CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / O aumento crescente da procura por produtos que necessitam de componentes cada vez menores impulsiona o desenvolvimento da microusinagem, considerada altamente necessária para os avanços tecnológicos na área metal mecânica. Neste contexto, o microfresamento é uma alternativa viável para a fabricação destes microcomponentes, permitindo a usinagem de geometrias complexas em diversos materiais tais como: metais e ligas, compósitos, polímeros, cerâmicas e alguns aços inoxidáveis, sendo que estes últimos despertam grande interesse para a indústria devido à sua característica de grande resistência à corrosão e à oxidação. No entanto, adaptar o conhecimento do fresamento de aços inoxidáveis em escala convencional para a microescala exige o entendimento dos fenômenos específicos que surgem com a redução das dimensões envolvidas nas operações. Diante desse contexto, este trabalho tem como principal objetivo a investigação da usinabilidade do aço inoxidável duplex UNS S32205 no microfresamento. Para tanto, foram realizados ensaios para fabricação de microcanais, utilizando uma microfresadora CNC de quatro eixos, rotação máxima de 60 000 rpm e resolução de 0,1 μm, usando microfresas de metal duro com diâmetro de 200 µm e 400 µm. A partir dos dados experimentais, foram analisados a evolução do desgaste, as formas e mecanismos de desgaste da ferramenta, a formação de rebarba, a superfície microusinada, a rugosidade superficial e a formação de cavaco. Os resultados mostram que a ferramenta com diâmetro de 200 µm apresentou um excelente desempenho em relação ao comprimento usinado, no entanto o aumento da velocidade de corte levou a um desgaste excessivo e altas rebarbas. Na usinagem utilizando ferramentas de diâmetro 400 µm, o desgaste e altura das rebarbas foi atenuado através da utilização do fluído de corte. E por fim, as ferramentas com maior diâmetro apresentaram rebarbas muito menores quando comparadas às de menor diâmetro, formando cavacos contínuos, além de apresentarem um menor grau de recalque. / The increasing demand for products requiring increasingly smaller components drives the development of micromachining, which is considered to be highly necessary for technological advances in the field of mechanical engineering. In this context, micromilling is a viable alternative for the manufacture of these microcomponents, allowing the machining of complex geometries in various materials such as: metals and alloys, composites, polymers, ceramics and some stainless steels, the latter of which arouse great interest for the industry due to its characteristic of great resistance to corrosion and oxidation. However, adapting the knowledge of milling of stainless steels on a conventional scale to the microscale requires an understanding of the specific phenomena that arise with the reduction of operations. Considering this context, this work has as main objective the investigation of the machinability of duplex stainless steel UNS S32205 in the micromilling operation. For that, tests were made to manufacture microchannels, using a 4-axis CNC micromill machine tool, with maximum spindle rotation of 60 000 rpm and resolution of 0.1 μm, using 200 µm and 400 µm diameter tools. From the experimental data, it was investigated the evolution of tool wear, the forms and mechanisms of tool wear, burr formation, machined surface quality, surface roughness and chip formation. The results show that the tool with diameter 200 µm presented an excellent performance in relation to the machined length, however the increased cutting speed led to excessive wear and high burrs. In the machining tests using tools with diameter 400 µm, the wear and height of the burrs was attenuated through the use of cutting fluid. Finally, the tools with the largest diameter presented minor burrs when compared to the smaller diameter, forming continuous chips, in addition to presenting a lower chip thickness ratio of the chips. / Dissertação (Mestrado)

A crescente utilização do aço inoxidável como elemento estrutural despertou o interesse de clientes, arquitetos e engenheiros nos últimos anos. Apesar do custo ainda elevado, a sua aplicação na construção civil vem substituindo outros elementos estruturais. Seja por sua alta resistência à corrosão, aumentando a relação custo benefício; sua estética, proporcionando formas cada vez mais ousadas ou; seu apelo ambiental, gerando menos resíduos no meio ambiente. As subestações representam um papel importante no fornecimento de energia. Como possuem grande complexidade para manutenção, foi escolhida a estrutura suporte de seu barramento, para o dimensionamento em aço inoxidável. Desta forma, minimizando as paradas para realização de manutenções das estruturas, possibilitando maior qualidade no fornecimento de energia elétrica. Para fins comparativos foi escolhido o projeto de uma SE existente, cuja estrutura de suporte do barramento, foi construída por treliças formadas por cantoneiras de aço carbono galvanizado. Inicialmente, o dimensionamento foi desenvolvido utilizando perfis H e I funcionando como viga-coluna para os dois tipos de aço. Num segundo momento, a estrutura foi dimensionada como treliças planas. Todos os dimensionamentos foram realizados de acordo com as prescrições normativas do EUROCODE 3. Após realização dos dimensionamentos, foram apresentadas as análises comparativas dos custos envolvidos para os tipos de aço. Abordando o investimento inicial, os gastos com manutenção ao longo da vida e os custos elétricos agregados à redução das paradas para manutenção. / The increasing use of stainless steel as a structural element motivated, in recent years, the continuous interest of customers, architects and engineers. Despite its high cost, its application in construction have been replacing other structural elements. This is mainly due to its high corrosion resistance that increases its cost-effective ratio, its aesthetic that enables the construction of increasingly bold forms and its environmental appeal that generates less environmental waste. The electric power substations represent an important role in the global energy supply. Since its maintenance is a complex and costly process, one of its bus support structure was chosen to be designed in stainless steel. This strategy minimizes the number of stoppages for structural maintenance, enabling a higher quality power supply. For comparative purposes an existing power substation has been chosen where the bus supporting structure was made of galvanized carbon steel angle bar trusses. Initially, the design adopted I and H profiles functioning as beam-column for the two types of steel analyzed. In a second stage, the structure was designed as a plane truss. All designs were performed in accordance to the requirements of EUROCODE 3 standard. This was followed by comparative analyses of the costs involved for the studied steel types. These analyses involved the initial investment assessment properly contextualized with the posterior spending on maintenance and electrical costs of the stoppages and were set against the gains in reducing the downtime for maintenance of the stainless steel solution.

