Made available in DSpace on 2015-09-17T15:26:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-07-28. Added 1 bitstream(s) on 2015-09-17T15:45:03Z : No. of bitstreams: 1 000848192.pdf: 8037220 bytes, checksum: 24efc4e89d7adb1282b6442410df4998 (MD5) / O aço AISI 300M, considerado um aço de ultra-alta resistência, foi desenvolvido como uma evolução ao aço SAE 4340, para adquirir melhor tenacidade e soldabilidade em aplicações que exigem melhores propriedades mecânicas e facilidade de têmpera. Sua utilização hoje está voltada para o segmento aeroespacial, sendo empregado em partes do veículo lançador de satélites (VLS), alguns veículos de sondagem que fazem parte do Programa Espacial Brasileiro e na confecção de seus envelopes motores (propulsores). A proposta deste trabalho é atribuir melhores características à utilização deste aço, mediante processos e equipamentos de baixo custo. Para isso foram realizados ciclos de transformações martensíticas com o intuito de refino da microestrutura. Os ciclos de transformações martensíticas foram realizados em fornos resistivos do tipo mufla. Buscando-se a nucleação de novos grãos a cada nova transformação martensítica. Para análise dos resultados obtidos foi utilizada a técnica da microcospia correlativa, que consiste na associação de técnicas de microscopia óptica e eletrônica de varredura com o intuito de investigar um mesmo assunto. Através dessa técnica foi possível caracterizar o material tornando possível a verificação e identificação de estruturas em microscopia óptica. Foram realizados ensaios mecânicos como ensaios de tração, dureza, além de análise microestrutural e difração de raios-x, para uma melhor análise dos resultados. Foi avaliado que a melhor condição para o refino dos grãos por ciclos de transformação martensítica foi para ciclos com o aquecimento até 900°C e têmpera em água / The AISI 300M steel, known as a ultra-high strength steel, was developed as an evolution of the SAE 4340 steel, in order to acquire a better tenacity and weldability in applications that demand better mechanical properties and quenching facility. Nowadays, its use is directed for the aerospace segment, being it applied in satellite launch vehicle (VLS) parts, in some probing vehicles that are part of the Brazilian Space Program and in the production of its propellant envelopes (propellant). The aim of this paper is to attribute better features to the use of this steel, through low cost procedures and equipment. For this purpose, martensitic transformation cycles were made to refine microstructures. The martensitic transformation cycles were made in a resistive mufla oven, aiming at nucleation of new grains in each new martensitic transformation. To analyze the results obtained, a correlative microscopy technique was used, which consists in the association of optical microscopy technique and electronic scanning with the purpose of investigating the same subject. Through this technique it was possible to check and identify the structures in an optical microscopy. Mechanical tests, such as tensile and hardness tests, besides a microstructural analysis and X-ray diffraction, were made in order to improve the results analysis. Cycles with heating to 900ºC and water quenching were considered the best condition of grain refining per martensitic transformation cycle

Orientador: Marcelino Pereira do Nascimento / Banca: Tomaz Manabu Hashimoto / Banca: João da Cruz Pavão / Resumo: A propostadopresente trabalho é desenvolver tubos ARBL contendo 1%Cr e 0,2%Mo fabricados pelo processoERW/HF segundo a norma API 5CT grau T95, sendoeste grau originalmente desenvolvido para processos de fabricaçãode tubos "seamless". Por conta disso, o presente trabalho possui um caráter inovador e oprincipal diferencial competitivo é ocusto de fabricação aliado ao alto nível de qualidade no processo soldagem e posterior tratamento térmico de têmpera e revenimento. Acomposição química do aço foi pensada de tal forma a garantir as propriedades mecânicas póstempera e revenimento pela adição de Mo, sendo este, o principal mecanismo de endurecimento, ou seja, a presença de martensita. Com isso, foi possível estabelecer níveis de 0,23%C e 0,49%Mnem massa. Adicionalmente,foi incorporado a liga níveis de 0,8%Cr a fim de garantir elevada resistência a corrosão na presença de CO2 para poços injetores. Foi utilizado o modelo de Hollomon para definir a temperatura de revenimentocomo função da propriedademecânica desejada. Para caracterizar otubo, foramrealizadostestes de tração, charpy, dureza, microdureza, microscopia ótica e MEV. A baixa variabilidade nas propriedades mecânicas mostra que o processo de tempera e revenimento foi estável, sendo este apto ao atendimento da norma API 5CT. A microscopia eletrônica de varredura identificou precipitados finos dispersos na matriz martensítica, sendo este, o mecanismo de