As ligas Ti-??constituem um grupo promissor de ligas de titânio em termos de processamento, propriedades e aplicações potenciais. Além do projeto da liga em termos de composição, a obtenção de microestruturas adequadas por meio de tratamentos térmicos é necessária para otimizar o balanço entre resistência mecânica e tenacidade. O presente trabalho teve por objetivo estudar o comportamento em fadiga de alto ciclo da liga Ti-13V-11Cr-3Al, uma liga de alta resistência mecânica destinada ao emprego na indústria aeroespacial, sob duas condições de tratamento. O material foi recebido na forma de barras com 7,6 mm de diâmetro, apresentando microestrutura composta por grãos alongados e propriedades em tração combinando alto limite de resistência (1.479 MPa) e razoável ductilidade (deformação verdadeira de fratura igual a 0,217). O material foi tratado termicamente em duas condições: recozimento a vácuo a 750?C por 1 h com resfriamento lento, e tratamento flash em banho de sal a 650?C por 6 min, com posterior têmpera em água. O tratamento flash resultou em melhor combinação de resistência mecânica e ductilidade, avaliadas pelo ensaio de tração. O estudo da resistência à fadiga baseou-se na obtenção de curvas ?/N por meio de ensaios de flexão rotativa (R = -1) empregando-se corpos de prova do tipo viga em balanço. Para cada condição microestrutural, foram obtidas duas curvas ?/N, uma com amostras polidas e outra empregando-se corpos de prova com concentradores de tensão geométricos (entalhes), visando avaliar a sensibilidade ao entalhe desta liga nas duas condições microestruturais. O material submetido ao tratamento flash apresentou maior dispersão e menor resistência à fadiga, comparado ao material recozido; no entanto apresentou também menor sensibilidade ao entalhe em vidas longas (106 ciclos). O trabalho foi complementado por exames fractográficos para a identificação dos pontos de iniciação da fratura. / The Ti-??alloys are a promising group of titanium alloys in terms of processing, properties and potential applications. In order to achieve the optimum balance between strength and toughness it is necessary, besides determining a proper composition in the alloy design, to obtain suitable microstructures by means of thermo-mechanical process and heat treatment. This study aimed to assess the high cycle fatigue behavior of Ti-13V-11Cr- 3Al alloy, a high-strength alloy intended for use in the aerospace industry. The material was received in the form of bars with 7.6 mm in diameter, whose microstructure comprises elongated grains and whose mechanical properties combines high tensile strength (1,479 MPa), and reasonable ductility (true strain fracture equal to 0.217). The material was heat treated in two conditions: vacuum annealing at 750?C for 1 h with slow cooling, and flash 650?C salt bath for 6 min with subsequent water quenching. The study was based on obtaining ??/ N curves through by rotary bending (R = -1) fatigue tests employing cantilever beam specimens. For each microstructural condition, two ??/ N curves were obtained, the former with smooth samples and the latter employing specimens with geometric stress concentrators (notches), to evaluate the notch sensitivity of this alloy in both microstructural conditions. The material subjected to flash treatment showed greater dispersion and lower fatigue strength compared to annealed; however also showed lower notch sensitivity at long life (106 cycles). The study was complemented by fractographics analysis to identify the fracture initiation points.

