Thesis (M.Eng.)--Memorial University of Newfoundland, 1999. / Bibliography: leaves 111-113.

Thesis (M.S.)--Brigham Young University. Dept. of Mechanical Engineering, 2005. / Includes bibliographical references (leaves 65-67).

A introdução de nitrogênio em aços inoxidáveis vem sendo estudada desde 1925. Quando presente em solução sólida propicia alguns efeitos como: aumento da resistência mecânica, dureza, resistência à fadiga, ao desgaste e à corrosão. Embora os efeitos benéficos do nitrogênio sobre as propriedades dos aços sejam conhecidos, a introdução desse elemento em teores elevados não é trivial. No presente trabalho, discute-se uma seqüência de processamento envolvendo a nitretação a plasma e a solubilização, objetivando o enriquecimento superficial de nitrogênio em um aço inoxidável austenítico (ISO 5832-1). Para a nitretação, foram estudadas três temperaturas (630, 750 e 870 ºC) e três tempos (1h, 3h e 5h), totalizando nove diferentes condições de nitretação. Os parâmetros de solubilização foram definidos de forma a se obter uma camada com nitrogênio em solução sólida. Após o processamento, as amostras foram caracterizadas por microdureza, difratometria de Raios - X, microscopia ótica e eletrônica de varredura, medidas de tamanho de grão, variação de massa, espectroscopia de dispersão de energia (EDS), espectroscopia por dispersão de comprimento de onda (WDS), medidas magnéticas e de rugosidade superficial. Constatou-se que nas nitretações realizadas em temperaturas elevadas (750 e 870 ºC), o crescimento da camada de compostos apresenta comportamento difusivo e que o aumento da temperatura gera a formação de menores quantidades de nitretos de cromo, promovendo também o desaparecimento dos nitretos de ferro da superfície do material. Os parâmetros de solubilização são dependentes da espessura, da morfologia e da estabilidade dos nitretos presentes na camada de nitretos. Verificou-se também que o processamento a plasma de amostras polidas (Ra = 0,07 µm) na configuração cátodo causa aumento da rugosidade, entretanto não afeta os valores de molhabilidade. Após a solubilização obteve-se camada de até 450 µm com 0,45 % em peso de nitrogênio, modificando o valor inicial do PREN de 28,11 para 34,11. Esta modificação indica ganho de resistência à corrosão por pite. A camada enriquecida com nitrogênio teve aumento da dureza, de 208 para 271 HV0,05. / The insertion of nitrogen in stainless steel has been studied since 1925. When in solid solution it produces a few effects such as: increase in mechanical strength, hardness, resistance to fatigue, to wear and corrosion. Although benefic effects of nitrogen on the proprieties of steel are well known, the introduction of this element in high amounts is not trivial. The present work discussed a sequence of procedures involving plasma nitriding and solubilization, aiming at superficial enrichment of nitrogen in commercial austenitic stainless steel (ISO 5832-1). Three nitriding temperatures (630, 750 and 870 ºC) and three times (1h, 3h and 5h) were studied, totaling nine different nitriding conditions. For three of these, solubilization parameters were studied, aiming at obtaining layers with nitrogen in solid solution. After processing, the samples were characterized by microhardness, X - ray diffraction, optical and electronic microscopy, grain size measurement, mass variation, energy dispersive spectrometry (EDS), wavelength dispersive spectrometry (WDS), magnetic and superficial roughness measurements. It was verified that for nitriding in elevated temperatures (750 and 870 ºC) the growth of the compound layer presented diffusive behavior and that the increase in temperature formed smaller amounts of chromium nitrides, also promoting the disappearance of iron nitrides from the surface of the material. The solubilization parameters depend on the thickness, morphology and stability of the nitrides present in the nitride layer. It was also verified that the glow discharge processing of polished samples (Ra = 0.07 µm) in the cathode configuration increased roughness, however it did not affect the wetting angle. According to this processing route, layers enriched with 0.45% wt of nitrogen were obtained for depths up to 450 µm, inducing the initial value of PREN (28.11) to increase to 34.11. This modification indicated improved pitting corrosion resistance. The hardness of the material also significant increased, from 208 to 271 HV0.05.

