Currently titanium alloys metastable β type have been chosen for the biomedical applications because it has high corrosion resistance and young modulus values close to the modulus of bone. In this work we used the alloy Ti-35Nb- X Sn (0; 2,5; 5 wt%), type β-Sn, with the objective of optimizing the microstructure and mechanical properties for biomedical applications. The ingots was melted in arc furnace and subsequently homogenized at 1273K in controlled atmosphere for 12 hours in the oven and cooled, yielding a microstructure formed by the β phase. As a result, Vickers hardness testing were conducted in different regions, it was observed that the Ti-35Nb presented greater hardness value among the studied alloys, for X-ray diffraction on deformed condition all showed martensitica α” phase from the process of deformation and deformed condition 90% all samples were recrystallized. / Atualmente as ligas de titânio do tipo β metaestável têm sido as eleitas para aplicações biomédicas por possuem elevada resistência à corrosão e valores de módulo de elasticidade próximos ao módulo do osso. Nesse trabalho foi utilizada a liga Ti-35Nb a qual foi adicionado terrores de estanho para verificar as transformações de fases associadas a recristalização com o objetivo de otimizar a microestrutura e as propriedades mecânicas, visando uma possível aplicação biomédica. A liga foi fundida em forno a arco, posteriormente homogeneizada a 1000°C em atmosfera controlada durante 12 horas e resfriados no forno, obtendo-se uma microestrutura formada pela fase β. Em seguida, as amostras foram deformadas empregando uma matrix que foi submetida a um processo de compressão e posteriormente foi reaquecida a 900°C por 1 hora para avaliar o processo de recristalização. Na sequência, foram realizados ensaios de dureza Vickers em diferentes regiões, foi observado que a liga Ti-35Nb apresentou o maior valor de dureza dentre as ligas estudadas, para a difração de Raios X na condição deformada todas apresentaram a fase martensitica α” advinda do processo de deformação e na condição deformada 90% todas amostras foram recristalizadas.

Este trabalho foi desenvolvido como parte das atividades relacionadas ao projeto de cooperação internacional Brasil-Alemanha intitulado "Bulk metal formed parts for power plants" pertencente ao BRAGECRIM (Iniciativa Brasil-Alemanha para Pesquisa Colaborativa em Tecnologia de Manufatura), realizado em parceria entre o Laboratório de Transformação Mecânica (LdTM) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul e o Instituto de Conformação Mecânica (IBF) da Universidade Técnica de Aachen (RWTH), Alemanha. Este projeto visa o desenvolvimento do processo de forjamento a quente em matriz aberta para a produção de um eixo vazado para aplicação em aerogeradores de energia, em substituição à eixos maciços usualmente obtidos por fundição, visando aumento de desempenho mecânico e redução de peso da estrutura. Neste trabalho buscou-se analisar, por meio de simulação numérica computacional empregando o método de elementos finitos, diferentes parâmetros de forjamento, de modo a indicar a configuração operacional que se mostra mais adequada para a produção de um eixo vazado para a aplicação pretendida. Para isto, foram realizados cinco experimentos numéricos, avaliando a influência de parâmetros de forjamento na qualidade do produto forjado. Alguns parâmetros analisados foram: a sequência operacional de forjamento, geometrias e combinações de matrizes utilizadas industrialmente, razão de mordida, etc. Para as simulações termomecânicas foi utilizado o software de Elementos Finitos PEP/Larstran acoplado ao módulo de simulação de microestrutura Strucsim. O material utilizado nas simulações foi o aço DIN 42CrMo4 (AISI 4140). Os resultados mostraram que, dentre as diferentes combinações e geometrias de matrizes analisadas, o emprego de um par de matrizes côncavas, aplicando a sequência operacional-A analisada, tende a propiciar um produto de mais alta qualidade, promovendo maior uniformidade de deformação e microestrutura mais homogênea. Também, a razão de mordida influencia diretamente na qualidade do produto, sendo que uma razão de mordida na ordem de 0,6 induz graus de deformação maiores e mais profundos na peça forjada, ao mesmo tempo em que exige maiores cargas de conformação. Comparativos entre resultados da simulação e resultados experimentais de ensaios de compressão a quente de corpos de prova cilíndricos foram realizados para validação do software de simulação numérica. Os resultados experimentais mostraram que o software de simulação numérica pode prever com boa aproximação o fluxo de material e a evolução microestrutural durante o forjamento a quente do aço DIN 42CrMo4. / This work was developed as a part of the activities related to the international cooperation project between Brazil and Germany titled "Bulk formed metal parts for power