Nanotecnologia, Estruturas Cristalográficas, Simetrias e Funcionalidades

Resumo: Objetivamos aprofundar a interação científica utilizando novas técnicas de caracterização física dos aços produzidos pela Arcelor Mittal. Com base nessa interação propomos subsequentemente realizar a síntese e caracterização física e estrutural de aços nanoestruturados com base na tecnologia top-donw e na metalurgia do pó. Esses aços nanoestruturados serão produzidos a partir dos aços produzidos pela Arcelor Mittal gerando aços mais leves e resistentes.
Inicialmente os aços candidatos produzidos pela Arcelor Mittal serão caracterizados com as novas técnicas em microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura, EBSD, microscopia eletrônica de transmissão, difração de raios X (textura, tensão residual) e Difração Ressonante de raios X com Luz Sincrotron (Syc-REDX). Esses procedimentos exigem análises e conhecimentos específicos. O candidato será orientado para desenvolver o entendimento da
correlação entre a microestrutura com as propriedades mecânica desses aços proporcionando a correta caracterização
micro estrutural tanto para ajustes nos processos como para o desenvolvimento de novos aços. Para tanto o esta pesquisa ira desenvolver profissionais com conhecimento sobre essas novas técnicas para que possa de forma precisa e rápida
identificar a microestrutura, orientação cristalográfica e origens de falhas. Procura-se com essa proposta o aprimoramento ou desenvolvimento de novas técnicas de caracterização de aços.
Em paralelo a caracterização, os aços candidatos indicados pela Arcelor Mittal serão pulverizados e combinados através da metalurgia do pó com materiais cerâmicos manométricos para produzir novos aços nanoestruturados de alta resistência para aplicação na indústria automobilística, petroquímica e construção civil. Esses novos materiais exigiram novas caracterizações micro e nano estruturais com estudos das fases com menores tamanhos e nanomorfologias diversificadas, formando novos constituintes difíceis de serem classificados pelos métodos tradicionais consolidados e normalizados no mercado. As novas técnicas já descritas no parágrafo anterior serão novamente empregadas.
O aço é um dos materiais de engenharia mais utilizados no mundo. Sua posição preeminente entre os materiais de engenharia surge devido à abundância e baixo custo de seu principal componente, isto é, ferro e sua capacidade de produzir uma grande variedade de microestruturas de engenharia com propriedades superiores e reciclabilidade.
Atualmente, há uma crescente conscientização sobre os potenciais benefícios da nanotecnologia na indústria de engenharia moderna e vários institutos e empresas líderes em pesquisa e desenvolvimento estão buscando pesquisa na área de aços nano estruturados. O foco dos esforços em curso tem sido em grande parte manipulação de
microestruturas na nano-escala através de técnicas de processamento inovadoras e adoção de novas estratégias de liga. Isso está sendo auxiliado pelo uso de métodos avançados de caracterização, como microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HRTEM), tomografia de sonda atômica (APT), etc. e design computacional de materiais.
O principal desafio na realização do imenso potencial dos aços na nano-engenharia é fabricar grandes componentes de aço nano-cristalinos a granel com propriedades superiores e a um custo razoável. Para enfrentar este desafio, estão sendo desenvolvidas várias abordagens inovadoras para produzir aços nano-estruturado.
O fio de aço carbono é um exemplo notável de aço nano-estruturado produzido em uma escala de massa. O fortalecimento surge devido à presença de estrutura laminar de cementite em nano-escala/ferrita. A fase de ferrita nesta estrutura contém densidade de deslocamento muito alta e átomos de carbono supersaturado, e a fase de cementite
contém regiões amorfas e nano-cristalinas. O fio de aço de alto carbono é um material de engenharia importante usado para reforçar pneus de automóveis, fios galvanizados para pontes suspensas e cabos de alimentação.
Tal cenário tem levado grandes empresas a investir em pesquisa e desenvolvimento de novos aços, que sejam mais leves, porém sem perda resistência. Atualmente, o desenvolvimento de aços de alta resistência reforçados com partículas cerâmicas está em recorrente estudo, principalmente na Europa, pois se identificou um nicho de mercado com grande potencial de ascensão. Dentre esses materiais, o mais promissor tem sido os aços reforçados com diboreto de titânio (TiB2), devidos a vários motivos.
O TiB2 possui uma ótima coerência com a matriz do ferro, formando uma interface com alta resistência. Além disso, o TiB2 apresenta densidade de 4,5 g/cm³ e módulo de elasticidade de 525 GPa, conferindo ao aço uma classificação diferenciada de baixa densidade e alto módulo de elasticidade. Por esses motivos, o aço compósito Fe-TiB2 possui grande potencial de aplicabilidade em vários setores como automobilístico, aeroespacial, nuclear, energético, naval, entre outros. Esse aço tem características tão inovadoras, que já esta sendo classificado pela comunidade científica internacional como um aço de quarta geração.
Infelizmente, no Brasil e América Latina de modo geral, essa linha de pesquisa ainda não está sendo desenvolvida. A fim de reverter esse contexto, firmou-se uma parceria entre a Universidade Federal do Espírito Santo – UFES, o Instituto Federal do Espírito Santo – IFES e o Global R&D South America Brazil – ArcelorMittal Tubarão para nstaurar
um grupo de pesquisa concentrado nessa nova classe de aços, com o propósito de produzir resultados e inovações de relevância mundial. Essa parceria possui grande significância, pois além de estabelecer um vínculo crucial entre a Academia e a Indústria, ela atribui ao Estado do Espírito Santo uma posição de destaque, no tocante a Pesquisa e
Desenvolvimento.
A indústria automobilística, área em que o aço enfrentou séria concorrência de materiais alternativos, vem impulsionando novos desafios e avanços científicos para produção de classes de aços mais sofisticadas para atender as exigências do mercado. Principalmente as exigências que tangem a redução de peso e aumento da segurança de
veículos, a participação das novas classes de aços avançados para construção mecânica tenderá a continuar crescendo como já vêm nas últimas décadas.

Data de início: 2018-08-24
Prazo (meses): 96

Participantes:

Papelordem decrescente Nome
Coordenador Marcos Tadeu DAzeredo Orlando
Acesso à informação
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