Orientador: Rubens Caram Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-12T05:26:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_SandraAndreiaStwartdeAraujo_D.pdf: 29406912 bytes, checksum: 599ca950936f4d1a34c07ae03af24fb6 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Freqüentemente, os implantes femorais falham devido à transferência insuficiente de carregamento a partir da haste metálica para o osso adjacente. Este problema está relacionado à diferença de rigidez entre osso e prótese, que depende em parte de seus módulos de elasticidade. Dessa forma, ligas com módulos de elasticidade menores são desejáveis, a fim de melhorar a distribuição de tensões nos tecidos ósseos adjacentes. Adições de Nb e Ta ao titânio propiciam a redução do módulo de elasticidade, além de não provocarem reação alérgica nos tecidos ao redor do implante. Como as propriedades das ligas de titânio são fortemente dependentes de suas fases constituintes, este estudo teve como objetivo avaliar o efeito da taxa de resfriamento sobre as transformações de fases das ligas Ti-(25; 30; 35)%Nb-(0; 2,5; 5; 7,5)%Ta (% em peso), com ênfase na identificação das relações entre propriedades e microestrutura. Assim, foi verificado que as adições desses elementos promoveram a formação das fases a", ß-metaestável e ? em uma ampla faixa de taxas de resfriamento e que a dureza e o módulo de elasticidade das ligas foram fortemente influenciados pela precipitação da fase ?. Em geral, as ligas submetidas a altas taxas de resfriamento apresentaram limite de escoamento variando de 303 a 457 MPa e alongamento variando de 6 a 38%. As ligas Ti-35Nb e Ti-35Nb-7,5Ta foram também envelhecidas e os resultados obtidos mostraram que a liga Ti-35Nb-7,5Ta apresenta a melhor combinação entre alta resistência mecânica e baixo módulo de elasticidade. / Abstract: Life time of femoral implants is usually shortened by insufficient transfer of load from implant to adjacent bone; this problem is attributed to the different stiffness of bone and implant that partially depends on their elastic moduli. Therefore, alloys exhibiting lower values of elastic modulus are desirable in order to improve the distribution of stress in the adjacent bone tissue. On this purpose, additions of Nb and Ta to titanium permit to reduce the elastic modulus, not provoking allergic reactions. Since properties of titanium alloys are strongly dependent on their constituent phases, this study aims to evaluate the effect of cooling rates on the phase transformations of the Ti-(25; 30; 35)%Nb-(0; 2.5; 5; 7.5)%Ta (wt. %) alloys; the work is focused on identifying the microstructure-property relationship. Thus, it was observed that additions of the alloying elements led to the formation of a", ß-metastable and ? phases in a wide range of cooling rates. Moreover, ? phase precipitation strongly influences hardness and elastic modulus. When cooled at high cooling rates the alloys presented yield strength ranging from 303 to 457 MPa and elongation ranging from 6 to 38%. Aging treatments were also applied to the Ti- 35Nb and Ti-35Nb-7.5Ta alloys and the results show that the Ti-35Nb-7.5Ta alloy presents the best combination between high strength and low modulus. / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

En diversas situaciones se requieren materiales conductores eléctricos que mantengan sus propiedades mecánicas a esfuerzos elevados y temperaturas entre 500 y 800 ºC (electrodos para soldadura por resistencia eléctrica). Estudios previos han demostrado que las aleaciones de cobre endurecidas por dispersión de nanocerámicas satisfacen estos requerimientos. En el presente Trabajo de Título, se estudió la influencia de la solubilidad de los elementos aleantes (Ti y C) en las aleaciones de Cu, reforzadas por una dispersión de nanocerámico (TiC) producidas in situ, además de otros dispersoides como TiO2 y TiCu4 producidos durante el proceso de formación de la aleación y como todos estos influyen sobre la microestructura de dichas aleaciones. También se analizaron los fenómenos de recuperación y recristalización en el Cu y en una aleación Cu-Ti-C, preparada también por molienda reactiva y extrusión. Los cambios microestructurales fueron seguidos usando MO, y las características mecánicas fueron evaluadas usando pruebas de microdureza y pruebas de compresión de alta temperatura. Para realizar estos estudios, se deformaron el cobre y las aleaciones en frío, en distintos grados, efectuándoles recocidos entre 200 y 900 °C, para el caso del cobre, y entre 500 y 900 °C para la aleación. Se ensayaron en compresión en caliente las probetas, sin deformación previa, a 250 y 500 °C para el cobre y a 700, 800 y 860 °C para el caso de la aleación, interrumpiéndolos a ciertos tiempos y templando las probetas. Posteriormente, éstas fueron analizadas mediante MO, con el fin de estudiar la influencia de la temperatura y el tiempo sobre la microestructura. Se concluyó que el Cu se recristaliza de forma estática entre los 200 ºC y los 500 °C, mientras que la aleación Cu-5%v TiC recristaliza de forma estática entre 700 °C y 900 ºC. Se propone que esta diferencia de temperatura de recristalización estática es debida a la presencia de Ti y C en solución solida y dispersoides (TiC, TiO2 y TiCu4) en la aleación, todos los cuales retardan la recristalización. Para el Cu, se identificó una tendencia de recristalización dinámica que sigue un patrón de reducción de dureza, parecida a lo mostrado por la recristalización estática. La aleación Cu-5%v TiC muestra un bajo grado de recristalización dinámica en los rangos de temperatura entre 700 °C y 860 °C, a diferencia de la recristalización estática. Se propone que esta diferencia en la recristalización dinámica se debe a una mayor precipitación de dispersoides (TiC, TiO2y TiCu4), en comparación con la producida en la recristalización estática. Se identificó que hay una mayor densidad de granos recristalizados para el Cu. Además de ser mas grandes estos granos que para el Cu-5%v TiC. Este fenómeno se debe a que en la aleación el Ti y el C en solución solida y como formadores de dispersoides (TiC, TiO2, TiCu4) retardan la recristalización dinámica.

