Navegando por Autor "Vilela, Jefferson José"

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Automação de uma máquina de torção visando sua aplicação na realização de ensaios a frio e a quente.
(2017) Oliveira Filho, Wagner Rossi de; Faria, Geraldo Lúcio de; Rocha, Ronilson; Faria, Geraldo Lúcio de; Vilela, Jefferson José; Godefroid, Leonardo Barbosa; Rocha, Ronilson
Experimentos em escala real no setor metalúrgico possuem baixa viabilidade econômica para sua realização. Ainda sim, existe a necessidade contínua de aperfeiçoamento de processos de produção em busca de eficiência e qualidade nos produtos. Entre eles o processo de laminação a quente, que tem sido objeto de muitas pesquisas na ultimas décadas. Os fenômenos que ocorrem neste processo podem ser estudados em pequena escala por meio de ensaios de torção a quente, simulando condições semelhantes ao processo metalúrgico industrial. Neste trabalho foi realizada a automação e adaptação de uma máquina de torção de carregamento por pendulo da fabricante Amsler, desde a etapa de seleção de materiais e dispositivos, com o objetivo de permitir a realização de ensaios automatizados a frio e a quente, possibilitando assim que, no futuro, estudos possam ser desenvolvidos no intuito de simular o comportamento mecânico de aços em processos de laminação a quente. Um algoritmo para desenvolvimento de um software de controle e aquisição de dados da máquina foi proposto e executado utilizando a ferramenta LABVIEW. A execução do projeto de automação se mostrou viável e eficiente. Obteve-se uma máquina de torção automatizada completamente funcional e capaz de realizar ensaios a quente em temperaturas máximas de até 1150oC, incluindo a possibilidade de realização de ensaios por passes. Foi constatado um erro máximo de 0,7% para o fundo de escala do momento de torção e até 0,72o para o ângulo de torção. Foram realizados ensaios de torção a frio e a quente que comprovaram a eficiência do sistema e permitiram a visualização de fenômenos como o encruamento e recuperação por meio das curvas de tensão-deformação.
Effect of R load ratio on fatigue crack growth resistance of steels used in automotive applications : experimental results and use of performance prediction models.
(2023) Godefroid, Leonardo Barbosa; Bernardes, Américo Tristão; Muniz, Tainan Ferreira; Vilela, Jefferson José; Machado, Fabiano Alcântara
This research consisted in comparing the fatigue crack growth (FCG) performance of four HSLA/ AHSS steels used in automotive applications and with different microstructures, and the application of some prediction models for the da/dN versus ΔK traditional sigmoidal curve as a function of the R load ratio. FCG tests were carried out on C(T) test specimens with R-ratios varying between 0.03 and 0.7. Using the original and empirical methodology proposed by Paris and Erdogan to describe the da/dN-ΔK relationship, the results showed significant differences in function of microstructure, and a deleterious effect of R-ratio increase on the crack growth rate. In order to check existing methodologies based on physical considerations for predicting the fatigue behavior of materials and the effect of the R-ratio mainly in the fatigue threshold ΔKth region, the well-known crack closure model proposed by Elber, an approach using two parameters as a driving force for the crack growth proposed by Vasudevan and co-authors and a combination of these two models recently proposed by Zhu and co-authors were compared. The manifestation of crack closure and its qualitatively expected dependence on the R-ratio were verified for the studied steels, but the Elber model was not able to provide a master curve that accurately summarized the effect of the R-ratio on the sigmoidal fatigue curve of steels. The combined use of two critical thresholds, ΔKth* and Kmax*, for predicting fatigue crack growth according to the Vasudevan model also did not provide accurate results in evaluating the effect of the R-ratio. Regardless of the verified dispersions, there is a connection between the two-parameter methodology and crack closure, hence the model by Zhu and co-authors could be a promising alternative. However, this model also showed significant dispersions and was unable to create a master curve to adequately predict the effect of R-ratio on crack growth. Thus, it can be concluded that this research topic is still open, requiring a more in-depth phenomenological knowledge to predict the effect of the R-ratio on FCG.
Influência de tratamentos térmicos na resistência à fadiga e ao desgaste de um aço alto carbono microligado ao Nb e V de aplicação ferroviária.
