O objetivo deste trabalho é realizar um estudo comparativo da recristalização de dois aços rápidos, AISI M2 (Werkstoffnummer 1.3343) e ABC III (Werkstoffnummer 1.3333), após o encruamento resultante do processo de laminação a frio de chapas planas utilizadas para a confecção de serras fitas. Estudar a recristalização estática nesta classe de aços é relevante, pois eles freqüentemente são laminados a frio e recozidos na etapa final de processamento, antes da confecção da peça ou componente. Inicialmente, foi realizada a caracterização das amostras no estado como recebido, ou seja \'\'laminado a quente\'\'. A caracterização envolveu análise química, ensaios mecânicos, microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, medidas de dureza e dilatometria. Em seguida, as amostras sofreram deformação a frio da ordem de até 50% de redução em espessura para determinação das curvas de endurecimento por deformação. Amostras com 25% de redução foram recozidas entre 100ºC e 750ºC, durante 1 hora e os resultados de dureza foram utilizadas para determinar as curvas isócronas de amolecimento. Amostras com 25% redução foram recozidas entre 600ºC e 750ºC, entre 15 e 480 minutos para cada uma das temperaturas, para determinação curvas isotérmicas de amolecimento. Resultados da análise microestrutural mostraram que o aço rápido AISI M2 apresenta uma distribuição mais homogênea de carbonetos. Esses carbonetos são mais finos em relação aos do aço ABC III, que apresenta uma distribuição mais heterogênea. Os dois aços apresentaram curvas muito similares de endurecimento por deformação. Após recozimento das amostras encruadas, foi verificado que o aço AISI M2 apresenta recuperação e recristalização levemente mais rápidas quando comparado com o ABC III. Ainda na etapa de recuperação e antes da recristalização, notou-se nos dois aços um pequeno aumento de dureza, principalmente entre 30 e 60 minutos de recozimento, na faixa de 650 ºC e 700ºC. Utilizando-se análises por difração de elétrons retroespalhados (microtextura e mesotextura) observou-se que o aço ABC III apresenta maior resistência para a recristalização se completar que o aço AISI M2. / This work aims at the comparative study of the recrystallization of two high-speed steels, namely AISI M2 (Werkstoffnummer 1.3343) and ABC III (Werkstoffnummer 1.3333), hardened by cold rolling of sheets employed in the production of band saws. Studying static recrystallization in this class of steels is relevant, since frequently they are cold rolled and annealed in their final processing stage, prior to the actual work piece manufacturing. Initially, samples have been characterized in the as-received condition, i.e. hot rolled. Characterization involved chemical analysis, tensile testing, optical metallography, scanning electron microscopy, hardness measurements and dilatometry. Following, samples have been cold worked with a 50% thickness reduction in order to evaluate the cold work hardening curves. Samples with 25% reduction have been annealed at temperatures in the 100oC to 750oC range, for one hour and hardness results have been used to determine the isochronous softening curves. Samples with 25% reduction have been annealed between 600 oC and 750oC for 15 to 480 minutes, for each one of the temperatures, to determine the isothermal softening curves. The microstructural analysis has shown that the AISI M2 steel presents a homogeneous carbide distribution. These carbides were fine when compared to those of the ABCIII steel that presented a heterogeneous distribution. Both steels presented similar work-hardening curves. After annealing the cold worked samples, it has been observed that the AISI M2 steel presented a slightly faster recovery and recrystallization than the ABCIII steel. Still in the recovery stage, prior to recrystallization, both steels showed a small hardness increase, mainly on annealing during 30 to 60 minutes in the 650oC to 700oC temperature range. Using electron backscattered diffraction analysis (microtexture and mesotexture) it has been observed that the ABCIII steel presented higher resistance to complete recrystallization than the AISI M2 steel.

