Estudaram-se os efeitos da fração volumétrica de carboneto eutético e da dureza da matriz sobre a resistência à fadiga térmica de ferros fundidos brancos multicomponentes. Utilizaram-se ligas do sistema Fe-4Cr-V-2Mo-2W-2C, V variando entre 5 e 8% e Fe-4Cr-8V-Mo-2W-2C, Mo variando entre 2 e 5%. Corpos-de-prova com a geometria de discos com seção variável foram temperados e revenidos para obtenção de dois valores de microdureza da matriz: 450 HV e 650 HV. Conduziram-se ensaios de fadiga térmica por 100 e 500 ciclos. Cada ciclo envolveu aquecimento por indução da superfície até a temperatura de 600°C em 10 segundos e subseqüente resfriamento em água por 45 segundos (equalização das temperaturas do núcleo e da superfície). Os corpos-de-prova foram caracterizados antes e após os ensaios de fadiga térmica. Antes dos ensaios, caracterizaram-se os carbonetos eutéticos (tipos, morfologia, fração volumétrica, tamanho, forma e distribuição dos carbonetos) e a microdureza da matriz. Após os ensaios, caracterizaram-se as trincas de fadiga térmica macroscópicas e microscópicas (número e profundidade) e a microdureza da matriz. A nucleação de trincas de fadiga térmica ocorre predominantemente na superfície do corpo-de-prova, induzidas por concentradores de tensão mecânicos e metalúrgicos. As trincas nucleiam na matriz (a rugosidade age como concentrador de tensão mecânico) e em carbonetos (interface carboneto/matriz ou no próprio carboneto). A taxa de nucleação sofre influência da fração volumétrica de carboneto eutético (seu aumento promove aumento da taxa de nucleação) e da dureza da matriz (seu aumento promove diminuição da taxa de nucleação). A propagação de trincas ocorre predominantemente pela interface carboneto/matriz ou através do carboneto. A taxa de propagação sofre influência da distribuição de carboneto eutético. Quanto maior a relação “continuidade de carbonetos/distância livre média entre carbonetos", maior a taxa de propagação de trincas. A taxa de propagação de trinca diminui com o aumento do tempo de ensaio, independentemente da fração volumétrica de carboneto eutético e da dureza da matriz. O regime de propagação durante os primeiros 100 ciclos é caracterizado pela propagação instável da trinca controlada pela tenacidade à fratura do material; de 100 a 500 ciclos, a propagação é controlada pela magnitude da tensão. O tamanho do corpo-de-prova também influenciou os resultados dos ensaios: o aumento do tamanho promove aumento das taxas de nucleação e propagação. Este resultado é atribuído ao aumento do gradiente térmico ao longo do corpo-de-prova com o aumento do seu diâmetro. / The effects of the volume fraction of eutectic carbides and of the matrix hardness on the thermal fatigue resistance of multicomponent white cast iron were investigated. Alloys Fe-4Cr-V-2Mo-2W-2C, V ranging from 5 to 8 wt% and Fe-4Cr-8V-Mo-2W-2C, Mo ranging from 2 to 5 wt % were used. Disc shaped samples were quench and tempered for obtaining two matrix microhardness levels: 450 HV and 650 HV. Thermal fatigue tests were carried out for 100 and 500 cycles. Each cycle involved high frequency induction heating of the surface to 600°C and subsequent cooling in water during 45 seconds (equalization of the bulk and surface temperature). The test specimens were characterized before and after the thermal fatigue tests. Before the tests, eutectic carbide (type, morphology, volume fraction, syze, shape and distribution of carbides) and matrix microhardness were characterized. After the tests, the macroscopic and microscopic thermal fatigue cracks (number and depth) and matrix microhardness were characterized. The nucleation of the thermal fatigue cracks takes place mostly at the specimen surface, induced by mechanical and metallurgical stress risers. The crack nucleates at the matrix (roughness as mechanical stress risers as well as at carbides (at the carbide/matrix interface or at the carbide itself). The nucleation rate is influenced by the volume fraction of eutectic carbide (the higher the volume fraction, the higher the nucleation rate) and by the matrix microhardness (the higher the microhardness, the lower the nucleation rate). The crack propagation mostly takes place at the carbide/matrix interface or through the carbide. The propagation rate is affected by the carbide distribution. The higher the “carbide continuity/carbide free path" ratio, the higher the propagation rate. The propagation rate decreases with increasing test time, regardless the eutectic carbide volume fraction and the matrix microhardness. The propagation behaviour during the first 100 cycles is characterized by instable crack propagation controlled by the fracture toughness of the material; from 100 to 500 cycles, the propagation is controlled by the stress magnitude. The syze of the test specimen also influenced the tests results: the larger the specimen syze, the higher the nucleation and propagation rates. This is attributed to the effect of increasing thermal gradient across the specimen with increasing specimen diameter.

