Made available in DSpace on 2017-07-21T20:42:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ederson Pauletti.pdf: 5739200 bytes, checksum: 362611be295a3342251b72d168512c61 (MD5) Previous issue date: 2013-03-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work the ductile crack growth resistance curves (J-R curves) was evaluated for the steels used in the oil and gas pipelines from the X60 and X70 API 5L grades using the unloading compliance technique. The non standardized SE (T) specimens were used due to the same has low constraint, it is feature of pipelines. The plastic area for the obtaining the J integral was performed by measuring from the crack mouth open displacement, (CMOD). The central emphasis this research was evaluated the delamination phenomenon influence from the fracture toughness and along the J-R curve. As also the microtexture in close to delamination and ductile fracture regions, by using the Electron Backscatter Diffraction (EBSD) technique. The results have shown that value average of 355kJ/m2 was similar for both the shallow and deep crack specimens. The J-R curve values average from the shallow crack specimens have displayed most steep J-R curves, namely, it obtained higher energy values along the ductile crack propagation. Specimens that showed delaminations, during fracture process, obtained higher energy values along the ductile crack propagation. The occurrence of delaminations was more common in deep crack specimens. The microtexture results have shown a random grain sizes distribution. The components with higher intensity in the delamination region were α-fiber textures: {113} <110>, {112} <110>, {223} <110> the same cause anisotropy of mechanical properties and can be influenced out-of-plane constraint during the test. Moreover, there was the occurrence of the {100} <110> recrystallization texture component, which have deleterious effect in occurrence of delamination in microalloyed steels. Whereas in the ductile fracture region occurred the {111} <231>, {111} <132> and {111} <123> γ-fiber, which it can be influenced the ductile crack propagation process. / Neste trabalho foram investigadas as curvas de resistência ao crescimento de trinca dúctil para aços utilizados em tubulações de petróleo e gás, das classes API 5L X60 e X70, utilizando-se da técnica de variação da flexibilidade elástica. Espécimes SE(T) não padronizados foram utilizados, pois o mesmo possui baixa restrição ao fluxo plástico, característica de tubulações. A área plástica para obtenção da integral J foi obtida através da medida de deslocamento de abertura de trinca (crack mouth open displacement, CMOD). A ênfase central desta pesquisa foi avaliar a influência do fenômeno da delaminação na tenacidade à fratura (JIC) e na curva J-R em geral. Como também a obtenção da microtextura em regiões próximas à delaminação e fratura dúctil, que ocorrem durante o processo de fratura no ensaio de tenacidade à fratura, pelo uso da técnica de difração de elétrons retroespalhados (EBSD). Os resultados mostraram que o valor médio de tenacidade à fratura, de 355 kJ/m2 foi equivalente para espécimes com tamanho de trinca rasa e profunda. A média dos valores de curva J-R para espécimes com tamanho de trinca rasa mostrou curvas J-R mais íngremes, ou seja, obtiveram maiores valores energia ao longo da propagação dúctil de trinca. Os espécimes que apresentaram delaminações, durante o processo de fratura, obtiveram maior valor de energia ao longo do crescimento de trinca dúctil. A ocorrência das delaminações foi mais comum em espécimes com tamanho de trinca profunda. Os resultados de microtextura mostraram uma distribuição aleatória de tamanhos de grão. As componentes com maior intensidade na região próxima à delaminação foram as texturas de fibras α: {113}<110>, {112}<110>, {223}<110> que causam anisotropia das propriedades mecânicas e podem ter influenciado no estado triaxial de tensões durante o ensaio. Além disso, houve ocorrência da componente de textura de recristalização {100}<110>, a qual tem efeito deletério na ocorrência de delaminações em aços microligados. As componentes de fibra mais intensas na região próxima à fratura dúctil foram as texturas de fibra γ: {111}<231>, {111}<132> e {111}<123>, as quais podem influenciar no processo de propagação de trinca dúctil.