Estudaram-se os efeitos da fração volumétrica de carboneto eutético e da dureza da matriz sobre a resistência à fadiga térmica de ferros fundidos brancos multicomponentes. Utilizaram-se ligas do sistema Fe-4Cr-V-2Mo-2W-2C, V variando entre 5 e 8% e Fe-4Cr-8V-Mo-2W-2C, Mo variando entre 2 e 5%. Corpos-de-prova com a geometria de discos com seção variável foram temperados e revenidos para obtenção de dois valores de microdureza da matriz: 450 HV e 650 HV. Conduziram-se ensaios de fadiga térmica por 100 e 500 ciclos. Cada ciclo envolveu aquecimento por indução da superfície até a temperatura de 600°C em 10 segundos e subseqüente resfriamento em água por 45 segundos (equalização das temperaturas do núcleo e da superfície). Os corpos-de-prova foram caracterizados antes e após os ensaios de fadiga térmica. Antes dos ensaios, caracterizaram-se os carbonetos eutéticos (tipos, morfologia, fração volumétrica, tamanho, forma e distribuição dos carbonetos) e a microdureza da matriz. Após os ensaios, caracterizaram-se as trincas de fadiga térmica macroscópicas e microscópicas (número e profundidade) e a microdureza da matriz. A nucleação de trincas de fadiga térmica ocorre predominantemente na superfície do corpo-de-prova, induzidas por concentradores de tensão mecânicos e metalúrgicos. As trincas nucleiam na matriz (a rugosidade age como concentrador de tensão mecânico) e em carbonetos (interface carboneto/matriz ou no próprio carboneto). A taxa de nucleação sofre influência da fração volumétrica de carboneto eutético (seu aumento promove aumento da taxa de nucleação) e da dureza da matriz (seu aumento promove diminuição da taxa de nucleação). A propagação de trincas ocorre predominantemente pela interface carboneto/matriz ou através do carboneto. A taxa de propagação sofre influência da distribuição de carboneto eutético. Quanto maior a relação “continuidade de carbonetos/distância livre média entre carbonetos”, maior a taxa de propagação de trincas. A taxa de propagação de trinca diminui com o aumento do tempo de ensaio, independentemente da fração volumétrica de carboneto eutético e da dureza da matriz. O regime de propagação durante os primeiros 100 ciclos é caracterizado pela propagação instável da trinca controlada pela tenacidade à fratura do material; de 100 a 500 ciclos, a propagação é controlada pela magnitude da tensão. O tamanho do corpo-de-prova também influenciou os resultados dos ensaios: o aumento do tamanho promove aumento das taxas de nucleação e propagação. Este resultado é atribuído ao aumento do gradiente térmico ao longo do corpo-de-prova com o aumento do seu diâmetro. / The effects of the volume fraction of eutectic carbides and of the matrix hardness on the thermal fatigue resistance of multicomponent white cast iron were investigated. Alloys Fe-4Cr-V-2Mo-2W-2C, V ranging from 5 to 8 wt% and Fe-4Cr-8V-Mo-2W-2C, Mo ranging from 2 to 5 wt % were used. Disc shaped samples were quench and tempered for obtaining two matrix microhardness levels: 450 HV and 650 HV. Thermal fatigue tests were carried out for 100 and 500 cycles. Each cycle involved high frequency induction heating of the surface to 600°C and subsequent cooling in water during 45 seconds (equalization of the bulk and surface temperature). The test specimens were characterized before and after the thermal fatigue tests. Before the tests, eutectic carbide (type, morphology, volume fraction, syze, shape and distribution of carbides) and matrix microhardness were characterized. After the tests, the macroscopic and microscopic thermal fatigue cracks (number and depth) and matrix microhardness were characterized. The nucleation of the thermal fatigue cracks takes place mostly at the specimen surface, induced by mechanical and metallurgical stress risers. The crack nucleates at the matrix (roughness as mechanical stress risers as well as at carbides (at the carbide/matrix interface or at the carbide itself). The nucleation rate is influenced by the volume fraction of eutectic carbide (the higher the volume fraction, the higher the nucleation rate) and by the matrix microhardness (the higher the microhardness, the lower the nucleation rate). The crack propagation mostly takes place at the carbide/matrix interface or through the carbide. The propagation rate is affected by the carbide distribution. The higher the “carbide continuity/carbide free path” ratio, the higher the propagation rate. The propagation rate decreases with increasing test time, regardless the eutectic carbide volume fraction and the matrix microhardness. The propagation behaviour during the first 100 cycles is characterized by instable crack propagation controlled by the fracture toughness of the material; from 100 to 500 cycles, the propagation is controlled by the stress magnitude. The syze of the test specimen also influenced the tests results: the larger the specimen syze, the higher the nucleation and propagation rates. This is attributed to the effect of increasing thermal gradient across the specimen with increasing specimen diameter.

