Dissertações e Teses (Mestrado e Doutorado)

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Esta coleção reúne as teses de doutorado e dissertações de mestrado desenvolvidas por nossos alunos de pós-graduação. Estes documentos são resultado de pesquisas rigorosas e inovadoras, muitas vezes trazendo contribuições significativas para a ciência e a tecnologia.

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Análise do comportamento tribológico dos filmes finos balinit dlc e balinit dlc star em brocas de aço aisi m2 no processo de furação da liga al-mg-si 6061-t6
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2024-08-30) Barbosa, Jorge Wanderson; Silva, Ernane Rodrigues da; Martins, Paulo Sérgio; http://lattes.cnpq.br/6979394011332346; http://lattes.cnpq.br/7603285707049938; http://lattes.cnpq.br/6928666047489933; Silva, Ernane Rodrigues da; Martins, Paulo Sérgio; Dumont, Marcello Rosa; Santos, Anderson Júnior dos; Nazareno, Gustavo Henrique; Rossino, Luciana Sgarbi
Estudos mostram que aplicações com novas tecnologias, principalmente em processos de furação estão presentes em quase todas as peças mecânicas com diferentes diâmetros e profundidades, tornando-se necessário de serem usinados no menor tempo possível dentro de estreitas faixas de tolerância e rugosidade.Os revestimentos de carbono amorfo, conhecidos como Diamond-like Carbon (DLC) são filmes finos, que são representados na forma Sp2(grafite) e Sp3(Diamante) que pode se encontrados em diferentes proporções e têm por características especiais sua alta dureza e inércia química. Sua aplicação visa melhoria efetiva das propriedades químicas, físicas e mecânicas de metais convencionais utilizados como substrato e proteção ao desgaste abrasivo e adesivo dos mesmos.Novas classes de filmes de DLC vem sendo estudadas para aplicar a sua aplicação em várias condições e diferentes ligas de matéria não ferrosos. Este estudo foi avaliado a caracterização dos dois filmes DLC (Tipo A BALINIT DLC e Tipo B BALINIT DLC STAR) aplicados pelo processo deposição química de vapor assistida por plasma em brocas de aço rápido Ø 8mm helicoidal. Os dois filmes serão caracterizados pelos métodos de microscopia eletrônica de varredura, microscopia de força atômica, espectrometria Raman, Caloteste e teste de adesão VDI 3198.
Análise do comportamento tribológico dos filmes finos balinit dlc e balinit dlc star em brocas de aço aisi m2 no processo de furação da liga al-mg-si 6061-t6
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2024-08-30) Barbosa, Jorge Wanderson; Silva, Ernane Rodrigues da; Martins, Paulo Sérgio; http://lattes.cnpq.br/6979394011332346; http://lattes.cnpq.br/7603285707049938; http://lattes.cnpq.br/6928666047489933; Silva, Ernane Rodrigues da; Martins, Paulo Sérgio; Dumont, Marcello Rosa; Santos, Anderson Júnior dos; Nazareno, Gustavo Henrique; Rossino, Luciana Sgarbi
A furação é um processo de usinagem complexo que contém uma expressiva quantia da remoção total de material na manufatura. Tecnologias que possam torná-la menos agressiva ao meio ambiente têm sido incentivadas, como exemplo, a usinagem a seco. Essa técnica, no entanto, acelera o desgaste das ferramentas de corte e a perda de qualidade do produto acabado. Filmes finos resistentes e inertes quimicamente podem reduzir o desgaste nessas condições. O carbono semelhante ao diamante, DLC (Diamond-Like Carbon), combina as propriedades do diamante e do grafite, e têm-se mostrado benéfico como revestimento de ferramentas de corte utilizadas na usinagem de ligas de alumínio. Entre a diversidade de parâmetros de rugosidade, a assimetria e a curtose têm apresentado influências positivas no comportamento tribológico das superfícies. Este trabalho avaliou a influência do avanço, da velocidade de corte e do revestimento de DLC sobre os parâmetros de assimetria e curtose durante a furação da liga Al-Mg-Si 6351 T6, utilizando brocas de aço-rápido AISI M35. As ligas utilizadas foram caracterizadas por microscopias óptica e eletrônica, espectrometria de emissão óptica e ensaios de dureza. O DLC foi analisado por microscopia eletrônica e espectroscopias Raman e XPS. A furação foi realizada a seco em um centro de usinagem, em 24 corpos de prova com distintas combinações paramétricas elaboradas pelo planejamento experimental fatorial. A rugosidade foi analisada por meio da análise de variância, modelo de regressão e da metodologia de superfície de resposta (RSM). Resultados mostraram uma camada densa de DLC com aproximadamente 18% de carbono em estrutura de diamante. A velocidade de corte foi significativa sobre Ra, Rq e Rsk. Notou-se a transição da assimetria positiva para negativa com o aumento da velocidade de corte. Não houve efeito significativo do DLC sobre a rugosidade, no entanto, o seu desempenho pode ser melhor identificado adicionando outras variáveis de resposta. Em ambas as ferramentas de corte foi constatado o mecanismo de adesão, demonstrando o desafio que a usinagem a seco ainda deve enfrentar para se consolidar na prática da "manufatura verde".
