São realizados estudos termodinâmicos de nitretos, carbonetos e carbonitretos dos microelementos V, Nb, Al e Ti, utilizando bancos de dados computacionais do programa FactSage, com finalidade de verificar seus potenciais como inibidores do crescimento do grão na faixa de temperatura do processo de forjamento a quente dos aços. Um procedimento para verificação da solubilidade dos compostos dos microelementos por meio do FactSage foi desenvolvido e foram estudadas situações mais complexas e menos abordadas na literatura, tais como o efeito combinado de dois microelementos no aço e o estudo do comportamento dos carbonitretos em altas temperaturas com variantes do porcentual de carbono e nitrogênio. Os estudos demonstraram que os nitretos com presença de titânio possuem elevada estabilidade em altas temperaturas e, por isso, são potencialmente muito efetivos no controle do crescimento do grão. Alguns carbonetos com presença de nióbio apresentam também uma boa estabilidade em altas temperaturas, assim como os carbonitretos desses dois elementos. Foi verificada uma boa correlação dos produtos de solubilidade obtidos tanto por métodos experimentais como por cálculos termodinâmicos apresentados pela literatura, bem como a valiosa contribuição do software para estudos de precipitação e dissolução de carbonetos, nitretos e carbonitretos na austenita, permitindo auxiliar na seleção de aços e/ou modificação da composição de aços convencionais por meio da adição de microelementos juntamente com uma escolha apropriada de porcentuais de nitrogênio e/ou carbono, quando se busca controlar o crescimento do grão em altas temperaturas. Os resultados obtidos podem auxiliar de forma indireta nos estudos de eliminação de tratamentos térmicos convencionais, seja pelo uso de aços microligados com resfriamento controlado, seja pelo uso de aços convencionais de baixa liga temperados logo após forjamento, permitindo, assim, uma redução dos custos globais das peças. Além dessas considerações, os resultados apresentados e a técnica desenvolvida podem também ser úteis em outras áreas em que seja importante o controle do crescimento do grão, tais como laminação a quente e cementação em alta temperatura. / Thermodynamics studies of nitrides, carbides and carbonitrides of the micro elements V, Nb, Al and Ti were performed using the FactSage program databases, in order to verify their potential for grain growth inhibition in a range of temperatures of hot forged steels. A procedure to verify the solubility of compounds of the micro elements was developed by means of FactSage, and it was studied complex states less discussed in literature, such as the combined effect of two micro elements in steel and the behavior of carbonitrides at high temperatures, varying carbon and nitrogen contents. The studies demonstrate that the nitrides with Titanium have high stability in austenite at elevated temperatures: therefore they are potentially highly effective in grain size control. Carbides with Niobium also present effective stability at high temperatures, as well as the carbonitrides of these two elements. A good correlation was verified between the solubility product obtained either by experimental methods, or by thermodynamics calculation presented by literature. Also, a valuable contribution is made by the software in the studies of precipitation and dissolution of nitrides, carbides and carbonitrides in austenite; thus aiding the selection of steels, and/or modification of the chemical composition of standardized steels, by means of adding micro elements; and providing a suitable choice of carbon and nitrogen content when one seeks to control the grain growth at elevated temperatures. Such results can help indirectly in the studies eliminating conventional heat treatment methods, by using micro alloyed steels with controlled cooling and low alloy steels quenched after forging, with overall reducing costs. Besides these considerations, the results presented and the developed procedure can be useful in other areas where grain growth is an important factor, such as in hot rolling and carburizing at high temperature.