plants" belonging to BRAGECRIM (Brazil-Germany Initiative for Collaborative Research in Manufacturing Technology). This project is in partnership between the Metal Forming Laboratory (LdTM) from the Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS) and the Institute of Metal Forming (IBF), from Technical University of Aachen (RWTH), Germany. The project aims the development of an open die forging process to produce a hollow shaft for application in wind turbines, replacing the solid shafts usually obtained by casting, in order to increase the mechanical performance and providing weight reduction to wind turbines. The present work aimed to analyze different forging parameters, using Finite Element Method, in order to indicate most suitable forging configuration to the production of a hollow shaft. Five numerical experiments were performed, evaluating the influence of various forging parameters on the quality of the forged product, such as the forging sequence, tool geometries and tool combinations and bite ratio. For thermomechanical simulations the Finite Element software PEP/Larstran was used, coupled to the microstructure simulation module Strucsim. The material used for the numerical simulations was the DIN 42CrMo4 steel (AISI 4140). The results showed that, among the different parameters analyzed, the use of concave dies, applying the operational sequence-A, tends to provide a forged with higher quality, promoting uniform strain distribution and homogeneous microstructure. Also, results showed that a bite ratio around 0,6 provides higher and deeper strain degrees, but requires higher forming loads. Hot compression tests using cylindrical specimens were performed to validate the numerical simulation software, including microstructure evolution. Comparison between simulation and experimental results showed that the numerical simulation software can predict with good approximation the material flow and microstructure evolution during hot forging for DIN 42CrMo4 steel.

Este trabalho foi desenvolvido como parte das atividades relacionadas ao projeto de cooperação internacional Brasil-Alemanha intitulado "Bulk metal formed parts for power plants" pertencente ao BRAGECRIM (Iniciativa Brasil-Alemanha para Pesquisa Colaborativa em Tecnologia de Manufatura), realizado em parceria entre o Laboratório de Transformação Mecânica (LdTM) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul e o Instituto de Conformação Mecânica (IBF) da Universidade Técnica de Aachen (RWTH), Alemanha. Este projeto visa o desenvolvimento do processo de forjamento a quente em matriz aberta para a produção de um eixo vazado para aplicação em aerogeradores de energia, em substituição à eixos maciços usualmente obtidos por fundição, visando aumento de desempenho mecânico e redução de peso da estrutura. Neste trabalho buscou-se analisar, por meio de simulação numérica computacional empregando o método de elementos finitos, diferentes parâmetros de forjamento, de modo a indicar a configuração operacional que se mostra mais adequada para a produção de um eixo vazado para a aplicação pretendida. Para isto, foram realizados cinco experimentos numéricos, avaliando a influência de parâmetros de forjamento na qualidade do produto forjado. Alguns parâmetros analisados foram: a sequência operacional de forjamento, geometrias e combinações de matrizes utilizadas industrialmente, razão de mordida, etc. Para as simulações termomecânicas foi utilizado o software de Elementos Finitos PEP/Larstran acoplado ao módulo de simulação de microestrutura Strucsim. O material utilizado nas simulações foi o aço DIN 42CrMo4 (AISI 4140). Os resultados mostraram que, dentre as diferentes combinações e geometrias de matrizes analisadas, o emprego de um par de matrizes côncavas, aplicando a sequência operacional-A analisada, tende a propiciar um produto de mais alta qualidade, promovendo maior uniformidade de deformação e microestrutura mais homogênea. Também, a razão de mordida influencia diretamente na qualidade do produto, sendo que uma razão de mordida na ordem de 0,6 induz graus de deformação maiores e mais profundos na peça forjada, ao mesmo tempo em que exige maiores cargas de conformação. Comparativos entre resultados da simulação e resultados experimentais de ensaios de compressão a quente de corpos de prova cilíndricos foram realizados para validação do software de simulação numérica. Os resultados experimentais mostraram que o software de simulação numérica pode prever com boa aproximação o fluxo de material e a evolução microestrutural durante o forjamento a quente do aço DIN 42CrMo4. / This work was developed as a part of the activities related to the international cooperation project between Brazil and Germany titled "Bulk formed metal parts for power plants" belonging to BRAGECRIM (Brazil-Germany Initiative for Collaborative Research in Manufacturing Technology). This project