Austempered Ductile Iron (ADI) is a ferrous material that was first fabricated in the second half of last century, therefore a relatively new material compared to steel, which has been used for different applications by mankind for some millennia now. ADI';s mechanical properties, such as its strength-to-weight ratio, which has proven to outperform that of forged steel by up to 10%, are very suitable for structural applications, such as connecting rods, crankshafts, and heavy farm machinery among others. The main goal of this work is to perform an analysis of the machinability of two ASTM grades of ADI, namely 2 and 3. The samples used in this work were cast and austempered according to ASTM standards for the production of grade 2 (G2) and grade 3 (G3) ADI. Characterization was accomplished through tensile and hardness tests, metallography and X-ray diffraction. Machinability was evaluated by analyzing tool life, cutting forces, surface finish and chip characteristics in turning operations. A quick-stop test was also performed. Tool life when machining G2 was 33% lower than G3, although the latter is a harder material. Abrasion and adhesion were the wear mechanisms observed through SEM images, whereas in other cast irons mainly abrasion is observed. Cutting forces measurements showed that the value of Kc1,1 decreased 19%, from 1448 to 1175N/mm2, for G2 as the depth of cut increased from 2 to 5mm at a cutting speed of 80m/min and 18%, from 1501 to 1236N/mm2, for G3. Surface roughness measurements proved that a smoother surface is obtained for both alloys at f = 0.10mm/rev when using an insert with nose radius 1.6mm instead of smaller radii. Both alloys presented similar surface quality. All chips observed were segmented.

Foi estudado o efeito da variação do teor de cromo, em 3%, 6% e 9% em massa, na microestrutura, dureza e oxidação de um ferro fundido branco multicomponente. O Thermo-Calc versão 5 foi a ferramenta utilizada para cálculos termodinâmicos que resultaram na previsão das fases formadas para cada liga. Experimentalmente, foram realizados os seguintes estudos: i) caracterização microestrutural das ligas fundidas com os diferentes teores de cromo na condição bruta de fundição; ii) ensaio de dureza na matriz duplamente revenida em cinco diferentes temperaturas entre 400 °C e 600 °C; e iii) ensaio de termogravimetria em atmosfera controlada de 71,2 % N2 + 17,8 % O2 + 11% H2O, com temperatura constante em 650 °C e por um tempo de 240 minutos. O resultado da caracterização microestrutural permitiu identificar que, com o aumento do teor de cromo, houve aumento da fração volumétrica de carbonetos eutéticos e redução do espaçamento dendrítico secundário. Com as medidas de dureza da matriz após tratamento térmico verificou-se que, independentemente do teor de cromo, o pico de máxima dureza ocorre na temperatura de duplo revenimento de 550°C e, nessa temperatura, a amostra com 9% de cromo exibiu o maior valor de dureza. O ganho de massa das amostras submetidas ao ensaio de termogravimetria foi inversamente proporcional ao aumento de teor de cromo e todas as ligas apresentaram cinética de oxidação parabólica. A caracterização da seção transversal das amostras oxidadas, realizada por meio de um FIB, permitiu identificar, na amostra com 9% de cromo, uma nano camada de óxido de cromo, estrutura decisiva para a menor taxa de oxidação. Os resultados desse estudo permitem concluir que a variação do teor de cromo afeta de maneira significativa a resistência à oxidação, a dureza da matriz e a fração volumétrica de carbonetos eutéticos. / The effect of chromium variation, 3%, 6% and 9% Cr in mass in the microstructure, hardness and oxidation of a Multicomponent White Cast Iron was studied. The Thermo-Calc software version 5 was the tool used for thermodynamic calculations to predict the phases formed for each alloy. Experimentally, the following studies were carried out: i) microstructure characterization of the as cast alloys with the different chromium contents, ii) hardness test in the double tempered matrix at five different temperature between 400°C and 600° and iii) themogravimetric test with steam atmosphere composed of 71,2 % N2 + 17,8 % O2 + 11% H2O at constant temperature of 650° for 240 minutes. The result of the microstructure characterization allowed to observe that with increasing chromium content, there was an increase in the volume fraction of eutectic carbides and a reduction of the secondary dendritic spacing. Independently of the chromium content, a maximum hardness was observed always for double tempered at 550°C and the alloy with 9% of chromium exhibited the highest hardness average value. The final weight gain was inversely proportional to the increase in chromium content and all alloys showed parabolic oxidation kinetics. The alloy with 9% Cr showed the lowest final mass gain and the surface characterization of the sample after oxidation was carried out and the cross section of the sample was performed by FIB and was observed the formation of a nano-oxide layer on the alloy surface with 9% Cr. The results of this study leads to the conclusion that the chromium content variation significantly affects the oxidation resistance, the final hardness of the matrix and the volume fraction of eutectic carbides.

