Orientador: Itamar Ferreira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-12T15:59:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marcelo_AndreLuiz_M.pdf: 9740567 bytes, checksum: 965e448ceb0965ed5555dfa95cc7f5c6 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Parafusos de alta resistência mecânica (classe ISO 10.9) fabricados com dois aços de origens diferentes são utilizados para investigar a influência da temperatura de revenido, da seqüência do processo de fabricação (laminação da rosca antes e após o tratamento térmico) e da quantidade de inclusões contidas no aço, no limite de fadiga e também qual o critério de falha por fadiga existente na literatura que melhor se aplica a parafusos de alta resistência mecânica com laminação da rosca antes do tratamento térmico. Parafusos M8 com rosca grossa foram divididos em sete grupos diferentes, três fabricados com aço nacional (AISI 4135) e tratados termicamente após laminação da rosca com temperaturas de revenido 490, 520 e 550 ºC, e quatro fabricados com aço japonês (SCM 435H), porém, desses quatro grupos, três foram idênticos aos fabricados com aço nacional e um último grupo teve a rosca laminada após tratamento térmico, com temperatura de revenido de 550 ºC. Nesses grupos foram realizadas análises metalográficas e de micro-inclusões, ensaios de tração, microdureza Vickers e fadiga e, por último, uma análise fratográfica dos parafusos que falharam durante o ensaio de fadiga, utilizando microscopia eletrônica de varredura. Os ensaios de fadiga foram realizados com pré-carga constante de 700 MPa, razão de carga por volta de 0,8, e utilizando o método estatístico "staircase" para a determinação do limite de fadiga. Além disso, foram realizados alguns ensaios de fadiga adicionais, com baixa razão de carga, 1 , 0 ??R , para um grupo específico, com a finalidade de analisar os critérios de falha por fadiga já existentes. A análise metalográfica revelou que em todos os grupos a microestrutura característica foi martensita revenida e a única diferença foi encontrada no grupo com laminação da rosca após tratamento térmico que apresentou linhas de laminação muito bem definidas nos contornos dos filetes da rosca. A análise de micro-inclusões mostrou que o aço nacional possui uma quantidade de inclusões muito superior ao aço japonês. Os ensaios de microdureza e de tração revelaram que os parafusos com laminação da rosca após tratamento térmico possuem níveis de resistência mecânica inferior somente aos grupos revenidos a 490 ºC. Todos os grupos com laminação da rosca antes do tratamento térmico apresentaram praticamente o mesmo limite de resistência à fadiga, mostrando que, neste caso, variações de até 60 ºC no tratamento de revenido não interferiram no limite de fadiga. Por outro lado, o grupo com laminação da rosca após tratamento térmico apresentou um limite de fadiga de aproximadamente 9% superior ao grupo tratado nas mesmas condições, porém com laminação da rosca antes do tratamento térmico. Esta melhora está relacionada ao alinhamento dos grãos nos contornos dos filetes da rosca e à introdução de tensões residuais de compressão na superfície da rosca. Com os ensaios de fadiga adicionais, foi possível mostrar que o critério que mais se ajusta a parafusos de alta resistência mecânica com laminação da rosca após tratamento térmico é o VDI 2230, que apresenta uma tensão alternada constante independente da razão de carga. / Abstract: High strength bolts, class ISO 10.9, were manufactured with two different steels in order to investigate the influence of tempering temperature, the sequence of manufacture process (threads rolled before and after heat treatment), and the inclusions amount contained in steels, in the bolt fatigue behavior and also what criterion of fatigue failure existent in literature is the best for application on high strength bolts with the threads rolling before heat treatment. M8 bolts with coarse threads were separated in seven different groups, three manufactured with Brazilian steel (AISI 4135) and heat treated, after the process of thread rolling, with tempering temperatures of 490, 520, and 550 ºC, and four groups were manufactured with Japanese steel (SCM 435H), however, three groups were identical of the bolts manufactured with national steel and a last one group had the threads rolled after heat treatment with tempering temperature of 550 ºC. In all groups were carried out metallographic and inclusion analyses, tension, microindentation hardness, and fatigue tests, and a fractographic analysis of bolts failed in the fatigue tests, using a scanning electron microscope. The fatigue tests were carried out with constant preload of 700 MPa, stress ratio about 0.8, and it was used the staircase statistical method for determine the fatigue limit. Besides, additional fatigue tests were carried out, with low stress ratio ( 1 . 