Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais

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Acesso aberto (Open Access)
Avaliação do efeito da adição de Nb, Ta e Zr na estabilidade do composto Ti6Si2B
(Universidade Federal de Alfenas, 2017-11-30) Magalhães, Ricardo Boueri; Ramos, Erika Coaglia Trindade; Mariano, Neide Aparecida; Nakamatsu, Sandra
De acordo com inúmeras pesquisas em torno de ligas para aplicações estruturais em altas temperaturas, as ligas de titânio possuem um espaço considerável em relação a outras ligas estudadas. O principal campo de aplicação que incentiva estes estudos é a indústria aeronáutica e aeroespacial, a qual busca a melhoria contínua em seus materiais para atender requisitos solicitados em termos de performance e eficiência das aeronaves. Tendo em vista o comportamento das ligas atualmente utilizadas no mercado, as quais operam em alta performance no limite de temperatura estipulados, novas ligas vêm sendo estudadas para aumentar esta faixa de operação que demanda necessidade em se expandir. Neste âmbito, a fase Ti6Si2B possui grande potencial para tal aplicação, porém apresenta uma pequena região monofásica, a qual pode ser expandida e estabilizada com a adição de elementos no sistema ternário Ti-Si-B. Dessa forma, o presente trabalho avalia o efeito da adição de Zr, Nb e Ta, variando a quantidade de Nb e Ta em 2 e 5 %at., na estabilidade do composto Ti6Si2B preparados por moagem de alta energia e subsequente sinterização convencional e por spark plasma sintering (SPS). Foram utilizadas as técnicas de difração de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e energy dispersive spectroscopy (EDS) para caracterização das fases formadas após moagem de alta energia e posterior sinterização convencional e por SPS. O efeito do tempo de moagem foi evidenciado pela aglomeração das partículas nos períodos iniciais de moagem e posterior refinamento dos pós para os tempos de 420 e 600 min de moagem. As fases Ti5Si3 e TiB foram formadas durante a moagem e a fase Ti6Si2B foi identificada por DRX em altos tempos de moagem e após ambas as sinterizações. Houve uma prevalência das fases βTi, TiB e Ti5Si3 nas amostras sinterizadas convencionalmente e da fase Ti5Si3 na sinterização via SPS. Teores de ferro entre 7 a 10%at. foram encontrados nas amostras sinterizadas convencionalmente e entre 1 a 2%at. via SPS.
Acesso aberto (Open Access)
Caracterização estrutural e avaliação da resistência à oxidação de ligas Ti-Fe-Si-B produzidas por moagem de alta energia e subsequente tratamento térmico
(Universidade Federal de Alfenas, 2013-07-29) Pereira, Wladimir Leite; Ramos, Erika Coaglia Trindade; Neves, Person Pereira; Maestrelli, Sylma Carvalho
A presente proposta objetiva a caracterização estrutural e a avaliação da resistência à oxidação de ligas Ti-Fe-Si-B produzidas por moagem de alta energia e subseqüente tratamento térmico. Neste estudo, ligas quaternárias foram preparadas a partir de matérias-primas de alta pureza: Ti (99,9%-peso), Fe (99,8%-peso), Si ( 99,999%-peso) e B(99,5%-peso). Na etapa de moagem dos pós, obtive as ligas Ti-2Fe-22Si-11B e Ti-7Fe-22Si-11B (%-at) que foram produzidas através do uso de um moinho de bolas planetário de alta energia. Na seqüência, as ligas Ti- Fe-Si-B foram sinterizadas e tratadas termicamente (1100oC por 4 h), sob vácuo, para obtenção de estruturas de equilíbrio. A caracterização das ligas moídas e tratadas termicamente foi realizada com o auxílio de técnicas de difração de Raios X, microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura, microdureza Vickers e análise termogravimétrica. É importante mencionar que informações relativas a estudos de estabilidade de fases em ligas baseadas no sistema Ti-Si-B são limitadas na literatura. Assim sendo, o presente trabalho objetivou a avaliação da resistência à oxidação de ligas Ti-Fe-Si-B com elevados teores de Titânio.