endurecimento secundário que elevou a temperatura de revenimento conforme previsto pelo modelo de Hollomon. De face dos resultados concluímos que o tubo ARBL contendo Cr-Mo fabricado pelo processo ERW/HF atende aos requisitos da Norma API 5CT e com isso contribuirá significativamente no aumento de competividade na exploração de petróleo e gás / Abstract: The purpose ofthis work isthe development ofHSLA tubes containing 1% Crand 0.2% Mo produced by the ERW/HF process according to standard API 5CT grade T95. These tubes were originally developed for"seamless" manufacturing processes. The present work has aninnovative character and the maincompetitive advantage is the cost ofmanufacturingcombined withthe high level of quality in welding process and subsequent heat treatment of quenchingand tempering. The chemical composition of the steel was designed in such a way to ensurethe mechanical properties after quenchingand temperingby addingMo, thisbeing themain hardenability mechanism,in other words, the presence of martensite . Thus,itwas possible toestablish levelsof 0.23%Cand 0.49% Mn byweight. Additionally, levelsof 0.8%Cr were incorporatedto ensurecorrosionresistance inthe presence of CO2 in injection wells. Hollomon model was usedto set the tempering temperatureas a functionofthe aim mechanical property. To characterize the tube, thefollow tests were performed, tensile, Charpy, hardness, microhardness, optical microscopy and SEM. The low variability in the mechanical properties shows that the quench and tempering process was stable, which is able to meet the standard API 5CT. The scanning electron microscopy identified fine precipitates dispersed in a martensitic matrix, this being the mechanism of secondary hardening which raised the tempering temperature as provided by Hollomon model. In view of the results we conclude that the HSLA tube containing Cr - Mo manufactured by the process ERW / HF meets the requirements of Standard API 5CT and thereby contribute significantly in increasing competitiveness in the oil and gas exploration / Mestre

A aplicação de aços de alta resistência está fortemente difundida na indústria mecânica, principalmente em aplicações onde a redução de peso é importante, como por exemplo, a indústria de implementos rodoviários e maquinários agrícolas. Esta dissertação visa analisar a influência de diferentes aportes térmicos no comportamento microestrutural e mecânico de juntas soldadas através do processo MAG de modo a obter juntas com propriedades otimizadas. Para este estudo foram utilizadas chapas metálicas com espessura de 3 mm do aço de alta resistência e baixa liga USI LNE700. Os parâmetros nominais de energia de soldagem foram variados de acordo com os valores descritos pelo fornecedor SSAB. O processo de soldagem foi realizado com o auxílio de um sistema robotizado para manter a homogeneidade ao longo da junta, distância e posicionamento correto no comprimento total da junta soldada. Os ensaios para verificação do comportamento microestrutural e mecânico foram realizados com auxílio de microscopia ótica, perfis de microdureza e ensaios de tração. Buscaram-se utilizar aportes térmicos reduzidos para minimizar os efeitos de revenimento da martensita presente no metal de base, um dos principais responsáveis pela redução das propriedades mecânicas da junta soldada. Os resultados não mostraram significativa variações na microestrutura e propriedades de tração do material, porém o preenchimento da junta soldada formada apresenta um comportamento diretamente proporcional à energia de soldagem. / The application of high strength steels is strongly diffused in the engineering industry, especially in applications where weight reduction is important, such as the industry of agricultural machines and trailers industry. This investigation aims to analyze the influence of different heat inputs on microstructural and mechanical behavior of joint welded by GMAW in order to obtain joints with optimized properties. Sheet metal with a thickness of 3 mm high strength low alloy steel LNE700 (supplier Usiminas) were used. The welding energy was varied around the nominal value informed by the steel supplier SSAB for this study. The welding process was made using robotic system to maintain homogeneity along the joint, right distance and position during the total weld joint length. The microstructural and mechanical behaviors were performed with the optical microscope, microhardness profile and traction test. We attempted to use lower heat inputs to minimize the effects of tempering of martensite present in the base metal, a major contributor to the reduction of the mechanical properties of the welded joint. The results did not show significant microestructural and tensile properties variation, however, when the welding energy is increased, the welded joint penetration formed was increased as well.

