O comportamento eletroquímico do aço carbono em soluções aquosas contendo KNO3 0,10 mol L-1 e soluções etanólicas contendo cloreto de tetraetilamônio 0,10 mol L-1 foi estudado na ausência e na presença de diferentes concentrações (0,50 mM a 50,0 mM) de acetato de linalila, mentol, limoneno e pulegona. Técnicas eletroquímicas como a potenciometria, varredura potenciodinâmica, cronoamperometria, curvas de Tafel e espectroscopia de impedância eletroquímica foram utilizadas a fim de compreender a interação entre os compostos orgânicos e a superfície do eletrodo. Medidas de perda de massa também foram realizadas, bem como a comprovação visual dos resultados mediante registros fotográficos. O acetato de linalila adsorve na superfície do aço carbono mesmo na presença de grande quantidade de água ou etanol. A energia livre de adsorção de Gibbs para este processo é de -26,0 kJ mol-1 em soluções aquosas e -26,7 kJ mol-1 em soluções etanólicas. Para o mentol, a energia livre de adsorção de Gibbs calculada foi de -26,7 kJ mol-1 em soluções aquosas e -24,2 kJ mol-1 em soluções etanólicas. Para o limoneno, esses valores foram -24,2 kJ mol-1 em meio aquoso e -26,0 kJ mol-1 em meio etanólico, e para a pulegona os valores foram de -25,7 kJ mol-1 e -24,6 kJ mol-1, em meio aquoso e etanólico, respectivamente. Foi detectado que as espécies adsorvidas na superfície do metal diminuíram os valores das densidades de corrente anódicas, bem como a perda de massa do metal. Esses efeitos permitem-nos classificar esses compostos orgânicos como inibidores naturais de corrosão para o aço carbono em soluções aquosas e etanólicas. / The electrochemical behavior of low carbon steel in aqueous solutions containing KNO3 0.10 mol L-1 and ethanolic solutions containing tetraethylammonium chloride 0.10 mol L-1 was studied in the absence and presence of different concentrations (0.50 mM to 50.0 mM) of linalyl acetate, menthol, limonene and pulegone. Electrochemical techniques such as potentiometry, cyclic voltammetry, chronoamperometry, Tafel curves and electrochemical impedance spectroscopy were used to understand the interaction between the organic compound and the electrode surface. Weight loss measurements were also performed, as well as visual confirmation of the results by photographic records. Linalyl acetate adsorbed on low carbon steel surface even in the presence of a large amount of water or ethanol. The Gibbs free energy of adsorption for this process was -26.0 kJ mol-1 in aqueous solutions and -26.7 kJ mol-1 for ethanol solutions. For menthol, the Gibbs free energy of adsorption was calculated -26.7 kJ mol-1 in aqueous solutions and -24.2 kJ mol-1 for ethanol solutions. For limonene, these values were -24.2 kJ mol-1 in aqueous medium and -26.0 kJ mol-1 in ethanolic medium, and for pulegone the values were - 25.7 kJ mol-1 and -24.6 kJ mol-1 in aqueous and ethanolic medium, respectively. It was detected that the species adsorbed on the metal surface decreased the amounts of anodic current densities and the metal mass loss. These effects allow us to classify the organic compounds investigated as natural corrosion inhibitors for low carbon steel in aqueous and ethanolic solutions.

