As ligas de ferro fundido branco alto cromo (FFBAC) da norma ASTM A-532 são comumente utilizadas em peças que necessitam de elevada resistência ao desgaste. Tal escolha acontece devido à elevada dureza apresentada por tais materiais, o que propicia maior vida útil dos componentes. Entretanto, uma vez que o teor de cromo utilizado nos FFBAC possui grande influência no custo das peças, é importante garantir que os tratamentos térmicos (TOTO’s) aplicados estejam otimizados para cada composição de liga. Buscando atuar nesse sentido, esta dissertação analisou a utilização de diferentes tempos e temperaturas de patamar em TOTO’s de desestabilização da austenita para duas ligas da norma ASTM A-532 (ligas com 20% e 25%Cr). Após tais procedimentos, foram estudadas a dureza e a resistência ao desgaste, tanto para algumas das amostras tratadas quanto para seis amostras de FFBAC fornecidas por diversas fundições nacionais. Os resultados demonstraram a existência de uma temperatura que otimiza a dureza da liga, possibilitando incrementos desta propriedade nas amostras tratadas em valores de até 37% (considerando a dureza inicial na condição “bruto de fusão”). Com relação ao tempo de patamar, verificou-se que o mesmo apresentou pouca influência no incremento de dureza, apresentando variações máximas inferiores à 4% para tratamentos variando entre 30 minutos à 6 horas de duração, resultado que destoou daquele indicado pela literatura. Além disso, verificou-se que uma liga com 19,6 %Cr pode apresentar uma dureza até 11% maior do que o verificado para ligas comerciais Nesta comparação, apesar da liga comercial possuir menor teor de carbono, ficou evidenciado o indicativo de que as peças consideradas neste estudo e oriundas de fundições nacionais não otimizam os resultados de seus TOTO’s. A resistência ao desgaste, por sua vez, demonstrou não depender apenas da macrodureza das amostras, mas também de outras características como tamanho, distância e continuidade dos carbonetos primários, o que explica a obtenção de resultados similares de perda de massa no ensaio abrasivo para amostras que possuem durezas diferindo em cerca de 12% porém possuindo tamanho de microconstituintes similares. Por fim, observou-se que ligas com maiores teores de cromo e menores teores de carbono apresentam menores valores de dureza e resistência ao desgaste, o que viabiliza uma aplicação com maior vida útil e menor custo. / The high chromium white cast iron alloys from ASTM A-532 are commonly used in parts which wear resistance are required. This choice happens due the great hardness showed by these alloys, what propitiates a higher lifetime for the components. However, since chromium content has great influence in the cost of the parts, it is important ensure that the apply heat treatments are optimized for each alloy composition. Thus this dissertation analyzed the application of different heat treatment cycles on the austenite destabilization for two ASTM A-532 alloys (20%Cr and 25%Cr). After the heat treatment, hardness, wear resistance and microstructure were analyzed, both for some of the treated samples as for six samples provided by different manufactures in Brazil. The results showed the existence of a temperature that optimizes the alloy hardness, allowing increases on this property in values up to 37% (considering the initial hardness of the “as cast” condition) Concerning the time of heat treatment, was verified that this parameter has low influence in the increase on hardness, showing maximum variations lower than 4% in treatments with times coming from thirty minutes until six hours, results that does not match that one’s indicated by the literature. Besides that, it was verified that an alloy with 19,6%Cr can present a hardness 11% greater than that verified in commercial. In this comparation, although the commercial alloy having lower carbon content, was evidenced that the parts from the Brazilians companies which were considered in this study, does not have an optimum heat treatment. The wear resistance was not only depend of the sample hardness, but also of other characteristics as size, distance and continuity of the primary carbides, which explain the results of similar mass loss in the abrasive test for samples with hardness differing about 12%, but with similar size of microconstituents. Finally, it was observed that alloys with higher chromium and low carbon content shows lower hardness and wear resistance values than alloys with low percentages of chromium, what enable an application with larger lifetime and lower cost.

No presente trabalho são relatados os resultados obtidos através de tratamentos térmicos e de ensaios de abrasão, em uma liga de ferro fundido branco alto cromo contendo nióbio, obtida por fundição. Os tratamentos térmicos de têmpera foram efetuados nas temperaturas de 950, 1000, 1050 e 1100ºC e o meio de resfriamento utilizado foi o ar soprado. Os tratamentos de revenidos foram efetuados nas temperaturas de 450, 500 e 550ºC. A liga no estado termicamente tratado foi comparada, nos ensaios de abrasão, com ligas comerciais utilizadas como revestimento duro por soldagem em peças desgastadas. Os ensaios de abrasão do tipo pino sobre lixa. Adicionalmente, também foram efetuados estudos de caracterização microestrutural para a identificação das diferentes fases presentes nas ligas. De maneira geral, a liga estudada apresentou as melhores taxas de desgaste para os tratamentos térmicos que resultaram em maiores durezas e o seu desempenho foi superior ao das ligas comerciais. / This work presents the heat treatments and abrasion tests results of a wnite cast iron with niobium alloy. The hardening heat treatment were made from 950, 1000, 1050 and 1100°C temperatures cooled by forced air. The tempering treatment were made at 450, 500 and 550°C temperatures. The heat treating alloy were compared, in the abrasive tests, with commercial alloys used as hardfacing by welding process in wear pieces. The abrasion tests was realized in pin on disk test. Additional tests were carried out for microstructural characterization to identify the differents phases presents in the alloys. In a general way, the alloy studied showed the best wear rate for the heat treatments that resulted in higher hardness. Its performance was superior than that of the commercial alloys.