Os aços inoxidáveis têm um amplo campo de aplicação, por ter alta resistência mecânica e à corrosão quando trabalha em temperaturas elevadas. Uma aplicação recorrente é em reatores nucleares, podendo ser utilizado no vaso de pressão e nas estruturas de contenção do reator. O aço inoxidável austenítico foi muito utilizado no núcleo de reatores para revestimento do combustível nuclear. No entanto, foi substituído por uma liga de zircônio denominada zircaloy, em consequência da menor absorção de nêutrons térmicos desta liga. Após o acidente de Three Miles Island o aço inoxidável voltou a ser usado para esta aplicação. Para atenuar a corrosão intergranular, muito característica em aços inoxidáveis austeníticos, utiliza-se elementos estabilizantes como o nióbio. O aço inoxidável AISI 348 é estabilizado com nióbio. Neste trabalho, estudou a soldagem de tubos de AISI 348 e tampões de mesmo material soldados pelo processo GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) sob diversas condições, procurando-se obter penetração de soldagem de 110 % da espessura do tubo e reforço do cordão de solda inferior a 0,15 mm. As amostras soldadas foram submetidas à caracterização microestrutural com microscopia ótica e microscopia eletrônica, utilizando também a técnica EDS (Espectroscopia de Energia Dispersiva). Foram realizados ensaios mecânicos de tração, fadiga, microdureza Vickers e arrebentamento, como também verificado a susceptibilidade à corrosão intergranular. O cordão de solda passou por ensaios não destrutivos de inspeção visual, dimensional, líquido penetrante, raios X e ensaio de estanqueidade por fuga de gás hélio. A microdureza não apresentou diferenças nas regiões da solda, não sendo possível identificar claramente a zona afetada pelo calor. O arrebentamento ocorreu a uma distância acima de 30 mm do cordão de solda, sendo o resultado considerado aprovado. No ensaio de tração, a ruptura ocorreu no cordão de solda e no metal de base tubo, o local da ruptura dependeu do afastamento lateral do eletrodo em relação à junta soldada. O ensaio de fadiga com corrente de 40 A obteve número de ciclos de 2,14 x 105. Este valor é 50% maior no tempo de vida comparado com amostra de 30 A. No ensaio de corrosão intergranular, as amostras que foram submetidas não apresentaram sensitização no contorno de grão. A análise por EDS identificou áreas com carbonetos oriundos do processo de fabricação do tubo. / Stainless steels have a wide range of applications, since it has high mechanical and corrosion resistance when working at elevated temperatures. A recurring application is in nuclear reactors, can be used in the pressure vessel and the reactor containment structures. The austenitic stainless steel has been widely used in the core reactors for nuclear fuel cladding. However, it was replaced with a zirconium alloy called zircaloy, due to lower thermal neutron absorption of this alloy. After the accident at Three Mile Island stainless steel came to be used for this application. In order to mitigate intergranular corrosion, very characteristic in austenitic stainless steel, is used stabilizing elements such as niobium. The stainless steel AISI 348 is stabilized with niobium. In this work, welding AISI 348 tubes and caps of the same material welded by GTAW process (Gas Tungsten Arc Welding) under various conditions, seeking to obtain welding penetration of 110% of the tube thickness and reinforcement of the weld bead less than 0.15 mm. The welded samples were subjected to microstructural characterization with optical and electron microscopy, also using the technique EDS (Energy Dispersive Spectroscopy). Mechanical tests of traction were performed, fatigue, Vickers hardness and burst, but also verified the susceptibility to intergranular corrosion. The weld bead has undergone non-destructive testing visual inspection, dimensional, liquid penetrant, X-rays and leakage test by helium gas leak. The microhardness showed no differences in weld regions, it is not possible to clearly identify the heat affected zone. The burst occurred at a distance of more than 30 mm of the weld bead. In the tensile test, the rupture occurred in the weld bead and base metal tube, the location of rupture depended on the lateral spacing of the electrode in relation to the welded joint. The fatigue test with 40 A current obtained number of cycles of 2.14 x 105. This value is 50% higher in the life time compared with sample 30 A. In the intergranular corrosion test, samples were subjected showed no sensitization in the grain boundary. Analysis by SDS identified areas carbides derived from the tube manufacturing process.

