A aplicação de chapas de aço como revestimento em matrizes de forjamento a quente tem sido estudada como uma alternativa inovadora, dentro de um projeto de cooperação internacional titulado “Evaluation of Sheet Metal Covers to Improve Tool Life in Forging”. Pesquisa realizada em parceria com a Alemanha pelo programa BRAGECRIM. Essas chapas serviriam como um metal de sacrifício em matrizes de forjamento a quente, que pretende substituir tratamentos superficiais de alto custo. As limitações geométricas e propriedades mecânicas das chapas garantiriam o sucesso ou não da gravura conforme o design exigido pela ferramenta, como também o número de ciclos de forjamento mantendo-se a integridade. Desta forma, o conhecimento das propriedades mecânicas em chapas e ductilidade torna-se fundamental para garantir os limites de aplicabilidade. Portanto, este trabalho tem como objetivo avaliar as propriedades mecânicas e os aspectos metalúrgicos em diferentes temperaturas de duas chapas de alta resistência DP600 e Hardox450®, os quais possuem diferentes microestruturas e ductilidade. Esta escolha se deve as diferentes aplicações que ambos os materiais possuem na indústria automobilística, devido as suas propriedades físicas, com a hipótese que influenciará na aplicação como máscaras que irão proteger as matrizes. Para isso foram realizados ensaios de dureza após ciclos de aquecimento e tração em diferentes temperaturas, com taxa de deformação controlada, simulando as condições térmicas que o material irá suportar durante o processo de forjamento. Para avaliar a ductilidade das chapas foi realizado o ensaio de estiramento biaxial. Uma análise pelo método de elementos finitos foi utilizada no ensaio de estiramento de punção esférico Erichsen, o qual foi possível pela análise de laboratório validar os experimentos e então a realização da simulação de estampagem de uma geometria bi radial em formato de copo. Os resultados de tração e dureza mostram que o DP600 possui considerável resistência mecânica em altas temperaturas com boa ductilidade, porém não maior que o Hardox450®, que perde em termos de ductilidade devido a fenômenos de fragilização em altas temperaturas. A simulação numérica permitiu avaliar como seria o produto estampado em uma geometria 3D, sobre os aspectos geométricos da chapa e os efeitos de anisotropia do DP600, como também suas tensões. / The application of sheet metal cover in hot forging dies has been studied as an innovative alternative, within an international project titled "Evaluation of sheet metal covers to improve tool life in forging". Research carried out in partnership with Germany under the BRAGECRIM program. The sheet metal would apply as a sacrificial membrane in the hot forging die, which intended to replace expensive surface treatments. The geometrical limitations and mechanical properties of the plates would guarantee the success or failure of the engraving according to the design required by the tool, as well as the number of forging cycles maintaining the integrity. In this way, the knowledge of the mechanical properties of the sheet metals and ductility becomes fundamental to guarantee the limits of applicability. Therefore, this work has as objective to evaluate the mechanical properties and the metallurgical aspects in different temperatures of two advanced High Strength Steel Sheets DP600 and Hardox450®, which have different microstructures and ductility. This choice is due to the different applications that both materials have in the automotive industry due to their properties, with the hypothesis that will influence the application as masks that will protect dies. Therefore, a hardness test has performed after heating cycles and tensile tests at different temperatures, with a controlled strain rate, simulating the thermal conditions that the material will withstand during the forging process. Biaxial stretching test to evaluate the ductility of the plates were performed. An inverse analysis by the finite element method was used in the Erichsen biaxial stretching test, in which it has been possible to validate the experiments and then to perform the stamping simulation of a bi-radial geometry in a cup format. The results show that the DP600 has considerable mechanical resistance at high temperatures with good ductility, but not higher than the Hardox450®, which is inferior in terms of ductility due to embrittlement phenomena at high temperatures. The numerical simulation allowed an evaluation of how the product can be stamped in a 3D geometry, the geometric aspects of the plate, the anisotropy effects of the DP600, as well as stress distributions.