A introdução de nitrogênio em aços inoxidáveis vem sendo estudada desde 1925. Quando presente em solução sólida propicia alguns efeitos como: aumento da resistência mecânica, dureza, resistência à fadiga, ao desgaste e à corrosão. Embora os efeitos benéficos do nitrogênio sobre as propriedades dos aços sejam conhecidos, a introdução desse elemento em teores elevados não é trivial. No presente trabalho, discute-se uma seqüência de processamento envolvendo a nitretação a plasma e a solubilização, objetivando o enriquecimento superficial de nitrogênio em um aço inoxidável austenítico (ISO 5832-1). Para a nitretação, foram estudadas três temperaturas (630, 750 e 870 ºC) e três tempos (1h, 3h e 5h), totalizando nove diferentes condições de nitretação. Os parâmetros de solubilização foram definidos de forma a se obter uma camada com nitrogênio em solução sólida. Após o processamento, as amostras foram caracterizadas por microdureza, difratometria de Raios - X, microscopia ótica e eletrônica de varredura, medidas de tamanho de grão, variação de massa, espectroscopia de dispersão de energia (EDS), espectroscopia por dispersão de comprimento de onda (WDS), medidas magnéticas e de rugosidade superficial. Constatou-se que nas nitretações realizadas em temperaturas elevadas (750 e 870 ºC), o crescimento da camada de compostos apresenta comportamento difusivo e que o aumento da temperatura gera a formação de menores quantidades de nitretos de cromo, promovendo também o desaparecimento dos nitretos de ferro da superfície do material. Os parâmetros de solubilização são dependentes da espessura, da morfologia e da estabilidade dos nitretos presentes na camada de nitretos. Verificou-se também que o processamento a plasma de amostras polidas (Ra = 0,07 µm) na configuração cátodo causa aumento da rugosidade, entretanto não afeta os valores de molhabilidade. Após a solubilização obteve-se camada de até 450 µm com 0,45 % em peso de nitrogênio, modificando o valor inicial do PREN de 28,11 para 34,11. Esta modificação indica ganho de resistência à corrosão por pite. A camada enriquecida com nitrogênio teve aumento da dureza, de 208 para 271 HV0,05. / The insertion of nitrogen in stainless steel has been studied since 1925. When in solid solution it produces a few effects such as: increase in mechanical strength, hardness, resistance to fatigue, to wear and corrosion. Although benefic effects of nitrogen on the proprieties of steel are well known, the introduction of this element in high amounts is not trivial. The present work discussed a sequence of procedures involving plasma nitriding and solubilization, aiming at superficial enrichment of nitrogen in commercial austenitic stainless steel (ISO 5832-1). Three nitriding temperatures (630, 750 and 870 ºC) and three times (1h, 3h and 5h) were studied, totaling nine different nitriding conditions. For three of these, solubilization parameters were studied, aiming at obtaining layers with nitrogen in solid solution. After processing, the samples were characterized by microhardness, X - ray diffraction, optical and electronic microscopy, grain size measurement, mass variation, energy dispersive spectrometry (EDS), wavelength dispersive spectrometry (WDS), magnetic and superficial roughness measurements. It was verified that for nitriding in elevated temperatures (750 and 870 ºC) the growth of the compound layer presented diffusive behavior and that the increase in temperature formed smaller amounts of chromium nitrides, also promoting the disappearance of iron nitrides from the surface of the material. The solubilization parameters depend on the thickness, morphology and stability of the nitrides present in the nitride layer. It was also verified that the glow discharge processing of polished samples (Ra = 0.07 µm) in the cathode configuration increased roughness, however it did not affect the wetting angle. According to this processing route, layers enriched with 0.45% wt of nitrogen were obtained for depths up to 450 µm, inducing the initial value of PREN (28.11) to increase to 34.11. This modification indicated improved pitting corrosion resistance. The hardness of the material also significant increased, from 208 to 271 HV0.05.

