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

Orientador: Itamar Ferreira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-23T02:11:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martins_JairoAparecido_M.pdf: 6076848 bytes, checksum: 742363d8456eadb728338e42b630e9bd (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Atualmente, grandes esforços tem sido direcionados no sentido de se obter aços de baixo custo, com rnicroestruturas que proporcionem as melhores combinações de propriedades mecânicas, sobretudo aquelas relacionadas com fadiga em alto ciclo. Este trabalho tem como objetivos analisar as propriedades mecânicas monotônicas e cíclicas do aço API 5L X65 ¿ aço de baixo teor de carbono e microligado com titânio e nióbio-, em duas condições microestruturais distintas; a primeira na condição como fornecida (CF) e a segunda na condição tratada termicamente (T77) (normalizada a 1193K + tratada na região intercrítica a 1043 K e resfriado em óleo a uma taxa de 30 'Ks POT. ¿1¿). A primeira condição analisada, como fornecida (CF) apresentou microestrutura ferrítico-perlítica (84,9% de ferrita para 15,1% de perlita) enquanto a segunda condição (T77) apresentou microestrutura ferrítico-martensítica (82,7% de ferrita para 17,3% de martensita). Foram analisadas as propriedades de tração ('sigma¿ IND. t ), limite de escoamento ('sigma¿ IND. e) redução de área (RA) e o limite de resistência à fadiga ('S IND. f¿) para as duas condições. Verificou-se um aumento do limite de resistência à tração em 14% (de 615 MPa para 800 MPa),uma diminuição de 38% no limite de escoamento (de 530 MPa para 328 MPa), um alongamento de 8,6%, uma redução de área de 17,6% e uma diminuição do limite de resistência à fadiga de 20% (de 372 MPa para 300 MPa) com o tratamento térmico realizado. As fractografias das superfícies de fratura dos corpos de prova ensaiados à fadiga apresentaram-se muito similares, sendo que as estrias de fadiga foram mais evidentes para a condição T77 / Abstract: Nowadays, there is a significantresearch efforts in terms of obtaining economical steels with microstructure resulting in good mechanical property combinations, chief1yhigh fatigue properties. The purpose of this work is to analyze the monotonic and mechanical properties of the API 5L X65 steel, a titanium and niobium microalloyed low carbon steel, in two different microstructural conditions. The first in as received condition (CF) and the second heat treated (T77) (normalized in 1193K+ treated in intercritical region to 1043K and cooled in oil, a rate of 30 'Ks POT. ¿1¿). The CF condition presented a ferritic- perlitic microstruture (84.9% offerrite and 15% of perlite) while the T77 condition presented a ferritic-martensitic microstuture (82,7% of ferrite and 17,3% of martensite). The properties as tensile strength (S IND. u), reduction in area (RA), yield strength ('S IND.y¿) and endurance limit ('S IND. f¿) were analyzed for both conditions CF and T77. There were an increase in tensile strength of 14% (from 615 MPa to 800 MPa), a decrease in yield strength of 38% (from 530 MPa to 328 MPa), an elongation of 8.6%, a reduction in area of 17,6% and a decrease in endurance limit of 20% (from 372 MPa to 300 MPa) with the heat treatment applied. The fractografies of fracture surface were so similars, mean while in T77 condition the fatigue striations were more visible / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Maria Clara Filippini Ierardi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-09T12:12:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Soares_EvaldoJulioFerreira_D.pdf: 5976897 bytes, checksum: 3a90757d7dedddb93e26e91797b38b52 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: A melhoria nas propriedades superficiais dos materiais tem sido buscada incessantemente pelas indústrias de transformação. A utilização do laser para tratamento térmico e refusão, entre outros processos, tem possibilitado grandes avanços nesta área. Muito se tem trabalhado na determinação dos parâmetros operacionais do laser e a resultante destas influências sobre as propriedades dos materiais. Os objetivos deste trabalho são estudar os efeitos destes parâmetros operacionais sobre a profundidade da camada superficial e a caracterização microestrutural das amostras submetidas a tratamento térmico a laser. Foram feitos experimentos usando os aços AISI 1045 e AISI 4340, a partir de amostras recozidas, temperadas e nitretadas. Foi utilizado um laser de CO2, pertencente ao LNLS, com potência nominal de 1 kW, desfocado em 2 mm, velocidade de deslocamento do feixe variando de 3000 a 10000 mm/min. Os resultados confirmam o laser como um instrumento eficaz na aplicação dos tratamentos superficiais. Para o aço AISI 1045, verifica-se que as amostras nitretadas apresentam maior profundidade da poça resultante após tratamento a laser. Já para o aço AISI 4340 as amostras endurecidas são as que se apresentam com maiores profundidades de poça. Para ambos os