Orientador: Itamar Franco / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-07T00:00:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lopes_JorgeTeofilodeBarros_D.pdf: 9029250 bytes, checksum: f3ec2a6ac86fad1df85550195db13502 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Os aços inoxidáveis duplex (¿duplex stainless steels ¿ DSS¿) fazem parte de uma classe de materiais com microestrutura composta por duas fases, normalmente a ferrita e a austenita, com frações volumétricas aproximadamente iguais. Estes materiais se caracterizam por apresentarem excepcional combinação de propriedades mecânicas, aliada a uma excelente resistência à corrosão sob condições críticas de trabalho, o que os torna uma alternativa disponível aos aços inoxidáveis austeníticos. Por esse motivo, os aços inoxidáveis duplex possuem um vasto campo de aplicações; no entanto, no que pese a versatilidade desses aços, proporcionada pela interessante combinação de elevadas propriedades mecânicas e de resistência à corrosão, eles são menos apropriados que os austeníticos para aplicações acima de +250ºC, devido à precipitação de fases frágeis, e abaixo de ¿50ºC, em virtude da fragilidade associada à fase ferrita. Em vista dessas limitações, o presente trabalho pretende estudar o comportamento do aço inoxidável duplex SAF 2205 (UNS S31803), no que se refere à taxa de propagação de trinca por fadiga e mecanismos de fratura na propagação de trinca por fadiga, quando submetido a diferentes temperaturas e a variação na sua microestrutura pela precipitação de fases frágeis, proporcionando, dessa forma, a análise da influência desses dois fatores limitantes do uso do material em termos de propriedades mecânicas. Foram realizados ensaios de propagação de trinca por fadiga em três temperaturas (ambiente, ¿20º e ¿50°C), com o material solubilizado e em quatro outras condições microestruturais com crescentes frações de fases precipitadas, principalmente Sigma e Chi. A fração volumétrica dessas fases foi obtida por meio de tratamentos isotérmicos a 850ºC nos tempos de 5, 20, 35 e 100 minutos, tendo os seus valores variados entre 0,7% e 8,6%. Para a caracterização microestrutural do material foram utilizadas as técnicas de microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura. Com relação à resistência à propagação de trinca por fadiga, observou-se um aumento para valores iniciais de _K em todas as condições estudadas; todavia, a inclinação da curva, medida por meio do parâmetro m da equação de Paris-Erdogan, aumentou com a elevação da fração volumétrica das fases precipitadas de tal forma que, na condição mais extrema, correspondente ao valor médio de 8,6% dessas fases, a taxa de propagação de trinca nos pontos finais da condição de validade do ensaio atingiu um valor superior em cerca de três vezes ao da condição não tratada, considerando valores próximos de _K. A temperatura, por sua vez, influenciou no sentido de também diminuir a taxa de propagação de trinca, principalmente na temperatura de ¿50°C, e aumentar a inclinação das curvas, proporcionando valores nas taxas de propagação aproximadamente iguais nos pontos finais de validade dos ensaios. Em relação aos mecanismos de fratura observou-se a fratura tipo alveolar, com tendência para aparência de clivagem pelo aumento da quantidade de fases frágeis, não tendo sido observadas modificações consideráveis no aspecto das superfícies de fratura dos corpos de prova ensaiados em temperaturas negativas nos níveis em que foram adotadas neste trabalho / Abstract: Duplex stainless steels (DSS) are part of a materials class with microstructure composed by two phases, usually ferrite and austenite, which are present in approximately equal volume fractions. These materials are characterized by an exceptional combination of mechanical properties and an excellent corrosion resistance under critical conditions of work, that make them an available alternative to the austenitic stainless steels. For that reason, the duplex stainless steels have a wide field of applications; however, despite their versatile's nature, provided by the interesting combination of high mechanical properties and corrosion resistance, they are less appropriate than the austenitics for applications above +250ºC, due to precipitation of brittle phases, and below ¿50ºC, due to fragility associated to the ferrite phase. Because of those limitations, the present work purposes to study the behavior of the duplex stainless steel SAF 2205 (UNS S31803), concerning to the fatigue crack propagation rate and fracture mechanisms in the fatigue crack propagation when submitted to different temperatures and the variation in its microstructure, for the precipitation of brittle phases, providing, in that way, the analysis of the influence of those two factors that restrict the use of the material in terms of mechanical properties. Fatigue crack propagation tests were conduzed at three temperatures (+24°C, ¿20°C and ¿50°C), and under five