Os aços inoxidáveis possuem numerosas aplicações devido à boa combinação de propriedades tais como resistência à corrosão e oxidação, ductilidade, tenacidade, soldabilidade e resistência mecânica em temperaturas elevadas. No entanto suas propriedades e desempenho estão fortemente relacionados com a microestrutura que por sua vez, no caso de peças fundidas, dependem principalmente da composição química e da velocidade de solidificação. No presente trabalho o efeito destas duas variáveis foram estudados e os resultados experimentais comparados com as previsões teóricas e modelos disponíveis na literatura. Dezesseis corridas de diferentes aços inoxidáveis austeníticos foram fundidas e suas composições químicas completas (16 elementos analisados) foram determinadas. A maioria das corridas analisadas apresentou modo de solidificação do tipo C. Foram encontrados teores de ferrita (medidos com auxílio de ferritoscopia) na faixa de 0 a 11%. A influência da composição química do aço na quantidade de ferrita delta formada foi marcante, enquanto a influência da espessura foi pouco acentuada. Dentre as numerosas fórmulas testadas para a previsão da quantidade de ferrita delta, as duas que apresentaram melhor resultado foram as fórmulas de Schneider e de Schoefer, sendo que esta última é recomendada pela norma ASTM A800. A amostra contendo cerca de 10% de ferrita apresentou uma rede quase contínua, o que pode comprometer a tenacidade da peça, caso esta ferrita venha a sofrer fragilização. Nas amostras contendo por volta de 5% de ferrita, a rede de ferrita é semi-contínua, enquanto para teores baixos (por volta de 2%), a ferrita apresenta-se como ilhas isoladas. As morfologias encontradas foram classificadas como sendo todas do tipo vermicular. Os estudos de micro-análise química dos elementos Si, Mo, Cr, Fe e Ni, efetuados na ferrita e na austenita revelaram coeficientes de partição de acordo com o previsto pela literatura. O efeito da espessura nas variações de composição foi pequeno e não conclusivo. / Stainless steel has numerous applications due to a good combination of properties such as corrosion and oxidation resistance, toughness, weldability and mechanical strength at high temperatures. However these properties and performance are strongly related to the microstructure and in the case of castings are mainly dependent of chemical composition and cooling rate. In this work the effect of these two factors were studied and the experimental results compared with theoretical models available in the literature. Sixteen heats of different austenitic stainless steel were cast and their complete chemical compositions (16 elements) were determined. Most of analyzed heats showed the solidification mode type C. Ferrite values (measured with ferritoscope) were found in the range from 0 to 11%. The influence of chemical composition on delta ferrite was strong while the influence of thickness was less accentuated. Among numerous tested formulas to estimate the quantity of delta ferrite two that demonstrated better results were the ones of Schneider and Schoefer, where the last one is recommended by ASTM A800 standard. The sample with approximately 10% of ferrite showed an almost continuous ferrite network microstructure that may deteriorate component part toughness if this ferrite comes to suffer embrittlement. On the samples with content ferrite around 5% the ferrite network is semi-continuous while for low values (around 2%) the ferrite showed isolated cores. The morphologies were classified as vermicular. The study of micro chemical analysis of Si, Mo, Cr, Fe and Ni on ferrite and austenite showed partition coefficient in accordance with values defined in literature. The thickness effect on chemical composition was small and not conclusive.

