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.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2018-05-24T17:45:39Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 3441417 bytes, checksum: a795290bb5f3cf798dc2cf4939b636d7 (MD5) / Approved for entry into archive by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2018-05-24T17:45:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 3441417 bytes, checksum: a795290bb5f3cf798dc2cf4939b636d7 (MD5) / Approved for entry into archive by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2018-05-24T17:46:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 3441417 bytes, checksum: a795290bb5f3cf798dc2cf4939b636d7 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-24T17:46:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 3441417 bytes, checksum: a795290bb5f3cf798dc2cf4939b636d7 (MD5) Previous issue date: 2017-02-23 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Na retificação de pequenas séries ou na retificação de geometrias complexas os rebolos de óxido de alumínio (Al2O3) podem ser uma alternativa competitiva em várias aplicações e apresentar um melhor desempenho, quando comparadas aos rebolos superabrasivos, no que tange a qualidade da superfície usinada para grandes taxas de remoção de material. Nesta pesquisa é avaliada a influência de rebolos de Al2O3 com diferentes composições de grãos abrasivos microcristalinos sinterizados e grãos monocristalino eletrofundidos no resultado de retificação do ADI Classe 3. São correlacionadas as variáveis de entrada com as características do processo, como as componentes de forças de retificação, do desgaste radial dos rebolos e o ruído magnético de Barkhausen (RMB), bem como pelo resultado de trabalho, como a rugosidade e a textura das superfícies retificadas. Os resultados mostraram que na retificação com os rebolos com menores porcentagens de grãos microcristalinos sinterizados são gerados as menores rugosidades e menor desgaste radial, e revelaram que para todos os rebolos convencionais ensaiados não se verificam danos de retificação (queima de retificação) com os parâmetros de entrada de processo estabelecidos. Verificou-se uma correlação das amplitudes dos sinais do RMB com os perfis de microdureza geradas pelos diferentes rebolos nas amostras de ADI Classe 3. Os resultados desta pesquisa permitem uma especificação mais adequada de rebolos convencionais para a retificação do ADI, uma vez que há poucas informações sobre a usinabilidade deste material no processo de retificação. / The grinding of low-size inventories or complex geometries with conventional sintered grinding wheels can be a competitive alternative in many applications and has a better performance in compare with superabrasive grinding wheels, regarding the machined surface quality for high material removal rates. In this research is evaluated the Al2O3 grinding wheels influence with different compositions of sintered microcrystalline and monocrystalline electrofused abrasive grains in the ADI Class 3 grinding result. The input variables are correlated with the process characteristics, such as the grinding forces components, the grinding wheels radial wear and the magnetic Barkhausen noise (MBN), as well as the work result, such as the roughness and texture of the ground surfaces. The results showed the grinding wheels with lower sintered abrasive grains percentages generated the lower roughness values and lower radial wear, and revealed that all conventional grinding wheels evaluated caused no thermal damages (grinding burns) with the established input parameters process. It was verified amplitudes MBN correlation with the microhardness profiles generated by different grinding wheels on the ADI samples. The results of this research will contribute to the most appropriate specification of conventional grinding wheels to the ADI grinding, since there is a few information available about the ADI machinability in the grinding process.