Nos últimos anos, a indústria de O&G tem enfrentado um considerável desafio no que tange a obtenção de materiais que associem elevada resistência à corrosão às propriedades mecânicas para exploração dos poços das bacias do Pré-Sal. Estes poços apresentam elevadas concentrações de CO2, H2S e cloretos de forma que a resistência à corrosão é uma necessidade. De outro lado, as elevadas profundidades de exploração acopladas com a necessária produtividade têm indicado que a pressão de trabalho destes materiais tende a aumentar. O desafio atualmente reside na obtenção de materiais para fabricação de peças de grandes dimensões como conectores e cabeças de poços. Uma das soluções mais promissoras para a solução deste desafio é a liga UNS N06625, visto que esta liga já é utilizada na indústria de O&G em aplicações nas quais a elevada resistência à corrosão é associada com resistência mecânica. A liga UNS N06625 é tipicamente vista pelo mercado como uma liga monofásica austenítica devido ao uso mais frequente ser associado com peças de pequenas dimensões, barras e arames para soldas e revestimentos, tipicamente tratadas em acordo com as normas ASTM B446 e ASTM B564. A obtenção desta liga na condição monofásica está associada com facilidades associadas com o tratamento termomecânico de peças de pequenas dimensões que aquecem e resfriam com elevadas taxas possibilitando atingir elevado refino de grão em uma estrutura monofásica. O presente trabalho estudou de forma controlada o efeito do teor de ferro na microestrutura e propriedades da liga UNS N06625. Foram avaliados os estados bruto de forjamento, solubilizado e envelhecido de forma a determinar o efeito do teor de ferro no diagrama TTT da liga UNS N06626. Através deste trabalho foi possível se observar que a cinética de precipitação da fase delta e do carboneto do tipo M6C sofrem alterações com o aumento do teor de ferro de forma a reduzir o tempo para precipitação. Adicionalmente foi realizado um estudo do efeito de rampas de aquecimento no tratamento de solubilização, partindo-se do estado conformado a quente, indicando que há um efeito sinérgico entre o encruamento e a precipitação de fase delta durante o aquecimento para o patamar de solubilização resultando sem severa alteração das resistências à corrosão e mecânica da liga. / Lately, the O&G industry has faced a big challenge to find materials that couple the high corrosion resistance with the desired mechanical resistance, for application in the oil and gas wells of the Pre-salt basins. This wells present high CO2, H2S and chlorine contents and the high corrosion resistance is essential. On the other hand, the high exploration depth associated with the necessary productivity has signalized that the working pressure of the materials will increase. Todays challenge is to obtain materials to manufacture large section parts as well heads and connectors. One of the more promising solutions to this challenge is the UNS N06625 alloy, as this alloy is already applied on the O&G industry in applications were the corrosion resistance must be coupled with the mechanical resistance. UNS N06625 alloy is typically understood by the market as an austenitic monophasic alloy, due to the more frequent use to be related with small section parts as bars, rods and wires for coating and welding, usually heat treated in accord with ASTM B446 and ASTM B564. The manufacture of this alloy in the monophasic condition is related to the conveniences of the thermomechanical treatment of small section parts that heat and cool at high rates, which allows high grain refinement and the monophasic structure. The present work has studied in a controlled way the iron content effect on the microstructure and properties of UNS N06625 alloy. UNS N06625 alloy was evaluated in the as forged, solution annealed and aged conditions in order to determine the effect of the iron content on the TTT diagram of UNS N06625 alloy. Through this work it was possible to verify that the kinetic of precipitation of delta phase and M6C carbide present some changes with the increase of the iron content by the reduction of the time needed to precipitation. Additionally the effect of the heating rate in the solution annealing heat treatment was studied, beginning in the as hot forged/rolled conditions which indicate that there is a synergic effect of the hardening and the delta phase precipitation during the heating of the material from the room temperature to the solution annealing temperature resulting in severe changes in the corrosion and mechanical resistances of the alloy.