A Nappe Socorro-Guaxupé (NSG) representa um arco magmático neoproterozóico intensamente erodido, desenvolvido na margem ativa da Placa Paranapanema. A NSG está localizada no Orógeno Brasília Sul, que registra a colisão Ediacarana entre a Placa Paranapanema e o paleocontinente São Francisco, relacionado com a aglutinação do Gondwana Ocidental. A NSG expõe uma seção espessa (ca. 10 km) de crosta inferior, composta dominantemente por granulitos e migmatitos, e por intrusões de charnockito-granito de alto-K cálcio-alcalinos que registram um expressivo magmatismo sin-colisional. A evolução temporal dos eventos de fusão parcial, metamorfismo de temperatura ultra-alta e cristalização de fundido da NSG é acessada através de um estudo integrado envolvendo técnicas de datação in-situ de zircão e monazita, análise textural detalhada, geotermobarometria, geoquímica de elementos-traço em fases acessórias e fases metamórficas principais, geoquímica de rocha-total e isótopos de Sr-Nd em dois afloramentos-chave na região de Alfenas (MG): Pedreira Alfenas (Unidade Metatexítica) e Pedreira Santa Terezinha (Unidade Granulítica). Cinco episódios distintos de geração de monazita foram reconhecidos em migmatitos com granada ± ortopiroxênio na Unidade Metatexítica. A monazita registra idades progressivas de ca. 631±4 Ma anteriores ao evento de fusão parcial, definindo assim um limite máximo de idade para o metamorfismo de fácies granulito na NSG. Monazita relacionada com apatita registra os estágios iniciais de descompressão a ca. 628±4 Ma. O crescimento abundante de zircão e monazita registra um evento de cristalização de fundido prolongado entre ca. 630-600 Ma, com crescimento episódico em ca. 625 Ma, ca. 615 Ma e ca. 608 Ma a 790-680 °C, baseado em termometria de Ti-em-zircão. O desenvolvimento de bordas de monazita ricas em Y e ETRP em ca. 600 Ma marcam os estágios finais de cristalização de fundido, concomitante com o consumo parcial de granada e crescimento extenso de biotita ao longo da trajetória retrometamórfica. Recristalização tardia promovida pela infiltração de fluidos é registrada em bordas de monazita ricas em Th em ca. 590 Ma. Idades de cristalização ígneas dos protólitos dos granulitos félsicos e granada granulitos se situam entre ca. 730-640 Ma, e são equivalentes ao intervalo de idades obtidos em xenocristais de zircão herdados dos leucossomas das Unidades Metatexítica e Granulítica, e são interpretadas como sendo o período de magmatismo de arco pré-colisional, com duração de pelo menos 90 m.y. As idades concordia de ca. 655-650 Ma obtidas nos granulitos félsicos e granada granulitos (Unidade Granulítica) refletem o principal período de magmatismo de arco pré-colisional. As condições de pico metamórfico foram determinadas a ca. 1030 °C a 11,7 kbar em megacristais de granada e ortopiroxênio dentro de leucossoma da Unidade Metatexítica e a ca. 900 °C at 12 kbar em granada granulito da Unidade Granulítica, o que caracteriza o metamorfismo de temperatura ultra-alta sin-colisional na NSG, aqui estabelecido em ca. 630-625 Ma. Magma basáltico pode ter atuado como importante fonte de calor adicional durante o metamorfismo de temperatura ultra-alta, dada a ocorrência de rochas máficas intrusivas sin-metamórficas nas proximidades dos leucossomas charnockítico (com ortopiroxênio) e com hornblenda na Unidade Granulítica. Padrões de ETR contrastantes nestes leucossomas fornecem evidência para a presença de fundidos fracionados (maior abundância de ETR e anomalia negativa de Eu) e cumulatos (menor abundância de ETR e anomalia positiva de Eu). As rochas estudadas apresentam evidência isotópica de participação de fontes