Este trabalho tem por objetivo avaliar a influência do tratamento criogênico em um aço DIN 1.4110, verificando sua resistência mecânica e propriedades metalúrgicas antes e depois dos testes realizados. Para isso amostras do aço foram tratadas termicamente em um forno de atmosfera controlada a 1060°C para realização da tempera, após foi realizado um revenimento a 300°C por 1,5 hora. O tratamento criogênico foi realizado entre a tempera e o revenimento e os parâmetros variados foram a temperatura do tratamento e o tempo de exposição (1, 6 e 12 horas). As temperaturas utilizadas foram duas e variaram conforme o método utilizado: -80°C (Tratamento criogênico superficial), para esta temperatura foi utilizado o sistema de nebulização direta com controle de temperatura; para as peças tratadas a -196°C (Tratamento criogênico profundo) foi utilizado o método de imersão direta. Para avaliar a microestrutura foram realizadas metalografias e análises através de microscópio óptico e MEV. Na avaliação do desgaste foi utilizado um tribômetro tipo esfera/plano e perfilômetro para avaliar os canais de desgaste. Também foi realizado ensaios de dureza e de difratometria de raio-X para avaliar a quantidade de austenita retida. Os resultados obtidos apontam para uma melhoria das propriedades mecânicas em relação à amostra não tratada (dureza elevada e melhoria na resistência ao desgaste de até 15 %) em ambos os casos: tratamento criogênico profundo a -196 C e superficial a - 80 ° C. Os valores encontrados para a quantidade de austenita retida que eram de 61,4% para as amostras não tratadas variaram de 27,7% até 20,3% para as tratadas. Não houve alteração microestrutural visível em nenhuma amostra com relação á distribuição de carbonetos. O coeficiente de atrito das amostras não apresentou uma alteração significativa, ficando com valor próximo a 0,8 em todas as amostras. / This study aims to evaluate the influence of cryogenic treatment on a steel DIN 1.4110, checking its mechanical strength and metallurgical properties before and after the tests. To do such work, steel samples were heat treated in a controlled atmosphere furnace to 1060 ° C to do the quenching after tempering was carried out at 300 ° C for 1.5 hour. The cryogenic treatment was performed between the quenching and tempering and the parameters varied were temperature and the exposure time (1, 6, and 12 hours). The temperatures used were two and varied according to the method used: -80 ° C (Shallow cryogenic treatment), to reach this temperature was used a direct misting system with temperature control, for pieces treated at -196 ° C (deep cryogenic treatment) the method used was immersion. To evaluate the micro structure metalografies were analyzed by optical microscope and SEM. The wear resistance was analyzed with a tribometer (ball/ plan) and profilometer to evaluate the wear channels. It was also performed hardness tests and X-ray diffraction to evaluate the amount of retained austenite. The results obtained show improved mechanical properties compared to untreated sample (high hardness and improved wear resistance of up to 15%) in both cases: deep cryogenic treatment at -196 C to - 80 ° C and superficial. The values found for the amount of retained austenite which were 61,4% for the untreated samples ranged from 27.7% to 20.3% for those treated. There wasn't any micro structural variation or difference in the carbide distribution between the samples. The friction coefficient of the samples did not show a significant change, getting a value close to 0.8 for all samples.