Este trabalho visa caracterizar a seqüência de precipitação do aço inoxidável ferrítico do tipo AISI 430 convencional, durante a etapa de laminação a quente. Esta caracterização foi realizada através do estudo de três condições industriais e de seis condições tratadas termicamente. Todas as amostras foram avaliadas por microscopia ótica e eletrônica de varredura, extração de precipitados e difração de raios-X do material como um todo e dos precipitados extraídos. Foi realizada a modelagem termodinâmica do aço utilizando-se o programa ThermoCalc® v.R aliado ao banco de dados TCFE2. Como meio de prever a cinética das transformações de fases, de modo superficial, foi realizado um ensaio de análise térmica diferencial com três taxas de resfriamento com redução progressiva (10°/min, 5°/min e 2°/min), sendo os resultados comparados com os resultados experimentais obtidos pelas demais técnicas empregadas. O aço AISI 430 convencional mostrou-se bifásico a alta temperatura, apresentando o campo bifásico (ferrita/austenita) entre 900°C e 1250°C. Após tratamentos térmicos por 5h nas temperaturas de 900°C, 1000°C e 1100°C, seguido de têmpera em água e partindo-se da condição laminado a quente e recozido (BQB), o aço apresentou microestrutura dúplex (ferrita/martensita). As amostras tratadas a 900°C e 1000°C apresentaram pequenas frações residuais de carbonetos do tipo M23C6. As amostras tratadas a 600°C, 700°C, e 800°C por 5h e temperadas em água mostraram-se ferríticas com presença de carboneto do tipo M23C6 com teores de carboneto decrescentes com o aumento da temperatura do tratamento térmico. As amostras da condição industrial e as amostras tratadas a 600°C, 700°C, 800°C e a 900°C apresentaram a presença de nitretos do tipo (Cr,Fe)2N, sendo que a amostra tratada a 900°C apresentou apenas resíduos deste nitreto, em pleno acordo com a termodinâmica computacional que prevê decomposição deste na temperatura de 866°C, indicando que a cinética de decomposição deste nitreto é lenta. A temperatura de precipitação do carboneto do tipo M23C6 rico em (Cr,Fe)23C6 foi avaliada entre 900°C e 1000°C. / This work aims to characterize the precipitation path of the conventional ferritic stainless steel AISI 430, during the hot rolling process. This characterization had been carried out with the study of three industrial conditions, and six thermal treated conditions. All the samples were evaluated by optical and scanning electron microscopy, by extraction of precipitates and X-Ray diffraction of the bulk material and of the extracted precipitates. It was done a thermodynamic modeling of the steel with the use of the ThermoCalc® v.R program and TCFE2 data base. In a way to determine the phase transformations kinetics, in a superficial way, it was carried out differential thermal analysis with three cooling rates progressively reduced (10°/min, 5°/min e 2°/min), all the results were compared wit h the experimental results got with the others techniques employed. The conventional AISI 430 steel is two-phase at high temperatures, showing a two-phase field (ferrite/austenite) between 900°C and 1250°C. After the thermal treatments for 5h, steel in the hot rolled and annealed (BQB) initial condition, at 900°C, 1000°C and 1100°C, followed by water quench, the steel showed a duplex microstructure (ferrite/martensite). The samples heat treated at 900°C and 1000°C showed a residual volumetric fraction of the M23C6 carbide. The samples heat treated for 5h at 600°C, 700°C and 800°C and water quenched showed a ferritic microstructure with the presence of M23C6 carbide, with its content decreasing with the heat treatment temperature increase. The samples in the industrial condition and the samples heat treated at 600°C, 700°C, 800°C and at 900°C showed a (Cr,Fe) 2N nitrite presence, the sample heat treated at 900°C showed only a residual volumetric fraction of it. This is in great deal with the computational thermodynamic modeling that predicts nitride decomposition at 866°C, indic ating that the nitrite decomposition kinetic is slow. The precipitation temperature of the M23C6 carbide rich in (Cr,Fe)23C6 was evaluated between 900°C and 1000°C.

