O aço inoxidável martensítico ASTM A743 CA6NM é utilizado para produzir componentes especiais para turbinas hidráulicas, devido às suas boas propriedades mecânicas combinadas com alta resistência à corrosão e cavitação e uma boa soldabilidade. As turbinas hidráulicas são produzidas por meio de múltiplos passes de solda em peças espessas obtidas por fundição. Durante a operação, estes componentes estão sujeitos à erosão por cavitação e trincas em regiões tensionadas, que são reparados também por meio de soldagem. Após o processo de soldagem, um tratamento térmico pós-soldagem é comumente utilizado para aliviar as tensões residuais. Porém, existem dificuldades significativas para a realização de tratamento térmico nas turbinas hidráulicas, tais como a complexidade da geometria de solda, a possibilidade de distorção no caso de quaisquer cargas mecânicas, dificuldade em aquecer simetricamente, e também o tratamento térmico pode causar degradação das propriedades do material. Assim, existe um grande interesse no desenvolvimento de procedimentos de soldagem que elevem a tenacidade ao impacto e evitem o tratamento térmico pós-soldagem. Neste trabalho, a aplicação de vibrações mecânicas durante e após a soldagem para aliviar tensões residuais foram avaliadas em juntas de aço inoxidável martensítico CA6NM soldadas pelo processo Flux Cored Arc Welding (FCAW). A utilização de vibrações mecânicas para reduzir e redistribuir as tensões residuais das estruturas soldadas através da aplicação de carga vibratória pode gerar muitos benefícios. Testes de impacto Charpy (-20 °C), ensaios de tração e dobramento foram realizados conforme ASME IX, e perfis de microdureza nas diferentes regiões da solda foram conduzidos para a caracterização mecânica das juntas soldadas. A caracterização microestrutural foi realizada utilizando difração de raios X, microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados de propriedades mecânicas das amostras vibradas atenderam as exigências especificadas por norma, na qual o processo com tratamento térmico é recomendado para a soldagem deste tipo de aço, visando atingir os níveis de tenacidade do material original. Com relação à microestrutura não foram observados alterações significativas para as amostras vibradas em comparação com a condição \"como soldado\", porém para a condição com tratamento térmico pós-soldagem foi observado uma pequena quantidade de austenita retida, que são precipitadas após o tratamento térmico e permanecem finamente distribuídas após o resfriamento e auxiliam no ganho de tenacidade das juntas soldadas. / The martensitic stainless steel ASTM A743 CA6NM is used to produce special parts for hydraulic turbines, due to its good mechanical properties combined with high resistance to corrosion and cavitation and good weldability. These components are produced by multiple weld passes in thick parts obtained by casting. During operation, these components are subject to cavitation erosion and cracks in stressed regions, which are also fixed by welding. After the welding process, a post-weld heat treatment (PWHT) is commonly used to relieve the residual stresses. However, there are significant difficulties to perform heat treatment in hydraulic turbines, such as the complexity of the weld geometry, the possibility of distortion in the case of any mechanical loads, difficulty in heat symmetrically, and also heat treatment may cause degradation of the properties of material. Thus, there is great interest in the development of welding procedures that will increase the toughness and avoid post-weld heat treatment. In this work, the application of mechanical vibrations during and after welding to relieve residual stresses were evaluated in martensitic CA6NM stainless steel joints welded by Flux Cored Arc Welding (FCAW). The use of mechanical vibration to reduce and redistribute the residual stresses of welded structures through the vibration loading application can generate many benefits. Charpy impact test (-20 ° C), tensile and bending tests were performed according to ASME IX, and microhardness profiles in different regions of the weld were conducted to evaluate the mechanical properties of the welded joints. Microstructural characterization was performed using X-ray diffraction, optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM). The results of mechanical properties of vibrated samples met the requirements specified by standard, wherein the PWHT is recommended to weld this type of steel, in order to meet original base metal toughness. Regarding the microstructure were not observed significant changes to the vibrated sample compared to the condition as welded, but for the condition with PWHT was observed a small amount of retained austenite, which are precipitated after heat treatment and remain finely distributed after cooling and promote a better toughness of welded joints.