material conditions (annealed and four microstructures with an increasing fraction of precipitate phases, mainly Sigma and Chi). The volume fraction of those phases was obtained from isothermal heat treatments for 850ºC in the times of 5, 20, 35 and 100 minutes, having its values varied between 0.7% and 8.6%. The microstructural characterization was obtained by using optical and scanning electron microscopies. In regard to the fatigue crack propagation resistance, was observed an increase for initial values of _K in all the studied conditions. On the other hand, the slope of the curve, measure by means of the parameter m of the Paris-Erdogan equation, it increased with the elevation of the volume fraction of the precipitated phases, in such a way that, in the most extreme condition, corresponding to the medium value of 8.6% of those phases, the fatigue crack propagation rate in the final points of the condition of validity of the tests reached a value in about three times higher them the non treated condition, considering values of _K approximately the same. In its turn, the temperature decreased the crack propagation rate, mainly in the temperature of ¿50°C, and increased the slope of the curves, providing approximately the same value in the propagation's rates in the final points of validity of the tests. The fracture mechanism alveolar with trend for appearande cleavage was observed with increasing the fraction of brittle phases. The aspect of the fracture surfaces didn't present considerable modifications with the decrease of the test temperature at the levels in that were adopted in this work / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Ana M. M. Nazar, Ricardo E. Medrano / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-22T01:43:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sagradi_DeboraPulino_D.pdf: 12577810 bytes, checksum: a9c00a427e30de3148040672fc53ed66 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Não informado / Abstract: Superplasticity is the ability of certain materials to deform homogeneously with high elongations (several hundreds or thousands percent) at elevated temperatures and low strain rates. This subject of scientific and teclinological interest is not well slablished yet. The purpose of present work is to characterize and to study the superplastic behavior of a 22.5%Cr-6.4%Ni-3.0%Mo-0.16%N duplex stainless steel. Therefore, samples from sheets of the material were examined at 950°C and 98CFC by means of tensile, strain rate change and stress relaxation tests. Moreover, microstructures and cavitation process under main conditions were also analyzed. Tensile tests provided informations about elongation and deformation homogeneity. On the other hand, the strain rate change and stress relaxation tests were more suitable to determine the strain rate sensitivity. The superplastic behavior analysis was based on whole results from elongation, strain rate sensitivity and deformation uniformity. According to these criteria, the material exhibits superplastic deformation at 980X with strain rates ranging from 10 s" to ! 0' s". Under these conditions the deformation was homogeneous (without necking), the strain rate sensitivity coefficient attained 0.7 and elongation achieved 900%. During deformation: (i) the initial microstructure composed of oriented phases change to an equiaxed stable structure and (ii) cavitation process occurs. These observations suggest the grain boundary sliding as the main superplastic deformation mechanism. Key Words: super-plasticity, duplex stainless steel, tensile test, strain rate change test, stress relaxation / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Ana Maria M. Nazar, Ricardo E. Medrano / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-22T10:50:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sagradi_Marcello_M.pdf: 11321510 bytes, checksum: 9e4a5b3b4d657979e73fcaff4ac13ac4 (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Materiais superplásticos podem sofrer altos níveis de deformação de maneira homogênea quando submetidos a condições de processamento específicas (alta temperatura e baixa taxa de deformação). Os aços inoxidáveis duplex podem ser superplásticos, contudo isto só é possível para materiais com estrutura refinada, ou seja, é necessário que o tamanho de grão seja inferior a 10 µm. O objetivo deste trabalho é desenvolver e estudar, em função da microestrutura de partida, o comportamento superplástico do aço inoxidável duplex 2205 (21,13% Cr; 4,73% Ni; 2,75% Mo; 0.18N). Para atingir este propósito, um material não superplástico foi submetido a diversos tratamentos termomecânicos, incluindo laminação a quente (80% de redução de área) no campo bifásico, laminação a frio (vários graus de redução) após um tratamento de solubilização no campo monofásico (ferrítico) e um tratamento de solubilização após cada processo de deformação. Desta forma, fabricaram-se duas categorias de materiais: os materiais brutos