Pós magnéticos foram produzidos utilizando o processo de hidrogenação, desproporção, dessorção e recombinação (HDDR). A primeira parte deste trabalho envolveu o estudo do efeito da adição de Co na liga Pr14FebalCoxB6Nb0.1 (x= 0, 4, 8, 10, 12, 16) variando a de temperatura de dessorção/ recombinação de 800° a 900°C, com o objetivo de otimização do tratamento HDDR. A liga Pr14Fe80B6 foi utilizada como padrão. As ligas foram tratadas termicamente a 1100°C por 20 horas para eliminação do Fe- exixtente na liga em estado bruto de fusão. A temperatura de dessorção/ recombinação afetou a microestrutura e as propriedades magnéticas dos ímãs moldados com polímeros. A liga com baixa adição de cobalto (4 at.%) exigiu a temperatura de reação mais alta (880°C) entre os demais ímãs. As temperaturas ótimas para as ligas com 8 at.% Co e 10 at.% Co foram 840°C e 820°C, respectivamente. Ligas com altas concentrações de cobalto (12 at.% and 16 at.%) foram processadas a 840°C. A temperatura de dessorção/ recombinação que apresentou alta anisotropia nas ligas Pr14Fe80B6 e Pr14Fe79,9B6Nb0,1 foi de 820°C. O ímã que apresentou melhor remanência (862mT) foi processado com a liga Pr14Fe67,9Co12B6Nb0,1. Cada liga apresentou uma temperatura de reação otimizada e exibiu uma microestrutura particular, de acordo com a composição. A segunda parte deste trabalho envolveu a caracterização, dos pós HDDR de Pr14Fe80B6, que foram analisadas por difração de raios X com fonte síncrotron para a identificação e quantificação de fases cristalinas, e ainda para a determinação do tamanho médio de cristalitos da fase principal. A microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi utilizada para revelar a morfologia dos pós HDDR. / Fine magnetic powders were produced using the hydrogenation disproportionation desorption and recombination (HDDR) process. The first stage in this work involved an investigation of the effect of the Co content and range of desorption/ recombination temperatures between 800 and 900°C with the purpose of optimizing the HDDR treatment for Pr14Fe80B6 and Pr14FebalCoxB6Nb0,1 (x= 0, 4, 8, 10, 12, 16) alloys. The cast alloys were annealed at 1100°C for 20 hours for homogenization. The processing temperature (desorption/ recombination) affected the microstructure and magnetic properties of the bonded magnets. The alloy with low cobalt content (4 at.%) required the highest reaction temperature (880°C) to yield anisotropic bonded magnets. The optimum temperature for alloys with 8 at.% Co and 10 at.% Co were 840°C and 820°C, respectively. Alloys with high cobalt content (12 at.% and 16 at.%) were processed at 840°C. The optimum desorption temperature for achieving high anisotropy for Pr14Fe80B6 and Pr14Fe79,9B6Nb0,1 was 820°C. The best remanence (862mT) was achieved with the Pr14Fe67,9B6Co12Nb0,1 magnet, processed at 840°C. Each alloy required an optimum reaction temperature and exhibited a particular microstructure according to the composition. The second stage of the work involved the characterization, for each temperature, of the Pr14Fe80B6 HDDR powder processed using X-ray diffraction analysis. The samples of the HDDR material were studied by synchrotron radiation powder diffraction using the Rietveld method for cell refinement, phase quantification and crystallite sizes determination. Scanning electron microscopy (SEM) has also been employed to reveal the morphology of the HDDR powder.

Neste trabalho aços rápidos ao molibdênio AISI M3:2 obtidos por diferentes processos de fabricação, submetidos ao mesmo procedimento de tratamento térmico, foram avaliados no que concerne às propriedades mecânicas de resistência à ruptura transversal e dureza. Os materiais em questão constaram dos aços rápidos comerciais Sinter 23 obtido por metalurgia do pó, o aço rápido VWM3C obtido pelo processo convencional e o aço rápido M3:2 obtido por uma técnica de metalurgia do pó que consiste de compactação uniaxial a frio de pós atomizados a água com e sem a adição de uma pequena quantidade de carbono na forma de grafite (0,3% em massa) e sinterização a vácuo com fase líquida. Esses aços rápidos foram avaliados através da comparação de suas propriedades. O aço rápido M3:2 foi sinterizado a vácuo podendo vir a se constituir numa alternativa economicamente mais viável do que o aço rápido MP Sinter 23 obtido por uma técnica de sinterização por compactação isostática a quente e com propriedades similares ao aço rápido processado pela rota convencional. A caracterização do aço rápido sinterizado a vácuo consistiu de medidas de densidades do compactado e após a sinterização. A sinterização produziu uma microestrutura aceitável e densidades próximas da densidade teórica desse aço rápido. A resistência à ruptura transversal foi avaliada através de ensaios de flexão em três pontos e a dureza através de medidas de dureza Rockwell C e Vickers. Os aços rápidos foram avaliados no que tange à microestrutura por uma técnica de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Estabeleceu-se assim uma relação entre a microestrutura e a resistência à ruptura transversal desses aços após o tratamento térmico. Uma técnica de difração de raios X foi utilizada para a determinação das fases presentes e detecção da austenita