Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-05-23T04:25:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 345236.pdf: 4970208 bytes, checksum: 3dc24f92ed992dd49c1bb4fe8f4ace50 (MD5) Previous issue date: 2016 / Com o objetivo de contribuir para a nacionalização do desenvolvimento de fixadores de alta resistência, neste trabalho é apresentado um estudo realizado com um aço SAE 5160, submetido ao processo de austêmpera em banho de sal, para o atendimento das propriedades mecânicas necessárias para um fixador de alta resistência (>1600 MPa). Os ensaios realizados foram divididos em dois grupos: no primeiro, o material foi utilizado no estado fornecido, arame trefilado com uma redução na área transversal de 7,0%; no segundo grupo, o material sofreu um elevado grau de redução de área (65,1%) através de trefilação. As amostras produzidas foram austenitizadas a 850 ºC e em seguida foi realizada a austêmpera, com temperaturas de patamar de 275 e 365 °C e tempos de 10, 20 e 30 minutos. Foram realizadas análises de caracterização microestrutural mediante microscopia ótica (MO) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Testes de tração uniaxial e perfis de microdureza foram realizados para avaliar os valores de resistência mecânica obtidos. Observou-se que nas amostras trefiladas e austemperadas a 275 °C o severo encruamento realizado antes da austêmpera favorece o processo de transformação bainítica, eleva e uniformiza os valores de resistência mecânica e de microdureza, sendo adequado para a obtenção de fixadores de alta resistência (>1600 MPa). Nas amostras austemperadas a 356 °C, que apresentaram menores valores de resistência (<1400 MPa) não foi observada a formação de estruturas bainíticas, mas uma microestrutura perlítica de maior ductilidade.<br> / Abstract : Aiming to contribute with the nationalization of the development of high strength fasteners, the present work shows a study performed with a SAE 5160 steel, that underwent austempering heat treatment in salt baths, to achieve the mechanical properties required for a fastener with a resistance (>1600 MPa). The performed tests were divided in two groups: the first used the material in the as-received condition, wire rod presenting 7,0% of area reduction; in the second, the material underwent a high amount of cold drawing (65,1%). The samples were austenitized at 850 ºC and then an austempering was performed, with temperatures of 275 and 365 °C and holding times of 10, 20 and 30 minutes. Optical Microscopy (OM) and Scan Electronic Microscopy (SEM) were performed to characterize the microstructures achieved. Uniaxial tensile tests and microhardness profiles were performed to evaluate the values of mechanical resistance obtained. The cold drawn samples austempered at 275 °C showed that a high strain hardening prior to the austempering favors the bainitic transformation, raises and stabilizes the mechanical properties and microhardness values, being suitable to the achievement of fasteners with a high resistance class (>1600 MPa). In the austempered samples at 365 °C, that presented lower values of resistance (<1400 MPa), it was not observed the formation of bainitic structures, but a pearlitic microstructure with higher ductility.

Grandes partes dos estudos disponíveis na literatura sobre o comportamento dos materiais com microestruturas martensítica e bainítica relatam que a microestrutura bainítica, comparativamente à martensita revenida, promove melhores propriedades de impacto. No presente trabalho foi proposto o estudo de comportamento ao impacto de aços SAE 4140 e SAE 01 (VND) sob diferentes condições de tratamento térmico. Ao todo foram feitos 57 corpos de prova CHARPY para cada tipo de aço divididos em 3 lotes que foram então: temperados e revenidos, com e sem banho criogênico e austemperados. A dureza final após tratamento térmico foi similar nos diferentes tratamentos térmicos. Os resultados obtidos para os dois tipos de aço mostram que os corpos de provas que passaram pelo tratamento térmico de têmpera, revenido e banho criogênico apresentaram melhor tenacidade ao impacto. / Studies available in the literature about bainitic and martensitic microstructure report that bainitic microstructure compared to tempered martensite has better impact properties. In present work has proposed the study of the impact performance of steel SAE 4140 and SAE 01 (VND) under different conditions of heat treatment. A total 57 CHARPY specimens were divided in 3 sets, which were quenched and tempered, with and without cryogenic bath and austempered. The final hardness after heat treatment was similar in the different heat treatments. The results obtained for the two tipes of steel showed better impact performance for samples submitted to quenching tempering and cryogenie bath.