0 ??R ), in order to analyze the existents criteria of fatigue failure. The results of metallographic analysis showed that the characteristic microstructure in all groups was tempered martensite and the only difference between the groups was the alignment of the grains around the root of the thread that occurred in the group which was heat treated before the threads rolling. The inclusion analysis revealed that the Brazilian steel has an amount of inclusions very superior than Japanese steel. The tension and microindentation hardness tests showed that the bolts with threads rolling after heat treatment have strength level lower than solely the groups tempered at 490 ºC. All the groups with threads rolling before heat treatment presented practically the same fatigue limit. It shows that variations of up to 60 ºC in the tempering temperature don't interfere in the fatigue limit. On the other hand, the group with threads rolling after heat treatment presented fatigue limit approximately 9% superior than the group treated in the same conditions, however with threads rolling before heat treatment. This improve is related with the alignment of the grains around the root of the thread and the introduction of residual compressive stress near the surface of the bolts. With the results of the additional fatigue tests, it was possible to analysis some criteria of fatigue failure and show that the best criterion of failure, existent in the literature, for high strength bolts with thread rolling after heat treatment is the VDI 2230, which presents a constant alternating stress independently of the stress ratio. / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Metre em Engenharia Mecanica

Orientador: Roberto Zenhei Nakazato / Resumo: O hidrogênio ocasiona a fragilização que é um fenômeno observado em alguns tipos de metais, principalmente o aço, quando expostos a ambientes com presença do sulfeto de hidrogênio (H2S). A difusão dos átomos de hidrogênio no aço se dá através da interação hidrogênio-metal, onde devido ao seu pequeno tamanho atômico esse pode ser difundido para o interior do aço, resultando na fragilização e redução das suas propriedades mecânicas. A susceptibilidade dos aços à fragilização por hidrogênio depende principalmente de fatores ambientais do meio como a temperatura, pressão parcial de H2S e pH do ambiente, além de fatores metalúrgicos como a microestrutura e propriedades mecânicas. O objetivo deste trabalho foi estudar as propriedades mecânicas, químicas e microestruturais dos aços API 5L X70MS (sour service) e API 5L X70MO (aço off-shore utilizado como comparativo para o API 5L X70MS), utilizados na fabricação de tubos para a indústria de petróleo e gás, bem como avaliar susceptibilidade à fragilização por hidrogênio desses materiais quando expostos à diferentes ambientes contendo H2S. A avaliação das propriedades mecânicas do material foi feita com base nos resultados de ensaio de tração, dureza e impacto. A microestrutura foi avaliada por meio de microscopia óptica e a análise das inclusões (MnS) feita por microscopia eletrônica de varredura. A composição química dos aços foi determinada por espectrometria e análise gasométrica. Para avaliação da susceptibilidade dos aços ao proc... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre

Um dos aspectos cruciais do projeto estrutural é a consideração dos efeitos de escala para os materiais que apresentam comportamento quase frágil (quase-brittle). Para tanto se desenvolveu na engenharia o método da curva mestre (upper shelf), aplicável a aços ferríticos operando em temperaturas contidas no intervalo característico da transição dúctil frágil. Este método combina ensaio de impacto e ensaios de tenacidade à fratura em corpos de prova padronizados, propondo-se a descrever o comportamento da tenacidade à fratura em todo o intervalo de temperatura da região de transição dúctil-frágil, para qualquer dimensão característica da estrutura. Este método tem como hipótese básica que a fratura se inicia por clivagem no microconstituinte mais frágil (geralmente a ferrita). Este trabalho se propõe a investigar esta hipótese, comparando análises das superfícies de fratura nas diferentes condições de carregamento dos diferentes ensaios mecânicos (tração, impacto e curva J-R) obtidos no âmbito de um ensaio de determinação da curva mestre em um aço da classe API 5L X80. Os resultados mostram que as superfícies de fratura indicam a ação de diversos micros mecanismos em função das diferentes taxas de carregamento, que levantam questão sobre os fundamentos do ensaio de determinação da curva mestre. / One of the key aspects of structural integrity is the consideration of scale effects characteristic of materials wich present quase-brittle behavior. The Master curve method, designed for ferritic steels operating at temperatures in the materials corresponding to the ductile-brittle transition. This method combine charpy impact testing and a few fracture toughness tests in standard specimens and is supposedly able to reproduce the materials fracture toughness in the whole ductile-to-brittle transition temperature interval for any characteristic size of the structure. This method relies on the basic hypothesis that fracture is initiated by cleavage the most brittle micro constituent (generally ferrite). This work investigates this hypothesis by comparing the fracture surfaces obtained under the loading conditions of the different mechanical tests used in the method (tensile, impact and J.R. curve) for the determination of the master curve of an API 5L X80 steel. The results show that these fracture surfaces indicate the action of different fracture micro mechanisms raising doubts on the applicability of the method.