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

A constante busca por motores com maior eficiência energética, requer a introdução de novos materiais ou inovações nas rotas de fabricação dos materiais existentes. O presente trabalho busca, a partir de rotas de tratamento térmico, soluções para minimizar o desgaste originado no contato entre corpos metálicos em componentes submetidos a altas pressões de contato em regime lubrificado. A modificação microestrutural a partir de tratamentos térmicos originou matriz martensítica relativamente dura com uma dispersão refinada de nódulos esféricos de grafita, que atuariam como lubrificantes sólidos. O estudo baseou-se em dois ferros fundidos (cinzento e branco) submetidos a tratamentos de austenitização seguidos de tempera em óleo e revenimento em diferentes tempos. Ensaios de dilatometria foram efetuados nos dois materiais para estudar a cinética de grafitização secundaria sob diferentes condições de tratamento térmico. As propriedades mecânicas foram avaliadas por medidas de dureza Vickers das amostras tratadas termicamente. Amostras de ferro fundido cinzento e de branco modificado por tratamentos térmicos foram ensaiadas em teste de desgaste por deslizamento, com intuito de avaliar a influência de modificações na superfície no coeficiente de atrito. / The constant search for engines with higher energy efficiency requires the development of new materials or manufacturing innovations on the routes of existing materials. In the present work, heat treatment routs were investigated to minimize wear originated at the contact between metallic bodies into components subjected to high contact pressures in lubricated regime. Microstructural modification from heat treatments yielded relatively hard martensitic matrix with a fine dispersion of spherical graphite nodules, which act as solid lubricants. The study was based on two cast iron (gray and white) undergoing treatments of soaking (austenitizing) followed by quenching in oil and tempering at different times. Dilatometry tests were performed on both materials to study the kinetics of secondary graphitization under different heat treatment conditions. Mechanical properties were evaluated from Vickers hardness of the thermally treated samples. Samples of gray cast iron and white modified by heat treatments were tested in sliding wear test, in order to assess the influence of changes in the surface friction coefficient.

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

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

A constante busca por motores com maior eficiência energética, requer a introdução de novos materiais ou inovações nas rotas de fabricação dos materiais existentes. O presente trabalho busca, a partir de rotas de tratamento térmico, soluções para minimizar o desgaste originado no contato entre corpos metálicos em componentes submetidos a altas pressões de contato em regime lubrificado. A modificação microestrutural a partir de tratamentos térmicos originou matriz martensítica relativamente dura com uma dispersão refinada de nódulos esféricos de grafita, que atuariam como lubrificantes sólidos. O estudo baseou-se em dois ferros fundidos (cinzento e branco) submetidos a tratamentos de austenitização seguidos de tempera em óleo e revenimento em diferentes tempos. Ensaios de dilatometria foram efetuados nos dois materiais para estudar a cinética de grafitização secundaria sob diferentes condições de tratamento térmico. As propriedades mecânicas foram avaliadas por medidas de dureza Vickers das amostras tratadas termicamente. Amostras de ferro fundido cinzento e de branco modificado por tratamentos térmicos foram ensaiadas em teste de desgaste por deslizamento, com intuito de avaliar a influência de modificações na superfície no coeficiente de atrito. / The constant search for engines with higher energy efficiency requires the development of new materials or manufacturing innovations on the routes of existing materials. In the present work, heat treatment routs were investigated to minimize wear originated at the contact between metallic bodies into components subjected to high contact pressures in lubricated regime. Microstructural modification from heat treatments yielded relatively hard martensitic matrix with a fine dispersion of spherical graphite nodules, which act as solid lubricants. The study was based on two cast iron (gray and white) undergoing treatments of soaking (austenitizing) followed by quenching in oil and tempering at different times. Dilatometry tests were performed on both materials to study the kinetics of secondary graphitization under different heat treatment conditions. Mechanical properties were evaluated from Vickers hardness of the thermally treated samples. Samples of gray cast iron and white modified by heat treatments were tested in sliding wear test, in order to assess the influence of changes in the surface friction coefficient.

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

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

As mudanças microestruturais, causadas pela adição de elementos de liga e pelos tratamentos térmicos, modificam as propriedades mecânicas e tribológicas dos materiais. Foi desenvolvido então um estudo em amostras de um ferro fundido branco de alto cromo com molidbênio e nióbio, procurando determinar os efeitos dos elementos de liga molibdênio e nióbio, na microestrutura deste material, através de medidas de dureza, dilatometria, ataque químico, microscopia eletrônica de varredura e,principalmente, a utilização de metalografia em altas temperaturas. A técnica de metalografia em altas temperaturas permite o estudo das mudanças microestruturais durante os ciclos térmicos, que foram programados, tendo como referência a curva TTT previamente traçada para este material, focalizando regiões onde não ocorrem mudanças de fase. Deste modo foram obtidas as aparências metalográficas em altas temperaturas e feito um estudo comparativo com as outras técnicas usadas. Com isto é possível melhorar o conhecimento sobre a microestrutura do material em questão e obter ligas com propriedades pré-determinadas. / The microstructural changes caused by the addition of alloying elements and by thermal treatments modify the mechanical and tribological properties of the materials. A study was develop on samples of molybdenum and niobium high chromium white cast iron, trying to determine the effects of molybdenum and niobium alloys elements on microstructure of this material through hardness measurements, dilatometry, chemical etching, scanning electron microscopy, and mainly, utilizing metallography at high temperatures. The metallography at high temperatures technic allows the study of microstructural changes during the thermal cyc1es, which were scheduled, having as reference the TTT curve previously traced to this material, focusing regions where changes of fase don\'t occur. So the metallographic appearances at high temperatures were obtained and it was done a comparative study using other technics. Because of that is possible to improve the knowledge of the material microstructure, which it has been studied, and to obtain alloys with predetermined properties.