Utilizou-se o conceito de ?aço matriz + NbC? para produzir ligas com a matriz do aço rápido M2 ( 0,5%C ? 2%W ? 3%Mo ? 4,6%Cr ? 1%V) e variadas frações volumétricas de carbonetos de nióbio. Adicionou-se 2,5 e 5% de nióbio e carbono estequiométrico para a obtenção de carbonetos NbC e titânio (0,1%) para modificação da morfologia dos carbonetos NbC. Os carbonetos NbC apresentaram-se como carbonetos eutéticos com morfologia de escrita chinesa, como carbonetos primários com a morfologia de cruz de malta e como carbonetos eutéticos e primários com morfologia poligonal, estes últimos modificados com a adição de titânio. Após tratamento térmico de têmpera e revenimento para obtenção da máxima dureza, as ligas foram submetidas a ensaios de fadiga térmica (100 ciclos, 650ºC), de abrasão (roda de borracha ? 130N, 200rpm, 30min, hematita como abrasivo) e de deslizamento alternado (disco contra esfera ? 70,6N, amplitude: 6mm, freqüência, 6 Hz, 2h) para estudar o efeito da fração volumétrica e da morfologia dos carbonetos frente a estas solicitações. As ligas com carbonetos com morfologia poligonal e menor fração volumétrica de carbonetos (comparando-se morfologias iguais) apresentaram o melhor desempenho sob fadiga térmica devido ao baixo valor do parâmetro C/Dm da microestrutura (continuidade de carbonetos/distância livre média entre carbonetos). Os corpos-de-prova foram caracterizados por meio de microscopia ótica e eletrônica de varredura para determinar os sítios de nucleação e caminhos de propagação das trincas. Nos ensaios em roda de borracha as ligas com carbonetos eutéticos divorciados com morfologia poligonal apresentaram maior resistência ao desgaste do que os aços contendo carbonetos eutéticos cooperativos. O aumento da fração volumétrica de carbonetos NbC teve um máximo na resistência a abrasão e depois uma queda devido a presença de carbonetos primários grosseiros que fraturaram na superfície ensaiada e foram arrancados aumentanto a perda de massa. Nos ensaios de deslizamento alternado não foi possível hierarquizar o comportamento das ligas. Os corpos-de-prova de abrasão e de deslizamento foram caracterizados por microscopia ótica e eletrônica de varredura para determinar os mecanismos de desgaste atuantes. Um aço rápido para cilindros de laminação a quente (2%C ? 5%Cr ? 5%Mo ? 5%V) foi ensaiado sob condições idênticas às aplicadas às ligas estudadas, objetivando comparar desempenhos. O aço rápido apresentou desempenho superior nos ensaios de abrasão e de deslizamento alternado (devido a alta fração volumétrica de carbonetos eutéticos) e inferior no ensaio de fadiga térmica (devido ao alto parâmetro C/Dm da microestrutura oriundo da alta fração volumétrica de carbonetos eutéticos). / The concept of ?matrix steel + NbC? was used to cast alloys with the M2 steel matrix (0,5%C ? 2%W ? 3%Mo ? 4,6%Cr ? 1%V) and different volume fractions of niobium carbides. Niobium (2,5 e 5%) and stoichiometric carbon were added to produce NbC carbides and titanium (0,1%) to modify de NbC carbides morphology. NbC presented three basic morphologies: Chinese script (coupled eutectic); primary carbides with cross morphology and polygonal primary and eutectic carbides (divorced eutectics). After heat treatment of quench and temper in order to obtain the maximum hardness, the alloys were submitted to thermal fatigue test (100 cycles, 650ºC), dry rubber wheel abrasive wear test (130N, 200rpm, 30min, hematite as abrasive) and reciprocating sliding wear test (70,6N, amplitude: 6mm, frequency: 6Hz, 2h). The alloys with polygonal NbC carbides and lower volume fractions of carbides (for the same morphology) showed the best behaviour due to their low ?carbide continuity/carbide free path? ratio of the microstructure. The alloys were characterized by optical microscopy and SEM to investigate de cracks nucleation and propagation. In the dry rubber wheel tests, polygonal NbC eutectic carbides (divorced eutectics) showed better behaviour than Chinese script NbC eutectic carbides. High volume fractions of NbC carbides improved the abrasion resistance until a maximum and after that, the presence of big primary NbC carbides, lowered the abrasion resistance due to cracks in those big carbides. The results of the reciprocating sliding tests have not allowed to rank the performance of the alloys. Abrasion and sliding specimens were submitted to optical microscopy and SEM in order to evaluate the prevalent wear mechanisms. One high speed steel for hot rolling mill rolls (2%C ? 5%Cr ? 5%Mo ? 5%V) was tested under the same conditions that the alloys studied were tested in order to compare their performances. The high speed steel showed better performance in abrasion and reciprocating sliding wear due to the high volume fraction of coupled eutectic carbides and lower performance in thermal fatigue due to the high ?carbide continuity/carbide free path? ratio of the microstructure than the alloys studied.