Avaliação da aplicação da solução aquosa contendo octaborato de sódio na usinagem por descargas elétricas do aço ABNT 8620
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2023-05-12) Nascimento, Claudinei Alfredo do; Silva, Ernane Rodrigues da; http://lattes.cnpq.br/7603285707049938; http://lattes.cnpq.br/1520674484349861; Silva, Ernane Rodrigues da; Dumont, Marcello Rosa; Oliveira, André Barros de Mello; Silva, Sinval Pedroso da
A boretação é um tratamento termoquímico aplicados em aços para melhorar suas propriedades superficiais, promovendo melhor desempenho em diversas aplicações tribológicas na engenharia mecânica. Este trabalho de pesquisa investigou a viabilidade da utilização do octaborato de sódio (Na2B8O13.4H2O) como fonte do elemento boro no processo de Usinagem por Descargas Elétricas (EDM), por penetração, em superfície do aço ABNT 8620, utilizando uma máquina de eletroerosão adaptada. O eletrodo ferramenta utilizado foi o cobre eletrolítico. O octaborato de sódio foi diluído em água deionizada na proporção 16,67 g.L-1 para formar a solução aquosa, que atuou como fluido dielétrico. A camada boretada foi avaliada por meio de microscopia óptica e ensaio de microdureza Vickers. A difusão do boro foi avaliada por difratometria de raios-x na superfície usinada e também por espectroscopia de raios-x por dispersão em energia (EDS) em equipamento de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Após a aplicação do tratamento por EDM foi verificado o ganho de 134%, aproximadamente, no valor de microdureza na camada boretada em relação ao material base. A fase Fe2B foi detectada no difratograma de raios-x, bem como, a implantação do elemento boro, observada por meio de EDS na seção transversal da peça próximo da subsuperfície.
Avaliação do aço ABNT P20 usinado por EDM com solução aquosa de octaborato de sódio tetrahidratado e bórax como fonte de boro
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2023-05-31) Barbosa, João Paulo Moreira Santos; Silva, Ernane Rodrigues da; http://lattes.cnpq.br/7603285707049938; http://lattes.cnpq.br/3826633007532918; Silva, Ernane Rodrigues da; Neves, Leonardo; Freitas Filho, Aderci de; Silva, Sinval Pedroso da
O processo de Usinagem por Descargas Elétricas (EDM – Electrical Discharge Machining) é amplamente usado na fabricação de peças complexas e de difícil usinagem, que ao serem submetidas à tratamentos de endurecimento superficial como o de boretação, tem a resistência ao desgaste e fadiga melhorada. Este trabalho apresenta um estudo da usinagem do aço ABNT P20 realizado em uma máquina de Usinagem por Descargas Elétricas por Penetração (Die-Sinking-EDM) adaptada, utilizando cobre eletrolítico como eletrodo ferramenta e duas soluções eletrolíticas, fonte de boro, aplicadas separadamente. A primeira contendo octaboratode sódio tetrahidratado (Na2B8O13.4H2O) e a segunda contendo bórax (Na2B4O7.10H2O), ambas diluídas em água deionizada. Para verificação de alterações morfológicas, microestruturais e mensuração da espessura das camadas formadas, imagens foram obtidas utilizando microscopia óptica. A dureza das camadas foi medida via ensaio de microdureza Vickers e a presença de boretos foi verificada por meio de difração de raio-x (DRX). Com a solução eletrolítica contendo octaborato de sódio tetrahidratado, uma camada boretada (intermediária) com espessura média de 52μm e 621HV foi medida, representando um ganho de 92% no valor da dureza em relação ao material base. Com a solução contendo bórax, foi obtida uma camada boretada com espessura média de 35μm e 683HV, representando um ganho de 111% no valor da dureza em relação ao material base. Para ambas as soluções utilizadas, a fase Fe2B foi observada nos difratogramas de raio-x
Influência das dimensões da peça na evolução do desgaste de ferramentas de corte no processo de fresamento
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2017-04-25) Bustamante, Guilherme Duca; Santos, Sandro Cardoso; http://lattes.cnpq.br/6898188197618037; http://lattes.cnpq.br/0282040014956995; Santos, Sandro Cardoso; Silva, Leonardo Roberto da; Maia, Luis Henrique Andrade
