Tese de mestrado integrado. Engenharia Metalúrgica e de Materiais. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-02-08Bitstream added on 2014-06-13T19:14:23Z : No. of bitstreams: 1 silvajunior_g_me_guara.pdf: 2753248 bytes, checksum: 05b8f846d2550bb9618bdde67704e992 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A falha por fadiga é resultado de nucleação e propagação de trinca em consequência de um carregamento cíclico. Na indústria aeronáutica, em componentes como trens de pouso, a resistência à fadiga é um importante parâmetro a ser considerado em projeto, assim como resistência ao desgaste e à corrosão. O aço inox 15-5PH é aplicado em diversos componentes nos eixos estruturais do trem de pouso. A sua aplicação justifica-se devido a sua alta resistência mecânica e elevada resistência à corrosão. Contudo sua aplicação é restringida devido a sua baixa resistência ao desgaste, fazendo-se necessária a utilização de um tratamento superficial de endurecimento de superfície. O método de HVOF vem sendo considerado uma alternativa à eletrodeposição do cromo pela indústria aeronáutica, para aumento de resistência ao desgaste e à corrosão. Nesta pesquisa, é realizado o estudo do comportamento em fadiga do aço inoxidável 15-5PH tratado superficialmente em três condições: revestido com WC-13Co-4Cr, e WC-18Co por HVOF; e revestido com cromo eletrodepositado. O tratamento de shot peening foi aplicado com intuito de recuperar a resistência à fadiga nos materiais revestidos. Os ensaios de fadiga e a medida de tensões residuais proporcionam uma análise comparativa da resistência à fadiga dos revestimentos estudados. O presente trabalho tem como objetivo comparar a influência dos revestimentos WC-13Co-4Cr e WC-18Co, aplicados por HVOF, com revestimento de cromo eletrodepositado, na resistência à fadiga axial do aço inox 15-5PH, com intuito substituir o método de eletrodeposição do cromo pelo de HVOF. Os resultados mostram que o aço 15-5PH revestido com WC-13Co-4Cr por HVOF é o melhor sistema de revestimento a ser empregado considerando o desempenho em resistência à fadiga / Fatigue failure is result of a crack initiation and propagation, in consequence of a cyclical load. In aeronautical industry, components as landing gear, the fatigue strength is an important parameter to be considered in project, as well as the corrosion and wear resistance. The 15-5PH stainless steel is applied on carrying axles in landing gear. The reason for its application is due to high mechanical strength, and corrosion resistance. Nevertheless the application of 15-5PH it‟s restricted due to low wear resistance, becoming necessary a hardening surface treatment. The method of HVOF has been considering the alternative to chromium electroplated by the aircraft industry, in order to improve the wear and corrosion resistance. This research present an evaluation of fatigue strength of 15-5PH stainless steel in three main conditions of surface treatments: coated by HVOF with WC-13Co-4Cr, and WC-18Co; and coated with chromium electroplated. The shot peening treatment was applied in order to restore the fatigue strength on coated materials. The fatigue tests and residual stress measurement were carried out to obtain a comparative analysis among coated materials. The main propose of this research is compare the influence of WC-13Co-4Cr, WC-18Co coated by HVOF, with chromium electroplated, on the fatigue strength of 15-5PH, in order to replace the electroplating method by HVOF. The results show that 15-5PH coated with WC-13Co-4Cr by HVOF is the best coating system to be applied considering the fatigue strength performance

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-07-07Bitstream added on 2014-06-13T18:31:00Z : No. of bitstreams: 1 godoy_jm_me_guara.pdf: 5782795 bytes, checksum: f9a65ca23dd9a2c850fa9c6aa83f3a30 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A influência do campo magnético da Terra no movimento orbital de satélites artificiais é analisada considerando também a ação de cargas elétricas adquiridas pela superfície do satélite ao se deslocar em um campo de plasma. Neste trabalho são consideradas perturbações devido ao campo magnético da Terra, ao campo elétrico induzido e ao arrasto provocado por partículas carregadas (arrasto elétrico); as duas primeiras manifestam-se através da força de Lorentz, enquanto que a última é influenciada pelo parâmetro de impacto e pelas velocidades térmicas das partículas que colidem com o satélite. Cada uma dessas perturbações foi caracterizada separadamente. As equações de Lagrange na forma de Gauss foram usadas para analisar