retida. A contribuíção desse trabalho consiste na avaliação da relação microestrutura / propriedades mecânicas desses aços rápidos bem como na viabilização do aço rápido sinterizado a vácuo. / In this work AISI M3:2 high speed steels obtained through different techniques of manufacturing, submitted to the same heat treatment procedure were evaluated by measuring their mechanical properties of transverse rupture strength and hardness. Sinter 23 obtained by hot isostatic pressing (HIP), VWM3C obtained by the conventional route and a M3:2 high speed steel obtained by cold compaction of water atomized powders and vacuum sintered with and without the adition of a small quantity of carbon were evaluated after the same heat treatment procedure. The vacuum sintered M3:2 high speed steel can be an alternative to the more expensive high speed steel produced by hot isostatic pressing and with similar properties presented by the conventional one. The characterization of the vaccum sintered M3:2 high speed steel was performed by measuring the densities of the green compacts and after the sintering cycle. The sintering produced an acceptable microstruture and densities near to the theoretical. The transverse rupture strength was evaluated by means of three point bending tests and the hardness by means of Rockwell C and Vickers tests. The technique of scanning electronic mycroscopy (SEM) was used to evaluate the microstruture and to establish a relation with the property of transverse rupture strength. The structure was determined by means of X-ray diffraction (XRD) patterns and the retained austenite was detected to all the conditions of heat treatment. The main contribution of this work is to establish a relation between the microstructure and the mechanical property of transverse rupture strength and to evaluate the AISI M3:2 vacuum sintered high speed steel as an alternative to the similar commercial high speed steels.

Neste trabalho aços rápidos ao molibdênio AISI M3:2 obtidos por diferentes processos de fabricação, submetidos ao mesmo procedimento de tratamento térmico, foram avaliados no que concerne às propriedades mecânicas de resistência à ruptura transversal e dureza. Os materiais em questão constaram dos aços rápidos comerciais Sinter 23 obtido por metalurgia do pó, o aço rápido VWM3C obtido pelo processo convencional e o aço rápido M3:2 obtido por uma técnica de metalurgia do pó que consiste de compactação uniaxial a frio de pós atomizados a água com e sem a adição de uma pequena quantidade de carbono na forma de grafite (0,3% em massa) e sinterização a vácuo com fase líquida. Esses aços rápidos foram avaliados através da comparação de suas propriedades. O aço rápido M3:2 foi sinterizado a vácuo podendo vir a se constituir numa alternativa economicamente mais viável do que o aço rápido MP Sinter 23 obtido por uma técnica de sinterização por compactação isostática a quente e com propriedades similares ao aço rápido processado pela rota convencional. A caracterização do aço rápido sinterizado a vácuo consistiu de medidas de densidades do compactado e após a sinterização. A sinterização produziu uma microestrutura aceitável e densidades próximas da densidade teórica desse aço rápido. A resistência à ruptura transversal foi avaliada através de ensaios de flexão em três pontos e a dureza através de medidas de dureza Rockwell C e Vickers. Os aços rápidos foram avaliados no que tange à microestrutura por uma técnica de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Estabeleceu-se assim uma relação entre a microestrutura e a resistência à ruptura transversal desses aços após o tratamento térmico. Uma técnica de difração de raios X foi utilizada para a determinação das fases presentes e detecção da austenita retida. A contribuíção desse trabalho consiste na avaliação da relação microestrutura / propriedades mecânicas desses aços rápidos bem como na viabilização do aço rápido sinterizado a vácuo. / In this work AISI M3:2 high speed steels obtained through different techniques of manufacturing, submitted to the same heat treatment procedure were evaluated by measuring their mechanical properties of transverse rupture strength and hardness. Sinter 23 obtained by hot isostatic pressing (HIP), VWM3C obtained by the conventional route and a M3:2 high speed steel obtained by cold compaction of water atomized powders and vacuum sintered with and without the adition of a small quantity of carbon were evaluated after the same heat treatment procedure. The vacuum sintered M3:2 high speed steel can be an alternative to the more expensive high speed steel produced by hot isostatic pressing and with similar properties presented by the conventional one. The characterization of the vaccum sintered M3:2 high speed steel was performed by measuring the densities of the green compacts and after the sintering cycle. The sintering produced an acceptable microstruture and densities near to the theoretical. The transverse rupture strength was evaluated by means of three point bending tests and the hardness by means of Rockwell C and Vickers tests. The technique of scanning electronic mycroscopy (SEM) was used to evaluate the microstruture and to establish a relation with the property of transverse rupture strength. The structure was determined by means of X-ray diffraction (XRD) patterns and the retained austenite was detected to all the conditions of heat treatment. The main contribution of this work is to establish a relation between the microstructure and the mechanical property of transverse rupture strength and to evaluate the AISI M3:2 vacuum sintered high speed steel as an alternative to the similar commercial high speed steels.