Este trabalho tem por objetivo avaliar a influência do tratamento criogênico em um aço DIN 1.4110, verificando sua resistência mecânica e propriedades metalúrgicas antes e depois dos testes realizados. Para isso amostras do aço foram tratadas termicamente em um forno de atmosfera controlada a 1060°C para realização da tempera, após foi realizado um revenimento a 300°C por 1,5 hora. O tratamento criogênico foi realizado entre a tempera e o revenimento e os parâmetros variados foram a temperatura do tratamento e o tempo de exposição (1, 6 e 12 horas). As temperaturas utilizadas foram duas e variaram conforme o método utilizado: -80°C (Tratamento criogênico superficial), para esta temperatura foi utilizado o sistema de nebulização direta com controle de temperatura; para as peças tratadas a -196°C (Tratamento criogênico profundo) foi utilizado o método de imersão direta. Para avaliar a microestrutura foram realizadas metalografias e análises através de microscópio óptico e MEV. Na avaliação do desgaste foi utilizado um tribômetro tipo esfera/plano e perfilômetro para avaliar os canais de desgaste. Também foi realizado ensaios de dureza e de difratometria de raio-X para avaliar a quantidade de austenita retida. Os resultados obtidos apontam para uma melhoria das propriedades mecânicas em relação à amostra não tratada (dureza elevada e melhoria na resistência ao desgaste de até 15 %) em ambos os casos: tratamento criogênico profundo a -196 C e superficial a - 80 ° C. Os valores encontrados para a quantidade de austenita retida que eram de 61,4% para as amostras não tratadas variaram de 27,7% até 20,3% para as tratadas. Não houve alteração microestrutural visível em nenhuma amostra com relação á distribuição de carbonetos. O coeficiente de atrito das amostras não apresentou uma alteração significativa, ficando com valor próximo a 0,8 em todas as amostras. / This study aims to evaluate the influence of cryogenic treatment on a steel DIN 1.4110, checking its mechanical strength and metallurgical properties before and after the tests. To do such work, steel samples were heat treated in a controlled atmosphere furnace to 1060 ° C to do the quenching after tempering was carried out at 300 ° C for 1.5 hour. The cryogenic treatment was performed between the quenching and tempering and the parameters varied were temperature and the exposure time (1, 6, and 12 hours). The temperatures used were two and varied according to the method used: -80 ° C (Shallow cryogenic treatment), to reach this temperature was used a direct misting system with temperature control, for pieces treated at -196 ° C (deep cryogenic treatment) the method used was immersion. To evaluate the micro structure metalografies were analyzed by optical microscope and SEM. The wear resistance was analyzed with a tribometer (ball/ plan) and profilometer to evaluate the wear channels. It was also performed hardness tests and X-ray diffraction to evaluate the amount of retained austenite. The results obtained show improved mechanical properties compared to untreated sample (high hardness and improved wear resistance of up to 15%) in both cases: deep cryogenic treatment at -196 C to - 80 ° C and superficial. The values found for the amount of retained austenite which were 61,4% for the untreated samples ranged from 27.7% to 20.3% for those treated. There wasn't any micro structural variation or difference in the carbide distribution between the samples. The friction coefficient of the samples did not show a significant change, getting a value close to 0.8 for all samples.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2015. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2015-11-25T14:31:50Z No. of bitstreams: 1 2015_PauloHerrera.pdf: 3722179 bytes, checksum: 542183f7a493ee4b39693c8e6dc8f35b (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-12-21T14:05:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_PauloHerrera.pdf: 3722179 bytes, checksum: 542183f7a493ee4b39693c8e6dc8f35b (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-21T14:05:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_PauloHerrera.pdf: 3722179 bytes, checksum: 542183f7a493ee4b39693c8e6dc8f35b (MD5) / Risers são estruturas multicamada compostas por arames metálicos e camadas poliméricas, utilizados no transporte e produção de petróleo. A armadura de pressão é a camada responsável por suportar as cargas radiais de pressões internas do riser, sendo produzida a partir de um arame helicoidal de aço e que possui intertravamento. Devido a parâmetros de projeto, existe a necessidade de o aço utilizado possuir uma certa ductilidade. O intertravamento que confere flexibilidade ao riser é responsável pelo desgaste na armadura de pressão, uma vez que o atrito e o movimento relativo nesta pode ocasionar a aparição de partículas, caracterizando assim um desgaste microabrasivo. O presente trabalho visa estudar o efeito do tratamento criogênico profundo e da nitretação a plasma no desgaste microabrasivo da região de contato da armadura de pressão. Para tanto, foram retiradas amostras diretamente da região de contato de uma armadura de pressão e realizado ensaios de caracterização do material e ensaio de desgaste microabrasivo por esfera rotativa livre. As amostras foram testadas como recebidas, com o tratamento criogênico profundo e com nitretação a plasma realizada a 515 °C por 8, 24 e 48 horas de duração. O material com tratamento criogênico profundo apresentou um