is in partnership between the Metal Forming Laboratory (LdTM) from the Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS) and the Institute of Metal Forming (IBF), from Technical University of Aachen (RWTH), Germany. The project aims the development of an open die forging process to produce a hollow shaft for application in wind turbines, replacing the solid shafts usually obtained by casting, in order to increase the mechanical performance and providing weight reduction to wind turbines. The present work aimed to analyze different forging parameters, using Finite Element Method, in order to indicate most suitable forging configuration to the production of a hollow shaft. Five numerical experiments were performed, evaluating the influence of various forging parameters on the quality of the forged product, such as the forging sequence, tool geometries and tool combinations and bite ratio. For thermomechanical simulations the Finite Element software PEP/Larstran was used, coupled to the microstructure simulation module Strucsim. The material used for the numerical simulations was the DIN 42CrMo4 steel (AISI 4140). The results showed that, among the different parameters analyzed, the use of concave dies, applying the operational sequence-A, tends to provide a forged with higher quality, promoting uniform strain distribution and homogeneous microstructure. Also, results showed that a bite ratio around 0,6 provides higher and deeper strain degrees, but requires higher forming loads. Hot compression tests using cylindrical specimens were performed to validate the numerical simulation software, including microstructure evolution. Comparison between simulation and experimental results showed that the numerical simulation software can predict with good approximation the material flow and microstructure evolution during hot forging for DIN 42CrMo4 steel.

Currently titanium alloys metastable β type have been chosen for the biomedical applications because it has high corrosion resistance and young modulus values close to the modulus of bone. In this work we used the alloy Ti-35Nb- X Sn (0; 2,5; 5 wt%), type β-Sn, with the objective of optimizing the microstructure and mechanical properties for biomedical applications. The ingots was melted in arc furnace and subsequently homogenized at 1273K in controlled atmosphere for 12 hours in the oven and cooled, yielding a microstructure formed by the β phase. As a result, Vickers hardness testing were conducted in different regions, it was observed that the Ti-35Nb presented greater hardness value among the studied alloys, for X-ray diffraction on deformed condition all showed martensitica α” phase from the process of deformation and deformed condition 90% all samples were recrystallized. / Atualmente as ligas de titânio do tipo β metaestável têm sido as eleitas para aplicações biomédicas por possuem elevada resistência à corrosão e valores de módulo de elasticidade próximos ao módulo do osso. Nesse trabalho foi utilizada a liga Ti-35Nb a qual foi adicionado terrores de estanho para verificar as transformações de fases associadas a recristalização com o objetivo de otimizar a microestrutura e as propriedades mecânicas, visando uma possível aplicação biomédica. A liga foi fundida em forno a arco, posteriormente homogeneizada a 1000°C em atmosfera controlada durante 12 horas e resfriados no forno, obtendo-se uma microestrutura formada pela fase β. Em seguida, as amostras foram deformadas empregando uma matrix que foi submetida a um processo de compressão e posteriormente foi reaquecida a 900°C por 1 hora para avaliar o processo de recristalização. Na sequência, foram realizados ensaios de dureza Vickers em diferentes regiões, foi observado que a liga Ti-35Nb apresentou o maior valor de dureza dentre as ligas estudadas, para a difração de Raios X na condição deformada todas apresentaram a fase martensitica α” advinda do processo de deformação e na condição deformada 90% todas amostras foram recristalizadas.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:34:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:06:46Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O objetivo do presente trabalho consistiu no desenvolvimento de fios de liga de cobre-cromo-zircônio (CuCrZr) em uma composição estabelecida em Cu-0,7%Cr- 0,1%Zr (em massa). Nas etapas desenvolvidas, foram feitos botões de cobrecromo (CuCr) e cobre-zircônio (CuZr) em um forno a arco elétrico de eletrodo não consumível, sendo esses botões, posteriormente, fundidos junto com cargas de cobre em um cadinho de alumina (Al2O3) inserido no interior de um vaso de aço inoxidável, que serviu como suporte. Após a fusão dos botões e cargas, o banho foi vazado em uma coquilha de cobre, obtendo-se os tarugos da liga de cobre. Dos tarugos em estado bruto de fusão, foram retiradas amostras para ensaios de dureza Vickers. Nesses tarugos foi feito um tratamento térmico de homogeneização a 910 °C por 2 h. Os tarugos foram posteriormente trabalhados mecanicamente a frio por forjamento rotativo seguido de trefilação, para obtenção final dos fios no calibre de 2,174 mm. Os fios passaram por dois tratamentos térmicos de recristalização, um a 510 °C por 1 h e outro de 480 °C por 5 h. Os fios foram caracterizados mecanicamente por ensaios de tração e de dureza e os resultados foram comparados com dados experimentais da literatura. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Os efeitos da textura e do tamanho de grão de bobina a quente (BQ) na evolução da textura durante o processamento de aços elétricos semiprocessados foram estudados no presente trabalho. Observou-se que o aumento do tamanho de grão da BQ não é eficiente para obtenção de altas intensidades de componente Goss () após recozimento intermediário quando a bobina a quente apresenta intensidades muito elevadas (em torno de 14 vezes o aleatório) de cubo rodado (). Foi confirmada a hipótese de que ocorre nucleação de grãos com orientação Goss e cubo na face () em bandas de transição de grãos de fibra gama (//DN). Além disso, os resultados sugerem que a textura da BQ é importante para a evolução da textura durante o processo, levando à texturas finais distintas. Observou-se também forte relação entre tamanho de grão inicial (da BQ) e após laminação a frio e recozimento intermediário. Quanto maior o tamanho de grão inicial, maior o tamanho de grão recristalizado. O mesmo comportamento ocorreu durante o recozimento final, etapa em que ocorre migração de contornos induzida por deformação. Quanto maior o tamanho de grão após recozimento intermediário, maior o tamanho de grão após laminação de encruamento e recozimento final. Resultados interessantes foram obtidos a partir de chapas produzidas por solidificação direcional, encontrando-se texturas finais próximas a ideal, principalmente quando se utilizaram laminações a 800ºC. / The grain size and hot band texture effects on the texture evolution during the semi processed electrical steels were studied in this work. The results show that the increase of the hot band grain size is not efficient to obtain high Goss intensities () after intermediate annealing, when the hot band texture presents high intensities (around 14 times random) of rotate cube (). The nucleation of Goss and cube grains () in transition bands of gama fiber grains (<111//DN) was observed. Moreover, the results found in this work suggest that hot band texture is determinant to the texture evolution during the process. Strong influences of hot band grain size in recrystallized grain size after intermediate annealing was found. Samples produced by coarse grains presented high recrystallized grain sizes. The same comportment after temper rolling and final annealing was found, when strain induced boundary migration occurs. Coarse grains after intermediate recrystallization let to high grain sizes after final annealing. Excellent textures for samples produced from directional casting were found, mainly when the sheets were rolled at 800ºC.

Nesta Dissertação são apresentados os resultados do estudo da evolução microestrutural de um aço inoxidável dúplex UNS S32205 durante o processo de laminação a frio e posterior recozimento em 1080ºC. Amostras do aço na condição como-recebida, laminadas a frio e recozidas isotermicamente foram caracterizadas utilizando as técnicas de microscopia ótica e eletrônica de varredura, dilatometria, espectroscopia de energia dispersiva (EDS), microdureza Vickers, difração de raios X, magnetização de amostra vibrante, macrotextura e difração de elétrons retroespalhados (EBSD). No material na condição como-recebido foi possível observar uma microestrutura com a austenita parcialmente recristalizada (53%) apresentando maclas de recozimento e a ferrita recuperada. Uma fração volumétrica de cerca de 50% de cada fase foi encontrada. Cálculos termodinâmicos e análises químicas via EDS mostram boa concordância quanto à partição de soluto existente entre a ferrita e a austenita. Análises de magnetização mostraram que não houve variação considerável na fração de fase magnética nas amostras laminadas a frio até 79% de redução em espessura, ou seja, não foi possível observar a formação de martensita induzida por deformação nas condições de laminação utilizadas. Medidas do campo coercivo (Hc) e magnetização remanente (MR) mostram, porém, um comportamento quase linear em relação ao grau de deformação. Por meio de medidas de difração de raios X, utilizando uma análise qualitativa do alargamento de picos difratados, observou-se maior encruamento da austenita durante a laminação a frio. O mesmo comportamento foi encontrado em medidas de dureza individual de fases, assim como em análises de desorientação média de kernel (KAM) obtidos via EBSD. Análises de macrotextura e microtextura mostraram que