Orientador: Itamar Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-09T13:09:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sokei_CelsoRiyoitsi_D.pdf: 11316346 bytes, checksum: e932c9fcdcf157d83d6b6c0ab1189e49 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Neste trabalho foram estudados os efeitos de tratamentos térmicos de envelhecimento em temperaturas de 600 a 1200°C, por uma hora, e em temperaturas de 600 a 900oC, por 4 e 24 horas, após a deformação plástica a frio em 20%, por tração, na microestrutura e propriedades mecânicas do aço inoxidável austenítico ISO 5832-9, utilizado para a fabricação de implantes ortopédicos. Foram estudadas as propriedades mecânicas dureza Vickers e tenacidade obtida por meio do ensaio de impacto Charpy instrumentado. Após os ensaios de tenacidade, partes dos corpos de provas foram cortadas para preparação de amostras para análise metalográfica - por microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura, microanálise por espectrometria de energia dispersiva (EDS) e difração de Raios-X - e as superfícies de fratura foram utilizadas para a análise fratográfica. Os corpos de provas para análise por microscopia eletrônica de transmissão foram preparados de barras de diâmetro de 3mm tratados por envelhecimento entre 600 e 900oC, por 24 horas. Os resultados mostraram que o material na condição como recebido, ou seja, na condição solubilizado, apresentou propriedades mecânicas dentro dos requisitos da norma ISO 5832-9. O material tratado nas temperaturas de 800 e 900°C apresentou diminuição da tenacidade à fratura em comparação ao material na condição como recebido. Essa diminuição foi atribuída à precipitação da fase Qui (?), que ocorreu mais intensamente nessas duas temperaturas. Após o envelhecimento, a condição que proporcionou níveis mais elevados de dureza e de tenacidade à fratura foi a envelhecida a 600ºC, pois, nesta temperatura a quantidade da fase ? é menor. As fases intermetálicas, como as fases Qui (?) e Z, puderam ser observadas por meio de microscopias óptica e eletrônica de varredura, sendo que a fase Z foi observada em todas as temperaturas de ensaio. Além disso, foram observados também nitretos de cromo, nas temperaturas de 600 a 900oC, e nitreto de cobre-nióbio e a fase Qui, a partir da temperatura de 700oC, por microscopia eletrônica de transmissão / Abstract: In this work was studied the effects of aging treatment carried out in temperatures from 600 to 1200°C, for 1 hour, and from 600 to 900oC, for 4 and 24 hours, after cold deformation of 20%, in tension, on the microstructure and mechanical properties of austenitic stainless steel ISO 5832-9, which main application is like biomaterial due to its biological and mechanical properties. Vickers hardness and fracture toughness measured by instrumented Charpy - have been used to determine the mechanical properties. After the fracture toughness testing, specimens have been used for metallographic studies carried by - optical microscopy, scanning electron microscopy, EDS microanalysis, and X-Ray diffraction - and fracture surface analysis. Samples of 3 mm in diameter, treated by aging between 600 and 900oC for 24 hours, have been used for transmission electron microscopy analysis. The results showed that as received condition (solubilized) has presented mechanical properties in accordance with the ISO 5832-9 standard. Age treatments in temperatures of 800 and 900°C have presented decrease of the fracture toughness in comparison to as received condition. This behaviour was attributed to the Chi phase (?) precipitation, that happened more intensely in these two temperatures. Comparatively, the best mechanical condition was aging at 600 ºC, because in this temperature the amount of the ? phase was smaller. The intermetallics phases such as ? and Z phase could be observed by optical microscopy, and Z phase have been observed in all samples. Besides, the transmission electronic microscope analysis showed the presence of chromium nitride at the temperatures from 600 to 900oC, niobium-chromium nitride and the Chi phase from 700oC / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Olivio Novaski / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-11T11:32:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Camargo_Robsonde_M.pdf: 2931963 bytes, checksum: b31c2bc8d3db8a81c83a498c961b4717 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Graças a suas propriedades mecânicas e a boa resistência à corrosão, os aços inoxidáveis austeníticos representam aproximadamente 70% de todo o aço inoxidável produzido. O aço ABNT 304 tem excelente resistência à corrosão, alta resistência ao ataque de agentes corrosivos e possui boa tenacidade em baixas temperaturas. A condutibilidade