A crescente demanda de aplicações de aços inoxidáveis austeníticos e a constante pressão para redução de custo nas empresas siderúrgicas, devido à alta volatilidade no custo do níquel, resultaram em novos desenvolvimentos de aços da série 200. Esta nova classe de aços inoxidáveis austeníticos contém elevados teores de manganês e nitrogênio em substituição ao elemento níquel. A justificativa para a realização deste trabalho é a escassez de estudos comparativos entre aços inoxidáveis austeníticos da série 200 e série 300 disponíveis na literatura em relação ao comportamento da transformação de fase induzida pela deformação e da resistência à corrosão. Os principais fatores que afetam a microestrutura no endurecimento por deformação são: a energia de defeito de empilhamento, composição química, temperatura, grau, taxa e modo de deformação. Realizou-se uma análise crítica e adequação dos conceitos de níquel e cromo equivalente para os aços AISI 201 e AISI 304. Amostras desses aços foram solubilizadas, laminadas e racionadas em diferentes condições para caracterização microestrutural com o auxílio de técnicas de microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, difração de raios X, ferritoscópio e microdureza. Curvas de endurecimento em função do grau de deformação, fração volumétrica de martensita em função do grau de deformação, assim como a evolução microestrutural e sua respectiva identificação de fase com o grau de deformação foram resultados obtidos deste trabalho. Em geral, aumentando a deformação plástica a frio, maior é a dureza para ambos os aços e maior é a fração volumétrica de martensita induzida por deformação. O aço AISI 201 é mais susceptível a transformação de fase do que o aço AISI 304 devido a sua menor EDE. Ensaios eletroquímicos de espectroscopia de impedância eletroquímica e polarização potenciodinâmica anódica foram realizados para avaliação da resistência a corrosão e para avaliar o comportamento da repassivação. Ambos os aços apresentaram comportamento similares quanto à resistência à corrosão, além de apresentarem potenciais de corrosão da ordem de 10-8 A/cm², típico de materiais passivos. / The continuous increase in the application demand of austenitic stainless steels and the constant pressure for cost reduction in the steelmaking industry, due to the high instability of nickel price, has conduced to new developments of the AISI 200 series steels. This new austenitic stainless steel series employes high manganese and nitrogen contents in substitution to nickel. The reason of this work is the lack of comparative studies in the literature between austenitic stainless steels of 200 and 300 series relative to the martensite strain induced phase transformation and its corrosion resistance. The main factors that affect microstructure on strain-hardening are: stacking fault energy, chemical composition, temperature, strain and strain rate. A critical analysis of the concept related to the nickel and chrome equivalents for the AISI 201 and AISI 304 steels has been carried out. Samples of these steels were heat treated and cold rolled to different strains for subsequent microstructural evaluation using equipments such as optical microscope, scanning electron microscope, X-ray diffraction, microhardness and ferritoscope. Strain hardening versus strain, martensite volume fraction versus strain, as well as microstructure evolution and its respective phase identification with strain are some of the main results obtained in this study. In general, increasing the strain hardening, the higher will be the hardness of both stainless steels and higher is the induced martensite volume fraction. The AISI 201 steel presented higher susceptibility to induced phase transformation in comparison to the AISI 304 steel due to its lower stacking fault energy. Electrochemical impedance spectroscopy and anodic potenciodynamic polarization were the techniques used in this work to evaluate the corrosion resistance and passivation behavior respectively. Both steels presented similar corrosion resistance, apart from presenting a corrosion potential of about 10-8 A/cm² , which is typical for passivated materials.