a influência dessas perturbações no movimento orbital do satélite descrito em termos dos elementos orbitais. Ênfase foi dada na análise das perturbações seculares, devido a seu efeito cumulativo ao longo do tempo. / The influence of the Earth’s magnetic field on the orbital motion of artificial satellites is analyzed also taking into account the influence of the electric charge acquired by the surface of the satellite when moving in a plasma field. In this work are considered perturbations due to the magnetic field of the Earth, due to the induced electric field and due to the drag caused by the charged particles (electric drag); the two first one arisen through the Lorentz’ force, while the last one is influenced by the impact parameter and by the thermal speeds of particles colliding with the satellite. Each of these perturbations was characterized separately. Gauss form for the Lagrange equations were used to analyze the influence of these perturbations on the orbital motion described in terms of the orbital elements. Emphasis was given in the analysis of the secular perturbations, due to its cumulative effect along the time.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-06-30Bitstream added on 2014-06-13T18:55:39Z : No. of bitstreams: 1 souza_ga_me_guara.pdf: 3512611 bytes, checksum: e67ec93171ad6e8015c80fa5a52bf34e (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho investiga os constituintes de um aço médio carbono e baixa liga com estrutura bainítica/martensítica, obtida através de tratamento isotérmico em baixas temperaturas, a 336 ºC e 286 ºC (próximas à temperatura de transformação martensítica), utilizando-se da microscopia óptica e de processamento metalográfico com os reagentes nital, LePera, LePera Modificado e solução aquosa à base de metabissulfito de sódio, para análise qualitativa e quantitativa das fases presentes. O ataque químico com nital foi eficiente na identificação da fase bainita, revelada com coloração marrom escuro ou preta, porém tornou difícil a distinção entre as fases martensita e austenita retida. Da mesma forma, através do ataque químico LePera foi possível a observação da fase bainita na coloração marrom escuro ou preta e o constituinte martensita-austenita retida com tonalidade clara. O reagente LePera Modificado mostrou-se mais eficiente do que o reagente LePera, principalmente para estruturas constituídas quase que totalmente pela estrutura bainítica, apresentando maior nitidez na identificação da fase bainita, revelada na coloração marrom, e do constituinte formado pelas fases martensita e austenita retida (em tonalidade clara). O ataque químico com reagente à base de metabissulfito de sódio permitiu a caracterização da austenita retida (observada em tonalidade branca). Também utilizouse o reagente Contorno de Grão para revelar o contorno de grão da estrutura austenita, formada previamente na zona de austenitização. Uma combinação do reagente Contorno de Grão e reagente nital permitiu a visualização da nucleação e crescimento das ripas da bainita a partir dos contornos de grãos austeníticos. PALAVRAS-CHAVE: caracterização microestrutural, bainita, martensita, AISI 4340. / This work investigated the microstructures of the medium carbon and low alloy steel with mixed structure bainite/martensite, obtained through isothermal treatment in low temperatures (close to the temperature of martensitic transformation) to 336 ºC and 286 oC, by optical microscopy and metallographic methods with the etchings nital, LePera, LePera Modified and sodium metabisulfite reagent for qualitative and quantitative analysis of the present phases. The etching with nital was efficient in the identification of the bainite, revealed with brown darkness or black coloration; however it turned difficult the distinction between the martensite and retained austenite. In the same way, through the color tint etching with LePera reagent was possible the observation of the bainite in the brown darkness or black coloration and the martensite-austenite in the clear or straw-colored. Etching technique LePera Modified was more efficient than the LePera, mainly for microstructure constituted almost that totally for the bainitic structure, producing better color contrast in the identification of the bainite, revealed in the brown coloration, and the martensiteretained austenite (in white). The etching with sodium metabisulfite reagent allowed the characterization of the retained austenite (appears as small bright white particles). The Austenite Grain Boundary reagent was used to reveal the grain boundaries prioraustenite. A combination of the Austenite Grain Boundary reagent and nital reagent allowed the observation of the nucleation and growth of the laths of the bainite from the grain boundaries prior-austenite.