O presente trabalho teve como objetivo principal estudar a evolução da microestrutura e da textura cristalográfica de três alumínios de pureza comercial com diferentes níveis de pureza, AA1100 (99,00%), AA1050 (99,50%) e AA1070 (99,70%), e do alumínio super puro, AA1199 (99,995%). A obtenção das placas de alumínio de pureza comercial foi feita pelo processo Direct Chill (DC) seguido de homogeneização e laminação a quente até a espessura final de 10 mm e o alumínio super puro foi produzido em laboratório e encontrava-se na forma de blocos fundidos. Foram utilizadas várias técnicas de análise microestrutural: microscopia óptica convencional, microscopia óptica com luz polarizada, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão, medidas de condutividade elétrica e dureza Vickers. Já a evolução da textura do material foi analisada pela técnica de difração de raios X, nos alumínios de pureza comercial e pela técnica de difração de elétrons retroespalhados (EBSD), no alumínio super puro. No estado como recebido e recozido a 400 ºC por 1 e 24 horas foi possível observar que nos alumínios de pureza comercial produzidos pelo processo DC não há variações na composição química ao longo da espessura. Os precipitados nos alumínios AA1100 e AA1070, no estado como recebido estavam distribuídos na direção de laminação, porém com vários locais de aglomeração dos mesmos, e no alumínio AA1050 os mesmos estavam finamente dispersos na direção de laminação. Após recozimento a 400 ºC por 1 e 24 horas as mesmas características foram mantidas, porém ocorreu um aumento na fração volumétrica do estado como recebido para os recozidos a 400 ºC, ou seja, ocorreu precipitação durante o recozimento. Quanto a análise da textura dos alumínios de pureza comercial, na superfície encontrou-se a textura de cisalhamento, devido ao esforço mecânico entre o cilindro de laminação e as amostras, tanto no estado como recebido como após os recozimentos. A ¼ da espessura e no centro do material após recozimentos ainda observou-se a textura de cisalhamento, mas também as texturas tipo cubo, cubo rodado e latão. No centro do material permaneceram a textura tipo cubo e latão. Já o alumínio AA1199 possui uma estrutura grosseira (grãos oligocristalinos), sem a ocorrência de precipitados e não foi possível obter resultados nas análises de textura, devido ao tamanho de grão grande. Após a laminação a frio com aproximadamente 70% de redução em espessura, seguido de tratamentos isócronos no tempo de 1 hora e nas temperaturas de 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400 e 500 ºC, o alumínio AA1199 apresentou uma menor temperatura para completa recristalização, em torno de 280 ºC, seguido do alumínio AA1050 (375 ºC) e dos alumínios AA1100 e AA1070 (ambos, 400 ºC). Como as composições químicas das soluções sólidas matrizes são praticamente idênticas, a variação na temperatura de recristalização deve ser atribuída aos precipitados presentes no alumínio que quando finamente dispersos na matriz impedem o movimento dos subcontornos, retardando o início da recristalização. O alumínio AA1199 possui uma temperatura para completa recristalização, menor, em relação aos outros alumínios, uma vez que não possui precipitados em sua microestrutura. Quanto a textura, na superfície e a ¼ da espessura, os alumínios de pureza comercial laminados a frio sem tratamento térmico, permaneceram com a textura de cisalhamento encontrada na superfície no estado como recebido com o surgimento da textura S. Após o tratamento térmico a 250 ºC por 1 hora apareceu a textura Goss e a 350 ºC por 1 hora a textura tipo cubo, cubo rodado e cubo ND, lembrando que em ambos os casos a textura de cisalhamento e S permaneceram. Com o auxílio da utilização da técnica de difração de elétrons retroespalhados (EBSD) encontrou-se no alumínio AA1199, a textura tipo cubo, tanto laminado a frio sem tratamento térmico quanto após os tratamentos. Após a laminação a frio com aproximadamente 80% de redução em espessura, seguida de tratamentos isotérmicos, nas temperaturas de 150, 250 e 350 ºC e nos tempos de ½, 1, 2, 3 e 4 horas, os alumínios de pureza comercial apresentaram uma temperatura para completa recristalização em torno de 350 ºC e por meio da técnica de microscopia eletrônica de transmissão observou-se arranjos celulares de discordâncias, mas não foram detectadas diferenças significativas entre esses arranjos apresentados pelos três alumínios. Diferenças certamente existem, mas para serem caracterizadas é necessário um estudo detalhado com microscopia eletrônica de transmissão. A presença de partículas de compostos intermetálicos foi observada em todas as amostras analisadas, essas partículas são resultado da baixa solubilidade do ferro e do silício no alumínio e se formaram durante as diversas etapas do processamento dos