casos, as amostras recozidas apresentam os menores valores de profundidade da poça. Os ensaios de corrosão demonstram, com exceção das amostras nitretadas, uma tendência de elevação na nobreza do potencial eletroquímico do material. Quanto à resistência ao desgaste, com exceção das amostras nitretadas, do aço AISI 4340, todas as amostras apresentaram melhora após submetidas aos tratamentos propostos / Abstract: The industry development during last decades has allowed significant improvements concerning materials surface properties. Laser application for thermal treatment and remelting has also permitted important advances in this area. A lot of work has been spent in order to understand the influence of the operational laser parameters on the products¿ performance. The main objective of this study is to examine the effects of such parameters on the surface layer depth and on the typical microstructural arrangement of the treated samples. Thus, experiments were carried out using the steels AISI 1045 and AISI 4340, which were annealed, tempered and nitrated. Further, It was used a CO2¿s laser equipment, with nominal power of 1kW (defocusing of 2mm) and scan speed varying from 3000 mm/min to 10000 mm/min. The results confirmed the laser as an effective technique for surface treatments application. For steel AISI 1045, it was verified that nitrated samples presented the deepest liquid pool as consequence of the laser treatment. However, for steel AISI 4340, the hardened samples presented the deepest liquid pool. In both cases the annealed samples presented the lowest values concerning such parameter. The corrosion tests demonstrated that, except for the nitrated samples, a tendency of electrochemical potential increasing could be observed for all other studied conditions. Concerning wear resistance, excepting steel AISI 4340 nitrated samples, the others shown an improvement after the proposed treatment / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Rezende Gomes dos Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-19T02:19:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Zuppo_RicardoModesto_M.pdf: 3596508 bytes, checksum: bf0ebfecc1342011718b632b2d65c250 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O objetivo deste trabalho é analisar a possibilidade de substituição do tratamento térmico de têmpera e revenimento pelo tratamento térmico de austêmpera, seguido ou não de conformação plástica a frio, na fabricação de barras laminadas do aço SAE 4140H. A temperatura de austenitização, para ambos os tratamentos, foi de 850ºC, com tempo de encharque de uma hora e quarenta e cinco minutos. Foram utilizados, para o tratamento térmico de austêmpera, temperaturas de 420; 360 e 340ºC, com tempo de encharque de uma hora, com o objetivo de se obter transformação de fase completa da austenita em bainita. Para a etapa de revenimento, das amostras inicialmente temperadas, foram utilizadas as mesmas temperaturas da austêmpera. Foram estudados aspectos microestruturais por meio de análise micrográfica (microscopia óptica) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). As propriedades mecânicas foram analisadas por meio de ensaios de dureza, tração e impacto sendo, também, estudado o micromecanismo de fratura dos corpos-de-prova de impacto. Foi realizada uma análise comparativa dos resultados obtidos visando estabelecer os procedimentos que levam a um melhor conjunto de propriedades para determinadas aplicações / Abstract: The purpose of this work is to analyse the possibility of substitution of the heat treatment of quench followed by tempering by the austempering, followed or not by cold forming, to produce rolled bars of SAE 4140H. The temperature of austenitizing, for both treatments, was 850ºC, with soaking time of one hour and forty-five minutes. For the heat treatment of austempering, temperatures of 420, 360 and 340ºC have been used, with the soaking time of one hour, with the purpose of obtaining the complete phase transformation of the austenite in bainite. For the tempering, the same temperatures of austempering have been used. Microstructure aspects based on micrographic analysis (optic microscopy) and scanning electronic microscopy (SEM) have been studied. The mechanical properties have been analysed based on tests of hardness, tension and impact and the fracture micromechanism of the impact test specimen was also studied. A comparative analysis of the obtained results was done in order to establish the proceedings that lead to a better group of properties for determined applications / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Paulo Roberto Mei / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T12:28:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Guimaraes_AdilsonAntoninho_D.pdf: 25767273 bytes, checksum: c33643cf7ea34b13549c31a95275f014 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Foram estudados tubos de aço inoxidável AISI 446, utilizados em fomos de radiação