térmica, todavia, corresponde a ¼ do aço ao carbono, tanto que o calor gerado durante a usinagem não é transferido ao material ou aos cavacos e sim se concentra na aresta de corte, e a alta tenacidade dos mesmos torna difícil sua saída devido ao alongamento. O mecanismo de encruamento, que é um fenômeno que acontece próximo da aresta de corte, piora a usinabilidade do aço inoxidável. O aço inoxidável, com controle metalúrgico das inclusões e adição de cálcio, é apresentado como uma alternativa, em termos de usinagem, sem perda de resistência à corrosão. O presente trabalho compara, por meio do processo de furação, a usinabilidade do aço ABNT 304 com o aço similar, V304 UF, com adição de cálcio e controle de inclusões. Foram utilizadas brocas de aço rápido recobertas com TiN nos dois diferentes aços com velocidades de corte diferentes para avaliar o efeito da adição de cálcio na usinabilidade. A possível formação da camada protetiva na superfície da ferramenta de aço rápido com revestimento de TiN foi encontrada. Após testes de usinagem, a presença de cálcio e elementos de liga na superfície da ferramenta foi constatada usando a análise por difração de raios X. Com as análises dos resultados obtidos na medição da força de avanço, momento de torção e vida da ferramenta, fica evidente afirmar que a usinabilidade do aço inoxidável Villares 304 UF foi superior / Abstract: Thanks to its mechanical properties and good corrosion resistance embraced, the austenitic stainless steels represent about 70% of all kind stainless steel produced. The ABNT 304 steel has excellent corrosion resistance the in the environment, high resistance to attack of corrosive agents and keep good tenacity in low temperatures. Unfortunately the of heat conduction is about ¼ that of regular steel, so much of the heat generated during machining is not transferred to the work material or the chips and concentrate on the cutting edge, and high malleability that indicates softness and tenacity makes chip evacuation difficult due to chip elongation. Yet the work hardening, a phenomenon that occurs near the cutting edge gives poor machinability to the stainless steel. The stainless steel with metallurgical control of the inclusions and calcium addition is presented as alternative, without loss of corrosion resistance. The present work compares the machinability of ABNT 304 steel with the similar steel, Villares 304 UF, with calcium addition using the drilling process. HSS TiN coated twisted drills had been used in the two different steels with different cutting speeds to evaluate the effect of the calcium addition in the machinability. The possible formation of a protective layer on the surface the tool of TiNcoated HSS was found. After cutting tests, the enrichment of calcium and alloying elements in the surface of the tool was studied using energy dispersive X-ray spectrometry. The feed force, torsion moment and tool life measured allow to explain the upper machinability of the stainless steel Villares 304 UF / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Paulo Roberto Mei, Antonio José Ramírez Londoño / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-22T11:54:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Theodoro_MariaClaudia_M.pdf: 33501237 bytes, checksum: 62a29876bfd5fdbffed02fa45d21d938 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A Soldagem por Atrito com Pino Não-Consumível (SAPNC) ou Friction Stir Welding (FSW) é uma técnica que proporciona a união de materiais no estado sólido. Traz como vantagens em relação à soldagem onde ocorre a fusão dos materiais, a redução de macro e micro defeitos, ausência trincas e porosidades causadas pela fusão e solidificação do material, redução da segregação de solidificação, excelentes propriedades mecânicas da junta soldada e boa reprodutibilidade. A técnica também não necessita de metal de adição nem gás de proteção e não produz gases nocivos ao homem ou meio ambiente. Diversos tipos de soldagem dissimilar por SAPNC já foram obtidos com bons resultados em alumínio-alumínio, cobre-alumínio, magnésio alumínio, alumínio-aço e aço-aço. Os principais interessados nas juntas dissimilares são a indústria petroquímica, automobilística, naval e aeronáutica. Apesar de terem sido registrados soldagens dissimilares de diversos tipos de materiais, não há dados na literatura sobre soldagem dissimilar de aços inoxidáveis austeníticos UNS S31603 e duplex UNS S32750 pela técnica de SAPNC. Sendo assim, o presente trabalho se torna inédito por ser o primeiro registro de soldagem por atrito com pino não consumível desses dois aços. Placas de aços inoxidável austenítico (UNS S31603) e superduplex (UNS 32750) com 6 mm de espessura soldadas por atrito com pino não