O presente trabalho teve como objetivo analisar os efeitos dos ciclos de recozimento de esferoidização nas propriedades mecânicas do aço ABNT 5160. O aço ABNT 5160 foi escolhido para este estudo por ter uma grande aplicabilidade na indústria automobilística; possuindo como características principais a sua utilização em peças e conjuntos que necessitam de grande resistência à corrosão e ao calor e também onde é necessário um número elevado de ciclos de tensões; como por exemplo: em molas automotivas. Os espécimes originais foram caracterizados através de análise química, tração, dureza e estrutura metalográfica. Para este estudo, foram realizados diferentes ciclos de recozimento de esferoidização para a obtenção das mudanças na estrutura cristalina e, por conseguinte, alterações nas propriedades mecânicas do material. Para isto, as amostras foram submetidas a diferentes ciclos de recozimento de esferoidização, seguindo a curvas distintas de tempo em temperatura. / The present work has as goal analyzes the effects of the spheroidizing anneal cycles of in the mechanical properties of the ABNT 5160 steel. The ABNT 5160 steel was chosen for this study by has a great applicability in the automobilist industry; possessing as main characteristics the use in pieces and groups that need great resistance to the corrosion and the heat and also where it is necessary a high number of stress cycles; as for instance: in automotive springs. The original specimens were characterized by chemical analysis, uniaxial tension test, hardness and metallographic structures. For this study, different spheroidizing anneal cycles were accomplished for the obtaining of the changes in the crystalline structure and consequently, alterations in the mechanical properties of the material. For this, the samples were submitted to different spheroidizing anneal cycles, following to curves different from time in temperature.

O presente trabalho teve como objetivo analisar os efeitos dos ciclos de recozimento de esferoidização nas propriedades mecânicas do aço ABNT 5160. O aço ABNT 5160 foi escolhido para este estudo por ter uma grande aplicabilidade na indústria automobilística; possuindo como características principais a sua utilização em peças e conjuntos que necessitam de grande resistência à corrosão e ao calor e também onde é necessário um número elevado de ciclos de tensões; como por exemplo: em molas automotivas. Os espécimes originais foram caracterizados através de análise química, tração, dureza e estrutura metalográfica. Para este estudo, foram realizados diferentes ciclos de recozimento de esferoidização para a obtenção das mudanças na estrutura cristalina e, por conseguinte, alterações nas propriedades mecânicas do material. Para isto, as amostras foram submetidas a diferentes ciclos de recozimento de esferoidização, seguindo a curvas distintas de tempo em temperatura. / The present work has as goal analyzes the effects of the spheroidizing anneal cycles of in the mechanical properties of the ABNT 5160 steel. The ABNT 5160 steel was chosen for this study by has a great applicability in the automobilist industry; possessing as main characteristics the use in pieces and groups that need great resistance to the corrosion and the heat and also where it is necessary a high number of stress cycles; as for instance: in automotive springs. The original specimens were characterized by chemical analysis, uniaxial tension test, hardness and metallographic structures. For this study, different spheroidizing anneal cycles were accomplished for the obtaining of the changes in the crystalline structure and consequently, alterations in the mechanical properties of the material. For this, the samples were submitted to different spheroidizing anneal cycles, following to curves different from time in temperature.

