Resumo: O presente trabalho teve como objetivo a determinação dos parâmetros ótimos do processo de manufatura aditiva de Fusão Seletiva a Laser (FSL) para o aço 316L visando a obtenção de peças com alta densidade, utilizando equipamento fabricado no Brasil. Foi realizada também uma completa caracterização estrutural tanto da matéria prima utilizada (pó comercial) quanto das peças mais densas obtidas. As propriedades mecânicas das peças produzidas por FSL também foram avaliadas e comparadas com peça fabricada de forma convencional. Foi observado que a densidade das peças aumenta com o aumento da densidade volumétrica de energia fornecida pelo laser até atingir um patamar de máxima densidade. Um modelo polinomial foi proposto correlacionando a densidade volumétrica de energia utilizada com a densidade final da peça. As peças produzidas por FSL mostraram uma elevada densificação (densidade relativa superior a 99,49%) com uma reduzida porosidade homogeneamente dispersa no material. Uma microestrutura austenítica celular, típica do processo FSL, foi obtida. A dureza e a microestrutura das peças se mostrou constante ao longo do comprimento das mesmas e os resultados obtidos em ensaio de compressão mostraram que as peças obtidas por FSL possuem uma resistência mecânica e ductilidade próximas às observadas para amostra fabricada de forma convencional.

Abstract: The present study aimed to determine the optimum parameters for the Selective Laser Melting (SLM) additive manufacturing process of 316L steel in order to obtain high density parts, using equipment manufactured in Brazil. It was also carried out a complete structural characterization of both the raw material used (commercial powder) and the denser parts obtained. The mechanical properties of the parts produced by SLM were also evaluated and compared with parts manufactured by conventional methods. It was observed that the parts’ density increases with increasing energy density applied by the laser until maximum and constant density level is reached. A polynomial model was proposed correlating the energy density used with the final part density. The parts produced by SLM showed high densification (relative density greater than 99,49%) with low porosity homogeneously dispersed in the material. A cellular austenitic microstructure, typical of SLM process, was obtained. The hardness and microstructure of the parts are constant throughout their length and the compression test results showed that parts manufactured by SLM have strength and ductility similar to those manufactured by conventional methods.

Resumo O presente trabalho consiste na investigação dos parâmetros de soldagem a ponto por fricção (FSpW) – velocidade de rotação (VR), tempo de soldagem (TS) e profundidade de penetração (PP) – de chapas de AA2198-T8 com 1,6 mm de espessura. O estudo foi realizado com base em ensaios mecânicos de cisalhamento das juntas sobrepostas soldadas nas condições indicadas pelo método Taguchi, visando à determinação da condição ótima de soldagem do ponto de vista de propriedades mecânicas e de processo. Os resultados obtidos indicaram que todas as condições de soldagem avaliadas excedem o limite de carga em cisalhamento mínimo requerido para aplicação aeronáutica. A análise também apontou que as variáveis VR e PP são responsáveis por quase 90% da variação da carga de cisalhamento das juntas, enquanto a contribuição do TS mostrou-se consideravelmente menos significativa. Por fim, a condição ótima de soldagem foi encontrada para os valores mais altos de VR e PP, considerando-se os intervalos dos parâmetros empregados no estudo.

Abstract This work features the investigation of the refill friction stir spot welding (RFSSW) parameters – rotational speed (RS), welding time (WT) and plunge depth (PD) – of AA2198-T8 1.6-mm thick sheets. The study was performed based on lap shear strength tests of overlapped joints welded under conditions indicated by the Taguchi method in order to determinate the optimized combination of parameters, considering the mechanical properties and process conditions. Results based on mechanical testing indicate that all the welding conditions evaluated in the current study exceed the minimum criterion for lap shear strength required for aeronautic applications. RS and PD have shown to be responsible altogether for almost 90% of the welds’ lap shear strength variation, while TS presents considerable less significant contribution to the joints’ resistance. The optimized welding condition was found for highest RS and PD levels and lowest TS.