As tintas em pó estão ganhando espaço no mercado, por serem ecologicamente corretas, sem solventes e com componentes sólidos. A proteção é uma de suas principais funcionalidades para evitar a ação direta de agentes agressivos. Por serem compostas de polímeros elas correm o risco em situações adversas de entrarem em combustão. O presente estudo sobre retardadores de chama tem a finalidade de avaliar a utilização de uma resina acrílica com a adição de argilas Montmorilonita (MMT) na classificação 15A , 30B, e Mica moscovita. A adição das argilas foi na proporção de 2% e 4%(m/m) e a incorporação das argilas na tinta em pó ocorreu no estado fundido através da extrusão. A mistura da tinta em pó base acrílica(TA) com as argilas ,antes da cura, foram analisadas por diferentes técnicas de caracterização, tais como, análise termogravimétrica (TGA), microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X (DRX) e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). A aplicação das tintas em pó sobre painéis de aço carbono AISI 1006 ocorreu por pulverização eletrostática. O efeito da incorporação de diferentes teores de argila nas propriedades físicas, proteção à corrosão e à combustão das tintas foram avaliadas por ensaios de medida de brilho, flexibilidade, resistência ao impacto, aderência, exposição à névoa salina e a chama (norma DIN 4102 B2). As tintas em pó com MMT e Mica moscovita apresentaram um comportamento térmico semelhante a amostra de tinta acrílica pura, sendo a perda de massa das amostras acima de 300ºC relacionadas à degradação da matriz polimérica. Pelo MEV constatou-se que as argilas MMT-15A e MMT- 30B apresentaram aglomerados irregulares e a Mica moscovita apresentou uma morfologia constituída por conjunto de placas paralelas sobrepostas. Através do DRX, a resina acrílica com argilas MMT-15A ou MMT-30B demonstraram o aparecimento de picos, sugerindo uma estrutura intercalada. A difração de raios-X da tinta acrílica com Mica moscovita 2% e 4% demonstraram perfil característico da argila, com picos agudos. Quanto as propriedades de retardamento de chama nos tempos de combustão de 60s e principalmente de 40s nas tintas acrílicas com Mica moscovita 2% e 4% apresentaram maior estabilidade térmica perante as demais formulações. O ensaio de flexibilidade mostrou que as amostras sem argila e com a Mica moscovita em 2% e 4% não apresentaram desplacamento. O ensaio de resistência ao impacto mostrou uma excelente resposta da resina acrílica pura. No teste de aderência constatou-se a inexistência de áreas desplacadas. O teste de dureza a lápis o filme mais resistente para o sistema foi da tinta acrílica MMT-30B em 4%. Nos ensaios de névoa salina todas as amostras apresentaram produtos de corrosão próximo à incisão. A tinta acrílica com Mica moscovita demonstrou inúmeras qualidades, principalmente o retardamento de chama. / The powder coatings are gaining market share because they are environmentally friendly, solvent-free and solid components. Protection is one of its main features to avoid direct action of aggressive agents. Because they are composed of polymers they risk in adverse situations come into combustion. This study of flame retardants is intended to evaluate the use of an acrylic resin with the addition of Montmorillonite clays (MMT) in rank 15A, 30B, and muscovite mica. The addition of clay has a proportion of 2% and 4% (m / m) and the incorporation of clays in powder paint was in the molten state by extrusion. The mixture ink in acrylic-based powder (TA) with the clay, prior to curing, analyzed by various characterization techniques such as Thermogravimetric Analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD ) spectroscopy and Fourier transform infrared (FTIR). The application of powder coatings on carbon AISI 1006 steel panels by electrostatic spraying occurred. The effect of incorporating different clay in physical properties, corrosion protection and combustion of the inks were evaluated by brightness measurement tests, flexibility, impact resistance, adhesion, exposure to salt spray and flame (DIN 4102 B2 ). Powder paints with MMT and Mica Muscovite had a similar thermal behavior pure acrylic paint sample, and the mass loss of the samples above 300 °C related to the degradation of the polymeric matrix. By SEM it was found that the MMT-clay and MMT 15A-30B show irregular agglomerates and Muscovite mica showed a morphology constituted by overlapping set of parallel plates. By XRD, acrylic resin MMT-clay or MMT 15A-30B show the appearance of peaks, suggesting an interleaved structure. The X-ray diffraction of acrylic paint with Muscovite Mica 2% and 4% clay showed a characteristic profile with sharp peaks. As the flame retardant properties in combustion times of 60 s and 40 s mainly in acrylic inks Muscovite Mica 2% and 4% had greater thermal stability towards other formulations. The flexibility test showed that the samples without clay and with the Muscovite Mica 2% and 4% showed no peeling. The impact resistance test showed an excellent response of pure acrylic resin. In the adhesion test it was found that no desplacadas areas. The pencil hardness test the tougher the film to the acrylic paint system was MMT-30B in 4%. In the salt spray test all samples showed corrosion products close to the incision. Acrylic paint with Muscovite Mica demonstrated many qualities, especially flame retardancy.