na Usina de Processamento de Xisto da Petrobrás. Foram examinadas amostras de tubos novos e após o uso com o emprego de metalografia ótica, microscopia eletrônica de varredura, espectrometria por energia dispersiva, difração de raios-x, medidas de dureza (macro e microindentação) e dilatometria. Os resultados encontrados mostraram que os tubos novos apresentam carbonetos de cromo e uma amostra apresentou uma pequena quantidade de fase sigma. A quantidade de carbonetos e de fase sigma aumentou consideravelmente após o uso. O estudo da composição química das amostras em diversas posições nos possibilitou verificar uma carbonetação e sulfetação significativas nas amostras dos tubos usados. Esta carbonetação é diretamente responsável pelo aumento da quantidade de carbonetos. Foi possível ainda concluir que há uma diferença significativa de composição química de uma face do tubo para a outra, decorrente da distribuição de temperatura n(,) fomo. Em função desta diferença a carbonetação é muito mais acentuada na região mais quente. Os tubos usados foram submetidos a uma série de tratamentos térmicos, visando pesquisar a possível recuperação dos tubos, com reversão das fases formadas. Foi verificado que a fase sigma se dissolve a 900°C e os carbonetos a 1200°C. Nas condições estudadas o tratamento térmico por até 96 horas não causou a reprecipitação da fase sigma, confirmando que seu aparecimento só ocorre após longos tempos de exposição. A verificação das microestruturas resultantes após os tratamentos térmicos através da difração de raios-x mostrou que os carbonetos mudam de estrutura variando entre Cr2C, Cr3C2 ,Cr23C6 e Cr7C3 dependendo da posição no tubo e da área analisada. O efeito da carbonetação após o tratamento térmico foi de fazer surgir, para as temperaturas acima de 1100°C, a austenita, que em alguns casos se decompôs em perlita mais ferrita. Considerando que o aço AISI 446 é essencialmente ferrítico, a ocorrência da austenita é resultado do enriquecimento em carbono da matriz com o tratamento de solubilização.Visando caracterizar melhor a fase sigma foram fundidas amostras experimentais de Ferro-Cromo. Após laminação estas amostras possibilitaram a identificação inequívoca da fase sigma o que serviu de padrão para ser utilizado nas análises por difração de raios- x dos tubos de aços novos e usados / Abstract: Tubes of AISI 446 ferritic stainless steels used in a heating furnace of a Petrobrás petrochemical plant, were studied. Samples of brand new and used tubes were investigated using optical microscopy, scanning electron microscopy, energy-dispersive spectrometry, X-ray diffraction, hardness and microhardness measurements and dilatometry. It was found that under the working conditions the tubes were subjected to, precipitation of carbides and sigma phase occurs. The amount of carbides and sigma increased considerably after use. The chemical analysis of the samples in several positions made it possible to identify significant sulfidation and enrichment in carbon, in the used samples. This carbon enrichment is directly responsible by the increase in the amount of carbides. It was also possible to establish a significant difference in chemical composition from one side of the tube to the other, due to the temperature distribution in the furnace, in face of this difference, carbon enrichment is much more pronounced in one side than in the other. The tubes were also submitted to a series of heat treatment to check its effect in the components involved. It was seen that the sigma phase does dissolve at 900°C and the carbides also dissolve but at 1200°C. Under the conditions investigated, aging did not resulted in reprecipitation of sigma phase, thus confirm the sluggish nature of its precipitation. The x-ray diffraction results after heat treatment showed a change in structure of the carbides which can be Cr2C ,Cr3C2 ,Cr23C6 and Cr7C3 depending on the position of the sample in tube and the analysed area. The effect of carbon enrichment after heat treatment was sueh that the resulting microstructures after treating above 1100°C showed the presence of austenite which under some conditions decomposed to perlite plus ferrite. Taking in consideration that AISI 446 steel is essentially ferritic, the occurrence of austenite is the result of the matrix enrichment in carbon with the solubilizing treatment. Aiming to better characterize the sigma phase, iron-chrome samples were east in an experimental furnace. After rolling the samples the identification of sigma through x-ray diffraction was easy to be confirmed. / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Ana Maria Martinez Nazar / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-20T16:29:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rocha_ClaudioJoseda_M.pdf: 34139604 bytes, checksum: d5162c12e520940a51415f7714556a94 (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: Um dos problemas de processamento dos aços Maraging diz respeito ao