O presente trabalho teve como objetivo analisar os efeitos dos ciclos de recozimento de esferoidização nas propriedades mecânicas do aço ABNT 5160. O aço ABNT 5160 foi escolhido para este estudo por ter uma grande aplicabilidade na indústria automobilística; possuindo como características principais a sua utilização em peças e conjuntos que necessitam de grande resistência à corrosão e ao calor e também onde é necessário um número elevado de ciclos de tensões; como por exemplo: em molas automotivas. Os espécimes originais foram caracterizados através de análise química, tração, dureza e estrutura metalográfica. Para este estudo, foram realizados diferentes ciclos de recozimento de esferoidização para a obtenção das mudanças na estrutura cristalina e, por conseguinte, alterações nas propriedades mecânicas do material. Para isto, as amostras foram submetidas a diferentes ciclos de recozimento de esferoidização, seguindo a curvas distintas de tempo em temperatura. / The present work has as goal analyzes the effects of the spheroidizing anneal cycles of in the mechanical properties of the ABNT 5160 steel. The ABNT 5160 steel was chosen for this study by has a great applicability in the automobilist industry; possessing as main characteristics the use in pieces and groups that need great resistance to the corrosion and the heat and also where it is necessary a high number of stress cycles; as for instance: in automotive springs. The original specimens were characterized by chemical analysis, uniaxial tension test, hardness and metallographic structures. For this study, different spheroidizing anneal cycles were accomplished for the obtaining of the changes in the crystalline structure and consequently, alterations in the mechanical properties of the material. For this, the samples were submitted to different spheroidizing anneal cycles, following to curves different from time in temperature.

O objetivo deste trabalho foi investigar a influência das temperaturas de austenitização de têmpera e de revenimento na tenacidade ao impacto e na vida em fadiga do aço-mola SAE 5160, considerando diferentes teores de fósforo. Foram efetuados tratamentos térmicos de têmpera e revenimento em lâminas de aço SAE 5160 com bitolas de 70x10 mm, utilizando três diferentes temperaturas de austenitização: 850ºC, 900ºC, e 1000ºC, com tempo de permanência em forno durante 15 minutos. A temperatura do óleo de têmpera foi de 66ºC. As condições de revenimento foram de 470ºC (70 min), 500ºC (64 min), e 530ºC (59 min), desde que a dureza final fosse mantida no intervalo de 45±3 HRC. Foram efetuados tratamentos térmicos em lâminas com baixo, médio e altos teores de fósforo (0,012%, 0,017%, 0,025% e 0,031% em peso), com a finalidade de observar o efeito do teor de fósforo sobre uma possível fragilização do aço-mola. Analisando os resultados obtidos, foi possível observar que o P, mesmo em teores abaixo do máximo permitido e dependendo das temperaturas de austenitização e revenido, pode causar a fragilização induzindo à fratura frágil do tipo intergranular, como foi observado nas análises das superfícies de fratura. No entanto, se a vida de nucleação for considerada, pode-se observar também que a fragilização não possui efeito algum sobre a vida em fadiga do componente. / The aim of this work was to analyze the influence of austenitizing and tempering temperatures on the impact and fatigue life of the SAE 5160 spring steel, considering two different P amount. Bars (70 x 10 mm) were heat treated using three different austenitizing temperatures, 850ºC, 900ºC and 1000ºC, with a 15 min furnace soaking time. The quenching temperature was 66ºC. The tempering conditions were 470ºC (70 min), 500ºC (64 min), e 530ºC (59 min), since the final hardness has to be kept in the range of 45±3 HRC. Heat treatment was carried out in materials with similar chemical compositions but with different P levels, this is, 0,012%, 0,017%, 0,025% and 0,031 wt%, looking at the effect of the P level to quench and temper embrittlement. From the results was possible to observe that the P content, even bellow the maximum level, depending on the quench and temper temperatures may cause embrittlement, as observed by the absorbed impact energy and fracture surface analysis. However, if nucleation life is considered, it was also observed that this embrittlement has no effect on the fatigue life.