de laminação e os materiais solubilizados. Para avaliar a superplasticidade, todos os materiais listados acima foram submetidos ao ensaio de tração à temperatura de 980°C com mudança de taxa de deformação. Tal procedimento permitiu a determinação do expoente de sensibilidade à taxa de deformação (m) em função da taxa de deformação. Para verificar a correlação existente entre os resultados obtidos pelos ensaios e a microestrutura de partida, em alguns casos, realizaram-se ensaios de tração até a fratura com uma taxa de 3 x I0-4 s-1 na mesma temperatura. Foi feita ainda uma análise metalográfica em cada corpo-de-prova após cada ensaio de tração. O trabalho permitiu concluir que, como o processo de deformação a frio produz microestruturas mais refinadas, este é mais indicado para tornar o aço estudado superplástico. O tratamento mais efetivo foi a laminação do material a frio com uma redução de 80% após uma solubilização a 1380°C, o que resultou em tamanhos de grão da ordem de 5 µm. Neste caso, o valor máximo encontrado para o alongamento foi de 1500%, para uma taxa de 3 x I0-4 s-1, onde o valor de m é de 0,64. Taxas de deformação menores não melhoraram a superplasticidade do material, devido à precipitação de fase sigma em ensaios mais lentos. Acredita-se que a fase sigma nucleia cavidades, promovendo a falha prematura do material / Abstract: Superplastic materials can undergo high deformation levels with high uniformity when submitted to specific conditions (high temperature and slow strain rate). Duplex stainless steel may exhibit superplastic behavior. However, this is only possible to fine-grained materials, in other words, a grain size less than 10 µm is required. The purpose of this work is to develop and study as a function of prior microstructure the superplastic behavior of the 2205 duplex stainless steel (21.13% Cr, 4.73% Ni, 2.75% Mo, 0.18N). To reach this goal, a non-superplastic material was submitted to several thermomechanical treatments, including hot rolling (80% of area reduction) in the dual-phase field, cold rolling (several levels of area reduction) after a solution treatment in the single phase field (ferritic) and a solution treatment after each deformation process Therefore, it was made two categories of materials: the as rolled materials and the solution treated ones. To evaluate the superplasticity, all materials listed were tested by means of the tensile strain rate change test at 980°C. This allowed the determination of the strain rate sensitivity exponent (m) as a function of strain rate. To verify the correlation between the results of the tensile strain rate change tests and the prior microstructure, in some cases hot tensile tests were performed at 980°C with a strain rate of 3 x I0-4 s-1. The final microstructure of each hot tensile test sample was also analyzed. The main conclusions are listed as follows as the cold work processes produce more refined microstructures, they are more suitable to impair a superplastic behavior to the steel studied. The most effective treatment was cold rolling the material (80%) after a solution treatment at 1380°C. This treatment produced materials whose grain size was about 5 µm. In this case, for a strain rate of 3 x I0-4 s-1the elongation reached 1500% and m value obtained was 0.64. Lower values of strain rate do not increase the material superplasticity. This is related to sigma phase precipitation in the slower test. It was believed that sigma phase nucleates cavities and then promotes premature failure of the material / Mestrado / Mestre em Engenharia Mecânica

Orietadores: Paulo Roberto Mei, Sadamu Koshimizu / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-22T11:12:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Otubo_Jorge_D.pdf: 18862199 bytes, checksum: 741b9894b9a5962f8f8467424dd40055 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: É apresentado neste trabalho, pioneiro no Brasil, o desenvolvimento de ligas inoxidáveis com Efeito de Memória de Forma (EMF) assistido por transformação martensítica não termoelástica. Mostrou-se que a fusão por indução à vácuo é uma técnica adequada e que tanto o trabalho a quente como o trabalbo a frio são perfeitamente possíveis nas ligas em questão à medida que os parâmetros operacionais como temperatura de aquecimento, redução por passe, etc., sejam controlados. A eficiênciada técnica de treinamento na melhora do Efeito de Memória de Forma foi comprovada com a recuperação de forma em torno de 95 % da liga CrNi e de 89 % da liga CrNiCo após 5 ciclos com pré-deformação de 4% e aquecimento a 600 °e. Estes resultados são bastante promissores e comparáveis aos melhores resultados encontrados na literatura. O caráter inoxidável e a recuperação de forma de praticamente 4% das ligas desenvolvidas promovem-nas para aplicações práticas como conexões de tubo sem solda e mecanismo para liberação de painéis solares de satélite. Considerações sobre processamento, propriedades mecânicas e microestruturais