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-02-19Bitstream added on 2014-06-13T19:55:29Z : No. of bitstreams: 1 araujo_bis_me_guara.pdf: 800197 bytes, checksum: 9b965997480d893a925ef51ab54a8d5f (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Um grande problema metalúrgico encontrado na fabricação de equipamentos e componentes industriais com materiais inoxidáveis austeníticos, é a susceptibilidade à corrosão intergranular causada pela precipitação de carbonetos de cromo, devido à exposição destes materiais às altas temperaturas oriundas dos serviços de corte e soldagem. A norma de soldagem Petrobrás N-133 Rev. J restringe, preventivamente, a utilização do método de goivagem ao arco elétrico com eletrodo de grafite, processo este muito produtivo e econômico principalmente na remoção de soldas e execução de reparos em juntas soldadas. Os resultados dos testes realizados não demonstram que as alterações microestruturais relacionem a goivagem com a susceptibilidade à corrosão intergranular, principalmente quando aplicada em aços inoxidáveis austeníticos da série ASTM A-240-Tp 304L. A conclusão foi baseada: a) no levantamento de curvas de polarização anódica e catódica segundo técnica eletroquímica de reativação potenciodinâmica, que não apresentaram desvios substanciais entre suas relações de correntes de pico, b) no estudo comparativo do metal de base, zona de fusão, zona termicamente afetada e metal de solda através de ensaios metalográficos, que mostraram apenas uma descaracterização da estrutura original próxima à área goivada e linha de fusão, c) nas poucas alterações de análises químicas, microdureza e teores de ferrita nas áreas adjacentes à goivagem, e d) na confirmação da ausência de sinais de susceptibilidade a corrosão intergranular conforme análise microestrutural através da prática A do ASTM A 262. / A great metallurgic problem found in the manufacture of equipment and industrial components with austenitic stainless materials, is the susceptibility to intergranular corrosion caused by the precipitation of chromium carbides, due to exposition of these materials to high temperatures after services of cutting and welding. The standard welding Petrobras N-133 Rev. J restricts, preventively, the use of the method of arc gouging with graphite electrode, process very productive and economical especially in the removal of welds and carrying out repairs in welded joints. The results of the carried through tests do not demonstrate that the microstructural alterations relate the arc gouging with susceptibility to intergranular corrosion, especially when applied to the austenitic stainless steel ASTM A-240-Tp 304L series. The conclusion was based: a) on a survey curves of anodic and cathodic polarization second of Electrochemical Potentiodynamic Reactivation Technique, which showed no substantial deviations of relationships between its current peak, b) in the comparative study of base metal, fusion zone, heat affected zone and welding metal through metallography tests, which showed only a adulteration of the original structure and gouged area near the line of fusion, c) on the few alterations of chemical analysis, microhardness and ferrite content in the adjacent arc gouging areas, and d) in confirming the absence of signs of susceptibility to intergranular corrosion according to microstructural analysis by ASTM A 262, practice A.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:28:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-08-08Bitstream added on 2014-06-13T19:37:17Z : No. of bitstreams: 1 barbosajr_u_me_guara.pdf: 1865884 bytes, checksum: 83bd72a45ee094f9fe7d582b28f8f175 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / No Brasil, as chapas para aplicação em vasos de pressão são produzidas com tratamento térmico de normalização. Devido às exigências de garantias de propriedades mecânicas após tratamento pós-soldagem, há necessidade de se adicionar elementos de liga, que podem segregar-se no centro da chapa. Uma alternativa é produzir chapas de aço pelo processo de resfriamento acelerado (processo termomecânico), mas que requer elevado investimento em equipamentos para as usinas nacionais. O resfriamento rápido logo após a normalização, seguido de revenimento, vem como alternativa para produzir chapas com propriedades mecânicas tão boas quanto às produzidas pelo processo termomecânico, sem a necessidade de adição de elementos de liga e de