o material na condição como-recebido possui uma textura forte, principalmente a ferrita, apesar de ser proveniente de um processo de laminação a quente. Durante a laminação a frio não foram observadas grandes mudanças nas componentes de textura em ambas as fases, porém, observou-se a intensificação da componente Goss-Latão na austenita, devido à deformação plástica e à formação de bandas de cisalhamento. Na ferrita observou-se uma típica intensificação da fibra ??com o aumento da deformação plástica. As amostras deformadas 43% e 64% recozidas em 1080 ºC apresentaram uma microestrutura totalmente recristalizada após 3 min de tratamento, caracterizada pela formação de uma estrutura tipo \"bambu\". Com 1 min de tratamento, através de análises de espalhamento da orientação de grão (GOS), observou-se a ocorrência de recristalização primária na ferrita (42% de grãos recristalizados) na amostra laminada 43%. Por outro lado, a austenita manteve uma microestrutura levemente recuperada. Com uma deformação de 64%, a fração recristalizada da ferrita não foi alterada significativamente enquanto que a austenita apresentou uma fração recristalizada de 43%. Análises de KAM mostraram uma maior diferença de energia armazenada na austenita do que na ferrita entre as amostras laminadas até 43% e 64%. Após o recozimento não foram observadas mudanças significativas na microtextura de ambas as fases. Porém, na ferrita observou-se um aumento considerável da fração dos contornos especiais (CSL) ?3, ?13b e ?29a (entre 11% e 12% no total) enquanto que na austenita somente um aumento na fração dos contornos tipo ?3 (cerca de 15%) associados aos contornos de macla foi identificado. / In this Dissertation, results of the study of the microstructural evolution of a duplex stainless steel UNS S32205 during the cold rolling process and further isothermal annealing at 1080ºC are reported. Samples of the steel in the as-received, cold-rolled and annealed conditions were characterized using light and scanning electron microscopy, dilatometry, energy dispersive spectroscopy (EDS), Vickers hardness, X-ray diffraction (XRD), vibrating sample magnetization, macrotexture (XRD) and electron backscatter diffraction (EBSD). In the as-received material it was possible to observe a microstructure with partially recrystallized austenite (53%) with the presence of annealing twins and recovered ferrite. A volume fraction of approximately 50% of each phase was found. Thermodynamic calculations and chemical analysis via EDS showed good agreement on solute partitioning between ferrite and austenite. Magnetization analysis showed that there was no considerable changes in the magnetic phase fraction in the samples cold rolled up to 79% in thickness reduction. Hence, it was not possible to observe the formation of deformation induced martensite with the rolling conditions used in this work. Measurements of the coercive field (Hc) and remnant magnetization (MR) show, however, an almost linear behavior in relation to the degree of deformation. Through X-ray diffraction measurements, using a qualitative analysis of the diffracted peaks broadening, a higher work hardening of austenite was observed during cold rolling. The same behavior was found in hardness measurements of individual phases, and in the average kernel misorientation analysis (KAM) obtained by EBSD. Analysis of macrotexture and microtexture showed a strong texture in the as-received material, especially in ferrite, although this material was obtained by a hot-rolling process. During cold-rolling, no significant changes were observed in the texture components of both phases. However, an increase of the Goss-to-Brass component in austenite was noticed, and it may be related to the work hardening and to the formation of shear bands. In ferrite, the strengthening of the ?-fiber was noticed with increasing strain. The samples deformed 43% and 64% and annealed at 1080ºC showed a fully recrystallized microstructure after 3 min of annealing, forming a \"bamboo\" like structure. After 1-min annealing, by using grain orientation spread (GOS) analyzes, it was possible to observe the occurrence of primary recrystallization in ferrite (42% of recrystallized grains) in the 43% cold-rolled sample. On the other hand, austenite kept a slightly recovered microstructure. With a strain of 64%, the recrystallized fraction of ferrite did not change significantly, whereas austenite presented a recrystallized fraction of 45%. KAM analyzes showed a higher stored energy difference in austenite than in ferrite between the 43% and 64% rolled samples. Nevertheless, after annealing, a considerable increase in the fraction of special boundaries (CSL) ?3, ?13b and ?29a (between 11% and 12% in total) was observed in ferrite, while in austenite only an increase in the ?3 boundaries (about 15%), associated with the twin coherent boundaries, was identified.