materiais. / The present work had as main objective to study the evolution of the microstructure and crystallographic texture of three commercial purity aluminums with different levels of purity, AA1100 (99.00%), AA1050 (99.50%) and AA1070 (99.70%), and of the super pure aluminum, AA1199 (99.995%). The plates of commercial purity aluminum were obtained through direct chill (DC) process followed by homogenization and hot rolling until the final thickness of 10 mm. The super pure aluminum was produced in laboratory and was in the ascast condition. Several techniques of microstructural analysis were used: conventional optical microscopy, optical microscopy using polarized light, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, measurements of electrical conductivity and Vickers hardness. The evolution of the texture of the commercial purity aluminum was analyzed by Xray diffraction and the super pure aluminum was analyzed using electron backscatter diffraction. Variations in the chemical composition along thickness in the commercial purity aluminum produced by the DC process in the as-received condition and after annealing at 400 ºC for 1 and 24 hours were possible to observe. The precipitates in the aluminum AA1100 and AA1070, in the as-received condition were distributed in the rolling direction, including several sites of clusters of the same precipitates. In the aluminum AA1050 the precipitates were finely dispersed in the rolling direction. After annealing at 400 ºC for 1 and 24 hours the precipitate characteristics were maintained, and there was an increase in the volumetric fraction of the as-received condition in comparison to samples annealed at 400 ºC, showing that precipitation occurred during annealing. The shear texture was observed in the commercial purity aluminums, either in the as-received condition or after annealing, and this effect was due to the mechanical effort between the rolling mill and the samples. At ¼ of the thickness and in the center of the material after annealing the shear texture was still observed, and also the type cube, rotated cube and brass textures. The center of the material continues showing the type cube and brass textures. On the other hand, the aluminum AA1199 has a coarse structure (oligocrystalline grains), without the occurrence of precipitates, and texture results were not obtained due to the fact the grains are much coarser, due to the size of big grain. After cold rolling with approximately 70% of reduction in thickness, followed by isochronous treatments for 1 hour at temperatures of 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400 and 500 ºC, the aluminum AA1199 presented a smaller temperature for complete recrystallization, around 280 ºC, followed by the aluminum AA1050 (375 ºC) and of the aluminum AA1100 and AA1070 (both, 400 ºC). As the chemical compositions of the solid solutions matrixes are almost identical, the variation in the recrystallization temperature should be attributed to the presence of precipitates in the aluminum, and when finely dispersed in the matrix they impede the movement of the sub-boundary, delaying the beginning of the recrystallization. In comparison to the other aluminums, the aluminum AA1199 has a smaller temperature for complete recrystallization, since there are not precipitates in its microstructure. Observing the texture, in the surface and the ¼ of the thickness, the commercial purity aluminums, after cold rolling and without heat treatment, showed the shear texture found in the surface in the as-received condition with the appearance of the S texture. After heat treatment at 250 ºC for 1 hour the Goss texture appeared and at 350 ºC for 1 hour the type cube, rotated cube and cube ND textures; notice that in both cases the shear and S texture were still present. Energy dispersive X-ray spectroscopy (microanalysis) showed in the aluminum AA1199, the texture type cube, so cold rolled without heat treatment as after the treatments. After cold rolling with approximately 80% of reduction in thickness, followed by isothermal treatments, at temperatures of 150, 250 and 350 ºC and times of ½, 1, 2, 3 and 4 hours, the commercial purity aluminum presented a temperature for complete recrystallization around 350 ºC. Transmission electron microscopy technique showed dislocations cellular arrangements, but significant differences were not detected among those arrangements presented by the three aluminums. Differences certainly exist, but for their characterization detailed study with transmission electron microscopy is necessary. The presence of particles of intermetallic compounds were observed in all analyzed samples, those particles resulted of the low solubility of iron and silicon in the aluminum and were formed during the several stages of the processing of the materials.