mantélicas enriquecidas em sua origem, pois retrabalhamento crustal envolvendo crostas arqueanas ou paleoproterozóicas mais antigas não foram reconhecidas até o presente momento. / The Socorro-Guaxupé Nappe (SGN) consists of a deeply eroded Neoproterozoic magmatic arc, developed at the active margin of Paranapanema Plate. The SGN is located within the southern Brasília Orogen, that records the Ediacaran collision between the Paranapanema Plate and the São Francisco paleocontinent, related to the assembly of western Gondwana. The SGN exposes a thick section (ca. 10 km) of the lower crust, mainly composed of granulites and migmatites, and by widespread high-K calc-alkaline charnockite-granite intrusions that record the syn-collisional magmatism. The timing of partial melting, ultra-high temperature (UHT) metamorphism and melt crystallization in the SGN is constrained by an integrated study involving zircon and monazite in-situ dating techniques, detailed textural analysis, geothermobarometry, trace element geochemistry in accessory phases and main metamorphic minerals, whole-rock geochemistry and Sr-Nd isotopes in two key outcrops in the Alfenas region (MG): Alfenas Quarry (Metatexite Unit) and Santa Terezinha Quarry (Granulite Unit). Five monazite growth episodes are recognized in (orthopyroxene)-garnet-bearing migmatites within the Metatexite Unit. Monazite preserves prograde growth ages of ca. 631±4 Ma prior to the partial melting event, providing an upper age limit for the granulite-facies metamorphism in the SGN. Apatite-related monazite records the initial stages of decompression at ca. 628±4 Ma. Abundant zircon and monazite growth records a protracted melt crystallization event between ca. 630-600 Ma, with episodic growth in ca. 625 Ma, ca. 615 Ma e ca. 608 Ma at 790-680 °C, based on Ti-in-zircon thermometry. The development of Y+HREE-rich monazite rims documents the final stages of melt crystallization, concomitant to retrograde garnet breakdown and extensive biotite growth along the retrograde metamorphic path. Late recrystallization promoted by fluid infiltration is recorded by Th-rich monazite rims at ca. 590 Ma. Igneous crystallization ages from protoliths of the felsic and garnet granulites range from ca. 730-640 Ma, similarly to the age range of inherited xenocrystic zircon cores from leucosomes in both Metatexite and Granulite Units, and are interpreted to constrain the pre-collisional arc magmatism lasting for at least 90 m.y. The concordia ages of ca. 655-650 Ma obtained from the felsic and garnet granulites (Granulite Unit) reflect the main period of pre-collisional arc magmatism. Peak metamorphic conditions were attained at a ca. 1030 °C a 11.7 kbar, recorded by (orthopyroxene)-garnet-bearing leucosome within the Metatexite Unit, and at ca. 900 °C, 12 kbar recorded by garnet granulites within the Granulite Unit, which characterizes the syn-collisional UHT metamorphism in the SGN, here established in ca. 630-625 Ma. Basaltic magma underplating could be a potential heat source for UHT metamorphism, given the occurrence of syn-metamorphic mafic rocks in close spatial relation to in-situ hornblende- and orthopyroxene-bearing leucosomes within the Granulite Unit. Contrasting REE patterns in these leucosomes provide evidence for the presence of both fractionated melt (higher REE abundance and negative Eu anomaly) and cumulates (lower REE abundance and positive Eu anomaly). Studied samples from the Granulite Unit show isotopic evidence for enriched-mantle sources in their origin, as crustal recycling involving either Archean or Paleoproterozoic older crust have not been recognized yet.

