Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T20:02:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 101479.pdf: 16031816 bytes, checksum: ffe2e496df9f870491d8daf9ad6ec2c4 (MD5) Previous issue date: 1995 / Avalia a influência do tipo de metal de adição e do aporte térmico sobre a susceptibilidade à corrosão sob tensão de juntas soldadas de aço inoxidável austenítico AISI 304 em meios contendo cloretos. Foi realizada soldagem a arco manual com eletrodo revestido utilizando método de adição de três composições químicas diferentes (E308L, E309 e E316L) e dois níveis de aporte térmico (5,1 e 8,9 kJ/cm). Os resultados mostraram que o eletrodo E309 é o metal de adição mais indicado para uso em soldas a serem realizadas em equipamentos sujeitos à corrosão sob tensão. A morfologia e distribuição da ferrita delta na microestrutura da zona fundida contribuiu favoravelmente para este fato. Os metais de adição E308L e E316L tiveram um desempenho bastante similar. Quanto ao aporte térmico, as soldas realizadas com maior energia (8,5 kJ/cm) apresentaram uma maior resistência por corrosão sob tensão.

Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2015-11-03T20:23:09Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTAÇÃO_EfeitoCaracterísticasMicroestruturais.pdf: 4622852 bytes, checksum: 235793baeaf245cfb090fd33619308ff (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2015-11-04T17:02:10Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTAÇÃO_EfeitoCaracterísticasMicroestruturais.pdf: 4622852 bytes, checksum: 235793baeaf245cfb090fd33619308ff (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-04T17:02:10Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTAÇÃO_EfeitoCaracterísticasMicroestruturais.pdf: 4622852 bytes, checksum: 235793baeaf245cfb090fd33619308ff (MD5) Previous issue date: 2015 / Dois diferentes tipos de aços eutetóides são empregados na fabricação de trilhos ferroviários usados hoje na construção e manutenção das estradas de ferro do Brasil pela empresa Valor Logística Integrada – VLI. Porém não há produção nacional de trilhos, e a VLI importa esses componentes principalmente do Japão, China e Estados Unidos. Trilhos do tipo standard e premium são classificados de acordo com a presença de elementos de liga em sua composição e de acordo com o tratamento térmico realizado no boleto do trilho. Este trabalho caracteriza a microestrutura, o comportamento mecânico, determina a tenacidade à fratura e o comportamento em propagação de trinca por fadiga de dois trilhos (um standard e um premium), provenientes do Japão e da China. A microestrutura foi avaliada por microscopia óptica e eletrônica de varredura (MEV). O tamanho médio das colônias de perlita e o espaçamento interlamelar foram medidos. Além disso, foram realizados ensaios de dureza e tração, ensaios de tenacidade à fratura (mecânica de fratura linear elástica - KIC), e ensaios de propagação de trincas por fadiga (da/dN x K). As superfícies de fratura dos corpos de prova de todos os ensaios foram analisadas via MEV para confirmar o mecanismo de fratura material. As análises metalográficas mostraram a presença de perlita fina em todos os aços como constituinte majoritário, com uma distribuição normal de inclusões, mas com diferenças entre as características microestruturais (tamanho de colônia e espaçamento interlamelar) entre os dois aços estudados. Os ensaios mecânicos mostraram que existe uma diferença de resistência mecânica entre os aços. Os aspectos microestruturais foram correlacionados com os resultados da mecânica de fratura e de propagação de trincas por fadiga, a fim de mostrar o efeito da microestrutura no comportamento mecânico dos aços, que são informações relevantes para uma seleção adequada dos aços, pela VLI, para aplicações ferroviárias. Confirmou-se que uma estrutura mais refinada apresenta maior valor de dureza e de resistência mecânica, menor valor de tenacidade à fratura KIC e pior comportamento em fadiga, com menor valor de resistência à propagação de trinca por fadiga na região de crescimento de trinca I (KTH). A fractografia confirmou o comportamento frágil desses materiais. ________________________________________________________________________ / ABSTRACT: Two different types of eutectoid steels are used in the manufacture of rails used in the construction and maintenance of Brazilian railroads, by the Valor Logística Integrada – VLI company. However, there is no national production of these type of steels and VLI buys rails mainly from Japan, China and United States. Premium and Standard types of rails are classified depending on the presence of certain alloying elements and the heat treatment done on the rails head. The present work characterizes the microstructure, the mechanical behavior, and determines the fracture toughness and fatigue behavior of two of those steels (one Standard and one Premium), from Japan and China. The microstructure was evaluated by light optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM). Average grain size and pearlite interlamellar spacing were measured. In addition, hardness, tensile tests, fracture toughness tests (linear elastic fracture mechanics - KIC), and fatigue crack propagation tests (da/dN x K) were performed. The fracture surfaces of the specimens of all tests were analyzed via SEM to confirm the fracture mechanism of each material. Metallographic examination showed the presence of fine pearlite in all steels as major constituent, with a normal distribution of inclusions, but with differences between the microstructural characteristics (colony size and interlamelar spacing) of the two steels. Mechanical tests also showed a large difference in strength between the steels. The microstructural aspects were correlated with the results of fracture mechanics and fatigue crack propagation in order to show the effect of the microstructure on the mechanical behavior of the steels and provide relevant information for an adequate selection of steel for railroad applications, by VLI. It was confirmed that a more refined microstructure has larger value of hardness and greater tensile strength, lower value of fracture toughness KIC and worse fatigue behavior, with smaller value of fatigue propagation resistance in crack growth region I (KTH). The fractography confirmed the brittle behavior of the materials studied.

Orientador : Itamar Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-01T16:43:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Guimaraes_VagnerAlves_D.pdf: 38478701 bytes, checksum: 3b9c82d7e18215a719acbe37e6f3b68d (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Neste trabalho foram estudados os efeitos do recozimento a temperaturas de 600 a 1300 °C e deformação plástica a frio, por tração em 10 e 20%, sobre a microestrutura, propriedades mecânicas e resistência à corrosão de um aço inoxidável austenítico ISO 5832-9, utilizado para a fabricação de implantes ortopédicos. Foram realizadas análise química, microscopia ótica, ensaios de dureza Vickers, tração, tenacidade à fratura (CTOD), polarização potenciodinâmica cíclica, corrosão por pite/fresta, corrosão intergranular, fadiga-corrosão e microscopia eletrônica de varredura. Os resultados mostraram que o material na condição como recebido apresentou microestrutura, propriedades mecânicas e resistência à corrosão dentro dos requisitos da norma ISO 5832-9, sendo esta a condição que apresentou as melhores propriedades mecânicas e de corrosão dentre as condições estudadas. O material deformado em 20% manteve a resistência à corrosão e mostrou resistência à fadiga-corrosão superior à condição como recebido; entretanto, a baixa tenacidade à fratura observada nos ensaios de CTOD restringe a utilização do material nestas condições. O material tratado a 800 e 900°C apresentou diminuição simultânea da tenacidade à fratura (CTOD) e da resistência à corrosão. A diminuição da tenacidade à fratura foi atribuída à precipitação de Cr2N e fase qui (X). A precipitação de Cr2N é mais intensa a 800°C e a precipitação da fase qui (X) ocorreu mais intensamente a 900°C, nas condições estudadas neste trabalho. O material tratado em 1100, 1200, 1250 e 1300 °C por 1 hora apresentou diminuição da resistência mecânica e aumento da tenacidade à fratura com o aumento da temperatura de tratamento. O material tratado a 1300 °C apresentou baixa resistência à fadiga-corrosão. O aumento da tenacidade à fratura foi atribuído ao maior espaçamento das partículas. A faixa de temperatura ideal para a solubilização do material, determinada neste trabalho, situa-se no intervalo de 1000 a 1100 °c / Abstract: The influence of annealing treatment, performed at temperatures from 600 to 1300 °C, and cold work performed by tensile at 10 and 20%, on the mechanical and corrosion properties of an ISO 5832-9 austenitic stainless steel used for orthopedic implants manufacturing has been studied. Has been performed chemical analysis, optical and scanning electronic microscopy, and hardness, tensile, fracture toughness (CTOD), potentiodynamic anodic polarization, pitting or crevice corrosion, intergranular corrosion, and fatigue-corrosion tests. The results for the material in as received condition showed microstructure, mechanical and corrosion resistance in accordance which the ISO 5832-9 standard and better than other conditions studied in this work. The condition 20% cold worked showed high corrosion resistance and fatigue-corrosion resistance higher than as received condition, but on the other hand, the fracture toughness is very low for using the material in this condition. Simultaneous decrease in fracture toughness and corrosion resistance was observed for 800 and 900°C treatments. This effect was attributed to Cr2N and phase chi (x) precipitation. The phase chi (x) precipitation occurs more intensively in 900°C and Cr2N precipitation occurs more intensively in 800°C, for the conditions studied in this