No presente trabalho verificou-se a precisão de um critério que prevê composições de ligas vítreas aplicado ao sistema Zr-Ni-Cu. Este critério combina o parâmetro de instabilidade topológica (\'lâmbda\'), e o parâmetro termodinâmico (\'delta\' h) entre os elementos de liga. Os dois parâmetros correlacionam quantitativamente à composição química a tendência à formação de vidros metálicos. Este critério é uma ferramenta promissora e simples para guiar e reduzir o trabalho tedioso e intensivo de encontrar composições altas tendências a vitrificação em sistemas metálicos. Para comprovar a eficiência desta ferramenta, a metodologia foi calcular o parâmetro para o sistema de interesse e preparar ligas de acordo com algumas composições fornecidas. A metodologia de preparação das ligas seguiu a fusão a arco elétrico e subsequentemente o emprego das técnicas de resfriamento rápido, melt-spinning e splat-cooling, para a produção de fitas e discos metálicos respectivamente, e o coquilhamento para a produção de amostras maciças em forma de cunha. Para as amostras confeccionadas por melt-spinning e splat-cooling, verificou-se a precisão do critério de seleção através da quantificação das porcentagens de fases vítreas a partir de análises de difratogramas de raios-X e seus comportamentos térmicos a partir dos termogramas de análises por calorimetria exploratória diferencial (DSC). Já para as ligas coquilhadas em cunha, obtiveram-se alguns resultados com indícios de estruturas vítreas que foram caracterizadas por difração de raios-X e metalografia. Desta forma chegou-se à conclusão que o critério de seleção aplicado ao sistema Zr-Ni-Cu pode ser utilizado para o desenvolvimento de composições favoráveis à formação de vidro antes da produção das ligas. Conclui-se que o critério que combina o parâmetro de instabilidade topológica (\'lâmbda\' min) e o parâmetro termodinâmico (\'delta\' h) é uma ferramenta que pode ser utilizada como guia para encontrar as composições mais fáceis de formar vidro, reduzindo assim o trabalho experimental de tentativa e erro. / In the present work it was verified the accuracy of a proposed criterion to predict compositions of glassy alloys applied in the Zr-Ni-Cu system. This criterion combines the topological instability parameter (\'lâmbda\') and a thermodynamic parameter (\'delta\' h) among the alloying elements. The two parameters correlate quantitatively the chemical composition with the glass forming ability. This criterion is a promising and simple tool to guide and reduce the tedious and intensive work of finding good compositions of glasses in metallic systems. In an attempt to prove the efficiency of such tool, the methodology was to calculate the parameter for the system of interest and prepare alloys in accordance with the compositions provided by the tool. The methodology of preparation of the alloys followed the electric arc- melting and subsequent use of fast cooling techniques, melt-spinning and splat-cooling for the production of metallic ribbons and discs, respectively, and a wedge-shaped chiller mold to produce bulk metallic samples. For samples prepared from the melt-spinning and splat-cooling, it was verified the accuracy of the selection criteria by quantifying the percentage of glassy phases from X-ray diffractograms and their thermal behaviors from thermograms produced by differential scanning calorimetry (DSC). For alloys produced from the wedge-shaped mold, some results were obtained with evidence of vitreous structures that were characterized by X-ray diffraction and metallography. Therefore the conclusion is that the selection criteria applied to the system Zr-Ni-Cu can be used to develop favorable compositions for the formation of glasses before the production of the alloys. It is concluded that the selection criterion is a good tool and can be used as a guide to find the best glass forming alloys, thus reducing the experimental procedures of trial and error.