Estágio realizado na Cruz Martins e Wahl, Ld.ª / Tese de mestrado integrado. Engenharia Metalúrgica e de Materiais. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Materiais e Processos de Fabrico, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Estágio realizado na empresa OCC GmbH (Mönchengladbach, Alemanha) e orientado pelo Sr. Wolfgang Baumgart / Tese de mestrado integrado. Engenharia Metalúrgica e de Materiais. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. / Made available in DSpace on 2012-10-17T22:54:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T16:13:28Z : No. of bitstreams: 1 184512.pdf: 16833330 bytes, checksum: 6de8e2c0feeaf35aa0d4395d25b028b9 (MD5) / Este trabalho apresenta um estudo sobre o efeito de variações de Si, de teores residuais de Cu e Mn e da prática de pós-inoculação sobre a tenacidade em ensaio Charpy de Ferros Nodulares Ferríticos no estado bruto de fundição. Também são discutidos os efeitos sobre a microestrutura e demais propriedades mecânicas. Adotou-se o método Taguchi (DOE) para o projeto dos experimentos e a técnica ANOVA para interpretação dos resultados. Estudou-se o efeito de variações de Si entre 2,2-2,4% e 2,1-2,7%, Cu entre 0,04-0,08% e 0,05-0,12%, Mn entre 0,13-0,20% e 0,15-0,30% e da adição de 0,1% de pós-inoculante. Si e pós-inoculação apresentaram forte efeito ferritizante e de aumento no número de nódulos. Cu e Mn apresentaram efeito perlitizante. Apesar do efeito fragilizante, o aumento nos teores de Si contribuíram para a elevação da energia absorvida. A pós-inoculação apresentou efeito mais significativo no aumento da energia absorvida em temperaturas de ensaio mais baixas. Aumentos nos teores de Cu e Mn resultaram em redução da energia absorvida. Com os resultados obtidos constatou-se que propriedades de tenacidade otimizadas podem ser alcançadas com baixos teores de elementos residuais, teores de Si em uma faixa de 2,4 a 2,7% de forma a garantir uma estrutura predominantemente ferrítica, além de uma eficiente prática de pós-inoculação que resulte em um elevado número de nódulos.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T04:58:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 287082.pdf: 20999120 bytes, checksum: aa6f6685ba2da0681d0728d5dd75921a (MD5) / Somente nos EUA são gastos anualmente 300 bilhões de dólares com o processo de usinagem (KOMANDARI; DESAI, 1983 apud NARUTAKI, 1997). Dessa forma, a busca pela redução do custo no referido processo há muito tempo encontrou ressonância na comunidade acadêmica e nas indústrias de manufatura. Recentemente, observou-se, na usinagem do ferro fundido cinzento com ferramenta à base de -Si3N4, que o aumento na velocidade de corte resulta numa redução do desgaste da ferramenta. Tal #comportamento atípico# assume uma grande importância nas indústrias altamente competitivas, como a automotiva, haja vista os ganhos com a redução no custo de produção e o aumento da produtividade. Assim, o presente trabalho se propõe em explicar esse #comportamento atípico#, isto é, a redução no desgaste da ferramenta com o aumento na velocidade de corte. Os corpos de prova para esta pesquisa foram produzidos em ferro fundido cinzento FC 250 e em condições de fabricação comercial. Os ensaios de usinagem foram desenvolvidos pelo processo de torneamento externo longitudinal com ferramenta à base de -Si3N4, classe CC6090, nas velocidades de corte de 300 a 700 m.min-1. O material da ferramenta de corte, o material da peça, a microestrutura e a composição da tribolayer formada na ferramenta à base de -Si3N4 durante a usinagem foram analisados em detalhe usando microscópios eletrônicos de varredura, microscópios eletrônicos de transmissão e microscópios eletrônicos de transmissão por varredura combinados com espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDS) e difração de elétrons de área selecionada (SAED). A microestrutura da ferramenta de corte, da tribolayer e da interface ferramenta-tribolayer foi analisada detalhadamente utilizando microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HRTEM), espectroscopia por perda de energia de elétrons (EELS), imagens filtradas em energia (EFTEM) e difração de nanofeixe de elétrons (NBD). As amostras de seção transversal da ferramenta para análise no TEM foram preparadas pela técnica de feixe de íons focalizados (FIB) nas regiões com alta concentração dos elementos S, Mn e Al. A redução do desgaste da ferramenta à base de - Si3N4 na