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

[pt] Esta pesquisa teve como objetivo avaliar a vida-fadiga de dois ferros fundidos nodulares modificados metalurgicamente, sendo uma classe predominantemente ferrítica e outra.perlítica. Inicialmente, amostra dos dois ferros fundidos nodulares ferrítico e perlítico foram fundidas adotando-se moldação em areia na geometria padrão Y-block. Em seqüência, corpos de prova para ensaios mecânicos e de fadiga foram usinados das amostras ferríticas e perlíticas. Após os ensaios de tração e dureza, realizaram-se análises metalográficas qualitativas e quantitativas em ambos os materiais, com o intuito de se determinar suas características metalúrgicas, tais como contagem, distribuição e classe dos nódulos de grafita, bem como quantidade da matriz ferrítica e perlítica. Dando continuidade a etapa experimental, as curvas tensão versus número de ciclos para a falha do ferro fundido nodular ferrítico e do ferro fundido nodular perlítico foram levantadas por meio de ensaios de flexão rotativa. A vida útil em fadiga dos dois materiais foi relacionada com as suas características metalúrgicas. Quanto a resistência à fadiga, as amostras do ferro fundido nodular perlítico tiveram um melhor comportamento sob carregamento cíclico do que as amostras do ferro fundido nodular ferrítico. Tal comportamento superior foi atribuído a maior microdureza da matriz e a presença da estrutura olho-de-boi. Finalmente, as curvas experimentais tensão versus número de ciclos para a falha dos ferros fundidos nodulares ferrítico e perlítico foram modeladas pela equação de Coffin-Manson, que se mostrou eficiente no tratamento de dados experimentais da vida em fadiga de ambos os materiais. / [en] The objective of the present work was to evaluate the fatigue life of two nodular cast irons with metallurgical modifications and resulting in ferritic and perlitic different classes of material. Initially, samples of both materials were cast in sand moulds adopting the standard Y-block geometry. In the sequence, tensile and fatigue specimens were machined from the ferritic and perlitic samples. After the tensile and hardness tests, the microstructure of the both materials were analyzed by qualitative and quantitative metallography, aiming to characterize their metallurgical aspects as content, distribution and class of graphite nodules, as well as the contents of the ferritic and perlitic matrix. Following the metallurgical characterization, rolating bend fatigue tests were performed in order to estabilish the stress-life curves of the ferritic and perlitic nodular cast irons. Regarding the fatigue resistance, the specimens machined from the perlitic nodular sample showed a longer fatigue life than that related to the ferritic nodular specimens. The longer fatigue life of the perlitic nodular specimens was associated with a higher microhardness of the perlitic matrix and the preserve of the bull`s-eye structure. Finally, the experimental stress-life curves of the ferritic and perlitic nodular cast irons were modeled adopting the Coffin-Manson law, which was considered efficient in fitting experimental fatigue life data of both materials.

Submitted by Angela Maria de Oliveira (amolivei@uepg.br) on 2018-11-22T18:11:23Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Tiago Jacumasso.pdf: 9316680 bytes, checksum: 9e1e6195d90b660e6d32c4f13481bf5b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-22T18:11:23Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Tiago Jacumasso.pdf: 9316680 bytes, checksum: 9e1e6195d90b660e6d32c4f13481bf5b (MD5) Previous issue date: 2018-08-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A mecânica da fratura foi desenvolvida, utilizando-se uma descrição geométrica euclidiana que pressupõem uma trinca lisa sem irregularidades. Por esta razão, a modelagem matemática de uma trinca rugosa, usando a geometria fractal, tem sido a preocupação de vários autores nas últimas décadas. O intuito destes pesquisadores é descrever o fenômeno da fratura de forma mais autentica e precisa. Uma das formas de se avaliar as propriedades mecânicas de um material fraturado é usando o conceito de integral-J. Este conceito aplicado ao fenômeno da fratura define uma curva de resistência ao crescimento de trinca chamado de curva J-R. Sendo assim, vários modelos fractais de curva J-R têm sido propostos. Um dos modelos que vem ganhando destaque na literatura científica foi proposto por ALVES (2010, 2011). Por esta razão investigou-se, neste trabalho, a aplicação desse modelo no estudo da fratura do ferro fundido nodular e ferro fundido nodular austemperado (ADI). O objetivo foi avaliar os efeitos dos tratamentos térmicos de austêmpera na microestrutura e nas propriedades mecânicas de uma