A importância das indústrias de cana-de-açúcar no cenário nacional cresce exponencialmente, desde sua origem. Porém nas últimas três décadas este tipo de indústria deixou de ser tipicamente familiar e passou a produzir em grande escala açúcar, etanol, produtos químicos derivados, levedura e planta de CO2 (para indústria de bebida e ou alimentos), além da venda do excedente da energia que é gerada na própria indústria. Um dos principais equipamentos em uma usina de açúcar e álcool é a caldeira, nome popular dado ao vaso de pressão que gera vapor a partir do aquecimento da água em um ambiente de alta pressão. Este calor é usado como fonte para produção de energia. Os aços ligados ao Cr e Mo têm sido cada vez mais aplicada neste tipo de equipamento. O presente trabalho tem por objetivo entender a influência dos parâmetros de tratamento térmico pós-soldagem nas propriedades mecânicas e na microestrutura de um tubo sem costura de aço ASTM A 335 Gr P91, através da determinação dos valores de: resistência à tração, limite de escoamento, percentual de alongamento, dureza, tenacidade à fratura e CTOD do material base, metal de solda e zona termicamente afetada (ZTA) da região soldada de tubos unidos por solda. Para a realização desta pesquisa serão aplicados os conceitos da teoria da mecânica da fratura elasto-plástica (Crack Tip Open Displacement, CTOD) e os conceitos de comportamento mecânico dos materiais, para o estudo da influência dos parâmetros de tratamento térmico pós-soldagem. / The importance of sugar cane industries on the national scene grows exponentially since its origin. But in the last three decades these became from cottage industries to large-scale production of Ethanol, Chemicals derivatives, yeast and plant CO2 (for food or drink industry). One of the main equipment in a sugar and alcohol plant is the boiler, popular name given to the pressure vessel that generates steam from the heating of water in a high pressure environment. This is used as heat source for energy production. One of the alloy that has been increasingly applied in projects of this equipment are martensitic steels (Cr Mo alloys). The present study aims to understand the influence of post weld heat treatment parameter´s on mechanical properties and microstructure of a seamless tube, steel ASTM 335 Gr P91, the determination of values of tensile strength, yield strength, percentage of elongation, hardness, fracture toughness and CTOD of the base material, weld metal and heat affected zone (HAZ) of the welded region of tubes welded together. In this research the concepts of the theory of mechanics of elastic-plastic fracture (Crack Tip Open Displacement, CTOD) and the concepts of mechanical behavior of materials will be applied.

O tratamento térmico em compósitos restauradores diretos foi realizado a fim de verificar a influência sobre algumas propriedades, tais como a sorção, solubilidade, tenacidade à fratura e grau de conversão. Foram utilizados três compósitos: um nanoparticulado, um microhíbrido e um microparticulado. Duas fontes de luz (Halógena e LED) e dois períodos (48h e 28dias) de armazenagem, com exceção da solubilidade. O tratamento térmico foi realizado em estufa convencional (170o C por 5min), sendo metade dos corpos de prova (cps) tratados e a outra, apenas fotoativada.Para sorção e solubilidade, foram confeccionados 60 cps de acordo com os fatores analisados (n=5) em uma matriz metálica circular de dimensões 15 mm x1 mm. Para o cálculo da sorção e solubilidade, os cps foram pesados em uma Balança Analítica,inicialmente após a confecção do cp, 1hora, 24h, 48h, 7d, 14, 21 e 28d, a fim de estabelecer Massa Inicial (Mi) Massa absorvida (Ma) e Massa dessecada (Md). Para a tenacidade à fratura, foram confeccionados 240 cps de acordo com os fatores analisados (n=10) em uma matriz metálica de dimensões internas 25 mm x 5mm x 2,8 mm. O método utilizado foi o Single Edge Notch-Beam(SENB), com um entalhe de 2,3 mm posicionado no centro da matriz. Os cps eram levados à máquina universal para o ensaio de flexão e, após a ruptura, as superfícies de fratura eram analisadas no estereomicroscópio, para, em seguida, obter as imagens e calcular as dimensões do cps para inserir naequação da tenacidade à fratura.Já