bandeamento da microestrutura que prejudica o comportamento mecânico do material. O bandeamento é normalmente decorrente da segregação interdendrítica que persiste em algum grau após os tratamentos termomecânicos. O presente trabalho aborda este problema apresentando um estudo do efeito de tratamentos termomecânicos no grau de microssegregação de um aço Maragin grau 1900MPa, refundido pelo processo eletroescória. Em relação ao processo de refusão, verificou-se que embora não tenham ocorrido macrossegregações, o material apresentou uma microssegregação significativa. A análise do lingote evidenciou também grandes variações nos espaçamentos dendríticos, acarretando variações nos graus de microssegregação e na distribuição do soluto microssegregado. Os resultados dos tratamentos térmicos de homogeneização indicaram que a cinética de homogeneização é pouco afetada pelas diferenças de estrutura de solidificação. O comportamento do material apresentou uma cinética de homogeneização caracterizada por dois estágios: uma taxa de homogeneização mais elevada para tempos de até 6 horas, sendo consideravelmente menor a partir deste tempo. A utilização de modelos matemáticos mostraram, para o caso do titânio, que o comportamento segue o modelo bidimensional com distribuição parabólica. Isto indica que tal comportamento está associado a existência de altos gradientes de concentração de soluto junto aos pontos de máxima concentração e a diferentes espaçamentos entre esses pontos de máxima e os pontos de mínima. Quanto a conformação mecânica, verificou-se que o processo de laminação a quente utilizado provocou uma homogeneização equivalente a 6 horas de tratamento térmico, indicando claramente sua contribuição no processo de homogeneização / Abstract: One of the main problems in the production of Maraging steels comes from banded structures. This banding is originated by interdendritic segregation during ingot solidification and persists in some degree after thermomechanicaltreatments. In this context, the present work studies the effect of thermomechanical treatments on the microsegregation of an electroslag remelting Maraging steel (1900MPa). Preliminary analysis have not shown any macrosegregation in the material, however, a significant interdendritic microsegregation of alloying elements have been observed. The ingot presents different structures between top and bottom, but homogenization rate is not significantlyaffected by this heterogeneity. The microsegregation curves show that the initial rate of homogenization is very rapid; the rate significantly decreases after approximately 6 hours until complete homogenization. For better understanding this behavior, mathematical models have been applied to titanium. A good agreement can be observed with the parabolic distribution bidimensionalmode!. This result allows to associate the behavior of the homogenization rate to a high solute concentration gradient at the points of maxima, and to different distances between the maxima and minima points. Related to the mechanical treatments, it has been verified that the hot rolling has an effect equivalent to a 6 hours homogenization treatment / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Submitted by Maykon Nascimento (maykon.albani@hotmail.com) on 2016-03-21T21:13:08Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Dissertação0180.pdf: 1791551 bytes, checksum: 7bb4200334bbe26a462dabc261bea3b7 (MD5) / Approved for entry into archive by Patricia Barros (patricia.barros@ufes.br) on 2017-05-03T15:30:00Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação0180.pdf: 1791551 bytes, checksum: 7bb4200334bbe26a462dabc261bea3b7 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-03T15:30:34Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação0180.pdf: 1791551 bytes, checksum: 7bb4200334bbe26a462dabc261bea3b7 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / CAPES / Falhas estruturais podem ocorrer por uma combinação dos efeitos das tensões de serviço e das tensões residuais. Estas são geradas após deformação plástica não uniforme causada por processos mecânicos, térmicos ou químicos. Neste trabalho investigaram-se os valores médios das tensões residuais de amostras de aço inoxidável duplex UNS S32304, submetidas a diferentes condições de tratamento térmico e processo de soldagem TIG, por técnica de difração de raios X. A partir dos valores de tensões médias construíram-se perfis de tensões residuais. Para isto, acompanhou-se o comportamento do plano 420 da austenita com radiação CuKα ( ̅ = 0,1542 nm) e o plano 211 da ferrita com radiação CrKα ( ̅ = 0,2291 nm). As amostras foram tratadas a 475, 600 e 750 °C por 8 horas em atmosfera ambiente e resfriadas em água do mar. Os resultados foram analisados pelo método do sen²ψ e indicam que as variações microestruturais e térmicas, relacionadas às diferentes condições experimentais, influenciam o valor médio das tensões residuais do material e consequentemente o perfil de tensões.