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-06-29T14:16:18Z No. of bitstreams: 1 ISIS TATIANE DE BARROS MACÊDO VELOSO - TESE (PPGCEMat) 2016.pdf: 3573054 bytes, checksum: bfcbdc962777a12887f4d94980048582 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-29T14:16:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ISIS TATIANE DE BARROS MACÊDO VELOSO - TESE (PPGCEMat) 2016.pdf: 3573054 bytes, checksum: bfcbdc962777a12887f4d94980048582 (MD5) Previous issue date: 2016-06-30 / A reciclagem de vidros surge como alternativa ao impacto causado pelo seu descarte no meio ambiente, contribuindo para preservação dos recursos naturais, redução na emissão de gases e diminuição no volume dos aterros e lixões. O vidro pode ser infinitamente reciclado, sem que haja perda de massa ou de suas propriedades. Além disso, destaca-se pela sua beleza, por ser um dos poucos materiais capazes de refletir luz, cuja aplicação pode resultar em produtos de elevado apelo estético. Esta pesquisa tem como objetivo o desenvolvimento de pastilhas para revestimento pelo processo de reciclagem de resíduos de vidros sódico-cálcicos, a partir de estudos de tratamento térmico de fusão e recozimento. Inicialmente, os vidros foram separados por cor, triturados manualmente, distinguidos em diferentes granulometrias e acondicionados em moldes de concreto celular. Em seguida, foram submetidos a diferentes tratamentos térmicos, que resultaram na fusão e recozimento, este último processo para minimizar as tensões internas que fragilizam o vidro. Desta forma, buscou-se analisar a influência das granulometrias e dos tratamentos térmicos sobre os aspectos visuais das peças; os estudos dos materiais dos moldes e sua interação com o vidro, a desmoldabilidade e o acabamento das pastilhas; os equipamentos utilizados para a cominuição dos cacos de vidro. Como resultados, definiu-se o tratamento térmico quatro (TT4) para os vidros incolores e o tratamento térmico cinco (TT5) para os vidros coloridos (azul, âmbar, verde claro e verde escuro), em busca de obter peças de textura enrugada, aspecto vítreo e superfície brilhosa. Quanto ao tratamento térmico, as análises realizadas por microscopia óptica mostraram a eliminação das tensões internas que fragilizam o vidro, assim como o teste de impacto demonstrou uma maior resistência ao choque para amostras com recozimento, comprovando, assim, sua eficácia. Quanto à viabilidade de produção, os resultados demonstraram que as pastilhas são passíveis de serem confeccionadas pelo grupo CAVI, em escala artesanal, utilizando tecnologias e recursos acessíveis ao grupo, numa perspectiva de tecnologia social. / Glass recycling is an alternative to the impact caused by its disposal in environment, contributing to preservation of natural resources, reduction in gas emissions and decrease in volume of landfills and dumps. Glass can be recycled endlessly without any loss of mass or its properties. In addition, stands out for its beauty, for being one of few materials capable of reflecting light, the implementation of which may result in high aesthetic appeal products. This research aims to develop glass pastilles for coatings by recycling process of sodium-calcium glass residues, from heat treatment studies of melting and annealing. Initially, glasses were separated by color, manually grinded, distinguished into different granulometries and conditioned in cellular concrete molds. Then were subjected to different heat treatments, which resulted in melting and annealing, the latter process to minimize the internal tensions that weaken glass. Thus, it sought to analyze the influence of grain size and thermal treatments of visual aspects of the pieces; studies of materials of molds and their interaction with glass, demoldability and finish of the tablets; equipment used for comminution of the glass. As a result, it defined the heat treatment four (TT4) for colorless glass and heat treatment five (TT5) for tinted (blue, amber, light green, dark green) in seeking to obtain pieces of wrinkled texture, glassy and glossy surface. About heat treatment, the analysis performed by optical microscopy showed elimination of internal stresses which weaken the glass, and impact test showed a greater shock resistance for samples annealed, confirming thus its effectiveness. As for viability of production, results showed that pastilles are likely to be made by CAVI group, artisanal scale, using technologies and resources accessible to the group, in a perspective of social technology.