Orientador: Paulo Roberto Mei / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T08:02:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cunha_AdiltoPereiraAndrade_M.pdf: 16921116 bytes, checksum: 9063583d316335cd01376da752a55eb1 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Neste trabalho foi estudada a influência da adição de molibdênio e nióbio na microestrutura e propriedades mecânicas de aço com 0,5 %C, utilizado na fabricação de rodas ferroviárias. A deformação foi aplicada através da laminação, em escala de laboratório, simulando o forjamento no processo real de fabricação. As amostras foram aquecidas a 1250 °C para solubilização do nióbio, sendo então laminadas em 4 passes, a partir de 1200 °C, sofrendo uma deformação total (redução em altura) de 67%, seguida de resfriamento ao ar. Posteriormente estes aços foram submetidos a um tratamento térmico de têmpera e revenimento. Foram analisadas amostras dos aços por microscopia óptica e eletrônica de varredura e também foram realizados ensaios mecânicos em todas as condições. Após a laminação entre 1200 e 1120 °C, observou-se que a adição de Mo + Nb promoveu um aumento da resistência mecânica, mantendo a mesma ductilidade e tenacidade. Após a laminação com posterior têmpera e revenimento a 500°C, simulando o mesmo tratamento feito na roda ferroviária, o aço C5 apresentou dureza, resistência mecânica e alongamento iguais à do aço da MWL, porém com redução de área e energia absorvida maiores que o aço da MWL. O aço microligado apresentou maiores valores de resistência mecânica, ductilidade e tenacidade que o aço da MWL, o que demonstra seu potencial para melhorar a qualidade das rodas ferroviárias atualmente produzidas / Abstract: The influence of molybdenum and niobium addition on the microstructure and mechanical properties of 0.50% carbon steel, used in railway wheels, was studied. The deformation was applied by rolling, in a thermo mechanical processing laboratory, simulating the forging in the real process of manufacture. The samples were heated at 1250 °C to niobium solubilization, and then rolled in 4 passes, from 1200 °C, suffering a total deformation (reduction in height) of 67%, followed by air cooling. Steels were water quenched and tempered (heat treatment). Steel samples, before and after rolling and heat treated were analyzed by optical and scanning electron microscopy. Mechanical tests were performed on the all conditions. After rolling between 1200 and 1120 ° C, it was observed that the addition of Mo + Nb promoted an increase of mechanical strength, keeping the same ductility and toughness. After rolling with subsequent quenching and tempering at 500 ° C, simulating the same treatment done in the railway wheel, steel C5 showed the same toughness, strength and elongation in comparation with MWL rail wheels steel, but with reduced area and absorbed energy greater than the MWL steel. The microalloyed steel showed higher strength, ductility and toughness than MWL steel, which demonstrates its potential to improve the quality of railway wheels currently produced / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Sérgio Tonini Button / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T12:21:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PelacaniJunior_JoseMartinho_M.pdf: 2100152 bytes, checksum: 02d47dfc2504a38fb6ef5695fff57190 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Sendo o forjamento amplamente empregado para manufatura de componentes automotivos, este trabalho foi dedicado ao desenvolvimento, por meio de simulação numérica, do projeto para forjamento a morno de um produto denominado monobloco. Esta peça possui a dificuldade de, ao ser conformada, contemplar uma extrusão direta e reversa. Para esse desenvolvimento, primeiramente, o processo a quente foi caracterizado, visto ser o empregado atualmente na indústria. Em seguida, foram estudadas duas versões de projeto visando equilibrar os esforços nas etapas para que na sequência fossem realizadas diversas simulações, buscando a otimização dos parâmetros de geometria e de processo. Finalmente, foi exemplificado o projeto a morno de outro monobloco, através de um método e seu funcionamento comprovado novamente por meio de simulação numérica. Por fim, pode-se concluir, através de simulação numérica, a possibilidade de conformação a morno do componente empregando três etapas (extrusão direta, reversa e conformação final) com níveis de dano semelhantes ao processo realizado a quente. Além disso, o estudo das inter-relações das variáveis de geometria das etapas pode auxiliar no projeto exemplo de outra peça semelhante / Abstract: Forging process is widely used to manufacture automotive components. This work is dedicated to develop by numerical simulation, a warm forging project for a part named constant velocity joint (CVJ). As difficulty this part presents both the back and forward extrusion when it is formed. For this research, primarily, the hot process was characterized because it is the current process. Then, two different versions of a new project were studied, aiming at optimizing geometric and process parameters. Finally, as