Resumo A deposição por fricção (FS) é um avançado processo de modificação da superfície no estado sólido, com aplicações crescentes na recuperação de peças desgastadas, proteção contra corrosão e revestimento. É considerada uma derivação do processo de soldagem por fricção, mantendo muitos benefícios do processo primário, tais como: fase sólida, microestrutura forjada e excelente ligação metalúrgica. Como não ocorre fusão dos materiais envolvidos, o processo permite a união dissimilar de materiais, evitando vários problemas relacionados com a fusão. O presente estudo aborda a deposição da liga de alumínio 5083-H112 sobre substratos de AA2024-T3, estudando sua viabilidade técnica e focando na influência do processo termomecânico nas propriedades metalúrgicas e mecânicas dos depósitos. Também são apresentados uma análise de desempenho e geométrica das soldas. A deposição das ligas foi realizada com sucesso; A deformação plástica e a geração de calor promovem uma recristalização dinâmica da até então estrutura anisotrópica do bastão consumível, resultando num depósito com microestrutura fina e homogênea, livre de qualquer deformação anterior. O depósito apresentou um aumento na resistência à tração e à deformação de ruptura de 9% e 6%, respectivamente. A eficiência de deposição obtida foi entre 25 e 50%, com um máximo de 48% de eficiência média observada com 800 RPM de velocidade rotacional, 12 kN de forca axial e 16 mm/s de velocidade transversal.

Abstract Friction surfacing (FS) is an advanced solid state process in surface modification with increasing applications in reclaiming worn parts, hardfacing and corrosion protection. The advantages of the process are that materials are deposited in the solid state and the resultant forged microstructure which leads to enhanced mechanical properties. As no melting takes place, the process allows joining of dissimilar materials while avoiding several fusion related problems. The present study addresses the deposition of AA5083-H112 coatings over AA2024-T3 substrates focusing on the influence of the main process parameters such as axial force, rotational speed and deposition speed, in the mechanical properties of the deposits. A performance and geometric analysis of the depositions are also presented. Sound aluminum coatings were produced; plastic deformation and heat generation promotes a dynamic recrystallization of the anisotropic consumable rod, resulting in a fine and homogeneous deposit. The coating presented an increase in ultimate tensile strength and failure deformation of 9% and 6%, respectively. Deposition efficiency between 25 and 50% were obtained, with a maximum of 48% average efficiency observed with 800 RPM, 12 kN and 16 mm/s.

Friction Stir Welding (FSW) joints of AISI 304 austenitic stainless steel (304 SS) using position controlled mode were investigated in order to understand and relate axial force behavior to welding quality. Joints were produced using two tools and four combinations of specific parameters. The results showed coherence between the axial force profiles and the low-magnification overviews of the welded joints. For defect-free joints, only a natural oscillation on axial force occurred after tool plunge. In contrast, abnormal or abrupt oscillations were directly associated with common welding defects, such as voids and nugget collapse.

Neste trabalho, tubos de aço inoxidável supermartensítico (AISM) foram soldados por fricção radial (SFR) e suas propriedades de corrosão foram estudadas através de ensaios de polarização anódica em solução de 3,5 % de NaCl e da técnica eletroquímica de reativação potenciocinética de ciclo duplo (DL-EPR). As medidas foram realizadas em amostras extraídas de diferentes regiões da solda SFR, i.e., metal de base (MB), interface de soldagem e anel consumível (AC). As propriedades de corrosão foram discutidas em termos da microestrutura metalúrgica resultante em cada região. A precipitação de carbonetos de Cr que ocorre durante o tratamento de revenimento causa um empobrecimento em Cr substancial na estrutura revenida do MB (Ir/Ia = 54,22%). Por outro lado, as regiões do AC e da interface de soldagem, que tiveram suas microestruturas transformadas e seus precipitados de carboneto de Cr redissolvidos pelo ciclo termomecânico de soldagem SFR, apresentam um baixo grau de empobrecimento em Cr (Ir/Ia < 1%). A microestrutura do AC, composta de uma mistura de martensita temperada e austenita retida, apresenta maior resistência à corrosão localizada do que a estrutura revenida do MB. Também foi observado que a ferrita-δ diminui a resistência à corrosão por pites na região da interface de soldagem.