O presente trabalho tem como objetivo estudar o efeito da carga normal aplicada, da velocidade de deslizamento, do acabamento superficial e do tipo de contra-corpo, na degradação dos materiais poliméricos POM e UHMWPE, resultante do contato deslizante contra corpos rígidos. Para tanto, foram realizados ensaios de desgaste em um tribômetro do tipo pino-contra-disco, com os pinos de materiais poliméricos e os discos de alumina e aço inoxidável. Nos ensaios de desgaste, utilizou-se 3 valores de carga, 3 velocidades de deslizamento e 3 níveis de acabamento superficial do contra-corpo. Para cada condição de ensaio, foram realizadas 3 repetições. Durante os ensaios, foram monitoradas a temperatura na interface dos materiais, a força de atrito e a posição vertical do pino. O deslocamento vertical do pino devido ao desgaste foi utilizado para a determinação da taxa de desgaste do polímero. A distância percorrida pelos pinos sobre o disco foi de 3.500 metros. Os ensaios foram realizados em ambiente com umidade relativa controlada em 50 ± 5 %. As análises por microscopia eletrônica de varredura das superfícies de desgaste dos pinos e dos discos indicaram a ocorrência de três tipos de mecanismos de desgaste: a abrasão, a fadiga e a transferência de filme (adesão). Para analisar o comportamento do desgaste mediante as influências estudadas, um parâmetro de severidade global (PVR/DD) é proposto. No parâmetro PVR/DD, considerou-se a relação entre um fator mecânico (condição de pressão e velocidade, PV), um fator topográfico (rugosidade do contra-corpo, R) e um fator térmico (difusividade térmica dos materiais em contato, DD). Verificou-se que os níveis de desgaste dos materiais poliméricos são influenciados pela condição de severidade global do contato; entretanto, o efeito preponderante foi devido ao tipo de material do contracorpo. Como foi observado que o deslocamento vertical ocorre devido não somente ao desgaste, mas também à fluência do polímero, à atuação de diferentes mecanismos de desgaste e ao fenômeno da fusão, os resultados de cada material de polímero estudado foram organizados na forma de mapas em função da severidade global, salientando as regiões de atuação de cada fenômeno. / The present investigation aims to study the degradation of polymeric materials resulting from the sliding contact against rigid bodies. The effect of some tribological influences, such as the applied load, the sliding velocity, the surface roughness and the counter-face material, were investigated. Experimental sliding wear tests were performed through a pin-on-disc tribometer, with the pins of polymeric material and the discs of alumina and stainless steel. The testing conditions of the wear tests encompassed three values of load (normal pressure) and three values of sliding velocity, or PV values, and three ranges of disc surface roughness. Three tests were performed in each condition. The interface temperature between the specimens, the friction force and the vertical position of the pin were monitored along the tests. The vertical displacement of the pin, resulting from the wear, was used for the determination of the polymer wear rate. The total sliding distance was of 3,500 meters. During the tests, the relative humidity of the environment was controlled to 50 ± 5 %. Analyses on the worn surfaces of pins and discs performed through scanning electronic microscopy indicated the occurrence of three wear mechanisms: abrasion (scratches), fatigue (waves) and adhesion (transfer film). In order to analyze the wear behavior of the polymer, a parameter of global severity of the contact (PVR/DD) was proposed. This parameter comprised a mechanical factor (the PV values), a topographic factor (the disc roughness) and a thermal factor (the thermal diffusivity of the materials in contact). It was possible to verify that the polymer wear depended on the level of global severity of the contact, where the major effect was due to the counterface material. It was also observed that the vertical displacement of the pin occurred not only due to the wear phenomena, but also due to the creep and the melting of the polymer, both depending on the testing condition. The creep and the melting phenomena were considered in the polymer degradation behavior, organizing the results of polymeric pin displacement in degradation maps, showing the boundaries of each observed phenomena, in function of the contact global severity.

O Aço Inoxidável Super Duplex UNS S32760 é um aço de alta liga com estrutura composta por uma matriz ferrítica com ilhas austeníticas, em proporções aproximadamente iguais. Esta estrutura lhe confere boas propriedades como: resistência à corrosão, em particular à corrosão por pite e por fresta, excelentes propriedades mecânicas, boa soldabilidade, alta condutividade térmica, baixo coeficiente de expansão térmica e excelente tenacidade. Suas principais aplicações geralmente ocorrem em ambientes com alta concentração de cloreto, como por exemplo, em tubos para transporte de óleo e gás, equipamentos para transporte ou em contato com materiais rico sem cloretos, em tanques e vasos para a indústria química e petroquímica. Estas aplicações tornam importante a determinação da temperatura crítica de pite (TCP). A ASTM normatiza essa determinação com as normas G-150 e G-48, que abrangem aços inoxidáveis austeníticos comuns e ligas à base de níquel, não existindo uma condição especifica para o teste em aços super duplex. O objetivo deste trabalho é a caracterização eletroquímica e o desenvolvimento de uma metodologia para a determinação da temperatura crítica de pite de aços super duplex UNS S32760. Devido à falta de normatização para estes materiais uma combinação das normas ASTM G-48 e G-150 foi empregada neste trabalho. Utilizou-se como meio uma solução contendo FeCl3 6% e HCl 1%, em massa. Foram empregadas como técnicas medidas de potencial de circuito aberto em função do tempo de imersão, curvas de polarização potenciostática anódica, cronoamperometria, espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE), microscopia ótica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia por dispersão de energia (EDS). Foram realizados