Acesso aberto (Open Access)
Determinação de 226Ra em amostras de água potável por espectrometria alfa
(Universidade Federal de Alfenas, 2014-07-16) Bergamini, Giovani; Ramos, Erika Coaglia Trindade; Campos, Maria Gabriela Nogueira; Taddei, Maria Helena Tirollo
O 226Ra é um dos isótopos mais importantes da série radioativa natural do urânio em termos de dose radiológica, devido à sua relativa longa meia-vida (1.600 anos) e sua elevada radiotoxicidade. O Ministério da Saúde publicou na portaria MS nº 2914 de 12/12/2011, que dispõe sobre os procedimentos de controle e de vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade, os limites máximos permitidos para este radionuclídeo. As demandas por essas determinações aumentaram, justificando o desenvolvimento de técnicas mais rápidas e mais precisas para a determinação deste radionuclídeo, uma vez que a técnica utilizada rotineiramente leva cerca de 38 dias para esta determinação. Foram ensaiados três métodos diferentes para a determinação do 226Ra, com algumas alterações realizadas em relação aos métodos originais. O método desenvolvido por Roman, que não realiza a purificação do rádio, fazendo somente o procedimento de eletrodeposição de soluções padrão, seguido de contagem no espectrômetro alfa, se mostrou ineficaz, com rendimentos de recuperação muito baixos e com baixa resolução espectral. O método desenvolvido pelo Departamento de Energia (DOE) dos Estados Unidos realiza a purificação e utiliza 224Ra como traçador. A purificação é conduzida por meio de resina de troca catiônica, com posterior eletrodeposição e contagem. O método ensaiado indicou a presença de interferentes e o rendimento de recuperação de rádio não apresentou um bom resultado; a resolução espectral foi mediana, além disso, seu traçador é um isótopo natural e requer um procedimento extremamente trabalhoso, com determinações radioquímicas em duplicata. O método desenvolvido por Crespo foi sendo sucessivamente modificado e complementado, até o desenvolvimento de um novo método. O método usa 225Ra como traçador. O rádio foi purificado utilizando resina Ln® e resina de troca catiônica, e eletrodepositado sobre um disco de aço inoxidável a partir de uma solução de oxalato de amônio, e posteriormente contado por espectrometria alfa. Este método produziu espectros com altas resoluções e altos rendimentos de recuperação de 226Ra, além de permitir uma significativa redução do tempo necessário para a determinação de 226Ra nas amostras de água potável, em torno de 4 dias, em comparação com outros métodos, que podem chegar a 20 ou 38 dias para se quantificar este radionuclídeo.