In this work, supermartensitic stainless steel pipes were radial friction (RF) welded and their corrosion behavior were studied based on potentiodynamic polarization and double loop - electrochemical potentiokinetic reactivation (DL-EPR) tests. Measurements were performed on samples taken from the base metal (BM), weld interface, and consumable ring (CR) of the RF weldment. The corrosion properties were discussed in terms of their resulting metallurgical microstructure. The precipitation of Cr carbides that takes place during the tempering treatment induces a substantial Cr depletion value (Ir/Ia = 54,22%). On the other hand, CR and weld interface regions, which had their microstructure transformed and their Cr carbide precipitates redissolved by the RF welding thermomechanical cycle, present a low level of Cr depletion (Ir/Ia < 1%). The AC microstructure, which is composed of a mixture of virgin martensite and stable retained austenite, presents an increase in pitting corrosion resistance compared to the tempered structure of the BM region. It was also observed that the δ-ferrite decreases the pitting resistance of the weld interface region.

Anodizing has proven an effective method for preparing bioactive titanium and has been the subject of many studies regarding the performance and biological characterization of the layers obtained. However, the fatigue behavior of titanium alloys, after undergoing this process is still poorly studied. This study aims to investigate the influence of MAO (Micro-Arc Oxidation) process on the fatigue properties of titanium alloy Ti-6Al-4V. Therefore axial fatigue tests were performed to obtain SxN curves, of specimens in polished and anodized (MAO processed, phosphate salt solution, potential of 290 V) conditions. Roughness measurements, SEM, Raman spectra and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analyses were used to characterize the features of the modified surface. SEM was also used to analyze the fatigue fractures of the tested specimens. The MAO process, with the parameters used in this investigation, had no influence on the fatigue behavior of the Ti-6Al-4V alloy, when compared to specimens without surface modification.

A soldagem por fricção por ponto (FSpW) é um processo de soldagem no estado sólido adequado para a produção de juntas pontuais, especialmente em materiais leves, que são particularmente interessantes devido ao potencial de redução de peso. A penetração de uma ferramenta não-consumível e rotacional especialmente desenvolvida cria uma junção entre as placas sobrepostas através de calor por fricção e deformação plástica. A perda de material é mínima, obtendo-se, portanto, uma junta totalmente consolidada com superfície plana (sem furo). Neste trabalho, investigou-se o efeito dos parâmetros do FSpW, tais como velocidade de rotação, profundidade de penetração e tempo de residência, na resistência ao cisalhamento das juntas de liga de magnésio AZ31. A otimização dos parâmetros de entrada do processo foi realizada através do método de Taguchi de DOE. A análise de variância foi aplicada para determinar a importância individual de cada parâmetro. Os gráficos dos efeitos principais foram utilizados para indicar os melhores níveis que maximizam a resistência ao cisalhamento. Os resultados mostram que a profundidade de penetração da ferramenta possui a maior influência sobre a resistência da solda, seguida da velocidade de rotação e tempo de residência.

Friction spot welding (FSpW) is a solid state welding process suitable for producing spot-like joints, especially in lightweight materials, which are particularly interesting due to the weight saving potential. The plunging of an especially designed non-consumable and rotating tool creates a connection between overlapped sheets through frictional heat and plastic deformation. Minimum material loss is observed, and therefore a fully consolidated joint with flat surface (no keyhole) is obtained. In the current study, the effect of FSpW parameters, such as rotational speed, plunge depth and dwell time, on lap shear strength of AZ31 magnesium alloy joints was investigated. The optimization of input process parameters was carried out through Taguchi approach of DOE. Analysis of variance was applied to determine the individual importance of each parameter. Main effect plots were used to indicate the best levels for maximizing lap shear strength. The results show that tool plunge depth has the higher effect on the weld strength, followed by rotational speed and dwell time.

