Abstract: Revestimentos superficiais são aplicados à muitas ferramentas de usinagem na indústria metalúrgica com o intuito de melhorar a eficiência de corte e aumentar sua vida útil. Neste trabalho foram realizados testes para remoção do recobrimento de nitreto de titânio alumínio (TiAlN) em pastilhas de carboneto de tungstênio (WC-Co), utilizando um feixe laser de pulsos ultracurtos. Após a determinação dos limiares de dano do filme e do substrato foram ablacionados na superfície do recobrimento, traços utilizando duas condições de ablação. Inicialmente operou-se no regime de baixa fluência do filme, e posteriormente no regime de baixa fluência do substrato, muito abaixo do limiar do filme, aplicando-se alta sobreposição de pulsos. Um sistema de espectroscopia de emissão atômica induzida por laser (LIBS) foi montado para monitoramento dos materiais presentes no plasma gerado pelo laser, porém o sistema não apresentou sensibilidade suficiente para leitura da baixa intensidade do plasma proveniente do processo e não foi utilizado. Após a análise dos traços por microscopia eletrônica, perfilometria óptica e espectroscopia por fluorescência de Raios-X, não foi possível determinar um processo seguro para realizar a remoção seletiva do filme em questão, porém, devido aos dados obtidos e observações dos resultados em alguns traços, novas possibilidades foram levantadas, abrindo a discussão para a realização de trabalhos futuros.

Palavras-Chave: short wave radiation; pulses; plasma; lasers; titanium nitrides; films; tungsten carbides; ablation; surface properties; coatings; materials working; electron microscopy; x-ray fluorescence analysis; fluorescence spectroscopy

OLIVEIRA, EDUARDO S. Ablação seletiva de um filme de nitreto de titânio em substrato de carboneto de tungstênio utilizando laser de pulsos ultracurtos. Orientador: Wagner de Rossi. 2017. 90 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/D.85.2017.tde-16052017-114430. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/27976. Acesso em: $DATA.

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Abstract: Os aços microligados representam, cada vez mais, uma parcela significativa de produção das usinas siderúrgicas para aplicações nos mais variados segmentos industriais tais como o automotivo, petróleo e gás, construção civil e agronegócio. A característica principal desses aços é a sua elevada resistência mecânica, aliada à boa tenacidade, ductilidade e soldabilidade; o que vem sendo obtido pela utilização de composições químicas específicas com teores baixos de carbono e de microligantes que conferem essas características a esses aços. Os microligantes utilizados são os mais variados, mas principalmente destaca-se a utilização do vanádio, nióbio, titânio, cobre, manganês, cromo, alumínio e nitrogênio. No presente trabalho foram estudadas as propriedades mecânicas de um aço microligado ao vanádio com 0,25%V e um aço AISI 1020. O aço microligado apresentou LRT, LE, alongamento e estricção de, respectivamente, 735,29 MPa, 559,07 MPa, 22,7% e 63,29%. O aço AISI 1020 apresentou, respectivamente, 437,42 MPa, 268,71MPa, 32,92% e 67,15%. O aço microligado apresentou propriedade mecânica superior à do aço AISI 1020 e ductilidade equivalente. Os resultados de impacto Charpy nas temperaturas de 23 °C, -20 °C e -40 °C foram, para o aço microligado, respectivamente de, 33,83 J, 12,41 J, e 6,54 J, e para aço AISI 1020 33,18 J, 5,07 J e 3,04 J, respectivamente. Observa-se tenacidade superior do aço microligado, quando comparado com o aço AISI 1020. O ensaio revelou microestruturas refinadas em ambos os aços, e tamanho de grão de 18μm n° 8 ASTM E 112 e de 25 μm n° 7 para o aço microligado e para o AISI 1020, respectivamente. Os testes eletroquímicos realizados em uma solução aquosa 3,5% em peso de NaCl revelaram que o aço microligado apresentou formação de camada passiva, e mostrou-se menos resistente à corrosão.

Palavras-Chave: alloy steel; vanadium additions; microstructure; charpy test; tensile strength; mechanical structures; materials working; corrosion protection; surface treatments

MORAES JUNIOR, ODILON de. Caracterização de um aço baixo carbono microligado ao vanádio utilizado na fabricação de componentes mecânicos. Orientador: Marina Fuser Pillis. 2019. 73 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/D.85.2019.tde-07062019-100650. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/29899. Acesso em: $DATA.