Orientador: Eduardo Norberto Codaro / Resumo: O presente trabalho tem por objetivo avaliar o efeito da corrosão atmosférica marinha sobre os aços ASTM Grau 80, Grau 100 e Grau 120, que são utilizados na montagem de lingas de corrente destinadas à movimentação de cargas. Os problemas atribuídos à deterioração desses materiais são comuns e frequentes, pois basicamente em todos os ramos da atividade econômica há materiais que necessitam ser transportados. E para analisar o comportamento destes aços frente à corrosão, foram realizados ensaios eletroquímicos e ensaios de imersão por perda de massa utilizando uma solução contendo NaCl a 3,56% (em massa) que simula a atmosfera marinha em ambientes laboratoriais. Os resultados dos ensaios de OCP (Potencial em Circuito Aberto) e de Polarização de Tafel revelaram que o processo de corrosão é controlado pela difusão de O2 dissolvido neste meio. Pode-se concluir que os valores de OCP e de Ecorr (potencial de corrosão) obtidos foram muito similares entre si para todas as regiões do elo analisadas (solda, corpo e deformação). A região do corpo demonstrou maior resistência à corrosão, obtendo os maiores valores médios de resistência de polarização (Grau 80: 10,14 kΩ; Grau 100: 12,61 kΩ; e Grau 120: 11,74 kΩ). As densidades de corrente de corrosão (Icorr) observadas são baixas e da mesma ordem de magnitude (abaixo de 7µA/cm2). Nos ensaios de imersão, observou-se que a perda de massa relativa das amostras, após os 10 dias de permanência na solução, foi mínima (entre 0,05 e 0,08 %/cm2), i... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre

O aumento no consumo energético mundial e a perspectiva de esgotamento das reservas de combustíveis fósseis têm estimulado o desenvolvimento de tecnologias e materiais para aplicações nos futuros reatores de fusão nuclear e reatores de fissão a nêutrons rápidos. O foco deste trabalho é avaliar a estabilidade microestrutural de um material tecnologicamente promissor por meio de diferentes técnicas de caracterização. O material estudado, o aço ODS-EUROFER, é um aço ferrítico-martensítico de atividade reduzida de composição 9%Cr-1%W (em massa) endurecido pela dispersão de 0,3% (em massa) de óxido de ítrio. Amostras foram laminadas até 80% de redução e submetidas a tratamentos isotérmicos em 800 °C por até 6 meses (4320 h) de duração para se investigar a ocorrência de fenômenos tais como recuperação, recristalização, crescimento de grão, precipitação e engrossamento de Ostwald. Outro conjunto de amostras foi recozido por 1 hora em temperaturas entre 900 e 1300 °C para se estudar a transformação martensítica neste material. Diversas técnicas de caracterização microestrutural complementares entre si (MEV, MET, DRX, EBSD, APT, ensaios de microdureza Vickers, dilatometria, DTA e magnetização) foram empregadas. Os resultados obtidos indicam que a dispersão de partículas nanométricas de Y2O3 confere uma grande resistência à recristalização primária, favorecendo a recuperação estática como principal mecanismo de amolecimento durante o recozimento prolongado deste aço. De modo similar, o crescimento de grão foi suprimido no campo austenítico em temperaturas tão altas quanto 1200 °C. / The rise in the world energy consumption and the possibility of depletion of the fossil fuel reserves have stimulated the development of new technologies and new materials for applications in the future nuclear fusion reactors and in the fast breeder fission reactors. The aim of this study is to evaluate the microstructural stability of a technologically promising material by using different characterization techniques. The investigated material, the ODS-EUROFER steel, is 9Cr-1W (%wt) reduced-activation ferritic-martensitic steel reinforced with a dispersion of 0.3%wt of yttrium oxide nanoparticles. Samples were cold rolled to 80% thickness reduction and subjected to isothermal annealing at 800 °C for up to 6 months (4,320 h) to investigate the occurrence of phenomena such as recovery, recrystallization, grain growth, precipitation, and Ostwald ripening. Another set of samples was annealed for 1 hour at temperatures between 900 and 1300 °C to study the martensitic transformation in this steel. Several complementary microstructural characterization techniques were employed (SEM, TEM, XRD, EBSD, APT, Vickers hardness, dilatometry, DTA and magnectic measurements). The results suggest that the dispersion of nanoscaled particles of Y2O3 provides a high resistance to discontinous recrystallization and favors static recovery as the main softening mechanism during long-term annealing in this steel. Similarly, grain growth was suppressed even in temperatures as high as 1200 °C in the austenitic field.