usinagem do ferro fundido cinzento FC 250 com o aumento da velocidade de corte é resultado da redução das componentes da força de usinagem; formação de uma camada com alta concentração de alumínio fortemente aderida à superfície da ferramenta; e pela transferência seletiva das inclusões de MnS (no material da peça) para a superfície da ferramenta. Embora a redução das componentes da força de usinagem contribua para a redução do desgaste da ferramenta, o fator determinante é a formação de uma camada, fortemente aderida à superfície da ferramenta, composta principalmente por alumínio. Na usinagem a 300 m.min-1, as inclusões de MnS aderidas ao SiO2, quando submetidas às tensões de cisalhamento pela superfície inferior do cavaco, são facilmente removidas do gume devido à diferente densidade entre o SiO2 (resultante da oxidação do -Si3N4) e o -Si3N4. Na usinagem a 700 m.min-1, como resultado das condições desenvolvidas na interface cavaco-ferramenta, há a formação de uma camada na superfície da ferramenta, composta principalmente por alumínio e fortemente aderida ao -Si3N4. A inclusão de MnS aderida a essa camada é mantida sobre o gume, contribuindo eficientemente na redução do desgaste da ferramenta à elevada velocidade de corte. / In the U.S. alone, around 300 billion dollars are spent annually on the machining process (KOMANDARI; DESAI, 1983 apud NARUTAKI, 1997). Hence, the search for reduction of costs in this process has long resonated in the academic community and manufacturing industries. Recently, it was observed in the machining of gray cast iron with a -Si3N4 -based cutting tool, that increased cutting speed results in reduced tool wear. Such #atypical behavior# takes on tremendous importance in highly-competitive industries, such as the automotive industry, in light of the gains obtained from lower production costs and higher productivity. Thus, this paper aims to explain this #unusual behavior,# i.e. the reduction in tool wear with increased cutting speed. The work material for this study was produced in gray cast iron FC 250 and under commercial manufacturing conditions. The machining tests were developed by the process of longitudinal external turning with a -Si3N4-based tool, class CC6090, at cutting speeds of 300 to 700 m.min-1. The cutting tool material, the workpiece material, the microstructure and the composition of the tribolayer formed on the -Si3N4-based cutting tool during machining were analyzed in detail using scanning/transmission electron microscopy (TEM/STEM) combined with energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and selected area electron diffraction (SAED). The microstructure of the cutting tool, of the tribolayer, and of the tool#tribolayer interface was analyzed in detail using high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), electron energy-loss spectroscopy (EELS), energy-filtered transmission electron microscopy (EFTEM), and nano-beam electron diffraction (NBD). Cross-section samples of the tool for analysis in TEM were prepared by the focused ion beam (FIB) technique in regions with high concentration of the elements S, Mn and Al. The reduction in the wear of the -Si3N4-based cutting tool in the machining of gray cast iron FC 250 with an increased cutting speed is a result of a reduction of the components of machining force, by the formation of a layer with a high concentration of aluminum strongly adhered to the tool surface and the selective transfer of inclusions of MnS (in the workpiece material) to the tool surface. Although the reduction of the components of machining force contributes to the reduction of tool wear, the determining factor is the formation of a layer, strongly adhered to the tool surface, composed primarily of aluminum. In machining at 300 m.min-1, the MnS inclusions adhering to the SiO2, when subjected to shear stress by the chip undersurface, are easily removed from the cutting edge due to the different density between the SiO2 (resulting from -Si3N4 oxidation) and the - Si3N4. In machining at 700 m.min-1, as a result of the conditions developed on the chip#tool interface, there is the formation of a layer on the tool surface, composed primarily of aluminum that is strongly adhered to the -Si3N4. The MnS inclusion adhering to this layer is maintained on the cutting edge, effectively contributing to the reduction of tool wear at a high cutting speed.