Nos setores industriais relacionados à aeronáutica e automobilística, tem-se buscado o desenvolvimento e a aplicação de ligas metálicas leves com o intuito da redução de massa dos produtos e consequente redução do consumo de combustível. Por suas dimensões e requisitos estruturais, componentes e seções de aviões e automóveis são produzidos através da união por processos de soldagem por fusão. Entretanto, processos de soldagem no estado sólido são preferíveis por evitar defeitos decorrentes da fusão, e têm sido objeto de estudo nas últimas duas décadas. Este trabalho teve por objetivo a caracterização de uma solda por FSW - Friction Stir Welding em junta de topo, da Liga de Alumínio 2198-T851 com espessuras diferentes (configuração "Tailored Blanks"). A metodologia utilizada na caracterização envolveu a determinação das propriedades mecânicas das juntas soldadas, compreendendo ensaios de tração e determinação de perfil de microdureza na seção transversal; e buscou-se compreender a relação entre as alterações microestruturais promovidas pelo processo de soldagem e as propriedades resultantes. Concluiu-se que, devido aos fenômenos metalúrgicos decorrentes do processo de soldagem utilizado, alterações microestruturais tais como refino de grão, encruamento e dissolução/formação de fases precipitadas permitiram a obtenção de uma solda cujas propriedades mecânicas de tração (salvo alongamento) igualaram-se a ou excederam aquelas do metal base, evidenciando a viabilidade de utilização dos parâmetros de soldagem por FSW utilizados neste trabalho.

In both aeronautic and automobile related industries, development and application of light-weighted metallic alloys have been pursued with the intention of reducing product weight and consequent fuel consumption. Due to their dimension and structural requirements, components and sections from airplanes and automobiles are produced through fusion-based welding processes. Still, solid-state based joining processes are preferable because they avoid defects intrinsic to fusion, and have therefore been an object of study in the last couple of decades. The objective of this work was the characterization of a friction stir welded (FSW) butt-joint of aluminum alloy 2198-T851 in tailored blanks configuration (sheets with different thicknesses). The methodology in which characterization was based involved the study of mechanical properties, through tensile tests and cross-section microhardness profiles determination, and the comprehension of the relation between microstructural changes caused by the welding process and resulting properties was sought. It was concluded that, due to metallurgical phenomena induced by the welding process, microstructural changes such as grain refinement, work-hardening and dissolution/formation of second phases as precipitates granted the attainment of a weld whose mechanical properties in tension (except elongation) equaled or exceeded those of base material, showing the feasibility of using the FSW parameters considered in this work.

A recente preocupação quanto às mudanças climáticas vem impulsionando pesquisas em eficiência energética dos meios de transportes no sentido de reduzir a emissão de gases. Uma das principais soluções consiste na redução do peso estrutural através da aplicação de novos materiais, como as ligas leves de alumínio e magnésio. Entretanto, novos usos ficam muitas vezes limitados pela dificuldade de união desses materiais. A técnica de soldagem por fricção e mistura (FSW) é um processo de união no estado sólido que surge como uma alternativa viável para substituir ou complementar as tecnologias de união consagradas. Como uma junta contínua não é sempre a requisitada, duas tecnologias de união por ponto derivadas do FSW estão em desenvolvimento: soldagem por fricção e mistura por ponto (FSSW) e soldagem por fricção por ponto (FSpW). Além de fornecerem juntas de elevada resistência e praticamente isentas de defeitos, estas técnicas apresentam alta eficiência energética, curto ciclo de soldagem, facilidade de automação e compatibilidade com o meio-ambiente, fazendo frente às técnicas convencionais de união por ponto, como a soldagem por resistência por ponto (RSW) e a rebitagem.

The recent concern about climate change has stimulated research into transport energy efficiency in order to reduce the emission of gases. One of the main solutions is to reduce the structural weight through the application of new materials, such as aluminum and magnesium lightweight alloys. However, new applications are often limited by the difficulty of joining these materials. Friction Stir Welding (FSW) is a solid state joining technique that emerges as a viable alternative to replace or complement the established joining technologies. As a continuous weld is not always requested, two spot welding technologies derived from FSW are under development: Friction Stir Spot Welding (FSSW) and Friction Spot Welding (FSpW). Besides providing almost defect-free and high strength joints, these techniques exhibit high energy efficiency, short welding cycle, ease of automation and environmental compatibility, competing against the conventional spot joining techniques, such as Resistance Spot Welding (RSW) and riveting.

Este trabalho visou analisar a caracterização microestrutural e o comportamento mecânico das ligas de alumínio AA2139 T3 e T8 quando são soldadas pelo processo Soldagem por Fricção Rotativa com Mistura, o qual é realizado na fase sólida. A análise microestrutural foi realizada utilizando microscopia óptica e eletrônica de varredura, e o comportamento mecânico foi avaliado através de medidas de microdureza e ensaio de tração convencional complementado pelo sistema ARAMIS. As ligas foram soldadas nos mesmos parâmetros de soldagem e com a mesma ferramenta, a fim de avaliar a qualidade da junta soldada para as duas condições de tratamento térmico, T3 e T8. Os resultados obtidos mostraram soldas resistentes para ambos os tratamentos térmicos, porém com melhores propriedades mecânicas para a liga AA2139 T3.