Este estudo tem por objetivo avaliar a possibilidade de confeccionar juntas soldadas pelo processo de soldagem por fricção com pino consumível (Friction Hydro Pillar Processing), em aço classificado como grau R4 de acordo com a norma IAC W22. As juntas soldadas foram produzidas com três diferentes forças axiais: 30 kN, 45 kN e 60 kN, e após a soldagem, submetidos a três diferentes tempos de tratamento térmico de revenimento: uma hora, duas horas e quatro horas, na temperatura de 650 C. A microestrutura predominantemente martensítica resultante destes processos, foi caracterizada através de microscopia óptica, e de um mapeamento de microdureza Vickers. As soldas tiveram suas zonas afetadas pelo processo mensuradas através do software de análise de imagens ImageJ, sendo observadas maiores zonas para menores forças axiais empregadas. Caracterizou-se ainda, o nível de tensões residuais oriundos do processo de soldagem através do método de difração de nêutrons, para uma solda produzida com força axial de 45 kN, em duas diferentes condições, no estado de como soldado e com revenimento de quatro horas após a soldagem. Com os resultados obtidos neste trabalho pode-se concluir que as juntas soldadas com a força de 60 kN apresentaram a melhor combinação de propriedades avaliadas, que são, um menor tamanho de zonas afetadas pelo processo, e manteve um bom nível de dureza mesmo após o revenimento. Todas as juntas soldadas apresentaram uma ótima união metalúrgica, e os diferentes tempos de tratamento térmico empregados promoveram alterações microestruturais e nas propriedades do material já esperadas para o tratamento térmico de revenimento. / The aim of this study is to evaluate the possibility of making joints welded by Friction Hydro Pillar Processing, in steel grade R4 according to IAC W22. The repairs were produced with three different axial forces: 30 kN, 45 kN and 60 kN, and after welding, subjected to three different tempering heat treatment times: one hour, two hours and four hours, at a temperature of 650 C. The predominantly martensitic microstructure resulting from these processes was characterized by optical microscopy and a Vickers microhardness mapping. The welds had their zones affected by the process measured through the ImageJ image analysis software, with larger zones being observed for smaller axial forces employed. It was also characterized the level of residual stresses from the welding process, through the neutron diffraction method, for a weld produced with axial force of 45 kN, in two different conditions, as welded and annealing for four hours after welding. With the results obtained in this work it can be concluded that the welded joints with the force of 60 kN presented the best combination of evaluated properties, which are, a smaller size of zones affected by the process, and maintained a good level of hardness even after the annealing. All the welded joints presented an excellent metallurgical bonding, and the different times of thermal treatment employed promoted microstructural changes and in the properties of the material already expected for the heat treatment of annealing.

A armadura de tração de dutos flexíveis é a camada responsável por suportar as cargas axiais destes equipamentos em campo. Com a tendência de aumento das profundidades de exploração e produção de petróleo offshore, principalmente dos campos do pré-sal brasileiro, faz-se necessário o uso de materiais com desempenho superior. Este trabalho buscou avaliar e comparar dois aços de alta resistência mecânica para tal aplicação, um predominantemente perlítico e outro martensítico. Durante a vida em serviço destes componentes, eles sofrem tensões axiais cíclicas associadas ao processo de corrosão, que gera pites como concentradores de tensões. Considerando estes aspectos, os materiais foram avaliados segundo seu comportamento à fadiga sem e com a presença de um pequeno defeito conhecido, que atua como um entalhe e busca simular um pite de corrosão. Além disso, esses materiais foram caracterizados metalúrgica e mecanicamente e sua tenacidade à fratura foi estimada via o método do CTOD. A partir dos dados experimentais, foi quantificada a sensibilidade ao entalhe, guiada essencialmente pelo processo de iniciação de trinca, ao passo que a tenacidade à fratura não foi decisiva. O material martensítico apresentou desempenho superior em fadiga e menor sensibilidade ao entalhe e mostrou-se promissor para a aplicação como arame da armadura de tração. / The tensile armor of flexible pipes is the layer responsible for support axial loads of this equipment in field. With the trend of deep increase in offshore oil exploration and production, mainly in pre-salt fields, the use of materials with high performance becomes necessary. The aim of this dissertation is evaluate and compare two high strength steels for such application, one with perlite and other with martensitic matrix. During service life of these components, they are damaged by cyclic loading associated with corrosion process which promote corrosion pits like stress concentrators. Considering these aspects, the materials were evaluated according their fatigue behavior with and without a small defect that act as a notch and simulates a corrosion pit. In addition, they were characterized metallurgical and mechanically and their fracture toughness was estimated through CTOD test. From experimental data, notch sensitivity was quantified. This was driven by initiation process, and fracture toughness was not decisive. The martensitic material showed higher fatigue performance and lower notch sensitivity and presented itself promising for tensile armor wire application.