an example, one part was designed using a numerical method and the workability was verified by finite element simulation. Finally, it was possible to conclude the possibility of warm forging process by three stages, verified by numerical simulation. The proposed process has maintained in the same damages level of the hot process. Beyond it, the relationship of geometric parameters could help the design of another similar part / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Camadas de fosfato tricatiônico são largamente utilizadas na indústria automotiva como proteção contra corrosão e adesão de revestimentos orgânicos ao substrato de aço. A combinação do fosfato e revestimento proporciona à superfície metálica, alta durabilidade à corrosão. Porém a camada cristalina obtida com este tipo de fosfato apresenta poros entre os cristais, expondo o substrato metálico ao ambiente corrosivo, tornando importante um tratamento de passivação após fosfatização. O tratamento comercial de fosfatização tricatiônico e subsequente passivação envolvem o uso de elementos tóxicos, tais como níquel e cromo hexavalente, produzindo resíduos que são prejudiciais ao ambiente e seu uso têm sido cada vez mais proibido. O objetivo do presente estudo é investigar o efeito da troca do níquel, no processo de fosfatização, pelo composto de nióbio (oxalato de nióbio e amônio) com relação à resistência à corrosão do aço fosfatizado. Esta investigação foi realizada através de métodos eletroquímicos, utilizando-se principalmente ensaios de polarização potenciodinâmica e técnicas de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE); como também ensaios de névoa salina. Para caracterização superficial das camadas de fosfato foram adotadas, entre outras, as análises por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS) e difração de raios-X. Foram adotados dois tipos de banho de fosfato tricatiônico. Inicialmente utilizou-se uma composição de banho preparada em laboratório baseada em formulação usada por indústria de eletrodomésticos. Posteriormente foi adotado um banho com composição típica da indústria automotiva, especialmente preparado para estudos sem a presença do níquel. Os resultados dos testes eletroquímicos mostraram que a camada de fosfato obtida em solução contendo nióbio (zinco, manganês e nióbio) produziu melhor proteção contra corrosão do substrato, comparativamente àquela obtida em banho contendo níquel (zinco, manganês e níquel). O ensaio de névoa salina, por outro lado, sugeriu um desempenho similar com relação à corrosão para estes dois tipos de camadas de fosfato. O oxalato de nióbio e amônio parece apresentar um efeito de passivação mesmo quando usado em banhos de fosfatização. Mas como agente de passivação para aço carbono fosfatizado, os resultados apontaram para a necessidade de se realizar novas pesquisas. / Tricationic phosphate layers are largely used in the automotive industry for corrosion protection and coatings adhesion to the steel substrate. The combination of phosphate and coating provides to the metallic surface long life protection against corrosion. The crystalline phosphate layer however presents porosities that exposes the metallic substrate to the corrosive environment and, consequently, a passivating treatment subsequent to phosphating is advisable. The commercial treatments of tricationic phosphating and subsequent passivation involve the use of toxic elements, such as nickel and hexavalent chromium, producing residues that are harmful to the environment and their use is being increasingly prohibited. The aim of the present study is to investigate the effect of replacement of nickel in the phosphating process by a niobium compound (ammonium niobium oxalate) on the corrosion resistance of the phosphated steel. The corrosion resistance evaluation of the phosphated steel was investigated by electrochemical methods, mainly polarization tests and electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and salt spray tests. Characterization of the phosphate layer was also carried out by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction. Two types of tricationic phosphate baths were adopted. Initially, a laboratory prepared type based on the composition used in the electro domestic industry was utilized. Subsequently, another bath with a composition typical of the automotive industry, but specially prepared for this study with no nickel, was used. The results from electrochemical tests showed that the phosphate layer obtained in the niobium containing solution (zinc, manganese and niobium) produced better corrosion protection of the substrate comparatively to that produced in the nickel containing one (zinc, manganese and nickel). The salt spray tests, on the other hand, suggested similar corrosion performance for the samples with the two types of phosphate layers. The oxalate of niobium and ammonium seems to present a passivating effect when it is used in the phosphating bath. But to passivating effect the results pointed out to the need to carry out further research on the effect of niobium compound as a passivating agent for phosphated carbon steel.