As ligas de ferro fundido branco multicomponente são aços rápidos resistentes ao desgaste em temperaturas elevadas. Estes aços apresentam carbonetos eutéticos do tipo MC e M2C quando no estado bruto de fundição. Neste trabalho foi caracterizada a microestrutura dos produtos de decomposição após tratamentos térmicos do carboneto eutético metaestável M2C de uma liga de ferro fundido multicomponente com composição (em % peso): 2 wt% de C e 5 wt% de cada um dos elementos V, Cr, Mo e W, o restante é Fe. A liga de ferro fundido multicomponente foi tratada isotermicamente a 950°C e a 1.050°C por tempos crescentes em forno poço com sal fundido e em forno mufla inseridas em ampolas de sílica sob vácuo. Os tempos de tratamento foram: 10s, 100s, 600s, 1.800s, 1 hora, 2 horas e 15 horas. As técnicas de caracterização envolvidas foram: difração de raios X de carbonetos extraídos, metalografia através de ataques seletivos, microscopia eletrônicas de varredura (SEM), microscopia eletrônica de transmissão e varredura (STEM), espectrometria por energia dispersiva de raios X (EDS) e difração de elétrons por área selecionada (SAED). Os resultados sugerem que além dos carbonetos MC, M2C irregular e regularcomplexo e M7C3 descritos na literatura, observa-se a presença de um novo tipo de carboneto M2C metaestável rico em cromo na liga no estado bruto de fundição. Os carbonetos metaestáveis M2C se decompõem em carbonetos M6C, em carbonetos M7C3 e finalmente MC globular com o aumento da temperatura e/ou com tempos crescentes de tratamento térmico. O carboneto M7C3 após tratamento térmico de longa duração passa por um processo de esferoidização e depois engrossamento. / Multicomponent White Cast Iron are high temperature wear resistant ferrous alloys, presenting eutectic MC and M2C carbides in their as cast structure. In the present work the decomposition microstructures of the metastable M2C carbide after heat treatments was characterized in a model multicomponent white cast iron with composition (in weight): 2 wt% C and 5 wt% of each of the carbide forming alloying elements V, Cr, Mo and W, and with the balance Fe. The model multicomponent alloy was isothermally treated at 950°C and 1.050°C for increasing time periods using a salt bath pit furnace and a muffle furnace using samples encapsulated in silica glass ampoules under vacuum. Treatment times were: 10s, 100s, 600s, 1.800s, 1 hour, 2 hours and 15 hours. Characterization techniques used were: X Ray diffraction of extracted carbides, optical microscopy metallography with selective etching techniques, scanning electron microscopy (SEM), X ray energy dispersive spectroscopy (EDS), transmission and scanning electron microscopy (STEM) and selected area electrons diffraction (SAED). Besides the MC, irregular and regular-complex M2C and M7C3 described in the literature, it was found in the as cast alloy also a hitherto unknown chromium rich M2C carbide. The metastable M2C carbides decompose into M6C carbides, then M7C3 and finally globular MC with increasing temperatures and/or increasing times at heat treatment temperatures. After long times heat treatments the M7C3 carbides, spheroidize and coarsen.

