Este estudo apresenta uma abordagem para a avaliação do comportamento de um ferro fundido branco de alto cromo e um aço ferramenta AISI D2 submetido a ciclos térmicos. Para a realização do estudo foi desenvolvido um procedimento para ensaios de fadiga térmica submetidos a números de ciclos variados, usando para aquecimento um sistema indutivo e para resfriamento um tanque de água. Devido a complexidade dos fenômenos envolvidos, um modelo de elementos finitos foi elaborado para a solução do campo de temperaturas e tensões superficiais atuantes. O controle da tensão superficial atuante foi realizado por meio da mudança de geometria do corpo de prova, sendo esta geometria resultante de teste por simulação computacional. Os corpos de prova foram caracterizados quando a sua microdureza e fração volumétrica de carbonetos antes do ensaio e após ensaio foram caracterizados quanto a sua microdureza, número e profundidade das trincas. O regime de propagação durante os primeiros 50 ciclos foi controlado por mecanismo de fadiga de baixo ciclo, exibindo as maiores velocidade de propagação das trincas e o regime de propagação depois dos 50 ciclos foram controlados por mecanismos de fadiga de alto ciclo. A nucleação das trincas ocorreu predominantemente pela interface matriz/carboneto e pelo próprio carboneto, sendo a propagação das trincas predominantemente pela interconexão de carbonetos fraturados na superfície do material e predominantemente na interface matriz carboneto em camadas mais profundas do corpo de prova. Os resultados obtidos mostraram uma boa correlação entre o ensaio e o modelo numérico, permitindo uma maior confiabilidade para execução do modelo mecânico subsequente. Baseado nos resultados foi possível propor uma metodologia para a avaliação de ambos materiais submetidos a ciclos térmicos. / This study presents an approach to evaluate the behavior of high chromium white cast iron and AISI D2 tool steel submitted at thermal cycles. It was developed a procedure for a thermal fatigue test in different times of cycles were done, using induced heating and water cooling. Due to the complexity of the phenomena involved, a FEM study was performed for solving the temperatures and superficial stresses fields. The control of superficial stress was done by changing the geometry of the test specimens, what was defined by computational simulation. The test specimens were evaluated the microstructure, microhardness and carbides contends before the test. After the test were evaluated microhardness, amount and depth of thermal fatigue cracks. The propagation during the earlier cycles was defined by mechanics of low cycle instead of after 100 cycles that was defined by mechanics of high cycle fatigue. This mechanics was observed by crack velocity analyses in both periods. The nucleation of thermal fatigue cracks initiate mostly at the matrix/carbide interface or at the carbide itself, being the cracks propagation was mainly by the interconnection of fractured carbides at surface and mainly at the interface matrix/carbide in the inner layer of the specimens test. The results obtained showed an adherence between the test and the numerical model, allowed a greater reliability to the subsequent mechanical model. Based on the results was possible propose a methodology for evaluation of both materials subjected a thermal cycles.

Avaliou-se experimentalmente o ferro fundido branco de alto-cromo-molibdênio ao qual foi adicionado nióbio, a respeito de sua temperabilidade. Dilatometricamente traçou-se a curva TTT desse material, bem como a de um ferro fundido branco de alto cromo para efeito comparativo. Constatou-se por essa comparação e pelos resultados da literatura a alta temperabilidade obtida pela liga experimental. A partir da temperatura de austenitização utilizada, podem-se usar taxas de resfriamento de até 0,12°C/s sem transformação de fase, enquanto que na liga comparativa essa taxa aumenta para 5,8°C/s. Foram realizadas análises de desgaste abrasivo, de dureza e microdureza, de difração por raios-X , de fase magnética e de microanálise como forma de caracterizar as transformações de fase observadas por dilatometria. As variações estruturais decorrentes dos tratamentos térmicos realizados nas duas ligas foram acompanhados por microscopia ótica. É indicativo pelo presente trabalho que tal material além de suas características inerentes de resistência à abrasão e à corrosão oferece maior flexibilidade nos projetos que envolvam paredes espessas. / In this work we studied the hardenability of high chromium- molibdenum white cast iron with niobium. By dilatometry we obtained the TTT curve of this material as well as the high chromium white cast iron for comparison. This comparison and available results in literature confirm the high temperability of experimental material. We can use slow rate cooling 0,12°C/s or higher without phase transformation, while in the comparative alloy this rate is around 5,8°C/s or higher from specific used austenitic abrasive temperature. We also realized analysis of abrasive wear, hardness and microhardness, raios-X difraction, magnetic phase and microanalyse for verifing the phase transformation as observed by dilatometry. The structure variation as function of termic treatment in both alloys is monitored by optical microscope. The present work indicate that the material under study can offer more flexibility for projects with thick materials apart from intrinsic characteristics of abrasive wear and corrosion.