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mateus L Arcego.pdf: 5194681 bytes, checksum: 9d5f6ab15ecd1478d6bb01232de5fb71 (MD5) Previous issue date: 2016-02-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O objetivo do trabalho é analisar os mecanismos que se destacaram na fratura sob diferentes condições de tratamento. As condições estudadas foram: Sinterizada (sem tratamento posterior a sinterização), Temperada e Revenida, Boretada, Normalizada, Temperada e Revenida com superfície jateada e Boretada + Revestimento de nitreto de titânio (TiN). Neste trabalho foram realizados ensaios de resistência à ruptura transversal (TRS) em aços rápidos (HSS) AISI M2 produzidos por metalurgia do pó (MP) e com diferentes condições de tratamentos térmicos aplicadas. As amostras foram produzidas com o pó do aço rápido AISI M2 atomizado à água, compactado uniaxialmente em matriz flutuante de duplo efeito e sinterizadas em forno à vácuo. Foram feitas 15 amostras por condição de forma a obter um controle estatístico da variação da porosidade das amostras. Ensaios TRS foram realizados levando os corpos de prova ao rompimento de forma abrupta, sem características de deformação plástica, o que caracterizou as fraturas como frágil. Em uma análise levando em conta a TRS, a dureza e a porosidade, evidenciou-se que a TRS e a dureza não são diretamente proporcionais, porém a TRS é sensível a porosidade, sendo que para variações de 3% na porosidade a TRS pode variar em até 20%. Observando as fractografias, notou-se que as amostras Boretadas, possuem mecanismos de preenchimento de poros através do crescimento da camada de boretos, o que é um fator positivo em relação a TRS. Outro mecanismo observado nas amostras boretadas, é o fato de ocorrer 2 modos de fratura na camada de boretos, o modo I, modo de abertura normal de trinca, e o modo II, modo deslizante de cisalhamento. Esse fato pode ser explicado pela diferença entre os módulos de Elasticidade entre as fases FeB e Fe2B da camada boretada, alterando o comportamento da curva de tensão-deformação, causando uma grande concentração de tensão na região e favorecendo a ocorrência deste efeito. Porosidades do tipo interligadas foram observadas na matriz de todas as condições analisadas.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5 Conclusoes - Referencias.pdf: 87748 bytes, checksum: 317ace1061109510ffacdade715d092a (MD5) Previous issue date: 2009-07-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work examines the effects of solution heat treatment on the microstructure and mechanical properties of A356 aluminum alloy. Tensile bars were molten to tensile tests and solution treatment in several conditions of time and temperature were performed. The A356 alloy with different weight percentage of magnesium and with its respective as-casting specimens were also analysed to evaluate the heat treatment. To evaluate the results tensile tests, alloy hardness and matrix microhardness, and metallographic analysis and fractographs were performed. The microstructural analysis allowed to evaluate the evolution of microstructural transformation. Results changes were attained to alloy with less percentage of Mg (0,15wt. %). However, to the alloy with higher percentage of Mg (0,3wt. %) the results indicated increase in all properties analysed, increasing the time and the temperature of solution. Only to the temperature of 570°C, a property drop of ultimate tensile strength and elongation were observed. The best properties were obtained to 10 hours of the solution in 540°C, as a result of a better distribution and coalescence of the Si particles. The fractographs showed changes on the fracture mode in function of increase in the solution time and temperature, evidencing the increase of the ductility observed through mechanical tests. The kind of alloy fracture and the matrix fracture mode and Si particles were evidenced in fracture surfaces. / Este trabalho avalia os efeitos do tratamento térmico de solubilização sobre a microestrutura e as propriedades mecânicas da liga de alumínio A356. Foram fundidos corpos de prova para ensaios de tração e realizados tratamentos de solubilização em diversas condições de tempo e temperatura. A liga A356, com diferentes percentuais em peso de magnésio e com suas respectivas amostras brutas de fundição, também foram analisadas para avaliação dos efeitos do tratamento térmico. Para avaliação dos resultados foram realizados ensaios de resistência à tração, de dureza da liga e microdureza da matriz e, análises de metalografias e fractografias. As análises microestruturais permitiram avaliar a evolução da transformação microestrutural. Variações nos resultados foram obtidos, para liga com menor teor de Mg (0,15% em peso). Porém, para liga com maior teor de Mg (0,3% em peso) os resultados indicaram aumento em todas as propriedades analisadas, com o aumento do tempo como da temperatura de solubilização. Apenas para temperatura de 570°C uma queda nas propriedades de máxima resistência e alongamento foram observadas. As melhores propriedades foram obtidas com 10 horas de solubilização a 540°C, como resultado de uma melhor distribuição e coalescimento das partículas de Si. As fractografias mostraram alterações no modo de fratura, em função do incremento no tempo e na temperatura de solubilização, evidenciando o aumento de ductilidade observada através dos ensaios mecânicos. O tipo de fratura da liga, e o modo de fratura da matriz e das partículas de Si também foram evidenciados pelas superfícies de fratura.