tratamentos dos dados experimentais, abordando-os de maneiras diferentes para que a melhor resposta fosse obtida na determinação da TCP das ligas. Duas amostras diferentes deste material foram estudadas, uma amostra comercial e uma amostra desenvolvida pelo laboratório de pesquisa e desenvolvimento da Villares Metals, com diferentes teores de cromo e molibdênio. Apesar da variação na composição química das amostras, nas análises por MEV e EDS, as mesmas se mostraram semelhantes, quando apenas polidas, apresentando os mesmos tipos de precipitado. A microscopia ótica possibilitou visualizar a diferença na proporção de fases entre as duas ligas e as características morfológicas das mesmas. Analisando mais detalhada e minuciosamente os dados eletroquímicos, foi determinado que o melhor valor de densidade de corrente a ser utilizada como parâmetro na determinação da TCP , é 25±5 µAcm-2. Utilizando este parâmetro foi mostrado que a TCP determinada é menor, quando comparada com a obtida pelas normas convencionais. A combinação das diferentes técnicas permite afirmar que a metodologia empregada determina de maneira bem mais precisa a TCP. / UNS S32760 super duplex stainless steel is a high alloy steel, containing a ferrítica matrix and austenitic islands as structure at equal proportions approximately. This structure results in good properties as high resistance to corrosion, particularly to pitting and crevice corrosion, excellent mechanical properties, good weldability, high thermic conductivity, low thermic expansion coefficient, and excellent tenacity. Their principal applications are in high chloride concentration media, for example in tubes for oil and gas, in transport equipment when in contact with high chloride concentration materials, tanks and vases for chemical and petrochemical industries. Due to these applications the evaluation of the pitting critical temperature is mandatory for these materials. G-150 and G-48 ASTM Standards are recommended for conventional stainless steels and nickel alloys, but there is not any specific standard for super duplex stainless steels. The main of this work is the characterization and the development of a methodology to evaluate the critical pitting temperature for USS S32760 super duplex stainless steels. Due to the absence of standard analyses for this materials, a combination of G-48 and G-150 standards were employed. The medium was 6% FeCl3 by mass and 1% HCl by mass solution. Open circuit potential measurements, anodic potentiostatic polarization curves, chronoamperometry, electrochemical impedance spectroscopy (EIS), optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersion spectroscopy (EDS) were used as techniques. Different treatments for the experimental results were used in order to obtain the best value for TCP of these alloys. Two different samples of this material were studied: a commercial sample and a new composition developed at P&D Villares Metals industry, with different contents in chromium and molybdenum. The materials studied presented the same kinds of inclusions, according to SEM and EDS analyses. OM analysis showed the proportionality between the ferritic and austenitic phases and their morphological characteristics. The electrochemical studies suggest the 25 ± 5 µAcm-2 value for current density to be used in the CPT e valuation. The CPT obtained is lower when compared to those one using conventional standards. The combination of different techniques permits to conclude that the proposed methodology evaluates the CPT w ith higher precision.

A produção economicamente viável dos aços inoxidáveis duplex, pressupõe a utilização de sucatas e retornos de ligas contendo altos teores de elementos como Cr, Ni e Mo. O aproveitamento destes materiais pode entretanto, introduzir na composição química outros elementos não previstos pela norma do material sendo produzido. Este trabalho estudou a influência do Nb na microestrutura e nas propriedades mecânicas do aço inoxidável superduplex fundido SEW 410 W. Nr. 1.4517, bem como sobre as etapas de fabricação de um produto fundido. Os teores de Nb estudados foram 0%, 0,2%, 0,5% e 1,5% (% em peso). Foi dado ênfase às microestruturas e propriedades no estado bruto de fundição, após tratamento térmico de solubilização e finalmente, após envelhecimento das amostras solubilizadas. Foram utilizadas diversas técnicas de avaliação microestrutural: microscopia ótica, metalografia quantitativa, microscopia eletrônica de varredura e de transmissão, análise química de microregiões com microssonda eletrônica, ensaios magnéticos via ferritoscópio e ensaios dilatométricos. Os ensaios mecânicos realizados foram: dureza, ensaio de tração e ensaio Charpy. A análise dos resultados demonstrou que o Nb causou uma sensível alteração na microestrutura e nas propriedades mecânicas da liga, dificultando o processo de produção de uma peça fundida. / To produce duplex stainless steel in an economic way it is necessary to use scrap and process returns containing high Cr, Ni and Mo contents. This procedure can result in an unexpected alloy chemical composition with some elements not included in the material standard. This work studied the Nb influence on the microstructure and mechanical properties of cast super duplex stainless steel SEW 410 W. Nr. 1.4517, as well as the influence over the fabrication process of a casting. The Nb contents studied were 0%, 0,2%, 0,5% and 1,5% (weight %). Emphasis was given to the microstructures and mechanical properties in as cast condition, after solution heat treatment and finally after aging of previous solution heat treated samples. Several microstructural analysis techniques were used: optical microscopy, quantitative metallography, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, chemical microanalysis using energy dispersive spectrometry, magnetic phase detection using feritscope and dilatometry. The mechanical testing realized were hardness testing, tension testing and Charpy impact testing. Results analysis demonstrated that Nb caused an appreciable change on microstructure and mechanical properties of the material, making difficult the fabrication process of a casting.