O encruamento e a recristalização do aço inoxidável ferrítico AISI 430 com adição de nióbio e microestrutura formada por grãos grosseiros foram investigados. Os aços inoxidáveis ferríticos podem ser utilizados na indústria automotiva, por exemplo, nas partes mais quentes do sistema de exaustão de gases. Neste trabalho, três composições distintas foram investigadas, variando-se as quantidades de nióbio e de intersticiais (carbono e nitrogênio). Com o objetivo de se obter uma microestrutura formada por grãos grosseiros útil para o estudo dos efeitos de orientação, amostras dos aços laminado a quente foram recozidas a 1250?C por 2 h. Após recozimento, o tamanho de grão foi medido usando o método padrão dos interceptos lineares. Para o estudo do encruamento, as placas foram laminadas a frio entre reduções de 20% e 80%. As amostras com 80% de redução foram recozidas em temperaturas variando entre 400 e 1000?C por 15 min para o estudo da recristalização. As curvas de encruamento e de amolecimento isócrono foram realizadas mediante a determinação da variação da microdureza Vickers. A caracterização microestrutural das amostras foi realizada com o auxílio das microscopias ótica (MO) e eletrônica de varredura (MEV) no modo de elétrons retroespalhados (BSE). A macrotextura foi determinada com o auxílio da difração de raios X (DRX). A microtextura foi determinada mediante o mapeamento de amostras representativas via difração de elétrons retroespalhados (EBSD). Os precipitados presentes na matriz ferrítica dos aços laminados a quente (FSS-B) foram extraídos utilizando duas rotas distintas: eletrolítica e química. A natureza cristalográfica dos precipitados foi determinada via DRX e a morfologia foi observada com o auxílio da MEV. As microestruturas recuperadas na condição inicial consistem de grãos alongados na DL e por partículas de Nb(C,N). A textura é caracterizada por componentes típicas de laminação no centro e de cisalhamento na superfície devido às grandes reduções por passe. Após recozimento, as macrografias revelaram que os aços FSS-A e FSS-B apresentam tamanho de grão similar, enquanto que o aço FSS-C apresentou tamanho de grãos menor. Os resultados de textura apresentaram as componentes CH (centro), Goss e Brass (superfície). A laminação a frio ocorreu de forma homogênea para as reduções inferiores a 50%. A partir desta redução, regiões bandeadas surgem na microestrutura. Notou-se que existe uma relação de orientação entre os grãos originais e as regiões bandeadas de modo que volumes regulares do grão giram na DT. Esta relação também foi observada nas regiões ao redor das partículas de Nb(C,N). A textura de laminação a frio é constituída pelas fibras ? e ?. A recristalização dos aços investigados ocorre em temperaturas entre 650 e 850ºC. A partir da microtextura, não foram observadas componentes de textura associadas ao mecanismo PSN. O aço FSS-R apresentou componentes pertencentes à fibra ?, enquanto que os aços FSS-A, FSS-B e FSS-C apresentaram além da fibra ?, componentes CH e fibra &#951;. O recozimento em temperaturas elevadas promove o crescimento de grão e a conseqüente formação das componentes CH e fibra &#951;. / Work hardening and recrystallization behaviors of coarse-grained Nb-containing AISI 430 ferritic stainless steels were investigated. Ferritic stainless steels can be used in automotive industry in hot parts of the gas exhaust system. In this work, three different compositions were investigated varying niobium and interstitial contents (carbon and nitrogen). Aiming to obtain a useful coarse-grained microstructure for the study of orientation effects, hot-rolled samples were annealed at 1250°C for 2 h. After annealing, grain size was determined using a standard linear intercept method. Samples were cold rolled to reductions varying from 20% up to 80%. Samples after 80% cold rolling were annealed at temperatures ranging from 400°C up to 1000°C for 15 min to investigate their recrystallization behavior. Vickers microhardness testing was performed to follow hardening and softening behaviors in the samples. Microstructural characterization of the samples was performed using both light optical and scanning electron (SEM) microscopies in the backscattered electron mode (BSE). The macrotexture was determined by X-ray diffraction. Electron backscatter diffraction (EBSD) measurements were carried out in representative samples to determine microtexture. Precipitates in hot-rolled samples (FSS-B) were both electrolytically and chemically extracted. The crystallography of precipitates was determined by X-ray diffraction and their morphology was observed using SEM. The microstructures in hot-rolled condition consist of elongated recovered grains and dispersed Nb(C,N) particles. Texture is characterized by typical rolling components in the center layer, whereas shear components appear in the surface layers. After annealing, FSS-A and FSS-B steels displayed similar grain size, whereas FSS-C displayed a finer one. The results of macrotexture show CH in the center layer and both Goss and Brass components at the surface layer. The microstructure of samples cold rolled up to reductions below 50% do not display banding. Above 50% reduction, deformation heterogeneities (bands) appear in the microstructure. The banded regions and those around coarse particles tend to rotate in TD. Cold-rolling texture displays both ? and ? fiber components. Recrystallization takes place in temperature between 650 and 850ºC. Texture due to PSN mechanism was not observed. The FSS-C steel displayed only components belonging to ? fiber, whereas FSS-A, FSS-B e FSS-C steels displayed besides ? fiber, components CH and those belonging to &#951; fiber. Grain-growth annealing at high temperature contributes to increase CH and &#951; fiber components.