Pós magnéticos foram produzidos utilizando o processo de hidrogenação, desproporção, dessorção e recombinação (HDDR). A primeira parte deste trabalho envolveu o estudo do efeito da adição de Co na liga Pr14FebalCoxB6Nb0.1 (x= 0, 4, 8, 10, 12, 16) variando a de temperatura de dessorção/ recombinação de 800° a 900°C, com o objetivo de otimização do tratamento HDDR. A liga Pr14Fe80B6 foi utilizada como padrão. As ligas foram tratadas termicamente a 1100°C por 20 horas para eliminação do Fe- exixtente na liga em estado bruto de fusão. A temperatura de dessorção/ recombinação afetou a microestrutura e as propriedades magnéticas dos ímãs moldados com polímeros. A liga com baixa adição de cobalto (4 at.%) exigiu a temperatura de reação mais alta (880°C) entre os demais ímãs. As temperaturas ótimas para as ligas com 8 at.% Co e 10 at.% Co foram 840°C e 820°C, respectivamente. Ligas com altas concentrações de cobalto (12 at.% and 16 at.%) foram processadas a 840°C. A temperatura de dessorção/ recombinação que apresentou alta anisotropia nas ligas Pr14Fe80B6 e Pr14Fe79,9B6Nb0,1 foi de 820°C. O ímã que apresentou melhor remanência (862mT) foi processado com a liga Pr14Fe67,9Co12B6Nb0,1. Cada liga apresentou uma temperatura de reação otimizada e exibiu uma microestrutura particular, de acordo com a composição. A segunda parte deste trabalho envolveu a caracterização, dos pós HDDR de Pr14Fe80B6, que foram analisadas por difração de raios X com fonte síncrotron para a identificação e quantificação de fases cristalinas, e ainda para a determinação do tamanho médio de cristalitos da fase principal. A microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi utilizada para revelar a morfologia dos pós HDDR. / Fine magnetic powders were produced using the hydrogenation disproportionation desorption and recombination (HDDR) process. The first stage in this work involved an investigation of the effect of the Co content and range of desorption/ recombination temperatures between 800 and 900°C with the purpose of optimizing the HDDR treatment for Pr14Fe80B6 and Pr14FebalCoxB6Nb0,1 (x= 0, 4, 8, 10, 12, 16) alloys. The cast alloys were annealed at 1100°C for 20 hours for homogenization. The processing temperature (desorption/ recombination) affected the microstructure and magnetic properties of the bonded magnets. The alloy with low cobalt content (4 at.%) required the highest reaction temperature (880°C) to yield anisotropic bonded magnets. The optimum temperature for alloys with 8 at.% Co and 10 at.% Co were 840°C and 820°C, respectively. Alloys with high cobalt content (12 at.% and 16 at.%) were processed at 840°C. The optimum desorption temperature for achieving high anisotropy for Pr14Fe80B6 and Pr14Fe79,9B6Nb0,1 was 820°C. The best remanence (862mT) was achieved with the Pr14Fe67,9B6Co12Nb0,1 magnet, processed at 840°C. Each alloy required an optimum reaction temperature and exhibited a particular microstructure according to the composition. The second stage of the work involved the characterization, for each temperature, of the Pr14Fe80B6 HDDR powder processed using X-ray diffraction analysis. The samples of the HDDR material were studied by synchrotron radiation powder diffraction using the Rietveld method for cell refinement, phase quantification and crystallite sizes determination. Scanning electron microscopy (SEM) has also been employed to reveal the morphology of the HDDR powder.