Neste trabalho são estudados os mecanismos de desgaste, atuantes na escala do tamanho de grão (meso-escala), durante ensaios de cavitação vibratória, para diferentes amostras de aços inoxidáveis austeníticos ligados com nitrogênio. Amostras com teores superficiais de nitrogênio de aproximadamente 0, 9 % massa, 1, 4%massa e 20%massa, obtidas a partir do a¸co inoxidável dúplex UNS S31803, foram estudadas. As amostras do a¸co inoxidável duplex UNS S31803, com aproximadamente 0, 9 % N massa, foram obtidas por nitretação gasosa em alta temperatura (temperatura de nitretação entre 1050 e 1200 C) e consistiram em três grupos diferentes: amostras com nitrogênio em solução sólida e solubilizadas, amostras com precipitação de nitretos e amostras com nitrogênio em solução sólida e encruadas. Já as amostras com teor de nitrogênio próximo de 20 % N massa foram processadas por meio de nitretação a plasma na temperatura de 400 C, obtendo-se uma camada superficial de austenita expandida. As amostras de ensaio foram submetidas à caracterização de textura por difração de elétrons retroespalhados, EBSD, e posteriormente à cavitação vibratória em ´agua destilada. Os ensaios de cavitação foram periodicamente interrompidos com o intuito de estudar a deteriora¸cao das amostras por exame das mesmas no microscópio eletrônico de varredura, MEV, e por medidas de perda de massa. Quando comparadas com os aços inoxidáveis austeníticos convencionais (UNS S30403 solubilizado e UNS S31803 como recebido), sem adição de nitrogênio e livre de encruamento, as amostras estudadas apresentaram resistência ao desgaste por cavitação superior, quantificada tanto pelo tempo de incubação do dano com perda de massa quanto pela taxa máxima de perda de massa nos estágios avançados do dano. A taxa máxima de perda de massa para cada tipo de amostra estudada, com relação `a taxa máxima do material de comparação, o aço inoxidável convencional sem adição de nitrogênio e livre de encruamento (UNS S30403) solubilizado, foi de: amostras com precipitação de nitretos (318HTGN+Nit), 6,9 vezes menor; amostras com nitrogênio em solução sólida e solubilizadas (318HTGH+Sol) e laminadas e solubilizadas (318HTGN+Lam+Sol), 26,8 e 25 vezes menor, respectivamente; amostras com nitrogênio em solução sólida e encruadas (318HTGN+Enc) 145 vezes menor; e amostras com camada superficial de austenita expandida (obtidas por nitretação a plasma), (318HTGN+Plas e 304LSol+Plas) 290 e 1,77 e vezes menor respectivamente. O efeito benéfico da adição de nitrogênio na resistência à erosão por cavitação dos aços inoxidáveis austeníticos estudados foi atribuído a: (i) aumento na resistência à deformação plástica; (ii) distribuição mais homogênea da deformação plástica induzida pelas ondas de choque e micro-jatos característicos do processo de cavitação; e (iii) aumento da importância relativa dos mecanismos de perda de massa com elevado consumo de energia de impacto. Nos primeiros estágios do dano erosivo por cavitação se observou clara evidência de deformação plástica, acompanhada de formação de microreelevo superficial e de protrusão de bandas de escorregamento. A perda de massa em nível microscópico (observações no MEV) começa como destacamento de material em microtrincas e micropites. Observou-se que tanto a nucleação do dano como o seu crescimento se apresenta de forma heterogênea na escala do tamanho de grão. Os sítios microestruturais nos quais se iniciou o dano com perda de massa foram preferencialmente protuberâncias nas protrusões de bandas de escorregamento, protuberâncias nos contornos de grão e as interfaces matriznitreto. O incremento do teor de nitrogênio (em solução sólida) na amostra aumentou a importância relativa dos contornos de grão como locais de nucleação do dano, em relação ao dano iniciado no interior dos grãos. Observou-se que o interior dos grãos com planos 100 ou 111 orientados de forma aproximadamente paralela à superfície das amostras são regiões muito suscetíveis à incubação do dano e ao crescimento do mesmo. Já os grãos com planos 101 orientados aproximadamente paralela à superfície das amostras, apresentam regiões com resistência ao dano bem maior. Esses resultados são discutidos, considerando as diferenças de tensão (resultantes da ação de ondas de choque causadas pela implosão de bolhas de cavitação) crítica projetada para cisalhamento de grãos com diferentes orientações. O dano ocorre preferencialmente em contornos de grãos com acentuados gradientes de tensão resolvida para a deformação plástica, onde se desenvolve elevada concentração de tensões. Em particular, os contornos de macla CSL 3 são acentuadamente mais suscetíveis à incubação do dano que os outros tipos de contornos CSL e que os contornos não CSL. / High nitrogen austenitic stainless steels containing 0.9 wt-% N and 20 wt- % N were tested in a ultrasonically induced vibratory cavitation testing device. Incubation times for damage initiation and mass losses were periodically measured during the cavitation-erosion tests. Scanning Electron Microscopy observation of the damaged surfaces allowed identifying the wear mechanisms operating during each step of the cavitation-erosion test. 0.9 wt-% N specimens were obtained through High Temperature Gas Nitriding UNS S31803 duplex stainless steel, at temperatures between 1050 and 1200 oC. Three groups of specimens were obtained: solubilized with all nitrogen in solid solution, solubilized and work hardened specimens and nitride containing specimens. The 20 wt- % N specimens were obtained through Low Temperature Plasma Nitriding the already High Temperature