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Abstract: No campo de materiais para o setor automotivo, o uso do aço avançado de primeira geração bifásico de 1,3 GPa de resistência mecânica, cuja microestrutura ferrita/martensita confere ultra-alta resistência à tração, pode ser soldado a ponto por resistência elétrica ou unido à frio por conformação plástica e ancoramento (clinching). Algo benéfico é que isto pode ser executado com equipamentos já existentes coadunando para a construção leve. A aplicação do aço avançado de primeira geração bifásico 1,3 GPa de até 1,50 mm de espessura se mostra atrativa para substituir componentes obtidos por estampagem a quente no setor automotivo como barras de proteção lateral, reforços no assoalho e outros componentes relevantes no sistema de gerenciamento da segurança ativa. O presente trabalho visou correlacionar aspectos das uniões por clinching e por solda a ponto por resistência elétrica, quanto à resistência à tração para cisalhamento e para destacamento de corpos de prova preparados em corte por laser. As alterações na região de ancoramento do clinching e da zona afetada pelo calor na solda a ponto foram avaliadas em termos microestruturais e de microdureza. As cargas observadas durante os ensaios de destacamento do clinching com ruptura completa da região de estricção ou zona de estricção se mostraram mais elevadas do que quando ocorreu o desenbricamento da união mecânica. Quanto à solda ponto, apesar das variações adicionadas pelo processo térmico como queda da microdureza e da ruptura na região subcrítica no ensaio de resistência ao destacamento, ainda assim a resistência mecânica à ruptura foi 62% superior ao clinching na média. Os resultados permitiram concluir que, nas condições experimentais do presente trabalho, o clinching é exequível para materiais de ultra-alta resistência e permitiu uma correlação de 3 clinchings para cada 2 pontos de solda para ensaio quase estático.

Palavras-Chave: sheets; steels; duality; phase transformations; resistance welding; joining; strength functions; mechanical properties; materials working

BASTOS, VANDERLEI M. O clinching e a solda a ponto em aço avançado bifásico de 1,3 GPa de resistência mecânica. Orientador: Jesualdo Luiz Rossi. 2022. 66 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/D.85.2022.tde-19102022-170258. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/33600. Acesso em: $DATA.

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Abstract: O aumento na longevidade humana fez surgir uma série de doenças com a idade; em contrapartida o avanço da medicina possibilitou o diagnóstico precoce e o tratamento de várias doenças antes incuráveis. Esse cenário atual estendese também aos animais domésticos (cães e gatos - PETs) que dobraram sua expectativa de vida nas últimas décadas, fato que os humanos demoraram séculos para alcançar. Do mesmo modo que os humanos, esse aumento na longevidade dos animais veio acompanhado de doenças relacionadas com a idade, entre elas o câncer. Uma das terapias utilizadas atualmente no tratamento do câncer é a radioterapia, técnica que utiliza a radiação ionizante para destruir as células tumorais (volume-alvo) com mínimo prejuízo aos tecidos circunvizinhos sadios (órgãos de risco). Essa técnica exige a realização periódica de testes de controle de qualidade, incluindo a dosimetria com a utilização de objetos simuladores equivalentes ao tecido, de modo a verificar a dose de radiação recebida pelo paciente em tratamento e compará-la posteriormente com a dose de radiação calculada pelo sistema de planejamento. A rápida expansão do mercado de impressoras 3D abriu caminho para uma revolução na área da saúde. Atualmente os objetos simuladores por impressão 3D estão sendo usados em planejamentos de Radioterapia para a localização espacial e mapeamento das curvas de isodose, realizando, assim, um planejamento mais personalizado para cada campo de radiação, além da confecção de implantes dentais, customização de próteses e confecção de bólus. Diante do exposto esse trabalho projetou e desenvolveu um objeto simulador chamado de \"Canis Morphic\" utilizando uma impressora 3D e materiais tecido-equivalentes para a realização dos testes de controle de qualidade e otimização das doses na área de Radioterapia em animais (cães). Os resultados obtidos demonstraram-se promissores na área de criação de simuladores por impressão 3D, com materiais de baixo custo, para aplicação no controle de qualidade em Radioterapia veterinária.

Palavras-Chave: process development units; functional models; biological materials; biological models; phantoms; three-dimensional calculations; computer-aided manufacturing; computer-graphics devices; additives; materials working; radiotherapy; dosimetry; tissue-equivalent materials; veterinary medicine

VENEZIANI, GLAUCO R. Desenvolvimento de um objeto simulador "Canis Morphic" utilizando impressora 3D para aplicação em dosimetria na área de radioterapia veterinária. Orientador: Letícia Lucente Campos Rodrigues. 2017. 99 f. Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/T.85.2017.tde-05062017-144227. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/27967. Acesso em: $DATA.