Neste trabalho, propõe-se um modelo numérico-computacional representativo dos processos de tratamento térmico, que seja uma ferramenta eficiente e forneça meios para um entendimento efetivo do mecanismo de geração de tensões residuais durante a têmpera de aços. Foram investigados os fenômenos térmicos, mecânicos e de transformação de fase observados na têmpera, bem como o acoplamento entre esses três fenômenos. O modelo utiliza o Método dos Elementos Finitos (MEF) e o programa ABAQUS®, além de rotinas numéricas em FORTRAN responsáveis pela resolução do problema termo-mecânico-microestrutural acoplado. A utilização de sub-rotinas, que implementam uma alteração na formulação (matemática e numérica) do programa de Elementos Finitos, permite incluir no modelo as informações presentes em uma curva CRC (curva de resfriamento contínuo) do aço SAE 4140, implementando o cálculo de deformações da peça simulada de modo incremental e cumulativo. Os resultados mostram que a utilização das sub-rotinas desenvolvidas neste trabalho permitiu implementar, conjuntamente com o programa ABAQUS®, o cálculo das frações volumétricas, durezas, distorções e tensões que surgem em um tratamento térmico de têmpera, simulando as transformações martensítica, perlítica, bainítica e ferrítica. Os resultados dos modelos foram equivalentes aos relatados pela literatura, principalmente no que se refere às durezas e tensões associadas a cada transformação de fase. Em particular, os resultados indicam que a transformação martensítica está sempre associada à formação de tensões compressivas. Ensaios experimentais foram realizados a fim de validar os modelos computacionais propostos, utilizando-se um teste Jominy adaptado e instrumentado, de modo a permitir a amostragem da variação de temperaturas no material. Ensaios metalográficos permitiram correlacionar as frações volumétricas transformadas durante a têmpera do corpo de prova Jominy aos valores calculados pelo modelo numérico acoplado. / The objective of this work is to analyze residual strains and stresses and volumetric expansion due to phase transformations that occur during quenching of a steel body, as well as to predict these phase transformations. The coupled thermo-mechanical-phase transformation problem was analyzed, specifically in terms of the quenching process. Different computational models were presented, based on the finite element software ABAQUS® and on the use of FORTRAN subroutines. The continuous-cooling-transformation (CCT) diagrams of SAE 4140 steel are represented differently in each model, depending on the transformed phases and correspondent volumetric expansion. These subroutines include information from the CCT diagrams of SAE 4140 into a FORTRAN code. The subroutine calculates all the microstructures resulting from quenching (ferrite, pearlite, bainite, and martensite), depending on cooling rate. The numerical analysis conducted in this work provided results in terms of the temperature and stresses developed during quenching. The properties determined in this work are hardness, yield strength, volumetric fraction and distortion. Hardness has been predicted by the use of analytical equations. The finite element analyses were able to explain and reproduce phenomena observed during quenching of a steel cylinder. In particular, numerical results indicated that martensite formation is always related to a compressive stress field. The results of the models are in qualitative agreement with data provided by literature, particularly, in relation to the stresses originated by each different phase transformation during quenching process. Experimental testing was conducted, based on the analysis of the quenching of a Jominy probe, in order to validate the computational model developed in this work.