Gas Nitrided specimens and getting an expanded austenite layer at the surface. The specimens were firstly characterized by Electron Backscattered Diffraction - EBSD techniques and then submitted to the cavitation-erosion tests in distilled water. When compared to conventional UNS S30403 lean nitrogen solubilized austenitic stainless steel specimens, greater incubation times and smaller maximum wear rates were observed. The maximum wear rates (compared to those of the solubilized UNS S30403 steel) were: for the nitride containing specimen 6.9 times smaller; for textured and non-textured all nitrogen in solid solution specimens 26.8 and 25 times smaller, respectively; for the solubilized and work hardened specimen 145 times smaller; for the expanded austenite layer, with circa 20 wt- % N, specimens 300 times smaller. The beneficial effect of nitrogen on the cavitation-erosion resistance of the studied specimens was attributed to: (i) an increase in resistance to plastic deformation; (ii) a more homogeneous distribution of the plastic deformation; and (iii) an increase of the relative participation of energy consuming mass loss mechanisms. Plastic deformation accompanied by formation of micro relief at the surface and slip bands protrusions were clearly identified, during the first stages of cavitation erosion. The first evidences of mass loss (detected by SEM observations) were seen as particles detaching from micro cracks and micro pits formed at the grain surface. Nucleation and growth of cavitation damage was heterogeneously distributed at the grain scale. Slip bands protrusions, grain boundary protrusions and nitride matrix interfaces sites were more prone to nucleating the damage. Increasing nitrogen contents in solid solution increased the relative contribution of grain boundary nucleated damage, compared to the total amount of nucleation sites. Grains with 100 and 111 crystallographic planes approximately parallel to the surface were more prone to nucleation and growth of cavitation damage. Grains with 101 planes // surface were much more resistant to cavitation-erosion damage. These results are discussed considering differences of critical resolved shear stresses for grains with different orientations. Cavitation erosion damage occurs preferentially at grain boundaries across which steep stress gradients arise. Particularly, CSL -3 twin boundaries are much more susceptible to cavitation erosion damage incubation than other types of CSL boundaries and non CSL boundaries.

Este trabalho teve por objetivo estudar os efeitos da operação de torneamento na integridade superficial do aço inoxidável super-duplex ASTM A890 - Gr 6A. O foco do trabalho foram as operações de acabamento, porém também foram realizados alguns estudos com operações de desbaste, ambas utilizando planejamentos fatoriais completos com 2 níveis e 5 fatores. Os ensaios foram realizados em centros de torneamento com ferramentas de metal duro e tiveram como variáveis: a geometria da ferramenta / classe da pastilha, avanço, profundidade de corte, velocidade de corte e utilização ou não de fluido de corte. As respostas estudadas foram: análise microestrutural óptica e por difração de raios-X, medição de forças através de um dinamômetro piezoelétrico, rugosidade superficial, micro-dureza, tensão residual através de difração de raios-x e estabilidade dimensional. Os resultados não mostraram alterações microestruturais no material mesmo nas operações de desbaste que foram as mais severas. As outras respostas foram correlacionadas com os parâmetros de corte e a melhor combinação destes foi encontrada para a obtenção da melhor integridade superficial. O menor avanço (0,1mm/v), a menor velocidade de corte (110m/min) e a maior profundidade de corte (0,5mm) obtiveram os menores valores para a tensão residual, a menor rugosidade e o maior valor de micro-dureza. A correlação entre as respostas foi bastante difícil de ser estabelecida, uma vez que as interações tiveram grande influência nas análises, porém para algumas combinações estas correlações se mostraram possíveis de serem estabelecidas. / The objective of this work was to study the effects of the turning operations in the surface integrity in a super duplex stainless steel (SDSS) ASTM A890-Gr6A. The focus of the work was the finishing operations but some tests in rough operations were carried out. A complete factorial planning was used for both, with 2 levels and 5 factors. The tests were conducted on turning centers with carbide tools and the main input variables were: tool geometry / tool material class, feed rate, cutting depth, cutting speed and the cutting fluid utilization. The analyzed answers were: microstructure analysis by optical microscopy and x-ray diffraction, cutting measurements by a piezoelectric dynamometer, surface roughness, micro-hardness, residual stress by x-ray diffraction technique and dimensional stability. The results do not showed any changes in the microstructure of the material, even when the greater cutting values were used. All the other answers were correlated with the cutting parameters and the best combination of cutting parameters was founded for the best surface integrity. The smaller feed rate (0,1mm/v), smaller cutting speed (110m/min) and greater cutting depth (0,5mm) provided the smaller values for the tension residual stress, the smaller roughness and the greater micro-hardness. The correlation between all the answers was very difficult to analyze because there was great interaction between the factors, but for some data groups it was possible.