Atualmente, uns dos grandes desafios para a indústria automobilística é aumentar o desempenho do conjunto mecânico responsável por selar a câmara de combustão interna de motores automotivos e também reduzir os seus custos de obtenção. O objetivo deste trabalho foi o de tratar termicamente insertos de assentos de válvulas (do inglês valve seat insert, VSI) obtidos pela rota de metalurgia do pó. Esta técnica possibilitou a substituição do cobalto e do chumbo, devido ao seu elevado custo e efeito toxicológico, respectivamente. Ao longo do trabalho foram avaliados VSI obtidos com três misturas de pós diferentes, sendo que os elementos comuns nestas três misturas foram os pós de ferro, sulfeto de manganês, carboneto de nióbio, grafite, estearato de zinco e cobre. Em cada uma destas misturas variou-se apenas os tipos de pós de aços rápidos e aço ferramenta utilizado, sendo estes o aço rápido AISI M3:2 (Mistura 1), aço rápido AISI M2 (Mistura 2) e aço ferramenta AISI D2 (Mistura 3). Os tratamentos térmicos aplicados aos VSI consistiram em têmpera ao ar e têmpera ao óleo, ambas seguidas de duplo revenimento em sete temperaturas equidistantemente diferentes, variando de 100 °C a 700 °C. Os ciclos dos tratamentos térmicos foram determinados por meio da utilização de termopares do tipo k acoplados à um sistema de aquisição de dados. As propriedades físicas e mecânicas dos VSI foram determinadas através da dureza aparente, densidade aparente e resistência à ruptura radial. A caracterização microestrutural foi realizada utilizando-se a microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura. A composição química foi determinada por meio da análise elementar e por espectrometria de fluorescência de energia dispersiva de raios X. Os melhores resultados em relação às propriedades mecânicas dos VSI foram obtidas para os insertos temperados ao ar e duplamente revenido a 600 °C para a Mistura 1 e Mistura 2, e a 500 °C para Mistura 3. Já para a têmpera ao óleo, as melhores respostas foram para os VSI obtidos com a Mistura 1 duplamente revenida a 400 °C e a, 300 °C para os componentes obtidos com a Mistura 2 e Mistura 3. / Currently, one of the biggest challenges for the automobile industry is to increase the performance of the mechanical set responsible for sealing the internal combustion chamber in automotive engines and reduce its cost of production. The aim of the present work was to heat treat valve seat inserts (VSI) obtained through the powder metallurgy route. This procedure made possible the substitution of cobalt and lead, due to its high cost and toxicological effect, respectively. Throughout the work, it was evaluated VSI obtained with three different types of powders mixtures, and common elements at the three different powders mixtures were iron powder, manganese sulfide, niobium carbide, graphite, zinc stearate and copper. In each of these powders mixtures, it was changed only the type of high-speed steels and tool steel, consisting of high-speed steel AISI M3:2 (Mixture 1), high-speed steel AISI M2 (Mixture 2) and tool steel AISI D2 (Mixture 3). The heat treatments applied to the VSI were air quenching and oil quenching, both followed by double tempering at seven different equidistantly temperatures, ranging from 100 °C up to 700 °C. The heat treatments thermal cycles were determined using a thermocouple type k attached to a data acquisition system. The physical and mechanical properties of the VSI were measured in terms of apparent hardness, apparent density and crush radial strength. Microstructural characterization was performed using optical and scanning electron microscopy. The chemical composition was determined using gas analysis and energy dispersive X-ray fluorescence spectrometry. The best results regarding the mechanical properties of the VSI were obtained for the VSI air-quenched and double tempered at 600 °C for the powder Mixture 1 and Mixture 2, and at 500 °C for Mixture 3. For the oil quenching, the best response was reached for the VSI obtained with Mixture 1 double tempered at 400 °C, and at 300 °C for the components obtained with Mixture 2 and Mixture 3.