O aço inoxidável martensítico ASTM A743 CA6NM é utilizado para produzir componentes especiais para turbinas hidráulicas, devido às suas boas propriedades mecânicas combinadas com alta resistência à corrosão e cavitação e uma boa soldabilidade. As turbinas hidráulicas são produzidas por meio de múltiplos passes de solda em peças espessas obtidas por fundição. Durante a operação, estes componentes estão sujeitos à erosão por cavitação e trincas em regiões tensionadas, que são reparados também por meio de soldagem. Após o processo de soldagem, um tratamento térmico pós-soldagem é comumente utilizado para aliviar as tensões residuais. Porém, existem dificuldades significativas para a realização de tratamento térmico nas turbinas hidráulicas, tais como a complexidade da geometria de solda, a possibilidade de distorção no caso de quaisquer cargas mecânicas, dificuldade em aquecer simetricamente, e também o tratamento térmico pode causar degradação das propriedades do material. Assim, existe um grande interesse no desenvolvimento de procedimentos de soldagem que elevem a tenacidade ao impacto e evitem o tratamento térmico pós-soldagem. Neste trabalho, a aplicação de vibrações mecânicas durante e após a soldagem para aliviar tensões residuais foram avaliadas em juntas de aço inoxidável martensítico CA6NM soldadas pelo processo Flux Cored Arc Welding (FCAW). A utilização de vibrações mecânicas para reduzir e redistribuir as tensões residuais das estruturas soldadas através da aplicação de carga vibratória pode gerar muitos benefícios. Testes de impacto Charpy (-20 °C), ensaios de tração e dobramento foram realizados conforme ASME IX, e perfis de microdureza nas diferentes regiões da solda foram conduzidos para a caracterização mecânica das juntas soldadas. A caracterização microestrutural foi realizada utilizando difração de raios X, microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados de propriedades mecânicas das amostras vibradas atenderam as exigências especificadas por norma, na qual o processo com tratamento térmico é recomendado para a soldagem deste tipo de aço, visando atingir os níveis de tenacidade do material original. Com relação à microestrutura não foram observados alterações significativas para as amostras vibradas em comparação com a condição \"como soldado\", porém para a condição com tratamento térmico pós-soldagem foi observado uma pequena quantidade de austenita retida, que são precipitadas após o tratamento térmico e permanecem finamente distribuídas após o resfriamento e auxiliam no ganho de tenacidade das juntas soldadas. / The martensitic stainless steel ASTM A743 CA6NM is used to produce special parts for hydraulic turbines, due to its good mechanical properties combined with high resistance to corrosion and cavitation and good weldability. These components are produced by multiple weld passes in thick parts obtained by casting. During operation, these components are subject to cavitation erosion and cracks in stressed regions, which are also fixed by welding. After the welding process, a post-weld heat treatment (PWHT) is commonly used to relieve the residual stresses. However, there are significant difficulties to perform heat treatment in hydraulic turbines, such as the complexity of the weld geometry, the possibility of distortion in the case of any mechanical loads, difficulty in heat symmetrically, and also heat treatment may cause degradation of the properties of material. Thus, there is great interest in the development of welding procedures that will increase the toughness and avoid post-weld heat treatment. In this work, the application of mechanical vibrations during and after welding to relieve residual stresses were evaluated in martensitic CA6NM stainless steel joints welded by Flux Cored Arc Welding (FCAW). The use of mechanical vibration to reduce and redistribute the residual stresses of welded structures through the vibration loading application can generate many benefits. Charpy impact test (-20 ° C), tensile and bending tests were performed according to ASME IX, and microhardness profiles in different regions of the weld were conducted to evaluate the mechanical properties of the welded joints. Microstructural characterization was performed using X-ray diffraction, optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM). The results of mechanical properties of vibrated samples met the requirements specified by standard, wherein the PWHT is recommended to weld this type of steel, in order to meet original base metal toughness. Regarding the microstructure were not observed significant changes to the vibrated sample compared to the condition as welded, but for the condition with PWHT was observed a small amount of retained austenite, which are precipitated after heat treatment and remain finely distributed after cooling and promote a better toughness of welded joints.