Os processos de erosão-corrosão são comumente encontrados em tubulações, válvulas e outros componentes usados na indústria química, petroquímica e na exploração de minérios. Quando a corrosão e a erosão atuam conjuntamente, os mecanismos de dano são complexos e em geral as perdas de massa associadas com esta combinação de processos são maiores do que a soma das perdas geradas pela erosão ou a corrosão atuando separadamente. Os aços inoxidáveis são materiais amplamente usados neste tipo de indústrias. A série martensítica é usada quando se necessita de boas propriedades mecânicas e moderada resistência à corrosão, enquanto que a austenítica é usada para condições onde é necessária uma boa resistência à corrosão, ainda que as propriedades mecânicas deste tipo de aço não sejam muito altas. Adições de nitrogênio aos aços inoxidáveis melhoram tanto a resistência à corrosão quanto a resistência mecânica, no entanto, poucos trabalhos têm sido desenvolvidos sobre o sinergismo erosão-corrosão dos aços inoxidáveis de alto nitrogênio. Neste trabalho, estuda-se o efeito da adição de nitrogênio, em solução sólida, na resistência à erosão-corrosão de um aço inoxidável martensítico AISI 410 e um austenítico AISI 304L em lama composta por 3,5% de NaCl e partículas de quartzo. Para tanto foram nitretadas, em alta temperatura, amostras destes aços sob diferentes pressões. Foram obtidas amostras martensíticas com 0,2 e 0,4% de nitrogênio e austeníticas com 0,25 e 0,55% de nitrogênio em solução sólida. Amostras sem nitrogênio foram usadas como material de referência. Foram desenvolvidos dois tipos de ensaios em dispositivo tipo jato: medidas de perda de massa e de polarização potenciodinâmica. A topografia das superfícies testadas foi observada usando microscopia óptica e eletrônica de varredura. Essa informação, conjuntamente com os resultados de perda de massa e dos ensaios eletroquímicos, foi usada para estabelecer os mecanismos de degradação dos materiais estudados, nas diferentes condições de ensaio, e os efeitos da introdução de nitrogênio na estrutura dos aços. Dos resultados obtidos neste trabalho, observa-se que as curvas de polarização potenciodinâmica são sensíveis às variações nas condições de ensaio, como a presença de fluxo e a introdução de partículas. Em geral, o potencial de corrosão e de pite diminuíram e a densidade de corrente passiva aumentou com o aumento da agressividade do ensaio, deslocando as curvas para potenciais menos nobres e densidades de corrente maiores. A introdução de nitrogênio aumentou a dureza da superfície em ambos os aços inoxidáveis. A adição de nitrogênio melhorou a resistência à corrosão do aço inoxidável martensítico AISI 410, para as duas condições de nitretação usadas, medida através de polarização potenciodinâmica. Esse efeito foi avaliado através de um novo parâmetro chamado ?, dado pela diferença entre as densidades de corrente com erosão-corrosão e na condição estática (iCE-iS), para o aço nitretado, e essa mesma diferença para a condição de referência (aço solubilizado ou temperado e revenido). A adição de 0,2% de nitrogênio diminuiu em 88% a corrosão aumentada por erosão. Aumentando a 0,4% o teor de nitrogênio, esta diminuição também ocorre, sendo de 87%. O processo de remoção de material da superfície do aço inoxidável martensítico temperado e revenido é dominado pela corrosão aumentada por erosão, enquanto que no aço nitretado, o nitrogênio promove a mudança de regime para uma condição de erosão aumentada por corrosão. Observou-se que a adição de nitrogênio melhorou a resistência à corrosão, a resistência à erosão e a resistência à erosão-corrosão do aço inoxidável austenítico AISI 304L. Notou-se, também, o aumento significativo do potencial de pite com a elevação do teor de nitrogênio. As superfícies das marcas de desgaste das amostras nitretadas mostraram-se menos rugosas, mostrando o efeito benéfico do nitrogênio na resistência à corrosão do aço austenítico. A adição de 0,25% de nitrogênio diminuiu em 25% a corrosão aumentada por erosão. Aumentando o teor de nitrogênio para 0,55%, esta diminuição também foi observada, sendo de 56%. O processo de remoção de material da superfície do aço inoxidável austenítico é dominado pelo desgaste erosivo. Finalmente, a introdução de nitrogênio parece não ter influência notável no potencial de corrosão para nenhum dos aços aqui estudados. O mecanismo fundamental para a melhora na resistência à corrosão com a introdução de nitrogênio na estrutura dos aços inoxidáveis estudados, está relacionado com a produção de íons amônio durante a dissolução da superfície, produzindo um aumento de pH da solução e possibilitando uma repassivação mais fácil da superfície. / Corrosion-erosion processes are commonly found in pipes, valves and many other components for chemical, petrochemical and marine applications. When corrosion and erosion act together the damage mechanisms are complex and usually the mass losses are higher than the sum of the separate material losses due to corrosion and erosion. Stainless steels have been widely used in different components working in systems under combined corrosive and erosive effects. Martensitic stainless steels are suitable for manufacturing components with high mechanical properties and moderate corrosion resistance, while austenitic stainless steels are chosen for conditions where a better corrosion resistance is needed, even though their mechanical properties are poor. It has been shown that nitrogen addition to conventional stainless steels can improve both mechanical and corrosion properties. Very few research papers have been published about the corrosion-erosion synergism of high nitrogen stainless steels. In this research, the effect of nitrogen, introduced by solid state alloying, on the corrosionerosion resistance of a martensitic and an austenitic stainless steel tested in 3.5% NaClquartz slurry was studied. For this purpose, AISI 304L and AISI 410 samples were high temperature gas nitrided under different nitrogen pressures. 