Orientadores: Antonio Jose Ramirez Londono, Sérgio Tonini Button / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-23T08:59:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fonseca_EduardoBertonida_M.pdf: 6113689 bytes, checksum: 7822b778729271cdd221fc4ab3b1a0cc (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Simulação física da soldagem por atrito com pino não consumível (SAPNC) foi realizada com o objetivo de se determinar as condições termomecânicas impostas ao material durante o processo, as quais são essenciais para o melhor entendimento da soldagem e para o desenvolvimento da simulação numérica da SAPNC. Por isso, ensaios de torção a quente foram realizados no aço inoxidável duplex (AID) UNS S32205 utilizando um simulador termomecânico Gleeble 3800®. Foi desenvolvido um sistema de resfriamento com nitrogênio líquido para se reproduzir, nos ensaios de torção, a história térmica medida durante a SAPNC do AID. Assim, foram reproduzidas as microestruturas da zona termomecanicamente afetada (ZTMA), tanto do lado de avanço quanto do lado de retrocesso, e da zona misturada (ZM) central. As microestruturas foram comparadas em termos de morfologia, de fração volumétrica, de tamanho de grão médio e de fração recristalizada de cada fase, por meio de microscopia óptica e difração de elétrons retroespalhados (EBSD). Além disso, foram analisados os mecanismos de amaciamento de cada fase durante a deformação a quente. Simulações numéricas do ensaio de torção foram realizadas para determinar a deformação verdadeira e a taxa de deformação em cada região simulada. A ZTMA foi simulada fisicamente a 1030 °C, 500 a 750 rpm e 0,50 a 0,75 revolução, o que corresponde a deformações verdadeiras entre 0,50 e 0,65 e taxa de deformação de 11 s-1. Embora tenha sido observada boa semelhança morfológica, o tamanho de grão médio das regiões simuladas se mostrou inferior àquele da ZTMA real. Observou-se recristalização dinâmica contínua da ferrita e recristalização dinâmica parcial da austenita, resultando em estrutura majoritariamente deformada. Já a ZM foi simulada fisicamente a 1130 °C, 500 a 750 rpm e 1,2 revolução, o que corresponde à deformação verdadeira de 1,30 e taxa de deformação de 15 s-1. O refinamento de grão da ZM foi reproduzido pelos ensaios de torção, porém com pequenas diferenças morfológicas devido à falta de mistura mecânica na simulação física. Foi apontada a ocorrência de recuperação e recristalização dinâmicas na austenita e recristalização dinâmica contínua na ferrita / Abstract: Physical simulation of friction stir welding (FSW) was employed to determine the thermomechanical conditions imposed to the material during the process, which are essential for the better understanding of the process and for the development of FSW numerical simulation. Therefore, hot torsion tests were carried out on UNS S32205 duplex stainless steel (DSS) using the thermomechanical simulator Gleeble 3800®. A liquid nitrogen quench system was developed in order to reproduce during the torsion tests the thermal history previously measured during FSW of the DSS. As a result, the microstructures from the thermomechanically affected zone (TMAZ), both advancing and retreating sides, and from the center of the stir zone (SZ) were reproduced. Microstructures were compared in terms of morphology, volume fraction, average grain size, and recrystallized fraction of each phase, by means of optical microscopy and electron backscattered diffraction (EBSD). Moreover, the softening mechanisms of each phase during hot deformation were investigated. Numerical simulation of the torsion tests were carried out in order to determine the true strain and the strain rate associated with each simulated microstructure. The TMAZ was physically simulated at 1030 °C, 500 to 750 rpm, and 0.50 to 0.75 revolution, which corresponds to true strains between 0.50 and 0.65, and strain rate of 11 s-1. Although good morphological resemblance was observed, the average grain size of the simulated regions remained smaller than the real TMAZ. The softening mechanisms observed were continuous dynamic recrystallization of the ferrite and partial dynamic recrystallization of the austenite, which resulted in a highly deformed structure. The SZ was simulated at 1130 °C, 500 to 750 rpm, and 1.2 revolution, which corresponds to true strain of 1.30 and deformation rate of 15 s-1. The grain refinement reported in the SZ was reproduced by the torsion tests, but