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:08:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Karla Dubberstein Tozetti.pdf: 2038739 bytes, checksum: f6618f8c3d4a6be204f5f15fc187f5a1 (MD5) Previous issue date: 2013-04-01 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / No trabalho foi investigado o efeito da carga e do tamanho da partícula abrasiva na resistência ao desgaste da liga de ferro fundido branco alto cromo (FFBAC) com composição química de 2,9% de carbono e 19,9% de cromo em massa. A microestrutura da liga é composta por uma matriz de martensita revenida a 200 ºC com carboneto eutético. No ensaio abrasivo pino sobre lixa foram utilizadas lixas de sílica e de granada como abrasivo, com três granulometrias distintas: 63 μm, 149 μm e 177 μm, sob a aplicação de duas cargas: 5 N e 10 N. Em abrasão no roda-deborracha utilizou-se como abrasivo a areia normal brasileira (ANB) com três tamanhos médios: 87 μm, 115 μm e 170 μm e três cargas: 44 N, 80 N e 130 N. As superfícies de desgaste foram analisadas com um analisador tridimensional de superfícies e os micromecanismos de desgaste foram caracterizados usando microscopia eletrônica de varredura. Os resultados obtidos nos ensaios mostraram, de maneira geral, um aumento no volume perdido no desgaste com o aumento da carga e do tamanho da partícula abrasiva e permitiram, para a roda-de-borracha, a observação de um tamanho crítico do abrasivo. No ensaio pino sobre lixa de sílica, para o maior tamanho de abrasivo, o volume perdido no desgaste triplicou com o aumento da carga de 5 N para 10 N / In this research, the effects of different applied load and abrasive size on the martensitic high-chromium write cast iron (with a chemical composition: 2,9% carbon and 19,9% chromium) abrasive wear was investigated. The alloy s microstructure consists of: a matrix martensite tempered at 200 ° C with eutectic carbide. Abrasive wear tests using a pin test on silica and garnet paper were carried out using three different abrasives sizes: 63 μm, 149 μm e 177 μm and two applied load: 5 N e 10 N. And the rubber wheel abrasion test (ASTM standard G-65) was carried out using three abrasives sizes: 87 μm, 115 μm e 170 μm and three distinct applied loads: 44 N, 80 N e 130 N. The specimens wear surface was examined by scanning electron microscopy (SEM) for identifying the wear mechanism. The rubbers wheel abrasion test results show that: the mass loss of the write cast iron alloy increases linearly with the increase of particle size until the critical particle size is reached. In pin test on silica paper, to the largest abrasive size, the lost volume in abrasion tripled with applied load increasing of 5 N to10 N. In general, the mass loss increases with the increase of the load applied and the abrasive size

Avaliou-se experimentalmente o ferro fundido branco de alto-cromo-molibdênio ao qual foi adicionado nióbio, a respeito de sua temperabilidade. Dilatometricamente traçou-se a curva TTT desse material, bem como a de um ferro fundido branco de alto cromo para efeito comparativo. Constatou-se por essa comparação e pelos resultados da literatura a alta temperabilidade obtida pela liga experimental. A partir da temperatura de austenitização utilizada, podem-se usar taxas de resfriamento de até 0,12°C/s sem transformação de fase, enquanto que na liga comparativa essa taxa aumenta para 5,8°C/s. Foram realizadas análises de desgaste abrasivo, de dureza e microdureza, de difração por raios-X , de fase magnética e de microanálise como forma de caracterizar as transformações de fase observadas por dilatometria. As variações estruturais decorrentes dos tratamentos térmicos realizados nas duas ligas foram acompanhados por microscopia ótica. É indicativo pelo presente trabalho que tal material além de suas características inerentes de resistência à abrasão e à corrosão oferece maior flexibilidade nos projetos que envolvam paredes espessas. / In this work we studied the hardenability of high chromium- molibdenum white cast iron with niobium. By dilatometry we obtained the TTT curve of this material as well as the high chromium white cast iron for comparison. This comparison and available results in literature confirm the high temperability of experimental material. We can use slow rate cooling 0,12°C/s or higher without phase transformation, while in the comparative alloy this rate is around 5,8°C/s or higher from specific used austenitic abrasive temperature. We also realized analysis of abrasive wear, hardness and microhardness, raios-X difraction, magnetic phase and microanalyse for verifing the phase transformation as observed by dilatometry. The structure variation as function of termic treatment in both alloys is monitored by optical microscope. The present work indicate that the material under study can offer more flexibility for projects with thick materials apart from intrinsic characteristics of abrasive wear and corrosion.