Nos últimos anos, a indústria de O&G tem enfrentado um considerável desafio no que tange a obtenção de materiais que associem elevada resistência à corrosão às propriedades mecânicas para exploração dos poços das bacias do Pré-Sal. Estes poços apresentam elevadas concentrações de CO2, H2S e cloretos de forma que a resistência à corrosão é uma necessidade. De outro lado, as elevadas profundidades de exploração acopladas com a necessária produtividade têm indicado que a pressão de trabalho destes materiais tende a aumentar. O desafio atualmente reside na obtenção de materiais para fabricação de peças de grandes dimensões como conectores e cabeças de poços. Uma das soluções mais promissoras para a solução deste desafio é a liga UNS N06625, visto que esta liga já é utilizada na indústria de O&G em aplicações nas quais a elevada resistência à corrosão é associada com resistência mecânica. A liga UNS N06625 é tipicamente vista pelo mercado como uma liga monofásica austenítica devido ao uso mais frequente ser associado com peças de pequenas dimensões, barras e arames para soldas e revestimentos, tipicamente tratadas em acordo com as normas ASTM B446 e ASTM B564. A obtenção desta liga na condição monofásica está associada com facilidades associadas com o tratamento termomecânico de peças de pequenas dimensões que aquecem e resfriam com elevadas taxas possibilitando atingir elevado refino de grão em uma estrutura monofásica. O presente trabalho estudou de forma controlada o efeito do teor de ferro na microestrutura e propriedades da liga UNS N06625. Foram avaliados os estados bruto de forjamento, solubilizado e envelhecido de forma a determinar o efeito do teor de ferro no diagrama TTT da liga UNS N06626. Através deste trabalho foi possível se observar que a cinética de precipitação da fase delta e do carboneto do tipo M6C sofrem alterações com o aumento do teor de ferro de forma a reduzir o tempo para precipitação. Adicionalmente foi realizado um estudo do efeito de rampas de aquecimento no tratamento de solubilização, partindo-se do estado conformado a quente, indicando que há um efeito sinérgico entre o encruamento e a precipitação de fase delta durante o aquecimento para o patamar de solubilização resultando sem severa alteração das resistências à corrosão e mecânica da liga. / Lately, the O&G industry has faced a big challenge to find materials that couple the high corrosion resistance with the desired mechanical resistance, for application in the oil and gas wells of the Pre-salt basins. This wells present high CO2, H2S and chlorine contents and the high corrosion resistance is essential. On the other hand, the high exploration depth associated with the necessary productivity has signalized that the working pressure of the materials will increase. Todays challenge is to obtain materials to manufacture large section parts as well heads and connectors. One of the more promising solutions to this challenge is the UNS N06625 alloy, as this alloy is already applied on the O&G industry in applications were the corrosion resistance must be coupled with the mechanical resistance. UNS N06625 alloy is typically understood by the market as an austenitic monophasic alloy, due to the more frequent use to be related with small section parts as bars, rods and wires for coating and welding, usually heat treated in accord with ASTM B446 and ASTM B564. The manufacture of this alloy in the monophasic condition is related to the conveniences of the thermomechanical treatment of small section parts that heat and cool at high rates, which allows high grain refinement and the monophasic structure. The present work has studied in a controlled way the iron content effect on the microstructure and properties of UNS N06625 alloy. UNS N06625 alloy was evaluated in the as forged, solution annealed and aged conditions in order to determine the effect of the iron content on the TTT diagram of UNS N06625 alloy. Through this work it was possible to verify that the kinetic of precipitation of delta phase and M6C carbide present some changes with the increase of the iron content by the reduction of the time needed to precipitation. Additionally the effect of the heating rate in the solution annealing heat treatment was studied, beginning in the as hot forged/rolled conditions which indicate that there is a synergic effect of the hardening and the delta phase precipitation during the heating of the material from the room temperature to the solution annealing temperature resulting in severe changes in the corrosion and mechanical resistances of the alloy.

Submitted by Izabel Franco (izabel-franco@ufscar.br) on 2016-09-14T12:48:23Z No. of bitstreams: 1 DissWW.pdf: 8056489 bytes, checksum: ad520ed6933c6480fee2d44badabc349 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-15T13:45:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissWW.pdf: 8056489 bytes, checksum: ad520ed6933c6480fee2d44badabc349 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-15T13:45:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissWW.pdf: 8056489 bytes, checksum: ad520ed6933c6480fee2d44badabc349 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-15T13:46:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissWW.pdf: 8056489 bytes, checksum: ad520ed6933c6480fee2d44badabc349 (MD5) Previous issue date: 2015-07-23 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Since the discovery