perfil de microdureza Vickers e um coeficiente de desgaste muito semelhante ao da amostra como recebida. As amostras nitretadas apresentaram um valor de microdureza próximo à região superficial maior que ao da amostra como recebida (21,8%, 23,2% e 29%), além de apresentar também uma melhora no coeficiente de desgaste na região transiente (29,85%, 28,53% e 29,81%) e permanente (19,18%, 25,19% e 28,09%). / Risers are multilayer structures composed of metallic wires and polymeric layers, used in oil production and transportation. The pressure armor is the layer responsible for supporting the internal radial pressures and is produced from a helical interlocked steel wire. Due to project parameters, the steel used possesses a certain ductility. The interlocking structure which gives flexibility to the riser is also responsible for wear on the pressure armor, with friction and relative motion causing the appearance of particles, resulting in a micro-abrasive wear. The present work aims to study the effect of deep cryogenic treatment and plasma nitriding on the micro-abrasive wear of the contact patch of the pressure armor. Samples were taken directly from the contact region of the pressure armor. Material characterization and the micro-abrasive wear test were performed on a free ball machine. The tests were conducted on the samples as received, with deep cryogenic treatment and with plasma nitriding (at 515 °C for 8, 24 and 48 hours). It was observed that the material with deep cryogenic treatment had a Vickers microhardness profile and wear coefficient very similar to that of the sample without treatment. The nitrided samples showed a higher (21.8%, 23.2% and 29%) microhardness value at the surface region than the sample as received, and also an improvement in wear coefficient in the transient region (29.85%, 28.53% and 29.81%) and permanent region (19,18%, 25,19% and 28,09%).

Este trabalho tem por objetivo avaliar a influência do tratamento criogênico em um aço DIN 1.4110, verificando sua resistência mecânica e propriedades metalúrgicas antes e depois dos testes realizados. Para isso amostras do aço foram tratadas termicamente em um forno de atmosfera controlada a 1060°C para realização da tempera, após foi realizado um revenimento a 300°C por 1,5 hora. O tratamento criogênico foi realizado entre a tempera e o revenimento e os parâmetros variados foram a temperatura do tratamento e o tempo de exposição (1, 6 e 12 horas). As temperaturas utilizadas foram duas e variaram conforme o método utilizado: -80°C (Tratamento criogênico superficial), para esta temperatura foi utilizado o sistema de nebulização direta com controle de temperatura; para as peças tratadas a -196°C (Tratamento criogênico profundo) foi utilizado o método de imersão direta. Para avaliar a microestrutura foram realizadas metalografias e análises através de microscópio óptico e MEV. Na avaliação do desgaste foi utilizado um tribômetro tipo esfera/plano e perfilômetro para avaliar os canais de desgaste. Também foi realizado ensaios de dureza e de difratometria de raio-X para avaliar a quantidade de austenita retida. Os resultados obtidos apontam para uma melhoria das propriedades mecânicas em relação à amostra não tratada (dureza elevada e melhoria na resistência ao desgaste de até 15 %) em ambos os casos: tratamento criogênico profundo a -196 C e superficial a - 80 ° C. Os valores encontrados para a quantidade de austenita retida que eram de 61,4% para as amostras não tratadas variaram de 27,7% até 20,3% para as tratadas. Não houve alteração microestrutural visível em nenhuma amostra com relação á distribuição de carbonetos. O coeficiente de atrito das amostras não apresentou uma alteração significativa, ficando com valor próximo a 0,8 em todas as amostras. / This study aims to evaluate the influence of cryogenic treatment on a steel DIN 1.4110, checking its mechanical strength and metallurgical properties before and after the tests. To do such work, steel samples were heat treated in a controlled atmosphere furnace to 1060 ° C to do the quenching after tempering was carried out at 300 ° C for 1.5 hour. The cryogenic treatment was performed between the quenching and tempering and the parameters varied were temperature and the exposure time (1, 6, and 12 hours). The temperatures used were two and varied according to the method used: -80 ° C (Shallow cryogenic treatment), to reach this temperature was used a direct misting system with temperature control, for pieces treated at -196 ° C (deep cryogenic treatment) the method used was immersion. To evaluate the micro structure metalografies were analyzed by optical microscope and SEM. The wear resistance was analyzed with a tribometer (ball/ plan) and profilometer to evaluate the wear channels. It was also performed hardness tests and X-ray diffraction to evaluate the amount of retained austenite. The results obtained show improved mechanical properties compared to untreated sample (high hardness and improved wear resistance of up to 15%) in both cases: deep cryogenic treatment at -196 C to - 80 ° C and superficial. The values found for the amount of retained austenite which were 61,4% for the untreated samples ranged from 27.7% to 20.3% for those treated. There wasn't any micro structural variation or difference in the carbide distribution between the samples. The friction coefficient of the samples did not show a significant change, getting a value close to 0.8 for all samples.