[pt] O desenvolvimento e a utilização de aços rápidos para a produção da casca externa de cilindros destinados à laminação de tiras a quente tiveram início no começo dos anos 90. A introdução deste material melhorou, significativamente, a resistência ao desgaste do cilindro, a qualidade da tira laminada e a duração da campanha de laminação. Representou, desta forma, o maior avanço tecnológico recentemente obtido no campo da laminação a quente. Entretanto, foi observado que o desprendimento da camada de óxido nestes aços possuía características diferentes daquelas obtidas nos cilindros de laminação convencionais. Este fenômeno foi atribuído ao processo de oxidação dos aços rápidos, que é cerca de quatro vezes maior do que o das ligas anteriormente utilizadas. Para que todo o potencial dos cilindros de laminação a quente, fabricados com este material, seja alcançado, torna-se necessário, portanto, o estudo da oxidação de aços rápidos. A presente tese estudou a oxidação de quatro composições químicas de aços rápidos. Foram realizados ensaios de termogravimetria em atmosfera de ar seco e úmido (12,5% H2O) assim como ciclagem térmica com resfriamento em água. Um aparelho de produção e controle de umidade e um mecanismo de ciclagem térmica foram construídos para este trabalho. As amostras oxidadas foram analisadas por difração de Raios - X, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de dispersão de energia. A discussão dos resultados avaliou o efeito da composição química, da umidade e da ciclagem térmica no comportamento dos aços rápidos estudados quanto à oxidação. Como conclusões, verificou-se que o teor de cromo possui influência no ganho final de massa, que um teor elevado de molibdênio pode promover oxidação catastrófica em atmosfera de ar seco e que a variação do teor de tungstênio utilizada não influenciou o comportamento de oxidação. Foi verificado também que a presença de 12,5 % de H2O influenciou significativamente as características de oxidação e que a oxidação em condição de ciclagem térmica promoveu a formação de uma fina camada de óxidos ricos em vanádio na região externa da camada de óxido das amostras estudadas. / [en] Development and use of high-speed steel for manufacturing the roll outer shell of hot strip mills have started in the early 1990s. The introduction of this material has improved, significantly, the roll wear resistance, the surface quality of rolled products and the length of rolling campaign. It has represented, therefore, the major technological breakthrough recently introduced in the hot rolling field. However, it was observed that the oxide layer spalling of these steels had different behavior in comparison with that of conventional rolls. This phenomenon has been attributed to the high-speed steel oxidation, which is about four times higher than the alloys previously used. In order to achieve the full potential of high-speed rolls for hot strip mills, it is necessary, therefore, to study the oxidation behavior of this material. The present thesis studied the oxidation of four different chemical compositions of high-speed steels. Corrosion tests were carried out in a thermobalance under dry and moist (12.5 % H2O) environments. Oxidation under thermal cyclic conditions of specimens cooled in water was also carried out. A cyclic oxidation apparatus and an equipment for humidity production and control were constructed for this work. The corroded samples were examined by X - Ray diffraction, scanning electron microscopy and energy dispersive micro-analysis. The discussion of the results evaluated the effects of humidity, thermal cycling and chemical composition on the oxidation behavior of these high-speed steels. As conclusions, it was verified that the chromium content has influence on the final mass gain, the elevated molybdenum content can produce catastrophic oxidation under dry air environment and that the tungsten content variation did not influence the oxidation behavior. It was also verified that the presence of humidity had a significant effect on the oxidation behavior and that the cyclic oxidation promoted the formation of a thin layer composed of oxides rich in vanadium at the outer region of the scale.