(2019) Moreira, Luiza Pessoa; Godefroid, Leonardo Barbosa; Faria, Geraldo Lúcio de; Godefroid, Leonardo Barbosa; Vilela, Jefferson José; Queiroz, Rhelman Rossano Urzedo; Faria, Geraldo Lúcio de; Cândido, Luiz Cláudio
Os aços utilizados na fabricação de trilhos ferroviários devem ser resistentes à ocorrência de defeitos que podem provocar a falha desses componentes, assim como possuir uma boa combinação de resistência mecânica, resistência à fadiga e ao desgaste. Uma microestrutura adequada é fundamental para que as propriedades requisitadas sejam atendidas. Uma das alternativas para se obter a microestrutura desejada é a escolha da combinação apropriada de composição química e rota de processamento do material. Aços com microestrutura predominantemente perlítica têm sido utilizados já há muito tempo em componentes ferroviários devido às suas características mecânicas. Aços perlíticos ligados ao Nb e ao V podem ser uma opção para o setor ferroviário, e têm sido estudados. Uma outra alternativa para a fabricação de trilhos ferroviários é o aço com estrutura bainítica, onde um maior grau de refinamento na microestrutura pode ainda ser conseguido. Este trabalho, em um primeiro momento, caracterizou microestruturalmente e mecanicamente um aço eutetóide para trilhos ligado ao Nb e ao V em seu estado de entrega. Em um segundo momento, uma simulação computacional foi realizada para determinação de temperaturas críticas de transformação de fases no equilíbrio, diagramas TTT e TRC foram obtidos por dilatometria e o estudo de cinética de decomposição isotérmica da austenita em bainita foi realizado, etapas que permitiram planejar tratamentos térmicos de refino de perlita e de austêmpera a serem empregados nesse aço a fim de alterar sua microestrutura e melhorar suas propriedades. Posteriormente aos tratamentos térmicos, as microestruturas obtidas foram avaliadas com auxílio de microscopia óptica, eletrônica de varredura e de força atômica. Ensaios de dureza e tração foram realizados. Ainda foi avaliado o comportamento em nucleação de trinca por fadiga e em desgaste. Dessa forma, a influência do Nb e do V sobre a microestrutura e, consequentemente, sobre as propriedades mecânicas desse aço, foi avaliada, estudando o efeito desses microligantes quando presentes na forma de precipitados ou em solução sólida na austenita. O estudo dilatométrico e de cinética mostrou que a partir de tratamentos térmicos bem planejados, é possível a obtenção de uma microestrutura perlítica refinada ou de uma microestrutura majoritariamente bainítica em aços eutetóides com composições químicas relativamente simples. Os ensaios mecânicos mostraram que existe uma diferença de resistência mecânica por tração, à nucleação de trinca por fadiga e ao desgaste entre as condições estudadas. Os aspectos microestruturais foram correlacionados com os resultados, a fim de mostrar o efeito da microestrutura no comportamento mecânico dos aços. Os resultados deste trabalho mostram que há grande potencial de melhoria no comportamento dos trilhos ferroviários se adotada uma rota de fabricação com resfriamento controlado na superfície desses componentes para obtenção de uma microestrutura bastante refinada.
Modelamento de têmpera e partição para o desenvolvimento de um aço avançado de elevada resistência mecânica de terceira geração para aplicação automotiva.