investimentos em equipamentos. Neste trabalho foram avaliadas as influências do resfriamento rápido nas propriedades mecânicas do aço, onde se verificou redução do tamanho de grão ferrítico, com possível formação de bainita. Obteve-se melhora no limite resistência à tração, limite de escoamento e na tenacidade do aço. Houve, porém, redução no alongamento e aumento da dureza do aço. Foi avaliada também neste trabalho a influência do tratamento térmico póssoldagem, onde se verificaram uma possível esferoidização da cementita e precipitação de cementita nos contornos de grão, reduzindo o limite de resistência à tração, escoamento e a tenacidade do aço, além da redução da dureza do aço. Verificou-se também aumento da tenacidade do aço, possivelmente pelo alívio das tensões residuais internas, ainda existentes após o revenimento. Não foi evidenciada a influência deste tratamento no tamanho de grão ferrítico do aço. / In Brazil, plates for application in pressure vessels are produced by normalization heat treatment. Due to exigencies of guarantees of mechanical properties after postweld heat treatment, it is necessary to add alloy elements that can segregate themselves in the center of the plate. One alternative is to produce steel plates by accelerated cooling process (thermomechanical process), but it requires high investment in equipment for our national mills. Rapid cooling after the normalization, followed by tempering, turns up as alternative to produce plates with so good mechanical properties as those them produced by thermomechanical process, without the necessity of adding alloy elements and without investments in equipment. In this work were evaluated influences of rapid cooling heat treatment in the mechanical properties of the steel, where it was evidenced a reduction of the ferrite grain size with possible bainite formation. It was evidenced improvement in ultimate tensile strength, yield strength and tenacity of the steel. However, it was also evidenced reduction in the elongation and an increase of the hardness of the steel. It was also evaluated in this work the influence of post weld heat treatment, where if it was evidenced the possible occurrence of spheroidization of the cementite and precipitation of cementite in the grain boundary, reducing the ultimate tensile strength, the yield strength and the tenacity of the steel, beyond the reduction of the hardness. It was also evidenced an increase of the tenacity of the steel, probably because the residual internal stress relief, still existing into the steel plate after the tempering heat treatment. It was not evidenced the influence of this treatment in the ferrite grain size of steel.

O presente trabalho focou no estudo das propriedades mecânico/metalúrgicas de juntas do aço DP 1000 soldadas a topo (1G) pelo processo MAG e efeito do tratamento de bake hardening sobre as mesmas, tendo sido dividido em duas etapas. Na primeira foi analisado isoladamente o efeito de diferentes energias de soldagem (isto é, promovendo-se diferentes taxas de resfriamento). Neste estágio ainda foi avaliada a influência de dois distintos metais de adição sobre as propriedades mecânicas finais das juntas. Na segunda etapa, algumas das juntas foram tratadas termicamente por bake hardening, para então terem suas propriedades mecânico/metalúrgicas também analisadas. Foi constatada uma queda visível de dureza na zona afetada pelo calor (ZAC), em virtude do revenido da martensita do metal base; coincidentemente as fraturas de todos os ensaios de tração (em qualquer condição) ocorreram invariavelmente na vizinhança desta região. Uma vez que as fraturas das juntas como soldadas ocorreram na ZAC, ficou implícito não ter havido nenhuma diferença substancial entre as propriedades mecânicas finais das juntas dos dois metais de adição. As quedas dos limites de escoamento e de resistência do metal base foram inerentes às juntas como soldadas (levando em conta as condições de soldagem utilizadas); contudo, quando a mínima energia de soldagem foi aplicada, esta perda de propriedades mecânicas foi minimizada, em razão do grau de abrandamento da ZAC ter sido menor. Os parâmetros escolhidos para bake hardening (duas corridas de 150 oC por 30 min) permitiram que as juntas soldadas com taxas de resfriamento máximas (isto é, soldadas com mínima energia de soldagem) obtivessem limite de escoamento e resistência 16% e 17% superiores, respectivamente, às mesmas juntas no estado como soldado. Este resultado recomenda o tratamento de bake hardening como alternativa à perda de resistência das juntas de DP 1000 pós soldagem. Contudo, as