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[en] QUENCHING AND PARTITIONING OF NI-ADDED HIGH STRENGTH STEELS: KINETICS MODELLING MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES / [pt] TÊMPERA E PARTIÇÃO EM AÇOS DE ALTA RESISTÊNCIA CONTENDO NI: MODELAGEM CINÉTICA, MICROESTRUTURA E PROPRIEDADES MECÂNICASANA ROSA FONSECA DE AGUIAR MARTINS 03 December 2007 (has links)
[pt] Aços de alta resistência contendo frações significativas de
austenita retida têm alcançado grande interesse comercial
principalmente quando associados ao fenômeno TRIP durante o
processo de conformação final. Recentemente, um novo
conceito de tratamento térmico, denominado Têmpera e
Partição, vem sendo estudado como mais uma alternativa no
desenvolvimento de aços multifásicos. Neste processo, o
controle da fração volumétrica da austenita retida é
possível uma vez que durante o tratamento de partição, a
supersaturação de carbono na martensita temperada é
utilizada para estabilizar a austenita não transformada,
evitando assim transformações futuras que poderiam ocorrer
em temperaturas mais baixas. A seqüência de processamento
térmico envolve o tratamento de têmpera numa faixa de
temperatura entre Ms e Mf, seguido de partição numa
temperatura igual ou superior à temperatura de têmpera. A
partição do carbono da martenista para a austenita é
possível caso reações competitivas, como por exemplo, a
precipitação de carbetos, sejam suprimidas pela adição de
elementos de liga tais como Si e/ou Al. Uma condição básica
para o modelo está relacionada à restrição de movimentação
da interface martensita/austenita, uma vez que a difusão em
temperaturas baixas está limitada aos átomos interticiais.
Essa restrição leva a um novo conceito de equilíbrio
denominado Equilíbrio Constrito de Carbono, que é
caracterizado pela igualdade do potencial químico na
interface austenita-martensita apenas para o carbono. Nesse
trabalho foram desenvolvidos quatro aços, contendo
diferentes percentuais de C e Ni e com a presença dos
elementos Si, Mn, Mo e Cr. A adição desses elementos teve
finalidade reduzir a temperatura Bs, visando desacoplar o
tratamento de têmpera e partição de uma eventual
transformação bainítica. Um conjunto de condições para o
tratamento de têmpera e partição foi então desenhado,
envolvendo diferentes temperaturas de têmpera e diferentes
temperaturas e tempos de partição. A avaliação
microestrutural foi realizada utilizando recursos de
microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura e
de transmissão. A técnica de difração de raios-X foi
empregada para quantificar a fração de austenita retida e
seu enriquecimento em carbono. Foi modelado o processo de
partição do carbono utilizando o programa DICTRATM. Os
resultados dessas simulações foram analisados em termos dos
parâmetros microestruturais, do tempo e da temperatura, e
como essa combinação influência a cinética de partição do
carbono. Os resultados obtidos para as amostras ensaiadas
em tração indicaram uma vasta combinação de resistência
e ductilidade, confirmando o potencial do processo na
otimização das propriedades mecânicas. / [en] High strength steels containing significant fractions of
retained austenite have been developed in recent years and
are the subject of growing commercial interest when
associated with the TRIP phenomenon during deformation. A
new process concept, Quenching and Partitioning, has been
recently proposed for production of steel microstructures
containing carbon-enriched austenite. The heat treatment
sequence involves quenching to a temperature between the
martensite-start (Ms) and martensite-finish (Mf)
temperatures, followed by a partitioning treatment, above
or at the initial quench temperature, designed to enrich
the remaining untransformed austenite with the carbon
escaping from the supersaturated martensite phase, thereby
stabilizing the retained austenite phase during the
subsequent quench to room temperature. To enable the
austenite enrichment, competing reactions, principally
carbide precipitation, must be suppressed by appropriate
alloying elements, such as Si and/or Al. The concept
assumes a stationary martensite/austenite interface and the
absence of shortrange movements of iron and substitutionals
elements. The condition under which partitioning occur has
been called Constrained Carbon Equilibrium (ECC), due to