of the quasicrystalline alloys by D. Schechtamn in 1984, many research has been done in terms of coating application of these materials and their intermetallic approximants due to their physical and transport properties as: high hardness, low friction coefficient, low superficial adhesion energy, high oxidation resistance and low thermal conductivity. The low thermal conductivity combined with the thermal expansion in the same range of the usual metallic materials used as substrates in coatings make these alloys as potential substitutes for the traditional ceramics thermal barrier coatings. The alloy Al71Co13Fe8Cr8 has been studied in terms of thermal barrier applications. This alloy presents interesting properties and characteristics for this application. However, the information about this alloy on the literature is scarce and contradictory. In this sense, in the present work, the Al71Co13Fe8Cr8 alloy was selected for coating fabrication aiming to obtain a consistent structural characterization of this alloy. Results show that the Al71Co13Fe8Cr8 alloy is not a quasicrystalline forming composition. It is actually composed by two intermetallic phases, one hexagonal and the other monoclic, Al5Co2 and Al13Co4 respectively, which are approximant phases of the decagonal QC with the interesting physical and transport properties presented by the quasicrystalline phase. The coatings were also studied in terms of the interdifusion phenomena between the coating and a steel substrate at high temperatures. Alloys around the Al71Co13Fe8Cr8 compositional range were also fabricated in order to evaluate the phase formation on the aluminum rich region of the Al-Co-Fe-Cr system. Several intermetallic phases were observed, most of them quaternary extensions of Al-Co intermetallic phases. A quasicrystalline phase was also observed in one of the studied compositions. / Desde a descoberta das ligas quasicristalinas por D. Schechtman em 1984 muitos pesquisadores se voltaram para o estudo desses materiais para a aplicação como revestimentos devido suas propriedades físicas e de transporte como: elevada dureza, baixo coeficiente de atrito, baixa energia de adesão superficial, elevada resistência à oxidação e a baixa condutividade térmica. A baixa condutividade térmica aliada ao coeficiente de expansão térmica, que é similar a de materiais utilizados como substrato em revestimentos, tornam esses materiais como potenciais ligas de aplicação em revestimentos para isolamento térmico. Os estudos disponíveis na literatura relacionados a ligas quasicristalinas e a aplicação de barreiras térmicas são referentes a liga Al71Co13Fe8Cr8. Essa liga possui propriedades e características desejadas para esta aplicação. Entretanto, as informações disponíveis sobre a caracterização estrutural da liga são escassas e contraditórias. Dessa forma a liga Al71Co13Fe8Cr8 foi selecionada para a fabricação de revestimentos no estudo do presente trabalho, buscando caracterizar adequadamente a estrutura da liga. Os resultados mostram que a liga Al71Co13Fe8Cr8 não possui composição adequada para formação de fases quasicristalinas. Na verdade essa liga é composta por duas fases intermetálicas, uma hexagonal e outra monoclínica, que são extensões quaternárias das fases Al5Co2 e Al13Co4 respectivamente e que são fases aproximantes da fase quasicristalina decagonal e apresentam as propriedades físicas e de transporte da fase quasicristalina. Os revestimentos fabricados com a liga Al71Co13Fe8Cr8 foram também estudados com relação ao fenômeno de interdifusão entre o revestimento e o substrato de aço em elevadas temperaturas. Um estudo com variações composicionais da liga original foi também realizado para avaliar a formação de fases na região rica em alumínio do sistema Al-Co-Fe-Cr e observou-se a formação de diversas fases intermetálicas, em sua maioria extensões quaternárias de fases do sistema Al-Co. A presença de uma fase quasicristalina em uma das composições estudadas também foi observada.

Este trabalho visa caracterizar a seqüência de precipitação do aço inoxidável ferrítico do tipo AISI 430 convencional, durante a etapa de laminação a quente. Esta caracterização foi realizada através do estudo de três condições industriais e de seis condições tratadas termicamente. Todas as amostras foram avaliadas por microscopia ótica e eletrônica de varredura, extração de precipitados e difração de raios-X do material como um todo e dos precipitados extraídos. Foi realizada a modelagem termodinâmica do aço utilizando-se o programa ThermoCalc® v.R aliado ao banco de dados TCFE2. Como meio de prever a cinética das transformações de fases, de modo superficial, foi realizado um ensaio de análise térmica diferencial com três taxas de resfriamento com redução progressiva (10°/min, 5°/min e 2°/min), sendo os resultados comparados com os resultados experimentais obtidos pelas demais técnicas empregadas. O aço AISI 430 convencional mostrou-se bifásico a alta temperatura, apresentando o campo bifásico (ferrita/austenita) entre 900°C e 1250°C. Após tratamentos térmicos por 5h nas temperaturas de 900°C, 1000°C e 1100°C, seguido de têmpera em água e partindo-se da condição laminado a quente e recozido (BQB), o aço apresentou microestrutura dúplex (ferrita/martensita). As amostras tratadas a 900°C e 1000°C apresentaram pequenas frações residuais de carbonetos do tipo M23C6. As amostras tratadas a 600°C, 700°C, e 