A laminação a frio de aços planos é um processo industrial de grande complexidade, executado num ambiente bastante agressivo e caracterizado por parâmetros incertos, grandes tempos de atraso, múltiplas entradas e múltiplas saídas e por forte interação entre as diversas variáveis (GUO, 2000). As referências necessárias para o controle de tal processo são obtidas por meio de um modelo matemático, responsável pela sua otimização. Dadas as particularidades do processo, o modelo deve ser do tipo adaptativo, ou seja, deve ter seus parâmetros continuamente ajustados com base nos resultados efetivamente obtidos durante a operação. A adaptação do modelo é essencial para a consecução dos requisitos de qualidade do produto e, em conseqüência, para a viabilidade da planta. Este trabalho primeiramente investiga as estratégias tradicionalmente empregadas no desenvolvimento de modelos adaptativos para o processo de laminação de aços, identificando os pontos fortes e deficiências de tais técnicas. Com o objetivo de minimizar essas deficiências e aperfeiçoar o desempenho do modelo, o trabalho propõe em seguida a utilização de ferramentas de Inteligência Computacional (mais especificamente, Redes Neurais Artificiais) para tornar mais eficiente a adaptação de dois importantes parâmetros: o limite de escoamento do material e o coeficiente de atrito entre a tira e os cilindros de trabalho. O texto apresenta os fundamentos teóricos, a metodologia de desenvolvimento e a implantação da solução, bem como os resultados preliminares obtidos com a aplicação da proposta num laminador real. Finalmente, discutem-se esses resultados, apresentam-se as conclusões, sumarizam-se as contribuições da pesquisa e se sugerem futuras linhas de pesquisa para extensão dos resultados. / Flat steel cold rolling is a complex industrial process, carried out into a very harsh environment, characterized by uncertain parameters, large delay times, multiple inputs and outputs, and having a strong interaction between the diverse variables (GUO, 2000). The control system of such a process obtains its setpoints from a mathematical model, responsible for process optimization. Given process peculiarity, the mathematical model must have adaptive features, that is, its parameters need to be continuously adjusted, on the basis of actual operational results. Adaptation is an essential characteristic for achieving product quality requirements and, as a consequence, for the plant feasibility itself. First of all, this work surveys the strategies commonly used in the development of cold rolling adaptive models, pointing out their strengths and deficiencies. Following to this, aiming at the minimization of such deficiencies and by this way improving the performance of the model, this work proposes the application of Computational Intelligence techniques (specifically Artificial Neural Networks) in order to bestow greater effectiveness to the adaptation of two important parameters, namely, the material flow stress and the friction coefficient between rolled strip and rolling cylinders. The text presents the theoretical foundations, the methodology and the implementation of the solution, as so the preliminary results after its application in a real steel mill plant. Finally, the text presents the conclusions, sums up the contributions of the research work and suggests further research to improve the results.

Embora a literatura disponível sobre conformação mecânica disponha de grande número de trabalhos relacionados à fadiga térmica em cilindros de laminação a quente, poucos autores abordam como esse tipo de dano é influenciado por algumas características do processo - em especial a oxidação na superfície de trabalho dos cilindros, tanto enquanto formação de uma camada de óxido uniforme sobre essa superfície quanto na forma de corrosão. Essa lacuna ocorre a despeito do volume de referências que relacionam a oxidação à fadiga térmica em escala laboratorial. O presente trabalho busca relacionar ambas as linhas de investigação, utilizando métodos analíticos e numéricos comparados com experimentos em diferentes escalas, para compreender sob quais condições são formados os óxidos presentes nos cilindros, qual seu comportamento mecânico no decorrer dos ciclos de laminação e como os óxidos influenciam na ocorrência de trincas de laminação a quente. A análise da superfície de trabalho de um cilindro em escala piloto revela a presença de trincas térmicas na superfície de trabalho. Os padrões de defeitos obtidos se mostram de acordo com o exposto em diversas referências publicadas sobre ensaios de fadiga térmica e termomecânica, em relação à presença e distribuição de óxidos no interior das trincas e na superfície externa das amostras. Em paralelo, foram desenvolvidos modelos numéricos do processo de laminação a quente, inicialmente em escala macroscópica, para obter detalhes sobre distribuições de temperatura, tensões e deformações nos cilindros, de difícil obtenção experimental. Estes modelos foram simulados e seus resultados comparados com valores medidos no laminador piloto, validando seu uso para avaliação do comportamento dos cilindros durante uma série de campanhas de laminação. Os resultados obtidos mostram que o mecanismo de fadiga de baixo ciclo normalmente associado ao dano térmico não é suficiente para explicar a nucleação das trincas de fadiga térmica observadas no experimento. O erro na predição pela teoria de fadiga de baixo ciclo tradicional, em conjunto com a caracterização dos cilindros em escala piloto e com observações de cilindros em escala industrial presentes na literatura, permite levantar a hipótese de que os fenômenos de oxidação e corrosão em curso durante o processo de laminação contribuem para uma redução significativa da resistência dos cilindros à fadiga termomecânica. Cálculos analíticos e simulações adicionais em escala microscópica foram realizados, incluindo os efeitos da oxidação e da corrosão, confirmando a hipótese e oferecendo uma linha de investigação mais assertiva para a nucleação e evolução do dano nos cilindros. / Although the literature on metal forming presents a considerable amount of references related to thermal fatigue in hot rolling, only few authors discuss how this type of damage is influenced by some characteristics of the rolling process - specially the oxidation that develops at the surface of the rolls. This gap occurs despite the amount of references relating oxidation to thermal fatigue in laboratory scale. The current work aims to relate both investigation paths, employing analytical and numerical methods in comparison with experiments in different scales, to provide understanding about the conditions at which the oxides observed upon the rolls are formed, their mechanical behaviour during the rolling process and how they influence thermal fatigue cracking in the rolls. The analysis of the roll surface in a pilot scale mill reveals the presence of thermal fatigue cracks on the work surface. The patterns of defects observed are in accordance with several references on thermal and thermomechanical fatigue, regarding the presence and distribution of oxides inside the cracks and at the external surface of the samples. In parallel, numerical models of hot rolling were developed, initially at macroscopic scale, to obtain details on temperature, stress and strain distribution in the rolls, which are difficult to obtain experimentally. These models were simulated and their results were compared with values measured in the pilot scale mill, validating their use to evaluate the behaviour of the rolls throughout a series of rolling campaigns. The obtained results show that the low-cycle fatigue mechanism commonly associated to thermal damage is not enough to explain the nucleation of thermal cracks seen in the experiments. The error in the prediction using the traditional low-cycle fatigue theory, in conjunction with the characterization of the pilot-scale rolls and with observations of industrial scale rolls, yields the hypothesis that oxidation and corrosion phenomena occurring throughout the rolling process contribute to a significative reduction in the resistance of the rolls to thermomechanical fatigue. Analytical calculations and additional simulations in microscopic scale were conducted, including effects of oxidation and corrosion, confirming the hypothesis and providing a more assertive line of research for damage nucleation and evolution in the rolls.