Orientador: Luis Rogério de Oliveira Hein / Banca: Manoel Cleber de Sampaio Alves / Banca: Ricardo Risso Chaves / Resumo: O aço AISI 300M, considerado um aço de ultra-alta resistência, foi desenvolvido como uma evolução ao aço SAE 4340, para adquirir melhor tenacidade e soldabilidade em aplicações que exigem melhores propriedades mecânicas e facilidade de têmpera. Sua utilização hoje está voltada para o segmento aeroespacial, sendo empregado em partes do veículo lançador de satélites (VLS), alguns veículos de sondagem que fazem parte do Programa Espacial Brasileiro e na confecção de seus envelopes motores (propulsores). A proposta deste trabalho é atribuir melhores características à utilização deste aço, mediante processos e equipamentos de baixo custo. Para isso foram realizados ciclos de transformações martensíticas com o intuito de refino da microestrutura. Os ciclos de transformações martensíticas foram realizados em fornos resistivos do tipo mufla. Buscando-se a nucleação de novos grãos a cada nova transformação martensítica. Para análise dos resultados obtidos foi utilizada a técnica da microcospia correlativa, que consiste na associação de técnicas de microscopia óptica e eletrônica de varredura com o intuito de investigar um mesmo assunto. Através dessa técnica foi possível caracterizar o material tornando possível a verificação e identificação de estruturas em microscopia óptica. Foram realizados ensaios mecânicos como ensaios de tração, dureza, além de análise microestrutural e difração de raios-x, para uma melhor análise dos resultados. Foi avaliado que a melhor condição para o refino dos grãos por ciclos de transformação martensítica foi para ciclos com o aquecimento até 900°C e têmpera em água / Abstract: The AISI 300M steel, known as a ultra-high strength steel, was developed as an evolution of the SAE 4340 steel, in order to acquire a better tenacity and weldability in applications that demand better mechanical properties and quenching facility. Nowadays, its use is directed for the aerospace segment, being it applied in satellite launch vehicle (VLS) parts, in some probing vehicles that are part of the Brazilian Space Program and in the production of its propellant envelopes (propellant). The aim of this paper is to attribute better features to the use of this steel, through low cost procedures and equipment. For this purpose, martensitic transformation cycles were made to refine microstructures. The martensitic transformation cycles were made in a resistive mufla oven, aiming at nucleation of new grains in each new martensitic transformation. To analyze the results obtained, a correlative microscopy technique was used, which consists in the association of optical microscopy technique and electronic scanning with the purpose of investigating the same subject. Through this technique it was possible to check and identify the structures in an optical microscopy. Mechanical tests, such as tensile and hardness tests, besides a microstructural analysis and X-ray diffraction, were made in order to improve the results analysis. Cycles with heating to 900ºC and water quenching were considered the best condition of grain refining per martensitic transformation cycle / Mestre

L'amélioration des propriétés mécaniques dans les alliages du système Fer-Silicium-Titane grâce à l'introduction d'une précipitation nanométrique a été démontrée dans la littérature. La haute valeur de limite d'élasticité qui peut être atteinte dans ces aciers en fait de bons candidats pour des applications dans l'élaboration de structures automobiles. Dans ce contexte, cette étude a pour objectif de caractériser et comprendre la séquence et la cinétique de précipitation dans ces alliages, ainsi que les relations entre microstructure de précipitation et propriétés mécaniques, dans une démarche de conception d'alliages optimisée. La démarche utilisée a tout d'abord consisté en une caractérisation multi-échelle de la précipitation par diffusion des neutrons aux petits angles, microscopie électronique en transmission et sonde atomique tomographique, qui a permis d'aboutir à une description précise de la structure, composition, taille et fraction volumique des précipités, qui ont ensuite été reproduites par modélisation. Dans un deuxième temps, les tests mécaniques réalisés à température ambiante ont révélé un fort potentiel durcissant, qui dépend du temps et de la température de vieillissement. Des modèles à base physique pour la limite d'élasticité et le taux d'écrouissage (tenant compte des contributions isotropes et cinématiques) ont été appliqués pour décrire les courbes de traction mesurées. Ceux-ci ont permis d'aboutir à une bonne compréhension des relations entre microstructures et propriétés dans le système Fe-Si-Ti. / The Iron-Silicon-Titanium alloy system is known to have an interesting hardening potential thanks to its ability to produce a fine and dense precipitation microstructure. The high yield stress obtained for steels from this system, makes them potential candidates for automotive applications. The aim of this study was to improve the understanding of the precipitation sequence and kinetics, as well as to analyze the influence of the precipitates on the mechanical properties (yield strength and strain hardening) in the objective of alloy design and process optimization. The approach used is classical in physical metallurgy. It consists namely, of the characterization of precipitation followed by the study of the mechanical properties. The characterization of precipitation has been carried out using the combination of Small-Angle Neutron Scattering, Transmission Electron Microscopy and Atom Probe Tomography. This provides an accurate description of the precipitates in terms of crystal structure, composition, size and volume fraction. These properties have been subsequently reproduced with a precipitation model. The mechanical tests performed on the alloy at room temperature, have revealed a high hardening potential that depends on ageing time and temperature. Physically-based models for yield strength and strain hardening rate (including the effect of isotropic and kinematic hardening) have been applied to interpret the measured stress-strain curves, and allow to reach a comprehensive understanding of the microstructure/properties relationship in the Fe-Si-Ti alloy system.