800°C por 5h e temperadas em água mostraram-se ferríticas com presença de carboneto do tipo M23C6 com teores de carboneto decrescentes com o aumento da temperatura do tratamento térmico. As amostras da condição industrial e as amostras tratadas a 600°C, 700°C, 800°C e a 900°C apresentaram a presença de nitretos do tipo (Cr,Fe)2N, sendo que a amostra tratada a 900°C apresentou apenas resíduos deste nitreto, em pleno acordo com a termodinâmica computacional que prevê decomposição deste na temperatura de 866°C, indicando que a cinética de decomposição deste nitreto é lenta. A temperatura de precipitação do carboneto do tipo M23C6 rico em (Cr,Fe)23C6 foi avaliada entre 900°C e 1000°C. / This work aims to characterize the precipitation path of the conventional ferritic stainless steel AISI 430, during the hot rolling process. This characterization had been carried out with the study of three industrial conditions, and six thermal treated conditions. All the samples were evaluated by optical and scanning electron microscopy, by extraction of precipitates and X-Ray diffraction of the bulk material and of the extracted precipitates. It was done a thermodynamic modeling of the steel with the use of the ThermoCalc® v.R program and TCFE2 data base. In a way to determine the phase transformations kinetics, in a superficial way, it was carried out differential thermal analysis with three cooling rates progressively reduced (10°/min, 5°/min e 2°/min), all the results were compared wit h the experimental results got with the others techniques employed. The conventional AISI 430 steel is two-phase at high temperatures, showing a two-phase field (ferrite/austenite) between 900°C and 1250°C. After the thermal treatments for 5h, steel in the hot rolled and annealed (BQB) initial condition, at 900°C, 1000°C and 1100°C, followed by water quench, the steel showed a duplex microstructure (ferrite/martensite). The samples heat treated at 900°C and 1000°C showed a residual volumetric fraction of the M23C6 carbide. The samples heat treated for 5h at 600°C, 700°C and 800°C and water quenched showed a ferritic microstructure with the presence of M23C6 carbide, with its content decreasing with the heat treatment temperature increase. The samples in the industrial condition and the samples heat treated at 600°C, 700°C, 800°C and at 900°C showed a (Cr,Fe) 2N nitrite presence, the sample heat treated at 900°C showed only a residual volumetric fraction of it. This is in great deal with the computational thermodynamic modeling that predicts nitride decomposition at 866°C, indic ating that the nitrite decomposition kinetic is slow. The precipitation temperature of the M23C6 carbide rich in (Cr,Fe)23C6 was evaluated between 900°C and 1000°C.

Orientador: Amauri Garcia / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-04T03:14:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferreira_IvaldoLeao_D.pdf: 8636771 bytes, checksum: fb3623e9e0a9c93143f4b34ba87844cf (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: o presente trabalho analisa as influências do teor de soluto, do superaquecimento e do coeficiente global de transferência de calor metal/fluido (hg), na macrossegregação inversa durante a solidificação unidirecional vertical ascendente de ligas binárias AI-Cu e ternária AI-Cu-Si. Os perfis experimentais de segregação ao longo dos lingotes para as ligas AI4,5%Cu, AI-6,2%Cu, AI-8,I%Cu e Al-8,I%Cu-3%Si são comparados com as predições teóricas fomecidas por modelos numérico e analítico, com perfis transitórios de (hg) sendo determinados em cada experimento. O modelo analítico é baseado num modelo analítico de transferência de calor [Garcia, 2001], acoplado a uma formulação clássica para a redistribuição local de soluto proposta por Flemings e Nereo (Flemings e Nereo, 1967]. O modelo numérico é aquele proposto por V oller [V oller, 1997], com modificações introduzidas levando em consideração diferentes propriedades termofisicas para as fases líquida e sólida, coeficiente global de transferência de calor metal/fluido variável com o tempo e malha com distribuição de comprimento de nós variável ao longo do domínio, o que garantiu a precisão dos resultados sem aumento excessivo do número de nós. AIém dessas modificações, fez-se necessária à mudança no critério de convergência para melhor representar os gradientes térmicos e taxas de resfriamento. Um modelo semi-analítico para a macrossegregação inversa, baseado na solução por variável de similaridade, é aplicado para validação do modelo numérico. Observa-se que as predições numéricas apresentam boa concordância com as medidas experimentais, e que as predições analíticas, apesar de sua relativa simplicidade, também é capaz de representar satisfatoriamente os resultados experimentais, exceto para condições de elevado superaquecimento. O modelo numérico é aplicado com sucesso para a situação de solidificação de ligas multicomponentes, representada pela liga Al-8,1%Cu-3%Si, onde é observada boa representatividade dos resultados experimentais / Abstract: The present work focuses on the influences of alloy solute content, melt superheat, and meta1/fluid heat transfer coefficients on inverse segregation during upward solidification of AI-Cu and AI-Cu-Si alloys. The experimental segregation profiles of AI4,5 wt % Cu, AI-6,2 wt % Cu, AI-8,1 wt % Cu and AI-8,1 wt % Cu-3 wt % Si alloys are compared with theoretical predictions