para o grau de conversão foram confeccionados 36 cps em uma matriz de acetato circular de 15 mm x 1 mm, posicionados entre duas lâminas microscópicas (n=3). O cálculo do grau de conversão foi determinado por espectroscopia no infravermelho (FTIR).Em geral, os estudos apresentaram uma influência significante do tratamento térmico, Dos resultados para a sorção o compósito, em geral, diminuiu,comparado aos grupos somente fotoativados em ambos os períodos. Entre as interações analisadas (Fonte de Luz X Período) foi significante para todos os grupos. Para a solubilidade a interação (Fonte de luz X Tratamento térmico foi significante para todos os grupos. Quanto à tenacidade à fratura, apenas o fator tratamento foi significante para os compósitos nanoparticulado e microhíbrido. Já para os microparticulados, houve influência dos fatores principais e dasinterações(Fonte de Luz X Período) e Fonte de Luz X Tratamento Térmico). De maneira geral, houve um aumento dos valores de tenacidade para todos os grupos. Já para o grau de conversão, houve um aumento significativo com relação ao tratamento e os períodos analisados dos compósitos. O tratamento térmico, em geral, influenciou positivamente as propriedades estudadas. Sendo assim, a opção de realizar o tratamento térmico nos compósitos de acordo com as propriedades e fatores analisados, torna a técnica passível de ser recomendada. / The post-curing heat treatment in direct composite treatment was done to verify the influence on some properties like sorption, solubility, fracture toughness and the degree of conversion. During the referred study it was used three composites: nanoparticle, a microhybrid and a microfill. Two sources of light (Halogen and LED) and two periods (48 hours and 28 days) for each one, but not to solubility. The postcuringwas done in dry heat sterilizer of 170º C for five minutes for, half of the test samples (TS) were treated and the other half were only photoactivated. It was made 60 TS to sorption and solubility according to the analyzed factors (n=5) in a 15mm x 1mm round metal matrix. To calculate sorption and solubility the TS were weighted in a analytical balance, right after the beginning of the production in 1 hour, 24 hours, 7days, 14 days, 21 days and 28 days respectively in order to establish the initial absorbed mass (Mi), the absorbed mass (Ma) and the desiccated mass (Md ). It was produced 240 TS to the fracture toughness according to factors (n=10) in a 25mm x 5mm x 2,8mm in metallic matrix. The Single Edge Notch-Beam (SENB), was the used method during this study with a notch of 2,3mm placed in the center of the matrix. The TS were taken to a universal machine to flexural test so after the rupture referred surface fractures were analyzed in a stereomicroscope and then it was possible to get the images to calculate the size of the TS to insert the calculus of the fracture toughness. To degree conversion were made 36 TS in a 15mm x 1mm circular acetate matrix placed between two microscopes slides (n=3). The degree conversion was determined a infrared spectroscopy (FTIR). In general the study showed a significant influence in relation post-curing heat treatment. In both periods the sorption of the composites have decreased in general comparison to the photoactivated only. The interactions(light source versus period) was significant for all groups. To solubility the interaction (light source versus post-curing heat treatment) was significant for all groups. In reference to fracture toughnessonly post curing heat treatment factor was significant to the nanoparticle and microhybrid composites. In other hand the microfill composite were influenced by the main factors and by the interactions (light source X periods) and (llght source X heat cured). In general there was an increase of the fracture toughness value in all groups. In relation to the degree conversion there was an increase significant of the composite during heat cured and analyzed periods. The post-curing heat treatment influenced all the studied properties of the direct composite in a positive way. Therefore the option of doing the heat cured treatment in the composites according to the properties and the analyzed factor is technically possible to be done.