Este trabalho foi desenvolvido como parte das atividades relacionadas ao projeto de cooperação internacional Brasil-Alemanha intitulado "Bulk metal formed parts for power plants" pertencente ao BRAGECRIM (Iniciativa Brasil-Alemanha para Pesquisa Colaborativa em Tecnologia de Manufatura), realizado em parceria entre o Laboratório de Transformação Mecânica (LdTM) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul e o Instituto de Conformação Mecânica (IBF) da Universidade Técnica de Aachen (RWTH), Alemanha. Este projeto visa o desenvolvimento do processo de forjamento a quente em matriz aberta para a produção de um eixo vazado para aplicação em aerogeradores de energia, em substituição à eixos maciços usualmente obtidos por fundição, visando aumento de desempenho mecânico e redução de peso da estrutura. Neste trabalho buscou-se analisar, por meio de simulação numérica computacional empregando o método de elementos finitos, diferentes parâmetros de forjamento, de modo a indicar a configuração operacional que se mostra mais adequada para a produção de um eixo vazado para a aplicação pretendida. Para isto, foram realizados cinco experimentos numéricos, avaliando a influência de parâmetros de forjamento na qualidade do produto forjado. Alguns parâmetros analisados foram: a sequência operacional de forjamento, geometrias e combinações de matrizes utilizadas industrialmente, razão de mordida, etc. Para as simulações termomecânicas foi utilizado o software de Elementos Finitos PEP/Larstran acoplado ao módulo de simulação de microestrutura Strucsim. O material utilizado nas simulações foi o aço DIN 42CrMo4 (AISI 4140). Os resultados mostraram que, dentre as diferentes combinações e geometrias de matrizes analisadas, o emprego de um par de matrizes côncavas, aplicando a sequência operacional-A analisada, tende a propiciar um produto de mais alta qualidade, promovendo maior uniformidade de deformação e microestrutura mais homogênea. Também, a razão de mordida influencia diretamente na qualidade do produto, sendo que uma razão de mordida na ordem de 0,6 induz graus de deformação maiores e mais profundos na peça forjada, ao mesmo tempo em que exige maiores cargas de conformação. Comparativos entre resultados da simulação e resultados experimentais de ensaios de compressão a quente de corpos de prova cilíndricos foram realizados para validação do software de simulação numérica. Os resultados experimentais mostraram que o software de simulação numérica pode prever com boa aproximação o fluxo de material e a evolução microestrutural durante o forjamento a quente do aço DIN 42CrMo4. / This work was developed as a part of the activities related to the international cooperation project between Brazil and Germany titled "Bulk formed metal parts for power plants" belonging to BRAGECRIM (Brazil-Germany Initiative for Collaborative Research in Manufacturing Technology). This project is in partnership between the Metal Forming Laboratory (LdTM) from the Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS) and the Institute of Metal Forming (IBF), from Technical University of Aachen (RWTH), Germany. The project aims the development of an open die forging process to produce a hollow shaft for application in wind turbines, replacing the solid shafts usually obtained by casting, in order to increase the mechanical performance and providing weight reduction to wind turbines. The present work aimed to analyze different forging parameters, using Finite Element Method, in order to indicate most suitable forging configuration to the production of a hollow shaft. Five numerical experiments were performed, evaluating the influence of various forging parameters on the quality of the forged product, such as the forging sequence, tool geometries and tool combinations and bite ratio. For thermomechanical simulations the Finite Element software PEP/Larstran was used, coupled to the microstructure simulation module Strucsim. The material used for the numerical simulations was the DIN 42CrMo4 steel (AISI 4140). The results showed that, among the different parameters analyzed, the use of concave dies, applying the operational sequence-A, tends to provide a forged with higher quality, promoting uniform strain distribution and homogeneous microstructure. Also, results showed that a bite ratio around 0,6 provides higher and deeper strain degrees, but requires higher forming loads. Hot compression tests using cylindrical specimens were performed to validate the numerical simulation software, including microstructure evolution. Comparison between simulation and experimental results showed that the numerical simulation software can predict with good approximation the material flow and microstructure evolution during hot forging for DIN 42CrMo4 steel.