Muitos estudos são realizados para melhorar a resistência à erosão por cavitação dos aços. Entre estes estudos, está a utilização de aços inoxidáveis enriquecidos com nitrogênio na superfície. O presente trabalho estudou o uso da técnica SHTPN (Solution Heat Treatment after Plasma Nitriding), que consiste em duas etapas. Primeiro utiliza-se a nitretação a plasma, para inserir o nitrogênio no material. Na sequência realiza-se o tratamento térmico de solubilização, para que o nitrogênio fique em solução sólida. Foram utilizados neste trabalho dois aços inoxidáveis martensíticos (ASTM CA-6NM e ASM 15-5PH). A nitretação foi realizada na temperatura de 630°C por 3 horas. Para o aço CA-6NM foram utilizadas três diferentes condições de solubilização (1100°C por 1 hora, NS1, 1200°C por 30 minutos, NS2 e 1200°C por 1 hora NS3). Para o aço 15-5PH foi utilizada apenas 1 condição de solubilização (1200°C por 30 minutos, NS), e realizado posterior tratamento de envelhecimento (390°C por 8 horas, NSE). As amostras foram analisadas por difração de raios-x, microscopia ótica e determinação de perfil de microdureza na secção transversal. Verificou-se um aumento da dureza superficial dos aços CA-6NM, porém não foi observado grande presença de austenita próxima à superfície. No aço 15-5PH, foi observada uma camada de austenita na superfície. O ensaio de cavitação foi realizado conforme norma ASTM G32/09, porém utilizando o método indireto. A região cavitada das amostras foi caracterizada por microscopia eletrônica de varredura. Constatou-se que as amostras tratadas obtiveram aumento de resistência à erosão por cavitação, sendo de mais de 5 vezes para a condição NS1 e de três vezes para a condição NSE. / Several studies are being done to improve the cavitation erosion resistance of steel. Among those studies, is the use of steels with nitrogen enriched surfaces. In this study the use of SHTPN (Solution Heat Treatment after Plasma Nitriding) technique was studied, which consists in performing plasma nitriding, used to add nitrogen to the material, followed by a solubilization treatment so that the nitrogen is in solid solution. On this experiment two martensitic stainless steel were used (ASTM CA-6NM and ASM 15-5PH). Nitriding was performed at 630°C for 3 hours. Three different solubilization conditions were used for CA6NM steel (1100°C for 1 hour, NS1, 1200°C for 30 minutes, NS2 and 1200° for 1 hour, NS3). Only one condition was used for 15-5PH steel (1200°C por 30 minutos, NS), and later used an aging treatment (390°C for 8 hours, NSE). The samples were analyzed through x-ray diffraction, optical microscopy and microhardness profiles. All CA6NM samples had an increase in surface hardness, and no big austenite presence was observed. On 15-5PH steel, an austenictic phase was observed. The cavitation test was conducted according to ASTM G32/09 standard, but using the indirect method. The damaged area of the samples was analyzed by scanning electron microscopy. The treatment increased cavitation erosion resistance of all samples, having increased over 5 times for the NS1 sample and 3 times for NSE sample.