Grandes partes dos estudos disponíveis na literatura sobre o comportamento dos materiais com microestruturas martensítica e bainítica relatam que a microestrutura bainítica, comparativamente à martensita revenida, promove melhores propriedades de impacto. No presente trabalho foi proposto o estudo de comportamento ao impacto de aços SAE 4140 e SAE 01 (VND) sob diferentes condições de tratamento térmico. Ao todo foram feitos 57 corpos de prova CHARPY para cada tipo de aço divididos em 3 lotes que foram então: temperados e revenidos, com e sem banho criogênico e austemperados. A dureza final após tratamento térmico foi similar nos diferentes tratamentos térmicos. Os resultados obtidos para os dois tipos de aço mostram que os corpos de provas que passaram pelo tratamento térmico de têmpera, revenido e banho criogênico apresentaram melhor tenacidade ao impacto. / Studies available in the literature about bainitic and martensitic microstructure report that bainitic microstructure compared to tempered martensite has better impact properties. In present work has proposed the study of the impact performance of steel SAE 4140 and SAE 01 (VND) under different conditions of heat treatment. A total 57 CHARPY specimens were divided in 3 sets, which were quenched and tempered, with and without cryogenic bath and austempered. The final hardness after heat treatment was similar in the different heat treatments. The results obtained for the two tipes of steel showed better impact performance for samples submitted to quenching tempering and cryogenie bath.

Este trabalho apresenta um estudo dos mecanismos de fadiga em mola para válvula automotiva, realizado através da análise do comportamento mecânico correlacionado ao aspecto microestrutural. As amostras foram fabricadas em aço de alta resistência Si-Cr, submetidas a tratamentos térmicos convencionais (têmpera e revenimento) e não convencionais (austêmpera), obtendo um mesmo nível de dureza (aproximadamente 610 HV). Os corpos de prova foram submetidos a ensaios de bancada com diversos níveis de carregamentos, controlados através de variação da amplitude de tensão cisalhante. Esta variação promoveu diferentes regimes de fadiga, conhecidos como alto e ultra-alto ciclo, para maiores e menores níveis de amplitudes de tensões, respectivamente. O desempenho foi medido através do cálculo da vida total em fadiga, probabilidade de sobrevivência, além da verificação do relaxamento da força elástica e da tensão residual. As amostras foram caracterizadas através de métodos metalográficos, determinação da composição química, ensaios de dureza e resistência à tração, além de técnicas difratométricas de raios-X. As superfícies de fratura foram investigadas utilizando técnicas de microscopia eletrônica de varredura Os mecanismos de início e propagação das trincas, de ambas as amostras, foram semelhantes, apesar do tratamento térmico proposto de austêmpera produzir uma microestrutura mista, com predominância de bainita inferior, contendo regiões esparsas de austenita retida. A microestrutura bainítica, resultante da austêmpera, quando comparada com as amostras martensíticas, geradas pela têmpera e revenimento, propiciou um aumento da vida total em fadiga nos maiores níveis de amplitudes das tensões, tendendo à equalização com a diminuição desta amplitude, além de apresentarem um maior relaxamento elástico, gerando uma discreta diminuição de magnitude da tensão média. Por outro lado, não houve relaxamento das tensões residuais, em ambas as amostras, após uma quantidade significativa de ciclos, portanto este fenômeno não influenciou em sua vida total. / This paper presents a study on the valve spring fatigue mechanisms, carried out through analysis of mechanical behavior correlated to microstructural aspect. The samples were made of high strength steel Si-Cr, obtained by conventional (quenching and tempering) and unconventional (austempering) heat treatments, generating a single level of hardness (approximately 610 HV). The samples were subjected to bench test with various loading levels, controlled through shear stress amplitude fluctuation. This variation has promoted distinct fatigue regimes known as high and ultra-high cycle, for greater and smaller levels of stress amplitudes, respectively. The performance was measured by calculating the fatigue total life, survival probability, verification of the elastic force and residual stress relaxation. The samples were characterized by means of metallographic methods, chemical composition analysis, hardness/tensile strength testing and X-ray diffractometry techniques. The fracture surfaces were investigated using scanning electron microscopy techniques. The cracks initiation and propagation mechanisms were similar in both samples; despite the proposed austempering heat treatment produced a mixed microstructure with predominance of lower bainite, containing sparse regions of retained austenite. The bainitic microstructure, resulting of austempering, when compared with martensitic samples, generated by quenching and tempering, led to an increase in fatigue total life under higher levels of stress amplitudes, but tending to be the same as the stress amplitude deacresases and the number of cycles increases. On the other hand, there was no residual stresses relaxation in both samples, after a significant amount of cycles, so this phenomenon did not influence the total life.