[pt] Este trabalho apresenta um estudo experimental do comportamento de pilares esbeltos de alta resistência submetidos à flexão composta reta. Foram ensaiados oito pilares divididos em duas séries, sendo uma série com concreto de 40 MPa e a outra com concreto de 80 MPa aos vinte e oito dias. Todos os pilares tinham seção transversal de 15x25 cm e altura de 300 cm. Em cada série, a variável foi a taxa de armadura longitudinal que assumiu quatro valores diferentes. O objetivo foi verificar os valores da excentricidade de segunda ordem que devem ser considerados no dimensionamento de pilares esbeltos de concreto de alta resistência. Os resultados dos ensaios foram comparados com os resultados teóricos obtidos pelos modelos da curvatura aproximada e da rigidez aproximada que constam na NBR6118:2003. Essa comparação mostrou uma boa concordância entre os resultados experimentais e teóricos. / [en] This work presents an experimental study of the behavior of slender high strength concrete columns under uniaxial eccentric compression loads. Eight columns were tested, divided into two series, one series with concrete of 40 MPa and the other with concrete of 80 MPa at twenty eight days. All columns had a cross-section of 15x25 cm and height of 300 cm. In each series, the variable was the longitudinal reinforcement ratio which assumed four different values. The objective was to verify the values of the eccentricity of second order that should be taken into account in the design of slender high strength concrete columns. The experimental results were compared with theoretical results obtained by the models of the approximated curvature and approximated stiffnes methods prescribed in the NBR6118:2003 code. This comparison showed a good agreement between the experimental and theoretical results.

Os concretos de alta compacidade, com resistências elevadas (acima de 40 MPa), estão começando a ser cada vez mais usados em obras de infraestrutura e em edificações de grande porte, devido às importantes vantagens que os mesmos oferecem em termos de capacidade de carga e durabilidade. Um dos pontos acerca de seu desempenho que levanta dúvidas envolve o seu comportamento frente a elevadas temperaturas. Evidências coletadas em incêndios ocorridos em estruturas reais, como o do Channel Tunnel e do Mont Blanc Tunnel, indicaram que, sob certas circunstâncias, existe a possibilidade de ocorrência de um fenômeno, conhecido como spalling explosivo, que causa sérios danos por lascamento ao material, incrementando de forma significativa a degradação térmica. Isso ocorre porque a reduzida porosidade e a baixa permeabilidade favorecem o aprisionamento do vapor de água nos poros, gerando um acréscimo da pressão interna que ocasiona tensões que podem superar a resistência à tração do concreto. O processo de spalling, bem como a sua probabilidade e severidade de ocorrência, dependem de uma série de fatores interdependentes que influenciam o comportamento do material. Contudo, está se formando um consenso de que o teor de umidade é o parâmetro mais influente para o desencadeamento do processo. Estudos efetuados após o reconhecimento da existência do spalling explosivo demonstraram que o mesmo tende a ocorrer somente quando o concreto apresenta teores muito elevados de umidade em sua estrutura de poros. Isso restringe a preocupação a certos tipos de elementos onde o concreto pode estar muito úmido por ocasião do sinistro. Embora estes sejam casos raros, a gravidade dos danos devido ao spalling explosivo justifica que se investiguem as condições nas quais o mesmo pode acontecer e se implementem medidas mitigatórias. Dado o caráter recente das investigações sobre o tema, ainda existe uma carência de estudos específicos que apontem quais as combinações críticas de porosidade e teores de umidade que desencadeiam o fenômeno. Este trabalho foi concebido para ajudar a superar essa lacuna de conhecimento, coletando dados sobre as condições que favorecem o spalling explosivo, bem como averiguando quais são as propriedades mecânicas residuais e as alterações na microestrutura sofridas por concretos com vários patamares de resistência submetidos a altas temperaturas. O trabalho utiliza os dados coletados para fundamentar a proposição de um modelo simplificado de spalling, elaborado com o objetivo de prover uma forma de considerar os efeitos do fenômeno durante uma análise termomecânica. Essa é uma necessidade fundamental para complementar os softwares atualmente utilizados para analisar os efeitos de incêndios sobre estruturas. O módulo de spalling foi implementado computacionalmente de forma que pudesse ser utilizado em consórcio com a ferramenta computacional VULCAN, o que permitiu simular a ocorrência do fenômeno na deterioração de uma viga durante um incêndio. Os resultados indicaram que a perda de seção transversal causada pela ocorrência do spalling explosivo reduz substancialmente o tempo de resistência ao fogo (TRRF), devido à aceleração dos danos e à redução da capacidade portante dos elementos estruturais de concreto. Conclui-se, portanto, que é fundamental considerar a possibilidade de lascamentos explosivos em estruturas suscetíveis ao fenômeno. De acordo com o presente estudo, estas incluem aquelas fabricadas com concretos de resistência maior que 40 MPa, que apresentem grau de saturação em torno ou superiores a 90%. / In the last years, the utilization of high-strength concrete (HSC) in the construction industry, with compressive strength grades greater than 40 MPa, has become wide spread due to remarkable characteristics of durability and load bearing capacity. However, the increased use of HSC has raised concerns regarding the behaviour of such concretes in fire. Evidences which were collected from structures exposed to the effects of fires, like Channel Tunnel and Mont Blanc Tunnel, have indicated that there is a possibility of the occurrence of explosive spalling in this condition. The phenomenon causes serious damages to the material and raises its thermal degradation in a significant way. This occurs because of its low porosity and permeability that contribute for the vapour pressure build-up in the pores, generating stresses which can exceed tensile strength of the material. The probability and severity of spalling process depend on a large number of inter-dependent factors that influence the behaviour of HSC in an unexpected manner. There is a consensus that the moisture content is one of the principal factors of the occurrence of explosive spalling. Recent investigations have demonstrated that spalling tends to occur only when the moisture content in the pores of concrete is elevated. Although fire is considered an exceptional event, the seriousness of spalling in concrete structures justifies the investigation of conditions in that the phenomenon can be happen and the implementation of preventive measures. In spite of the recent advances about the spalling process in HSC at high temperatures, there is still a lack of information in relation to the critical combinations of factors which affect the spalling occurrence. This work intends to help overcoming this lack of knowledge from the experimental data analysis with the purpose of establishing some critical conditions which collaborate in the spalling process as well as investigating the residual mechanical properties and changes in the microstructure of different concrete grades submitted to high temperatures. In addition, the experimental data are used to validate the proposition of a simplified model of spalling which was developed with the objective to take into account the effects of spalling in the thermo-mechanical analysis. This is an important need to complement the fire analysis of concrete structures. The spalling model was incorporated in the VULCAN software to simulate the phenomenon occurrence in a concrete beam exposed to fire. The results shown that the loss of mass in the beam cross-section, caused by spalling, reduces substantially its required time of fire resistance whereas it accelerates the damage in the concrete and aids the reduction of load bearing capacity of structural element. In conclusion, it is essential to consider the possibility of concrete spalling mainly in concrete grades greater than 40 MPa that present a saturation degree higher than 90%.

O concreto de alta resistência não é mais o concreto do futuro. Com a publicação da revisão da norma de estruturas de concreto armado de 2014, os tecnologistas do concreto são desafiados à utilizar o material de maneira cada vez mais competitiva. O custo sempre foi um grande entrave do emprego deste material, devido principalmente ao maior consumo de aglomerante, do uso de adições e aditivos. Trabalhos foram desenvolvidos nos últimos anos no Brasil buscando identificar quais dos métodos internacionalmente utilizados eram mais adequados aos materiais aqui disponíveis. Neste sentido o presente trabalho teve por objetivo contribuir com algumas lacunas existentes nos métodos de dosagem utilizados para o proporcionamento do concreto de alta resistência no estado fresco e no estado endurecido. A primeira contribuição foi no entendimento de como as propriedades mecânicas da rocha efetivamente influenciam a resistência à compressão do concreto. Foram estudados, separadamente, as fases pasta, argamassa e o agregado de diferentes concretos, caracterizando-se a resistência à compressão e o módulo de elasticidade de cada parte, estabelecendo uma relação de efeito causa entre as propriedades determinadas. A segunda contribuição foi a proposição de uma metodologia para avaliar a resistência à compressão das diferentes dimensões de partículas uma vez que a dimensão máxima característica é um importante limitador da resistência à compressão do concreto. A avaliação da resistência à compressão das diferentes frações do agregado foi realizada através da imersão do agregado numa matriz de elevada resistência. A terceira contribuição refere-se ao concreto no estado fresco e constituiu-se na discussão da eficácia da aplicação do empacotamento máximo do agregado como critério de dosagem dos concretos de alta resistência, bem como na proposição de um parâmetro alternativo a este. Foram realizados dois estudos em laboratório. Primeiramente avaliou-se a influência do empacotamento frente a demanda de água para diferentes misturas. A partir deste estudo fez-se então a proposição de um parâmetro alternativo para definição do esqueleto granular. Realizou-se então um comparativo do mesmo com um método que utiliza a compacidade máxima do esqueleto granular como parâmetro de dosagem. Comparou-se então a eficiência das diferentes abordagens através do indicador consumo de aglomerante por MPa para dois níveis de resistência à compressão. Realizou-se a caracterização reológica das diferentes pastas utilizadas na produção dos traços de concreto dosados no estudo. Como resultados finais destaca-se que a resistência à compressão do concreto de alta resistência é limitada pela diferença entre os módulos de elasticidade da fase argamassa e da fase rocha e diferentemente do que indicavam outros estudos a resistência potencial do agregado não se converte em incrementos de resistência no concreto. Demostrou-se experimentalmente que, diferente dos concretos convencionais produzidos com pastas pouco viscosas, para as pastas de elevada viscosidade utilizadas na produção de concreto de alta resistência o empacotamento máximo não se constitui como a alternativa mais eficaz de determinação do esqueleto granular em termos de custo. / The high strength concrete is no longer considered the concrete of the future. Since the revision of the Brazilian Standard for Reinforced Concrete Structures, in 2014, concrete technologists are challenged to use such material in an increasingly competitive way. The cost has always been an obstacle for concrete, mainly due to the higher binder consumption and to the use of additions and admixtures. In the recent years, researches were developed aiming to identify which of the internationally consolidated mix proportion method better suits to the materials available in Brazil. The main objective of the present work is to contribute to solve some gaps regarding mix proportion for high strength concrete in fresh and hardened states. The first contribution refers to the understanding about how the mechanical properties of the coarse aggregate can influence, effectively, the compressive strength of concrete. Binder paste, mortar and aggregate phases of different concretes were studied, separately. Compressive strength and elasticity modulus of each phase were characterized, aiming to stablish a cause-effect relationship between such properties. The second contribution was the proposition of a methodology to evaluate the compressive strength for the different aggregate particle sizes, since the maximum particle size is an important limiting for the compressive strength of concrete. The compressive strength of the different aggregate fractions was evaluated by the immersion of the aggregate in a high strength matrix. The third contribution refers to the fresh state of concrete and consisted in a discussion about the effectiveness of the maximum aggregate packing criteria used in mix proportion for high strength concrete, as well as the proposition of an alternative parameter to this one. Two experimental programs were developed. In the first one, the influence of packing due to water demand was evaluated and an alternative parameter to the definition of the granular skeleton was proposed. Then, a comparative study was performed, with a method that considers the compactness of the granular skeleton as one of the mix proportion parameter. The efficiency of these different approaches was compared by considering the binder consumption per MPa for two levels of compressive strength. The rheological characterization of the different binder pastes used to produce the concrete mixtures was performed. Results show that the compressive strength of high strength concrete is limited by the difference between the elasticity modulus of the coarse aggregate and mortar phases. Unlike other studies, it was verified that the potential compressive strength of the aggregate does not increase the compressive strength of concrete. Experimental results showed that unlike conventional concrete, produced with low viscosity pastes, for high viscosity pastes used in the production of high strength concrete, the maximum packing is not the most effective alternative for determining the granular skeleton.

A armadura de tração de dutos flexíveis é a camada responsável por suportar as cargas axiais destes equipamentos em campo. Com a tendência de aumento das profundidades de exploração e produção de petróleo offshore, principalmente dos campos do pré-sal brasileiro, faz-se necessário o uso de materiais com desempenho superior. Este trabalho buscou avaliar e comparar dois aços de alta resistência mecânica para tal aplicação, um predominantemente perlítico e outro martensítico. Durante a vida em serviço destes componentes, eles sofrem tensões axiais cíclicas associadas ao processo de corrosão, que gera pites como concentradores de tensões. Considerando estes aspectos, os materiais foram avaliados segundo seu comportamento à fadiga sem e com a presença de um pequeno defeito conhecido, que atua como um entalhe e busca simular um pite de corrosão. Além disso, esses materiais foram caracterizados metalúrgica e mecanicamente e sua tenacidade à fratura foi estimada via o método do CTOD. A partir dos dados experimentais, foi quantificada a sensibilidade ao entalhe, guiada essencialmente pelo processo de iniciação de trinca, ao passo que a tenacidade à fratura não foi decisiva. O material martensítico apresentou desempenho superior em fadiga e menor sensibilidade ao entalhe e mostrou-se promissor para a aplicação como arame da armadura de tração. / The tensile armor of flexible pipes is the layer responsible for support axial loads of this equipment in field. With the trend of deep increase in offshore oil exploration and production, mainly in pre-salt fields, the use of materials with high performance becomes necessary. The aim of this dissertation is evaluate and compare two high strength steels for such application, one with perlite and other with martensitic matrix. During service life of these components, they are damaged by cyclic loading associated with corrosion process which promote corrosion pits like stress concentrators. Considering these aspects, the materials were evaluated according their fatigue behavior with and without a small defect that act as a notch and simulates a corrosion pit. In addition, they were characterized metallurgical and mechanically and their fracture toughness was estimated through CTOD test. From experimental data, notch sensitivity was quantified. This was driven by initiation process, and fracture toughness was not decisive. The martensitic material showed higher fatigue performance and lower notch sensitivity and presented itself promising for tensile armor wire application.

A aplicação de aços de alta resistência está fortemente difundida na indústria mecânica, principalmente em aplicações onde a redução de peso é importante, como por exemplo, a indústria de implementos rodoviários e maquinários agrícolas. Esta dissertação visa analisar a influência de diferentes aportes térmicos no comportamento microestrutural e mecânico de juntas soldadas através do processo MAG de modo a obter juntas com propriedades otimizadas. Para este estudo foram utilizadas chapas metálicas com espessura de 3 mm do aço de alta resistência e baixa liga USI LNE700. Os parâmetros nominais de energia de soldagem foram variados de acordo com os valores descritos pelo fornecedor SSAB. O processo de soldagem foi realizado com o auxílio de um sistema robotizado para manter a homogeneidade ao longo da junta, distância e posicionamento correto no comprimento total da junta soldada. Os ensaios para verificação do comportamento microestrutural e mecânico foram realizados com auxílio de microscopia ótica, perfis de microdureza e ensaios de tração. Buscaram-se utilizar aportes térmicos reduzidos para minimizar os efeitos de revenimento da martensita presente no metal de base, um dos principais responsáveis pela redução das propriedades mecânicas da junta soldada. Os resultados não mostraram significativa variações na microestrutura e propriedades de tração do material, porém o preenchimento da junta soldada formada apresenta um comportamento diretamente proporcional à energia de soldagem. / The application of high strength steels is strongly diffused in the engineering industry, especially in applications where weight reduction is important, such as the industry of agricultural machines and trailers industry. This investigation aims to analyze the influence of different heat inputs on microstructural and mechanical behavior of joint welded by GMAW in order to obtain joints with optimized properties. Sheet metal with a thickness of 3 mm high strength low alloy steel LNE700 (supplier Usiminas) were used. The welding energy was varied around the nominal value informed by the steel supplier SSAB for this study. The welding process was made using robotic system to maintain homogeneity along the joint, right distance and position during the total weld joint length. The microstructural and mechanical behaviors were performed with the optical microscope, microhardness profile and traction test. We attempted to use lower heat inputs to minimize the effects of tempering of martensite present in the base metal, a major contributor to the reduction of the mechanical properties of the welded joint. The results did not show significant microestructural and tensile properties variation, however, when the welding energy is increased, the welded joint penetration formed was increased as well.

A aplicação de chapas de aço como revestimento em matrizes de forjamento a quente tem sido estudada como uma alternativa inovadora, dentro de um projeto de cooperação internacional titulado “Evaluation of Sheet Metal Covers to Improve Tool Life in Forging”. Pesquisa realizada em parceria com a Alemanha pelo programa BRAGECRIM. Essas chapas serviriam como um metal de sacrifício em matrizes de forjamento a quente, que pretende substituir tratamentos superficiais de alto custo. As limitações geométricas e propriedades mecânicas das chapas garantiriam o sucesso ou não da gravura conforme o design exigido pela ferramenta, como também o número de ciclos de forjamento mantendo-se a integridade. Desta forma, o conhecimento das propriedades mecânicas em chapas e ductilidade torna-se fundamental para garantir os limites de aplicabilidade. Portanto, este trabalho tem como objetivo avaliar as propriedades mecânicas e os aspectos metalúrgicos em diferentes temperaturas de duas chapas de alta resistência DP600 e Hardox450®, os quais possuem diferentes microestruturas e ductilidade. Esta escolha se deve as diferentes aplicações que ambos os materiais possuem na indústria automobilística, devido as suas propriedades físicas, com a hipótese que influenciará na aplicação como máscaras que irão proteger as matrizes. Para isso foram realizados ensaios de dureza após ciclos de aquecimento e tração em diferentes temperaturas, com taxa de deformação controlada, simulando as condições térmicas que o material irá suportar durante o processo de forjamento. Para avaliar a ductilidade das chapas foi realizado o ensaio de estiramento biaxial. Uma análise pelo método de elementos finitos foi utilizada no ensaio de estiramento de punção esférico Erichsen, o qual foi possível pela análise de laboratório validar os experimentos e então a realização da simulação de estampagem de uma geometria bi radial em formato de copo. Os resultados de tração e dureza mostram que o DP600 possui considerável resistência mecânica em altas temperaturas com boa ductilidade, porém não maior que o Hardox450®, que perde em termos de ductilidade devido a fenômenos de fragilização em altas temperaturas. A simulação numérica permitiu avaliar como seria o produto estampado em uma geometria 3D, sobre os aspectos geométricos da chapa e os efeitos de anisotropia do DP600, como também suas tensões. / The application of sheet metal cover in hot forging dies has been studied as an innovative alternative, within an international project titled "Evaluation of sheet metal covers to improve tool life in forging". Research carried out in partnership with Germany under the BRAGECRIM program. The sheet metal would apply as a sacrificial membrane in the hot forging die, which intended to replace expensive surface treatments. The geometrical limitations and mechanical properties of the plates would guarantee the success or failure of the engraving according to the design required by the tool, as well as the number of forging cycles maintaining the integrity. In this way, the knowledge of the mechanical properties of the sheet metals and ductility becomes fundamental to guarantee the limits of applicability. Therefore, this work has as objective to evaluate the mechanical properties and the metallurgical aspects in different temperatures of two advanced High Strength Steel Sheets DP600 and Hardox450®, which have different microstructures and ductility. This choice is due to the different applications that both materials have in the automotive industry due to their properties, with the hypothesis that will influence the application as masks that will protect dies. Therefore, a hardness test has performed after heating cycles and tensile tests at different temperatures, with a controlled strain rate, simulating the thermal conditions that the material will withstand during the forging process. Biaxial stretching test to evaluate the ductility of the plates were performed. An inverse analysis by the finite element method was used in the Erichsen biaxial stretching test, in which it has been possible to validate the experiments and then to perform the stamping simulation of a bi-radial geometry in a cup format. The results show that the DP600 has considerable mechanical resistance at high temperatures with good ductility, but not higher than the Hardox450®, which is inferior in terms of ductility due to embrittlement phenomena at high temperatures. The numerical simulation allowed an evaluation of how the product can be stamped in a 3D geometry, the geometric aspects of the plate, the anisotropy effects of the DP600, as well as stress distributions.