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. / Made available in DSpace on 2012-10-25T17:41:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 300822.pdf: 8906504 bytes, checksum: 568d544f9db87328dcc0ca0b1faaaede (MD5) / Este estudo trata da obtenção de portadores de ferro com adição de nanopartículas cerâmicas, cuja eficiência foi testada como agente nucleante da grafita nos ferros fundidos. Técnicas de processamento coloidal foram aplicadas na confecção dos portadores constituídos de uma matriz metálica de ferro com partículas cerâmicas de SiO2, Al2O3, ZrO2 ou BaTiO3, em teores de 1, 2.5 e 7.5 vol.% e tamanho nanométrico, dispersas a esta. Ensaios reológicos foram utilizados para determinar as condições necessárias para obter suspensões aquosas estáveis de baixa viscosidade para serem conformadas via colagem em molde de gesso. A fração de pó de ferro, 40 vol.%, pH alcalino (9-10.5), adição de agente dispersantes, 2 vol.% de poliacrilato de amônia (PAA), foram as condições otimizadas. Caracterizações microestruturais foram feitas para determinar a homogeneização da dispersão das nanocerâmicas na matriz metálica. O processo de moagem de alta energia foi aplicado nos portadores colados a fim de obter uma melhor dispersão das nanocerâmicas na matriz de ferro, deformada plasticamente. A atuação desses compactados como agente nucleante da grafita foi avaliada em uma liga base de ferro fundido cinzento. Nesse caso, foram criadas todas as condições para favorecer a reação metaestável: liga metálica hipoeutética, condições de alto superresfriamento (manutenção em forno por 14 h a 1535ºC), no intuito de eliminar todos os núcleos pré-existentes; vazamento em molde para análise térmica com telúrio, favorecendo a formação de carbetos. Dessa forma, a ocorrência de grafita nas amostras de ferro fundido com portadores Fe-ZrO2 (1 e 2.5% colado e 2.5 e 7.5% moído) e Fe-BaTiO3 (2.5 e 7.5% colado e moído) atribuiu-se às condições termodinamicamente favoráveis criadas a partir destas partículas no meio ao líquido permitindo a nucleação da grafita. O evento de solidificação foi acompanhado via análise térmica e os microconstituintes obtidos foram analisados microscopicamente. Foi observado que a grafita formada se encontra próxima aos portadores, os quais não foram totalmente dissolvidos e flotaram para a superfície do molde. / This study deals with the fabrication of cast iron with addition of ceramic nanoparticles whose efficiency was tested as a nucleation agent of graphite. Colloidal processing techniques have been applied for obtaining carriers consisting of an iron metal matrix with dispersed particles of SiO2, Al2O3, ZrO2 or BaTiO3, at 1, 2.5 and 7.5 vol.% and nanometric size. Rheology tests were used to determine the conditions necessary to obtain stable aqueous suspensions of low viscosity to be cast in plaster molds. The optimized conditions were fraction of iron powder (40%vol.), pH (9-10.5), amount of coupling agent (2 vol.% ammonium polyacrylate).Microstructural characterization was done to determine the homogenization of the dispersion of nanoparticles in the metal matrix.The high-energy milling process was applied in cast carriers in order to obtain a better dispersion of nanoceramics in the plastically deformed iron matrix. Their performance as nucleation agents of graphite was evaluated in a basis alloy of grey cast iron. In this case, conditions to favour the metastable reaction were suplied: hypoeutectic alloy, conditions of high overcooling (holding in oven for 14 h at 1535ºC), in order to eliminate any pre-existing nuclei; casting mould for thermal analysis with tellurium, favouring the formation of carbides. In this way, the occurrence of graphite in cast iron samples with carriers Fe-ZrO2 (1 and 2.5% cast and 2.5 and 7.5% milled) and Fe-BaTiO3 (2.5 and 7.5% cast and milled) was assigned to the thermodynamically favourable conditions created from particles in the middle to the liquid allowing graphite nucleation. The event was accompanied by solidification and thermal analyses and the microconstituents obtained were analyzed microscopically. It was noticed that the graphite is formed next to carriers, which have not been fully dissolved and floated on the surface of the mold.