Os processos de furação são largamente utilizados na indústria metal mecânica, envolvendo grande complexidade para profundidades maiores que cinco vezes o diâmetro. Para estes casos é necessário o emprego de máquinas, ferramentas especiais e fluidos lubri-refrigerantes pressurizados, com propriedades que atendam as solicitações severas do corte e auxiliem no transporte e remoção dos cavacos durante o processo. Esta complexidade aumenta os custos do processo, o impacto ambiental e os riscos a saúde do operador. O propósito deste estudo é analisar o processo de furação profunda com broca helicoidal de metal-duro revestida, em profundidades de até 24 vezes o diâmetro, no aço SAE 4144M, forjado e temperado com 39 HRC de dureza, utilizando o sistema lubri-refrigerante de Mínima Quantidade de Lubrificante (MQL). O estudo compara os processos com sistemas lubri-refrigerante convencional e sistema MQL, com a análise da influência no desgaste das brocas, revestidas com TiAlN e AlCrN-based. O sistema lubri-refrigerante convencional ou jorro de óleo, utiliza fluido integral de base mineral pressurizado a 50 bar, enquanto o sistema MQL utiliza fluido lubri-refrigerante sintético a 10 bar de pressão. A formulação dos experimentos é dada por “design of experiment” (DOE), considerando as variáveis: velocidade de corte, avanço, temperatura da peça e a forma do cavaco. Constatou-se que o desgaste da broca utilizando MQL, foi menor do que no processo convencional, devido ao fato da temperatura de corte ser maior, porém estável. Com a escolha adequada dos parâmetros de corte através do método, o revestimento AlCrN-based apresentou menor desgaste e adesão, devido a resistência em usinagens com altas temperaturas. / The drilling processes are widely used in the metalworking industry and involve high complexity when happen in depths more than five times the diameter. For these cases it is necessary to use special machines and tools, and pressurized fluids to enhance chip removal, with cooling and lubricating properties that meet stringent requirements. This complexity adds costs to the process, Increases the environmental impact and the health risks for the operator. The purpose of this study is to evaluate the deep hole drilling process (up to 24 diameters) using a twist drill coated (carbide system), the material is SAE 4144M steel forged and tempered hardness of 39 HRC, using system Minimum Quantity Lubrication (MQL). The study compares conventional processes and MQL, with the analysis of the influence on the wear of drills coated with TiAlN and AlCrN-based. The conventional coolant uses mineral based oil integral pressurized to 50 bar, while the MQL system, using synthetic oil at 10 bar pressure. The formulation of the experiments is given by “design of experiment” (DOE), considering the variables: cutting speed, feed rate wear, temperature of the work piece and chip form. It was found that the life of the drill in MQL process was higher than that in the conventional process, due to the fact that the temperature of the cut is, more stable, although higher. With the appropriate choice of cutting parameters by the method, the AlCrN-based coating showed less wear and adhesion due to resistant to high temperatures.

