O objetivo deste trabalho é avaliar o comportamento das propriedades mecânicas e a resistência a corrosão sob fadiga de um segmento de duto de aço micro-ligado API 5L X65 revestido internamente com aço inoxidável AISI 308 L Si pelo processo de soldagem GMAW. Para esta avaliação, o duto foi revestido por soldagem e seccionado obtendo corpos de prova retangulares a fim de realizar os seguintes ensaios: dobramento, fadiga ao ar, fadiga em meio agressivo, ensaio de push-off, ensaios de microdureza e, ainda, análises metalográfica, fractográfica e análise química. Os ensaios de dobramento e os ensaios de fadiga foram feitos a três pontos. O ensaio de dobramento serviu para qualificar o revestimento e determinar os parâmetros de carga para os ensaios de fadiga. Estes resultados de fadiga ao ar e fadiga em meio agressivo (corrosão-fadiga) foram apresentados em uma Curva S-N. Já os ensaios de push-off foram realizados para verificar a aderência do revestimento, sendo este um ensaio qualitativo. A tensão de cisalhamento obtida pelo ensaio push-off apresentou-se satisfatória. Os ensaios de microdureza juntamente com as análises metalográficas foram empregados para caracterizar o material mecanicamente e microestrutural. A análise fractográfica caracterizou a posição no qual originaram as falhas decorrentes dos ensaios, além do tipo de falha e mecanismo de fratura. Na análise química observou-se que houve uma redução no teor de cromo no revestimento quando comparada a composição química do arame utilizado para a deposição. Esta queda é devido a diluição do metal de adição com o metal base durante o processo de soldagem. O revestimento apresentou boa ductilidade e com um bom comportamento em fadiga ao ar, e comportamento insatisfatório quando exposto em meio agressivo. As falhas apresentadas nos ensaios de fadiga ocorreram de forma dúctil e iniciaram nos pontos de maior tensão no corpo de prova. / This work aims to evaluate the mechanical properties behaviour and the corrosion fatigue resistance of a micro-alloyed API 5L X65 stell pipe segment internally coated with an AISI 308 L stainless steel by the GMAW welding process. Rectangular specimens were machined from the coated pipe in order to perform the following tests such as: bending test, in air fatigue test, environment fatigue test, push-off test, microhardeness test, metallographic and fractographic evaluation and chemical analysis. The bending test as well as the fatigue test were carried out in a three-pointbending arrangement. The fatigue load parameters and welding qualification were based on results obtained from the bending test. These fatigue results were presented in an S-N plot diagram. The push-off test were performed in order to check the adherence of the covering, layer and being a qualitative test. The shear stress obtained from these test showed itself satisfactory. The microhardness tests as well as the metallographic analysis contributed for the mechanical and microstructural characterization. The initiation failure region and the fracture mechanism involved were obtained by fractographic analysis. The fractographic analysis characterized the position that fatigue tests failure, kind of failure and failure mechanism. This analysis was split in three sub analysis, the visualization of fracture surface, fracture metallographic when a failure was present and metallographic of recover surface before your failure. According to the chemical analysis it was observed a reduction in the chrome content in comparison with the coating wire. This alloying element loss can be probably attributed to the dilution phenomena inherent from the welding process. The coated showed good ductility and satisfactory in-air fatigue results, however, it was observed an undermatching in the fatigue behaviour when submitted to the aggressive environment. The failures presented a ductile morphology and its initiation were localized in the higher tension points of the specimens.