Ao longo deste trabalho foi proposta uma nova rota de tratamento térmico para o aço AISI 52100, principal material utilizado na fabricação de rolamentos. Esta nova rota visa refinar a microestrutura de carbonetos presentes no material, com o objetivo de otimizar as propriedades mecânicas. Os tratamentos térmicos realizados conduziram a uma diminuição no tamanho dos carbonetos quando comparados com a amostra tradicional. Para medir a tenacidade à fratura evitando a dificuldade experimental de se nuclear pré-trincas em materiais frágeis, foi utilizada a metodologia Chevron, como formalizada na ASTM E-1304(97). Algumas das amostras submetidas a nova rota apresentaram maior tenacidade à fratura quando comparadas a amostra tratada na rota convencional. O material tratado na nova rota de tratamento térmico foi avaliado também em ensaio de impacto, usando-se corpos de prova Charpy de secção reduzida, sem entalhe. Os resultados obtidos mostraram que o material com carbonetos mais finos apresentavam menor energia absorvida no impacto quando comparados com a amostra tratada na rota convencional. Este comportamento a princípio contraditório foi explicado pela maior presença de sítios de nucleação na amostra com carbonetos mais finos. A maior densidade de sítios nas condições do ensaio de impacto conduziu a uma intensificação da nucleação de trincas, levando a uma menor energia absorvida durante o ensaio de impacto; este efeito ocorre mesmo quando o mecanismo de nucleação de trincas envolve a nucleação e coalescimento de microcavidades. Procurou-se fazer uma correlação entre a morfologia das superfícies de fratura obtidas no ensaio Chevron, o tamanho do carboneto das amostras e o micromecanismo atuante. Para amostras com superfície de fratura com aspecto fibroso foi associado o micromecanismo de fratura controlado por deformação. Para amostras com superfície de fratura com aspecto intergranular foi associado o micromecanismo de fratura controlado por tensão. / This work proposes a new heat treatment route for AISI 52100 steel, the most used material for bearings. The new route is designed so as to refine the carbides distribution in material, with the aim of increasing the fracture toughness. In order to measure the fracture toughness a Chevron notch methodology was used, as described in ASTM E-1304(97). Obtaining a static pre-crack on brittle materials is difficult and expensive; the Chevron notch methodology allows avoiding this difficulty. The heat treatments reduced the carbide sizes as compared with conventionally heat-treated steels. Some samples treated by this new route presented an increase in Chevron notch fracture toughness. The materials treated by the new heat treatment route were also tested in impact using a subsize Charpy specimen, without notch. Materials with fine carbides presented less dissipated energy in impact test then the material conventionally treated. This behavior is associated with the increase in number of carbide particles, as second phase particles are known to behave as sites for microvoid initiation and growth. The higher density of such sites presented in the material with fine carbides enhance this mechanism, lowering the dissipated energy measured in impact test. A correlation between fracture morphology, carbide size and fracture mechanisms was attempted. Samples with fine carbides presents fibrous transgranular fracture morphologies with strain controlled fracture micromechanism while samples with coarse carbides presented intergranular type morphologies with stress controlled micro-mechanism.

O objetivo desta pesquisa foi verificar a influência de diferentes tamanhos de partículas de carga na tenacidade à fratura (KIc), nos parâmetros do crescimento subcrítico de trinca (n e f0) e de Weibull (m e 0), na longevidade estimada pelo diagrama tensão-probabilidade-tempo (SPT) e no limite de fadiga cíclica (LFC) de compósitos resinosos experimentais. Quatro compósitos foram preparados contendo 78% em massa (59% em volume) de conteúdo inorgânico, constituído por 67% de pó de vidro com diferentes tamanhos de partículas (d50 = 0,5; 0,9; 1,2 e 1,9 µm) e 11% de sílica pirogênica. Dados de KIc obtidos pelo método single-edge notched beam (25x5x2,8 mm; n=15) foram submetidos a ANOVA/teste de Tukey (p < 0,05). n e f0 foram determinados através do ensaio de fadiga dinâmica (10-2 a 102 MPa/s) utilizando um dispositivo de flexão biaxial (12x1,2 mm; n=10). Para determinar m e 0, mais 20 espécimes de cada compósito foram testados na taxa de 100 MPa/s. Os diagramas SPT foram obtidos a partir dos dados da fadiga dinâmica e análise de Weibull. No ensaio de fadiga cíclica, um