A indústria automobilística, ao visar o aumento da garantia à corrosão, emprega na construção das carrocerias aços IF (intersticial free) galvanizados, já que estes atendem aos critérios de qualidade superficial, conformabilidade, soldabilidade, entre outras características requeridas. Dentro deste contexto, a resistência à corrosão de um aço livre de intersticiais (IF) com revestimento galvanizado comum (GI) e diferentes gramaturas (85 g/m2 (Z85), 100 g/m2 (Z100), 120 g/m2 (Z120), 144 g/m2 (Z144) e 180 g/m2 (Z180), fosfatizadas e com cataforese, foram avaliadas neste estudo por intermédio do ensaio de corrosão cíclica acelerado. O resultado deste ensaio mostrou que mesmo com a variação da gramatura do revestimento (GI) a resistência à corrosão foi praticamente a mesma, levando-se a hipótese que a camada intermetálica que está presente em todas as amostras independente da gramatura, pode possui uma grande influência na resistência à corrosão. Assim ensaios suplementares foram feitos para compreender o efeito da camada de zinco e a camada intermetálica na resistência à corrosão. A caracterização das camadas formadas durante o processo de galvanização GI foi realizado na amostra com gramatura de 100 g/m2 (Z100). Tal amostra foi escolhida por ser a mais empregada pela indústria automobilística e a mesma não sofreu nenhum pré tratamento já que o objetivo foi analisar apenas as camadas do galvanizado comum GI. Os ensaios realizados foram de microestrutura (XRD, MEV e EDS) e ensaio eletroquímico (dissolução eletroquímica e polarização potenciodinâmica). Concluiu-se que a camada intermetálica é formada pelas fases Fe2Al5 e FeAl3, com predominância da fase Fe2Al5. O ensaio de dissolução eletroquímica demonstrou que a resistência o corrosão da camada intermetálica é no mínimo 7 vezes maior que a do zinco, além deste resultado o ensaio de polarização potenciodinâmica apresentou que a camada intermetálica passiva, retardando a velocidade de oxidação, ou seja, aumenta a resistência à corrosão do galvanizado comum GI. / The automobile industry, when seeking to increase warranty against corrosions, employs galvanized IF (intersticial free) steels to the body shell, since these meet the superficial, compliance, weldability and other quality criteria. In this context, the corrosion resistance of an IF steel with galvanic coating (GI) and different weights (85 g/m2 (Z85), 100 g/m2 (Z100), 120 g/m2 (Z120), 144 g/m2 (Z144) and 180 g/m2 (Z180), phosphated and with cataphoresis, were evaluated through an accelerated cyclical corrosion experiment. The result of this experiment showed that even with the variation of the galvanic coating (GI) the result of the corrosion resistance was the same, leading to the hypothesis that the intermetallic layer which is present in all samples, regardless of the weight, must influence corrosion resistance. Thus, supplementary experiments were done to comprehend the effect of the zinc layer and the intermetallic layer in corrosion resistance. The characterization of the layers formed in the GI galvanizing process was done in the Z100 (100g/m²) sample. This sample was chosen because it is the most used in the automobile industry and it did not suffer any previous treatment since the objective was to analyze only the layers of galvanized GI. The experiments done were in the microstructure (XRD, MEV and EDS) and electrochemical experiment (potenciodinamic polarization). We concluded that the intermetallic layer is formed by phases Fe2Al5 and FeAl3, with predominance of phase Fe2Al5. It was verified through the electrochemical dissolution experiment that the intermetallic corrosion resistance is at minimum 7 times greater than of the zinc, further on this result, the potentiodynamic polarization experiment shows that the passive intermetallic layer slows the oxidation velocity, which means, the galvanic coating (GI) corrosion resistance is increased.