Atualmente, uns dos grandes desafios para a indústria automobilística é aumentar o desempenho do conjunto mecânico responsável por selar a câmara de combustão interna de motores automotivos e também reduzir os seus custos de obtenção. O objetivo deste trabalho foi o de tratar termicamente insertos de assentos de válvulas (do inglês valve seat insert, VSI) obtidos pela rota de metalurgia do pó. Esta técnica possibilitou a substituição do cobalto e do chumbo, devido ao seu elevado custo e efeito toxicológico, respectivamente. Ao longo do trabalho foram avaliados VSI obtidos com três misturas de pós diferentes, sendo que os elementos comuns nestas três misturas foram os pós de ferro, sulfeto de manganês, carboneto de nióbio, grafite, estearato de zinco e cobre. Em cada uma destas misturas variou-se apenas os tipos de pós de aços rápidos e aço ferramenta utilizado, sendo estes o aço rápido AISI M3:2 (Mistura 1), aço rápido AISI M2 (Mistura 2) e aço ferramenta AISI D2 (Mistura 3). Os tratamentos térmicos aplicados aos VSI consistiram em têmpera ao ar e têmpera ao óleo, ambas seguidas de duplo revenimento em sete temperaturas equidistantemente diferentes, variando de 100 °C a 700 °C. Os ciclos dos tratamentos térmicos foram determinados por meio da utilização de termopares do tipo k acoplados à um sistema de aquisição de dados. As propriedades físicas e mecânicas dos VSI foram determinadas através da dureza aparente, densidade aparente e resistência à ruptura radial. A caracterização microestrutural foi realizada utilizando-se a microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura. A composição química foi determinada por meio da análise elementar e por espectrometria de fluorescência de energia dispersiva de raios X. Os melhores resultados em relação às propriedades mecânicas dos VSI foram obtidas para os insertos temperados ao ar e duplamente revenido a 600 °C para a Mistura 1 e Mistura 2, e a 500 °C para Mistura 3. Já para a têmpera ao óleo, as melhores respostas foram para os VSI obtidos com a Mistura 1 duplamente revenida a 400 °C e a, 300 °C para os componentes obtidos com a Mistura 2 e Mistura 3. / Currently, one of the biggest challenges for the automobile industry is to increase the performance of the mechanical set responsible for sealing the internal combustion chamber in automotive engines and reduce its cost of production. The aim of the present work was to heat treat valve seat inserts (VSI) obtained through the powder metallurgy route. This procedure made possible the substitution of cobalt and lead, due to its high cost and toxicological effect, respectively. Throughout the work, it was evaluated VSI obtained with three different types of powders mixtures, and common elements at the three different powders mixtures were iron powder, manganese sulfide, niobium carbide, graphite, zinc stearate and copper. In each of these powders mixtures, it was changed only the type of high-speed steels and tool steel, consisting of high-speed steel AISI M3:2 (Mixture 1), high-speed steel AISI M2 (Mixture 2) and tool steel AISI D2 (Mixture 3). The heat treatments applied to the VSI were air quenching and oil quenching, both followed by double tempering at seven different equidistantly temperatures, ranging from 100 °C up to 700 °C. The heat treatments thermal cycles were determined using a thermocouple type k attached to a data acquisition system. The physical and mechanical properties of the VSI were measured in terms of apparent hardness, apparent density and crush radial strength. Microstructural characterization was performed using optical and scanning electron microscopy. The chemical composition was determined using gas analysis and energy dispersive X-ray fluorescence spectrometry. The best results regarding the mechanical properties of the VSI were obtained for the VSI air-quenched and double tempered at 600 °C for the powder Mixture 1 and Mixture 2, and at 500 °C for Mixture 3. For the oil quenching, the best response was reached for the VSI obtained with Mixture 1 double tempered at 400 °C, and at 300 °C for the components obtained with Mixture 2 and Mixture 3.

The industrial development of metal cutting processes in gear manufacturing aims at continuously increasing productivity, including increased tool reliability. Basically, the parameters that have an influence on the cutting processes should be known and possible to control. Gear manufacturing is highly important for the automotive industry. The prevalent manufacturing method is gear hobbing with hobs consisting of solid Powder Metallurgical High Speed Steel (PM HSS) with Physical Vapor Deposited (PVD) coatings. The hob teeth have to be reconditioned before wear reaches such levels that the gear quality becomes impaired. Such wear often results in a total breakdown of the tool. One crucial reason for this is that hobbing processes for the present often lack reliability; which makes it difficult for the gear manufacturers to predict the tool wear on the hob teeth and decide when the tool should be replaced in order to avoid severe damages. A consequence of catastrophic tool wear is that it leads to an instantaneously changed geometry of the cutting edge, which in turn implies that the machined gears do not comply with the stipulated properties on the machined gear products. A single tooth milling test (STMT) with tools of PM-HSS