A escória é um dos principais resíduos resultantes do processo de produção do aço. Ao contrário dos demais tipos de escória, como as de alto-forno, que são largamente recicladas, as escórias de aço inoxidável de aciaria elétrica têm pouca ou nenhuma utilização. A presença de altos teores de cromo confere periculosidade a este resíduo, o qual é normalmente mantido em depósitos cobertos devido às regulamentações dos órgãos de proteção ambiental. Em vista da necessidade de estoque e do grande volume de escória gerada, várias propostas de reciclagem ou reaproveitamento deste material têm surgido. Entre elas, está o projeto de reaproveitamento da escória de inox no próprio processo que a gerou. O primeiro passo na direção de se atingir plenamente este objetivo é a caracterização do material, objetivo deste trabalho. A importância de caracterizar a escória reside no fato de que, uma vez lançada no forno como adição, será necessário prever o seu comportamento no aquecimento e fusão. Consequentemente, será preciso saber como os seus constituintes estão arranjados. Devido à heterogeneidade do material, por vezes esta caracterização se torna difícil, razão pela qual foram escolhidas técnicas variadas, como difração de raios-x, microscopia eletrônica de varredura com microssonda acoplada, análise térmica. Os resultados obtidos mostram que a escória apresenta temperatura liquidus na faixa de 1100-1200ºC e sua microestrutura é composta principalmente por: matriz, fase poligonal constituída por óxido de cromo e magnésio, óxido de magnésio e fase metálica retida. / Slag is one of the main wastes generated in the iron and steelmaking processes. The blast-furnace slags have been highly recycled in almost every country, on the other hand stainless steelmaking slags have little or none recycling use. The presence of chromium in high contents confers hazardousness to this waste, which is usually maintained in covered deposits due environmental protection agency regulations. Due to the storage and the high volume of generated slag, some recycling and reutilization proposals have been emerged. Between them, it can be pointed out the slag reutilization in steelmaking process where it was generated. The first step on this direction is the waste characterization which is the aim of this work. The importance of slag characterization brings the fact that, for its possible addition as input material in the furnace it will be necessary to predict its behaviour under heating up and melting. As a consequence, the constituints structure must be known. Due to the heterogenity of the material, which turns the characterization quite difficult, some different techniques were used as x-ray diffraction, SEM with EDS and thermal analysis. The results have shown that the slag presents liquidus temperature between 1100- 1200°C, and its microstructure is formed mainly by: matrix, polygonal phase containing chromium and magnesium oxide, magnesium oxide and a retained metallic phase.

Este trabalho tem como objetivo a caracterização tecnológica dos aços Bake Hardening (BH 180 e BH 220); o cálculo do coeficiente de atrito; e a simulação numérica para validação dos dados analíticos durante o processo de estampagem profunda. A caracterização tecnológica foi realizada através da mensuração das propriedades mecânicas convencionais (limite de escoamento, limite de resistência, índice de encruamento, índice de anisotropia,...) e da curva limite de conformação. Para cálculo do coeficiente de atrito, foi utilizado o processo de embutimento profundo de um copo, no qual, através da mensuração da força máxima de embutimento, consegue-se estimar o coeficiente de atrito do processo pela formulação de Panknin. Com o auxílio da simulação computacional, pretende-se avaliar os resultados analíticos, a fim de validar o cálculo do coeficiente de atrito do processo através da comparação das forças máximas. A caracterização do material demonstra que tais materiais possuem boa estampabilidade. Foram analisadas as deformações que os copos obtiveram durante o processo de embutimento profundo, comprovando o aumento de espessura na região do flange. Os coeficientes de atrito, calculados no embutimento dos copos, foram dados de entrada no software de simulação para comparação das curvas das forças de embutimento, mostrando a coerência entre as curvas, validando assim uma metodologia para cálculo do coeficiente de atrito no processo. / This work has as objective the technological characterization of Bake Hardening steel (BH 180 e BH 220), the friction factor calculation and the numerical simulation for validation of analytical data during the deep drawing process. The technological characterization was carried out through the measuring of conventional mechanical properties (yield point, strength limit, yield index, anisotropy index...) and forming limit curve. For calculation of friction factor, it was used the deep drawing process of a cup, in which, through the measurement of maximum force of deep drawing is possible to esteem the friction factor of this process through formulation of Panknin. With the support of computational simulation, the analytical results are intended to be evaluated, in order to validate the calculation of the friction factor of the process through the comparison of the maximum force. The characterization of the material shows that such materials have good drawability. The deformations that the cups got during the deep drawing process were analyzed, proving the raising of thickness in the region of the flange. The friction factors calculated in the deep drawing cups were entry data in the software of simulation to the comparison of the curves of the deep drawing power, showing the coherence between the curves, in this way validating a methodology for calculation of the factor of friction in the process.