São realizados estudos termodinâmicos de nitretos, carbonetos e carbonitretos dos microelementos V, Nb, Al e Ti, utilizando bancos de dados computacionais do programa FactSage, com finalidade de verificar seus potenciais como inibidores do crescimento do grão na faixa de temperatura do processo de forjamento a quente dos aços. Um procedimento para verificação da solubilidade dos compostos dos microelementos por meio do FactSage foi desenvolvido e foram estudadas situações mais complexas e menos abordadas na literatura, tais como o efeito combinado de dois microelementos no aço e o estudo do comportamento dos carbonitretos em altas temperaturas com variantes do porcentual de carbono e nitrogênio. Os estudos demonstraram que os nitretos com presença de titânio possuem elevada estabilidade em altas temperaturas e, por isso, são potencialmente muito efetivos no controle do crescimento do grão. Alguns carbonetos com presença de nióbio apresentam também uma boa estabilidade em altas temperaturas, assim como os carbonitretos desses dois elementos. Foi verificada uma boa correlação dos produtos de solubilidade obtidos tanto por métodos experimentais como por cálculos termodinâmicos apresentados pela literatura, bem como a valiosa contribuição do software para estudos de precipitação e dissolução de carbonetos, nitretos e carbonitretos na austenita, permitindo auxiliar na seleção de aços e/ou modificação da composição de aços convencionais por meio da adição de microelementos juntamente com uma escolha apropriada de porcentuais de nitrogênio e/ou carbono, quando se busca controlar o crescimento do grão em altas temperaturas. Os resultados obtidos podem auxiliar de forma indireta nos estudos de eliminação de tratamentos térmicos convencionais, seja pelo uso de aços microligados com resfriamento controlado, seja pelo uso de aços convencionais de baixa liga temperados logo após forjamento, permitindo, assim, uma redução dos custos globais das peças. Além dessas considerações, os resultados apresentados e a técnica desenvolvida podem também ser úteis em outras áreas em que seja importante o controle do crescimento do grão, tais como laminação a quente e cementação em alta temperatura. / Thermodynamics studies of nitrides, carbides and carbonitrides of the micro elements V, Nb, Al and Ti were performed using the FactSage program databases, in order to verify their potential for grain growth inhibition in a range of temperatures of hot forged steels. A procedure to verify the solubility of compounds of the micro elements was developed by means of FactSage, and it was studied complex states less discussed in literature, such as the combined effect of two micro elements in steel and the behavior of carbonitrides at high temperatures, varying carbon and nitrogen contents. The studies demonstrate that the nitrides with Titanium have high stability in austenite at elevated temperatures: therefore they are potentially highly effective in grain size control. Carbides with Niobium also present effective stability at high temperatures, as well as the carbonitrides of these two elements. A good correlation was verified between the solubility product obtained either by experimental methods, or by thermodynamics calculation presented by literature. Also, a valuable contribution is made by the software in the studies of precipitation and dissolution of nitrides, carbides and carbonitrides in austenite; thus aiding the selection of steels, and/or modification of the chemical composition of standardized steels, by means of adding micro elements; and providing a suitable choice of carbon and nitrogen content when one seeks to control the grain growth at elevated temperatures. Such results can help indirectly in the studies eliminating conventional heat treatment methods, by using micro alloyed steels with controlled cooling and low alloy steels quenched after forging, with overall reducing costs. Besides these considerations, the results presented and the developed procedure can be useful in other areas where grain growth is an important factor, such as in hot rolling and carburizing at high temperature.