dispositivo de flexão biaxial (12x1,2 mm) foi utilizado para se obter a resistência à flexão inicial (RFI; n=14) e o LFC (n=20). LFC foi obtido pelo método escada após 105 ciclos. Para todos os testes, os espécimes foram armazenados em água destilada a 37oC por 24h. Foi realizada a fractografia dos espécimes fraturados nas taxas 10-2 e 10-1 MPa/s da fadiga dinâmica e nos ensaios para determinação da RFI e LFC. Houve relação direta entre d50 e KIc (C0,5: 1,2±0,1b; C0,9: 1,3±0,1ab; C1,2: 1,3±0,1ab; C1,9: 1,4±0,2a, em MPa.m0,5). C0,5 (31,2±6,2a) e C1,9 (34,7±7,4a) apresentaram valores de n superiores a C0,9 (20,3±3,0b) e C1,2 (17,3±1,8b). C1,2 (166,42±0,01a) apresentou o maior valor de f0 (em MPa), seguido pelo C1,9 (159,82±0,02b), C0,9 (159,59±0,02c) e C0,5 (158,40±0,02d). Não houve diferença estatística entre os valores de m (6,6 a 10,6) e 0 (170,6 a 176,4 MPa) dos compósitos. As reduções na tensão de fratura para uma probabilidade de falha de 5% após 10 anos estimadas pelo diagramas SPT foram de aproximadamente 22% para C0,5 e C1,9 e 36% para C0,9 e C1,2. Não houve diferença estatística entre as médias de RFI (155,4 a 170,7 MPa). C0,5 (93,0±18,6a) apresentou o maior LFC (em MPa), seguido pelo C1,2 (91,8±11,1ab), C1,9 (87,2±3,0b) e C0,9 (82,5±8,0c). Defeitos sub-superficiais e superficiais foram as principais origens de fratura. A trinca se propagou pela matriz polimérica ao redor das partículas (deflexão de trinca) e todas as superfícies apresentaram características de fratura frágil. Como conclusão, compósitos com partículas maiores apresentaram maior KIC, enquanto que partículas menores contribuíram para um maior LFC. Compósitos com distribuição granulométrica mais ampla, independentemente do d50, apresentaram maior resistência ao SCG. Nos demais parâmetros e propriedades avaliados (m, 0 e RFI) não houve influência do tamanho das partículas. / The aim of this study was to verify the influence of different filler sizes in the fracture toughness (KIc), subcritical crack growth (n e f0) and Weibull (m e 0) parameters, longevity estimated by the strength-probability-time (SPT) diagram and cyclic fatigue limit (CFL) of experimental resin composites. Four composites were prepared, each one containing 78 w% (59 vol%) of inorganic content, in which 67 w% were glass powder with different filler sizes (d50 = 0.5; 0.9; 1.2 e 1.9 µm) and 11 w% were pyrogenic silica. KIc data was obtained by the single-edge notched beam test and submitted to ANOVA/Tukey tests (p < 0.05). n and f0 were determined by the dynamic fatigue test (10-2 a 102 MPa/s) using a biaxial flexural device (12x1.2 mm; n=10). 20 specimens of each composite were tested at 100 MPa/s to determine Weibull parameters. SPT diagrams were constructed using the dynamic fatigue and Weibull data. For the cyclic fatigue test, a biaxial flexural device (12x1.2 mm) was used to obtain the initial flexural strength (IFS; n=14) and CFL (n=20). CFL was determined by staircase method after 105 cycles. For all tests, the specimens were stored in distilled water at 37oC for 24h. It was done the fractography of the fractured specimens that was subjected to the 10-2 e 10-1 MPa/s rates of the dynamic fatigue and to the IFS and CFL tests. There was a direct relation between d50 e KIc (C0.5: 1.2±0.1b; C0.9: 1.3±0.1ab; C1.2: 1.3±0.1ab; C1.9: 1.4±0,2a, in MPa.m0,5). C0.5 (31.2±6.2a) and C1.9 (34.7±7.4a) presented higher n values than C0.9 (20.3±3.0b) and C1.2 (17.3±1.8b). C1.2 (166.42±0.01a) showed the highest f0 value (in MPa), followed by C1.9 (159.82±0.02b), C0.9 (159.59±0.02c) and C0.5 (158.40±0.02d). There were no statistical differences among the m (6.6 to 10.6) and 0 (170.6 to 176.4 MPa) values of the composites. The reductions in fracture stress at 5% failure probability for a lifetime of 10 years estimated by the SPT diagrams were approximately 22% for C0.5 and C1.9 and 36% for C0.9 and C1.2. There were no statistical differences among the IFS means (155.4 to 170.7 MPa). C0.5 (93.0±18.6a) showed the highest CFL (in MPa), followed by C1.2 (91.8±11.1ab), C1.9 (87.2±3.0b) and C0.9 (82.5±8.0c). Near-surface and surface flaws were the main fracture origins. The crack propagated by the polymeric matrix around the fillers (crack deflection) and all the fracture surfaces showed brittle fracture features. As conclusion, composites with large fillers presented the highest KIC, while the small fillers contributed to increase the CFL. Composites with broader granulometric size distribution, regardless of d50, showed higher resistance to SCG. There was no influence of the composites filler sizes in the others parameters and properties evaluated (m, 0 and IFS).

Desde o início dos anos 70, novos conceitos de mecânica da fratura foram desenvolvidos para explicar o comportamento das rochas. A tenacidade à fratura foi medida e considerada como uma propriedade intrínseca importante da rocha, a qual indica a magnitude da resistência à fratura ou sua habilidade para resistir à propagação da trinca. A mecânica da fratura foi amplamente aplicada em operações de desmonte por explosivos, fraturamento hidráulico, fragmentação mecânica, análise da estabilidade de taludes, geofísica, mecânica de terremotos, na energia de extração geotermal e em outros problemas práticos. Salienta-se que ela é também relevante em tectônica, na tecnologia de recuperação e armazenamento de energia e na engenharia de rochas. Nas últimas três décadas, diversos métodos para estudar a propagação da fratura no modo I foram desenvolvidos e uma série de artigos foi escrita para aumentar o conhecimento da tenacidade à fratura das rochas no modo I. Um grande número de metodologias de ensaio da tenacidade à fratura tem aparecido na literatura. Alguns procedimentos de ensaio para a determinação da tenacidade à fratura em rochas no modo I foram padronizados pela ISRM em 1988 e em 1995. Entretanto, estes métodos de ensaio apresentam algumas dificuldades relacionadas à preparação do corpo de prova, à complexidade da instalação e à interpretação e validade dos resultados. O objetivo deste estudo é o de comparar os métodos sugeridos pela ISRM com outros métodos sugeridos por outros pesquisadores. Alguns ensaios não padronizados podem ser úteis se conduzirem a resultados confiáveis e se seus procedimentos forem mais simples do que aqueles sugeridos pela ISRM / Since early 1970's new fracture mechanics concepts have been developed to explain rock fracture behavior. Fracture toughness has been measured and considered as an important intrinsic property of rock indicating the magnitude of fracture strength or its ability to resist crack propagation. Rock fracture mechanics has been widely applied to tectonics, energy recovery and storage technology and rock engineering. It is relevant in blasting, hydraulic fracturing, mechanical fragmentation, rock slope analysis, geophysics, earthquake mechanics, geothermal energy extraction and many other practical problems. Over the last three decades, several methods for studying the mode I fracture propagation have been developed and a series of papers have been written to increase the knowledge of the mode I fracture toughness in rocks. A great number of fracture toughness testing methodologies have appeared in the literature. Some related mode I rock fracture toughness test procedures have been standardized by ISRM in 1988 and in 1995. However, these testing methods present some relative difficulties in sample preparation, set-up complexity, interpretation and results trustworthiness. The aim of this study is to compare the fracture toughness ISRM suggested testing methods with other suggested methodologies for other researchers. Some of the non-standardized tests may be useful, if they lead to reliable results, and if their procedures are simpler than those suggested by ISRM

Foi realizado estudo sobre a influência da variação de alguns parâmetros do tratamento térmico de têmpera e revenimento, bem como aplicação de criogenia, na tenacidade a fratura do aço aeronáutico 300M, com a utilização da técnica de corpo cilíndrico com entalhe. Primeiramente, realizou-se a construção da curva de transição dúctil frágil, através de ensaio Charpy, para amostras submetidas a três tratamentos térmicos, 1 - Têmpera seguida de Revenimento, 2 - Têmpera seguida de criogenia e revenimento. Não foi observada influência significativa da aplicação da criogenia (tratamento de numero 2) na curva de transição dúctil-frágil em comparação com o tratamento térmico número 1. Em um segundo momento, com o auxílio da técnica de ensaio de corpo cilíndrico com entalhe, realizou-se a medição da tenacidade à fratura das amostras do aço 300M submetido a quatro diferentes tratamento térmicos, Q, V, C e D. Os tratamentos variavam entre si principalmente pela temperatura de austenitização. Os valores de dureza para as amostras submetidas a criogenia (V e D) foram maiores que as dos tratamentos sem criogenia (Q e C), e também apresentaram tenacidade à fratura menor. Com relação à temperatura de austenitização, observou-se que os tratamentos C e D, austenitizados a 980°C, propiciaram a completa dissolução de precipitados primários da matriz, elevando a tenacidade à fratura com relação aos tratamentos realizados na faixa de 870°C, Q e V, superando também os efeitos negativos para a tenacidade à fratura devido ao aumento no tamanho de grão. / This work studies the influence of the variation for some parameters on quenching and tempering heat treatment, and also deep cryogenic application, on aeronautic steel 300M fracture toughness. First, the ductile-brittle curve was constructed, by Charpy test, for samples submitted for three heat treatments, 1 Quenching and Tempering, 2 Quenching, deep cryogenic and tempering. No significant influence of deep cryogenic treatment addition (heat treatment 2) on ductile-brittle curve was observed in comparison with heat treatment 1. After that, the fracture toughness for 300M steel, submitted for heat treatments Q, V, C e D, was measured using circumferentially notched specimens technique. The main difference among these heat treatments is about austenitizing temperature. For heat treatments with deep cryogenic treatment (V and D), the hardness values were bigger than the ones without this and, analyzing fracture toughness, it was lower than the treatments without cryogenic treatment. Regarding austenitizing temperature, all heat treatments with higher austenitizing temperature at 980°C (C and D), allows complete dissolution of carbides and prior precipitates particles. Its effect was observed that this characteristic increase the fracture toughness when it is compared with others heat treatments with lower austenitizing temperature at 870°C (Q and V). This improvement is enough to overcome the grain size grown negative effects for fracture toughness.