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-06-25T22:19:38Z No. of bitstreams: 1 SIDERLEY FERNANDES ALBUQUERQUE – TESE (UAEMa) 2015.pdf: 14115544 bytes, checksum: 11822f51a2dc681dc362498cb6b9d1c7 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-25T22:19:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SIDERLEY FERNANDES ALBUQUERQUE – TESE (UAEMa) 2015.pdf: 14115544 bytes, checksum: 11822f51a2dc681dc362498cb6b9d1c7 (MD5) Previous issue date: 2015-02-27 / No Brasil, a soldagem de tubulações ainda emprega processos manuais com eletrodo revestido, porém, tem crescido as pesquisas com o objetivo de implementar processos mais produtivos, e que atendam às exigências requeridas por normas específicas. Processos de soldagem robotizados estão sendo largamente utilizados em vários países, com ganho considerável na produtividade, como também na qualidade superficial. A utilização de processos de soldagem automatizados possibilita, além da maior produtividade, um maior controle dos parâmetros de soldagem, podendo favorecer positivamente as transformações microestruturais, e consequentemente, em melhores propriedades mecânicas da junta soldada. O objetivo deste trabalho foi avaliar a tenacidade à fratura de juntas soldadas em chapas aço API 5L X80 com 19 mm de espessura, utilizados para transporte de petróleo e gás, quando submetidos à soldagem robotizada nas posições plana e vertical ascendente, utilizando processo de soldagem a arco elétrico com arame maciço para o passe de raiz (ER 120S-G), e processos de soldagem com arame tubular para os passes de enchimento e acabamento, utilizando arame do tipo flux-cored e proteção de gás externa (E101T-1), e arame do tipo autoprotegido (E91T8-G); o gás de proteção utilizado foi Ar+25%CO2. Foram realizadas análises de microdureza e microestrutural na ZTA das juntas soldadas, utilizando microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura; para avaliação da tenacidade na ZTA das juntas soldadas, foram usinados corpos de prova do tipo SE(B) para ensaio CTOD. A análise microestrutural na ZTA para todos os procedimentos indicam a presença de bainita e ferrita acicular, com exceção do procedimento de soldagem na posição plana utilizando arrame autoprotegido que apresentou ferrita primária. Os resultados de tenacidade a fratura obtidos indicam que os procedimentos de soldagem robotizados na posição plana apresentaram a maioria dos valores de CTOD superiores aos procedimentos de soldagem na posição vertical ascendente. Os procedimentos de soldagem robotizados na posição plana usando arame autoprotegido apresentaram o melhor resultado em termos de crescimento da pré-trinca de fadiga, com perfil na região central de forma arredondada, diferente do procedimento de soldagem na posição plana com RP- G que apresentou a forma plana. / In Brazil, the welding pipes still uses manual processes with coated electrodes, however, research has grown to implementing more productive processes, and complying with the requirements of specific rules. Robotic welding processes are in use in Sweden, USA, Canada, Russia and China, with a considerable increase in productivity, and higher quality welds surface. The use of automated welding processes increase the productivity, and promote better control of the welding parameters, and microstructural changes, and consequently, better mechanical properties of the welded joint. The objective of this study was to evaluate the fracture toughness of API 5L X80 steel welded joints with thickness for 19 mm, used for oil and gas transmission, when subjected to robotic welding in the flat and vertical upward positions using arc electric welding process with solid wire for the root pass (ER 120S-G), and tubular wire for the filler passes and finishing, using flux- cored wire (E101T-1) and Ar + 25% CO2 as shielding gas and self-protected wire (E91T8-G). For this, CTOD specimens with all notched located in HAZ were prepared and submitted to metalographic and microhardness test were also done to observe the resulting microstructure and hardness value in the region of the crack, using optical and scanning microscopy analysis. The microstructural analysis in the ZTA of the specimen for all procedures indicated the presence of Bainite and Acicular Ferrite, except those obtained in flat position using the Flux-Cored Self-Shielded welding process which also presented Primary Ferrite. The results of fracture toughness test indicated that the welding in a flat position presented the most superior CTOD values. The robotic welding procedures in the flat position using Flux-Cored SelfShielded welding process showed the best result in terms of the fatigue pre-crack growth, with profile in the central region of rounded shape, unlike flat shape in the robotic welding procedures in the flat position using Flux-Cored and Ar + 25% CO2 as shielding gas.