morphological differences were observed due to the absence of stirring in the physical simulation. Dynamic recovery and dynamic recrystallization of the austenite were observed, as well as the continuous dynamic recrystallization of the ferrite / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Ramirez Londono, Antonio Jose / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-23T16:20:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RodriguezFernandez_Johnnatan_D.pdf: 160902949 bytes, checksum: 4744bcf4bff982b6d8a31d0ccb36ea63 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Neste trabalho foram realizadas juntas soldadas dissimilares de aço ASTM A516 Gr 60 e da liga de Ni 625, com 6,6 mm de espessura, empregando o processo de soldagem por atrito com pino não consumível (SAPNC) conhecida em inglês como Friction Stir Welding (FSW). Juntas consolidadas foram obtidas com os parâmetros de soldagem de 300 rpm, 100 mm.min-1, 30 kN de força axial e o deslocamento tangencial (DT) de +2,0 mm. Dentre os parâmetros estudados encontrou-se que velocidades de rotação superiores de 300 rpm apresentaram um incremento dos defeitos volumétricos (vazios) e para velocidades menores de 300 rpm, observou-se uma relação entre a oscilação da ferramenta e o incremento das forças axiais. A avaliação da microestrutura foi realizada por meio de microscopia óptica e eletrônica de varredura e transmissão, espectroscopia de raios X dispersiva em energia (XEDS) e difração de elétrons retroespalhados (EBSD). Foi possível estudar a evolução microestrutural e entender as transformações de fases e mecanismos de recuperação e recristalização após o processo de SAPNC. No aço A516, o mecanismo de rearranjo e eliminação de defeitos cristalinos foi por recristalização dinâmica contínua e na liga de Ni observou-se que durante o processo ocorre recristalização dinâmica contínua e descontínua. Na interface entre o aço A516 e a liga Ni 625, com um tamanho de 2 ?m, foi observada a presença de precipitados do tipo NbC o que sugere que estes precipitados foram arrastrados desde a zona misturada. As simulações termodinâmicas dos precipitados durante o processo de soldagem encontram-se de acordo com as observações microestruturais. A análise mostrou texturas de cisalhamento simples em todas as regiões afetadas pela deformação durante o processo de soldagem. Além disso, foi possível determinar por meio das figuras de polo, as rotações das células cristalinas para atingir as orientações cristalográficas finais observadas na junta soldada a partir do estado inicial do material de base / Abstract: Dissimilar 6 mm thick butt joints of steel ASTM A516 Gr 60 and Ni-based alloy 625, were produced by friction stir welding (FSW). Fully consolidated joints were produced using rotational speed of 300 rpm, travel speed of 100 mm.min-1, tangent offset of 2.0 mm, and axial force of 30 kN. Among the parameters studied, it was found that rotational speeds higher than 300 rpm promoted an increase on the macro-voids size. On the other hand, rotational speeds lower than 300 rpm resulted on an undesirable and correlated tool and axial force oscillation. Microstructural characterization was performed using optical microscopy, scanning and transmission electron microscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy (XEDS), and electron backscattering diffraction (EBSD). The microstructural evolution, phase transformations, and recovery and recrystallization mechanisms associated to the FSW process were investigated. In the steel A516, continuous dynamic recrystallization characterized by the rearrange and elimination of crystalline defects was identified as the main softening mechanism. In the Ni-based alloy, continuous and discontinuous dynamic recrystallization were the main mechanisms observed, with bulging of the original grain boundaries and progressive subgrain rotation. The NbC precipitates observed at the interface between the steel and the Ni-based alloy are thought to have been dragged from the Nibased alloy stir zone. Thermodynamic/kinetic simulations are in agreement with the above mentioned microstructural observation. The micro-texture analysis showed simple shear textures in all the welding zones affected by deformation during FSW. In addition, it was possible to determine the average crystalline cells rotations undergone by the base material to reach preferential orientations on the stir zone / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica