (atrito interno e módulo de elasticidade). Para tanto, as amostras, após sua análise química e de gases, serão caracterizadas por intermédio de medidas de densidade, difração de raios X (DRX), microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), micodureza Vickers, testes de corrosão e biocompatibilidade. Para tanto, estamos propondo com este projeto, a aquisição de um analisador dinâmico mecânico DMA25 da Metravib, um DMA que oferece a possibilidade de trabalhar com força de 25N, com a opção de fazer um up-grade para 50 N no futuro (outros equipamentos similares trabalham com força até 16 N, o que é insuficiente para o estudo de metais). Este equipamento permite trabalhar num amplo intervalo de freqüência, 10-5 a 200 Hz, intervalo de temperatura entre -150°C a 500°C, completamente automático via microcomputador e possibilidade de trabalho imerso em fluidos. Com a aquisição deste equipamento, poderemos substituir os três equipamentos atuais e trabalhar com uma única geometria de amostra variando-se um intervalo muito grande de freqüência (cerca de oito décadas). (AU)

Resumo

Materiais com comportamento adequado em temperaturas elevadas e ambientes agressivos tornaram-se uma necessidade científica, tecnológica e economicamente viável nos dias de hoje. Estudos têm sido realizados, independente de objetivos comerciais, para o aprimoramento na obtenção de novas ligas e, principalmente, para a reavaliação de ligas comerciais já existentes, por meio da aquisição de dados em condições de maior severidade.Nesta proposta de trabalho de mestrado, pretende-se dar continuidade às pesquisas já iniciadas nos estudos de fluência da liga Ti-6Al-4V. Tais estudos foram efetuados com a liga recozida tratada termicamente, nos quais foram obtidos diferentes tipos de estrutura, sob condições de fluência realizada ao ar e avaliando-se o efeito dos tratamentos térmicos. Resultados preliminares indicam que as estruturas de Widmanstätten e Martensita, obtidas por tratamento térmico na liga Ti-6Al-4V, apresentaram maior resistência a fluência.O objetivo deste projeto de pesquisa de mestrado é a avaliação do efeito do tratamento térmico seguido do tratamento superficial de implantação iônica por imersão em plasma (IIIP) na fluência de liga refratária. A finalidade da implantação iônica é a modificação das propriedades superficiais da liga Ti-6Al-4V, com intuito de se obter melhorias nas propriedades tribológicas do material tratado termicamente. A liga selecionada (Ti-6Al-4V) será submetida a duas diferentes condições de tratamentos térmicos para avaliação de diferentes tipos de microestrutura no material, visando obtenção das estruturas de Widmanstätten e Martensita. Em seguida a liga será submetida ao processo de implantação iônica por imersão em plasma (IIIP) para a implantação de íons de nitrogênio, objetivando-se a formação de uma camada superficial de TiN.A liga após tratamentos térmicos e implantação iônica por imersão em plasma (IIIP) será submetida a ensaios de fluência ao ar a:(i) 600°C nas condições de 125 a 319 MPa;(ii) 500 e 700°C a 291 MPa, na modalidade de carga constante. Estudos completos de ensaio de fluência da liga refratária Ti-6Al-4V tratada termicamente são escassos na literatura.O presente projeto é inovador, permitindo o conhecimento mais detalhado da influência da microestrutura e implantação iônica por imersão em plasma (IIIP) na resistência à fluência ao ar da liga Ti-6Al-4V. Em função da disponibilidade dos equipamentos, pretende-se obter conjuntos de curvas e parâmetros experimentais relativos às regiões primária, secundária e terciária como função das tensões e temperaturas aplicadas. A ductilidade, taxa de fluência estacionária e tempo de vida serão avaliados quanto aos efeitos do tratamento térmico e superficial, podendo-se estabelecer uma análise comparativa de estudos anteriores com os resultados obtidos nos ensaios ao ar e nos corpos-de-prova sem tratamento e após os tratamentos. A caracterização microestrutural pelas técnicas de microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura serão ferramentas valiosas para a compreensão dos mecanismos de fluência. (AU)