the restriction in movement of the interface and the
assumption that only carbon equilibrates its chemical
potencial at the interface. In this work, a group of four
alloys was investigated, containing different additions of
C and Ni and containing Si, Mn, Mo e Cr. These alloys were
designed to preclude bainite formation at the partitioning
temperatures of interest. Several heat-treatments, were
performed in these alloys, using the Q&P concept, to
evaluate its effect on the resulting microstructure and
mechanical properties. Each alloy was quenched at selected
temperatures and partitioned from 350 to 450°C for times
ranging from 10 to 1000s. Microstructural characterization
was performed by optical microcoscopy, scanning and
transmission electron microscopy, while X-ray diffraction
was used to determine both the fraction and the carbon
content of the retained austenite. Partitioning kinetics
were simulated with DICTRATM. The results were analyzed
taking into consideration the scale of the microstructure,
as well as the partitioning temperature. Tensile test
results indicated that very high levels of strength with
moderate toughness can be achieved confirming the potential
of the Q&P to produce a superior combination of mechanical
properties.
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[en] EFFECT OF THE AUSTENITIZATION TEMPERATURE ON THE QUENCHING AND PARTITIONING PROCESS / [pt] EFEITO DA TEMPERATURA DE AUSTENITIZAÇÃO NO PROCESSO DE TÊMPERA E PARTIÇÃODANIEL MASSARI DE SOUZA COELHO 11 September 2008 (has links)
[pt] O processo de Têmpera e Partição (T&P) possibilita a
produção de aços com frações controladas de austenita
retida, a partir do enriquecimento da austenita pela
partição de carbono da martensita sem a precipitação de
carbonetos. A austenita retida proporciona o efeito TRIP
(plasticidade induzida por transformação), que confere ao
material uma deformação uniforme e uma melhor absorção de
energia durante o impacto. Os aços produzidos por este
processo atendem principalmente às necessidades da indústria
automobilística, que busca aços com melhores propriedades
para a diminuição de peso e aumento da
segurança dos automóveis. Nesta dissertação, ligas de aço
com diferentes composições e tamanhos de grão foram
produzidos pelo processo de Têmpera e Partição e a fração de
austenita retida foi medida por difração de raios-X. As
ligas também foram caracterizadas por nanoindentação,
microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura. As
amostras estudadas foram produzidas com uma austenitização
completa a 930°C, realizada para promover um aumento
no tamanho de grão, e os resultados foram comparados com
amostras estudadas anteriormente com temperatura de
austenitização de 890°C. Os resultados obtidos
indicaram um aumento da fração de austenita retida com o
aumento do grão austenítico original. Estes resultados foram
interpretados com base no modelo teórico desenvolvido para o
processo T&P. / [en] The Quenching and Partitioning (Q&P) process allows the
production of steels with controlled fractions of retained
austenite from the enrichment of the austenite by carbon
partitioning from the martensite without carbide
precipitation. The retained austenite is responsible for the
TRIP effect (transformation induced plasticity), which
enhances the material behavior providing a uniform strain
and a better energy absorption during impact. Steels
produced by this process match the requirements of the
automotive industry, which looks for weight reduction and
safety improvements in cars. In the present dissertation,
steels with different compositions and grain sizes were
produced by the Quenching and Partition process and their
retained austenite fraction was measured by x-ray
diffraction. The steels were also characterized by
nanoindentation, optical microscopy and scanning electron
microscopy. The specimens studied were produced by a
complete austenitization at 930°C, to promote an increase in
the austenitic grain size, and the results were compared
with previously studied specimens produced by a complete
austenitization at 890°C. The experimental results indicate
an increase of austenite fraction with an increase in grain
size of the original austenite. These results were analyzed
based on the theoretical model develop for the Q&P process.
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