Um dos aspectos cruciais do projeto estrutural é a consideração dos efeitos de escala para os materiais que apresentam comportamento quase frágil (quase-brittle). Para tanto se desenvolveu na engenharia o método da curva mestre (upper shelf), aplicável a aços ferríticos operando em temperaturas contidas no intervalo característico da transição dúctil frágil. Este método combina ensaio de impacto e ensaios de tenacidade à fratura em corpos de prova padronizados, propondo-se a descrever o comportamento da tenacidade à fratura em todo o intervalo de temperatura da região de transição dúctil-frágil, para qualquer dimensão característica da estrutura. Este método tem como hipótese básica que a fratura se inicia por clivagem no microconstituinte mais frágil (geralmente a ferrita). Este trabalho se propõe a investigar esta hipótese, comparando análises das superfícies de fratura nas diferentes condições de carregamento dos diferentes ensaios mecânicos (tração, impacto e curva J-R) obtidos no âmbito de um ensaio de determinação da curva mestre em um aço da classe API 5L X80. Os resultados mostram que as superfícies de fratura indicam a ação de diversos micros mecanismos em função das diferentes taxas de carregamento, que levantam questão sobre os fundamentos do ensaio de determinação da curva mestre. / One of the key aspects of structural integrity is the consideration of scale effects characteristic of materials wich present quase-brittle behavior. The Master curve method, designed for ferritic steels operating at temperatures in the materials corresponding to the ductile-brittle transition. This method combine charpy impact testing and a few fracture toughness tests in standard specimens and is supposedly able to reproduce the materials fracture toughness in the whole ductile-to-brittle transition temperature interval for any characteristic size of the structure. This method relies on the basic hypothesis that fracture is initiated by cleavage the most brittle micro constituent (generally ferrite). This work investigates this hypothesis by comparing the fracture surfaces obtained under the loading conditions of the different mechanical tests used in the method (tensile, impact and J.R. curve) for the determination of the master curve of an API 5L X80 steel. The results show that these fracture surfaces indicate the action of different fracture micro mechanisms raising doubts on the applicability of the method.

Orientador: Antonio Jose Ramirez Londono / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-21T15:16:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_TiagoFelipedeAbreu_D.pdf: 110699747 bytes, checksum: 6759b8c1d313c0a5ec2220e3fd107447 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Juntas consolidadas a topo com penetração completa, livres de defeitos, foram obtidas usando a técnica de soldagem por atrito com pino não consumível em chapas de 6 mm de espessura para os aços inoxidáveis duplex UNS S32101 e S32205 e os superduplex UNS S32750 e S32760. Testes de dobramento de raiz indicaram a penetração completa e a ausência de trincas bem como inspeção por líquido penetrante. A penetração completa foi atingida quando o aporte energético aumentou de 0,89 kJ/mm para 1,43 kJ/mm. Os testes de tração na junta soldada evidenciaram a falha no MB e o aumento da resistência mecânica da junta associada à uma boa ductilidade, exceto para o UNS S32760. Mapas de dureza mostraram o aumento da dureza em toda junta soldada em relação ao metal de base. Avaliação microestrutural mostrou um pronunciado refinamento do tamanho de grão médio de ambas as fases (ferrita e austenita) na junta soldada para os materiais estudados. A avaliação por microscopia de transmissão indicou a evolução de arranjos celulares formando contornos de grão na ferrita corroborando o mecanismo de recuperação e rescristalização dinâmica contínua. Análise por meio da técnica de EBSD mostrou elevada fração de contornos de grão do tipo 'sigma' na 'gama' indicando a recristalização dinâmica descontínua desta fase. Os AID S32205, S32750, S32760 mostraram sutis alterações na resistência à corrosão para meios com diferentes concentrações de cloretos (3,5% NaCl e 1 M NaCl). Porém, para concentrações mais altas o AISD S32760 exibiu importante decréscimo de resistência a corrosão. Este comportamento foi associado à maior fração de ferrita e a precipitação do nitreto de cromo na junta soldada. O AID S32101 mostrou diminuição da resistência à corrosão na condição como soldado / Abstract: Fully consolidated and full penetration butt joints were produced using friction stir welding (FSW) on 6 mm thick plates of UNS S32101 lean duplex stainless steel (LDSS), S32205 