O desenvolvimento de novas ligas de aços inoxidáveis austeníticos é cada vez mais importante visto que a redução de custos de fabricação e novas aplicações são fundamentais para a manutenção da competitividade das indústrias. Uma nova liga que não necessite a adição de Níquel para manter a microestrutura totalmente austenítica a temperatura ambiente é uma proposta muito interessante. A matéria-prima usada na fabricação do aço deve ter o menor custo possível, e o Níquel aparece como o principal responsável pela variação de preço e custo do aço inoxidável austenítico, o que dificulta o planejamento de custos e vendas das grandes empresas. A substituição do Níquel por Nitrogênio e Manganês é uma ótima opção, já que seus custos e sua flutuação de preço são mais razoáveis e ainda há a chance de usar a combinação dos dois para estabilizar a Austenita e ainda alcançar uma liga com melhores propriedades quando comparados aos aços austeníticos tradicionais. A possibilidade de haver transformação martensítica pode direcionar a utilização do aço inoxidável para aplicações específicas visto que o aumento da resistência mecânica devido a esta mudança de fase pode resultar em diminuição da resistência frente à corrosão. A estabilidade microestrutural de cinco diferentes ligas após deformação plástica foi investigada e caracterizada através das técnicas de Difração de Raios-X e medição de saturação magnética do material, possibilitando a identificação e quantificação das fases austenítica, Martensita α’ e Martensita ε além de suas eventuais transformações. / The development of new austenitic stainless steel alloys is becoming more important since new applications and cost reduction are the main targets of the industries. A new alloy which does not need the addition of Nickel to maintain the microstructure fully austenitic at room temperature in an extremely interesting proposition. Raw material should be costless as possible, and Nickel comes to the austenitic stainless steels as the main responsible for its high price and cost variation. The variations at the market make the sales planning more difficult. The substitution of Nickel by Nitrogen and Manganese is interesting since their price are much more reasonable and the opportunity to mix these both elements and reach an alloy with distinguished properties is feasible. Strain induced martensite can occurs and lead to a strengthening of the alloy while the resistance against corrosion could decrease. The microstructural stability of five different alloys after mechanical deformation were investigated and characterized by X-Ray Diffraction and magnetic saturation measurements to quantify the evolution of α’ martensite and ε martensite.

Este trabalho tem por objetivo avaliar a influência da rota de processamento no surgimento de crescimento anormal de grão em anéis internos de juntas homocinéticas de aço DIN 16MnCr5 forjado a morno, assim como seu efeito na dispersão da dimensão entre-rolos do estriado deste anel. Para tanto foram realizados experimentos utilizando a rota de processamento corrente – forjamento, usinagem, cementação e têmpera – e uma rota de processo experimental – forjamento, cementação, usinagem e têmpera – além de adição de elementos de liga reconhecidos como ancoradores do crescimento de grão austenítico. Para calcular o tamanho de grão austenítico foi empregada a norma ASTM E112. A microestrutura das amostras foi determinada através de metalografia e a medição da dimensão entre-rolos do estriado foi realizada utilizando um dispositivo Frenco modelo IVM 3x2. A partir dos resultados obtidos foi possível determinar que a rota de processamento que possui as etapas de cementação não conjugadas é a mais adequada para que se obtenha um tamanho de grão fino e homogêneo, bem como uma dispersão de medidas do entre-rolos do estriado que minimize as perdas durante a manufatura de peças. / The aim of the work is to analyze the influence of process route on the appearance of abnormal grain growth in DIN 16MnCr5 warm forged constant velocity joints inner races as well as its effect on the dispersion of spline dimension between pins measurements. In order to do this, experiments using current process flow – forging, machining, case carburizing and quenching – and an experimental process route – forging, case carburizing, machining and quenching – were carried out. Further more, alloying elements well known for its ability to control austenitic grain growth were added. The standard applied in order to calculate the austenitic grain size was ASTM E112. The microstructure of the samples was determined through metallographic analysis and spline’s between pins dimension was measured using a Frenco gage model IVM 3x2. From the obtained results it was possible to determine that the process route which has case carburizing and quenching stages not conjugated is more adequated to obtain a fine and homogeneous austenitic grain size distribution as well as a dispersion of between pins dimensions that minimizes the wastes during parts manufacturing.