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Abstract: Nas últimas décadas, têm aumentado substancialmente a quantidade de pesquisas focando no desenvolvimento e caracterização de materiais biodegradáveis, particularmente, filmes comestíveis. O uso de polímeros de fontes renováveis, preparados a partir de produtos vegetais, vem ganhando importância nessa abordagem. O concentrado de proteína de soja e amido de mandioca podem ser considerados uma alternativa aos polímeros petroquímicos. O processamento pela radiação ionizante pode ser empregado para a modificação de polímeros e macromoléculas, resultando em novos materiais com grandes perspectivas de utilização industrial. A indústria de alimentos, uma das indústrias tradicionalmente mais inovadoras, exige o desenvolvimento constante de novos produtos. A capacidade de proteínas e polissacarídeos de formar filmes, amplamente conhecida, é um ponto de partida para o desenvolvimento de novos materiais que atendam os variados requerimentos dessa pungente indústria. Neste trabalho elaboraram-se filmes a base de fécula de mandioca e proteína isolada de soja em duas proporções diferentes e posteriormente irradiados e analisados quanto às suas propriedades mecânicas, cor, absorção de água, permeabilidade ao vapor de agua, análise térmica TGA e DSC entre outros. Os filmes tornaram-se aparentemente mais solúveis e menos resistentes a perfuração com o aumento da dose de radiação aplicada. Com relação às propriedades térmicas observou-se que os filmes com maior proporção de proteína são mais resistentes. Os filmes apresentaram-se menos permeáveis na dose de 40 kGy, e, com relação a absorção de água, esta foi reduzida em função da dose de radiação. Filmes com boa resistência ao vapor de água e com reduzida absorção podem ser considerados adequados para embalagens de alimentos. A radiação mostrou ser uma ferramenta conveniente na modificação de materiais poliméricos principalmente para elaboração de filmes solúveis onde esta é uma nova tendência para embalagens bioativas.

Palavras-Chave: biotechnology; cassava; starch; food industry; packaging; packaging rules; materials working; proteins; polysaccharides; permeability; steam; linear absorption models; ionizing radiations; thermodynamic properties; thermal gravimetric analysis; scanning light microscopy; optical microscopy

UEHARA, VANESSA B. Efeito da radiação ionizante de feixe de elétrons em propriedades de biopolímeros comestíveis a base de proteína isolada de soja e fécula de mandioca. Orientador: Nélida Lúcia Del Mastro. 2017. 85 f. Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/T.85.2017.tde-24072017-112750. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/27971. Acesso em: $DATA.

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Abstract: O polímero Acrilonitrila Butadieno Estireno (ABS) é um dos polímeros mais versáteis disponíveis nos dias de hoje. Atualmente o Brasil não produz o ABS, o que limita a indústria brasileira de plásticos a utilizar as variações deste polímero importadas, ofertadas no mercado nacional por distribuidores locais. Este estudo avaliou os efeitos da adição das argilas Cloisite Na® e Branca de Cubati na matriz polimérica ABS e também os efeitos decorrentes do tratamento por radiação ionizante no ABS e nos compósitos ABS/Argila como formas de modificação de um ABS convencional. Visando avaliar a diferença entre uma argila organofílica e uma organofóbica, a argila Branca de Cubati foi organofilizada e a argila Cloisite Na® foi utilizada como recebida. Foram preparados, utilizando uma extrusora dupla rosca, concentrados a 30 % em massa da argila Branca de Cubati, previamente organofilizada e da Cloisite Na® em Estireno Acrilonitrila (SAN). Os concentrados foram adicionados ao ABS a 1, 3 e 5 % em massa das argilas e foram injetados corpos de prova. Parte dos corpos de prova foi submetida à irradiação por feixe de elétrons à uma dose de 600 kGy. Os compósitos irradiados e não irradiados foram caracterizados por meio de ensaios de resistência a tração, resistência a flexão, resistência ao impacto, temperatura de distorção térmica, ponto de amolecimento Vicat, análise de termogravimétrica (TG), difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura com emissão de campo (MEVFEG) e a correlação entre os resultados foi discutida. Foram observadas melhorias nas propriedades mecânicas, exceto resistência ao impacto, nos materiais aditivados com as argilas, sendo os melhores resultados obtidos com a argila Branca de Cubati. O tratamento por radiação ionizante favoreceu o processo de reticulação do ABS.