0.2 and 0.4% N martensitic samples and 0.25 and 0.55% N austenitic samples were obtained. Samples without nitrogen, but submitted to the same thermal cycle, were used as comparison materials in the tests. Corrosion, erosion and corrosion-erosion tests were conducted in a jet-like device. Two kinds of tests were developed: mass loss measurements and electrochemical polarization. The topography of the surface was observed after the wear tests using optical and scanning electron microscopy. This information, together with the results of mass losses and electrochemical tests were used to establish the degradation mechanisms of the tested materials under the different testing conditions and the effect of the introduction of nitrogen in the steel structure. The results showed that the polarization curves change a lot with the testing conditions. The corrosion and pitting potential decreased and the passive current density increased with the increase of aggressiveness of the testing conditions, shifting the curves to less noble potentials and higher current densities. Nitrogen additions increased the hardness of the nitrided surfaces in both steels. Nitrogen also improved the corrosion resistance of the AISI 410 stainless steel for both nitriding conditions. The effect of nitrogen was analyzed through a new parameter ?, given by the difference between the current densities under erosion-corrosion and the static condition (iCEiS), for the nitrided steels and the same difference for the standard condition (solubilized or quenched and tempered steels). The increase of the nitrogen content of the martensitic surface up to 0.2% reduced 88% the corrosion augmented by erosion. When the nitrogen content at the surface is 0.4%, the reduction of the corrosion augmented by erosion term was 87%. The mass removal process for the quenched and tempered condition is controlled by corrosion assisted by erosion, while for the nitrided surface is erosion assisted by corrosion. Nitrogen additions improved the corrosion, erosion and erosion-corrosion resistance of the austenitic stainless steel AISI 304L. The pitting potential noticeably increased with the increase of the nitrogen content. Smoother wear mark contours on the nitrided surface indicate a favorable effect of nitrogen on the corrosion-erosion synergism. Adding 0.25% N to the alloy decreased the corrosion augmented by erosion in the passive region by 25%, and adding 0.55% N reduced it by 56%. The mass removal process, in this case, was controlled by erosion. Finally, nitrogen addition does not seem to affect the corrosion potential of both steels studied in this work. The main mechanism to increase the corrosion resistance of the studied steels with the introduction of nitrogen is related to production of ammonia during the dissolution of the steel surface. The pH of the solution increases, and the surface can easily repassivate.

A usinagem é caracterizada pela grande quantidade de deformação plástica localizada no material devido à formação do cavaco, de forma que existe um compromisso entre o processo de deformação, encruamento e amolecimento, pelo aumento da temperatura, gerando bandas de cisalhamento. A compreensão destas zonas cisalhamento se faz importante, por conter informações que podem ser aplicadas ao aperfeiçoamento das técnicas de usinagem relacionadas à melhoria do processo e a e à busca da inovação em materiais e ferramentas. Nesse contexto, os aços inoxidáveis, que em geral, são caracterizados como materiais de baixa usinabilidade, em consequência do elevado grau de encruamento e baixa condutividade térmica durante a usinagem, podem facilitar investigações da formação do cavaco pós-processo em razão da morfologia segmentada de seus cavacos. Para tanto, o objetivo deste trabalho foi abordar a usinagem sob a ótica da ciência do comportamento mecânico dos materiais através da avaliação das características e propriedades de três classes de aços inoxidáveis com diferentes estruturas cristalianas e microestruturas. A análise foi feita utilizando respostas de deformação, taxa de deformação, tensão, encruamento e temperatura na zona de cisalhamento primária, determinados a partir do monitoramento das forças de usinagem e caracterização do cavaco (morfologia e microestutura) em ensaios de torneamento semi-ortogonal, visando o levantamento e a relação dos parâmetros fundamentais do sistema de corte, que possam ser fatores significativos na modelagem do processo de usinagem. Os resultados mostraram que aços inoxidáveis apresentaram comportamentos distintos na usinagem, mostrando uma grande dependência da estrutura cristaliana, responsável pelos planos de deslizamento preferenciais, contribuindo para uma maior deformação e reduzindo a tensão de cisalhamento, além da difusividade térmica e dureza do material, que foram fortes indicadores da susceptibilidade dos aços inoxidáveis ao cisalhamento adiabático com formação de cavaco contínuo ou segmentado. A resposta à tensão e deformação dos aços inoxidáveis austenítico e duplex mostraram similaridade quando comparados com a classe martensítica. Não foi evidenciada presença de martensita induzida por deformação na usinagem do aço inoxidável austenítico. Por meio do planejamento composto central foi possível gerar modelos empíricos para cada classe de material relacionando as respostas de deformação, taxa de deformação, tensões, encruamento e temperatura na zona de cisalhamento primária com as condições de corte. / Machining is characterized by large amount of located plastic strain on material due to chip formation, so that there is a link between strain process, strain hardening, and heat softening, thus generating shear bands. Understanding these shear zones becomes important because it contains information that can be applied to machining technique improvements related to process optimizing, and the materials and tools innovations. In this context, stainless steels are regarded as poor machinability materials, due to high work hardening and low thermal conductivity; however, their segmented chip morphology is helpful for facilitating the post-process chip formation researches. Therefore, the aim was to approach machining from the viewpoint of the mechanical behavior science by comparing three stainless steels grades with dissimilar crystalline structures and microstructures during cutting. Strain, strain rate, stress, strain hardening, and primary shear plane temperature were the output variables analyzed. These output variables were determined from cutting forces monitoring and chip characterization (morphology and microstructure) in semiorthogonal turning tests. The results showed the stainless steels machining behavior was different depending on the lattice structure, which is responsible for preferential slipping planes, contributing to amount of strain and reducing the shear stress. Thermal conductivity and hardness were also strong indicators of stainless steels adiabatic shear susceptibility by continuous or segmented chip formation. The stress and strain response of austenitic and duplex stainless steel grades were similar compared to martensitic grade. Strain-induced martensite formation was not evidenced in austenitic stainless steel machining. Empirical models of strain, strain rate, stress, strain hardening and primary shear plane temperature as a function of cutting conditions were obtained by means of the central composite design.