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-05-23T04:25:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 345236.pdf: 4970208 bytes, checksum: 3dc24f92ed992dd49c1bb4fe8f4ace50 (MD5) Previous issue date: 2016 / Com o objetivo de contribuir para a nacionalização do desenvolvimento de fixadores de alta resistência, neste trabalho é apresentado um estudo realizado com um aço SAE 5160, submetido ao processo de austêmpera em banho de sal, para o atendimento das propriedades mecânicas necessárias para um fixador de alta resistência (>1600 MPa). Os ensaios realizados foram divididos em dois grupos: no primeiro, o material foi utilizado no estado fornecido, arame trefilado com uma redução na área transversal de 7,0%; no segundo grupo, o material sofreu um elevado grau de redução de área (65,1%) através de trefilação. As amostras produzidas foram austenitizadas a 850 ºC e em seguida foi realizada a austêmpera, com temperaturas de patamar de 275 e 365 °C e tempos de 10, 20 e 30 minutos. Foram realizadas análises de caracterização microestrutural mediante microscopia ótica (MO) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Testes de tração uniaxial e perfis de microdureza foram realizados para avaliar os valores de resistência mecânica obtidos. Observou-se que nas amostras trefiladas e austemperadas a 275 °C o severo encruamento realizado antes da austêmpera favorece o processo de transformação bainítica, eleva e uniformiza os valores de resistência mecânica e de microdureza, sendo adequado para a obtenção de fixadores de alta resistência (>1600 MPa). Nas amostras austemperadas a 356 °C, que apresentaram menores valores de resistência (<1400 MPa) não foi observada a formação de estruturas bainíticas, mas uma microestrutura perlítica de maior ductilidade.<br> / Abstract : Aiming to contribute with the nationalization of the development of high strength fasteners, the present work shows a study performed with a SAE 5160 steel, that underwent austempering heat treatment in salt baths, to achieve the mechanical properties required for a fastener with a resistance (>1600 MPa). The performed tests were divided in two groups: the first used the material in the as-received condition, wire rod presenting 7,0% of area reduction; in the second, the material underwent a high amount of cold drawing (65,1%). The samples were austenitized at 850 ºC and then an austempering was performed, with temperatures of 275 and 365 °C and holding times of 10, 20 and 30 minutes. Optical Microscopy (OM) and Scan Electronic Microscopy (SEM) were performed to characterize the microstructures achieved. Uniaxial tensile tests and microhardness profiles were performed to evaluate the values of mechanical resistance obtained. The cold drawn samples austempered at 275 °C showed that a high strain hardening prior to the austempering favors the bainitic transformation, raises and stabilizes the mechanical properties and microhardness values, being suitable to the achievement of fasteners with a high resistance class (>1600 MPa). In the austempered samples at 365 °C, that presented lower values of resistance (<1400 MPa), it was not observed the formation of bainitic structures, but a pearlitic microstructure with higher ductility.

Nos últimos anos, as exigências de qualidade dos aços estão aumentando rapidamente. Isso vem fazendo com que o distribuidor de lingotamento contínuo seja utilizado para ajudar na remoção das inclusões do aço líquido. A flotação de inclusões é afetada diretamente pelas condições de escoamento no distribuidor. Portanto, alterando o fluxo de fluido no distribuidor é possível melhorar a limpeza inclusionária do aço. Para alterar o escoamento no distribuidor é comum o uso de modificadores de fluxo, também chamados de barreiras. Para projetar corretamente as barreiras é comum o uso de modelos que trabalham com água como fluido de simulação, ou seja, modelos físicos. Nesse trabalho são apresentados resultados experimentais de visualização do escoamento e distribuição dos tempos de residência no modelo físico do distribuidor da Gerdau - Aços Finos Piratini. Ao final do estudo pôde-se concluir que os objetivos inicialmente propostos foram alcançados. Ou seja, configurou-se uma barreira de fácil utilização no distribuidor industrial e que cria condições de fluxo favoráveis à flotação de inclusões. / Over the past years, steel quality requirements have been growing fast. This fact demands the use of a tundish as a tool for the removal of inclusions in liquid steel. Inclusion flotation is influenced by fluid flow, so it is possible to improve steel cleaness by changing flow patterns. Flow modifiers are commonly used to improve flow conditions. These flow modifiers are refractory baffles which cause inclusions to rise to the surface of the tundish slag. Since it is impossible to visualize the flow pattern in a real tundish, water-based physical models are often used to select the best baffles. This work shows the experimental results of flow visualization and residence time distribution in the tundish of Gerdau - Aços Finos Piratini. The main objective of this work has been achieved, that is, an easy-to-use baffle was configured in a real tundish and the inclusion flotation was improved.