A liga de alumínio AA3104 é utilizada na manufatura de componentes obtidos via estampagem profunda e estiramento, como corpo de latas de bebidas. O presente trabalho visa relatar as principais alterações microestruturais e texturais da liga AA3104 em diferentes condições de deformação a frio. As amostras investigadas foram obtidas por meio de laminação a quente nas espessuras de 1,80 e 2,25 mm. O material A com espessura de 1,80 mm foi laminado duas vezes a frio com reduções de 64% e 59%. Já o material B com espessura de 2,25 mm foi laminado três vezes a frio com reduções de 55%, 52% e 51%. Após cada redução a frio foram retiradas amostras para as caracterizações. A espessura final nos dois materiais foi de 260 ?m. A caracterização microestrutural foi realizada por meio de microscopia ótica convencional e microscopia eletrônica de varredura. A textura de recristalização foi obtida por meio de difração de raios X. Foram realizados ensaios mecânicos para determinar a microdureza e limites de resistência e escoamento das amostras analisadas, além do ensaio de embutimento das amostras para a caracterização do orelhamento. Os melhores resultados de orelhamento foram obtidos no material A e os maiores valores de tensão de escoamento, resistência a tração e microdureza foram observadas no material B. Também foram retiradas amostras de latas de bebidas após a estampagem e após a estampagem e recozimento para a caracterização microestrutural. A ênfase desta Dissertação visa avaliar a influência da quantidade de deformação a frio aplicada em chapas recristalizadas provenientes da laminação a quente na textura cristalográfica e no comportamento das chapas durante o ensaio de orelhamento. / The aluminum alloy AA3104 is widely used in the manufacture of components obtained by deep drawing and ironing, as the body of beverage cans. The present work describes the main microstructural and textural changes of AA3104 alloy following different cold rolling schedules. The samples were obtained after hot rolling, with thicknesses of 1.80 and 2.25 mm. Material A (1.80 mm) was cold rolled in two steps with reductions of 64% and 59%, respectively. Material B (2.25 mm) was cold rolled in three steps with reductions of 55%, 52% and 51% respectively. After each cold reduction samples were removed for microstructural characterization. The final thickness of the two materials was 260 ?m. The microstructural characterization was performed using conventional light optical and scanning electron microscopy. The recrystallization texture was determined by X-ray diffraction measurements. Mechanical tests were carried out to determine the Vickers microhardness as well as yield and tensile strengths. Deep drawing tests were performed for earing characterization. The best results of earing were obtained in material B. The highest yield and tensile strengths were observed in material A. Samples of commercial beverage cans were taken after deep drawing and annealing (drying) for microstructural characterization. The emphasis of this study is to evaluate the influence of the cold deformation in hot-rolled sheets regarding crystallographic texture evolution and corresponding behavior during earing tests.