Este trabalho foi desenvolvido como parte das atividades relacionadas ao projeto de cooperação internacional Brasil-Alemanha intitulado "Bulk metal formed parts for power plants" pertencente ao BRAGECRIM (Iniciativa Brasil-Alemanha para Pesquisa Colaborativa em Tecnologia de Manufatura), realizado em parceria entre o Laboratório de Transformação Mecânica (LdTM) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul e o Instituto de Conformação Mecânica (IBF) da Universidade Técnica de Aachen (RWTH), Alemanha. Este projeto visa o desenvolvimento do processo de forjamento a quente em matriz aberta para a produção de um eixo vazado para aplicação em aerogeradores de energia, em substituição à eixos maciços usualmente obtidos por fundição, visando aumento de desempenho mecânico e redução de peso da estrutura. Neste trabalho buscou-se analisar, por meio de simulação numérica computacional empregando o método de elementos finitos, diferentes parâmetros de forjamento, de modo a indicar a configuração operacional que se mostra mais adequada para a produção de um eixo vazado para a aplicação pretendida. Para isto, foram realizados cinco experimentos numéricos, avaliando a influência de parâmetros de forjamento na qualidade do produto forjado. Alguns parâmetros analisados foram: a sequência operacional de forjamento, geometrias e combinações de matrizes utilizadas industrialmente, razão de mordida, etc. Para as simulações termomecânicas foi utilizado o software de Elementos Finitos PEP/Larstran acoplado ao módulo de simulação de microestrutura Strucsim. O material utilizado nas simulações foi o aço DIN 42CrMo4 (AISI 4140). Os resultados mostraram que, dentre as diferentes combinações e geometrias de matrizes analisadas, o emprego de um par de matrizes côncavas, aplicando a sequência operacional-A analisada, tende a propiciar um produto de mais alta qualidade, promovendo maior uniformidade de deformação e microestrutura mais homogênea. Também, a razão de mordida influencia diretamente na qualidade do produto, sendo que uma razão de mordida na ordem de 0,6 induz graus de deformação maiores e mais profundos na peça forjada, ao mesmo tempo em que exige maiores cargas de conformação. Comparativos entre resultados da simulação e resultados experimentais de ensaios de compressão a quente de corpos de prova cilíndricos foram realizados para validação do software de simulação numérica. Os resultados experimentais mostraram que o software de simulação numérica pode prever com boa aproximação o fluxo de material e a evolução microestrutural durante o forjamento a quente do aço DIN 42CrMo4. / This work was developed as a part of the activities related to the international cooperation project between Brazil and Germany titled "Bulk formed metal parts for power plants" belonging to BRAGECRIM (Brazil-Germany Initiative for Collaborative Research in Manufacturing Technology). This project is in partnership between the Metal Forming Laboratory (LdTM) from the Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS) and the Institute of Metal Forming (IBF), from Technical University of Aachen (RWTH), Germany. The project aims the development of an open die forging process to produce a hollow shaft for application in wind turbines, replacing the solid shafts usually obtained by casting, in order to increase the mechanical performance and providing weight reduction to wind turbines. The present work aimed to analyze different forging parameters, using Finite Element Method, in order to indicate most suitable forging configuration to the production of a hollow shaft. Five numerical experiments were performed, evaluating the influence of various forging parameters on the quality of the forged product, such as the forging sequence, tool geometries and tool combinations and bite ratio. For thermomechanical simulations the Finite Element software PEP/Larstran was used, coupled to the microstructure simulation module Strucsim. The material used for the numerical simulations was the DIN 42CrMo4 steel (AISI 4140). The results showed that, among the different parameters analyzed, the use of concave dies, applying the operational sequence-A, tends to provide a forged with higher quality, promoting uniform strain distribution and homogeneous microstructure. Also, results showed that a bite ratio around 0,6 provides higher and deeper strain degrees, but requires higher forming loads. Hot compression tests using cylindrical specimens were performed to validate the numerical simulation software, including microstructure evolution. Comparison between simulation and experimental results showed that the numerical simulation software can predict with good approximation the material flow and microstructure evolution during hot forging for DIN 42CrMo4 steel.