Os processos de usinagem apresentam inúmeras variáveis que necessitam de maior investigação para melhor compreensão do comportamento na interface peça e ferramenta de corte. Dentre os processos, destaca-se o fresamento muito utilizado nas indústrias caracterizado pela alta taxa de remoção de material e corte interrompido. A característica interrompida do fresamento submete a ferramenta de corte a flutuações de cargas mecânicas e térmicas, que promovem o aparecimento de uma série de desgastes e avarias nesta. O número de entradas e saídas da ferramenta geram ciclos térmicos que a deixa mais suscetível à fragilização. Dentre as avarias, as trincas de origem térmica são particularmente importantes. Neste trabalho foi avaliada a influência do número de entradas e saídas da ferramenta de corte relacionada com a dimensão da peça no desgaste de ferramentas de metal duro no processo de fresamento. Para isso, fixaram-se todos os parâmetros de corte e barras de aço SAE1045 com diferentes comprimentos foram fresadas com aplicação de ferramentas de metal duro com diferentes tenacidades. Após a usinagem das peças, as ferramentas foram analisadas por meio de microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura com a identificação e quantificação das formas e mecanismos de desgaste além do desempenho de cada tipo de ferramenta. Em geral, observou-se o número de entradas e saídas da ferramenta sobre a peça como fator de maior relevância na evolução do desgaste. Dentro de cada classe de ferramenta, a diferença de desgaste da ferramenta de corte de uma peça de maior comprimento para uma de menor é pouco significativo para o ciclo de corte realizado. O desempenho das ferramentas foram semelhantes com um maior desgaste identificado na classe de menor tenacidade.
Influência do tipo e de parâmetros de tratamento intercrítico na microestrutura e no comportamento mecânico de aços bifásicos
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2017-03-07) Silva, Nayara Aparecida Neres da; Corrêa, Elaine Carballo Siqueira; Lopes, Wellington; http://lattes.cnpq.br/4445376135095677; http://lattes.cnpq.br/3203046752707862; http://lattes.cnpq.br/8229230713584828; Silva, Leonardo Roberto da; Aguilar, Maria Teresa Paulino; Santos, Leandro de Arruda
Os aços bifásicos ou dual phase (DP) surgiram como uma solução alternativa com grandes vantagens aos aços convencionais, pois combinam alta resistência mecânica e boa conformabilidade. As propriedades mecânicas desses aços estão diretamente relacionadas às suas características microestruturais: tipo, quantidade, morfologia e distribuição dos constituintes, que, por sua vez, dentre outros aspectos, dependem dos parâmetros de processamento utilizados, principalmente do tipo de tratamento térmico realizado. Nesta pesquisa, foi avaliada a influência dos tratamentos intercríticos direto e contínuo, do tempo de encharque e da temperatura de recozimento na microestrutura e no comportamento mecânico de aços bifásicos. Análises da microestrutura após os tratamentos térmicos de recozimento intercrítico direto e contínuo foram realizadas por microscopia óptica (MO) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A caracterização mecânica foi conduzida por ensaios de dureza, tração e ultramicrodureza. Análises sobre o encruamento do material foram realizadas com o auxílio das abordagens: método de linearização da curva ? x ?, taxa de encruamento, expoente de encruamento instantâneo e análise de Crussard-Jaoul. Avaliações do comportamento a deformação na tração em diferentes magnitudes também foram realizadas com o auxílio da penetração instrumentada e MEV. Finalmente, foi verificado que a microestrutura e as propriedades mecânicas das amostras tratadas por recozimento intercrítico direto foram mais influenciadas pelos efeitos do tempo e da temperatura intercrítica. Em geral, elevados valores de dureza na interface ferrita/martensita foram observados. A análise de Crussard-Jaoul mostrou-se mais completa para a análise do encruamento. Palavras-chave: Aços bifásicos, tratamento térmico intercrítico, microestrutura, propriedades mecânicas.
Nitretação por descargas elétricas do aço ABNT 4140 com adição de pó de carbeto de silício ao fluido dielétrico em diferentes proporções
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2022-11-29) Santos, Henrique Gustavo; Silva, Ernane Rodrigues da; http://lattes.cnpq.br/7603285707049938; http://lattes.cnpq.br/4748928478978984; Silva, Ernane Rodrigues da; Neves, Leonardo; Silva, Sinval Pedroso da
A usinagem por descargas elétricas é um processo que vem sendo fortemente estudado por possibilitar que modificações superficiais sejam adquiridas ao mesmo tempo em que é feita a usinagem, integrando dois processos de fabricação em apenas um. Estudos anteriores já demonstraram que é possível aumentar a dureza superficial de uma peça quando usinada por descargas elétricas, utilizando uma solução aquosa de água deionizada e ureia como fluido dielétrico. O ganho de dureza ocorre em função da implantação de nitrogênio na camada superficial da peça, promovendo a formação de nitretos de ferro, que confere ao material maior resistência ao desgaste por deslizamento, por atrito e maior resistência à corrosão. Além de se utilizar água deionizada e ureia como fluido dielétrico, estudos mais recentes mostraram que a utilização de pós abrasivos misturados ao fluido pode melhorar o desempenho da usinagem. Desta forma, esta pesquisa objetiva investigar a influência da adição de pó de carbeto de silício (SiC) em diferentes proporções ao fluido dielétrico, formado por água deionizada e ureia, no processo de nitretação por descargas elétricas do aço ABNT 4140 utilizando cobre e grafita como eletrodo ferramenta. Como critérios de avaliação do processo, técnicas de caracterização como microscopia óptica, difração de raios-X (DRX), microdureza Vickers e medição das rugosidades foram empregadas para atestar as análises e comparar os resultados obtidos da usinagem das amostras nas diferentes composições do fluido dielétrico. Além disso, foi investigado o desempenho da usinagem através dos principais parâmetros, como a taxa de remoção do material (TRM), desgaste do eletrodo (TD) e o desgaste volumétrico relativo (DVR). Através dos resultados obtidos, observou-se notável influência da adição do pó abrasivo ao fluido dielétrico, sendo evidenciado melhor desempenho de usinagem quando se utilizou pó de SiC na concentração de 30 g/l, no processo com eletrodo de cobree aumento de 156,4% na espessura da ZAC, quando se utilizou o SiC na concentração 30 g/l, na usinagem com eletrodo de grafita. Demais resultados encontram-se melhor detalhados ao longo do trabalho.
Nitretação por descargas elétricas do aço AISI 4140 utilizando diferentes categorias de ureia
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2017-03-03) Nicesio, Isa Carla; Silva, Ernane Rodrigues da; http://lattes.cnpq.br/7603285707049938; http://lattes.cnpq.br/5071823920110542; Costas Júnior, Ezequiel de Souza; Santos, Rogério Felício dos
A nitretação por descargas elétricas (NDE) vem despontando como uma alternativa de baixo custo, que promove a junção do processo de usinagem por descargas elétricas com o de tratamento superficial, num mesmo equipamento e ao mesmo tempo. A solução aquosa contendo nitrogênio, utilizada como fluído dielétrico, sofre transformação devido ao complexo processo termoelétrico que ocorre durante a usinagem, formando nitretos de ferro. Ao longo do desenvolvimento do processo de NDE surgiram muitos questionamentos. Um deles é a influência da categoria da ureia utilizada na solução aquosa do fluido dielétrico como fonte de nitrogênio para o processo de nitretação. Este trabalho objetiva avaliar a interferência de diferentes categorias de ureia no processo de NDE em amostras de aço AISI 4140. Para tanto, foram utilizados três tipos de ureia: fertilizante, farmacológica e padrão analítico. A nitretação foi realizada em uma máquina de eletroerosão por penetração, usinando amostras de aço mergulhadas em soluções aquosas de ureia na concentração de 20 gramas por litro e utilizando eletrodos de cobre e de grafita. Observou-se a formação de duas camadas principais no processo: zona refundida (ZR) e zona afetada pelo calor (ZAC). A espessura destas camadas foi avaliada via microscopia óptica, sendo também avaliada a microdureza Vickers. Os resultados mostraram que a categoria da ureia utilizada influencia significativamente na espessura da camada nitretada. Para a ZAC a ureia de padrão analítico, associada ao eletrodo de cobre, propiciou a formação de uma camada com quase o dobro de espessura se comparada aos experimentos que utilizaram ureia fertilizante. Quando se empregou eletrodo de grafita não foi observada variação significativa na espessura da ZAC. Os valores da dureza não sofreram variações expressivas. As diferentes categorias de ureia utilizadas não interferiram significativamente na taxa de remoção de material (TRM) visto que a condutividade elétrica das soluções aquosas preparadas se manteve baixa. Palavras-chave: Nitretação por descargas elétricas, ureia, aço AISI 4140, usinagem por descargas elétricas.
Nitretação por descargas elétricas do aço AISI 4340 uniformizando a camada nitretada
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2018-09-28) Lima, Victor Souza Esteves; Silva, Ernane Rodrigues da; http://lattes.cnpq.br/7603285707049938; http://lattes.cnpq.br/3705255949024870; Silva, Ernane Rodrigues da; Costa, Maria Celeste Monteiro de Souza; Santos, Rogério Felício dos
O setor industrial procura em todos os seus processos maneiras de otimizar a produção de componentes mecânicos, buscando ainda melhorias nas propriedades físicas e mecânicas dos materiais. A usinagem por descargas elétricas (EDM) é um processo que vem sendo estudado por permitir que algumas modificações superficiais sejam produzidas, ao mesmo tempo em que se usina a peça. Estudos anteriores demonstraram a viabilidade de usinar materiais metálicos por EDM, imerso em solução aquosa contendo ureia, obtendo uma superfície enriquecida com nitretos, o que aumenta a dureza da peça, mas nenhum mostrou uniformidade da camada usinada. Neste trabalho estudou-se a viabilidade de nitretar amostras de aço AISI 4340 pelo processo de EDM por penetração utilizando como fluido dielétrico água deionizada e ureia. Como eletrodo ferramenta foram utilizados a grafita e o cobre eletrolítico. Os parâmetros operacionais da máquina EDM foram ajustados de tal modo a permitir a formação, dissipação de um canal de plasma e manutenção da camada superficial uniforme. Foi analisada a influência do eletrodo ferramenta no desempenho da usinagem, na microestrutura e na uniformidade da camada nitretada, através da taxa de remoção de material (TRM), taxa de desgaste (TD) e desgaste volumétrico relativo (DVR), de imagens da microscopia óptica assim como uma análise de difração de raio X para comprovar a formação de nitretos na superfície usinada. As imagens analisadas comprovaram a formação das camadas refundida e nitretada. Foi avaliada a rugosidade das amostras após a usinagem e nas sucessivas etapas de polimento onde foram retiradas espessuras de 10µm na superfície usinada. Ocorre um decaimento na concentração de nitrogênio a partir da superfície. Foi realizada microdureza onde comprova-se que houve ganho na dureza. Por meio dessas analises pode-se concluir que o eletrodo de cobre apresentou na amostra uma maior uniformidade.
Nitretação por descargas elétricas no aço ABNT 4340 com pó de carbeto de silício adicionado ao fluído dielétrico
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2019-08-23) Elias, Cristiano; Silva, Ernane Rodrigues da; http://lattes.cnpq.br/7603285707049938; http://lattes.cnpq.br/3065887680584734; Silva, Ernane Rodrigues da; Neves, Leonardo; Santos, Carlos Eduardo dos
Desde o inicio da década de 2010, o processo de nitretação por descargas elétricas vem se destacando como uma alternativa de baixo custo, por promover a junção dos processos de usinagem por descargas elétricas e o tratamento superficial de nitretação, simultaneamente, por meio de um único equipamento, a máquina de eletroerosão. Este trabalho objetivou avaliar no processo de nitretação por descargas elétricas a interferência da utilização de carbeto de silício adicionado ao fluido dielétrico em uma solução aquosa de água deionizada com uréia. Assim como a uréia é utilizada como fonte de nitrogênio necessária para o tratamento termoquímico de nitretação o carboneto de silício é uma fonte de silício e carbono, buscando assim uma maior dureza da superfície nitretada e uma superfície mais polida com rugosidade mais baixa. A preparação das amostras de aço ABNT 4340 e dos eletrodos ferramenta de cobre eletrolítico e grafita foram realizadas em torno convencional. Os testes foram realizados em uma máquina de usinagem por descargas elétrica por penetração, com algumas adaptações de trabalhos anteriores, como por exemplo, a cuba de aço inox, onde foi realizada a usinagem das amostras imersas ao fluido dielétrico com adição de carbeto de silício. Os parâmetros de usinagem foram definidos direto no painel da máquina, utilizando o indicador chamado erosimetro como referencia para otimizar o máximo o potencial da usinagem entre eletrodo ferramenta e peça. Observou-se uma tendência de melhora nos resultados de alguns parâmentros como dureza e profundidade da superfície nitretada, morfologia da superfie usinada, rugosidade e taxas de desgaste e remoção de material, da usinagem realizada com eletrodo ferramenta de cobre eletrolítico e fluido dielétrico com adição de carbeto de silício, se comparado com as usinagens das amostras de aço ABNT 4340 com eletrodo ferramenta de grafita e fluido dielétrico com carbeto de silício.

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