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-26T04:39:07Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / As ligas de ferro fundido branco de alto cromo (estipuladas pela norma ASTM A532) são amplamente fabricadas e utilizadas pelas indústrias catarinenses, o que tem motivado a sua pesquisa durante os últimos anos na UFSC. Os estudos tem como foco principal a otimização do tratamento térmico e da resistência ao desgaste, assim como a análise microestrutural das ligas empregadas na fabricação de rolos de moinhos de carvão. Os rolos dos moinhos tradicionalmente são fabricados da liga II D da norma ASTM A532 (20% Cr), porque este material apresenta uma boa resistência ao desgaste. Porém, existem evidências que apontam que ao diminuir o teor de cromo para 16% (classe II B da norma ASTM A532) e otimizar termicamente a liga a resistência ao desgaste pode aumentar, sendo este o ponto de partida desta tese. A resistência ao desgaste da liga II B no presente trabalho foi estudada em escala laboratorial (ensaio de desgaste segundo norma ASTM G65) e industrial (protótipos testados em moinho rolo sobre pista). Em laboratório a liga II B otimizada termicamente, obteve melhor dureza (HV 120), microdureza (0,05 HV) e resistência ao desgaste em comparação a liga II D. Este resultado alavancou a fabricação e os testes em escala industrial de três rolos (a massa de cada rolo foi de 1,5 ton). Um dos rolos foi fabricado na liga II D e os outros dois na liga II B. Os rolos foram instalados no moinho e testados por um período de 30 meses. Os resultados foram aparentemente contraditórios, já que os rolos II B tiveram uma resistência ao desgaste de 81% da resistência do rolo II D, sendo isto uma conseqüência dos rolos II B apresentarem durezas e microdurezas inferiores às obtidas pelo rolo II D, resultado inverso ao obtido em laboratório. Este resultado mostrou que tanto em escala laboratorial como industrial, a dureza e proporcional à resistência ao desgaste, e que o ensaio roda sobre borracha reproduz os micromecanismos de desgaste do moinho. Para realizar a passagem da escala laboratorial para a escala industrial durante a pesquisa, se analisou a influência da microestrutura (Microscópio ótico e eletrônico, EDX, programa Imago, espectofotômetro de emissão ótica), da tenacidade ao impacto (Charpy sem entalhe) e da corrosão (ensaio potenciodinâmico) na resistência ao desgaste das ligas II B e II D. / The alloys of high chromium white cast iron (stipulated by the standard ASTM A532) are widely manufactured and used by industries in Santa Catarina, which has spurred on research about them at UFSC during the last few years. The studies focus mainly on optimizing the thermal treatment and wear resistance, as well as the microstructural analysis of the alloys used for manufacturing coal mill rollers. The rollers of the mills are traditionally made of alloy II D from the standard ASTM A532 (20% Cr), because this material shows good wear resistance. However, there is evidence to suggest that by reducing the chromium content to 16% (class II B of the ASTM A532 standard) and thermally optimizing the alloy, wear resistance can increase, this being the starting point for this thesis. The wear resistance of alloy II B in this work was studied on a laboratory scale (wear tests according to the ASTM G65 standard) and industrial scale (prototypes tested on a mill roller on tracks). In the laboratory, the thermally optimized alloy II B had better hardness (HV 120), microhardness (HV 0.05) and wear resistance compared to alloy II D. This result leveraged the manufacturing and industrial-scale tests of three rollers (the mass of each roller was 1.5 tons). One of the rollers was manufactured with the alloy II D and the other two with the alloy II B. The rollers were installed in the mill and tested for a period of 30 months. The results were apparently contradictory, since the rollers II B had a wear resistance of 81% of the resistance of the roller II D, this being a consequence of the rollers II B having hardnesses and microhardnesses lower than those obtained by roller II D, the opposite result to that obtained in the laboratory. This result showed that both on the laboratory and industrial scale, hardness is proportional to wear resistance, and that the rubber wheel test reproduces the wear micromechanisms of the mill. In order to make the transition from laboratory scale to industrial scale during the research, we analyzed the influence of the microstructure (optical and electron microscopy, EDX, Imago program, optical emission spectrophotometer), impact strength (Charpy unnotched) and corrosion (potentiodynamic test) on the wear resistance of alloys II B and II D.