A proposta de desenvolvimento deste trabalho de dissertação veio de encontro com o objetivo de adaptar um laboratório para pesquisas em transformações de fases, utilizando o método dilatométrico, onde foram estudadas as reações no estado sólido que sofrem os materiais submetidos a ciclos térmicos. Para atingir este objetivo, instalou-se recentemente um dilatômetro de resfriamento rápido, modelo DT 1000 da Adamel Lhomargy. Completada a etapa de instalação do equipamento, o passo seguinte consistiu em explorar, através de ciclos térmicos variados, todos os recursos manipuláveis do dilatômetro. Aplicando a técnica dilatometrica em um aço de características termomecânicas conhecidas - SAE 1070 - possibilitou-se, a partir deste trabalho, que pesquisas mais complexas pudessem ser executadas com tal equipamento ou que o mesmo servisse como um instrumento complementar para estudos de transformações de fases. Nessa fase inicial de investigações estudou-se as curvas dilatométricas a fim de verificar os tempos de início e fim de transformação isotérmica em várias temperaturas de decomposição da austenita. Traçou-se as curvas de transformação isotérmica - curvas TTT - para o aço ensaiado (tratado termicamente), onde analisou-se a influência desse tratamento térmico prévio (recozimento) sobre a transformação \'alfa\' para \'gama\'. Finalizando a parte prática deste trabalho, comprovou-se as transformações de fases isotérmicas nas várias temperaturas ensaiadas, através de análise metalográfica e de medidas de microdureza dos produtos obtidos. A fim de solucionar eventuais problemas relacionados ao manuseio e manutenção do equipamento, com base na experiência adquirida ao longo do desenvolvimento deste trabalho, são dadas sugestões de possíveis aplicações do dilatômetro de têmpera rápida DT 1000 em pesquisas de transformações de fases. / The purpose of this work comes together with the objective to adapt a phase transformation research laboratory using dilatometric method, where it will be possible to study the solid state reactions of materials submited to thermal cycles. To fulfil this purpose, it was installed a high speed quenching dilatometer, model DT 1000 manufactured by Adamel Lhomargy. After this stage, our next step was to explorer all equipment resources through variable thermal cycles. Appling dilatometric method to a well known thermomechanical steel - SAE 1070 - it becomes possible the accomplishment of more complex experiments with this equipment. This equipment, itself, may be a powerfull auxilliary instrument to phase transformations studies. In this first investigation, it was studied the dilatometric curves to find the beginning and the end times of isothermal phase transformation for several austenite decomposition temperatures - TTT diagram - for the tested steel (thermal treated). The effect of this previous heat treatment (annealing) on the \'alfa\' for \'gama\' transformation were observed. Finally, the isothermal phase transformation at the different tested temperatures could be confirmed through metallographic and microhardness analysis. In order to solve possible problems associated to the equipment use or maintenance, some suggestions of applications of the high speed quenching dilatometer are indicated for further works.

La corrosion de l'acier dans le béton est un phénomène de dégradation majeur des structures en béton armé, qui débute par la dépassivation de l'acier due à l'abaissement du pH de la solution interstitielle et se concrétise par l'initiation de la corrosion par piqûres. Pour y remédier des inhibiteurs de corrosion peuvent être ajoutés dans la formulation du béton. Lors de ce travail, l'influence de la composition chimique de la solution interstitielle de bétons jeunes (quelques minutes après gâchage du ciment) sur la qualité du film d'oxydes formé sur la surface d'un acier doux C15 généralement employé comme armature métallique dans les bétons de constructions a été évaluée. Pour ce faire, des mesures électrochimiques (suivi du potentiel libre de corrosion Ecorr en fonction du temps d'immersion, courbes de polarisation et spectroscopie d'impédance électrochimique) ont été combinées à des analyses de surface (XPS) ainsi que des analyses de réflectométrie, à différents potentiels anodiques et cathodiques. Dans un premier temps, les résultats obtenus dans les différentes solutions interstitielles synthétiques (CEM I, II et III ; E/C = 0,45), ont été comparés à ceux obtenus dans une solution de référence NaOH 0,1 M, à pH = 13, simulant l'environnement basique des armatures métalliques. Dans un second temps, les