Este estudo apresenta uma abordagem para a avaliação do comportamento de um ferro fundido branco de alto cromo e um aço ferramenta AISI D2 submetido a ciclos térmicos. Para a realização do estudo foi desenvolvido um procedimento para ensaios de fadiga térmica submetidos a números de ciclos variados, usando para aquecimento um sistema indutivo e para resfriamento um tanque de água. Devido a complexidade dos fenômenos envolvidos, um modelo de elementos finitos foi elaborado para a solução do campo de temperaturas e tensões superficiais atuantes. O controle da tensão superficial atuante foi realizado por meio da mudança de geometria do corpo de prova, sendo esta geometria resultante de teste por simulação computacional. Os corpos de prova foram caracterizados quando a sua microdureza e fração volumétrica de carbonetos antes do ensaio e após ensaio foram caracterizados quanto a sua microdureza, número e profundidade das trincas. O regime de propagação durante os primeiros 50 ciclos foi controlado por mecanismo de fadiga de baixo ciclo, exibindo as maiores velocidade de propagação das trincas e o regime de propagação depois dos 50 ciclos foram controlados por mecanismos de fadiga de alto ciclo. A nucleação das trincas ocorreu predominantemente pela interface matriz/carboneto e pelo próprio carboneto, sendo a propagação das trincas predominantemente pela interconexão de carbonetos fraturados na superfície do material e predominantemente na interface matriz carboneto em camadas mais profundas do corpo de prova. Os resultados obtidos mostraram uma boa correlação entre o ensaio e o modelo numérico, permitindo uma maior confiabilidade para execução do modelo mecânico subsequente. Baseado nos resultados foi possível propor uma metodologia para a avaliação de ambos materiais submetidos a ciclos térmicos. / This study presents an approach to evaluate the behavior of high chromium white cast iron and AISI D2 tool steel submitted at thermal cycles. It was developed a procedure for a thermal fatigue test in different times of cycles were done, using induced heating and water cooling. Due to the complexity of the phenomena involved, a FEM study was performed for solving the temperatures and superficial stresses fields. The control of superficial stress was done by changing the geometry of the test specimens, what was defined by computational simulation. The test specimens were evaluated the microstructure, microhardness and carbides contends before the test. After the test were evaluated microhardness, amount and depth of thermal fatigue cracks. The propagation during the earlier cycles was defined by mechanics of low cycle instead of after 100 cycles that was defined by mechanics of high cycle fatigue. This mechanics was observed by crack velocity analyses in both periods. The nucleation of thermal fatigue cracks initiate mostly at the matrix/carbide interface or at the carbide itself, being the cracks propagation was mainly by the interconnection of fractured carbides at surface and mainly at the interface matrix/carbide in the inner layer of the specimens test. The results obtained showed an adherence between the test and the numerical model, allowed a greater reliability to the subsequent mechanical model. Based on the results was possible propose a methodology for evaluation of both materials subjected a thermal cycles.