Acesso aberto (Open Access)
Efeito dos tratamentos térmicos de solubilização e envelhecimento na microestrutura e na resistência mecânica das ligas de alumínio A354 e 2024 fundidas
(Universidade Federal de Alfenas, 2020-03-18) Perinoti, Guilherme Rinaldi; Ramos, Erika Coaglia Trindade; Reis, Danieli Aparecida Pereira; Ramos, Alfeu Saraiva
O alumínio possui diversas aplicações em vários seguimentos do mercado. Na engenharia, como uma alternativa de material, três setores emergentes contribuíram para alavancar a aplicabilidade das ligas de alumínio em diversos setores, como no de eletricidade e equipamentos eletrônicos, automotivo, aeronáutico e aeroespacial. No setor automotivo, as ligas de alumínio em geral, são utilizadas em diferentes componentes da linha automotiva leve e pesada, como por exemplo: em motores a combustão, componentes de direção e amortecimento e turbo-compressor. A liga A354 é aplicada em rotores de turbo compressores, devido à sua baixa densidade e alta resistência mecânica. Existem algumas limitações de aplicações, por apresentarem um limite de resistência à tração, em torno de 390 MPa, o que torna inviável o seu uso, devido às solicitações recorrentes em um curto prazo de tempo, principalmente em veículos de perímetro urbano. Contudo, o presente trabalho objetivou a avaliação do efeito dos tratamentos térmicos de solubilização e envelhecimento na microestrutura e nas propriedades mecânicas de tração das ligas A354 e 2024 fundidas à vácuo. As amostras da liga A354 fundidas foram tratadas por solubilização a 526° C por 10 h e envelhecidas por 160°C por 10h. Para as amostras da liga 2024 fundida, os tratamentos de solubilização foram realizados a 490° C, 500° C e 510°C e mantidas 1 h, e resfriadas em água, e os tratamentos de envelhecimento foram realizados nas temperaturas de 190°C, 200°C e 210°C por 1 h, por períodos de 1 h, 2 h, 4 h, 6 h, 8 h, 12 h, 24 h e 48 h. Posteriormente, os corpos de prova foram resfriados ao ar. Os procedimentos para análise das amostras das ligas A354 e 2024, foram constituídos por análise de composição química, microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia por energia dispersiva, difratometria de raios X, análise térmica, dureza e ensaio de tração. Os resultados indicaram que a liga A354 solubilizada a 526 °C e envelhecida a 160 °C por 10 h, não apresentou aumento no limite de resistência à tração. A liga 2024 solubilizada a 510° C / 1 h e envelhecida a 210°C por 1 h, apresentou maior limite de resistência à tração, quando comparado com a liga A 354, alcançando um limite de resistência à tração de 460 MPa. A liga 2024 apresenta potencial para substituição da liga A 354 atualmente aplicada para a produção de rotores de turbo compressores.
Acesso aberto (Open Access)
Estudo da resistência ao desgaste de novas ligas de titânio visando aplicações ortopédicas
(Universidade Federal de Alfenas, 2019-02-26) Alves, Letícia Oliveira; Ramos, Erika Coaglia Trindade; Mota, Marilsa Aparecida; Rodrigues, Geovani
O titânio e suas ligas têm mostrado importante aplicação no setor biomédico por apresentarem excelentes e combinadas propriedades tais como elevada relação resistência/massa específica, baixo módulo de elasticidade, elevada resistência à corrosão em ambientes corpóreo e salino e alta biocompatibilidade. Entretanto, a liga Ti-6Al-V, amplamente utilizada nesse setor, apresenta problemas de resistência ao desgaste e liberação de íons tóxicos. Nesse sentido, ligas do sistema Ti-Si-B têm se demonstrado como alternativa por serem compostas por elementos naturalmente presentes na composição óssea e portanto, apresentarem superior biocompatibilidade. Em particular, a fase ternária Ti6Si2B desse sistema, possui elevada resistência à corrosão, potencial resistência quando submetida a condições de desgaste e mantem-se estável quando há o acréscimo de zircônio em até 7% atômico. O objetivo desse estudo foi verificar o comportamento tribológico de novas ligas de titânio para aplicações ortopédicas. Lingotes das ligas Ti-6Zr-2Si-1B, Ti-6Zr-6Si-3B e Ti-6Zr-10Si-5B foram produzidas via fusão a arco e posteriormente tratadas a 1100°C por 20 horas. Para obtenção de informações microestruturais, amostras das ligas foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura e espectrometria de dispersão de energia (MEV/EDS), difração de raios X (DRX) e microscopia de força atômica (MFA). A caracterização mecânica foi realizada através de ensaio de microdureza Vickers e ensaio de desgaste no modo de movimento oscilatório em meio seco e lubrificado. Em todas as ligas foi observada a presença das fases TiB, Ti3Si e Tiss e, portanto, com a rota de processamento adotada, não foi possível observar a formação da fase Ti6Si2B. Os resultados indicaram ainda que o zircônio foi preferencialmente dissolvido nas fases Ti3Si e Tiss. Os processos de lixamento e polimento proporcionaram superfícies homogêneas para todas as amostras de modo que a rugosidade média foi inferior a 0,8μm, conforme preconizado. Os valores médios de microdureza ficaram entre 272,2 e 397,8 HV, valores que se mostraram crescente, como esperado, com o aumento dos metalóides Si e B. A liga Ti-6Zr-10Si-5B apresentou o maior coeficiente de atrito na condição seca, onde foi observada relação direta com a microdureza, enquanto que na condição lubrificada, apesar de a liga Ti-6Zr-10Si-5B continuar apresentando o maior coeficiente de atrito, não foi observada a mesma relação com a microdureza. Em relação a perda de volume por desgaste, na condição seca a liga Ti-6Zr-2Si-B apresentou os maiores valores enquanto na condição lubrificada a maior perda foi observada na liga Ti-6Zr-10Si-5B. Os mecanismos de desgaste em todas as ligas em condição seca foram abrasivos, ao passo que em condição lubrificada, foram detectadas desgaste abrasivo, adesivo e corrosivo, sendo este mais evidente na liga Ti-6Zr-10Si-5B.