fumished by analytical and numerica1 models, with transient (hg) profiles being determined in each experimento The analytical model is based on an ana1ytica1 heat transfer model coupled with the classica1loca1 solute redistribution equation proposed by Flemings and Nereo. The numerica1 model is that proposed by V oller, with some changes introduced to take into account different thermophysica1 properties for liquid and solid phases, time variable meta1/fluid interface heat-transfer coefficient, and a variable space grid along the domain in order to assure the accuracy of results without raising the number of nodes. Furthermore, changes in the convergence criterion were necessary to improve the accuracy of the therma1 gradients and solidification rates ca1culated numerlcally. A sophisticated semi-ana1ytica1 solution for the inverse segregation based on the similarity variable is carried out to valida te the numerica1 model. It is observed that the numerical predictions generally conform with the experimental segregation measurements and that the predicted analytical segregation, despite its simplicity, also compares favorably with the experimental scatter except for high melt superheat. The numerical model is successfully applied for a situation of multicomponent alloy solidification, Le., AI-8,1 wt % Cu-3 wt % Si alloy, and it is found be in good agreement with experimental results / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

No presente trabalho verificou-se a precisão de um critério que prevê composições de ligas vítreas aplicado ao sistema Zr-Ni-Cu. Este critério combina o parâmetro de instabilidade topológica (\'lâmbda\'), e o parâmetro termodinâmico (\'delta\' h) entre os elementos de liga. Os dois parâmetros correlacionam quantitativamente à composição química a tendência à formação de vidros metálicos. Este critério é uma ferramenta promissora e simples para guiar e reduzir o trabalho tedioso e intensivo de encontrar composições altas tendências a vitrificação em sistemas metálicos. Para comprovar a eficiência desta ferramenta, a metodologia foi calcular o parâmetro para o sistema de interesse e preparar ligas de acordo com algumas composições fornecidas. A metodologia de preparação das ligas seguiu a fusão a arco elétrico e subsequentemente o emprego das técnicas de resfriamento rápido, melt-spinning e splat-cooling, para a produção de fitas e discos metálicos respectivamente, e o coquilhamento para a produção de amostras maciças em forma de cunha. Para as amostras confeccionadas por melt-spinning e splat-cooling, verificou-se a precisão do critério de seleção através da quantificação das porcentagens de fases vítreas a partir de análises de difratogramas de raios-X e seus comportamentos térmicos a partir dos termogramas de análises por calorimetria exploratória diferencial (DSC). Já para as ligas coquilhadas em cunha, obtiveram-se alguns resultados com indícios de estruturas vítreas que foram caracterizadas por difração de raios-X e metalografia. Desta forma chegou-se à conclusão que o critério de seleção aplicado ao sistema Zr-Ni-Cu pode ser utilizado para o desenvolvimento de composições favoráveis à formação de vidro antes da produção das ligas. Conclui-se que o critério que combina o parâmetro de instabilidade topológica (\'lâmbda\' min) e o parâmetro termodinâmico (\'delta\' h) é uma ferramenta que pode ser utilizada como guia para encontrar as composições mais fáceis de formar vidro, reduzindo assim o trabalho experimental de tentativa e erro. / In the present work it was verified the accuracy of a proposed criterion to predict compositions of glassy alloys applied in the Zr-Ni-Cu system. This criterion combines the topological instability parameter (\'lâmbda\') and a thermodynamic parameter (\'delta\' h) among the alloying elements. The two parameters correlate quantitatively the chemical composition with the glass forming ability. This criterion is a promising and simple tool to guide and reduce the tedious and intensive work of finding good compositions of glasses in metallic systems. In an attempt to prove the efficiency of such tool, the methodology was to calculate the parameter for the system of interest and prepare alloys in accordance with the compositions provided by the tool. The methodology of preparation of the alloys followed the electric arc- melting and subsequent use of fast cooling techniques, melt-spinning and splat-cooling for the production of metallic ribbons and discs, respectively, and a wedge-shaped chiller mold to produce bulk metallic samples. For samples prepared from the melt-spinning and splat-cooling, it was verified the accuracy of the selection criteria by quantifying the percentage of glassy phases from X-ray diffractograms and their thermal behaviors from thermograms produced by differential scanning calorimetry (DSC). For alloys produced from the wedge-shaped mold, some results were obtained with evidence of vitreous structures that were characterized by X-ray diffraction and metallography. Therefore the conclusion is that the selection criteria applied to the system Zr-Ni-Cu can be used to develop favorable compositions for the formation of glasses before the production of the alloys. It is concluded that the selection criterion is a good tool and can be used as a guide to find the best glass forming alloys, thus reducing the experimental procedures of trial and error.