A proposta deste estudo é fornecer uma visão íntegra e profunda da vida em fadiga de um material aço SAE 5160 para a fabricação de feixes de mola, cujo objetivo principal é otimizar o projeto deste componente na tentativa de reduzir custo e peso, para tanto, o aço SAE 5160 submetido aos processos de tratamento térmico e shot peening, através do levantamento de uma curva de fadiga pelo ensaio de flexão por três pontos. Apresenta também, os resultados obtidos na caracterização do material, como pôr a análise de tensões residuais por difração por raios-X, das microestruturas, da dureza e da composição química, visando o objetivo de identificar possíveis variáveis que possam influenciar nas características técnicas e interferir na vida à fadiga deste aço SAE 5160. Os ensaios realizados mostram o comprometimento da resistência à fadiga deste material, pois é possível verificar uma não homogeneidade nos valores de dureza, a presença de descarbonetação e variação nos valores de tensões residuais, invalidando as amostras na ordem de cinquenta por cento. Com os resultados obtidos no levantamento da curva de fadiga e dados coletados em campo, é demonstrado a validação das curvas de projeto. / The purpose of this study is to provide a full and deep view of fatigue life of a steel material SAE 5160 for the production of leaf springs, whose main objective is to optimize the design of this component in order to reduce cost and weight, therefore the SAE 5160 steel was subjected to the heat treatment processes, and shot peening, via a test fatigue curve by the three-point deflection test. It also presents the results obtained in the characterization of the material, how to put the analysis of residual stresses by X-ray diffraction, the microstructure, hardness and chemical composition, in order to identify potential variables that may influence the technical characteristics and interfere with the fatigue life of the SAE 5160 steel. The tests performed present reduced resistance to fatigue of the material; it is not possible to verify the homogeneity of hardness, the presence of decarburization and variation in the values of residual stresses, invalidating the samples in the order of fifty percent. With the results in the lifting of fatigue and data collected in the field curve, is present the validation of design curves.

A proposta deste estudo é fornecer uma visão íntegra e profunda da vida em fadiga de um material aço SAE 5160 para a fabricação de feixes de mola, cujo objetivo principal é otimizar o projeto deste componente na tentativa de reduzir custo e peso, para tanto, o aço SAE 5160 submetido aos processos de tratamento térmico e shot peening, através do levantamento de uma curva de fadiga pelo ensaio de flexão por três pontos. Apresenta também, os resultados obtidos na caracterização do material, como pôr a análise de tensões residuais por difração por raios-X, das microestruturas, da dureza e da composição química, visando o objetivo de identificar possíveis variáveis que possam influenciar nas características técnicas e interferir na vida à fadiga deste aço SAE 5160. Os ensaios realizados mostram o comprometimento da resistência à fadiga deste material, pois é possível verificar uma não homogeneidade nos valores de dureza, a presença de descarbonetação e variação nos valores de tensões residuais, invalidando as amostras na ordem de cinquenta por cento. Com os resultados obtidos no levantamento da curva de fadiga e dados coletados em campo, é demonstrado a validação das curvas de projeto. / The purpose of this study is to provide a full and deep view of fatigue life of a steel material SAE 5160 for the production of leaf springs, whose main objective is to optimize the design of this component in order to reduce cost and weight, therefore the SAE 5160 steel was subjected to the heat treatment processes, and shot peening, via a test fatigue curve by the three-point deflection test. It also presents the results obtained in the characterization of the material, how to put the analysis of residual stresses by X-ray diffraction, the microstructure, hardness and chemical composition, in order to identify potential variables that may influence the technical characteristics and interfere with the fatigue life of the SAE 5160 steel. The tests performed present reduced resistance to fatigue of the material; it is not possible to verify the homogeneity of hardness, the presence of decarburization and variation in the values of residual stresses, invalidating the samples in the order of fifty percent. With the results in the lifting of fatigue and data collected in the field curve, is present the validation of design curves.