mesures électrochimiques ainsi que les analyses de surface par XPS ont été réalisées en présence de 10% en volume de bioadjuvant. Lors de ce travail un nouveau mélange organique produit par la bactérie Pseudomonas a été testé. L'effet de l'ajout de ce dernier en solution comportant des chlorures a été évalué afin d'étudier son efficacité en conditions de corrosion localisée / Reinforcing steel in concrete is usually passivated due to the formation of a protective oxide layer that remains stable in the high alkaline surrounding pore solution. However, carbonation and contamination with chlorides induce passive film breakdown and pitting corrosion initiation. Thus, corrosion inhibitors can be added to fresh concrete as admixtures. In this work, we used a new eco-friendly bio-admixture (BA), produced by a Gram-negative bacteria (Pseudomonas). BA was added at concentration of 10 v/v % to various simulated electrolytes representative of concrete pore solutions (CPS) extracted from different concrete mixtures (CEM I, CEM II and CEM III; w/c = 0.45). The objectives of this work were to study the influence of (1) the chemical composition of CPS and (2) the bio-admixture on the electrochemical behaviour and the surface chemical composition of C15 carbon steel, used for reinforcement of building concrete. For that purpose, electrochemical measurements (corrosion potential Ecorr as a function of time, polarization curves, electrochemical impedance spectroscopy) were performed first in 0.1 M NaOH reference solution to understand the electrochemical behaviour of C15 mild steel by and then compared to those obtained in simulated CPS without or with BA. The pH of the synthetic CPS was adjusted to 13. The electrochemical results were combined to surface analysis by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and surface reflectivity. Experiments were also carried out in chlorides solution in order to study the effect of BA in localized corrosion conditions.

This dissertation investigates microstructure/property relations in ultrahigh carbon steel (UHCS) with the aim of improving toughness while retaining high hardness. Due to high C contents (ranging from 1 to 2 wt%), UHCS exhibit high strength, hardness, and wear resistance. Despite this, applications for UHCS are currently limited because they typically contain a continuous network of proeutectoid cementite that greatly reduces ductility and toughness. In previous research, thermomechanic processing had seen considerable success in breaking up the network. However, the processing is difficult and has thus far seen very limited industrial application. Chemical modification of the steel composition has also seen some success in network break-up, but is still not well understood. There have been relatively few fundamental studies of microstructure evolution in UHCS; studies in the literature typically focused on lower C steels (up to 1 wt% C) or on cast irons (>2.1 wt% C). Thus, this work was undertaken to gain a better understanding of microstructural changes that occur during heat treatment and/or chemical modification of UHCS with a focus on the distribution of proeutectoid cementite within the microstructure. This dissertation is composed of eight chapters. The first chapter presents an introduction to phases found in UHCS, descriptions of research materials used in each chapter, and the hypotheses and objectives guiding the work. The second chapter describes a study of the microstructure found in a 2C-4Cr UHCS before and after an industrial-scale austenitizating heat treatment that increased hardness and toughness and also produced discrete carbide particles in the matrix. The third chapter establishes and demonstrates a metric for measuring connectivity in carbide networks. The fourth chapter describes a series of heat treatments designed to investigate kinetics of spheroidization and coarsening of carbide particles and denuded zones near cementite network branches in 2C-4Cr UHCS. The fifth chapter describes an additional series of heat treatments comparing coarsening kinetics in 2C-1Cr and 2C-4Cr UHCS. Lowering the Cr content caused clustering of cementite particles near grain boundaries, in contrast to the denuded zones observed in the higher Cr UHCS. The fifth chapter details four in situ confocal laser scanning microscopy heat treatments of 2C-4Cr UHCS. The seventh chapter investigates the effects of a 2wt% Nb addition on 2C-4Cr UHCS. The eighth and final chapter summarizes the findings of all the experiments of the previous chapters and revisits the objectives and conclusions.

