dc.creator |
BARBEDO, Elioenai Levi |
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dc.date.issued |
2025-02-17 |
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dc.identifier.uri |
https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4220 |
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dc.description.abstract |
Tool steels produced by powder metallurgy, such as Vanadis® 8, stand out due to their excellent
mechanical properties, making them suitable for applications in cutting tools, punches, and dies.
However, the chips obtained from machining this material are sold as scrap to companies that use
remelting, an inefficient method due to non-uniform cooling, which promotes the coarse formation of
carbides and compromises the material’s microstructural properties. Therefore, the objective of this
work is to utilize a new optimization algorithm called the multi-objective algorithm of Lichtenberg
to determine the best parameters for the high-energy milling (MAE) and sintering processes, with
the aim of making the reuse of this material economically viable. The response surface methodology,
a statistical technique used to model and optimize processes, was employed to generate metamodels
with the equations. The milling parameters used were 300–400 rpm, a ball-to-weight ratio of
1:15, and a duration of 12–50 hours. To validate the model, microstructural characterization analyses,
such as SEM, XRD, and laser diffraction, were performed. The responses analyzed included particle
size, particle distribution, and mill energy consumption. The metamodel exhibited an overall error of
6.82% when compared to the confirmation experiment. The milling results showed that it is possible
to save up to 26 process hours with the optimization and obtain powders of excellent quality for subsequent
processes, such as compaction and sintering. For the sintering process, the parameters used
were 1200-1300 ◦C and 1-2 hours. The evaluated responses were apparent density, furnace energy
consumption, and microhardness. The equations derived from the metamodels showed satisfactory
fits, with adjusted R² values of 81.17% for apparent density, 91.58% for energy consumption, and
85.94% for microhardness, enabling the identification of optimized sintering temperature and time
variables. The sintering metamodel demonstrated a global error of 7.2% compared to the validation
experiment. Following heat treatment involving quenching and double tempering, the recycled samples
achieved an average hardness of 96.9% compared to the commercial material, demonstrating
good performance despite microstructural differences caused by the recycling process. In the compression
test, the recycled samples attained 66.84% of the commercial material’s elastic modulus.
The novelty of this study lies in the integration of Lichtenberg’s new multiobjective algorithm with
an innovative approach to recycling tool steels manufactured through powder metallurgy, offering
significant added value. |
pt_BR |
dc.language |
por |
pt_BR |
dc.publisher |
Universidade Federal de Itajubá |
pt_BR |
dc.rights |
Acesso Aberto |
pt_BR |
dc.subject |
Vanadis ® 8 |
pt_BR |
dc.subject |
Metalurgia do pó |
pt_BR |
dc.subject |
Moagem de alta energia |
pt_BR |
dc.subject |
Reciclagem de resíduos metálicos |
pt_BR |
dc.subject |
Metodologia superfície resposta (RSM) |
pt_BR |
dc.subject |
Algoritmo multiobjetivo de Lichtenberg |
pt_BR |
dc.title |
Otimizacao do processo de reuso do cavaco do aco Vanadis ® 8 pela rota da metalurgia do pó, utilizando a moagem de alta energia |
pt_BR |
dc.type |
Tese |
pt_BR |
dc.date.available |
2025-03-20 |
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dc.date.available |
2025-03-20T19:25:45Z |
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dc.date.accessioned |
2025-03-20T19:25:45Z |
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dc.creator.Lattes |
http://lattes.cnpq.br/0820111570083525 |
pt_BR |
dc.contributor.advisor1 |
SILVA, Gilbert |
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dc.contributor.advisor1Lattes |
http://lattes.cnpq.br/1912171391296662 |
pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1 |
GOMES, Guilherme Ferreira |
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dc.contributor.advisor-co1Lattes |
http://lattes.cnpq.br/4963257858781799 |
pt_BR |
dc.description.resumo |
Os aços ferramenta fabricados por metalurgia do pó, como o Vanadis ® 8, destacam-se por suas
excelentes propriedades mecânicas, sendo aplicados em ferramentas de corte, punções e matrizes.
Entretanto, os cavacos obtidos pela usinagem desse material são vendidos como sucata para empresas
que utilizam a refusão, um método ineficiente devido ao resfriamento não homogêneo, que
promove a formação grosseira de carbetos e compromete as propriedades de microestrutura do material.
Assim, este trabalho teve como objetivo utilizar um novo algoritmo de otimização chamado de
algoritmo multiobjetivo de Lichtenberg para encontrar os melhores parâmetros dos processos de moagem
de alta energia (MAE) e sinterização, a fim de reaproveitar e viabilizar um produto reciclado.
A metodologia de superfície de resposta, uma técnica estatística utilizada para modelar e otimizar
processos, foi empregada para gerar metamodelos com as equações. Os parâmetros utilizados na moagem
foram 300-400 rpm, uma relação massa-bola de 1:15 e 12-50 horas. Para validar o modelo
foram realizadas análises de caracterização microestrutural como: microscopia eletrônica de varredura
(MEV), difração de raios X (DRX) e difração a laser. As respostas analisadas foram tamanho e
distribuição das partículas e consumo de energia do moinho. O metamodelo apresentou um erro global
de 6,82% em relação à experiência de confirmação. Os resultados para moagem mostraram que é
possível economizar até 26 horas de processo com a otimização e obter pós com excelente qualidade
para processos posteriores como a compactação e sinterização. Na sinterização, foram utilizados parâmetros
de 1200-1300 ◦C e 1-2 horas. As respostas avaliadas foram densidade aparente, consumo de
energia do forno e microdureza. As equações geradas a partir dos metamodelos apresentaram ajustes
satisfatórios com R2(adj) de 81,17% para densidade aparente, 91,58% para consumo de energia e
85,94% para microdureza permitindo a identificação de variáveis de temperatura e tempo de sinterização
otimizadas. O metamodelo para sinterização apresentou um erro global de 7,2% em relação ao
experimento de validação. Após tratamento térmico de têmpera e duplo revenimento, as amostras recicladas
atingiram uma dureza média de 96,9% em comparação ao material comercial, evidenciando
bom desempenho, mesmo com diferenças microestruturais resultantes do processo de reciclagem.
No ensaio de compressão, as amostras recicladas apresentaram 66,84% do módulo de elasticidade
do material comercial. O ineditismo deste trabalho está na integração do novo algoritmo multiobjetivo
de Lichtenberg com uma abordagem inovadora de reciclagem de aços ferramenta fabricados por
metalurgia do pó com alto valor agregado. |
pt_BR |
dc.publisher.country |
Brasil |
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dc.publisher.department |
IEM - Instituto de Engenharia Mecânica |
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dc.publisher.program |
Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Mecânica |
pt_BR |
dc.publisher.initials |
UNIFEI |
pt_BR |
dc.subject.cnpq |
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA |
pt_BR |
dc.relation.references |
BARBEDO, Elioenai Levi. Otimizacao do processo de reuso do cavaco do
aco Vanadis ® 8 pela rota da metalurgia do pó, utilizando a moagem de alta energia. 2025. 146 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2025. |
pt_BR |