Neste trabalho foram avaliadas as condições de processamento e caracterização da liga 66Co-28Cr-6Mo utilizada em implantes. Cada lingote foi produzido por meio de fusão a arco voltáico, sob atmosfera de argônio em um cadinho de cobre refrigerado à água. Os resultados foram comparados com aqueles de uma barra da liga 66Co-28Cr-6Mo comercial. A temperatura de forjamento a quente da liga é em torno de 1200º C, pois temperaturas menores levam a fraturas do material no decorrer do forjamento. Na análise química realizada na liga 66Co-28Cr-6Mo obteve-se uma concentração de 0,038%C, ou seja, esta concentração encontrada nos lingotes da liga 66Co-28Cr-6Mo produzida estão dentro das especificações da norma ASTM F1537 para a liga com baixo teor de carbono (0,14%C). Os lingotes apresentaram uma microestrutura policristalina, com presença de defeitos volumétricos (poros) possívelmente advindos do processo de solidificação. Foram realizados ensaios de oxidação nas temperaturas de 1200 oC, 1100 oC, 1000 oC e 900 oC por cerca de 30 minutos para avaliar o grau de oxidação da liga de 66Co-28Cr-6Mo em elevadas temperaturas, pois a conformação mecânica da liga é realizada a quente conforme descrito na norma ASTM F1537. O limite de escoamento à tração da liga 66Co-28Cr-6Mo na condição bruta é em média de 750 MPa e o módulo de elasticidade da mesma liga é, aproximadamente de 158 GPa. Notou-se na liga 66Co-28Cr-6Mo comercial uma microestrutura com grãos refinados, proveniente do processo de forjamento a quente. Além disso, observa-se a presença de maclas, porém não se pode afirmar se este defeito é devido à deformação plástica ou tratamento térmico. O limite de escoamento à tração da liga 66Co-28Cr-6Mo comercial foi de 975 MPa e módulo de elasticidade é, de aproximadamente de 203 GPa. A densidade de corrente de corrosão das ligas 66Co-28Cr-6Mo produzida e comercial são respectivamente 1,9x10-7 e 1,5x10-7 Acm-2. Estes valores indicam uma alta resistência à corrosão de ambas as ligas em solução de Ringer. As amostras das ligas 66Co-28Cr-6Mo comercial e produzida apresentaram uma curva de viabilidade celular acima da linha do índice de citotoxicidade (IC50%) = 50%, ou seja, as ligas são consideradas não tóxica. / In this study we evaluated the processing conditions and characterization alloy 28%Cr 66%Co-6%Mo used in implants. Each ingot was produced by through arc melting arcing under argon atmosphere in a water-cooled copper crucible. The results were compared with those of a commercial bar 66Co-28Cr-6Mo alloy. The temperature of hot forging 66Co-28Cr-6Mo alloy should be around 1200 º C because lower temperatures lead to fracture of the material during forging. In the chemical analysis performed on the alloy 66Co-28Cr-6Mo obtained a concentration 0,038 %C. Indeed the alloy 66Co-28Cr-6Mo produced are within the specifications of ASTM F1537 for the alloy with low carbon (0.14% C). The ingots had a polycrystalline microstructure with the presence of volumetric defects (pores) possibly arised from the solidification process. Oxidation tests were carried out at temperatures of 1200 oC, 1100 oC 1000 oC and 900 oC for about 30 minutes to evaluate the degree of oxidation of 66Co-28Cr -6Mo alloy at high temperatures because of the mechanical forming league will be held hot. The tensile yield strength of the 66Co-28Cre-6Mo alloy is provided and gross average of 750 MPa and elasticity of the same alloy is approximately 158 GPa. It was noted in the 66Co-28Cr-6Mo alloy commercial grain microstructure with a refined, from the hot forging process. Moreover, observed the presence of twinned, but one cannot say whether this defect is due to plastic deformation or heat treatment. The tensile yield strength of the 66%Co-28%Cr-6%Mo alloy trade was 975 MPa and modulus of elasticity is of approximately 203 GPa. The corrosion current density of the 66Co-28Cr-6Mo alloys and commercial produced are respectively 1,9.10-7 and 1,5.10-7 Acm-2. These values indicate a high corrosion resistence of both alloys in Ringer\'s solution. Samples of the commercial and produced 66Co-28Cr-6Mo alloys a curve above the cell viability index of citotoxicity (IC50%) = 50% the alloys are considered non-toxic.