Made available in DSpace on 2017-07-21T19:26:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Virginia Moreira Justo.pdf: 3484061 bytes, checksum: 27375d0ff0fb33633f5e7faf4346583f (MD5) Previous issue date: 2014-04-29 / Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná / This study investigated the effects of Poisson’s ratio on fracture toughness measured by microindentation using the models of Anstis et al. and Niihara et al. Experiments were performed in different oxide glasses with Poisson’s ratio ranging from 0,15 to 0,28. The glass transition temperatures of the glasses were measured by differential scanning calorimetry.. The amorphous state of the glasses were confirmed by X-ray diffraction. Hardness and elastic modulus were measured using instrumented indentation. The fracture toughness values, KIC, were obtained using the double torsion and four point bending techniques. The relation between the applied load and the crack radial length was obtained using the Vickers microindentation technique. It was noted the existence of two systems. For Poisson’s ratio smaller than 0,20, the main deformation mechanism is densification and the calibration coefficients are smaller than those reported in the literature. On the other hand, when the Poisson’s ratio are higher than 0,20, the main deformation mechanism is by shear and the calibration coefficients are higher than those reported in literature. / Este trabalho investigou o efeito do coeficiente de Poisson na medida da tenacidade à fratura pela técnica de microindentação utilizando os modelos de Anstis et al. e de Niihara et al. em vidros. Foram utilizados vidros óxidos de diferentes composições e com o coeficiente de Poisson variando de 0,15 a 0,28. Análises térmicas foram realizadas para a medida da temperatura de transição vítrea das amostras. Por meio da técnica de difração de raios X, comprovou-se o estado amorfo dos materiais indicando a estrutura vítrea. A dureza e módulo de elasticidade dos vidros foram medidos por meio de indentação instrumentada. Os valores de tenacidade à fratura, KIC, foram obtidos utilizando as técnicas de torção dupla e flexão de quatro pontos. A relação entre a carga aplicada e o comprimento da trinca radial foi obtida utilizando a técnica de microindentação Vickers. Observou-se a existência de dois regimes. Para valores de coeficiente de Poisson menores que 0,20, o principal mecanismo de deformação é a densificação e os coeficientes de calibração são menores. No outro, onde os valores de coeficiente de Poisson são maiores do que 0,20, o mecanismo principal de deformação é o de cisalhamento e os coeficientes de calibração são maiores do que reportado na literatura.

Os processos de união por soldagem entre peças e componentes metálicos são indispensáveis para nossa realidade tecnológica. O processo de soldagem por fricção com pino consumível conhecido como FHPP (Friction Hydro Pillar Processing) é um processo desenvolvido recentemente que ocorre no estado sólido através da fricção entre dois materiais e, com isso, reúne algumas vantagens sobre os processos convencionais de soldagem por fusão. Esta técnica apresenta grande potencial de aplicação na indústria de óleo e gás visando reparos de trincas e descontinuidades em equipamentos e estruturas de aços em geral. Apesar do grande potencial desta técnica, o estudo sobre a sua aplicação para produzir juntas com materiais dissimilares ainda é escasso se comparado com outras técnicas de soldagem. Desta forma, este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento e a análise de juntas soldadas utilizando pinos com adição de níquel em chapas de aço com manganês, visando determinar a combinação entre material de pino e parâmetros de soldagem que forneça a junta com melhores características mecânicas e metalúrgicas. Os parâmetros de soldagem que variaram foram: velocidade de rotação e a força axial. Os materiais utilizados nos conjuntos soldados foram chapas de aço ao manganês, classificadas comercialmente como ASTM A516 grau 70, e barras de aço baixo carbono com adição de 3, 6 e 9% de níquel. A análise realizada sobre as juntas abrangeu a caracterização da microestrutura e das propriedades de dureza das regiões específicas da solda além dos ensaios mecânicos de dobramento, tração com micro-amostras e de tenacidade à fratura através do parâmetro CTOD. Todas as soldas tiveram bom preenchimento, porém alguns materiais de pino não proporcionaram boa ductilidade durante o dobramento. As falhas ocorridas durante o dobramento juntamente com os estudos da tenacidade à fratura na zona de ligação mostraram que o acúmulo de inclusões nesta região representa degradação das propriedades mecânicas localmente. Os ensaios de tração com micro-amostras indicam aumento da resistência mecânica na região do material depositado do pino e os valores de CTOD no material termomecânicamente afetado são significativamente maiores do que na zona de ligação, porém não alcançam os valores obtidos nos materiais como não processados. / The