são também analisadas / Abstract: It is presented in this work, pioneer in Brazil, the development of stainless alloys with shape memory effect assisted by non thermoelastic martensitic transformation. It was shown that Vacuum Induction Melting (VIM) is a suitable technique for melting these alloys and that hot working or cold working are perfectly possible as long as the heating temperature, reduction per pass, etc. are controlled. The efficiency of training technique in improving the Shape Memory Effect was shown by the 95 % shape recovery of the CrNi alloy and by 89 % of shape recovery of the CrNiCo alloy after five training cyc1es of 4 % pre-strain and annealing at 600°C. These results are very promising and comparable to the best ones published in the literature. The stainless character and the shape recovery of almost 4% promote these alloys for practical applications such as for pipe fitting and for satellite solar panel release mechanism.The alloys' processing, mechanicaland microstructural properties are also analyzed. / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Itamar Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-09T13:09:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sokei_CelsoRiyoitsi_D.pdf: 11316346 bytes, checksum: e932c9fcdcf157d83d6b6c0ab1189e49 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Neste trabalho foram estudados os efeitos de tratamentos térmicos de envelhecimento em temperaturas de 600 a 1200°C, por uma hora, e em temperaturas de 600 a 900oC, por 4 e 24 horas, após a deformação plástica a frio em 20%, por tração, na microestrutura e propriedades mecânicas do aço inoxidável austenítico ISO 5832-9, utilizado para a fabricação de implantes ortopédicos. Foram estudadas as propriedades mecânicas dureza Vickers e tenacidade obtida por meio do ensaio de impacto Charpy instrumentado. Após os ensaios de tenacidade, partes dos corpos de provas foram cortadas para preparação de amostras para análise metalográfica - por microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura, microanálise por espectrometria de energia dispersiva (EDS) e difração de Raios-X - e as superfícies de fratura foram utilizadas para a análise fratográfica. Os corpos de provas para análise por microscopia eletrônica de transmissão foram preparados de barras de diâmetro de 3mm tratados por envelhecimento entre 600 e 900oC, por 24 horas. Os resultados mostraram que o material na condição como recebido, ou seja, na condição solubilizado, apresentou propriedades mecânicas dentro dos requisitos da norma ISO 5832-9. O material tratado nas temperaturas de 800 e 900°C apresentou diminuição da tenacidade à fratura em comparação ao material na condição como recebido. Essa diminuição foi atribuída à precipitação da fase Qui (?), que ocorreu mais intensamente nessas duas temperaturas. Após o envelhecimento, a condição que proporcionou níveis mais elevados de dureza e de tenacidade à fratura foi a envelhecida a 600ºC, pois, nesta temperatura a quantidade da fase ? é menor. As fases intermetálicas, como as fases Qui (?) e Z, puderam ser observadas por meio de microscopias óptica e eletrônica de varredura, sendo que a fase Z foi observada em todas as temperaturas de ensaio. Além disso, foram observados também nitretos de cromo, nas temperaturas de 600 a 900oC, e nitreto de cobre-nióbio e a fase Qui, a partir da temperatura de 700oC, por microscopia eletrônica de transmissão / Abstract: In this work was studied the effects of aging treatment carried out in temperatures from 600 to 1200°C, for 1 hour, and from 600 to 900oC, for 4 and 24 hours, after cold deformation of 20%, in tension, on the microstructure and mechanical properties of austenitic stainless steel ISO 5832-9, which main application is like biomaterial due to its biological and mechanical properties. Vickers hardness and fracture toughness measured by instrumented Charpy - have been used to determine the mechanical properties. After the fracture toughness testing, specimens have been used for metallographic studies carried by - optical microscopy, scanning electron microscopy, EDS microanalysis, and X-Ray diffraction - and fracture surface analysis. Samples of 3 mm in diameter, treated by aging between 600 and 900oC for 24 hours, have been used for transmission electron microscopy analysis. The results showed that as received condition (solubilized) has presented mechanical properties in accordance with the ISO 5832-9 standard. Age treatments in temperatures of 800 and 900°C have presented decrease of the fracture toughness in comparison to as received condition. This behaviour was attributed to the Chi phase (?) precipitation, that happened more intensely in these two temperatures. Comparatively, the best mechanical condition was aging at 600 ºC, because in this temperature the amount of the ? phase was smaller. The intermetallics phases such as ? and Z phase could be observed by optical microscopy, and Z phase have been observed in