Submitted by Angela Maria de Oliveira (amolivei@uepg.br) on 2019-02-08T11:08:03Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Willian Ricardo.pdf: 8465496 bytes, checksum: a01921f9da37abb9909a79e5b398408c (MD5) / Made available in DSpace on 2019-02-08T11:08:03Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Willian Ricardo.pdf: 8465496 bytes, checksum: a01921f9da37abb9909a79e5b398408c (MD5) Previous issue date: 2018-08-24 / Turbinas hidráulicas usadas em usinas hidrelétricas podem apresentar desgastes por cavitação e trincas em sua operação, as quais em alguns casos reparadas por soldagem a arco elétrico, por ser um processo de menor custo em comparação à troca da turbina. O aço inoxidável martensítico A743 grau CA6NM é empregado em serviços que requerem boa resistência mecânica associada a resistência à corrosão, principalmente em equipamento para extração de petróleo nos rotores e componentes de turbinas hidráulicas. Este trabalho tem por escopo analisar a microestrutura formada após processo de soldagem TIG (Tungsten Inert Gas) de um aço ASTM A743 CA6NM, usando material de adição similar, avaliando a presença da estrutura ferrita delta, austenita retida e carbonetos. Variando as espessuras das amostras e parâmetros de soldagem como passe único de soldagem e multipasse, mantendo temperatura de pré-aquecimento e interpasse de150ºC. Estimando a influência dos parâmetros na microestrutura com a dureza dos cordões e da ZTA. Os experimentos revelaram que um único passe de solda é suficiente para a formação de ferrita delta na forma de rede ao longo do cordão de solda e nas regiões expostas a altas temperaturas na zona termicamente afetada (ZTA), assim como o perfil de durezas da seção transversal do cordão de solda apontam durezas que variam desde 344 ± 6 HV para a região fundida, passando por um pico de dureza de 379 ± 4 HV na ZTA e terminando no metal base com 290 ± 5 HV, na solda multipasse a origem das diferentes morfologias de ferrita é múltipla, havendo uma diferença da taxa de resfriamento nos cordões,sendo que entre a base e o topo da solda pode ser percebido acumulo de ferrita delta na região interpasse e no topo do ultimo cordão de solda e a variação de largura da ZTA pelos passes subsequentes, a morfologia da ferrita delta zona termicamente afetada (ZTA) na condição multipasse, assim como o perfil de durezas da seção transversal dos cordões de solda apontam durezas que variam desde 311 ± 24 HV para a região fundida, passando por um pico de dureza de 326 ± 33 HV na ZTA. / Hydraulic turbines used in hydroelectric plants may present wear by cavitation and cracks in their operation, and in some cases repaired by electric arc welding, being a process of lower cost compared to the turbine exchange. A743 grade martensitic stainless steel CA6NM is used in services that require good mechanical resistance associated with corrosion resistance, especially in oil extraction equipment, rotors and hydraulic turbine components. This work aims to analyze the microstructure formed after TIG (Tungsten Inert Gas) welding of an ASTM A743 CA6NM steel, using similar addition material, evaluating the presence of the delta ferrite, retained austenite and carbides structure. By varying the sample thicknesses and welding conditions as single pass welding and multipass, maintaining preheating temperature and interpass of 150ºC. Estimating the influence of the parameters in the microstructure with the hardness of the strands and the ZTA. The experiments revealed that a single soldering pass is sufficient for the formation of delta ferrite in the form of a net along the weld bead and in the regions exposed to high temperatures in the thermally affected zone (ZTA), as well as the hardness profile of the section cross section of the weld beads indicate hardness ranging from 344 ± 6 HV to the molten region, passing through a hardness peak of 379 ± 4 HV in the ZTA and ending in the base metal with 290 ± 5 HV, in the multipass weld the origin of the different In the present study, the ferrite morphologies are multiple, with a difference in the cooling rate in the cords, between the base and the top of the weld it is possible to detect the accumulation of delta ferrite in the interpass region and at the top of the last weld bead and the ZTA The thermally affected zone delta ferrite (ZTA) morphology in the multipass condition, as well as the cross section hardness profile of the weld beads, point to hardnesses that vary from 311 ± 24 HV for the molten region, passing through a hardness peak of 326 ± 33 HV in the ZTA.