duplex stainless steel (DSS) and S32750 and S32760 superduplex stainless steels (SDSS) with heat input of 1.43 kJ/mm. Liquid penetrant inspection showed the full penetration obtained in the welded joints which was corroborated with the bending tests. Transverse tensile tests of the welded joints failed at the base metal revealing an overmatching weld metal. Moreover, longitudinal tensile tests of the welded joints presented an increase of the yield and tensile strength for all joints together with the elongation, but for UNS S32760, which showed a ductility reduction. Microhardness revealed a hardness increase for all the joints, while the SDSSs presented a more homogeneous hardeness areas of joint. Microstructural evaluation indicated a pronounced grain refinement in the welded joints for all the studied materials achieving down to 1 ?m grain size. Transmission electron microscopy and EBSD indicated dislocation cells evolving towards grain boundaries that corroborates the occurrence of dynamic recovery followed by continuous dynamic recrystallization for ferrite. Austenite exhibited high fraction of high angle grain bondaries associated with 'sigma' boundaries indicating the discontinuous dynamic recrystallization. DSS UNS S32205, SDSS UNS S32750, and S32760 showed good corrosion behavior for 3.5% NaCl and 1 M NaCl environments. However, with the increase of chlorides concentrations, the SDSS UNS S32760 exhibited strong decrease of corrosion performance. This behavior was associated with a combination of high ferrite fraction and chromium nitride precipitation. DSS S32101 exhibited a decrease of corrosion performance when welded / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Paulo Roberto Mei / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-23T21:51:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pereira_MarcelodosSantos_D.pdf: 15828219 bytes, checksum: ff068bb5edbfa09052e2449e067dcb18 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Nos últimos anos, melhorias substanciais na tecnologia de fabricação de aços tornaram possível o desenvolvimento de aços de ultra-baixo carbono livres de intersticiais (interstitial free steels). Os aços IF apresentam teores de carbono menores que 50ppm, em peso, e são estabilizados com titânio e/ou nióbio, objetivando remover os elementos intersticiais presentes, principalmente o carbono e o nitrogênio. Se caracterizam por apresentar altos valores no coeficiente de anisotropia médio e no alongamento, e são aplicados em operações que requerem materiais com alta capacidade de conformação. O principal objetivo deste trabalho é o de estabelecer uma correlação entre parâmetros do tratamento termomecânico; em especial as temperaturas de acabamento e bobinamento; a microestrutura e as propriedades mecânicas e, com isso, propor uma otimização no processamento deste material. O aço, doado pela Açominas, foi laminado a quente e a frio e recozido continuamente em escala laboratorial. As propriedades mecânicas foram determinadas através de ensaios de tração e de embutimento e ensaios para determinação do coeficiente de anisotropia médio, enquanto a microestrutura foi caracterizada através de microscopia óptica e eletrônica de varredura. Os resultados mostraram que a aplicação de altas temperaturas de acabamento (900°C) e de bobinamento (700°C), durante a laminação a quente, ocasiona a formação de uma microestrutura fina, homogênea e equiaxial, provoca um crescimento no tamanho dos precipitados e aumenta os valores do coeficiente de anisotropia e do alongamento do material, propiciando uma condição de processamento ótima do aço para aplicações em estampagem extra-profunda / Abstract: In the last years, substantial improvements on steelmaking technology have made possible the development of interstitial-free steels containing ultra-Iow carbonoThe IF steels show carbon content lower than 50 ppm, in weight, and are stabilized with titanium and niobium, in arder to remove the interstitial elements, mainly carbon and nitrogen. They are characterized by high levels of r-values and elongation, and are applied in operations which require materials with high conformation capacity. The purpose of this investigation is to establish correlations among thermomechanical treatment parameters; specially finishing and coiling temperatures; microstructure and mechanical properties and, on establishing these correlations, it proposes a processing optimizing of this material. The steel, produced by Açominas, was hot and cold rolled and continuous annealed in laboratorial scale. The mechanical properties were determined by tensile, drawing and r-value tests, whereas the microstructure was