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Orientadores: Paulo Roberto Mei , Amilton Sinatora / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-26T20:19:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fonseca_SolangeTamarada_D.pdf: 21576321 bytes, checksum: ed8a1cccc8774fff4540b331b49b44b8 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Uma das maneiras de se reduzir os custos no transporte de cargas é aumentando a quantidade de carga transportada por vagão, isto eleva a tensão no eixo do vagão e, consequentemente, a roda deve possuir maior dureza sem perda da tenacidade para suportar o desgaste. Para atingir os níveis de dureza necessários estão sendo desenvolvidas rodas ferroviárias com aços microligados que são definidos como aços carbono-manganês contendo pequenos teores (menores que 0,5% em massa) de elementos de liga, que são fortes formadores de carbonetos como o nióbio (Nb), vanádio (V), molibdênio (Mo) e titânio. Em 2008, a MWL do Brasil iniciou o desenvolvimento de rodas ferroviárias fabricadas com aços microligados, e a partir de 2012, com a colaboração da EPUSP foi necessário o desenvolvimento de uma máquina de ensaio de desgaste tipo disco contra disco que atendesse as especificações da norma AAR (Association of American Railroads). Além disso, havia interesse em se conhecer o comportamento desses aços, sendo assim, seria necessário obter as curvas de resfriamento contínuo (CRC) dos mesmos. A análise destas mostrou que a adição dos elementos microligantes refinou o grão austenítico por formação de finos carbonetos de Nb e V, retardou a formação de ferrita e perlita, o que reduziu o espaçamento interlamelar da perlita; e elevou a temperabilidade dos aços. Entretanto, a adição de microligantes não alterou as temperaturas de início de formação de martensita, mas melhorou a temperabilidade. A formação de martensita não foi finalizada até a temperatura ambiente e todos os aços apresentaram austenita retida junto com a martensita. A análise de corpos de prova retirados das pistas de rolamento das rodas ferroviárias prontas para uso, com estrutura ferrítica-perlítica, revelou que o aço ao V apresentou os melhores resultados em todos os ensaios (tração na temperatura ambiente e 540 ºC, energia absorvida no ensaio Charpy e KIC) quando comparado ao aço sem microligantes ou com a adição de Nb+Mo. O melhor desempenho do aço ao V foi atribuído ao seu menor tamanho de grão austenítico e espaçamento interlamelar da perlita mais refinado. No ensaio de desgaste por deslizamento, a perda de massa foi maior no aço Nb. O primeiro protótipo construído da máquina de desgaste tipo disco contra disco forneceu resultados confiáveis até 250.000 ciclos, não atingindo o valor minímo especificado pela AAR. Entretanto a experiência adquirida foi essencial para projetar um novo protótipo que está em comissionamento / Abstract: One of the main strategies to reduce cost in load transportation is through the increase of the load transported a railroad car. This increase of tension in the wagons axes, require wheels with higher hardness but without loss of ductility and toughness. Thus, to achieve the required levels of hardness, the developments are now focusing on railway wheels composed by microalloyed steels that are defined as carbon-manganese steels containing a small amount (less than 0.5% by mass) of strong carbide-forming elements such as niobium (Nb), vanadium (V), molybdenum (Mo) and/or titanium. The MWL Brazil began in 2008, together with Unicamp, a research project on the development of railway wheel made of microalloyed steel and, later on 2012, EPUSP joined to the project reinforcing the importance of the project. During this work, project developed a disk-on-disk wear test machine that would attend the specifications of the standard AAR (Association of American Railroads). Besides, there was also an interest on further knowing the behavior of these steels, that is, it would be necessary to obtain the continuous cooling curves (CCC). In this work, the analysis of CCC showed that the addition of microalloying elements contributed in refining the austenitic grain size due to fine Nb and V carbides formation; delayed the formation of ferrite and pearlite, which reduced the interlamellar spacing of pearlite; and increased the hardenability of steels. However, the addition of microalloying did not change the starting martensite formation temperature, but increased the hardenability. It was also observed that the formation of martensite was not finished at room temperature and all studied steels presented retained austenite. The analysis of samples taken from the tread of railway wheels, with ferritic-pearlitic structure revealed that the vanadium steel showed the best results in all tests of strength (at room temperature and 540 °C), K1C and Charpy test if compared to steels without microalloying or with the addition of Nb+Mo. The superior performance vanadium steel was attributed to the smallest austenite grain size and the finest interlamellar spacing of the pearlite. In the wear test, the weight loss was greater in the niobium microalloyed steel. The developed prototype of the disk-on-disk wear test machine only provided reliable results up to 250,000 cycles; it not reached the minimum value specified by the AAR. However, the experience was essential to enhance a new prototype that is commissioning / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutora em Engenharia Mecânica