all samples. Besides, the transmission electronic microscope analysis showed the presence of chromium nitride at the temperatures from 600 to 900oC, niobium-chromium nitride and the Chi phase from 700oC / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Itamar Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-09T17:32:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Delforge_DanielYvanMartin_D.pdf: 7860785 bytes, checksum: cfeec7bdb2d7e68eb7898036f0fb0ac0 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A reutilização dos materiais recicláveis tem como principais objetivos, minimizar os impactos ambientais e racionalizar a utilização das cadeias energéticas. No presente trabalho foram compactadas e sinterizadas amostras de mistura de cavaco de aço inoxidável austenítico AISI 316L, com pó do mesmo material. A porcentagem de cavaco variou de zero a 25% em peso, de 5 em 5%. Após a compactação, na pressão de 600MPa, as amostras foram sinterizadas, simultaneamente, na temperatura de 1473K. O comportamento mecânico do produto final foi avaliado através de Ensaios de Ruptura Transversal, recomendados e normalizados pela MPIF - Metal Powder Industries Federation e pela ASTM - American Society for Testing and Materials. As análises foram realizadas por Metalografia Convencional, associada à microscopia eletrônica de varredura nas amostras sinterizadas, resultaram em regiões de intensa difusão, portanto, regiões de sinterização de longo alcance. A resistência mecânica dos corpos-de-prova foi comparada com a resistência mecânica do aço inoxidável sinterizado, sem cavaco, determinado através do Módulo de Ruptura (MOR). A média máxima do MOR das amostras sem cavaco, foi de 457 MPa; com 5% de cavaco, de 358 MPa e com 25% de cavaco, 174MPa. Os resultados alcançados mostraram significativos valores, demonstrando ser esta uma rota alternativa para a reciclagem de cavaco de materiais metálicos, aliado à racionalização da utilização de energia e benefícios para o meio ambiente / Abstract: In the present work, samples of the mixture of 316-stainless steel chip and its powder have been sinterized. The chip weight percentage, in this particular case, has varied from zero to 25%, in increments of 5. After having been compacted under a pressure of 600MPa, all the samples were simultaneously sinterized in just one furnace batch under a temperature of 1473K. The mechanical behavior of the final product was assessed through the assays of transversal rupture test as recommended and regulated by Metal Powder Industries Federation - MPIF and by American Society for Testing and Materials ¿ ASTM. Analyses of these sinterized samples carried out by conventional quantitative metallography show areas of intense diffusion, therefore, areas of long sintered range. The mechanical strength of the assayed samples was compared to those made of sintered stainless steel, without chip. The Modulus of Rupture (MOR) achieved for samples wich contain 5%, 25% of chip and without chip were respectively 358MPa, 174MPa and 457MPa. The results achieved have overcome the expectations and there are strong evidences of the feasibility of this procedure / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Olivio Novaski / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-11T11:32:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Camargo_Robsonde_M.pdf: 2931963 bytes, checksum: b31c2bc8d3db8a81c83a498c961b4717 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Graças a suas propriedades mecânicas e a boa resistência à corrosão, os aços inoxidáveis austeníticos representam aproximadamente 70% de todo o aço inoxidável produzido. O aço ABNT 304 tem excelente resistência à corrosão, alta resistência ao ataque de agentes corrosivos e possui boa tenacidade em baixas temperaturas. A condutibilidade térmica, todavia, corresponde a ¼ do aço ao carbono, tanto que o calor gerado durante a usinagem não é transferido ao material ou aos cavacos e sim se concentra na aresta de corte, e a alta tenacidade dos mesmos torna difícil sua saída devido ao alongamento. O mecanismo de encruamento, que é um fenômeno que acontece próximo da aresta de corte, piora a usinabilidade do aço inoxidável. O aço inoxidável, com controle metalúrgico das inclusões e adição de cálcio, é apresentado como uma alternativa, em termos de usinagem, sem perda de resistência à corrosão. O presente trabalho compara, por meio do processo de furação, a usinabilidade do aço ABNT 304 com o aço similar, V304 UF, com adição de cálcio e controle de inclusões. Foram utilizadas brocas de aço rápido recobertas com TiN nos dois diferentes aços com velocidades de corte diferentes para avaliar o efeito da adição de cálcio na usinabilidade. A possível formação da camada protetiva na superfície da ferramenta de aço rápido com revestimento de TiN foi encontrada. Após testes de usinagem, a presença de cálcio e elementos de liga na superfície da ferramenta foi constatada usando a análise por difração de raios