liga de ferro fundido nodular. Para tanto foi empregado duas rotas de tratamentos térmicos: austêmpera convencional, consistindo de austenitização a 900ºC por 60min, seguida de austêmpera até 250ºC e à 300ºC, com permanência por 60min e 120min para cada temperatura, totalizando quatro condições, com resfriamento ao ar. As amostras tratadas termicamente foram caracterizadas com auxílio de microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura (FEG) e difração de raios X (DRX), com objetivo de determinar suas fases e microconstituintes. O efeito das condições de tratamento nas propriedades mecânicas foi verificado por ensaios de dureza Vickers e de impacto instrumentado Charpy. Por meio de ensaios de impacto instrumentado e solicitação mecânica de tração e com o auxílio de microscopia eletrônica por emissão de campo (FEG) foi possível estudar o crescimento de trincas rugosas na fratura do ferro fundido nodular austemperado, comparando os resultados entre as quatro condições de tratamento térmico de austêmpera. Deste modo, foi possível fornecer dados experimentais para comprovar a validade da equação da curva J-R na presença de uma trinca rugosa proposta por ALVES (2010, 2011) com base na geometria fractal e na mecânica da fratura. Os resultados obtidos permitiram comparar e discutir o efeito das rotas de tratamento térmico, no sentido de desenvolver as propriedades mecânicas do ferro fundido nodular para aplicações diversas. As curvas D J ajustadas pelo modelo fractal mostraram-se em boa concordância com aquelas obtidas pelo método descrito na ASTM E1820-17a (2017). O ADI tratado a 300ºC por 60 minutos foi o material que apresentou as melhores condições de resistência mecânica a tração e ao impacto, superando o material bruto de fundição na tenacidade a fratura, calculada pelos parâmetros fractais da curva. Este ferro fundido nodular austemperado é comparado ao da classe de alta resistência de ADI. / The mechanics of the fracture were developed using a geometric Euclidean description that assumes a smooth crack without irregularities. For this reason, the mathematical modeling of a rough crack, using fractal geometry, has been the concern of several authors in the last decades. The aim of these researchers is to describe the fracture phenomenon more authentically and accurately. One of the ways to evaluate the mechanical properties of a fractured material is by using the concept of integral-J. This concept applied to the fracture phenomenon defines a crack growth resistance curve called the J-R curve. Thus, several fractal J-R curve models have been proposed. One of the models that have gained prominence in the scientific literature was proposed by ALVES (2010, 2011). For this reason we investigated the application of this model in the study of nodular cast iron and austempered nodular cast iron (ADI). The objective was to evaluate the effects of thermal treatments of austempering in the microstructure and mechanical properties of a ductile cast iron alloy. Two routes of thermal treatments were used: conventional austenitic, consisting of austenitization at 900ºC for 60min, followed by tempering up to 250ºC and at 300ºC, with permanence for 60min and 120min for each temperature, totaling four conditions, with air cooling. The thermally treated samples were characterized by optical microscopy, scanning electron microscopy (FEG) and X - ray diffraction (XRD), in order to determine their phases and microconstituents. The effect of the treatment conditions on the mechanical properties was verified by tests of Vickers hardness and instrumented impact Charpy. By means of instrumented impact and mechanical tensile stress tests and with the aid of field emission electron microscopy (FEG), it was possible to study the growth of rough cracks in austempered nodular cast iron fracture, comparing the results between the four conditions of heat treatment. Thus, it was possible to provide experimental data to prove the validity of the J-R curve equation in the presence of a rough crack proposed by ALVES (2010, 2011) based on fractal geometry and fracture mechanics. The results obtained allowed to compare and discuss the effect of heat treatment routes in order to develop the mechanical properties of nodular cast iron for different applications. The D J curves fitting by the fractal model show in agreement with the curves obtained by the method described in the ASTM E1820-17a (2017). The ADI treated at 300ºC for 60 minutes was the material that presented the best conditions of tensile and impact mechanical strength, surpassing the crude casting material in the fracture toughness, calculated by the fractal parameters of the curve. This austempered nodular cast iron is compared to that of the ADI high strength class.