Chapas laminadas a quente com 6 mm de espessura dos aços AISI 304L e 316L apresentaram na condição inicial uma microestrutura composta por grãos recristalizados equiaxiais de austenita e ilhas de ferrita δ, em maior quantidade no centro da chapa. A austenita apresentou textura cristalográfica fraca, com um gradiente de textura ao longo da espessura. Os tratamentos térmicos de solubilização causaram a eliminação da ferrita, mas não causaram modificação substancial na textura. Os fenômenos de encruamento, recuperação e recristalização foram então estudados após solubilização, seguida de deformação por laminação em diferentes temperaturas e posterior recozimento das amostras deformadas. O endurecimento por deformação e a porcentagem de martensita α’ formada mostraram forte dependência com a composição química da austenita e com a temperatura de deformação. A textura de deformação encontrada nos aços inoxidáveis austeníticos 304L e 316L é característica dos materiais CFC com baixa e média energia de empilhamento laminados a frio. A temperatura de reversão da martensita α’ foi próxima de 550°C, praticamente não depende da quantidade presente e é praticamente idêntica nos dois aços. O aço 316L apresentou maior resistência à recristalização, pois tem maior EDE e apresenta menor endurecimento por deformação em relação ao 304L. A temperatura de recristalização situouse aproximadamente 150°C acima da temperatura de reversão da martensita α’. A temperatura de laminação não influenciou significativamente a temperatura de recristalização. A textura de recristalização nos dois aços continuou sendo semelhante à textura de deformação. As propriedades mecânicas de tração dos dois aços mostraram-se muito sensíveis à temperatura do ensaio. Tratamentos mecânicos e térmicos adequados produziram combinações interessantes de propriedades mecânicas nos dois aços, tais como limite de escoamento por volta de 1000 MPa com alongamento da ordem de 10%. Os resultados do presente trabalho sugerem que para se obter nos aços inoxidáveis austeníticos combinações atrativas de alta resistência mecânica com ductilidade razoável, por meio de tratamentos mecanotérmicos ou termomecânicos, duas diretrizes devem ser observadas: i) durante a deformação grandes quantidades de martensita devem ser produzidas e as principais variáveis neste aspecto são a EDE do aço e a quantidade e a temperatura de deformação; ii) durante o recozimento do material encruado deve ocorrer reversão da martensita, mas a recristalização completa deve ser evitada, por meio do controle rigoroso da temperatura e do tempo de recozimento, obtendo-se uma microestrutura muito fina de grãos e sub-grãos. A possibilidade de tratamentos sucessivos de deformação/recozimento é promissora e deve ser explorada em trabalhos futuros. A caracterização microestrutural foi realizada com auxílio de várias técnicas complementares de análise microestrutural, tais como microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (MET), medidas magnéticas, difração de raios X (análise de fases e determinação de textura) e microdureza Vickers. A caracterização mecânica envolveu a realização de ensaio de tração em várias temperaturas, com a determinação de limite de escoamento, limite de resistência, alongamento total e coeficiente de encruamento n. / Hot rolled AISI 304L and 316L austenitic stainless steel sheets, 6mm thick, presented recrystallized equiaxial grains with austenite and islands of delta ferrite, in larger quantities mainly in the center of both steel sheets. The austenite had a weak texture, with a gradient through the thickness. The solution annealing eliminated delta ferrite, however it did not change the texture. Phenomena such as work hardening and strain induced α’ martensite formation showed strong dependency on the chemistry composition and rolling temperature. The rolling texture observed in AISI 304L and 316L austenitic stainless steels is characteristic of FCC materials with low and medium stacking fault energy (SFE), after cold rolling. The α’ reversion temperature was around 550°C for both steels and was independent of the volume fraction of α’ martensite. The AISI 316L showed a strong recrystallization resistance as it has higher SFE and smaller work hardening than the AISI 304L. The recrystallization start temperature is approximately 150°C higher than the α’ reversion temperature. The rolling temperature did not influence the recrystallization temperature. Recrystallization texture for both steels remained similar to the rolling texture. Proper thermal and mechanical treatments provided interesting combinations of mechanical properties for both steels, such as yield strength around 1000 MPa with 10% elongation. These results suggest that the obtained austenitic stainless steels provide attractive combinations not only with high mechanical resistance but also with reasonable toughness and ductility. Through thermo-mechanical treatments, two point must be stressed: i) during the deformation great quantities of α’ martensite are being produced due to the SFE of the steel and the degree and the temperature of deformation; ii) during the annealing treatment of the work hardened material the α’martensite reverts to austenite, but complete recrystallization must be avoided, thus strict control of temperature and annealing time must be ensured to obtain a refined microstructure (of grains and subgrains). The possibilities of employing successive deformation / annealing treatments is promising and should be explored in future research. Several microstructural characterization techniques have been employed: optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), magnetic measurements, X-ray diffraction to analyze phases and textures, and Vickers microhardness tests. Mechanical characterization involved tensile testing at different temperatures, with determination of yield strength, tensile strength, total elongation and strain hardening coefficient n.