O presente trabalho centra-se no fenômeno denominado de Fragilidade à Têmpera. Este fenômeno, observado em aços de alto carbono temperados, leva a uma fratura intergranular e está associado a segregação de fósforo e formação de cementita nos contornos de grão. Durante este estudo dois aços com composição química típica dos aços comerciais SAE 5160, mas com dois diferentes níveis de fósforo, foram utilizados para avaliar a influência da Fragilidade à Têmpera na resistência ao Impacto Charpy a temperatura ambiente. Os diferentes tratamentos térmicos realizados incluíram têmpera e revenidos convencionais e tratamentos térmicos especiais realizados na Gleeble 1500. Com o tratamento térmico convencional microestruturas martensíticas e bainítica foram obtidas. Para os aços martensíticos as temperaturas de austenitização variaram entre 830 e 1100 oC com o revenido variando entre como temperado até 500 oC por uma hora. A Gleeble 1500 foi utilizada para estudar a influência de um curto ciclo de austenitização na Fragilidade à Têmpera. Os resultados indicaram um melhor desempenho do aço de baixo P para todas as condições de tratamento térmico utilizadas. Os ciclos curtos de austenitização indicaram que a fragilidade à têmpera não pode ser evitada por este procedimento. Baseado na análise dos experimentos realizados com o aço SAE 5160 são apresentadas sugestões para minimizar os efeitos da Fragilidade à Têmpera em aços de alto carbono temperados e revenidos. / The present work is centered on the quench embrittlement phenomena. This phenomenon, observed in hardened high carbon steels, leads to intergranular fracture and is associated with phosphorus segregation and cementite formation at grain boundaries. During this study, two steels with compositions typical for commercial SAE 5160 steel, but with two different levels of phosphorus, were utilized to evaluate the influence of quench embrittlement on room temperature impact toughness. The heat treatment included conventional quench and temper treatments and special heat treatments processed on the Gleeble 1500. With conventional heat treatment martensitic and bainitic microstructures were obtained. For the martensitic microstructures, austenitizing temperatures ranged from 830 to 1100 oC with tempering temperatures from as quenched to 500 oC. The Gleeble 1500 was used to study the influence of short time heat treatment on the quench embrittlement. The low P steel exhibited better performance than the high P steel under all heat treatment conditions. Results on the short-holding-time treatment indicated that the QE can not be avoided by this procedure and a similar behavior between conventional and shortholding time treatment was observed. Based on an analysis of the experiments realized with the SAE 5160 steel suggestions to minimize the effects of quench embrittlement in high carbon quench and tempered steels were discussed.