work. Decrease in mechanical resistance and increase in fracture toughness was observed for conditions annealing at 1100, 1200, 1250, and 1300 °C with increasing the treatment temperature. Decrease in fatigue-corrosion resistance has been observed for 1300 °C treatment. The increase in fracture toughness was attributed to increasing the displacement between partic1es. The indicate temperature range for annealing studied in this work is from 1000 to 1100 °C, i.e., higher than the carbide and intermetallic phases precipitation range and lower than the high grain growth range / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador : Itamar Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-01T19:39:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Giordani_EnricoJose_D.pdf: 32895725 bytes, checksum: 0c97b681bb94f24e4f73bfaa31b4f07c (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Atualmente ocorre um número considerável de falhas de implantes ortopédicos, temporários e permanentes, fabricados com o aço inoxidável austenítico ASTM F 138, o material metálico mais utilizado na fabricação de implantes ortopédicos. O aço inoxidável austenítico ISO 5832-9 vem também sendo utilizado na fabricação de implantes, há alguns anos, como substituto do aço ASTM F 138, sem uma base sólida de pesquisa sobre o seu desempenho. Este trabalho tem por objetivos caracterizar e analisar a microestrutura, as propriedades mecânicas básicas (tração e dureza), a resistência à corrosão localizada e as propriedades de fadiga em meios neutro e meio fisiológico artificial (solução aquosa de NaCl a 0,9%), além de estudar os mecanismos de nucleação de trincas por fadiga, em meio neutro e fisiológico artificial, de dois aços inoxidáveis austeníticos utilizados na fabricação de implantes ortopédicos, ASTM F 138 e ISO 5832-9, na condição solubilizados. Assim, este estudo é uma das bases da análise da substituição do aço ASTM F 138 pelo ISO 5832-9. A análise microestrutural revelou que a presença de partículas de precipitados, caracterizados como fase Z (NbCrN), é responsável por uma redução acentuada no tamanho médio de grão austenítico do aço ISO 5832-9 (diâmetro médio R: 15_m) quando comparado com o aço ASTM F 138 (diâmetro médio R: 60_m). Atribuise principalmente ao refino de grão e à presença do nitrogênio em solução sólida os altos níveis de resistência mecânica do aço ISO 5832-9 (ae R: 500 MPa e at R: 860 MPa) quando comparado com o aço ASTM F 138 (ae R: 250 MPa e at R: 590 MPa). Os ensaios de suscetibilidade à corrosão localizada, em solução aquosa de NaC1 a 0,9%, revelaram que o nitrogênio em solução sólida também confere um melhor desempenho ao aço ISO 5832-9 quando comparado com o aço ASTM F 138. Apesar da combinação de melhor resistência mecânica e melhor resistência à corrosão, os ensaios de fadiga, para altos níveis de tensão, revelaram que a presença do meio fisiológico artificial tem maior influência sobre a vida em fadiga do aço ISO 5832-9 quando comparado com o aço ASTM F 138. Entretanto, o estudo dos mecanismos de nucleação de trincas por fadiga e fadiga-corrosão mostrou que essa maior influência se deve ao estabelecimento de condições favoráveis à corrosão em frestas no interior de descontinuidades geométricas formadas a partir da ruptura de grande parte das partículas de precipitados da fase Z, logo no primeiro ciclo de carregamento sob condições de deformação plástica. Desta forma, se o material não experimentar deformações plásticas a frio e assim a integridade dos precipitados for mantida, a combinação de melhores resistência mecânica e resistência à corrosão sugere que o aço ISO 5832-9 é um material muito promissor para a fabricação de implantes ortopédicos, principalmente para aplicações mais severas envolvendo tempos mais longos e altos níveis de solicitação / Abstract: The ASTM F 138 stainless steel is current1y the most used material to produce orthopedic implants and a considerable nurnber of failure of temporary or perrnanent orthopedic implants occurs. Since some years the austenitic ISO 5832-9 stainless steel is also being used in implants fabrication as a replacement to the ASTM F 138 without a consistent research ofits perforrnance. The objectives of the this work were to characterize and analyze the rnicrostructure, the basic mechanical properties (tensile and hardness), the localized corrosion resistance, and fatigue properties in neutral and artificial physiological solution of the ASTM F 138 and ISO 5832-9 stainless steels under solubilised conditions, tOOt are being used as orthopedic implant materiaIs. Moreover a study of the fatigue and corrosion fatigue crack nucleation mechanisms of these materials are cared out. Thereby, this study is one of the bases to analyze the replacement of ASTM F 138 by ISO 5832-9 in orthopedic applications. Microstructural analysis revealed that the presence of particles of precipitates, characterized as Z-phase (NbCrN), is responsible for considerable