Submitted by Paulo Junior (paulo.jr@fgv.br) on 2010-07-15T22:15:55Z No. of bitstreams: 1 Paulo Roberto Kososki.pdf: 1050617 bytes, checksum: e0b2d366a398e77f7fd71697022c275e (MD5) / Approved for entry into archive by Paulo Junior(paulo.jr@fgv.br) on 2010-07-15T22:16:12Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Paulo Roberto Kososki.pdf: 1050617 bytes, checksum: e0b2d366a398e77f7fd71697022c275e (MD5) / Made available in DSpace on 2010-07-16T17:55:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paulo Roberto Kososki.pdf: 1050617 bytes, checksum: e0b2d366a398e77f7fd71697022c275e (MD5) Previous issue date: 2010-03-29 / Ao longo da história da humanidade, vários esforços foram feitos na tentativa de prever o futuro. Isto ocorreu como uma forma de antever possíveis situações e também de estabelecer mudanças de objetivos devido às alternativas apresentadas. Inúmeros questionamentos surgiram diante deste processo e inegavelmente estavam centrados no quesito 'incerteza' dos eventos. E é exatamente neste contexto que surge a técnica prospectiva, que tem o propósito de analisar as incertezas e refletir sobre as suas alternativas de ação no presente e trata de aprimorar o entendimento de como o futuro pode acontecer. As opções de futuro se materializam através da sua descrição ordenada e consistente, ou seja, através de um cenário que é a delimitação de uma situação futura e da seqüência dos acontecimentos que permitem passar da situação de origem a essa situação futura. Assim, o objetivo desse trabalho é realizar um estudo prospectivo e longo prazo sobre a demanda de aços planos no Brasil, tendo em vista a importância da indústria siderúrgica brasileira e às incertezas a ela relacionadas e utiliza a análise prospectiva na elaboração de cenários passíveis de ocorrência. Portanto, trata, inicialmente, de aspectos conceituais da visão prospectiva e sua evolução histórica, abordando e focalizando a técnica proposta por Michel Godet, porém utilizando o método PROSPEX de Eduardo Marques para a elaboração de cenários da demanda de aços planos no Brasil. Diante disso, foram identificados dois cenários qualitativos contrastantes e posteriormente submetidos a um modelo macroeconômico de projeção, o Projetar_e, que, devidamente calibrado, indicou quantitativamente o nível de diversas variáveis econômicas e o desempenho futuro do Produto Interno Bruto (PIB). Como resultado, concluímos que há uma forte relação de causalidade entre o PIB e o consumo de aços planos e identificamos uma equação de regressão linear que permite a projeção da referida demanda. As conclusões ainda demonstram que os resultados dos cenários quantitativos identificados neste trabalho apresentam diferenças significativas em relação às estimativas efetuadas pelo Instituto Brasileiro de Siderurgia (IBS), cabendo, portanto uma reflexão sobre a plausibilidade da utilização de cenários de caráter projetivos para estudos de longo vii prazo, baseados em dados históricos que simplesmente extrapolam para o futuro a imagem do passado. Finalmente, recomendamos pesquisas adicionais para a formalização da integração de métodos qualitativos com métodos quantitativos de elaboração de cenários e a utilização de estudos prospectivos nas empresas participantes da cadeia de valor que utilizam o aço plano como matéria-prima essencial nos seus processos produtivos.