O objetivo deste trabalho foi investigar a influência das temperaturas de austenitização de têmpera e de revenimento na tenacidade ao impacto e na vida em fadiga do aço-mola SAE 5160, considerando diferentes teores de fósforo. Foram efetuados tratamentos térmicos de têmpera e revenimento em lâminas de aço SAE 5160 com bitolas de 70x10 mm, utilizando três diferentes temperaturas de austenitização: 850ºC, 900ºC, e 1000ºC, com tempo de permanência em forno durante 15 minutos. A temperatura do óleo de têmpera foi de 66ºC. As condições de revenimento foram de 470ºC (70 min), 500ºC (64 min), e 530ºC (59 min), desde que a dureza final fosse mantida no intervalo de 45±3 HRC. Foram efetuados tratamentos térmicos em lâminas com baixo, médio e altos teores de fósforo (0,012%, 0,017%, 0,025% e 0,031% em peso), com a finalidade de observar o efeito do teor de fósforo sobre uma possível fragilização do aço-mola. Analisando os resultados obtidos, foi possível observar que o P, mesmo em teores abaixo do máximo permitido e dependendo das temperaturas de austenitização e revenido, pode causar a fragilização induzindo à fratura frágil do tipo intergranular, como foi observado nas análises das superfícies de fratura. No entanto, se a vida de nucleação for considerada, pode-se observar também que a fragilização não possui efeito algum sobre a vida em fadiga do componente. / The aim of this work was to analyze the influence of austenitizing and tempering temperatures on the impact and fatigue life of the SAE 5160 spring steel, considering two different P amount. Bars (70 x 10 mm) were heat treated using three different austenitizing temperatures, 850ºC, 900ºC and 1000ºC, with a 15 min furnace soaking time. The quenching temperature was 66ºC. The tempering conditions were 470ºC (70 min), 500ºC (64 min), e 530ºC (59 min), since the final hardness has to be kept in the range of 45±3 HRC. Heat treatment was carried out in materials with similar chemical compositions but with different P levels, this is, 0,012%, 0,017%, 0,025% and 0,031 wt%, looking at the effect of the P level to quench and temper embrittlement. From the results was possible to observe that the P content, even bellow the maximum level, depending on the quench and temper temperatures may cause embrittlement, as observed by the absorbed impact energy and fracture surface analysis. However, if nucleation life is considered, it was also observed that this embrittlement has no effect on the fatigue life.

Secondary hardening ultra-high strength (SHUHS) steels possess a unique combination of strength, fracture toughness and stress corrosion cracking resistance, which makes them candidate materials for aircraft landing gear and armour applications. There is a sustained drive to develop stronger and tougher materials for such applications. The objectives of this thesis are two-fold: first, to develop a new SHUHS alloy that is stronger than the existing SHUHS steel developed at Defence Metallurgical Research Laboratory (DMRL), Hyderabad and second, to establish processing-structure-property correlations for the new alloy. Empirical design and development of these complex steels involves enormous effort, cost, time and materials resources. To avoid this, a semi-empirical approach was espoused in this thesis wherein thermodynamic calculations using ThermoCalc were conducted to computationally design a series of alloys with varying levels of Cr and Mo. The design space was constrained by two objectives related to M2C carbides which are the primary cause of secondary hardening in these alloys. The first objective was to increase the amount of M2C to increase the peak strength, while the second objective was to lower the Cr/Mo ratio of the M2C to control its over-ageing behavior. Two new alloys C23 (with 2Cr-3Mo, wt. %) and C55 (with 5Cr-5Mo, wt. %) and a base alloy akin to the DMRL SHUHS steel, C21 were selected for experimental validation. These alloys were melted, rolled and subjected to a battery of heat treatments. Austenitization studies revealed that the new alloys required higher austenitization temperatures to dissolve primary carbides. However such a treatment also resulted in an austenite composition that was not conducive for obtaining a fully martensitic microstructure on quenching. Based on these studies, the design space was modified to include additional criteria related to the Ms and precipitate dissolution temperatures. C55 failed to clear either criteria, while C23 cleared both, and so tempering studies were limited to C23. Isochronal tempering studies revealed that C23 in the peak aged condition was >10% stronger than C21 indicating that the alloy design objective of strength enhancement was achieved successfully. Microstructural characterization revealed that the strength enhancement was due to the higher number density and volume fraction of the M2C-like solute clusters in C23, which resist shearing in the under-aged condition and strengthen by Orowan mechanism in the over-aged condition. This thesis has successfully demonstrated that the design paradigm of enhancing strength by increasing the amount of M2C is justified and that ThermoCalc can be used to as an objective-oriented alloy design tool in this class of the steels.