Grandes partes dos estudos disponíveis na literatura sobre o comportamento dos materiais com microestruturas martensítica e bainítica relatam que a microestrutura bainítica, comparativamente à martensita revenida, promove melhores propriedades de impacto. No presente trabalho foi proposto o estudo de comportamento ao impacto de aços SAE 4140 e SAE 01 (VND) sob diferentes condições de tratamento térmico. Ao todo foram feitos 57 corpos de prova CHARPY para cada tipo de aço divididos em 3 lotes que foram então: temperados e revenidos, com e sem banho criogênico e austemperados. A dureza final após tratamento térmico foi similar nos diferentes tratamentos térmicos. Os resultados obtidos para os dois tipos de aço mostram que os corpos de provas que passaram pelo tratamento térmico de têmpera, revenido e banho criogênico apresentaram melhor tenacidade ao impacto. / Studies available in the literature about bainitic and martensitic microstructure report that bainitic microstructure compared to tempered martensite has better impact properties. In present work has proposed the study of the impact performance of steel SAE 4140 and SAE 01 (VND) under different conditions of heat treatment. A total 57 CHARPY specimens were divided in 3 sets, which were quenched and tempered, with and without cryogenic bath and austempered. The final hardness after heat treatment was similar in the different heat treatments. The results obtained for the two tipes of steel showed better impact performance for samples submitted to quenching tempering and cryogenie bath.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-08-29T19:28:12Z No. of bitstreams: 1 2016_BartholomeuFerreiradaCruzFilho.pdf: 3202318 bytes, checksum: b5deea38f2b9babc7b349e1de3685469 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-09-05T17:14:47Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_BartholomeuFerreiradaCruzFilho.pdf: 3202318 bytes, checksum: b5deea38f2b9babc7b349e1de3685469 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-05T17:14:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_BartholomeuFerreiradaCruzFilho.pdf: 3202318 bytes, checksum: b5deea38f2b9babc7b349e1de3685469 (MD5) / As Ligas com Memória de Forma - LMF apresentam um grande potencial de aplicação nas diversas áreas da engenharia e da medicina. De maneira especial, naquelas onde esses materiais são empregados como atuadores, observa-se uma necessidade de aprimoramento de suas propriedades com sua resistência à fadiga termomecânica e à fadiga estrutural. Neste trabalho investiga-se o potencial de tratamento criogênico para alterar propriedades de LMF. O tratamento criogênico profundo vem sendo empregado há décadas para aprimorar propriedades materiais em aços como o aumento de resistência ao desgaste em aços ferramentas e da vida à fadiga em materiais ferrosos. O objetivo do presente trabalho foi investigar a influência de tratamento criogênico profundo em propriedades mecânicas (módulo elástico, amortecimento e dureza) e térmicas (temperaturas de transformação de fase e calor latente de transformação) da liga Ni48-Ti52. Para isso, realizou-se uma análise comparativa experimental dessas propriedades antes de depois do tratamento criogênico a -196oC por diferentes tempos de imersão. Os corpos de provas foram preparados e denominados NiTi_CR (CP’S como recebido), NiTi_TC12, NiTi_TC18 e NiTi_TC24 (CP´s tratados criogenicamente por imersão a -196oC por 12, 18 e 24 horas respectivamente). A taxa de resfriamento e aquecimento utilizada foi de 18°C/h. As referidas propriedades térmicas foram medidas por Calorimetria Diferencial de Varredura e as propriedades mecânicas por Excitação por Impulso. A análise microestrutural foi baseada em microscopias ótica e eletrônica