A armadura de tração de dutos flexíveis é a camada responsável por suportar as cargas axiais destes equipamentos em campo. Com a tendência de aumento das profundidades de exploração e produção de petróleo offshore, principalmente dos campos do pré-sal brasileiro, faz-se necessário o uso de materiais com desempenho superior. Este trabalho buscou avaliar e comparar dois aços de alta resistência mecânica para tal aplicação, um predominantemente perlítico e outro martensítico. Durante a vida em serviço destes componentes, eles sofrem tensões axiais cíclicas associadas ao processo de corrosão, que gera pites como concentradores de tensões. Considerando estes aspectos, os materiais foram avaliados segundo seu comportamento à fadiga sem e com a presença de um pequeno defeito conhecido, que atua como um entalhe e busca simular um pite de corrosão. Além disso, esses materiais foram caracterizados metalúrgica e mecanicamente e sua tenacidade à fratura foi estimada via o método do CTOD. A partir dos dados experimentais, foi quantificada a sensibilidade ao entalhe, guiada essencialmente pelo processo de iniciação de trinca, ao passo que a tenacidade à fratura não foi decisiva. O material martensítico apresentou desempenho superior em fadiga e menor sensibilidade ao entalhe e mostrou-se promissor para a aplicação como arame da armadura de tração. / The tensile armor of flexible pipes is the layer responsible for support axial loads of this equipment in field. With the trend of deep increase in offshore oil exploration and production, mainly in pre-salt fields, the use of materials with high performance becomes necessary. The aim of this dissertation is evaluate and compare two high strength steels for such application, one with perlite and other with martensitic matrix. During service life of these components, they are damaged by cyclic loading associated with corrosion process which promote corrosion pits like stress concentrators. Considering these aspects, the materials were evaluated according their fatigue behavior with and without a small defect that act as a notch and simulates a corrosion pit. In addition, they were characterized metallurgical and mechanically and their fracture toughness was estimated through CTOD test. From experimental data, notch sensitivity was quantified. This was driven by initiation process, and fracture toughness was not decisive. The martensitic material showed higher fatigue performance and lower notch sensitivity and presented itself promising for tensile armor wire application.

O presente trabalho visa avaliar a microestrutura em chapas de um aço de alta resistência e baixa liga após soldagem por centelhamento e quantificar a resistência ao crescimento de trincas por fadiga ao longo do cordão de solda e da zona termicamente afetada, comparando-a ao comportamento do material base. O aço em estudo, recentemente desenvolvido pela Companhia Siderúrgica Nacional sob a designação RD480, foi fornecido na forma de chapas com 5,0 mm de espessura e soldado pelo processo de centelhamento na divisão de rodas e chassis da IOCHPE-MAXION. A avaliação microestrutural do aço após o processo de soldagem por centelhamento foi realizada nas regiões do metal de base, zona termicamente afetada e metal de solda, utilizando microscopia ótica com diferentes ataques químicos e microscopia eletrônica de varredura. A caracterização mecânica foi realiza com ensaio de tração, teste de dureza Vickers e ensaio de propagação de trincas por fadiga. Para este último foram adotados corpos-de-prova do tipo compacto C(T) e carregamento senoidal de amplitude constante com frequencia 10 Hz e razão de tensão R= 0,1 e as curvas obtidas deste ensaio foram avaliadas em relação a dois modelos matemáticos, o de Paris-Erdogan e o exponencial. Após o ensaio de propagação de trincas por fadiga, as superfícies dos corpos-de-prova foram avaliadas por microscopia eletrônica de varredura. Os resultados encontrados permitiram correlacionar a resistência mecânica e a taxa de crescimento da trinca com as características microestruturais resultantes do processo de soldagem. / This study aims to evaluate the microstructure of a high strength, low alloy (HSLA) steel after flash welding and to quantify the resistance to fatigue crack growth along the weld and heat affected zone, comparing it to the behavior of the base material. The steel under study, recently developed by the Companhia Siderúrgica