Palavras-Chave: impact tests; thermal gravimetric analysis; x-ray diffraction; ionizing radiations; comparative evaluations; optical microscopy; sweep efficiency; plastics industry; clays; materials testing; materials working; sodium carbonates; styrene; acrylonitrile; copolymers; organic polymers; brazil

SALES, JORGE N. DE. Estudo do efeito da incorporação das argilas branca de Cubati e Cloisite Na® nas propriedades do termoplástico acrilonitrila butadieno estireno submetido à radiação ionizante. Orientador: Esperidiana Augusta Barretos Moura. 2016. 87 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/D.85.2017.tde-13122016-082332. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/27128. Acesso em: $DATA.

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Abstract: O objetivo do presente trabalho foi à obtenção de aço rápido tipo AISI M2 pela técnica da conformação por “spray” e a avaliação deste, quanto ao seu desempenho quando aplicado como ferramenta de usinagem. O material obtido foi laminado a quente com razões de redução de 50 e 72%, resultando em placas a partir das quais foram confeccionadas pastilhas intercambiáveis para realização de testes de usinagem. O desempenho das pastilhas obtidas a partir do material conformado por “spray” e laminado a quente, foi confrontado com o de pastilhas confeccionadas a partir de material processado convencionalmente (lingotamento convencional), e com material processado pela técnica da metalurgia do pó (MP). As variações do material obtido por conformação por “spray”, assim como também os demais materiais, foram caracterizados química, física, mecânica e microestruturalmente. Adicionalmente, foram realizados testes de usinagem para avaliação de desempenho do material quando submetido a condições reais de trabalho. Os resultados da caracterização dos materiais evidenciaram o potencial da técnica de conformação por “spray”, em possibilitar a obtenção de materiais com boas características e propriedades. Para as condições de processamento, conformação mecânica e de tratamentos térmicos aplicados neste trabalho, às análises dos resultados dos testes de usinagem revelaram um comportamento muito próximo entre todos os materiais de ferramenta utilizados. Procedendo a uma análise mais refinada dos resultados dos testes de usinagem contínua, foi verificado um desempenho ligeiramente superior para o material obtido pela técnica da metalurgia do pó (MP), seguido pelo material obtido pela técnica da metalurgia convencional, o qual apresentou uma vantagem mínima em relação ao obtido pela técnica da conformação por “spray” e laminado com redução de 72%. Por fim, o desempenho inferior ficou por conta do material obtido pela técnica da conformação por “spray” e laminado com redução de 50%, o qual apresentou os maiores valores de desgaste.

Palavras-Chave: steels; materials working; machine tools; machining; heat treatments; wear; titanium carbides; tungsten carbides; powder metallurgy; microstructure; sintering; sprays; transition element alloys; experimental data; x-ray diffraction

JESUS, EDILSON R.B. de. Ferramentas de usinagem em aco rapido AISI M2 obtido por conformacao por 'Spray'. Orientador: Jesualdo Luiz Rossi. 2004. 198 f. Tese (Doutoramento) - Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP, Sao Paulo. DOI: 10.11606/T.85.2004.tde-11072007-073936. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/11244. Acesso em: $DATA.

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Abstract: A reciclagem de refugos é um processo estratégico que viabiliza a expansão do mercado de plásticos, podendo gerar novos produtos. A obtenção de blendas poliméricas é uma alternativa nesse processo, já que é conhecida a perda de propriedades mecânicas dos termoplásticos nas etapas de reprocessamento. Neste trabalho, o polietileno de alta densidade (PEAD) reciclado teve adições de borracha do monômero etileno-propileno-dieno (EPDM) puro em baixos teores (1 %, 5 % e 10 %), cujo objetivo foi formar blendas miscíveis e um produto final mais resistente ao impacto. O PEAD foi submetido a quatro ciclos de moagem, extrusão e injeção (reprocessamento) e misturado ao EPDM puro por extrusão sem o uso de qualquer aditivo. Os grânulos da blenda formada foram usados para confeccionar os corpos-de-prova por injeção para seu uso nas distintas metodologias analíticas. O processo de irradiação gama foi aplicado nas doses de 50 kGy e 100 kGy e os parâmetros físico-químicos e mecânicos dessas amostras foram comparados aos das não irradiadas. Tanto as blendas irradiadas como as não irradiadas mostraramse visualmente e microscopicamente homogêneas, indicando a compatibilidade da mistura, que também é verificada por seu comportamento térmico. Os parâmetros mecânicos provenientes dos ensaios de tração e flexão, foram semelhantes nas amostras do termoplástico virgem e do reciclado; o processo de irradiação nas blendas gerou sua reticulação, sendo esta verificada não só pelo aumento dos valores desses parâmetros como também pelo aumento da fração gel. A resistência ao impacto aumentou cerca de duas vezes e meia nas amostras com maior teor de EPDM e cerca de 6 a 7 vezes nestas mesmas amostras irradiadas a 50 kGy e 100 kGy respectivamente. O novo material obtido tem fortes indicativos para a sua utilização na pequena e média indústria de plástico, uma vez que já com 1 % de EPDM apresentam melhores características mecânicas em relação ao termoplástico reciclado quatro vezes e essas características foram incrementadas após o processo de irradiação gama.