de varredura e difratometria de raio-X. Os resultados mostraram que o tratamento criogênico afeta todas as propriedades investigadas, com destaque para a redução do calor latente de transformação e o aumento do fator de amortecimento. A análise microestrutural sinaliza que essas alterações podem estar associadas a alterações do tamanho de grão e de precipitados. ________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Smart Memory Alloys-SMA have a great potential for application in various engineering and medicine fields. In a special way, in those where these materials are used as actuators, there is a need for improvement of its properties such as resistance to thermomechanical fatigue and structural fatigue. This work investigates the potential of cryogenic treatment to change properties of SMA. Deep cryogenic treatment has been used for decades to enhance material properties in steels as the wear resistance increase in tool steels and fatigue life in ferrous materials. The objective of this study is to investigate the influence of deep cryogenic treatment on mechanical properties (elastic modulus, damping and stiffness) and thermal (phase transformation temperatures and latent heat processing) of Ni48-Ti52 alloy. In this sense, was carried out an experimental comparative analysis of these properties before and after the cryogenic treatment at -196ºC using different immersion times. The test samples were prepared and referred as NiTi_CR (CPs as received), NiTi_TC12, and NiTi_TC18 NiTi_TC24 (CP's cryogenically treated by immersion -196oC for 12, 18 and 24 hours respectively). The heating and cooling rate used was 18 ° C / hr. These thermal properties were measured by Differential Scanning Calorimetry and the mechanical properties by Impulse Excitation. Microstructural analysis was based on optical and electronic microscopy scanning and X-ray diffraction. The results showed that cryogenic treatment affects all the properties investigated, with emphasis on reducing the latent heat of transformation and increased damping factor. Microstructural analysis indicates that these changes may be associated with changes in grain size and precipitates.

Grandes partes dos estudos disponíveis na literatura sobre o comportamento dos materiais com microestruturas martensítica e bainítica relatam que a microestrutura bainítica, comparativamente à martensita revenida, promove melhores propriedades de impacto. No presente trabalho foi proposto o estudo de comportamento ao impacto de aços SAE 4140 e SAE 01 (VND) sob diferentes condições de tratamento térmico. Ao todo foram feitos 57 corpos de prova CHARPY para cada tipo de aço divididos em 3 lotes que foram então: temperados e revenidos, com e sem banho criogênico e austemperados. A dureza final após tratamento térmico foi similar nos diferentes tratamentos térmicos. Os resultados obtidos para os dois tipos de aço mostram que os corpos de provas que passaram pelo tratamento térmico de têmpera, revenido e banho criogênico apresentaram melhor tenacidade ao impacto. / Studies available in the literature about bainitic and martensitic microstructure report that bainitic microstructure compared to tempered martensite has better impact properties. In present work has proposed the study of the impact performance of steel SAE 4140 and SAE 01 (VND) under different conditions of heat treatment. A total 57 CHARPY specimens were divided in 3 sets, which were quenched and tempered, with and without cryogenic bath and austempered. The final hardness after heat treatment was similar in the different heat treatments. The results obtained for the two tipes of steel showed better impact performance for samples submitted to quenching tempering and cryogenie bath.