Os processos de manufatura, bem como os parâmetros de processamento utilizados produzem diferentes resultados com relação à integridade de uma superfície. Estas alterações se refletem em mudança das propriedades da superfície, as quais podem influenciar o desempenho dos componentes. O presente trabalho estuda o efeito da integridade superficial gerada pelos processos de torneamento e retificação na resistência à fadiga de contato do aço ferramenta AISI H13. A influência do processo de usinagem e dos parâmetros de corte no estado da superfície e subsuperfície, e como estas características afetam o desempenho são determinados. Foram geradas quatro condições diferentes para as superfícies torneadas mediante a combinação de parâmetros de corte. As superfícies retificadas foram produzidas empregando as mesmas condições de retificação, com isso, obteve-se a mesma condição para todos os corpos de prova ensaiados. As características medidas da integridade superficial foram: os parâmetros de rugosidade, tensões residuais, microdureza Vickers da seção transversal e ruído magnético de Barkhausen. Foi determinado o desempenho das superfícies por fadiga de contato de rolamento, num equipamento na configuração esfera-plano. Os corpos de prova foram anéis de AISI H13 temperados e revenidos. A totalidade dos ensaios foi realizada até a ocorrência de lascamento (Spalling). Os ensaios foram realizados com lubrificação e com uma máxima pressão de contato de Hertz de 3,6 GPa. Foi observado que dependendo do nível de integridade superficial induzido pelo processo de usinagem e dos parâmetros selecionados, o desempenho da superfície em fadiga de contato de rolamento foi afetado. Contudo, as melhores condições de desempenho foram dos materiais retificados, e para os materiais torneados o melhor desempenho foi obtido com maiores velocidades de corte. / The manufacturing process and the machining parameters selected lead to different integrity of the surface, and these characteristics will influence the functional performance of the components. This study evaluated and analyzed the effect of surface integrity on the contact fatigue resistance of the H13 hot work tool steel. The surfaces were manufactured by hard turning and grinding process. Therefore, the influences of the machining process and the cutting parameters on the surface and on the subsurface layer were studied. Four different turned surfaces were obtained as a combination of cutting parameters selected for the tests. On the other hand, grinding surfaces were generated using the same machining conditions. The characteristics of surface integrity evaluated were: surface roughness parameters, residual stresses, Barkhausen noise, and microhardness of surface and sub-layers in transverse section. It was also evaluated the performance of the samples by rolling contact fatigue tests conducted in a ball on washer machine. The specimens were rings made of AISI H13 steel, which were quenched and tempered. All tests were performed until the occurrence of spalling. The tests were carried out under lubrication and with a maximum Hertz contact pressure of 3.6 GPa. Monitoring and failure detection were carried out by analyzing the changes in the vibration signal of the test machine sensors. It was observed that the performance of the surface in rolling contact fatigue resistance was affected by the level of the surface integrity, related to the machining process and the machining parameters.

L'industrie sidérurgique rencontre depuis des années un développement important. Les caractéristiques des produits destinés aux différents secteurs industriels deviennent de plus en plus exigeantes. Actuellement des régulateurs avancés de type PID sont utilisés avec une structure multi-boucles locales. Afin de traiter les cahiers des charges de plus en plus contraints, il devient intéressant de revoir cette stratégie de contrôle. Ce sujet de thèse CIFRE entre ArcelorMittal et le CRAN a pour objectif de proposer de nouvelles stratégies de contrôle avancé pour le laminage à froid des bandes d'acier de type tôle fine, notamment des stratégies centralisées de contrôle remplaçant des boucles de régulation locales et indépendantes, afin d'élargir le champ des matériaux traitables, d'augmenter et d'optimiser la productivité et les capabilités du procédé ainsi que de minimiser les coûts de production. Dans une première partie, une étude bibliographique sera effectuée afin de mieux cerner les différents modèles métallurgiques et dynamiques du système à piloter. Dans une seconde partie, le cahier des charges sera traduit en termes d'un problème d'optimisation dont la solution est un contrôleur de type retour d'état. Enfin dans une troisième et dernière partie, une synthèse de retour de sortie dynamique sera proposée pour résoudre le problème des mesures manquantes / The steel industry has been developing for years. The characteristics of the products intended for the various industrial sectors are becoming more and more demanded. Currently advanced PID controllers are used with a local multi-loop structure. In order to deal with the increasingly constrained specifications, it is interesting to review this control strategy. This CIFRE PhD thesis between ArcelorMittal and CRAN aims to propose new advanced control strategies for the cold rolling of thin sheet steel strips, including centralized control strategies replacing local and independent control loops, to broaden the scope of treatable materials, increase and optimize process productivity and capabilities, and minimize production costs. In a first part, a bibliographic study will be carried out in order to better define the various metallurgical and dynamic models of the system to be controlled. In a second part, the specifications will be translated in terms of an optimization problem whose solution is the state feedback controller. Finally, in a third and final part, a dynamic output feedback synthesis will be proposed to solve the problem of missing measurements