Neste trabalho foi medida a tenacidade à fratura de quatro ligas fundidas com composição química base do aço AISI M2 – uma de composição química convencional (liga I), e as demais modificadas por adições de nitrogênio (liga II), cério (liga III) e antimônio (liga IV) – submetidas a tratamentos térmicos visando a decomposição do carboneto M2C, a esferoidização e engrossamento dos carbonetos produto M6C e MC, em altas temperaturas e por diversos tempos. A metodologia empregada nesta avaliação da tenacidade à fratura foi a dos corpos de prova curtos com entalhe chevron segundo ASTM E 1304-97, de forma a superar a necessidade do pré-trincamento por fadiga, procedimento de difícil controle e custoso em materiais como os aços rápidos temperados e revenidos. Verificou-se que a metodologia utilizada para obtenção e ensaio de corpos de prova chevron foi de fácil execução (comparada à metodologia convencional) permitindo grande número de experimentos. Para verificar a consistência dos resultados, em algumas condições, também se utilizou a metodologia convencional segundo a ASTM E 399-90, cujo pré-trincamento foi feito utilizando os procedimentos propostos por Harris e Dunegan. Os resultados obtidos para os aços fundidos foram correlacionados com os obtidos para outros aços rápidos convencionais (VM2, M2 Thyssen) e um aço rápido sinterizado (SINTER 23). A microestrutura foi caracterizada utilizando-se técnicas de ataques metalográficos diferenciais, metalografia quantitativa manual e computadorizada e microscopia eletrônica de varredura. A avaliação microestrutural indica que não ocorreu precipitação eutética do carboneto M6C, em nenhuma das ligas fundidas. O carboneto M2C apresenta morfologia tanto irregular (plaquetas – tipo 1) quanto regular-complexa (lamelas – tipo 2). As ligas I, III e IV, apresentaram a predominância da morfologia tipo 1 enquanto que a liga II modificada pelo nitrogênio, apresentou apenas a morfologia tipo 2. O carboneto MC apresentou-se com morfologia regular-complexa. Medidas do espaçamento interdendrítico indicam que não houve influência significativa dos elementos modificadores sobre este parâmetro. Ensaios de resistência à flexão, indicam pouca influência dos elementos modificadores, mas forte influência dos tratamentos térmicos sobre o limite de resistência à ruptura transversal do aço fundido. Em todas as ligas, a resistência à flexão cresceu com o tempo de tratamento a 1200°C, bem como com a temperatura de decomposição em tratamentos por 2 horas. Análise das fraturas por microscopia eletrônica de varredura indicou que o crescimento das trincas se deu na região interdendrítica. O aço convencional apresentou resistência à ruptura transversal muito superior à dos aços fundidos. Os ensaios de tenacidade à fratura apresentaram resultados compatíveis com a literatura para os aços AISI M2 convencional e SINTER 23. Os resultados obtidos para o aço fundido, indicam queda nos valores de tenacidade à fratura nos materiais tratados a 1050°C com o avanço do tempo de tratamento; pouca variação dos valores com o tempo nas amostras tratadas a 1150°C; e aumento significativo da tenacidade à fratura com o tempo de tratamento a 1200°C. Os valores de tenacidade obtidos para os aços rápidos fundidos foram mais elevados que os obtidos para os materiais trabalhados e para o material sinterizado. / Fracture Toughness of four cast alloys with chemical composition based on the High-Speed Steel AISI M2 were measured. One of the alloys (alloy I) had the conventional AISI M2 composition, while the other three were modified by the addition of N (alloy II), Ce (alloy III) and Sb (alloy IV). The cast alloys were heat-treated in order to promote the decomposition of the M2C carbide as well as spheroidize and coarsen the product M6C e MC carbides. The method chosen for measuring fracture toughness was based on the use of short rod and bar chevron notched samples, according to ASTM E1304 – 97, in order to evade the need for fatigue pre-cracking, notoriously difficult for High Speed Steels quenched and tempered. The chevron-notch method proved straightforward and allowed for successful testing a great number of specimens. Conventional compact sample fracture toughness, according to ASTM E 399-90, with pre-cracking obtained using Harris-Dunegan drop-weight procedure, was used to validate the results. The results for cast alloys were compared with conventionally produced High Speed Steels (VM2, M2 Thyssen) and with a powder metallurgy High Speed Steel (SINTER 23). Microstructural characterization was performed using selective etching of polished surfaces, manual and automated quantitative metallography and SEM. Microstructural evaluation of as-cast alloys showed that there was no eutectic precipitation of M6C carbides. The M2C carbides show an irregular eutectic morphology (Type 1- plates) as well as a regular-complex eutectic morphology. Measurements of interdendritic spacing did not detect any effect of the modification. The bending test rupture strengths did not vary with the addition of modifying elements, but increased with the time and temperature of decomposition, spheroidization and coarsening of carbides. Rupture strengths increased with the heat-treatment time at 1200°C as well as with increasing temperatures for 2 h heat-treatments. SEM examination of the fracture surfaces showed that crack preferential growth path was interdendritical. Conventional High Speed Steels tested in bending presented better results for the rupture strength than cast steels. Fracture toughness results for M2 conventional steels and for the SINTER 23 steel were similar to the results from the literature. Fracture toughness results obtained for cast steels diminished with increasing decomposition time at 1050°C, did not change much with increasing decomposition time at 1150°C, increased markedly withy increasing decomposition times at 1200°C. The fracture toughness results for the as-cast steels were higher than the results obtained for the wrought steels and for the powder metallurgy steel.