This work aims to study the niobium influence in the crystallographic texture and the corrosion resistance of ferritic stainless steels on aerated and de-aerated environments. For this objective the ferritic stainless steels P409, P410, P430A, P430E (Nb stabilized) were used; and austenitic stainless steel, P304, and carbon steel, A36, were used as comparative materials. These materials had a mechanical characterization (hardness and tension test), and the steels P430A and P430E had a crystallographic characterization too. That crystallographic characterization (by EBSD) was analyzed through to inverse pole figure (IPF) and crystal orientation distribution function (CODF). The samples were submitted to anodic potentiodynamic polarization test in solutions: 3.56% NaCl, and 1N H2SO4 on aerated environment, and 3.56% NaCl at de-aerated environment. The samples were examined by SEM after the polarization tests. The analysis of the results clearly showed that the crystallographic texture influence the corrosion resistance. The niobium in the stainless steel reduces the presence of preferential orientation, therefore, the influence of the texture in the corrosion resistance, but helps to increase the corrosion resistance by the formation of niobium carbbonites. Finally it was observed that for polarization tests in aerated environments and de-aerated have a very small variation in behavior that depends on the steel, but this variation is not statistically significant. / O objetivo deste trabalho é estudar a influência do nióbio na textura cristalográfica e resistência à corrosão de aços inoxidáveis ferríticos em ambientes aerados e desaerados. Usou-se para o estudo os aços inoxidáveis ferríticos P409, P410, P430A, P430E (estabilizado ao Nb) e como objetos de comparação usaram-se os aços inoxidáveis austenítico P304 e o aço ao carbono A36. Neles realizou-se uma caracterização mecânica (dureza, ensaio de tração), e para os aços P430A e P430E foi feita uma caracterização cristalográfica (via EBSD) por meio de figura de polos inversa (IPF) e da função de distribuição de orientação cristalina (FDOC). As amostras foram submetidas a ensaios de polarização potenciodinâmica anódica para soluções de 3,56% NaCl e 1N de H2SO4 em ambiente aerado e solução de 3,56% NaCl em ambiente desaerado. As amostras foram examinadas por microscopia MEV após os ensaios de polarização. A análise dos resultados mostrou claramente que a textura cristalográfica influência a resistência à corrosão. O nióbio diminui a presença de orientações preferenciais, e, por consequência, a influência da textura na resistência à corrosão, no entanto aumenta a resistência à corrosão nos aços inoxidáveis pela formação de carbonetos de nióbio. Por último observou-se que para ensaios de polarização em ambientes aerados e desaerados existe uma ligeira variação no comportamento que depende de cada aço, mas que não é estatisticamente significativa. / Mestre em Engenharia Mecânica

Caracterizar propriedades de resistência à propagação de trinca em materiais dúcteis é um elemento central em métodos de avaliação de integridade estrutural de dutos destinados ao transporte de gás, petróleo e seus derivados que utilizam os aços ARBL. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi estudar as propriedades de fratura dúctil do aço API 5L X80, através da obtenção da curva de resistência à propagação estável de defeitos (curvas J-R) do material. O ensaio de tenacidade à fratura para obtenção da curva J-R foi conduzido utilizando a técnica do corpo-de-prova único (single specimen) empregando o método da flexibilidade no descarregamento (unloading compliance), segundo a norma de ensaios ASTM E1820-96. Os corpos-de-prova compactos C(T) apresentaram espessura B=15mm, largura W=2B e uma relação aproximada entre o tamanho de trinca (a) e a largura, a/W=0,6. O ensaio foi conduzido numa máquina universal de ensaios (MTS) servo-controlada e capacidade máxima de 250kN. Adicionalmente, foram conduzidos ensaios convencionais de tração (limite de escoamento – 550MPa, limite de resistência – 676MPa e alongamento total em 50mm – 27%), ensaios de impacto Charpy (energia absorvida de 220J à 0ºC – sentido longitudinal) e análises metalográficas (microestrutura refinada composta por ferrita, colônias de perlita e presença do constituinte MA). Tais caracterizações permitirão uma maior precisão na comparação da curva J-R do aço API 5L X80 em estudo com estudos futuros de tenacidade à fratura. / Assessments of crack growth resistance in ductile materials play a key role in structural integrity procedures for high strength, low alloy (HSLA) pipeline steels commonly employed in gas and petroleum trasmission systems. This work presents an investigation of the ductile tearing properties for an API 5L X80 pipeline steel using experimentally measured crack growth resistance curves (J-R curves) for the material. Testing of the X80 pipeline steel employed compact tension (C(T)) fracture specimens to determine the J-R curves based upon the unloading compliance method using a single specimen technique in accordance with the ASTM E1820 standard procedure. The C(T) specimens have thickness B=15mm, width W=2B and a ratio between crack size (a) and width, a/W=0,6. The experimental tests utilized a 250 kN MTS universal machine. Conventional tensile tests were also performed to determine the tensile properties for the tested material: yield strength of 550MPa, tensile strength of 676MPa and elongation of 27% (gage length of 50 mm). The Charpy V-notch impact tests also provided and absorbed energy of 220J at 0ºC. The metallographic analysis showed colonies of perlite and MA constituent islands in a ferrite matrix. This experimental characterization provides additional toughness and mechanical data against which the general behavior of X80 class pipeline steel can be compared.