characterized by optical and scanning electron microscopy. The results showed that the use of high finishing temperature (900°C) and high coiling temperature (700°C), during hot rolling, promotes a fine, homogeneous and eqüiaxial microstructure, grows the precipitate and increases the r-values and the elongation, propitiating a steel optimum processing condition for extra deep-drawing applications / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Este trabalho consiste no estudo das propriedades mecânicas de tração e impacto do aço Hadfield refinado com Hf em relação ao aço Hadfield sem refino. Foram realizadas simulações no software Thermo-Calc para caracterizar o caminho de solidificação e a evolução microestrutural do aço Hadfield (composição química de 13% de Mn, 1,2% de C e 0,65% de Si). Foram fundidos os corpos de prova de aço Hadfield sem refino e refinado pela adição de Hf, ambos com a composição química de acordo com a norma ASTM A128 - grau B2. Os corpos de prova foram submetidos ao tratamento térmico de solubilização à temperatura de 1120oC por 10 horas. A caracterização macroestrutural mostrou que o aço Hadfield com adição de Hf apresenta tamanho do grão austenítico cinco vezes menor (600 µm) do que o aço Hadfield sem refino (de 3000 µm para 600 µm), sendo que este resultado foi confirmado pela técnica de EBSD (Electron backscatter diffraction). Os resultados do ensaio de tração dos corpos de prova para as duas condições mostraram que as propriedades de limite de escoamento (6%), tenacidade (88%), resistência à tração (37%), e do coeficiente de encruamento (30%) do aço Hadfield refinado aumentaram em relação ao aço Hadfield sem refino. A energia absorvida no impacto aumentou de 156 J/cm2 para 179 J/cm2 com o refino do tamanho de grão austenítico. A lei de Hall-Petch foi utilizada para explicar o efeito do refino de grão no limite de escoamento, mas não pode ser usada para explicar o aumento na resistência a tração, tenacidade, e as mudanças no coeficiente de encruamento. A caracterização microestrutural das amostras rompidas em tração e impacto mostrou que a fração de maclas aumentou em 46% (em tração) e 45% (no impacto) para o aço Hadfield refinado em comparação com o aço Hadfield sem refino. Os resultados da caracterização microestrutural dos corpos de prova rompidos no ensaio de tração e impacto indicam que o mecanismo de deformação plástica por maclação foi mais atuante com o refino do grão austenítico. / The tensile and impact properties of Hf-refined Hadfield steel were compared to the properties of non-refined Hadfield steel. Simulations in Thermo-Calc software were made in order to study the solidification and microstructural evolution of a Hadfield steel (13% Mn, 1.2% C and 0.65% Si). Samples of non-refined and refined Hadfield steel (with addition of 0.1% of H), both with chemical composition as described in ASTM A128- grade B2, were cast and subjected to a solution heat treatment at 1100oC for 10 hours, followed by water quenching. Macrostructural characterization showed that the refined Hadfield steel featured an austenitic grain size equal to 600 ?m, five times smaller than the grain size of the non-refined Hadfield steel (3000 µm). These results were confirmed by EBSD (Electron backscatter diffraction) analysis. The tensile test results showed an increase in the values of the yield stress (6%), the fracture toughness (88%), the tensile strength (37%) and the strain hardening coefficient (30%) with the reduction on the austenitic grain size from 3000 µm to 600 µm. Additionally, the value of the absorbed energy of the impact test was improved from 156 J/cm2 to 179J/cm2 with reduction on the grain size. The Hall-Petch law was used to explain the small increase of 8% in the value of the yield stress with the grain refinement, but this law could not be used to explain the increase in the values of the fracture toughness, the tensile strength and the strain hardening coefficient. The microstructural characterization of the fractured test-pieces after tensile and impact testing showed that the values of the fraction of mechanical twins (definer) in the plastically deformed microstructure near the fracture surfaces of the refined condition increased by 45% when compared to the non-refined condition. These results indicated that the austenitic grain refinement of the Hadfield steel changed the plastic deformation mechanism, favoring the activation of the plastic deformation by twinning mechanism and, therefore, increasing the values of the fracture toughness (~88%), the ultimate tensile strength (~30%), the strain-hardening coefficient (~30%) and the absorbed energy during Charpy-test (~15%).