O processo de tratamento térmico à baixa temperatura é um dos métodos mais promissores para melhorar o desempenho dos materiais. O tratamento criogênico promove a transformação de austenita retida do aço em martensita, o que é atribuída para melhorar a dureza e resistência ao desgaste. Neste trabalho foram analisados os efeitos dos diferentes ciclos de tratamentos térmicos, comparando-se à tempera convencional (têmpera 1050°C + revenido simples e duplo a 200/530°C) respeito à adição do tratamento criogênico, (têmpera 1050°C + criogenia a -125°C + revenido simples e duplo a 200/530°C) com e sem tempo de espera de 24 horas, com a finalidade de avaliar a estabilização térmica da austenita retida no aço em relação a quantidade presente na microestrutura e consequentemente na influencia nas propriedades mecânicas do aço ferramenta para trabalho a frio AISI D2. As análises foram conduzidas através de testes de dureza, impacto, microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura e difração de raios-X. Os resultados encontrados foram uma variação pouco significativa na dureza entre 57 e 58 HRC. Foi evidenciada a baixa tenacidade ao impacto do aço AISI D2, independente das rotas dos ciclos de tratamento térmico, resultado da alta percentagem de carbonetos dispostos na microestrutura. A resistência ao impacto no aço em estudo após o tratamento criogênico, esses resultados foram relacionados à microestrutura do material. / The heat treatment process at low temperature is one of the most promising methods to improve the performance of materials. The cryogenic treatment promotes the transformation of retained austenite from the steel into martensite, which is attributed to improved hardness and wear resistance. In this work the effects of the different cycles of thermal treatments were analyzed, comparing to conventional tempering (tempering 1050°C + single and double annealing at 200/530°C) with respect to the addition of the cryogenic treatment (tempera 1050°C + cryogenics to - 125°C + single and double tempering at 200/530°C) with and without waiting time of 24 hours, in order to evaluate the thermal stabilization of the austenite retained in the steel in relation to the amount present in the microstructure and consequently in the influence on the mechanical properties of cold working tool steel AISI D2. The analyzes were conducted through tests of hardness, impact, optical microscopy, scanning electron microscopy and X-ray diffraction. The results found were a minor variation in hardness between 57 and 58 HRC. It was evidenced the low impact toughness of the AISI D2 steel, independent of the thermal treatment cycle routes, as a result of the high percentage of carbides disposed in the microstructure. The impact resistance in the steel studied after the cryogenic treatment, these results was related to the microstructure of the material.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2015. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2015-11-20T19:59:26Z No. of bitstreams: 1 2015_EdgarSobralAshiuchi.pdf: 4822357 bytes, checksum: 0a5b84f109f0c56b9d9bd06d784e6ea3 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-05-12T19:28:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_EdgarSobralAshiuchi.pdf: 4822357 bytes, checksum: 0a5b84f109f0c56b9d9bd06d784e6ea3 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-12T19:28:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_EdgarSobralAshiuchi.pdf: 4822357 bytes, checksum: 0a5b84f109f0c56b9d9bd06d784e6ea3 (MD5) / Este trabalho tem como principal objetivo investigar os efeitos do tratamento criogênico profundo quanto à microabrasão na liga de alumínio laminado AA 6101-T4 com e sem o revestimento de CrN depositado por PVD. O material tal como recebido foi utilizado como referência de desempenho em ensaios de resistência ao desgaste microabrasivo para amostras que receberam o tratamento criogênico, o revestimento de CrN ou as combinações de ambos. O material tratado criogenicamente apresentou aumento relativo na resistência ao desgaste da ordem de 35%. Com uma combinação específica do tratamento criogênico profundo e do revestimento de filme fino de CrN, a resistência ao desgaste obteve incremento da ordem de 81%. Esse resultado da combinação do tratamento criogênico e do revestimento de CrN foi substancialmente superior aos obtidos para os materiais que receberam apenas um deles. Levando em consideração os mecanismos de desgaste manifestados no sistema tribológico, a dureza não demonstrou acompanhar o acréscimo da resistência ao desgaste. Estruturas nanométricas tais como aglomerados ou zonas de