austenitic grain refinement of ISO 5832-9 steel (average diameter _ 15 11m) when compared to ASTM F 138 steel (average diarneter _ 60 j..lm). The high levels of strength of ISO 5832-9 steel (Sy _ 500 MPa e Su _ 860 MPa) when compared to ASTM F 138 steel (Sy _ 250 MPa e Su _ 590 MPa) are main1y attributed to grain refinement and nitrogen presence in solid solution in ISO 5832-9 steel. The localized corrosion tests in 0.9% NaCI aqueous solution revealed tOOt the nitrogen in solid solutions also confers the better perforrnance of ISO 5832-9 steel when compared to ASTM F 138 steel. Despite the combination ofbetter strength and better corrosion resistance, the fatigue tests to high stress levels revealed tOOt the presence of artificial aggressive environrnent has stronger influence on the fatigue life of ISO 5832-9 then on the ASTM F 138 steel. However, the fatigue and corrosion fatigue crack nucleations studies showed tOOt the greater influence due to establishrnent of favorable conditions to crevice corrosion within the geometrical discontinuities forrned from rupture of many particles of Z-phase precipitates still in first cycle of stress under conditions of plastic deforrnation. In this way, if the material does not undergoes cold plastic deforrnation and so the integrity of precipitates was maintained, the combination of better strength and better corrosion resistance suggests tOOt the ISO 5832-9 steeJ is a very prornising material to orthopedic implants producing, main1y in more severe applications involving longer times em higher stress levels / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Main extrinsic and intrinsic modifiers factors of crack growth rate in AA7050-T7451 were assessed in order to provide tools for aeronautical structures designers. These tools cover most necessary information to project aircraft\'s structures using the studied alloy, under damage tolerance philosophy. The experimental methodology consisted of use CT specimens, on TL and LT rolling direction to test its behavior under different conditions of stress ratio, force waveform, and the environment. The stress ratio values were 0.1 and 0.5, the force waveform used were sine and trapezoidal or Dwell under normal air laboratory conditions and salt fog 3.5%NaCl weight in order to simulate the marine environment. In Dwell tests, results were checked with the electrical potential drop technique (DCPD) in addition to the crack opening displacement (COD) method. Using the Walker coefficients, calculated on the present research, could be projected accurately the crack propagation behavior on Paris region and do fatigue life predictions using da/dN and S-N diagrams for different stress ratio values. The corrosion environment increases both crack growth rate and ΔKth due to oxides formation on the crack path that generates a crack closure effect. Dwell carrying makes decrease the crack growth rate by decreasing the slope of the Paris line on log (da/dN) versus log (ΔK) curve, instead of shifting down the line as occurs on titanium alloys. Rolling direction change from LT to TL increase the FCG rate in both threshold and Paris region, where the rate change use to be small. / Os principais fatores modificadores extrínsecos e intrínsecos da taxa de propagação de trincas na liga AA7050-T7451 foram avaliados para fornecer subsídios para projetistas de estruturas aeronáuticas, com base na filosofía de tolerância ao dano. A metodologia experimental consistiu em ensaiar corpos de prova do tipo compact tension (CT) da liga nas direções de laminação TL e LT, para verificar seu comportamento sob diferentes razões de tensões, forma de onda e condição ambiente. Os valores de razão de tensão estudados foram 0,1 e 0,5, as formas de onda foram senoidal e trapezoidal ou de Dwell, em condições normais de laboratório, ao ar, e névoa salina 3,5% NaCl, em massa, para simular um ambiente marinho. No caso dos ensaios Dwell, os resultados foram conferidos pelo método de queda de potencial eléctrico (QPE), além do método de flexibilidade elástica. Usando os coeficientes de Walker calculados a partir dos resultados obtidos, pôde-se projetar com precisão o comportamento da propagação de trinca na região de Paris e prever a vida em fadiga usando os diagramas da/dN e S-N para diferentes valores da razão de tensões. O ambiente corrosivo aumenta tanto a taxa de propagação de trinca, quanto o valor de ΔKth por causa da formação de óxidos na trajetória da trinca, que geram um efeito de fechamento sobre a mesma. Quanto à forma de onda, verificou-se que o carregamento Dwell diminui a taxa de propagação de trinca, diminuindo a inclinação das curvas log (da/dN) versus log (ΔK) na região de Paris, ao invés de deslocá-la paralelamente como ocorre com ligas de titânio. A mudança da direção de laminação de LT para TL aumenta a taxa de propagação de trinca por fadiga (PTF) tanto na região de threshold, quanto na região de Paris, onde a mudança de taxa é pequena.