processes of union by welding between parts and metallic components are indispensable for our technological reality. The Friction Hydro Pillar Processing (FHPP) process is a newly developed process that occurs in the solid state through friction between two materials and thus has some advantages over conventional fusion welding processes. This technique presents great potential of application in the oil and gas industry aiming repairs of cracks and discontinuities in equipment and steel structures in general. Despite the great potential of this technique, the study of its application to produce joints with dissimilar materials is still scarce compared to other welding techniques. The aim of this work is the development and analysis of welded joints using rod with nickel addition in steel sheets with manganese, in order to determine the combination of rod material and welding parameters that provides the joint with better mechanical and metallurgical characteristics. The welding parameters that varied were: speed of rotation and axial force. The materials used in the welded assemblies were manganese steel plates, commercially classified as ASTM A516 grade 70, and low carbon steel with addition of 3, 6 and 9% nickel. The analysis of the joints included the characterization of the microstructure and the hardness properties of the specific regions of the weld in addition to the bend test, micro-tensile test and fracture toughness through the parameter CTOD. All welds were well filled, however, some rod materials did not provide good ductility during bend test. The failures during folding together with the fracture toughness studies in the bonding zone showed that the accumulation of inclusions in this region represents degradation of the mechanical properties locally. The micro-tensile test indicate increased mechanical strength in the region of the deposited material of the rod and the values of CTOD in the thermomechanically affected material are significantly higher than in the bonding zone, but do not reach the values obtained in the unprocessed material.

As amarras de correntes de aço para aplicação naval utilizadas na indústria de óleo e gás são fabricadas para atender elevadas exigências operacionais. Com a prospecção de petróleo em águas profundas e ultraprofundas o conhecimento de suas propriedades torna-se relevante. Frente a essa necessidade foi realizado o estudo das propriedades mecânicas e metalúrgicas de um elo de corrente de amarra naval na indústria do petróleo proveniente de operação. Esse estudo teve como objetivo principal identificar e avaliar as propriedades mecânicas e metalúrgicas das regiões resultante do processo de soldagem por centelhamento frente ao material de base. Como objetivo secundário foi classificado o material de acordo com algumas propriedades mecânicas recomendadas pela IACS UR W22. Para isso foram realizados ensaios de tração, microdureza, tenacidade ao impacto Charpy e à fratura CTOD, com avaliações metalúrgicas no material de base e região de união por centelhamento. Como resultado foi verificado que o processo de soldagem por centelhamento produziu zonas de extensões reduzidas e com menores valores de tenacidade à fratura e ao impacto. O processo de centelhamento produziu união com espessura de 0,375 mm, com uma zona de solda revelada por ataque químico e duas zonas afetadas pelo calor caracterizadas apenas por perfil de microdureza, com 0,150 mm e 0,300 mm, respectivamente. Os menores valores de tenacidade ao impacto Charpy e à fratura CTOD foram medidos nos corpos de prova posicionados na zona afetada pelo calor. Os resultados obtidos em todos os ensaios foram comparados com as recomendações técnicas IACS UR W22, onde caracterizou o elo como grau R4. / Mooring chains of offshore systems anchors are design to be used under extreme environment operation. New fields of exploration have been operated in deep water and ultra-deep water, wherefore, require more knowledge of the mechanical and metallurgical properties. Hence a study of a studless link of offshore chain from the operating service component was carried out. The main goal of this work was to determine and evaluate the properties of the base material and the zones produced by Flash Butt Welding Process. Furthermore, the material was characterized by the IACS UR W22 standard recommendation. In this study tests of tensile test, microhardness, Charpy and CTOD toughness, mechanical and metallurgical evaluation were performed in the base material and welding zones. The results showed small welding zones with reduced impact and fracture toughness. The lowest values were seen in specimens from the heat affect zone. The weld zone thickness observed by chemical etching extend 0,375 mm and the microhardness profile indicated a Heat Affected Zone (HAZ) with 0,150 and 0,300 mm. The lowest Charpy and CTOD toughness tests were measured in the HAZ specimens. These results were compared with IACS UR W22 standard recommendation and the link chain was characterized as R4 grade.