X. Com as análises dos resultados obtidos na medição da força de avanço, momento de torção e vida da ferramenta, fica evidente afirmar que a usinabilidade do aço inoxidável Villares 304 UF foi superior / Abstract: Thanks to its mechanical properties and good corrosion resistance embraced, the austenitic stainless steels represent about 70% of all kind stainless steel produced. The ABNT 304 steel has excellent corrosion resistance the in the environment, high resistance to attack of corrosive agents and keep good tenacity in low temperatures. Unfortunately the of heat conduction is about ¼ that of regular steel, so much of the heat generated during machining is not transferred to the work material or the chips and concentrate on the cutting edge, and high malleability that indicates softness and tenacity makes chip evacuation difficult due to chip elongation. Yet the work hardening, a phenomenon that occurs near the cutting edge gives poor machinability to the stainless steel. The stainless steel with metallurgical control of the inclusions and calcium addition is presented as alternative, without loss of corrosion resistance. The present work compares the machinability of ABNT 304 steel with the similar steel, Villares 304 UF, with calcium addition using the drilling process. HSS TiN coated twisted drills had been used in the two different steels with different cutting speeds to evaluate the effect of the calcium addition in the machinability. The possible formation of a protective layer on the surface the tool of TiNcoated HSS was found. After cutting tests, the enrichment of calcium and alloying elements in the surface of the tool was studied using energy dispersive X-ray spectrometry. The feed force, torsion moment and tool life measured allow to explain the upper machinability of the stainless steel Villares 304 UF / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Com a grande demanda do mercado brasileiro, e mundial, por desenvolvimento de novas tecnologias, redução de custos e de complexidade, os processos industriais buscam cada vez mais alternativas inovadoras. Para que essa evolução seja possível, é fundamental que todos os componentes da cadeia industrial também se desenvolvam, tornando assim as matérias primas, como aços, polímeros, alumínio, e outros metais que estão na base da cadeia, um grande foco de estudos. A indústria siderúrgica, em específico, vem buscando este desenvolvimento nos últimos anos, trabalhando principalmente no desempenho que os materiais terão nos processos industriais, tais como estampagem, soldagem e muitos outros. O processo de estampagem requer o desenvolvimento destes materiais, já que este solicita matérias primas com um bom desempenho mecânico, capaz de absorver possíveis variações e dificuldades que existem em uma linha de produção industrial. Para que este objetivo seja atingido, deve-se dedicar tempo e recursos para encontrar a combinação ideal entre pesquisa e processo produtivo e, assim, otimizar as características mecânicas e químicas dos materiais para o desenvolvimento da cadeia industrial. No contexto da estampagem há um bom indicativo para prever qual será o desempenho de um material: a Curva Limite de Conformação (CLC). Neste presente trabalho os conceitos da CLC serão discutidos, e aplicados a dois aços inoxidáveis distintos, um da família ferrítica (DIN 1.4509) e outro da família austenítica (AISI 321). Além disso, também serão abordadas as principais características metalúrgicas e mecânicas, correlacionadas à estampagem, destes materiais e as principais formas de utilizar estas informações na prática industrial com o objetivo de aperfeiçoar o desempenho do material nos processos e principalmente, quando possível, promover a migração de uma liga austenítica, por uma liga ferrítica, com o objetivo de redução e estabilidade nos custos. / With the increase of the market demand, both in Brazilian, and in the world, for the development of new technologies, cost and complexity reduction, the industrial processes have been investigating for innovative solutions. In order to this evolution to take place all industrial chain players would have to develop. Therefore all raw materials, such as steels, polymers, aluminum and other metals are in evidence to become the focus of investigation. The steel industry, in particular, has been searching for this evolution over the last years, working in their processes with the goal to increase the performance of the grades on the industrial processes, such as deep drawing, welding, and many others. The deep drawing process is a great motivator to the development of the steels, since it requires a high mechanical performance from the material, to absorb possible variations and difficulties which may occur in an industrial production line. In order to achieve this goal, time and resources must be spent to find the perfect combination between research centers and production processes, optimizing the chemical and mechanical