Main extrinsic and intrinsic modifiers factors of crack growth rate in AA7050-T7451 were assessed in order to provide tools for aeronautical structures designers. These tools cover most necessary information to project aircraft\'s structures using the studied alloy, under damage tolerance philosophy. The experimental methodology consisted of use CT specimens, on TL and LT rolling direction to test its behavior under different conditions of stress ratio, force waveform, and the environment. The stress ratio values were 0.1 and 0.5, the force waveform used were sine and trapezoidal or Dwell under normal air laboratory conditions and salt fog 3.5%NaCl weight in order to simulate the marine environment. In Dwell tests, results were checked with the electrical potential drop technique (DCPD) in addition to the crack opening displacement (COD) method. Using the Walker coefficients, calculated on the present research, could be projected accurately the crack propagation behavior on Paris region and do fatigue life predictions using da/dN and S-N diagrams for different stress ratio values. The corrosion environment increases both crack growth rate and ΔKth due to oxides formation on the crack path that generates a crack closure effect. Dwell carrying makes decrease the crack growth rate by decreasing the slope of the Paris line on log (da/dN) versus log (ΔK) curve, instead of shifting down the line as occurs on titanium alloys. Rolling direction change from LT to TL increase the FCG rate in both threshold and Paris region, where the rate change use to be small. / Os principais fatores modificadores extrínsecos e intrínsecos da taxa de propagação de trincas na liga AA7050-T7451 foram avaliados para fornecer subsídios para projetistas de estruturas aeronáuticas, com base na filosofía de tolerância ao dano. A metodologia experimental consistiu em ensaiar corpos de prova do tipo compact tension (CT) da liga nas direções de laminação TL e LT, para verificar seu comportamento sob diferentes razões de tensões, forma de onda e condição ambiente. Os valores de razão de tensão estudados foram 0,1 e 0,5, as formas de onda foram senoidal e trapezoidal ou de Dwell, em condições normais de laboratório, ao ar, e névoa salina 3,5% NaCl, em massa, para simular um ambiente marinho. No caso dos ensaios Dwell, os resultados foram conferidos pelo método de queda de potencial eléctrico (QPE), além do método de flexibilidade elástica. Usando os coeficientes de Walker calculados a partir dos resultados obtidos, pôde-se projetar com precisão o comportamento da propagação de trinca na região de Paris e prever a vida em fadiga usando os diagramas da/dN e S-N para diferentes valores da razão de tensões. O ambiente corrosivo aumenta tanto a taxa de propagação de trinca, quanto o valor de ΔKth por causa da formação de óxidos na trajetória da trinca, que geram um efeito de fechamento sobre a mesma. Quanto à forma de onda, verificou-se que o carregamento Dwell diminui a taxa de propagação de trinca, diminuindo a inclinação das curvas log (da/dN) versus log (ΔK) na região de Paris, ao invés de deslocá-la paralelamente como ocorre com ligas de titânio. A mudança da direção de laminação de LT para TL aumenta a taxa de propagação de trinca por fadiga (PTF) tanto na região de threshold, quanto na região de Paris, onde a mudança de taxa é pequena.