Neste trabalho foram avaliadas as condições de processamento e caracterização da liga 66Co-28Cr-6Mo utilizada em implantes. Cada lingote foi produzido por meio de fusão a arco voltáico, sob atmosfera de argônio em um cadinho de cobre refrigerado à água. Os resultados foram comparados com aqueles de uma barra da liga 66Co-28Cr-6Mo comercial. A temperatura de forjamento a quente da liga é em torno de 1200º C, pois temperaturas menores levam a fraturas do material no decorrer do forjamento. Na análise química realizada na liga 66Co-28Cr-6Mo obteve-se uma concentração de 0,038%C, ou seja, esta concentração encontrada nos lingotes da liga 66Co-28Cr-6Mo produzida estão dentro das especificações da norma ASTM F1537 para a liga com baixo teor de carbono (0,14%C). Os lingotes apresentaram uma microestrutura policristalina, com presença de defeitos volumétricos (poros) possívelmente advindos do processo de solidificação. Foram realizados ensaios de oxidação nas temperaturas de 1200 oC, 1100 oC, 1000 oC e 900 oC por cerca de 30 minutos para avaliar o grau de oxidação da liga de 66Co-28Cr-6Mo em elevadas temperaturas, pois a conformação mecânica da liga é realizada a quente conforme descrito na norma ASTM F1537. O limite de escoamento à tração da liga 66Co-28Cr-6Mo na condição bruta é em média de 750 MPa e o módulo de elasticidade da mesma liga é, aproximadamente de 158 GPa. Notou-se na liga 66Co-28Cr-6Mo comercial uma microestrutura com grãos refinados, proveniente do processo de forjamento a quente. Além disso, observa-se a presença de maclas, porém não se pode afirmar se este defeito é devido à deformação plástica ou tratamento térmico. O limite de escoamento à tração da liga 66Co-28Cr-6Mo comercial foi de 975 MPa e módulo de elasticidade é, de aproximadamente de 203 GPa. A densidade de corrente de corrosão das ligas 66Co-28Cr-6Mo produzida e comercial são respectivamente 1,9x10-7 e 1,5x10-7 Acm-2. Estes valores indicam uma alta resistência à corrosão de ambas as ligas em solução de Ringer. As amostras das ligas 66Co-28Cr-6Mo comercial e produzida apresentaram uma curva de viabilidade celular acima da linha do índice de citotoxicidade (IC50%) = 50%, ou seja, as ligas são consideradas não tóxica. / In this study we evaluated the processing conditions and characterization alloy 28%Cr 66%Co-6%Mo used in implants. Each ingot was produced by through arc melting arcing under argon atmosphere in a water-cooled copper crucible. The results were compared with those of a commercial bar 66Co-28Cr-6Mo alloy. The temperature of hot forging 66Co-28Cr-6Mo alloy should be around 1200 º C because lower temperatures lead to fracture of the material during forging. In the chemical analysis performed on the alloy 66Co-28Cr-6Mo obtained a concentration 0,038 %C. Indeed the alloy 66Co-28Cr-6Mo produced are within the specifications of ASTM F1537 for the alloy with low carbon (0.14% C). The ingots had a polycrystalline microstructure with the presence of volumetric defects (pores) possibly arised from the solidification process. Oxidation tests were carried out at temperatures of 1200 oC, 1100 oC 1000 oC and 900 oC for about 30 minutes to evaluate the degree of oxidation of 66Co-28Cr -6Mo alloy at high temperatures because of the mechanical forming league will be held hot. The tensile yield strength of the 66Co-28Cre-6Mo alloy is provided and gross average of 750 MPa and elasticity of the same alloy is approximately 158 GPa. It was noted in the 66Co-28Cr-6Mo alloy commercial grain microstructure with a refined, from the hot forging process. Moreover, observed the presence of twinned, but one cannot say whether this defect is due to plastic deformation or heat treatment. The tensile yield strength of the 66%Co-28%Cr-6%Mo alloy trade was 975 MPa and modulus of elasticity is of approximately 203 GPa. The corrosion current density of the 66Co-28Cr-6Mo alloys and commercial produced are respectively 1,9.10-7 and 1,5.10-7 Acm-2. These values indicate a high corrosion resistence of both alloys in Ringer\'s solution. Samples of the commercial and produced 66Co-28Cr-6Mo alloys a curve above the cell viability index of citotoxicity (IC50%) = 50% the alloys are considered non-toxic.