Acesso aberto (Open Access)
Estudo de moagem de alta energia e sinterização de ligas Ni-Ti-Fe
(Universidade Federal de Alfenas, 2017-07-31) Silva, Luan Rafael; Ramos, Erika Coaglia Trindade; Sousa, Lucíola Lucena De; Souza, Renato Chaves
As ligas Ni-Ti, também conhecidas como Nitinol, são baseadas na fase martensítica NiTi (estrutura monoclínica B'19), exibem propriedades únicas, como efeito de memória de forma e super elasticidade. A sua temperatura de transformação martensítica depende da composição e processamento do Nitinol. Seu valor típico é uma faixa de temperatura entre -80 a 100° C. A utilização de elemento de liga pode contribuir para evitar a formação indesejável de Ni3Ti e NiTi2. De acordo com a seção isotérmica a 900°C do sistema Ti-Ni-Fe, existe uma ampla região monofásica estendida do NiTi ao FeNi. A moagem de alta energia pode produzir nanomateriais e estruturas metaestáveis. O presente trabalho relata a caracterização microestrutural das ligas Ni50Ti48Fe2 e Ni50Ti45Fe5 preparadas por trituração de bolas de alta energia e subsequente sinterização. As misturas de pó elementar foram processadas em diferentes tempos (1, 3 e 5 horas) num moinho de esferas planetário Fritsch P-5 sob atmosfera de argônio utilizando frascos de aço endurecido (225 mL) e esferas (12 mm de diâmetro), velocidade rotativa de 200 rpm, E uma proporção em peso bola-pó de 10:1. Corpos verdes com 10 mm de diâmetro foram compactados por prensagem axial e sinterizados a 900°C, por 16h sob atmosfera de argônio. As informações sobre as transformações de fase nos pós moídos e ligas sinterizadas foram obtidas por difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, espectrometria de dispersão de energia e análise térmica (DSC / TG). Apenas os picos Ni e Ti foram observados em padrões DRX dos pós Ni50Ti48Fe2 e Ni50Ti45Fe5 moídos durante 5 h. Além disso, os maiores picos de Ni e Ti foram alargados e movidos de direção, indicando que os átomos de ferro foram preferencialmente dissolvidos na estrutura de Ni para formar soluções sólidas estendidas. As microestruturas das ligas Ni50Ti48Fe2 e Ni50Ti45Fe5 sinterizadas foram formadas principalmente pela fase NiTi (estrutura monoclinica B'19), e suas transformações martensíticas foram próximas a 50°C.