characteristics of the steels, so the development of the whole chain can also advance. Within the deep drawing field of study, a good indicative to predict the material\'s performance is the Forming Limit Diagram (FLD) and in this work the concepts of these FLD\'s will be discussed and applied to two stainless steel grades: a ferritic stainless steel (DIN 1.4509) and an austenitc stainless steel (AISI 321). In addition, the main metallurgical and mechanical properties of these materials, related to the deep drawing, will be approached along with the best ways to apply this kind of information to the industrial practices, in order to increase the material performance and, whenever possible change the austenitic stainless steel to the ferritic stainless steel, in order to reduce and keep the costs stable.

A soldagem tem grande importância no setor metroferroviário, pois é empregada na fabricação de componentes estruturais e no acabamento de vagões de passageiros, que em sua maior parte são de aço inoxidável. As juntas soldadas podem apresentar descontinuidades que são interrupções que afetam as propriedades mecânicas e metalúrgicas da junta soldada. A presença destas descontinuidades, dependendo do seu tamanho, natureza ou efeito combinado, pode ocasionar a reprovação da junta soldada, quer pela redução de propriedades mecânicas ou pela não aceitação, segundo critérios estabelecidos em normas. Uma estrutura que tenha uma solda reprovada durante sua qualificação ou inspeção, pela presença de descontinuidades pode ser recuperada, por meio de um retrabalho a ser realizado nesta junta. A refusão do cordão de solda por meio do processo TIG (Tungsten Inert Gas), sem a utilização do material de adição, é uma técnica de retrabalho que pode ser empregada, em especial pela viabilidade técnica e econômica do processo. Neste estudo analisou-se a influência que o processo de reparo por soldagem TIG exerceu no comportamento mecânico e microestrutural das juntas soldadas pelo processo MIG, por meio de: ensaios mecânicos (tração, fadiga e microdureza Vickers), ensaios não destrutivos (inspeção visual e líquidos penetrantes) e caracterização microestrutural do cordão de solda. Resultados das amostras de ensaio de tração e fadiga indicaram que o reparo dos cordões de solda não alterou o comportamento mecânico das juntas. As juntas submetidas ao reparo nas quais foram retirados os reforços dos cordões apresentaram modificações nas propriedades mecânicas, mas também apresentaram resultados satisfatórios. / The welding has great importance in manufacture of subway cars because it is used in the manufacture of structural components and finishing in passenger cars which are mostly stainless steel. Joints may show the presence of discontinuities. The discontinuities are interruptions that affect the mechanical and metallurgical properties of the weld. The presence of these discontinuities, depending on their size, nature or the combined effect may lead to failure of the weld either by reduction of mechanical properties or non-acceptance criteria established in standards. A structure that has a weld failed during its qualification or inspection by the presence of discontinuities can be retrieved through a rework to be done in this joint. The remelting of the weld using the TIG process without the use of additional material, rework is a technique that can be employed in particular the technical and economic feasibility of the process. This study analyzes the influence that the process of TIG welding rework has on mechanical behavior and microstructure of welded joints by means of: mechanical tests (tensile and Vickers hardness), non-destructive testing (visual inspection and liquid penetrant) and characterization microstructure of the weld. Results of tensile test specimens and fatigue indicated that the repair of the weld beads did not change the mechanical behavior of joints. The joints subjected to repair in which they were removed the ribs of the beads showed changes in the mechanical properties, but also had satisfactory results.

Este trabalho tem por objetivo estudar a eficiência dos oxiânions molibdato (MoO4 2-) e tungstato (WO4 2-) na inibição da corrosão localizada em aços inoxidáveis austeníticos (347 e 304L) em sistemas de água com alto grau de pureza na presença de íons cloreto (Cl-). Para avaliar a ação dos oxiânions estudados foram empregadas técnicas eletroquímicas de monitoramento do potencial de circuito aberto (Eoc), espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS), polarização cíclica (PC) e cronoamperometria (CA). Para caracterização superficial foram utilizadas microscopia óptica (MO) e microscopia eletrônica de varredura (SEM). Os ensaios foram realizados em meios contendo somente água pura desoxigenada e água pura desoxigenada contendo íons cloreto (50, 100, 200, 300 e 500 ppm) variando a concentração (0, 10-4, 10-3 e 10-2 M) dos inibidores molibdato e tungstato de sódio. Todos os experimentos foram realizados