Orientador: Itamar Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-06T19:34:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sant'Anna_PedroCarneiro_D.pdf: 9344836 bytes, checksum: 94a9ee7db0c54b4a0cb6d76fffb44467 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Investigou-se o efeito de tratamentos térmicos intercríticos na microestrutura e propriedades mecânicas do aço API 5L X65 comumente utilizado em tubulações soldadas para transporte de óleo e gás. Vários pesquisadores demonstraram a existência de zonas frágeis na região intercrítica da zona afetada pelo calor (ZAC) de aços C-Mn e ARBL (alta resistência e baixa liga), produzidas durante o procedimento de soldagem de passe único e passes múltiplos. Além dos efeitos nocivos da martensita e da bainita superior, o microconstituinte formado por martensita-austenita retida, denominado constituinte M-A, é usualmente apontado como sendo o principal responsável pela degradação da tenacidade à fratura de alguns destes aços. Após os tratamentos térmicos de homogeneização e normalização, amostras do aço API 5L X65 foram submetidas a tratamentos térmicos intercríticos, realizados a 780 °C por 20 minutos e resfriadas com taxas equivalentes às dos insumos de calor obtidos em soldagens por arco submerso em chapas de 12 mm. As propriedades mecânicas foram avaliadas por meio dos ensaios de tração, dureza, resistência ao impacto Charpy e tenacidade à fratura CTOD. As características microestruturais foram analisadas por meio de microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura. O tratamento térmico de homogeneização foi eficiente para eliminar o bandeamento e a linha de segregação central da chapa. Verificou-se que o constituinte M-A está presente em todas as condições de resfriamento dos tratamentos térmicos realizados na região intercrítica, incluindo aquelas que promoveram alta tenacidade à fratura. A redução da taxa de resfriamento aumenta a quantidade do constituinte M-A até um determinado limite, pois ele se decompõe em ferrita + carbonetos. Pode-se concluir que os baixos níveis de tenacidade à fratura e ductilidade estão relacionados com a fração volumétrica da martensita obtida em altas taxas de resfriamento ou ao constituinte M-A com caráter martensítico. A condição intercrítica resfriada com taxa de 19 °C/s foi a que promoveu melhor relação resistência mecânica e tenacidade à fratura. Deve-se, portanto, selecionar procedimentos de soldagem que reduzam a fração volumétrica da martensita e do constituinte M-A / Abstract: The intercritical heat treatment effect on the microstructure and mechanical properties of the API 5L X65 steel, widely used in oil and gas pipeline, was investigated. Many researchers have suggested the existence of local brittle zones in the intercritical heat treatment zone (haz) of C-Mn and HSLA (high strenth low alloy) steels of single and multipass welding. Beyond deleterious effect of the martensite and upper bainite, the martensite and retained austenite microstructure, named MA constituent, is usualy pointed as being responsible for the toughness degradation of some of these steels. The specimens were submitted to homogenization and normalizing heat treatments, and then they were submitted to intercritical heat treatments performed at 780 oC for 20 minutes; after that the specimens were cooled using different cooling rates. The cooling rates were equivalent to the heat input obtained with 12 mm steel plate submerged arc weld. The tension, Vickers hardness, Charpy impact and CTOD tests were conducted. Microstructure characterizations were performed by using optical and scanning electron microscopy. Homogenization heat treatment was efficient to eliminate banding and the centerline segregation. It was verified that M-A constituent is present in all intercritical heat treatment conditons, including those of high fracture toughness. The cooling rate reduction increases the amount of M-A constituent until a certain limit, then it decomposes in ferrite + carbides. It was concluded that low toughness and ductility levels are closely related with the volume fraction of martensite obtained in high colling rates or with M-A constituent with a martensite character. The intercritical condition with 19°C/s cooling rate promoted the best correlation between strength and fracture toughness. To improve the intercrictical HAZ toughness of welds, it is suggested to select a welding procedure that diminishes the proportion of martensite and M-A constituent / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

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