Palavras-Chave: impact tests; plastics; thermoplastics; ethylene propylene diene polymers; materials testing; materials working; materials handling; recycling; waste processing; stresses; strains; flexural strength; charge density; density functional method; gamma radiation; comparative evaluations

GABRIEL, LEANDRO. Preparação, irradiação e caracterização de blendas PEAD reciclado/EPDM. Orientador: Aurea Beatriz Cerqueira Geraldo. 2016. 94 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/D.85.2016.tde-24112016-143050. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/26946. Acesso em: $DATA.

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Abstract: Neste trabalho investigou-se a obtenção do composto TiFe a partir da moagem de alta energia de misturas de pós de TiH2 e Fe, seguida de aquecimento sob vácuo para a reação de síntese. No lugar do Ti, o TiH2 foi escolhido como precursor em razão de sua fragilidade, benéfica para a diminuição da aderência dos pós ao ferramental de moagem. Foram preparados dois lotes de misturas obedecendo-se a relação Ti:Fe de 50:50 e 56:44. Ambos foram processados em um moinho do tipo planetário por tempos que variaram de 5 até 40 horas, sob atmosfera de argônio de elevada pureza. Em todos os experimentos foram mantidos constantes a velocidade de rotação do prato do moinho, a quantidade de amostra, o diâmetro e o número de bolas. As amostras moídas foram caracterizadas por calorimetria exploratória diferencial (DSC), termogravimetria (TG), microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X (DRX) e fluorescência de raios X por dispersão de energia (EDXRF). Apenas TiH2 e Fe foram observados nas amostras moídas, com um grau crescente de mistura em função do tempo de moagem. O composto TiFe nanoestruturado (12,5 a 21,4nm) foi obtido de forma majoritária em todas as amostras após a reação de síntese promovida pelo tratamento térmico a 600ºC (873K). As amostras reagidas foram caracterizadas por microscopia eletrônica de transmissão (MET) e DRX. Um equipamento do tipo Sievert, operando sob um fluxo constante (modo dinâmico), foi utilizado para levantar as curvas termodinâmicas de absorção e dessorção de hidrogênio. Todas as amostras absorveram hidrogênio à temperatura ambiente (~298K) sem a necessidade de ciclos térmicos de ativação. Os melhores resultados foram obtidos com as amostras moídas por 25 e 40 horas, de composição não estequiométrica 56:44. Tais amostras absorveram e dessorveram hidrogênio à temperatura ambiente, sob os platôs de aproximadamente 6,4 e 2,2bar (~0,6 e 0,2MPa), respectivamente. A capacidade máxima de armazenamento foi de 1,06% em massa de hidrogênio (H:M~0,546), sob pressão de até 11bar (1,1MPa), com reversão de até 1,085% em massa de hidrogênio (H:M~0,559), sob pressão de até 1bar (0,1MPa). Estas amostras também apresentaram maior cinética de absorção e dessorção de hidrogênio com fluxos de 1,23 (25h) e 2,86cm3/g.min. (40h). Tais resultados são atribuídos à variação composicional da fase TiFe e à maior quantidade de TiH2 livre.

Palavras-Chave: materials testing; materials working; nanostructures; stresses; milling; titanium hydrides; iron hydrides; hydrogen compounds; hydrogen storage; powder metallurgy; temperature measurement; thermometers; calorimetry; scanning electron microscopy; x-ray diffraction; x-ray fluorescence analysis

FALCAO, RAILSON B. Síntese por reação do TiFe nanoestruturado para o armazenamento de hidrogênio, a partir da moagem de alta energia de misturas de pós de TiH2 e Fe. Orientador: Ricardo Mendes Leal Neto. 2016. 128 f. Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear ) - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/T.85.2017.tde-19012017-134345. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/27135. Acesso em: $DATA.

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