à temperatura ambiente e em condições hidrodinâmicas controladas, empregando o sistema de eletrodo de disco rotativo (RDE) com velocidade constante de1200 rpm. Os resultados mostraram que os aços inoxidáveis 347 e 304L permanecem passivos em água pura, uma vez que o meio não é agressivo. Entretanto, a adição de íons cloreto tornou-os susceptíveis à corrosão por pites, pois os cloretos atuam como desapassivadores, fragilizando o filme passivo que fornece proteção aos aços inoxidáveis. O aumento da concentração dos íons cloreto no eletrólito aumentou a sua agressividade para os dois aços estudados, sendo observado o precoce aparecimento da corrosão. No entanto, a adição dos inibidores molibdato e tungstato de sódio melhorou a qualidade da camada passiva, aumentando os valores de potencial de pite (Ep) e de módulo de impedância, mantendo a passividade dos aços num amplo intervalo de potenciais. Ensaios cronoamperométricos mostraram que na presença dos oxiânions os valores medidos de densidade de corrente de resposta para os aços inoxidáveis 347 e 304L foram acentuadamente menores em relação aos valores obtidos na ausência dos mesmos, confirmando que os inibidores utilizados atuam na melhora da camada passiva, diminuindo a sensibilidade aos cloretos e conseqüentemente aumentando a resistência contra a corrosão por pites dos aços. O estudo mostrou que os melhores resultados para ambos os aços foram obtidos na presença de 10-2 M de inibidor, tanto para o tungstato quanto para o molibdato, sendo este com eficiência levemente melhor. Além disso, o aço 304L sem partículas incrustadas de alumina mostrou-se menos susceptível aos ataques dos cloretos do que o aço 347. Nas amostras que tiveram a superfície tratada com lixas de abrasivo de alumina, essas partículas foram incrustadas nos aços e isso levou ao desaparecimento de um potencial de pite bem definido. Na presença de alta concentração de cloretos, essas partículas foram arrancadas pelo ataque às regiões deformadas mecanicamente, localizadas ao redor das partículas incrustadas e as propriedades do aço em si puderam ser verificadas. / The aim of this work is to study the efficiency of molibdate (MoO4 2-) and tungstate (WO4 2-) oxianions in the inhibition of the localized corrosion in austenitic stainless steels (347 and 304L) in high purity water systems in the presence of chloride ions (Cl-). In order to evaluate the action of the oxianions electrochemical techniques as open circuit potential (OCP), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), cyclic polarization (CP) and chronoamperometry (CA) were accomplished. For surface characterization optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM) were used. The experiments were carried out in deoxygenated pure water and deoxygenated pure water containing chloride ions (50, 100, 200, 300 and 500 ppm) adding different concentrations (0, 10-4, 10-3 and 10-2 M) of molibdate and tungstate ions. All the experiments were performed at room temperature under controlled hydrodynamic conditions using a rotating disk electrode (RDE) at constant rotation speed of 1200 rpm. The results showed that 347 and 304L stainless steels remain passive in pure water, since the environment is not aggressive. However, in the presence of chloride ions they become susceptive to pitting corrosion, with chloride ions acting depassivity agents weakening the passive film that supplies protection to the stainless steels. The increase of chloride ions concentration in the electrolyte enhanced the aggressiveness for both steels evidenced by a precocious accurance of pitting corrosion. On the other hand, the addition of sodium molibdate and tungstate inhibitors improved the quality of the passive layer, increasing the pitting potentials (Ep) and the impedance modulus, improving the the passivity of steels a large of potential range. Chronoamperometric measurements showed that in the presence of oxianions response current density for 347 and 304L stainless steels was strongly diminished in relation to the values obtained in the absence of the inhibitors, confirming that the inhibitors act in the improvement of the passive layer, decreasing its sensitivity to chlorides and consequently increasing the steels resistance against pitting corrosion. Results showed that the best results for both steels were obtained in the presence of 10- 2 M tungstate or molibdate, being this latter with efficiency lightly better. Moreover, the 304L stainless steel showed to be less susceptive to pitting corrosion compared to 347 stainless steel. For stainless steel specimens previously treated with Al2O3 emery papers, Al2O3 particles become embedded in the steel surface and led to the indefinition of the pitting potential values. In the presence of high chloride concentrations, the mechanically affected region of steel in the surrounding of Al2O3 particles was attacked and Al2O3 particles were removed reveling the stainless steel own resistance to chlorides.