[pt] A utilização de compósitos de matriz ferrosa com pré-forma cerâmica oferece a possibilidade de redução do desgaste abrasivo em aplicações onde as ligas usuais não são efetivas. Nesta tese, foi desenvolvido um estudo voltado para a obtenção de um compósito de matriz metálica com ênfase na caracterização e previsão da infiltração espontânea de um ferro fundido nodular através de uma préforma granulada porosa de óxido de alumínio. O processo de infiltração de pré-forma porosa constituída de óxido de alumínio, em três granulometrias distintas (12#, 16# e 42#), por um ferro fundido nodular de composição eutética (3,9 graus Celsius) foi realizado em três temperaturas de vazamento diferentes (1403 graus Celsius, 1299 graus Celsius e 1250 graus Celsius), desde a elaboração das pré-formas passando pela infiltração do metal, até a caracterização microestrutural. Os resultados dos ensaios de compressão com as pré-formas foram processados por análise fatorial e mostraram que, dentro dos níveis estudados, o percentual utilizado de ligante (silicato de sódio) e o tempo de cura influenciam positivamente e de forma mais significativa do que a granulometria do óxido de alumínio. A microestrutura da matriz foi afetada pelos grãos cerâmicos da préforma, fato este caracterizado pela presença de veios de grafita no lugar de nódulos em uma extensão variável entre 10 micrômetros e 60 micrômetros a partir da superfície do grão. Após a permeabilidade da pré-forma cerâmica ter sido estimada por processamento digital de imagens em 3D, foi desenvolvido um modelo matemático voltado para a identificação da penetração máxima da fase metálica levando em consideração as temperaturas de vazamento e de solidificação do ferro fundido. As curvas do modelo mostraram boa correlação quando comparados com os resultados experimentais. / [en] Iron metal matrix composites in aluminium oxide offers an outstanding possibility to reduce abrasive wear where usual alloys are not working well. For the present study the composite was obtained by carrying out an spontaneous infiltration of an eutectic (3,9 degrees Celsius) nodular iron in a preform made with three aluminiun oxide granulometries (#12, #16 and #42), in three different pouring temperatures (1403 degrees Celsius, 1299 degrees Celsius e 1250 degrees Celsius). The preforms compression tests results were processed by factorial analysis and showed a greater influence of the sodium silicate amount and the curing time over the aluminium oxide granulometry. After the estimation of the ceramic phase permeability by 3D image digital processing it was developed a mathematical model to predict the maximum infiltration of the ferrous melt through the ceramic phase. It was based on the pouring and alloy solidification temperatures and produced a good agreement with the experimental results. The matrix microstructure was affected by the ceramic grains. This was characterized by the presence of lamellar graphite instead of the expected nodules in an extension between 10 micrometers and 60 micrometers from the border of the composite.

Submitted by Victor Hugo Albuquerque Rizzo (victor.rizzo@ufpe.br) on 2015-04-15T12:47:05Z No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Luíz Henrique de Azevedo.pdf: 4300150 bytes, checksum: 878df287a7a5dda491f2e8f7d5c057c5 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-15T12:47:05Z (GMT). No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Luíz Henrique de Azevedo.pdf: 4300150 bytes, checksum: 878df287a7a5dda491f2e8f7d5c057c5 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2013 / A fundição é uma das mais antigas formas de beneficiamento do ferro e suas ligas e as mais utilizadas no mundo são o ferro cinzento, o ferro nodular e o aço, respectivamente. O ferro fundido nodular, em especial, vem crescendo ao longo dos anos, principalmente por apresentar propriedades mecânicas intermediárias entre o ferro fundido cinzento e o aço. Um dos grandes setores que vem crescendo nos últimos anos, são as fontes alternativas de energia e dentro deste setor o segmento de energia Eólica. Na realidade, este segmento consome muitos componentes em ferro fundido nodular, porém trata-se de uma liga especial, onde as propriedades mecânicas de tração e impacto desta liga torna este ferro fundido nodular capaz de substituir os componentes em aço fundido e o mais importante é que estas propriedades devem ser atendidas com o fundido na sua condição de bruto de fundição. Este trabalho, realizado na fundição Simisa, teve a finalidade de analisar os parâmetros de fundição sobre a formação de microestruturas em ferro fundido nodular de alto impacto a baixa temperatura e suas propriedades mecânicas. Neste trabalho foram realizados experimentos dentro da indústria e em ordem de grandezas representativas em termos de espessura de parede, dimensões e peso. Os experimentos foram realizados com o objetivo de validar quais são os principais parâmetros de processo que assegurem as propriedades mecânicas de tração e impacto da liga em questão. Foram realizadas análises químicas, metalográficas, ensaios de tração, impacto e dureza, para cada experimento, assim como foram definidos os principais parâmetros de processo em termos de tempo e temperatura de vazamento e composição química, que influenciam nas propriedades mecânicas de tração e impacto da liga. Como conclusão, os resultados mostraram que para atender os requerimentos da norma DIN EN 1563-1998, EN-GJS-400-18 LT , a matriz 100% ferritica é fundamental e que é extremamente importante analisar tanto o número de nódulos como a nodularidade, assim como a velocidade de resfriamento e o percentual de silício visto que foi verificado que estes parâmetros influenciam diretamente nos valores de resistência e impacto.

Investigou-se o efeito do tamanho de grão austenítico na cinética e na morfologia do produto da reação bainítica de um ferro fundido nodular austemperado (FFNA). Foram estudados 3 tamanhos de grão austeníticos, a saber: GG (grão grosseiro), GM (grao mediano); e GR (grao refinado). A condição GR foi obtida pela austenitização rápida de microestruturas martensíticas. A condição GG foi obtida por tratamento de austenitização em duas etapas, de modo a, respectivamente, provocar o crescimento de grão e manter o teor de carbono igual aos das demais condições. Na segunda etapa do tratamento da condição GG ocorreu precipitação de grafita secundária, que acelerou significativamente a taxa de reação bainítica, possibilitando estudar o efeito da.variação na quantidade de interfaces austenita/grafita e austenita/ austenita sobre a cinética e a morfologia da reação bainítica. O refino do grão austenítico acelerou a cinética de reação, aumentou a proporção de ferrita alotriomorfa de contorno de grão, refinou a microestrutura bainítica (ferrita + austenita retida) e melhorou em 14% o limite de escoamento dos FFNA. Finalmente, a predominância de ferrira alotriomorfa na condição mais fina indica que a formação de interfaces incoerentes (mecanismo difusional ao inves de reação displaciva) durante a austenitização rápida da martensita (aquecimento de 100°C/ s). / The effect of austenite grain size on the kinetics and the morphology of the bainitic reaction in an austempered ductile iron (ADI) has been investigated, Three austenite grain sizes were produced: GG (coarse grain), GH (medium grain) and GR (fine grain), The GR condition was obtained by the rapid austenitization of martensitic microstructures The secondary graphite precipitation observed in GG condition strongly accelerated the rate of bainite formation and made possible the study of the effect of austenite/graphite interface on the kinetics of this reaction, The austenite grain refinement also accelerated the bainite precipitation, increased the proportion of grain boundary alotriomorphs ferrite, refined the bainitic microstructure and improved by 14% the yield stress of ADI, The predominance of grain boundary alotriomorphs in GR was associated to the structure of austenite/austenite interface formed during the rapid austenitization of the studied ductile iron at heating rates of 100oC/s. It is suggested that the dominant mechanism of austenitization in this condition is a thermally activated one (not a displacive transformation). The different morphologies of the austenite decomposition used the Duhê\'s morphological system.

Para o correto dimensionamento da maioria dos componentes estruturais é necessário informações sobre a resposta do material quando submetido à fadiga de alto e baixo ciclo, bem como conhecer as propriedades monotônicas (não-cíclicas) e cíclicas dos materiais. Na literatura são encontradas amplas divulgações de dados sobre diversos materiais de engenharia (Ex. SAE J1099 Technical Report on Fatigue Properties). Porém, quando se trata de ferro fundido nodular estas informações são limitadas, sendo assim, visa-se neste trabalho caracterizar as propriedades monotônicas e cíclicas destes materiais em complemento aos trabalhos já publicados na literatura e propor métodos para a estimativa destas propriedades a partir da dureza. Faz-se necessário a proposição de métodos estimativos das propriedades mecânicas destes materiais baseados na dureza devido às suas grandes variações que são inerentes ao processo de fundição. Em um mesmo componente podem existir diferentes classes de ferro fundido, que apesar de possuir a mesma composição química, podem apresentar variações nas propriedades mecânicas devido à formação de diferentes estruturas metalúrgicas que são sensíveis às taxas de resfriamento do material que variam de acordo com as características geométricas da peça que está sendo fundida, principalmente a variação da espessura. Neste estudo a determinação das relações entre as propriedades monotônicas e cíclicas dos ferros fundidos nodulares foram obtidas a partir do tratamento dos dados publicados na literatura levando-se em consideração o índice de qualidade. Foi proposto um modelo contínuo com relação à dureza para a estimativa das propriedades monotônicas, do coeficiente de resistência cíclico e do expoente de encruamento cíclico e para a estimativa das propriedades cíclicas que experimentalmente demonstraram não ter correlação com a dureza foi proposto uma forma discreta, que consistiu na recomendação de valores típicos definidas por faixas de dureza. / For the correct design of the most part of structural components is necessary to have information about the material response under both high cycle and low cycle fatigue, as well as the knowledge of monotonic and cyclic materials properties. In literature a major publication of several engineering material data can be found (e.g, SAE J1099 - Technical Report on Fatigue Properties), but regarding to ductile iron this information is quite limited. Therefore, this work aims to characterize the monotonic and cyclic properties of this material in complementing to the available data in the literature and also make a proposition of methods to estimate this properties from hardness. The mechanical properties estimation model from hardness is relevant to take into account the inherent variations of casting process, which for the same chemical composition can be found different grades in a same part. This fact occurs due to the formation of different metallurgical structures that is influenced by cooling ratio which changes accordingly to geometrical characteristic of the part, especially the thickness variation. In this study the determination of the relation between monotonic and cyclic properties from hardness has been determined from literature data processing taking into account the Quality Index. For monotonic properties, the cyclic strength coefficient and the cyclic strain hardening exponent estimation has been proposed a continuous method based on hardness and for the cyclic properties that experimentally showed to remain independent of hardness has been recommended one set of properties for specific hardness ranges.