juntas soldadas com taxas de resfriamento menores (isto é, soldadas com maiores energias de soldagem) não apresentaram incremento em suas propriedades mecânicas após baking. / The present work focused on the study of mechanical/metallurgical properties of DP 1000 joints welded in flat position (1G) and the effect of bake hardening heat treatment over them, being divided in two stages. At the first stage it was primarily analyzed the effect of different heat inputs (i.e. different cooling rates were promoted). In this stage was also evaluated the effect of two different filler metals on final mechanical properties of these joints. At the second stage, some of these joints were heat treated by bake hardening, and then they also had their mechanical/metallurgical properties analyzed. It was found a drop of hardness in heat affected zone (HAZ) due to martensite tempering; coincidently fractures of all tensile tested joints (at any condition) always occurred in the vicinity of this region. Since all as welded joints fractured in HAZ, it was concluded that there was no substantial difference between the final mechanical properties of both filler metals. It was noticed, that the decrease of base metal's yield and tensile strength were inherent to the as welded joints (considering the welding conditions used); however, when minimal heat input was used, these drop of mechanical properties were less pronounced, once the degree of HAZ softening was smaller. The chosen bake hardening parameters (two runs of 150 oC for 30 min) allowed welded joints with maximum cooling rates (i.e. welded with. minimal heat input) to have yield and tensile strength 16% and 17% higher, respectively, when compared to same joints in as welded conditions. This result recommends bake hardening as an alternative to minimize strength loss of DP welded joints. However, joints welded with lower cooling rates (i.e. welded with higher heat inputs) did not have their mechanical properties increased after bake hardening.

Estudou-se o comportamento anódico do aço inoxidável AISI 304 tensionado, em soluções aquosas de NaCl neutras e ácidas. A técnica experimental utilizada foi a da deformação do material, com velocidade constante e elevada taxa de deformação, a temperatura ambiente e a 90°C. Determinou-se a densidade de corrente para o metal nu que e exposto ao meio, quando da deformação do aço em vários potenciais, para as concentrações de 1N; 0,1N e 0,001N de NaCl, em ambas as temperaturas, e para o meio de 1N de H2SO4 + 0,01N de NaCl, à temperatura ambiente. Na concentração de 1N de NaCl também foram feitos testes com o material levemente sensitizado a 25 e a 90°C. Estimou-se, a partir desses dados, a taxa possível de propagação de trincas e se anal i saram parâmetros relacionados com a susceptibilidade à C.S.T. Foram realizadas curvas de polarização potenciodinâmicas em várias velocidades de varredura de potencial, com e sem deformação simultânea do eletrodo para as mesmas temperaturas e, em algumas concentrações de NaCl, no intuito de comparar os valores de corrente encontrados com as do método descrito acima. Tais curvas foram também executadas para soluções de MgCl2 , com e sem adição de NaNO3 em ebulição, com a finalidade de comparar sua capacidade de prognóstico à corrosão-sob-tensão com a de outros tipos de ensaios reportados. / The anodic behavior of type 304 austenitic stainless steel, stressed in aqueous neutral and acid NaCl solutions, was studied. The experimental technique of the straining electrode, with constant speed and high strain rate, was applied at room temperature and at 90°C. The current density on the bare metal, which is exposed to the medium during the straining os the specimen, was determined at various potentials for 1N; 0,01N and 0,001N NaCl, at both temperatures, and for 1N H2SO4 + 0,1N NaCl at room temperature. In the 1N NaCl solution, tests were also carried with slightly sensitizes material at 25°C and 90°C. The possible crack propagation rates were estimated from these data, and parameters related with stress corrosion cracking susceptibility were analised. Potentiodynamic polarization curves were done at several potential scanning rates with and without simultaneous straining of the electrode at the same temperature, in some of the NaCl concentrations, with the aim of comparing the current values with those found in the method described above. These curves were also performed in boiling MgCl2 solutions with and without addition of NaNO3 with the purpose of compare its stress corrosion prognostic capacity in relation of that other types of tests reported.