Made available in DSpace on 2015-09-17T15:26:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-07-28. Added 1 bitstream(s) on 2015-09-17T15:45:03Z : No. of bitstreams: 1 000848192.pdf: 8037220 bytes, checksum: 24efc4e89d7adb1282b6442410df4998 (MD5) / O aço AISI 300M, considerado um aço de ultra-alta resistência, foi desenvolvido como uma evolução ao aço SAE 4340, para adquirir melhor tenacidade e soldabilidade em aplicações que exigem melhores propriedades mecânicas e facilidade de têmpera. Sua utilização hoje está voltada para o segmento aeroespacial, sendo empregado em partes do veículo lançador de satélites (VLS), alguns veículos de sondagem que fazem parte do Programa Espacial Brasileiro e na confecção de seus envelopes motores (propulsores). A proposta deste trabalho é atribuir melhores características à utilização deste aço, mediante processos e equipamentos de baixo custo. Para isso foram realizados ciclos de transformações martensíticas com o intuito de refino da microestrutura. Os ciclos de transformações martensíticas foram realizados em fornos resistivos do tipo mufla. Buscando-se a nucleação de novos grãos a cada nova transformação martensítica. Para análise dos resultados obtidos foi utilizada a técnica da microcospia correlativa, que consiste na associação de técnicas de microscopia óptica e eletrônica de varredura com o intuito de investigar um mesmo assunto. Através dessa técnica foi possível caracterizar o material tornando possível a verificação e identificação de estruturas em microscopia óptica. Foram realizados ensaios mecânicos como ensaios de tração, dureza, além de análise microestrutural e difração de raios-x, para uma melhor análise dos resultados. Foi avaliado que a melhor condição para o refino dos grãos por ciclos de transformação martensítica foi para ciclos com o aquecimento até 900°C e têmpera em água / The AISI 300M steel, known as a ultra-high strength steel, was developed as an evolution of the SAE 4340 steel, in order to acquire a better tenacity and weldability in applications that demand better mechanical properties and quenching facility. Nowadays, its use is directed for the aerospace segment, being it applied in satellite launch vehicle (VLS) parts, in some probing vehicles that are part of the Brazilian Space Program and in the production of its propellant envelopes (propellant). The aim of this paper is to attribute better features to the use of this steel, through low cost procedures and equipment. For this purpose, martensitic transformation cycles were made to refine microstructures. The martensitic transformation cycles were made in a resistive mufla oven, aiming at nucleation of new grains in each new martensitic transformation. To analyze the results obtained, a correlative microscopy technique was used, which consists in the association of optical microscopy technique and electronic scanning with the purpose of investigating the same subject. Through this technique it was possible to check and identify the structures in an optical microscopy. Mechanical tests, such as tensile and hardness tests, besides a microstructural analysis and X-ray diffraction, were made in order to improve the results analysis. Cycles with heating to 900ºC and water quenching were considered the best condition of grain refining per martensitic transformation cycle