Submitted by JÚLIO HEBER SILVA (julioheber@yahoo.com.br) on 2016-11-22T18:13:24Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Matheus Levi Paranaguá Pinheiro - 2016.pdf: 7647037 bytes, checksum: bf9bc878e354cc06e12bc89d9e7be3c6 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Jaqueline Silva (jtas29@gmail.com) on 2016-11-30T15:46:12Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Matheus Levi Paranaguá Pinheiro - 2016.pdf: 7647037 bytes, checksum: bf9bc878e354cc06e12bc89d9e7be3c6 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-30T15:46:13Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Matheus Levi Paranaguá Pinheiro - 2016.pdf: 7647037 bytes, checksum: bf9bc878e354cc06e12bc89d9e7be3c6 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-10-26 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Initially in this work, are presented the development and implementation of a new methodology to control the magnetic induction waveform, which was inserted into the automated measurement system for the characterization of soft magnetic materials, called SCaMMa. In the sequence, studies related to the magnetic hysteresis and to the magnetic losses, especially in silicon steels, are presented. The magnetic hysteresis in silicon steels has been analysed through the inverse version of the Jiles–Atherton classical model and through a modified one found in the literature. Concerning the determination of its parameters, the theory and the computational implementation of the heuristic method known as “Shuffled Frog Leaping Algorithm (SFLA)” have been addressed. Within this context, it was possible to investigate two drawbacks of the Jiles–Atherton model: i) the modeling of the so–called inner loops; and ii) the modeling of the minor loops. In the study of the magnetic losses in silicon steels, it was employed in this work the Bertotti´s model, which establishes the total magnetic losses division in three independent components: hysteresis losses, classical losses, and excess losses. It was investigated two versions of this model, so–called B1 and B2, in which the magnetic hysteresis losses are modeled respectively through the Steinmetz´s model and through the theory of two–portion hysteresis losses subdivision: the one so-called high induction hysteresis losses, and the other, low induction hysteresis losses. Due to some failures, a new approach was chosen reviewing two of the model coefficients calculation: the one related to the classic loss, and the other related to the excess loss. After this reviewing, the magnetic loss models could present predictions that are more exact. / Apresenta-se inicialmente neste trabalho o desenvolvimento e a implementação de uma nova metodologia para controlar a forma de onda da indução magnética, a qual foi inserida no sistema de medição automatizado para a caracterização de materiais magnéticos moles, denominado SCaMMa. Na sequência, apresentam-se estudos relativos à histerese magné- tica e às perdas magnéticas que ocorrem nesses materiais, especialmente os aços para fins elétricos. A histerese magnética em aços para fins elétricos foi abordada através da versão inversa do modelo clássico de Jiles–Atherton e através de uma versão modificada, encontrada na literatura, desse mesmo modelo. Em relação à determinação dos parâmetros desse modelo, são abordadas a teoria e a implementação computacional do método heurístico conhecido como “Algoritmo do Embaralhamento dos Sapos Saltitantes” (tradução livre de Shuffled Frog Leaping Algorithm (SFLA)). Nesse contexto, pôde-se investigar duas deficiências do modelo de Jiles–Atherton: modelagem dos laços de histerese ditos internos e modelagem dos laços de histerese menores. No estudo das perdas magnéticas em aços elétricos, empregou–se o modelo de Bertotti, o qual estabelece a divisão das perdas magnéticas totais em três componentes independentes: perdas por histerese, perdas clássicas e perdas em excesso. Foram investigadas duas versões desse modelo, os modelos denominados B1 e B2, nos quais as perdas por histerese são modeladas respectivamente através do modelo de Steinmetz e da teoria de subdivisão destas perdas em duas outras: perdas por histerese em altas e em baixas induções. Diante de alguns insucessos, optou-se por uma nova abordagem desse assunto, fazendo uma revisão do cálculo dos coeficientes relacionados à perda clássica e à perda em excesso desses modelos. Essa revisão se mostrou bastante efetiva, no sentido de que a partir de então, os modelos de previsão de perdas possibilitaram a obtenção de resultados mais exatos.

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.