Foi observado o comportamento eletroquímico e a morfologia das trincas resultantes da aplicação de uma deformação constante no aço SAE 304 homogeneizado e sensitizado, em solução de 3% NaCl, pH = 7,0 e pH = 2,0, em temperatura ambiente e a 100°C. Foram utilizadas curvas de polarização, além de ensaios galvanostáticos e potenciostáticos. Concluiu-se que o aumento da temperatura e o abaixamento do pH favorece a formação de fissuras transgranulares, e que o aumento do grau de sensitização diminui o tempo de fratura e favorece o aparecimento de fissuras intergranulares. Pequenos tempos de sensitização podem provocar fissuras transgranuleres, mesmo à temperatura ambiente, condições em que o material homogeneizado não apresenta corrosão sob tensão. / The electrochemical behaviour and fracture morphology of homogenized and sensetized type SAE 304 stainless steel U bent specimens, in 3% NaCl solution, at pH = 2,0 and pH = 7,0 both at room temperature and 100°C was studied. Polarization curves and galvanostatic and potentiostatic experiments were run . It could be observed that high temperature and low pH favour transgranular cracking and longer sensitization times lower fracture time and tend to promove intergranular fracture. Light sensitization can produce transgranular cracking even at room temperature, when the homogenized alloy does not present stress-corrosion cracking for the same conditions.

O presente trabalho tem como objetivo verificar a influência das inclusões metálicas de bismuto na tenacidade e no comportamento em fadiga de um aço SAE 1045. O bismuto foi adicionado em três corridas com teores de 0,04-0,06% e com a intenção de melhorar a usinabilidade do aço SAE 1045 amplamente aplicado na indústria de autopeças e metal-mecânica, com a finalidade de aumento de produtividade e redução nos custos finais de fabricação dos componentes usinados. A avaliação da tenacidade foi realizada na direção longitudinal e transversal ao sentido de laminação. A avaliação do comportamento em fadiga foi realizado na orientação L-R. As técnicas empregadas no desenvolvimento deste trabalho foram ensaios de tração e dureza, microscopia eletrônica, análise de imagens, fractografias em MEV, ensaio Charpy e levantamento das curvas da/dN versus ∆K. Os resultados dos ensaios indicaram um pequeno efeito do bismuto na tenacidade e fadiga do aço SAE 1045 na temperatura ambiente. Além disso, verifica-se um efeito sinérgico entre o bismuto e o enxofre. Logo, as indústrias de autopeças tem uma alternativa em termos de aço SAE 1045 com usinabilidade melhorada, onde a aplicação deste aço exige uma avaliação das condições e solicitações em que o componente irá trabalhar. / The aim of this work was to analyze the effects of the metallic inclusions of bismuth in SAE 1045 steel. The study focused on the toughness o f the steel and the role o f metallic inclusions in fatigue crack growth. Bismuth was added in the three heat in a range of 0,04-0,06% with the main goal being to improve the machinability o f SAE 1045 steel. This steel is utilized in many autoparts and therefore an increase in machinability o f this steel would help to reduce production costs. Toughness was measured and analyzed in transversal and longitudinal planes in relation to the rolling direction. Fatigue crack propagation studies were performed on L-R orientation. The methods applied were hardness, tensile and Charpy tests for mechanical evaluation. Scanning Eletronic Microscopic and Digital Image Analysis techniques were used for metallurgical evaluation. Fatigue crack growth behaviour was characterized by crack growth rate da/dN versus stress intensity range ∆K curves. The results of this study showed that bismuth inclusions did exert a little influence on the toughness and fatigue crack propagation of SAE 1045 steel at room temperatures. Therefore the Autoparts Industry has a good altemative for making parts with SAE 1045 with the best machinability. But the use o f this kind o f steel demands an analysis o f conditions and work stress that the parts will suffer.