Nacional under the designation RD480, was provided in the form of plates with 5.0 mm in thickness and welded by IOCHPE-MAXION, division of wheels and chassis. The microstructural evaluation of the steel after the flash welding process was performed at the base metal, heat affected zone and weld metal, using optical microscopy with different chemical attacks and scanning electron microscopy (SEM). The mechanical characterization was performed by means of tensile test, Vickers hardness measurement and fatigue crack growth (FCG) test. Compact Tension C(T) specimens were chosen for the fatigue tests, and the loading was sinusoidal with constant amplitude, frequency of 10 Hz and stress ratio R = 0.1. The crack propagation test results were summarized in terms of FCG rate (da/dN) versus stress intensity factor range (?K) curves. In order to describe the FCG behavior, two models were tested: the conventional Paris equation and a new exponential equation developed for materials showing non-linear FCG behavior. The fracture surfaces of the fatigued specimens were examined via SEM in the secondary electrons regime. The results allowed correlating the mechanical strength and crack growth rate with the microestrutural characteristics resulting from the welding process.

Orientador: Marcelo dos Santos Pereira / Resumo: O desenvolvimento dos aços avançados de alta resistência tem sido a principal estratégia por parte das siderúrgicas para atenderem às demandas das indústrias automobilísticas por um material que permita a redução de peso, diminuição do consumo de combustível e, simultaneamente, que possibilite uma melhora na resistência ao impacto e na segurança dos passageiros. Neste contexto, o aço bifásico apresenta grande potencial tecnológico de aplicação, principalmente em componentes estruturais, em virtude de suas propriedades mecânicas especiais, como alta resistência à tração, alta taxa de encruamento e muito boa ductilidade. No entanto, é necessário minimizar os problemas dimensionais provocados pelo efeito do retorno elástico (springback) durante a estampagem, assim como, as falhas durante o processamento. Este trabalho tem por objetivo caracterizar um aço bifásico da classe 1000 MPa (DP980), quanto à microestrutura e propriedades mecânicas. A caracterização microestrutural, por meio de técnicas de microscopia óptica e eletrônica de varredura, determinaram as fases presentes de maneira qualitativa e quantitativa, assim como suas morfologias, com o objetivo de correlacionar a microestrutura com as propriedades mecânicas. Evidenciou-se a presença de grãos alongados, acompanhando o sentido de laminação da chapa e uma fração volumétrica de martensita de 51,4%. As características em relação aos processos de estampagem foram estudadas por meio do ensaio de dobramento para determinar o r... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The development of advanced high strength steels (AHSS) has been the main strategy for steelmakers to meet the demands of the automotive industry for a material that reduces weight and fuel consumption, provides shock resistance and vehicle safety. Within this context, dual-phase steel (DP) shows great technological potential, mainly in structural parts, due to its special mechanical properties, such as high tensile strength, work hardening, and ductility. However, it is necessary to minimize the dimensional problems caused by springback during stamping, along with the processing failures. This work aims to characterize a 1000 MPa (DP980) dual-phase steel regarding its microstructure and mechanical properties. The microstructural characterization, through optical microscopy and scanning electron microscopy, determined the present phases in a qualitative and quantitative manner, as well as their morphologies, in order to correlate microstructure with mechanical properties. The presence of elongated grains, following the direction of lamination of the sheet, as well as a volumetric fraction of martensite of 51.4% were observed. Features of the stamping processes were examined through a bending test to determine the springback in samples submitted to bending punches with radii of 5 mm and 0.3 mm. The samples tested with the 5 mm radius punch show a strong springback in function of the high strength of the steel. With the 0.3 mm radius punch, the springback decreases significantl... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor