O processo de tratamento térmico à baixa temperatura é um dos métodos mais promissores para melhorar o desempenho dos materiais. O tratamento criogênico promove a transformação de austenita retida do aço em martensita, o que é atribuída para melhorar a dureza e resistência ao desgaste. Neste trabalho foram analisados os efeitos dos diferentes ciclos de tratamentos térmicos, comparando-se à tempera convencional (têmpera 1050°C + revenido simples e duplo a 200/530°C) respeito à adição do tratamento criogênico, (têmpera 1050°C + criogenia a -125°C + revenido simples e duplo a 200/530°C) com e sem tempo de espera de 24 horas, com a finalidade de avaliar a estabilização térmica da austenita retida no aço em relação a quantidade presente na microestrutura e consequentemente na influencia nas propriedades mecânicas do aço ferramenta para trabalho a frio AISI D2. As análises foram conduzidas através de testes de dureza, impacto, microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura e difração de raios-X. Os resultados encontrados foram uma variação pouco significativa na dureza entre 57 e 58 HRC. Foi evidenciada a baixa tenacidade ao impacto do aço AISI D2, independente das rotas dos ciclos de tratamento térmico, resultado da alta percentagem de carbonetos dispostos na microestrutura. A resistência ao impacto no aço em estudo após o tratamento criogênico, esses resultados foram relacionados à microestrutura do material. / The heat treatment process at low temperature is one of the most promising methods to improve the performance of materials. The cryogenic treatment promotes the transformation of retained austenite from the steel into martensite, which is attributed to improved hardness and wear resistance. In this work the effects of the different cycles of thermal treatments were analyzed, comparing to conventional tempering (tempering 1050°C + single and double annealing at 200/530°C) with respect to the addition of the cryogenic treatment (tempera 1050°C + cryogenics to - 125°C + single and double tempering at 200/530°C) with and without waiting time of 24 hours, in order to evaluate the thermal stabilization of the austenite retained in the steel in relation to the amount present in the microstructure and consequently in the influence on the mechanical properties of cold working tool steel AISI D2. The analyzes were conducted through tests of hardness, impact, optical microscopy, scanning electron microscopy and X-ray diffraction. The results found were a minor variation in hardness between 57 and 58 HRC. It was evidenced the low impact toughness of the AISI D2 steel, independent of the thermal treatment cycle routes, as a result of the high percentage of carbides disposed in the microstructure. The impact resistance in the steel studied after the cryogenic treatment, these results was related to the microstructure of the material.

O processo de tratamento térmico à baixa temperatura é um dos métodos mais promissores para melhorar o desempenho dos materiais. O tratamento criogênico promove a transformação de austenita retida do aço em martensita, o que é atribuída para melhorar a dureza e resistência ao desgaste. Neste trabalho foram analisados os efeitos dos diferentes ciclos de tratamentos térmicos, comparando-se à tempera convencional (têmpera 1050°C + revenido simples e duplo a 200/530°C) respeito à adição do tratamento criogênico, (têmpera 1050°C + criogenia a -125°C + revenido simples e duplo a 200/530°C) com e sem tempo de espera de 24 horas, com a finalidade de avaliar a estabilização térmica da austenita retida no aço em relação a quantidade presente na microestrutura e consequentemente na influencia nas propriedades mecânicas do aço ferramenta para trabalho a frio AISI D2. As análises foram conduzidas através de testes de dureza, impacto, microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura e difração de raios-X. Os resultados encontrados foram uma variação pouco significativa na dureza entre 57 e 58 HRC. Foi evidenciada a baixa tenacidade ao impacto do aço AISI D2, independente das rotas dos ciclos de tratamento térmico, resultado da alta percentagem de carbonetos dispostos na microestrutura. A resistência ao impacto no aço em estudo após o tratamento criogênico, esses resultados foram relacionados à microestrutura do material. / The heat treatment process at low temperature is one of the most promising methods to improve the performance of materials. The cryogenic treatment promotes the transformation of retained austenite from the steel into martensite, which is attributed to improved hardness and wear resistance. In this work the effects of the different cycles of thermal treatments were analyzed, comparing to conventional tempering (tempering 1050°C + single and double annealing at 200/530°C) with respect to the addition of the cryogenic treatment (tempera 1050°C + cryogenics to - 125°C + single and double tempering at 200/530°C) with and without waiting time of 24 hours, in order to evaluate the thermal stabilization of the austenite retained in the steel in relation to the amount present in the microstructure and consequently in the influence on the mechanical properties of cold working tool steel AISI D2. The analyzes were conducted through tests of hardness, impact, optical microscopy, scanning electron microscopy and X-ray diffraction. The results found were a minor variation in hardness between 57 and 58 HRC. It was evidenced the low impact toughness of the AISI D2 steel, independent of the thermal treatment cycle routes, as a result of the high percentage of carbides disposed in the microstructure. The impact resistance in the steel studied after the cryogenic treatment, these results was related to the microstructure of the material.

Neste trabalho foram produzidas camadas de boretos de elevadas durezas e resistências ao desgaste nos aços AISI H13 e AISI D2, por meio de tratamento termo-reativo em banho de bórax com adição de 10% de alumínio. Posteriormente foram realizados tratamentos pela técnica PVD sobre as camadas de boretos. As amostras foram caracterizadas por meio de microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, ensaios de dureza e ensaios de micro desgaste abrasivo com esfera livre. Para ambos os materiais, os tempos de tratamento de boretação foram de 4 horas, seguido de resfriamento em óleo ou ao ar. As camadas produzidas por boretação no caso do aço AISI H13 apresentaram espessura média de 70 μm e para o aço AISI D2 espessura média de 100 μm. As durezas das camadas de boretos produzidas variaram de 1500 a 1700 HV. Os ensaios de micro desgaste abrasivos com esfera livre foram realizados com uso de solução abrasiva de carboneto de silício. Todas as camadas produzidas apresentaram resistências ao desgaste muito superiores as dos substratos. As amostras com tratamentos duplex boretação-PVD apresentaram os melhores desempenhos ao desgaste, seguidas pelo aço AISI D2 e AISI H13 boretados e por último os aços AISI D2 e AISI H13 temperados e revenidos. / Borides layers with high hardness and wear resistances were produced on AISI H13 and AISI D2 steels by thermo-reactive treatment in borax added with 10% of aluminum. Subsequently, treatments by the PVD technique were performed on the layers of borides. The samples were characterized using Optical Microscopy, Scanning Electron Microscopy, hardness testing and free-ball micro abrasive wear test. For both materials, the boriding treatment times were 4 hours long, followed by cooling in oil or air. In the case of AISI H13, the layers produced by boriding showed an average thickness of 70 μm while AISI D2 steel presented an average thickness of 100 μm. The hardness of the produced boride layers ranged from 1500 to 1700 HV. The micro abrasive wear tests were performed using abrasive solution of silicon carbide. All produced layers showed wear resistance much higher than the substrates. Samples with treatments duplex PVD-boriding presented the best wear performances, followed by AISI D2 and AISI H13 borated steels and finally, AISI D2 and AISI H13 steels quenched and tempered.

Neste trabalho foram produzidas camadas de boretos de elevadas durezas e resistências ao desgaste nos aços AISI H13 e AISI D2, por meio de tratamento termo-reativo em banho de bórax com adição de 10% de alumínio. Posteriormente foram realizados tratamentos pela técnica PVD sobre as camadas de boretos. As amostras foram caracterizadas por meio de microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, ensaios de dureza e ensaios de micro desgaste abrasivo com esfera livre. Para ambos os materiais, os tempos de tratamento de boretação foram de 4 horas, seguido de resfriamento em óleo ou ao ar. As camadas produzidas por boretação no caso do aço AISI H13 apresentaram espessura média de 70 μm e para o aço AISI D2 espessura média de 100 μm. As durezas das camadas de boretos produzidas variaram de 1500 a 1700 HV. Os ensaios de micro desgaste abrasivos com esfera livre foram realizados com uso de solução abrasiva de carboneto de silício. Todas as camadas produzidas apresentaram resistências ao desgaste muito superiores as dos substratos. As amostras com tratamentos duplex boretação-PVD apresentaram os melhores desempenhos ao desgaste, seguidas pelo aço AISI D2 e AISI H13 boretados e por último os aços AISI D2 e AISI H13 temperados e revenidos. / Borides layers with high hardness and wear resistances were produced on AISI H13 and AISI D2 steels by thermo-reactive treatment in borax added with 10% of aluminum. Subsequently, treatments by the PVD technique were performed on the layers of borides. The samples were characterized using Optical Microscopy, Scanning Electron Microscopy, hardness testing and free-ball micro abrasive wear test. For both materials, the boriding treatment times were 4 hours long, followed by cooling in oil or air. In the case of AISI H13, the layers produced by boriding showed an average thickness of 70 μm while AISI D2 steel presented an average thickness of 100 μm. The hardness of the produced boride layers ranged from 1500 to 1700 HV. The micro abrasive wear tests were performed using abrasive solution of silicon carbide. All produced layers showed wear resistance much higher than the substrates. Samples with treatments duplex PVD-boriding presented the best wear performances, followed by AISI D2 and AISI H13 borated steels and finally, AISI D2 and AISI H13 steels quenched and tempered.

Este estudo apresenta uma abordagem para a avaliação do comportamento de um ferro fundido branco de alto cromo e um aço ferramenta AISI D2 submetido a ciclos térmicos. Para a realização do estudo foi desenvolvido um procedimento para ensaios de fadiga térmica submetidos a números de ciclos variados, usando para aquecimento um sistema indutivo e para resfriamento um tanque de água. Devido a complexidade dos fenômenos envolvidos, um modelo de elementos finitos foi elaborado para a solução do campo de temperaturas e tensões superficiais atuantes. O controle da tensão superficial atuante foi realizado por meio da mudança de geometria do corpo de prova, sendo esta geometria resultante de teste por simulação computacional. Os corpos de prova foram caracterizados quando a sua microdureza e fração volumétrica de carbonetos antes do ensaio e após ensaio foram caracterizados quanto a sua microdureza, número e profundidade das trincas. O regime de propagação durante os primeiros 50 ciclos foi controlado por mecanismo de fadiga de baixo ciclo, exibindo as maiores velocidade de propagação das trincas e o regime de propagação depois dos 50 ciclos foram controlados por mecanismos de fadiga de alto ciclo. A nucleação das trincas ocorreu predominantemente pela interface matriz/carboneto e pelo próprio carboneto, sendo a propagação das trincas predominantemente pela interconexão de carbonetos fraturados na superfície do material e predominantemente na interface matriz carboneto em camadas mais profundas do corpo de prova. Os resultados obtidos mostraram uma boa correlação entre o ensaio e o modelo numérico, permitindo uma maior confiabilidade para execução do modelo mecânico subsequente. Baseado nos resultados foi possível propor uma metodologia para a avaliação de ambos materiais submetidos a ciclos térmicos. / This study presents an approach to evaluate the behavior of high chromium white cast iron and AISI D2 tool steel submitted at thermal cycles. It was developed a procedure for a thermal fatigue test in different times of cycles were done, using induced heating and water cooling. Due to the complexity of the phenomena involved, a FEM study was performed for solving the temperatures and superficial stresses fields. The control of superficial stress was done by changing the geometry of the test specimens, what was defined by computational simulation. The test specimens were evaluated the microstructure, microhardness and carbides contends before the test. After the test were evaluated microhardness, amount and depth of thermal fatigue cracks. The propagation during the earlier cycles was defined by mechanics of low cycle instead of after 100 cycles that was defined by mechanics of high cycle fatigue. This mechanics was observed by crack velocity analyses in both periods. The nucleation of thermal fatigue cracks initiate mostly at the matrix/carbide interface or at the carbide itself, being the cracks propagation was mainly by the interconnection of fractured carbides at surface and mainly at the interface matrix/carbide in the inner layer of the specimens test. The results obtained showed an adherence between the test and the numerical model, allowed a greater reliability to the subsequent mechanical model. Based on the results was possible propose a methodology for evaluation of both materials subjected a thermal cycles.

Este estudo apresenta uma abordagem para a avaliação do comportamento de um ferro fundido branco de alto cromo e um aço ferramenta AISI D2 submetido a ciclos térmicos. Para a realização do estudo foi desenvolvido um procedimento para ensaios de fadiga térmica submetidos a números de ciclos variados, usando para aquecimento um sistema indutivo e para resfriamento um tanque de água. Devido a complexidade dos fenômenos envolvidos, um modelo de elementos finitos foi elaborado para a solução do campo de temperaturas e tensões superficiais atuantes. O controle da tensão superficial atuante foi realizado por meio da mudança de geometria do corpo de prova, sendo esta geometria resultante de teste por simulação computacional. Os corpos de prova foram caracterizados quando a sua microdureza e fração volumétrica de carbonetos antes do ensaio e após ensaio foram caracterizados quanto a sua microdureza, número e profundidade das trincas. O regime de propagação durante os primeiros 50 ciclos foi controlado por mecanismo de fadiga de baixo ciclo, exibindo as maiores velocidade de propagação das trincas e o regime de propagação depois dos 50 ciclos foram controlados por mecanismos de fadiga de alto ciclo. A nucleação das trincas ocorreu predominantemente pela interface matriz/carboneto e pelo próprio carboneto, sendo a propagação das trincas predominantemente pela interconexão de carbonetos fraturados na superfície do material e predominantemente na interface matriz carboneto em camadas mais profundas do corpo de prova. Os resultados obtidos mostraram uma boa correlação entre o ensaio e o modelo numérico, permitindo uma maior confiabilidade para execução do modelo mecânico subsequente. Baseado nos resultados foi possível propor uma metodologia para a avaliação de ambos materiais submetidos a ciclos térmicos. / This study presents an approach to evaluate the behavior of high chromium white cast iron and AISI D2 tool steel submitted at thermal cycles. It was developed a procedure for a thermal fatigue test in different times of cycles were done, using induced heating and water cooling. Due to the complexity of the phenomena involved, a FEM study was performed for solving the temperatures and superficial stresses fields. The control of superficial stress was done by changing the geometry of the test specimens, what was defined by computational simulation. The test specimens were evaluated the microstructure, microhardness and carbides contends before the test. After the test were evaluated microhardness, amount and depth of thermal fatigue cracks. The propagation during the earlier cycles was defined by mechanics of low cycle instead of after 100 cycles that was defined by mechanics of high cycle fatigue. This mechanics was observed by crack velocity analyses in both periods. The nucleation of thermal fatigue cracks initiate mostly at the matrix/carbide interface or at the carbide itself, being the cracks propagation was mainly by the interconnection of fractured carbides at surface and mainly at the interface matrix/carbide in the inner layer of the specimens test. The results obtained showed an adherence between the test and the numerical model, allowed a greater reliability to the subsequent mechanical model. Based on the results was possible propose a methodology for evaluation of both materials subjected a thermal cycles.

O presente trabalho estuda a variação do diâmetro inicial e diâmetro final de um furo puncionado feito em uma chapa de aço ASTM A-36 com 12,7 mm de espessura. São propostas três geometrias diferentes de punção fabricados em aço AISI D2 e AISI S1 com diâmetro inicial 20 mm e final 22 mm. Os punções foram fabricados para realizarem o processo de puncionamento e brochamento com penetrações de avanço (asf) de 0,2 mm, 0,5 mm e 1 mm. O objetivo principal é reduzir a conicidade dos furos puncionados atualmente através do método convencional. As folgas entre punção e matriz (w) utilizadas foram de 3,1%, 7,8% e 15,7% da espessura da chapa de testes respectivamente. Para avaliação do desempenho de cada ferramenta, todos os furos puncionados foram medidos e tabelados. Entre os resultados encontrados, constatou-se que os punções com brochamento apresentam melhores valores que os convencionais em todos parâmetros analisados. As regiões de cisalhamento (Zc) e região de ruptura abrupta (Zr) também sofreram influência direta em função da geometria utilizada. / The present work studies the variation of the initial diameter and final diameter of a punched hole made in an ASTM A-36 steel sheet with 12.7 mm of thickness. Three different punches geometries are proposed and manufactured from AISI D2 and AISI S1 steel with initial diameter 20 mm and final diameter 22 mm. The punches were manufactured to carry out the punching and broaching process with feed penetrations (asf) of 0.2 mm, 0.5 mm and 1 mm. The main objective is to reduce the conicity of the punched holes currently through the conventional method. The clearance between punch and die (w) used were 3.1%, 7.8% and 15.7% of the thickness of the test plate respectively. To evaluate the performance of each tool, all punched holes were measured and tabulated. Among the results, it was observed that the punches with a broaching showed better values than the conventional ones in all analyzed parameters. The regions of shear (Zc) and region of abrupt rupture (Zr) also had a direct influence in function of the geometry used.

O presente trabalho estuda a variação do diâmetro inicial e diâmetro final de um furo puncionado feito em uma chapa de aço ASTM A-36 com 12,7 mm de espessura. São propostas três geometrias diferentes de punção fabricados em aço AISI D2 e AISI S1 com diâmetro inicial 20 mm e final 22 mm. Os punções foram fabricados para realizarem o processo de puncionamento e brochamento com penetrações de avanço (asf) de 0,2 mm, 0,5 mm e 1 mm. O objetivo principal é reduzir a conicidade dos furos puncionados atualmente através do método convencional. As folgas entre punção e matriz (w) utilizadas foram de 3,1%, 7,8% e 15,7% da espessura da chapa de testes respectivamente. Para avaliação do desempenho de cada ferramenta, todos os furos puncionados foram medidos e tabelados. Entre os resultados encontrados, constatou-se que os punções com brochamento apresentam melhores valores que os convencionais em todos parâmetros analisados. As regiões de cisalhamento (Zc) e região de ruptura abrupta (Zr) também sofreram influência direta em função da geometria utilizada. / The present work studies the variation of the initial diameter and final diameter of a punched hole made in an ASTM A-36 steel sheet with 12.7 mm of thickness. Three different punches geometries are proposed and manufactured from AISI D2 and AISI S1 steel with initial diameter 20 mm and final diameter 22 mm. The punches were manufactured to carry out the punching and broaching process with feed penetrations (asf) of 0.2 mm, 0.5 mm and 1 mm. The main objective is to reduce the conicity of the punched holes currently through the conventional method. The clearance between punch and die (w) used were 3.1%, 7.8% and 15.7% of the thickness of the test plate respectively. To evaluate the performance of each tool, all punched holes were measured and tabulated. Among the results, it was observed that the punches with a broaching showed better values than the conventional ones in all analyzed parameters. The regions of shear (Zc) and region of abrupt rupture (Zr) also had a direct influence in function of the geometry used.

O presente trabalho estuda a variação do diâmetro inicial e diâmetro final de um furo puncionado feito em uma chapa de aço ASTM A-36 com 12,7 mm de espessura. São propostas três geometrias diferentes de punção fabricados em aço AISI D2 e AISI S1 com diâmetro inicial 20 mm e final 22 mm. Os punções foram fabricados para realizarem o processo de puncionamento e brochamento com penetrações de avanço (asf) de 0,2 mm, 0,5 mm e 1 mm. O objetivo principal é reduzir a conicidade dos furos puncionados atualmente através do método convencional. As folgas entre punção e matriz (w) utilizadas foram de 3,1%, 7,8% e 15,7% da espessura da chapa de testes respectivamente. Para avaliação do desempenho de cada ferramenta, todos os furos puncionados foram medidos e tabelados. Entre os resultados encontrados, constatou-se que os punções com brochamento apresentam melhores valores que os convencionais em todos parâmetros analisados. As regiões de cisalhamento (Zc) e região de ruptura abrupta (Zr) também sofreram influência direta em função da geometria utilizada. / The present work studies the variation of the initial diameter and final diameter of a punched hole made in an ASTM A-36 steel sheet with 12.7 mm of thickness. Three different punches geometries are proposed and manufactured from AISI D2 and AISI S1 steel with initial diameter 20 mm and final diameter 22 mm. The punches were manufactured to carry out the punching and broaching process with feed penetrations (asf) of 0.2 mm, 0.5 mm and 1 mm. The main objective is to reduce the conicity of the punched holes currently through the conventional method. The clearance between punch and die (w) used were 3.1%, 7.8% and 15.7% of the thickness of the test plate respectively. To evaluate the performance of each tool, all punched holes were measured and tabulated. Among the results, it was observed that the punches with a broaching showed better values than the conventional ones in all analyzed parameters. The regions of shear (Zc) and region of abrupt rupture (Zr) also had a direct influence in function of the geometry used.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:06:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EtevaldoMV.pdf: 1261364 bytes, checksum: f1890a7da662c7e4523bd11ec6a3278a (MD5) Previous issue date: 2008-08-23 / In the research, steel samples tool AISI D2, treated thermally, in the conditions: relief of tension, when maximum, seasoned and seasoned was treated thermally in the temperature of revenimento and revenida had been nitrited in plasma with cathodic cage, in atmosphere of 80%N2:20%H2. One used pressure of 2,5 mbar, 400 and 480?C temperatures with treatment time of 3 and 4 hours, with the objective to evaluate its performance in pipes cut tool. It was compared that the performance of the same steel when only thermally treated, both with tension relief. It was evaluated its hardness. Microstructural aspects (the layer thickness, interface, graisn size, etc) and crystalline phases on the surface. Besides, it was verified accomplishment possibility of nitriding simultaneous to annealing treatment. The tempering samples had presented hardness levels of 600 HV, while in nitrited samples these values had been 1100 HV / Neste trabalho, amostras de a?o ferramenta AISI D2, tratadas termicamente, nas condi??es de recozida, de revenimento m?ximo e na condi??o de temperada e revenida foram nitretadas em plasma com gaiola cat?dica, em atmosfera de 80%N2:20%H2. Utilizou-se press?o de 2,5mbar, temperaturas de 400 e 480?C com tempo de tratamento de 3 e 4 horas, com o objetivo de avaliar o seu desempenho em ferramenta de corte. Comparou-se com o desempenho do mesmo a?o quando apenas tratado termicamente, ambos com al?vio de tens?o. Avaliou-se a dureza, aspectos microestruturais (espessura da camada, interface, etc) e fases cristalinas presentes na superf?cie. Al?m disso, verificou-se a possibilidade de realiza??o da nitreta??o simult?nea ao tratamento de revenido. As amostras temperadas e revenidas apresentaram n?veis de dureza de aproximadamente 600HV. Quando nitretadas a uma temperatura de 480?C durante 3h, que foram as melhores condi??es de tratamento, essas amostras apresentaram dureza superficial de 1100HV