consumível utilizando um passe de ferramenta de PCBN-WRe com penetração entre 90 e 92 % da espessura da chapas, apresentaram bons resultados em duas condições: 1) velocidade de rotação de 150 rpm, avanço de 100 mm/min e com controle de força axial de 57 kN; 2) velocidade de rotação de 200 rpm, avanço de 100 mm/min e com controle de posição. A análise metalográfica das juntas soldadas não indicou a presença de defeitos internos ou superficiais. Não foram detectadas por microscopia óptica e difração de raios-X outras fases além de ferrita e austenita na região de solda. O ensaio de dobramento indicou que não houve penetração total em ambas as juntas, sugerindo um segundo passe de xvii soldagem ou a utilização de uma ferramenta com comprimento de pino maior, que permita penetração superior a 92% da espessura da chapa / Abstract: The Friction Stir Welding (FSW) is a solid-state joining process that has, as advantages, reduction or absence of superficial and internal flaws, absence of cracks and porosities caused by material fusion and solidification and good repeatability. The joints also present excellent mechanical properties. Many aluminum-aluminum, cooper-aluminum, magnesium-aluminum, aluminum-steel and steel-steel FSW dissimilar welds presented good results. Petrochemical, automotive, naval and aeronautics industries are the most interested in dissimilar joints. In spite of many diferent dissimilar joints registred, no dissimilar joints of UNS S31603 and UNS S32750 have been performed by FSW. This project seems to be inedited for being the first dissimilar friction stir welded joint of this both materials. Austenitic (UNS S31603) and superduplex (UNS 32750) stainless steel 6 mm thick plates one pass friction stir welded with a PCBN-WRe tool and thick plate penetration between 90 and 92% presented good results in two conditions: 1) tool rotation speed of 150 rpm, traverse speed of 100 mm/min and axial force control of 57 kN; 2) tool rotation speed of 200 rpm, traverse speed of 100 mm/min and tool position control. These welded joints showed adequate bead width, absence of galling and good appearance. Metallographic analysis presented no internal defects. Optical microscopy and X-ray diffraction showed no other phase on the joint except ferrite and austenite. The bendind tests indicate lack of penetration in both joints, suggesting two weld passes or tool penetration greater than 92% of the material thickness to perform total penetration joints / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestra em Engenharia Mecânica

This thesis deals with influences of graded deformations, temperatures and holding times on the grains and subgrains size in steel 08Cr18Ni10T. In literary part of the thesis there are described static and dynamic annealing treatments, then also austenitic stainless steels and some selected types of their processing. In experimental part there is studied grain size on differently deformed samples annealed in temperature range 1050–1200 °C for 10, 50 and 100 minutes. Analysis of present structures units was perform by EBSD. Except of that, there were realized chemical analysis of selected inclusions and also hardness test were realised. Achieved measurement shown, that grain size of chosen steel is depended on all 3 variable values.

The research describes possible reasons why the flaking tendency during cold rolling can vary between different austenitic stainless steels. The flaking phenomenon was observed after a rolling process in Granlund Tools AB’s roll reducing mill “KOR-8”. A literature review was conducted with the purpose of finding a connection between rolling process, austenitic stainless steels and flaking. The laboratory work aimed at revealing possible differences between the flaked material and materials that is known to be cold rolled with high surface finish in the particular machine. In order to come to a conclusion regarding the flaking appearance, scanning electron microscopy (SEM), Vickers hardness test and light optical microscopy (LOM) were performed. The literature review along with the laboratory results made it possible to determine the two major factors affecting the flaking behavior. Two independent analyses revealed what came to be the most important discovery in this study. LOM showed the appearance of a thick oxide scale on the surface of the flaked steel which was further confirmed by SEM-Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy that indicated the existence of oxides on the steel’s surface. These observations along with the knowledge that oxide scales grow only during high-temperature processing led to the conclusion that the steel is not appropriate for the cold rolling process due to the earlier steel manufacturing.