in a conventional milling machine has been developed in this research project, aiming at characterizing the effect of tool preparation on the type of wear mechanism. The experience and conclusions from these tests may probably be transferred to real PM-HSS hob tooling (HT). The advantages of such a test, compared to a real gear hob test, are primarily the cost reductions and time saving aspects with respect to both the design and the manufacturing of the cutting teeth The research presented in this thesis is based on experimental investigations and theoretical studies of significant parameters, i.e. the surface roughness and edge rounding, contributing to the robust and reliable design of a PM-HSS cutting tool. The research work has in addition to, the development of the milling test method, also comprised development of measuring methods and a simulation model based on the Finite Element Model (FEM). / <p>QC 20121105</p>

<p>Very often defects are present in rolled products. For wire rods, defects are very deleterious since the wire rods are generally used directly in various applications. For this reason, the market nowadays requires wire rods to be completely defect-free. Any wire with defects must be rejected as scrap which is very costly for the production mill. Thus, it is very important to study the formation and evolution of defects during wire rod rolling in order to better understand and minimize the problem, at the same time improving quality of the wire rods and reducing production costs.</p><p>The present work is focused on the evolution of artificial defects during rolling. Longitudinal surface defects are studied during shape rolling of an AISI M2 high speed steel and a longitudinal central inner defect is studied in an AISI 304L austenitic stainless steel during ultra-high-speed wire rod rolling. Experimental studies are carried out by rolling short rods prepared with arteficial defects. The evolution of the defects is characterised and compared to numerical analyses. The comparison shows that surface defects generally reduce quicker in the experiments than predicted by the simulations whereas a good agreement is generally obtained for the central defect.</p>

As ligas de ferro fundido branco multicomponente são aços rápidos resistentes ao desgaste em temperaturas elevadas. Estes aços apresentam carbonetos eutéticos do tipo MC e M2C quando no estado bruto de fundição. Neste trabalho foi caracterizada a microestrutura dos produtos de decomposição após tratamentos térmicos do carboneto eutético metaestável M2C de uma liga de ferro fundido multicomponente com composição (em % peso): 2 wt% de C e 5 wt% de cada um dos elementos V, Cr, Mo e W, o restante é Fe. A liga de ferro fundido multicomponente foi tratada isotermicamente a 950°C e a 1.050°C por tempos crescentes em forno poço com sal fundido e em forno mufla inseridas em ampolas de sílica sob vácuo. Os tempos de tratamento foram: 10s, 100s, 600s, 1.800s, 1 hora, 2 horas e 15 horas. As técnicas de caracterização envolvidas foram: difração de raios X de carbonetos extraídos, metalografia através de ataques seletivos, microscopia eletrônicas de varredura (SEM), microscopia eletrônica de transmissão e varredura (STEM), espectrometria por energia dispersiva de raios X (EDS) e difração de elétrons por área selecionada (SAED). Os resultados sugerem que além dos carbonetos MC, M2C irregular e regularcomplexo e M7C3 descritos na literatura, observa-se a presença de um novo tipo de carboneto M2C metaestável rico em cromo na liga no estado bruto de fundição. Os carbonetos metaestáveis M2C se decompõem em carbonetos M6C, em carbonetos M7C3 e finalmente MC globular com o aumento da temperatura e/ou com tempos crescentes de tratamento térmico. O carboneto M7C3 após tratamento térmico de longa duração passa por um processo de esferoidização e depois engrossamento. / Multicomponent White Cast Iron are high temperature wear resistant ferrous alloys, presenting eutectic MC and M2C carbides in their as cast structure. In the present work the decomposition microstructures of the metastable M2C carbide after heat treatments was characterized in a model multicomponent white cast iron with composition (in weight): 2 wt% C and 5 wt% of each of the carbide forming alloying elements V, Cr, Mo and W, and with the balance Fe. The model multicomponent alloy was isothermally treated at 950°C and 1.050°C for increasing time periods using a salt bath pit furnace and a muffle furnace using samples encapsulated in silica glass ampoules under vacuum. Treatment times were: 10s, 100s, 600s, 1.800s, 1 hour, 2 hours and 15 hours. Characterization techniques used were: X Ray diffraction of extracted carbides, optical microscopy metallography with selective etching techniques, scanning electron microscopy (SEM), X ray energy dispersive spectroscopy (EDS), transmission and scanning electron microscopy (STEM) and selected area electrons diffraction (SAED). Besides the MC, irregular and regular-complex M2C and M7C3 described in the literature, it was found in the as cast alloy also a hitherto unknown chromium rich M2C carbide. The metastable M2C carbides decompose into M6C carbides, then M7C3 and finally globular MC with increasing temperatures and/or increasing times at heat treatment temperatures. After long times heat treatments the M7C3 carbides, spheroidize and coarsen.