Acesso aberto (Open Access)
Impacto na camada de refusão e segregação inversa de tarugos de alumínio da série 6xxx com mudanças realizadas no molde de vazamento
(Universidade Federal de Alfenas, 2016-02-26) Pipano, Thiago Freitas; Ramos, Erika Coaglia Trindade; Maestrelli, Sylma Carvalho; Nakamatsu, Sandra
Entre tantas variáveis (especificações) relacionadas à microestrutura dos tarugos a camada de refusão e a segregação inversa estão diretamente relacionadas à produtividade na extrusão, ou seja, quanto menores estas variáveis, maior a produção, e consequentemente menor o rejeito. A camada de refusão e a segregação inversa são definidas como a formação de uma área refundida contendo quantidade superior de elementos de liga concentrando-se no perímetro da seção transversal de um tarugo. O objetivo deste trabalho foi apresentar o comportamento destas variáveis quando há um maior controle das variáveis de controle de processos assim como a implementação de mudanças nos moldes usados na fabricação de tarugos sem a necessidade de investimento em novas tecnologias (Air Slip – Wagstaff), quebrando atuais paradigmas. Mudanças implementadas nos moldes mostram significativas reduções nas variáveis indesejadas nos tarugos, garantindo a eles níveis altamente competitivos frente aos produtos de mais nova tecnologia encontradas no mercado. Através dos resultados obtidos com as mudanças de moldes realizadas e apresentadas neste trabalho, verifica-se diminuição concreta da segregação inversa e da camada de refusão no interior dos tarugos, atingindo-se níveis na ordem 50% de redução para a segregação inversa e para a camada de refusão.
Acesso aberto (Open Access)
Nitretação a plasma de ligas Ti-Zr-Si-B tratadas termicamente
(Universidade Federal de Alfenas, 2021-04-19) Dias, Wagner Ferreira; Ramos, Erika Coaglia Trindade; Mariano, Neide Aparecida; Souza, Renato Chaves
O objetivo desse trabalho foi o tratamento superficial de nitretação a plasma de ligas Ti-Zr-Si-B tratadas termicamente. As ligas de Ti-Zr-Si-B, foram produzidas pelo processo de fusão a arco, seguido de etapa de caracterização estrutural foi realizada com o auxílio de técnicas de microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, EDS e DRX. Foram realizados ensaios de microdureza Vickers das ligas Ti-Zr-Si-B tratadas termicamente a 1200ºC por 16 h. Após as análises das ligas, foi realizado a nitretação a plasma nas ligas com a elevação da temperatura em 650°C, 700°C e 750°C, mantendo o tempo de nitretação 5h, a pressão (6,90 torr) e o gás de trabalho (80% vol N2 e 20% vol H2) constantes, foram utilizadas a fim de determinar as melhores condições para a formação da camada de nitreto. A microdureza Vickers das ligas nitretadas aumentou com a elevação da temperatura de nitretação a plasma e formou camada em todas as ligas. Entre as condições da nitretação a plasma das ligas estudadas a liga Ti-6Zr-6Si-3B (%at.) nitretada a plasma a 750°C apresentou o maior valor de microdureza de 1984 HV. Em todas as condições de nitretação foram encontrados na análise de DRX a formação dos compostos ε-Ti2N e γ-TiN, confirmado pela coloração dourada da amostra.