Guinier-Preston (GP) exibiram maior concentração nas amostras tratadas criogenicamente. De acordo com este trabalho, apenas a presença de tais nanoestruturas pôde ser associada ao aumento da resistência ao desgaste com a aplicação do tratamento criogênico profundo. Esta tese explora esse tipo de beneficiamento além dos limites da sua habitual aplicação para o aço. _______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This work aimed to investigate the effects of deep cryogenic treatment with respect to the abrasion in rolled aluminum alloy AA 6101-T4 with and without the CrN coating deposited by PVD. The material as received was used as a performance benchmark in microabrasive wear resistance test for samples receiving the cryogenic treatment, the CrN coatings or combinations of both. The cryogenically treated material presented relative increase in wear resistance of the order of 35%. With a specific combination of deep cryogenic treatment and the thin CrN film coating, the wear resistance was an increase of approximately 81%. This results from the combination of the cryogenic treatment and CrN coating was substantially higher than those obtained for the materials that received only one of them. Taking into account the wear mechanisms manifested in the tribological system, the hardness did not show follow the wear resistance increase. Nanoscale structures such as clusters or Guinier-Preston(GP) zones exhibited highest concentration in the samples treated cryogenically. According to this work, only the presence of such nanostructures could be associated with increased wear resistance for the material cryogenic treated. This thesis explores the deep cryogenic treatment beyond the limits of their usual application for steel.

O processo de tratamento térmico à baixa temperatura é um dos métodos mais promissores para melhorar o desempenho dos materiais. O tratamento criogênico promove a transformação de austenita retida do aço em martensita, o que é atribuída para melhorar a dureza e resistência ao desgaste. Neste trabalho foram analisados os efeitos dos diferentes ciclos de tratamentos térmicos, comparando-se à tempera convencional (têmpera 1050°C + revenido simples e duplo a 200/530°C) respeito à adição do tratamento criogênico, (têmpera 1050°C + criogenia a -125°C + revenido simples e duplo a 200/530°C) com e sem tempo de espera de 24 horas, com a finalidade de avaliar a estabilização térmica da austenita retida no aço em relação a quantidade presente na microestrutura e consequentemente na influencia nas propriedades mecânicas do aço ferramenta para trabalho a frio AISI D2. As análises foram conduzidas através de testes de dureza, impacto, microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura e difração de raios-X. Os resultados encontrados foram uma variação pouco significativa na dureza entre 57 e 58 HRC. Foi evidenciada a baixa tenacidade ao impacto do aço AISI D2, independente das rotas dos ciclos de tratamento térmico, resultado da alta percentagem de carbonetos dispostos na microestrutura. A resistência ao impacto no aço em estudo após o tratamento criogênico, esses resultados foram relacionados à microestrutura do material. / The heat treatment process at low temperature is one of the most promising methods to improve the performance of materials. The cryogenic treatment promotes the transformation of retained austenite from the steel into martensite, which is attributed to improved hardness and wear resistance. In this work the effects of the different cycles of thermal treatments were analyzed, comparing to conventional tempering (tempering 1050°C + single and double annealing at 200/530°C) with respect to the addition of the cryogenic treatment (tempera 1050°C + cryogenics to - 125°C + single and double tempering at 200/530°C) with and without waiting time of 24 hours, in order to evaluate the thermal stabilization of the austenite retained in the steel in relation to the amount present in the microstructure and consequently in the influence on the mechanical properties of cold working tool steel AISI D2. The analyzes were conducted through tests of hardness, impact, optical microscopy, scanning electron microscopy and X-ray diffraction. The results found were a minor variation in hardness between 57 and 58 HRC. It was evidenced the low impact toughness of the AISI D2 steel, independent of the thermal treatment cycle routes, as a result of the high percentage of carbides disposed in the microstructure. The impact resistance in the steel studied after the cryogenic treatment, these results was related to the microstructure of the material.