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:11:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2287.pdf: 18321038 bytes, checksum: c48a6e450395341c48a1a9e46b92819a (MD5) Previous issue date: 2007-02-27 / The subject of this work was to study the mechanical properties, based in tensile and impact tests, of two stainless martensitic steels cast under designations of ASTM Standards, namely the CA15 steel, a steel with 12% of Cr, and the CA6NM steel, a steel with 12% Cr and 4% Ni. For both steel grades bar tests were machined out from Keel Block coupons test cast in sand molds bonded with no-bake resin, according to the ASTM designations. Before machining the Keel Blocks were heat treated according to the ASTM standards as following: solubilization, quenching and tempering. The effectiveness of the heat treatments and the results of the mechanical tests were evaluated by means of microstructural characterization using optical and scanning electron microscopies. The CA15 steel showed the presence of delta ferrite in the martensitic matrix, and a weak tendency to carbide precipitation. On the other hand, the CA6NM steel showed predominantly a martensitic structure and strong carbide precipitation. The effect of two quenching conditions, namely water and air, were investigated on the mechanical properties of CA15 and CA6NM steels and showed to be high significance. For both steels two distinct levels of tensile strength at room temperature were obtained, one inferior to 700MPa, and other superior around the 900MPa. In the CA15 grades were obtained higher values of area reduction and lower elongation values, when compared to the CA6NM grade. The tensile tests at higher temperature (500°C), led to a reduction of approximately 30% in the values of tensile strength for the CA15 steel. However, in the CA6NM steel, the reduction of the tensile strength was lower( less than 20%) due to presence of massive carbide precipitation. After impact tests at several temperatures for determination of the ductile-fragile transition temperature, according to the 20,6J criterion, the CA15 steel revealed a transition temperature beyond 10°C, while the CA6NM steel revealed values between -100 and -150°C. / A presente dissertacao, consiste no estudo das propriedades mecanicas, com base em ensaios de tracao e impacto de dois acos inoxidaveis martensiticos, fundidos sob designacoes da norma ASTM, o aco CA15, um aco com 12% de Cr e o aco CA6NM, um aco com 12% Cr, 4% Ni e 0,65% Mo. O trabalho atestou os dois acos CA15 e CA6NM, em condicoes equiparaveis de ensaios de tracao e impacto, a partir de corpos de prova tipo Keel Block fundidos em molde de areia aglomerada com resina, conforme as designacoes da norma ASTM. A efetividade dos tratamentos termicos e o resultado sob os ensaios mecanicos foram verificados por meio de ensaios de caracterizacao microestrutural: analise metalografica por microscopia otica e eletronica de varredura. No aco CA15 observou-se a predisposicao a obtencao de ferrita delta na matriz martensitica, e uma fraca tendencia a precipitacao de carbonetos. No aco CA6NM, tanto a microestrutura predominantemente martensitica, quanto a forte precipitacao de carbonetos, sao tracos marcantes. Os efeitos de dois meios de tempera: agua e ar, sob as propriedades mecanicas dos acos CA15 e CA6NM, foram investigados e se mostraram muito significativos. Para ambos os acos, duas classes de limites de resistencia a tracao em temperatura ambiente foram obtidas, uma inferior a 700MPa, e outra superior, em torno dos 900MPa. No aco CA15 obteve-se maiores valores de reducao de area e menores valores de alongamento, em comparacao com o CA6NM. Os ensaios de tracao a quente(500°C), revelaram uma reducao nos valores de limite de resistencia(em relacao ao obtido a temperatura ambiente), em torno dos 30% no aco CA15. Mas no aco CA6NM, a reducao do limite de resistencia atingiu valores baixos de ate 20%, devido a presenca massiva de carbonetos. Apos ensaio de impacto em diversas temperaturas, para determinacao da temperatura de transicao ductil-fragil segundo criterio 20,6J, o aco CA15 revelou temperaturas de transicao maiores que 10°C, enquanto que o CA6NM revelou valores de temperatura de transicao entre -100 e -150°C.