Este trabalho consiste no estudo das propriedades mecânicas de tração e impacto do aço Hadfield refinado com Hf em relação ao aço Hadfield sem refino. Foram realizadas simulações no software Thermo-Calc para caracterizar o caminho de solidificação e a evolução microestrutural do aço Hadfield (composição química de 13% de Mn, 1,2% de C e 0,65% de Si). Foram fundidos os corpos de prova de aço Hadfield sem refino e refinado pela adição de Hf, ambos com a composição química de acordo com a norma ASTM A128 - grau B2. Os corpos de prova foram submetidos ao tratamento térmico de solubilização à temperatura de 1120oC por 10 horas. A caracterização macroestrutural mostrou que o aço Hadfield com adição de Hf apresenta tamanho do grão austenítico cinco vezes menor (600 µm) do que o aço Hadfield sem refino (de 3000 µm para 600 µm), sendo que este resultado foi confirmado pela técnica de EBSD (Electron backscatter diffraction). Os resultados do ensaio de tração dos corpos de prova para as duas condições mostraram que as propriedades de limite de escoamento (6%), tenacidade (88%), resistência à tração (37%), e do coeficiente de encruamento (30%) do aço Hadfield refinado aumentaram em relação ao aço Hadfield sem refino. A energia absorvida no impacto aumentou de 156 J/cm2 para 179 J/cm2 com o refino do tamanho de grão austenítico. A lei de Hall-Petch foi utilizada para explicar o efeito do refino de grão no limite de escoamento, mas não pode ser usada para explicar o aumento na resistência a tração, tenacidade, e as mudanças no coeficiente de encruamento. A caracterização microestrutural das amostras rompidas em tração e impacto mostrou que a fração de maclas aumentou em 46% (em tração) e 45% (no impacto) para o aço Hadfield refinado em comparação com o aço Hadfield sem refino. Os resultados da caracterização microestrutural dos corpos de prova rompidos no ensaio de tração e impacto indicam que o mecanismo de deformação plástica por maclação foi mais atuante com o refino do grão austenítico. / The tensile and impact properties of Hf-refined Hadfield steel were compared to the properties of non-refined Hadfield steel. Simulations in Thermo-Calc software were made in order to study the solidification and microstructural evolution of a Hadfield steel (13% Mn, 1.2% C and 0.65% Si). Samples of non-refined and refined Hadfield steel (with addition of 0.1% of H), both with chemical composition as described in ASTM A128- grade B2, were cast and subjected to a solution heat treatment at 1100oC for 10 hours, followed by water quenching. Macrostructural characterization showed that the refined Hadfield steel featured an austenitic grain size equal to 600 ?m, five times smaller than the grain size of the non-refined Hadfield steel (3000 µm). These results were confirmed by EBSD (Electron backscatter diffraction) analysis. The tensile test results showed an increase in the values of the yield stress (6%), the fracture toughness (88%), the tensile strength (37%) and the strain hardening coefficient (30%) with the reduction on the austenitic grain size from 3000 µm to 600 µm. Additionally, the value of the absorbed energy of the impact test was improved from 156 J/cm2 to 179J/cm2 with reduction on the grain size. The Hall-Petch law was used to explain the small increase of 8% in the value of the yield stress with the grain refinement, but this law could not be used to explain the increase in the values of the fracture toughness, the tensile strength and the strain hardening coefficient. The microstructural characterization of the fractured test-pieces after tensile and impact testing showed that the values of the fraction of mechanical twins (definer) in the plastically deformed microstructure near the fracture surfaces of the refined condition increased by 45% when compared to the non-refined condition. These results indicated that the austenitic grain refinement of the Hadfield steel changed the plastic deformation mechanism, favoring the activation of the plastic deformation by twinning mechanism and, therefore, increasing the values of the fracture toughness (~88%), the ultimate tensile strength (~30%), the strain-hardening coefficient (~30%) and the absorbed energy during Charpy-test (~15%).