Este trabalho apresenta uma avaliação dos efeitos de juntas soldadas dissimilares sobre forças motrizes de trinca e o desenvolvimento de procedimentos adaptados baseados em critérios mecânicos e micromecânicos para avaliação de defeitos em juntas soldadas incorporando efeitos de dissimilaridades mecânicas. A motivação central reside na forte expansão da indústria nacional de petróleo e a crescente demanda por aumento de produtividade aliado ao aumento na segurança operacional de sistemas dutoviários e estruturas correlatas. Para que tal intento seja atingido, é inicialmente apresentada uma descrição detalhada dos parâmetros de interesse da mecânica da fratura, fundamentos da metalurgia da soldagem e efeitos microestruturais e mecânicos oriundos da presença de soldas dissimilares. São então descritos os principais métodos experimentais de determinação de tenacidade à fratura, detalhados os procedimentos correntes de avaliação de integridade por meio de diagramas FAD e é estudada a teoria da tensão de Weibull. Tais estudos configuram o arcabouço conceitual necessário para o desenvolvimento de uma extensa variedade de ensaios experimentais em juntas soldadas e proposição de correções aos procedimentos correntes de determinação experimental de tenacidade, refinamentos na determinação de cargas limite e o desenvolvimento de um modelo de transferabilidade de tenacidades baseado em tensão de Weibull aplicável a juntas soldadas. Por fim, todas as contribuições são compiladas e incorporadas em um procedimento adaptado do tipo FAD especificamente adaptado à avaliação de estruturas soldadas constituídas de materiais dissimilares. Os resultados experimentais revelam forte e deletéria influência das juntas soldadas na tenacidade e capacidade de carga de estruturas. Por outro lado, o extenso compêndio de fatores eta e rotacionais plásticos rp desenvolvido permite a determinação experimental acurada de tenacidade à fratura para espécimes SE(B) homogêneos e bimateriais. Adicionalmente, a metodologia proposta de determinação de cargas limite incorpora o encruamento dos respectivos materiais e o modelo de transferabilidade baseado em tensão de Weibull permite a estimação acurada da tenacidade de componentes soldados dissimilares a partir dos dados do metal de base e poucas calibrações experimentais. Resultados de uma aplicação exploratória real indicam elevado grau de precisão e corroboram a validade das propostas apresentadas. Assim, os desenvolvimentos do presente trabalho mostram-se como potenciais ferramentas de projeto e avaliação de integridade estrutural. / This work presents an evaluation of weld strength mismatch effects on crack driving forces and proposes an extension of defect assessment procedures for welded structures to include effects of weld strength mismatch. The main motivation is based on the strong expansion of Brazilian petroleum industry and the increasing demand for productivity, safety and reliability of pipelines and correlated structures. In this context, it is initially presented a detailed description of fracture mechanics parameters, welding metallurgy fundamentals and mechanic and microestructural effects due to mismatched welds. Next, the main procedures for experimental evaluation of fracture toughness are addressed followed by a discussion on current integrity assessment standards based on FAD and the Weibull stress methodology. These studies provide the necessary background to conduct a wide variety of experimental tests in welded joints and the proposal of corrections for experimental fracture toughness evaluation in welded joints, corrections for limit load estimation schemes in mismatched structures and a new toughness scaling model based on Weibull stress applicable to welded mismatched joints. Finally, the resulting framework is incorporated into a modified FAD-based procedure specifically designed for integrity assessment of welded mismatched structures. The experimental results reveal strong deleterious effects of mismatched welds on loading capacity and fracture toughness of the analyzed specimens. However, the extensive body of calibrated eta and plastic rotational rp factors allows accurate experimental determination of fracture toughness for homogeneous and bimaterial SE(B) specimens. Additionally, the limit load estimation scheme proposed incorporates the materials hardening capacity while the Weibull-based toughness scaling model incorporating mismatch effects allows accurate estimation of the weldment toughness from base metal data and a simple experimental calibration. Results from an exploratory application indicate a high degree of accuracy and confirm the validity of the proposed methodology as a potential tool for design and integrity assessments of cracked weldments.