Acesso aberto (Open Access)
O uso de anteliga Al-4B para o aumento da condutividade elétrica do alumínio líquido
(Universidade Federal de Alfenas, 2016-02-26) Nunes, Ana Gabriele Pereira; Ramos, Erika Coaglia Trindade; Ambrozin, Alessandra Regina Pepe; Nakamatsu, Sandra
De toda produção de transformados de alumínio, a fabricação destinada ao setor elétrico corresponde a quarta maior em toneladas. Para a comercialização do alumínio líquido com condutividade elevada, para indústrias de cabos, fios e vergalhões, anteligas de alumínio têm sido usadas e estudadas para adição ao produto final. O alumínio produzido apresenta impurezas, responsáveis por afetar o fluxo de elétrons presentes no banho, tornando o produto mais resistente à eletricidade. Como resposta a este problema, adiciona-se boro, por meio de uma anteliga, que reage com os elementos de transição solúveis e forma compostos insolúveis, precipitando e obtendo desta forma, maior condutividade elétrica. Contudo, o objetivo do trabalho foi investigar o efeito da adição de diferentes concentrações da anteliga Al-4B (%-peso) na condutividade elétrica (% IACS) do alumínio líquido. A caracterização do metal antes e após adição da liga padrão Al-4B(%-peso) e depois do alumínio líquido passar por todas as condições de transporte foi realizada por meio de espectrofotometria de emissão ótica, microscopia eletrônica de varredura, difração de Raios-X e condutividade elétrica, a fim de avaliar o atendimento às especificações da norma NBR 5118, na qual a condutividade mínima dos fios de alumínio exigida após o encordoamento deve ser de 61 % IACS. Os ensaios foram realizados em quatro etapas com adição da anteliga Al-4B em diferentes quantidades em Kg. As medições de condutividade elétrica (% IACS) foram feitas após o alumínio líquido sair do processo de produção, após adição da anteliga Al-4B ao alumínio líquido produzido e no alumínio líquido após sofrer as condições de transporte, considerando tempo gasto e temperatura atingida até entrar no processo de fabricação da liga final. Observou-se que o alumínio líquido sem tratamento apresentou uma pureza relevante em torno de 99,45% e condutividade elétrica na faixa de 60,2% IACS. Após o adição da anteligas Al-4B houve acréscimo de até 0,43% de pureza e 2,20% de IACS. Evidenciou-se que o boro em grande excesso, não foi à opção que ofereceu a melhor remoção das impurezas. A segunda etapa realizada neste trabalho, com 7,0 kg de Al-4B, foi a mais satisfatória em termos de condutividade elétrica, atingindo o valor médio de 62,38%.
Acesso aberto (Open Access)
Produção e caracterização microestrutural de ligas Ti-Zr-Si-B
(Universidade Federal de Alfenas, 2017-11-28) Bertoli, Isadora Rossi; Ramos, Erika Coaglia Trindade; Sousa, Lucíola Lucena De; Souza, Renato Chaves
Materiais constituídos por compostos intermetálicos têm sido avaliados para aplicações estruturais em alta temperatura e neste contexto, as ligas do sistema Ti-Si-B apresentam potencial para estas aplicações, devido às suas fases, em especial a fase ternária Ti6Si2B. O presente trabalho teve como objetivo produzir ligas do sistema Ti-xZr-20Si-10B (x= 5, 7, 10, 15 e 20%-at.) por moagem de alta energia, subsequente sinterização por spark plasma e avaliar o efeito da adição de zircônio nas transformações de fases e na estabilidade do composto Ti6Si2B. Durante a moagem, amostras foram retiradas nos tempos de 20, 60, 180, 300, 420 e 600 minutos. As misturas de pós moídos e as ligas sinterizadas foram caracterizadas por técnicas de microscopia eletrônica de varredura, difração de raios X, microscopia óptica e espectroscopia de energia dispersiva. Foram avaliadas a morfologia dos pós e as transformações de fases envolvidas no processo de moagem e de sinterização. Notou-se que para maiores teores de zircônio, mecanismos de fratura foram evidenciados e a fase Ti5Si3 foi formada para todas as composições. Posteriormente a sinterização via Spark Plasma pôde-se observar a formação das fases TiSS, Ti5Si3, Ti6Si2B para teores de 5 a 10(%at.) de zircônio, enquanto que, para teores superiores, 15 e 20 (%at.) de zircônio as fases predominantes nas microestruturas foram Ti5Si3, TiB e Ti3Si. Com aumento do teor de zircônio observou a diminuição do composto ternário, Ti6Si2B, visto que para as ligas Ti15Zr20Si10B e Ti20Zr20Si10B, não foram detectados sinais consideráveis deste composto e, além disso, promoveu o aumento da solubilidade do silício nas demais fases.

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