Este trabalho apresenta um estudo sobre a nitretação de aços rápidos com o objetivo de melhorar as suas propriedades tribológicas e produzir uma camada nitretada ótima para a resistência ao desgaste. O efeito de diferentes parâmetros de tratamento na nitretação do aço rápido AISI M2 foram investigados, comparando-se o seu comportamento tribológico e associando-se os mecanismos de desgaste com a microestrutura da camada nitretada. Uma vez que em algumas condições de tratamento existe uma tendência em se produzir uma camada frágil, especial atenção é dedicada aos fatores que causam a fragilização e como evitá-la. Amostras foram nitretadas em um reator a plasma em temperaturas entre 350° e 550°C, tempo entre 18 minutos e 20 horas, composição do gás de tratamento entre 5 e 75% de nitrogênio, balanço hidrogênio e pressão na câmara entre 200 e 900 Pa (2 e 9 mbar). Os ensaios de desgaste foram realizados utilizando-se um equipamento Amsler com a configuração do tipo disco contra superfície plana enquanto que os mecanismos de desgaste foram identificados em microscopia eletrônica de varredura. Simultaneamente foram realizadas análises de difração de raios-X, micro e nanodureza superficial, perfil de composição química por espectroscopia óptica em descarga incandescente (GDOS), metalografia óptica, microscopia eletrônica de transmissão e medição de tensões residuais. As amostras nitretadas em temperaturas de 550°C apresentaram lascamentos durante ensaio de desgaste indicando uma camada frágil enquanto amostras nitretadas entre 400°C e 500°C demonstraram um baixo coeficiente de atrito e reduzido desgaste adesivo. Portanto, o emprego de baixas temperaturas de tratamento é sugerida para a nitretação de aços rápidos. / The present work shows a study about plasma nitriding of high speed steel intending to improve its tribological properties and produce an optimum nitrided layer to wear resistance. The effect of different nitriding processes on the high speed steel AISI M2 has been investigated, comparing the wear performance and the microstructure of the steel. As with some treatment parameters there is a tendency to be produced a brittle layer, special effort is dedicated to establish the factors that produce the embrittlement and how to avoid it. Samples have been nitrided at temperatures between 350°C to 550°C from 18 minutes to 20 hours, at pressures between 200 to 900 Pa (2 to 9 mbar) using a gas composition from 5% to 75% of nitrogen, balance hydrogen. The wear tests were carried out using an Amsler machine using a wheel-flat type test while the wear mechanisms have been identified in scanning electron microscope. X-ray diffraction analyses, GDOS chemical composition depth profiles, micro and nanohardness tests, optical microscopy, transmission electron microscopy and residual stress measurements of the nitrided layers have been performed. The samples nitrided at temperatures of 550°C have shown spalling in wear tests indicating a brittle surface, while samples nitrided between 400°C to 500°C demonstrated reduced friction coefficients and adhesive wear. Therefore the low temperature treatment is suggested for nitriding of high-speed steel.

Neste trabalho estudou-se o eletropolimento do aço ABNT 301, em soluções de ácidos sulfúrico e fosfórico, à temperatura de (SO+S)QC, visando a otimização do processo. Inicialmente realizou-se ensaios em Célula curvas de polarização potenciostáticas anódicas, eletropolimento e alguns estudos complementares. tentou-se estimar, através de modelos matemáticos, composição da solução. de Hull, ensaios de Finalmente a melhor Observou-se que o abrilhantamento ocorre somente acima do potencial crítico (início da região pseudopassiva), sendo provavelmente o filme polarizante responsável pelo brilho. Notou- se, ainda, que o ácido fosfórico facilita a formação do filme polarizante; a água atua como um despolarizador anódico e o ácido sulfúrico tende a formar produtos insolúveis pouco condutores na superfície. O potencial de corrosao torna-se mais nobre após o processo e as soluções, com o seu envelhecimento, reduzem a eficiência anódica e o abrilhantamento. As soluções utilizadas podem alisar a superfície, no entanto exigem longos tempos de tratamento. As soluções mais diluídas requerem potenciais mais elevados para o abrilhantamento sem pites. / In this work it was studied the electropolishing of ABNT 301 steel in sulphuric and phosphoric acid solutions at the temperature of (50+5)QC in arder to obtain the optimization of the process. At first, Experiments in Hull Cell, anodic potenciostatic polarization curves, electropolishing expe~iments and some complementary studies were performed. Finally it was tried to estimate, through mathematical models, the best solution composition. It was observed that the brightening occurs only above the critical potencial (start of the pseudopassivity region). Brighteness is probably dueto the polarizing film. The phosphoric acid facilitates the polarizing film formation; water acts as an anodic depolarizer and the sulphuric acid tends to form low conductivity insoluble products at the surface. The corrosion potential becomes more noble after and the ageing of the solutions reduces their the process anodic efficiency and brightening capacity. The used solutions can smooth the surface, but long treatment times are required. The more diluted solutions require higher potentials in arder that brightening occurs without pit formation.