(2022) Magalhães, Charles Henrique Xavier Morais; Faria, Geraldo Lúcio de; Godefroid, Leonardo Barbosa; Faria, Geraldo Lúcio de; Goldenstein, Hélio; Vilela, Jefferson José; Godefroid, Leonardo Barbosa; Porcaro, Rodrigo Rangel
Chapas de aços avançados de elevada resistência mecânica (Advanced High Strength Steel - AHSS), mecanicamente mais resistentes e mais finas, têm sido cada vez mais utilizadas para a fabricação de estruturas veiculares (BIW – body in white), objetivando atender às novas normas de emissões e padrões elevados de segurança. Aços AHSS de primeira e segunda geração, já são comumente utilizados na indústria automotiva, sendo que uma terceira geração está em desenvolvimento. Dentro da terceira geração, o conceito de têmpera e partição (Q&P) tem ganhado destaque desde o início dos anos 2000, propondo aços avançados de composição química próxima à dos aços AHSS de primeira geração, mas com propriedades mecânicas superiores. Muitas variáveis do processo Q&P têm sido estudadas por vários pesquisadores, sendo propostos diferentes ciclos Q&P para diferentes ligas. Porém, um ciclo Q&P, ainda é de difícil execução a nível industrial, sendo necessários maiores estudos para se conhecer melhor a metalurgia física desse processo. Nesse contexto, por meio de simulações termodinâmicas e físicas, experimentos em escala de bancada, bem como da caracterização microestrutural e mecânica de uma liga CMnSi comercialmente produzida e aplicada no Brasil, este trabalho propôs um desenvolvimento inédito de ciclos térmicos do tipo Q&P com o objetivo de se obter um aço AHSS de terceira geração para aplicação automotiva. Inicialmente caracterizou-se o estado de entrega do aço CMnSi (composição química típica de aços do tipo TRIP780) e determinou-se as temperaturas críticas de transformações de fases sob resfriamento contínuo. Em seguida, avaliou-se os efeitos de tratamentos térmicos do tipo step quenching (SQ) para a liga em estudo, propondo uma combinação desse tratamento com o processo Q&P. Os efeitos da temperatura de austenitização no tamanho de grão austenítico, assim como do tempo e da temperatura de austenitização na cinética de austenitização intercrítica (AI) também foram estudados, combinando-se esse tratamento ao processo Q&P. Assim, com base nos resultados obtidos, ciclos Q&P combinados a estágios prévios de SQ e de AI foram propostos, de maneira personalizada, para a liga CMnSi. Para a caracterização microestrutural dos aços produzidos, as técnicas de microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), difratometria de raios-X (DRX), difração de elétrons retroespalhados (EBSD) e microscopia eletrônica de transmissão (MET) foram utilizadas. A caracterização mecânica foi realizada por meio de ensaios de microdureza, de tração e de tenacidade à fratura. Com base nos resultados obtidos, foi possível propor três diferentes produtos promissores, sendo um Q&P, um Q&P após AI e um Q&P após SQ, todos com microestruturas contendo ferrita, bainita, martensita e austenita retida, porém com diferentes características e frações de cada constituinte. Os três produtos propostos apresentaram comportamentos mecânicos distintos, com potencial para serem destinados a diferentes aplicações na indústria automotiva. Destaca-se que todos atingiram limites de resistência e alongamentos em tração requeridos para aços AHSS de terceira geração, tendo em vista o contexto crashworthiness na indústria automotiva.
Resistência ao crescimento de trinca por fadiga de aços para aplicação automobilística, com emprego de modelos de previsão do efeito da razão R entre tensões.
(2019) Muniz, Tainan Ferreira; Godefroid, Leonardo Barbosa; Vilela, Jefferson José; Godefroid, Leonardo Barbosa; Cimini Júnior, Carlos Alberto; Faria, Geraldo Lúcio de; Vilela, Jefferson José
Esse trabalho consistiu na comparação do desempenho de quatro aços HSLA e AHSS de aplicação automobilística, com diferentes microestruturas, e aplicação de alguns modelos de previsão da curva da/dN versus ΔK em função da razão R entre tensões. Para isso, foram realizados ensaios de tração e dureza Vickers, para caracterizar propriedades mecânicas, e análises microestruturais e fractográficas, com auxílio das técnicas de microscopia óptica e eletrônica de varredura. Também foram realizados ensaios de propagação de trincas por fadiga em corpos de prova padronizados do tipo C(T) com razão R entre tensões entre 0,03 e 0,7. Os resultados mostraram diferenças significativas em função da microestrutura e propriedades mecânicas estáticas. O efeito deletério no crescimento de trinca por fadiga com o aumento entre a razão R foi observado. Comparou-se três modelos diferentes que preveem a relação da/dN versus ΔK principalmente na região próxima ao limiar: o clássico modelo com o conceito de fechamento de trinca proposto por Elber (1971), uma abordagem utilizando dois parâmetros como força motriz para o crescimento de trinca por fadiga proposto por Vasudevan e coautores (1994) e uma combinação desses dois modelos recentemente proposto por Zhu e coautores (2015). Os resultados forneceram subsídios para a indústria automobilística sobre o desempenho desses materiais sob fadiga. Todas as três metodologias de previsão levam em consideração importantes aspectos do comportamento de fadiga dos materiais. Porém, todos os modelos apresentaram problema de acurácia, necessitando de aprimoramento.
Tenacidade à fratura e resistência à iniciação e ao crescimento de trinca por fadiga de aços para aplicação em moinhos tubulares.
(2019) Guimarães, Claudinei Roberto; Godefroid, Leonardo Barbosa; Godefroid, Leonardo Barbosa; Vilela, Jefferson José; Silva, Ricardo Mattioli; Faria, Geraldo Lúcio de; Cândido, Luiz Cláudio
A motivação para a realização deste trabalho se deu após a investigação de uma falha precoce em uma junta soldada que conecta a pista de rolamento à tampa de alimentação de um moinho de bolas usado em uma planta de beneficiamento de minério de ferro. Na análise de falhas, conduzida pelo GEsFraM, foi identificado que o aço empregado neste local apresentou teor de carbono abaixo do limite inferior, não atendendo à sua especificação ASTM-A516-G60, a qual é aplicada em vasos de pressão e estruturas. A microestrutura apresentada por este aço consistiu em uma distribuição heterogênea de grãos de ferrita e colônias de perlita, com variações no tamanho e na fração volumétrica. Além disso, a união entre o anel deslizante e a tampa de alimentação do moinho criou um significativo concentrador de tensão geométrico e o processo de soldagem utilizado, apesar de atender às especificações, contribuiu para a heterogeneidade microestrutural, devido à exposição ao aporte térmico necessário para esta operação. Essas mudanças microestruturais e geométricas levaram a nucleação e crescimento de trincas por fadiga na junta soldada, que atravessaram a espessura da pista de rolamento. Como consequência, a polpa de minério de ferro foi contaminada com o óleo lubrificante, diminuindo o nível adequado de óleo e gerando desgaste excessivo nos rolamentos e perda de pressão do sistema de lubrificação. Todos esses fatos inviabilizaram a operação do equipamento. Visando propor substituição, comparação ou melhorias, três aços diferentes que atendem à especificação para aplicação em vasos de pressão foram analisados e comparados com o aço do moinho que falhou por meio de ensaios de tração, dureza Víckers, impacto Charpy, tenacidade à fratura (curvas J-R) e ensaios de fadiga (curvas σa-Nf e curvas da / dN x ΔK). Concluiu-se que a seleção do material para o componente do moinho deve levar em consideração uma composição química e microestrutura adequadas para essa aplicação, bem como seu comportamento a altas temperaturas de um processo de soldagem, a fim de garantir uma microestrutura e um mínimo de resistência mecânica compatível com o seu uso. Concluiu-se também que, dentre os quatro aços estudados neste trabalho, os aços ASTM A516 G60 e ASTM A516 G70 são os mais adequados e recomendados para aplicação na fabricação de moinhos de bolas tubulares.
Tenacidade à fratura, crescimento de trinca por fadiga e resistência ao desgaste de dois aços para aplicação em trilho ferroviário.
(2019) Souza, Andrew Thallisson de; Godefroid, Leonardo Barbosa; Godefroid, Leonardo Barbosa; Pinto, Maria Aparecida; Vilela, Jefferson José; Porcaro, Rodrigo Rangel
Neste trabalho se avaliou o comportamento mecânico de dois aços perlíticos utilizados para fabricação de trilhos ferroviários: um aço carbono, C-Mn-Si, e um aço microligado, Nb-V. O comportamento mecânico foi avaliado por ensaios de tração, ensaios de dureza, ensaios de tenacidade à fratura (KIC), testes de crescimento de trinca por fadiga, os quais gerou as curvas (da / dN x ΔK) e testes de desgaste por microabrasão. As superfícies de fratura de todos os corpos de prova testados foram analisadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV). O aço carbono apresentou uma microestrutura mais refinada do que o aço microligado devido às diferenças nos procedimentos termomecânicos industriais. No entanto, dureza, resistência à tração e tenacidade à fratura foram semelhantes para ambos os aços. As principais diferenças no comportamento mecânico foram verificadas nos ensaios de crescimento de trinca por fadiga e nos ensaios de desgaste: a resistência à fadiga e a resistência ao desgaste foram maiores para o aço microligado. Estes resultados são importantes para prever o comportamento dos aços utilizados no setor ferroviário, para realizar um controle de manutenção adequado, evitando uma falha prematura e um consequente acidente catastrófico, e para selecionar o material adequado para esta aplicação.