O processo de roleteamento é um tratamento superficial, comumente utilizado em peças fabricadas em aços e ferros fundidos nodulares, em regiões onde há concentradores de tensões, com o intuito de melhorar as propriedades de resistência à fadiga. Este processo endurece e introduz tensões residuais compressivas na camada superficial do material, através de deformação controlada, provocando uma redução das tensões de tração que atuam na superfície da peça submetida a carregamentos cíclicos. Este trabalho teve como principal objetivo o estudo do efeito do roleteamento superficial sobre o comportamento em fadiga de um ferro fundido nodular de matriz perlítica, utilizado na fabricação de virabrequins pela indústria automobilística. Foram realizados ensaios de fadiga por flexão rotativa em corpos de prova lisos e com entalhe. Os corpos de prova com entalhe foram divididos em dois grupos, com e sem roleteamento superficial. Foi utilizado entalhe com geometria semicircular com raio de 1,20mm e profundidade de 0,70mm. Para o processo de roleteamento foi utilizado um rolete com diâmetro de 15,00mm e com raio de curvatura de 1,30mm e aplicada uma força de compressão de 2390N. A introdução de tensões residuais compressivas pelo trabalho a frio, dificultou a nucleação e a propagação de trincas na camada superficial dos entalhes roleteados. Isto ficou evidenciado pelo aumento do valor do limite de fadiga para 483MPa obtido para o material entalhado e roleteado, enquanto que para o material nas condições de sem entalhe e somente entalhado estes valores foram de 300MPa e 168Mpa, respectivamente. / Surface rolling is a mechanical treatment commonly used in parts fabricated with steel and ductile cast iron, specifically in stress concentration regions, to improve fatigue properties. This process hardens and introduces compressive residual stresses to the surface of the material through the application of controlled strains, thus provoking a reduction of resulting tensile stress at its surface under cyclic loading. This work deals with the effect of surface rolling on high cycle fatigue behavior of a pearlitic ductile cast iron used in crankshaft by automotive industries. Rotating bending fatigue tests were performed in both smooth and notched specimens. The notched specimens were divided into two groups: with and without surface rolling treatment. The specimens notch geometry was semicircular with radius of 1.20mm and depth of 0.70mm. The rolling treatment was carried out using a roller with diameter of 15,00mm, curvature radius of 1.30mm and a compression force of 2390N. The introduction of compressive residual stresses under cold work made difficult the nucleation and propagation of the crack on the rolled surface of the notch. It was confirmed by the increase of the endurance limit of the surface rolled specimens to 483MPa in comparison with the smooth and notched specimens, respectively, 300MPa and 168 MPa.

Este trabalho faz uma introdução à evolução dos processos de laminação a frio, acionamento e controle dos mesmos, com foco na laminação de encruamento. O principal objetivo é estabelecer um modelo linear dos sistemas de acionamento, que permita o projeto de um controle multivariável. Pretende-se que a robustez do controle multivariável contribua para a eliminação de defeitos associados aos processos de bobinamento e desbobinamento. A eliminação destes defeitos traz um grande retorno econômico em função do grande volume de produção destas instalações. Para isto é desenvolvido um modelo matemático do sistema completo. No modelo são evidenciadas não linearidades associadas à variação dos diâmetros e inércias das bobinas na desenroladeira e enroladeira. Para solucionar esse problema as parcelas contendo as não linearidades são removidas do modelo. Posteriormente essas parcelas são repostas através de malhas feedforward no controle. Para validar o modelo são projetados controladores PID semelhantes aos utilizados no laminador real. Com os resultados obtidos através de simulação, discute-se a validade do modelo comparando-os com os dados do processo real. A partir desse modelo é desenvolvido o modelo linear em espaço de estados, a ser utilizado no projeto do controlador robusto multivariável. Em seguida é desenvolvido o projeto deste controlador multivariável utilizando a técnica LQG/LTR. Finalmente, são discutidos os resultados das simulações, comparando-os com os dados reais da planta. De um modo geral, os resultados apontam para uma boa aproximação entre a planta real e o modelo proposto. / This work is an introduction to the evolution of the processes of cold rolling, drive and control, focusing on skinpass rolling. The main objective is to establish a model of linear drive systems, allowing the design of a multivariable control. It is intended that the robustness of multivariable control contributes to the elimination of defects associated with processes of coiling and uncoiling. The elimination of these defects poses a great economic return due to the large volume of production of these facilities. To achieve this deal it was developed a mathematical model of the complete system. Nonlinearities associated with variation in diameters and inertia reels in desenroladeira and reel are evidenced in the model. To solve this problem the terms containing nonlinearities were removed from the model and, subsequently reintroduced by feedforward control loops. To validate the model, PID controllers were designed in a similar way to those used in real mill. With the results obtained by simulation, we discuss the validity of the model by comparing them with the actual process data. From this model it was developed a linear state space model to be used in the design of robust multivariable controller. After that it was developed the design of this multivariable controller using the technique LQG / LTR. Finally, it was discussed the simulation results, comparing them with actual data of the plant. Overall, the results point to a good approximation of the real plant and the proposed model.