Amostras de ferros fundidos nodulares ligados com Cu, Cu-Ni ou Cu-Ni-Mo foram austemperadas, boretadas e boroaustemperadas e caracterizadas quanto à dureza e o comportamento ao desgaste microadesivo, tendo sido também estudada a cinética de formação da camada. O método de boretação utilizado foi via líquida em banho de bórax fundido, com tempos de permanência de 2 e 4 horas nas temperaturas de 850, 900 e 950ºC. Procedeu-se o tratamento direto de austêmpera, a partir dessa temperatura, em banhos de sal fundidos nas temperaturas de 240, 300 e 360ºC com tempos de permanência de 4 horas (boroaustêmpera). Realizou-se também, para fins de comparação, tratamento convencional de austêmpera. Microscopias óptica e eletrônica de varredura, EDS por raios-X, testes de dureza Brinell (substrato) e Vickers (revestimento) foram realizados, bem como ensaios de desgaste microadesivo do tipo esfera presa. A boretação resultou na formação de camadas de elevadas durezas, na faixa de 1300 a 1700 HV, e elevadas resistências ao desgaste. As resistências ao desgaste das amostras boretadas ou boroaustemperadas foram aumentadas em até 40x em relação às amostras brutas de fundição ou apenas austemperadas, indicando a grande eficácia do tratamento neste tipo de propriedade. / Samples of ductile cast iron alloyed with Cu, Cu-Ni or Cu-Ni-Mo were austempered, borided and boroaustempered and afterwards characterized for hardness and micro-adhesive wear behavior. The kinetics of layer formation were also studied. The boriding method used was liquid molten borax bath, in periods of 2 and 4 hours at temperatures of 850, 900 and 950°C. The direct austempering treatment was performed from the borax bath temperature using molten salt baths at temperatures of 240, 300 and 360°C for 4 hours (boroaustempered). For comparative purposes, the conventional austempering treatment was also conducted. Optical microscopy, scanning electron microscopy, EDX, Brinell hardness measurements (substrate) and Vickers (coating) were performed, as were the tests for micro-adhesive wear. The boriding treatment resulted in the formation of layers with high hardness, in the range of 1300 to 1700 HV and high wear resistance. The wear resistance of borided or boroaustempered samples were increased by 40 times when compared to cast irons or austempered samples, indicating the high efficiency of this type of treatment in increasing the wear resistance of this material.

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Mecânica, na Faculdade de Enhgenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Professor António Barbedo de Magalhães

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. / Made available in DSpace on 2012-10-20T14:17:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 214336.pdf: 14662201 bytes, checksum: 5b2904786c16837e95ccbb4c01a14b2c (MD5) / O presente trabalho teve como principal objetivo a determinação da janela de

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-20T14:22:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 214337.pdf: 803103 bytes, checksum: 4380d9b834a4dff4108e1a1a74e58a3b (MD5) / Este trabalho verifica o efeito da adição de cobre e da variação da seção da

Este trabalho apresenta um estudo dos mecanismos de fadiga em mola para válvula automotiva, realizado através da análise do comportamento mecânico correlacionado ao aspecto microestrutural. As amostras foram fabricadas em aço de alta resistência Si-Cr, submetidas a tratamentos térmicos convencionais (têmpera e revenimento) e não convencionais (austêmpera), obtendo um mesmo nível de dureza (aproximadamente 610 HV). Os corpos de prova foram submetidos a ensaios de bancada com diversos níveis de carregamentos, controlados através de variação da amplitude de tensão cisalhante. Esta variação promoveu diferentes regimes de fadiga, conhecidos como alto e ultra-alto ciclo, para maiores e menores níveis de amplitudes de tensões, respectivamente. O desempenho foi medido através do cálculo da vida total em fadiga, probabilidade de sobrevivência, além da verificação do relaxamento da força elástica e da tensão residual. As amostras foram caracterizadas através de métodos metalográficos, determinação da composição química, ensaios de dureza e resistência à tração, além de técnicas difratométricas de raios-X. As superfícies de fratura foram investigadas utilizando técnicas de microscopia eletrônica de varredura Os mecanismos de início e propagação das trincas, de ambas as amostras, foram semelhantes, apesar do tratamento térmico proposto de austêmpera produzir uma microestrutura mista, com predominância de bainita inferior, contendo regiões esparsas de austenita retida. A microestrutura bainítica, resultante da austêmpera, quando comparada com as amostras martensíticas, geradas pela têmpera e revenimento, propiciou um aumento da vida total em fadiga nos maiores níveis de amplitudes das tensões, tendendo à equalização com a diminuição desta amplitude, além de apresentarem um maior relaxamento elástico, gerando uma discreta diminuição de magnitude da tensão média. Por outro lado, não houve relaxamento das tensões residuais, em ambas as amostras, após uma quantidade significativa de ciclos, portanto este fenômeno não influenciou em sua vida total. / This paper presents a study on the valve spring fatigue mechanisms, carried out through analysis of mechanical behavior correlated to microstructural aspect. The samples were made of high strength steel Si-Cr, obtained by conventional (quenching and tempering) and unconventional (austempering) heat treatments, generating a single level of hardness (approximately 610 HV). The samples were subjected to bench test with various loading levels, controlled through shear stress amplitude fluctuation. This variation has promoted distinct fatigue regimes known as high and ultra-high cycle, for greater and smaller levels of stress amplitudes, respectively. The performance was measured by calculating the fatigue total life, survival probability, verification of the elastic force and residual stress relaxation. The samples were characterized by means of metallographic methods, chemical composition analysis, hardness/tensile strength testing and X-ray diffractometry techniques. The fracture surfaces were investigated using scanning electron microscopy techniques. The cracks initiation and propagation mechanisms were similar in both samples; despite the proposed austempering heat treatment produced a mixed microstructure with predominance of lower bainite, containing sparse regions of retained austenite. The bainitic microstructure, resulting of austempering, when compared with martensitic samples, generated by quenching and tempering, led to an increase in fatigue total life under higher levels of stress amplitudes, but tending to be the same as the stress amplitude deacresases and the number of cycles increases. On the other hand, there was no residual stresses relaxation in both samples, after a significant amount of cycles, so this phenomenon did not influence the total life.

Amostras de ferros fundidos nodulares ligados com Cu, Cu-Ni ou Cu-Ni-Mo foram austemperadas, boretadas e boroaustemperadas e caracterizadas quanto à dureza e o comportamento ao desgaste microadesivo, tendo sido também estudada a cinética de formação da camada. O método de boretação utilizado foi via líquida em banho de bórax fundido, com tempos de permanência de 2 e 4 horas nas temperaturas de 850, 900 e 950ºC. Procedeu-se o tratamento direto de austêmpera, a partir dessa temperatura, em banhos de sal fundidos nas temperaturas de 240, 300 e 360ºC com tempos de permanência de 4 horas (boroaustêmpera). Realizou-se também, para fins de comparação, tratamento convencional de austêmpera. Microscopias óptica e eletrônica de varredura, EDS por raios-X, testes de dureza Brinell (substrato) e Vickers (revestimento) foram realizados, bem como ensaios de desgaste microadesivo do tipo esfera presa. A boretação resultou na formação de camadas de elevadas durezas, na faixa de 1300 a 1700 HV, e elevadas resistências ao desgaste. As resistências ao desgaste das amostras boretadas ou boroaustemperadas foram aumentadas em até 40x em relação às amostras brutas de fundição ou apenas austemperadas, indicando a grande eficácia do tratamento neste tipo de propriedade. / Samples of ductile cast iron alloyed with Cu, Cu-Ni or Cu-Ni-Mo were austempered, borided and boroaustempered and afterwards characterized for hardness and micro-adhesive wear behavior. The kinetics of layer formation were also studied. The boriding method used was liquid molten borax bath, in periods of 2 and 4 hours at temperatures of 850, 900 and 950°C. The direct austempering treatment was performed from the borax bath temperature using molten salt baths at temperatures of 240, 300 and 360°C for 4 hours (boroaustempered). For comparative purposes, the conventional austempering treatment was also conducted. Optical microscopy, scanning electron microscopy, EDX, Brinell hardness measurements (substrate) and Vickers (coating) were performed, as were the tests for micro-adhesive wear. The boriding treatment resulted in the formation of layers with high hardness, in the range of 1300 to 1700 HV and high wear resistance. The wear resistance of borided or boroaustempered samples were increased by 40 times when compared to cast irons or austempered samples, indicating the high efficiency of this type of treatment in increasing the wear resistance of this material.