Resumo

Titânio comercialmente puro e a liga Ti6Al4V são utilizados como materiais de implante, pois naquele contexto exibem excelentes propriedades. No entanto, o metal possui resistência relativamente baixa quando comparado com a liga, que por sua vez contém Al e V, dois elementos potencialmente tóxicos. Por outro lado, foi demonstrado que processos de deformação plástica severa, ou DPS, causam drástico aumento de resistência à tração em resposta à redução de tamanho de grão para dimensões nanométricas ou submicrométricas. Esse mecanismo pode ser explorado para aumentar a resistência do Ti comercial, criando assim uma alternativa à liga Ti6Al4V. O presente estudo planeja utilizar um dos diversos métodos de DPS, no caso a tecnologia ECA (Extrusão em Canal Angular), associada a laminação a frio, para aumentar a resistência à tração do Ti Grau 2 até H 1000 MPa, mas conservando razoável ductilidade. Atenção especial será dada à temperatura de prensagem ECA e ao mínimo grau de deformação, parâmetros importantes na obtenção de tamanho de grão homogêneo e reduzido. Microscopia eletrônica de transmissão, difração de elétrons retroespalhados, medidas de microdureza, e ensaios de tração/compressão serão empregados para caracterizar a evolução microestrutural, resistência, endurecimento por deformação e sensibilidade à taxa de deformação do Ti. Por fim, sua suscetibilidade à corrosão e usinabilidade serão avaliadas por ensaios padronizados.Os resultados deste estudo devem contribuir a um melhor conhecimento de Ti comercial como material para implantes biológicos, dando oportunidade para seu uso em substituição à liga Ti64, mais cara e potencialmente danosa á saúde. (AU)

Resumo

Devido a características como resistência à corrosão e biocompatibilidade excelentes, o titânio e algumas de suas ligas têm sido vastamente usados na fabricação de próteses e dispositivos especiais nas áreas médica e odontológica desde 1970 devido às suas propriedades como baixos valores de módulo de elasticidade, resistência à corrosão e características de biocompatibilidade. Entretanto, os valores do módulo de elasticidade dessas ligas ainda são cerca de 2-4 vezes superiores os do osso. O preço considerado elevado é um dos contrapontos na utilização de titânio e suas ligas, no entanto este preço é apenas ligeiramente superior se comparado com ligas Co-Cr e certos tipos de aços usados. A liga de titânio mais utilizada para aplicações biológicas é a liga Ti-6Al-4V. Quanto maior for o conteúdo de oxigênio, nitrogênio, ou vanádio, maior será sua resistência e o inverso, quanto menor for o conteúdo destes elementos maior será a tenacidade à fratura, a ductilidade e a resistência à corrosão. Porém, foi relatado anteriormente que o vanádio causa efeitos citotóxicos e reações adversas em alguns tecidos, enquanto o alumínio tem sido associado com desordens neurológicas. A presença de elementos intersticiais (O, C, N e H) altera de maneira significativa as propriedades mecânicas da liga, principalmente suas propriedades elásticas, causando endurecimento ou enfraquecimento da liga e as medidas de espectroscopia mecânica constituem uma ferramenta poderosa para o estudo da interação destes elementos substitucionais e intersticiais com a matriz metálica. O principal objetivo deste projeto é estudar o efeito de elementos intersticiais pesados (como oxigênio, por exemplo) em solução sólida, presentes em ligas Ti-Nb (tanto em fase ± como em fase ²) nas propriedades mecânicas da liga através de medidas de espectroscopia (módulo de elasticidade), ensaios de resistência à tração e fadiga e microdureza Vickers. Para tanto, as amostras serão caracterizadas por intermédio de difração de raios X (DRX), microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), testes de corrosão e biocompatibilidade. (AU)

Resumo

O projeto de pesquisa focaliza a utilização da técnica de microscopia eletrônica analítica para caracterizar nanocristais em ligas amorfas a base de Cu (ou CuZr), que são responsáveis pelo aumento da ductilidade de ligas amorfas metálicas, e fases catalisadoras nanométricas em hidretos a base Mg, que modificam de modo relevante as propriedades de absorção e dessorção de hidrogênio. A parte experimental do projeto se concentrará no uso do novo microscópio eletrônico de transmissão-varredura do LCE, DEMa, UFSCar, que tem configuração analítica de ultima geração, 200kV, FEG, com facilidades de operação em nano-probe e alta resolução analítica através de EDX, EELS e HAADF. Essas características permitirão a avaliação detalhada dos nanocristais, cuja presença tem efeito fundamental nas propriedades dos dois sistemas mencionados (AU)

Resumo

Trata-se da visita do Professor Michel Lorrain, do Insa de Toulouse-França, às universidades estaduais paulistas: Unesp/Campus de Ilha Solteira, onde participa de projetos de pesquisa financiados pela Fapesp, EESC-USP, PUC-Campinas e POLI-USP. O emérito professor, grande pesquisador na área de aderência aço-concreto, deverá vir ao Brasil para participar de uma série de atividades já programadas dentro do projeto onde atua como colaborador, assim como ministrar palestras, fazer reuniões de trabalho e visitar laboratórios de pesquisas das unidades acima mencionadas. Além disso, pela oportunidade de ter disponibilidade de tempo nesta época, o prof. Lorrain foi convidado para ministrar uma conferência no 51º Congresso Brasileiro do Concreto, e recebeu convite para outras visitas a universidades fora do estado. Está, pois, sendo solicitado à Fapesp arcar com a permanência e a passagem do professor, durante sua estadia em SP. (AU)

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