This work aimed to study the microstructural characterization and mechanical behavior of AA2139 T3 and T8 aluminum alloys joined by FSW - Friction Stir Welding. The microstructural analysis has been done using optical microscope and scanning electron microscopy, and the mechanical analysis were evaluate through microhardness testing and conventional tensile test using the ARAMIS system . Each alloy were welded using the same welding parameters and the same tool in order to evaluate the joint quality for both heat treatment used for this work, T3 and T8. The result showed sounds joints for both heat treatments, although with better mechanical properties for the alloy AA2139 T3.

A thermodynamic model was used to investigate the solidification of a hardfacing material in Fe-Cr-C-Nb system designated CNO, and developed for cladding components subjected to severe abrasive wear by welding. Microstructural characterization of the alloy showed that the theoretical simulations carried out to predict the amount and volume fraction of the phases using the module Scheil of MT-DATA Software gave very realistic results in the case of the rapid solidification of the hardfacing alloy CNO. The results obtained in this study indicate that the utilization of this tool may provide a good understanding of alloys solidification. As a consequence, it is possible to enable the refinement of alloy composition during the early stages of hardfacing materials development, leading to a decreasing of overall cost and time of manufacturing of hardfacing electrodes.

This article presents a literature overview and discusses a practical case involving the effect of in service weld repair on the performance - behavior under creep conditions and remanent life - of low alloy CrMo steel steam pipelines with longstanding use. According to the specialized literature, several authors argue that the in service weld repair of low alloy CrMo steel steam pipes can be done successfully, while others disagree, reporting a reduction of up to 30% or more in the remanent life. According to the case analyzed here, which involves the weld repair of a 1¼Cr½Mo ferrite-pearlite steel steam pipe operating for 20 years at 480 °C, in service weld repair leads to the intragranular precipitation of Fe2MoC-type carbides and decreases the solute concentration of the ferrite in the base metal adjacent to the welded joint, thereby considerably reducing the pipeline's remanent life, since the estimated rupture time for the service-aged material is 3.6 times that estimated for the weld-repaired joint.

O aumento nos custos de equipamentos de Pesquisa e Desenvolvimento - P&D além da necessidade de aperfeiçoamento constante da mão-de-obra especializada, tem sido uma das principais razões para o fechamento de vários laboratórios de P&D das indústrias. Entretanto, como a pesquisa e desenvolvimento são essenciais para novos produtos em um mercado cada vez mais competitivo, diversos centros de P&D foram criados nos países desenvolvidos. No Brasil, o primeiro centro de prestação de serviços criado pelo Estado está localizado no campus da Universidade Federal de São Carlos: o Centro de Caracterização e Desenvolvimento de Materiais - CCDM, um projeto de US$ 5 milhões. A principal diferença entre o CCDM e os existentes centros de P&D no Brasil, é a de que o CCDM é uma entidade sem fins lucrativos, deve ser auto-sustentável e presta serviços para as empresas, universidades e institutos de pesquisas. Este trabalho apresentará a experiência deste primeiro centro no Brasil. O crescimento contínuo e o sucesso deste centro - exemplo de terceirização - deve conduzir a um progresso na pesquisa e desenvolvimento na área de Ciência e Engenharia de Materiais.

The increase of research and development equipment costs and the need of updating specialized staff has been the main reason for the cease of several industrial R&D laboratories. As R&D is essential for new products in a very competitive market, several industry-university cooperative research centers have been created in the developed countries. In Brazil the first center created by the government is located at the Federal University of São Carlos: the Center for Characterization and Development of Materials - CCDM, a US$ 5 millions project. The main difference among CCDM and the existing R&D centers in Brazil is that the CCDM is a non-profitable institution, has to be selfsupported and provides services to the industries, universities and research centers. This paper will present the experience of this first center in Brazil. The continued growth and success of this outsourcing center should lead to considerable progress in research and development in the field of Materials Science and Engineering.