Made available in DSpace on 2017-07-21T20:43:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ludiere Lucas Toldo Boneti.pdf: 5901766 bytes, checksum: 4f1a93e8f2d24f82e2576b7891703690 (MD5) Previous issue date: 2014-08-29 / The present study aimed to evaluate the influence of the austempering heat treatment parameters on microstructure and mechanical properties of a ductile cast iron produced in industrial conditions, containing 3.59% carbon, 2.68% silicon, 0.46% copper (in wt%) and a carbon equivalent of 4.50%. The material was produced in a foundry located in the southwest region of Parana state, Brazil. The specimens were obtained by casting the alloy into Y-block molds. The austempering heat treatments consisted of pre-heating at 500°C, followed by austenitizing step at 870°C, 900°C and 930°C during 60 minutes. Austempering was carried out in molten metal baths at temperatures of 300°C and 370°C for 30 minutes. Microstructural characterization was carried out by light optical microscopy (LOM) with image analysis, scanning electron microscopy (SEM-FEG) and X-ray diffraction with Rietveld refinement. The mechanical properties were evaluated by tensile and Vickers hardness tests. The as-cast microstructure displayed a very heterogeneous microstructure, characterized by the presence of regions with graphite flotation and carbide containing intercellular regions. The graphite nodules showed low nodularity, of 85%, which was attributed to the fading effect of magnesium alloy. Austempered samples were characterized by the presence of bainitic ferrite, interspersed with retained austenite in films and blocks. The austempering at 300°C resulted in a finer microstructure containing smaller volume fractions of retained austenite. All heat treated samples displayed transformation gradients between graphite flotation and intercellular regions. These gradients affected the mechanical properties, as well as the fracture characteristics. The best results of mechanical properties were obtained in the specimen austenitized at 900°C followed by austempering at 300°C, allowing the ADI produced to fit into a high strength class, according to ASTM A897. The study of fracture surfaces showed a sharp transition between graphite flotation and intercellular regions. The fracture at the vicinity of graphite nodules have occurred by a ductile mechanism, characterized by dimples. It was observed a rapid transition to the cleavage mode at intercellular regions, containing solidification carbides. / O presente trabalho teve como objetivo avaliar a influência dos parâmetros de tratamento térmico de austêmpera na microestrutura e nas propriedades mecânicas de tração e dureza, em uma liga de ferro fundido nodular produzida em condições industriais. A liga em estudo possui de teor de carbono de 3,59%, silício de 2,68% e adições de 0,46% de cobre, possuindo ainda um carbono equivalente de 4,50%. O material foi produzido em condições industriais, em uma fundição localizada no sudoeste do estado do Paraná. Os corpos de prova para retirada de amostras foram obtidos pelo vazamento da liga em moldes de blocos Y. Os tratamentos térmicos de austêmpera consistiram de pré-aquecimento a 500°C, seguido da etapa de austenitização a 870°C, 900°C e 930°C, por um tempo fixo de 60 minutos. A etapa de austêmpera foi realizada em banhos de metais fundidos, em temperaturas de 300°C e 370°C, durante 30 minutos. A caracterização microestrutural de amostras foi realizada pelas técnicas de microscopia ótica, com análise de imagens, microscopia eletrônica de varredura e difração de raios X, com refinamento pelo método de Rietveld. As propriedades mecânicas foram avaliadas por meio de ensaios de tração e dureza Vickers. A liga no estado bruto de fundição apresentou microestrutura bastante heterogênea, caracterizada pela presença de regiões com flotação de grafita e regiões intercelulares contendo carbetos de solidificação. Os nódulos de grafita apresentaram baixo grau de nodularização, de 85%, resultado que foi atribuído ao efeito de fadiga térmica da liga nodularizante. A microestrutura de amostras austemperadas foi caracterizada pela presença de agrupamentos de feixes de ripas de ferrita bainítica, entremeadas por austenita retida, na forma de filmes e blocos. A austêmpera a 300°C produziu microestruturas mais refinadas e com menores frações volumétricas de austenita retida. Em todas as amostras tratadas termicamente, foi observado um gradiente de transformação entre as regiões de flotação de grafita e regiões intercelulares. Estes gradientes afetaram tanto os resultados de propriedades mecânicas, como as características de fratura dos corpos de prova. Os melhores resultados de propriedades mecânicas foram obtidos para a condição de austenitização a 900°C seguida de austêmpera, permitindo enquadrar o ADI em uma classe de alta resistência, segundo a norma ASTM A897. As análises das superfícies de fratura dos corpos de prova de tração mostraram uma mudança nas características de fratura entre as regiões de flotação de grafita e as regiões intercelulares. Nas proximidades dos nódulos de grafita houve predominância do mecanismo de fratura dúctil, caracterizada pela presença de cavidades alveolares (“dimples”), com rápida transição para o modo de fratura por clivagem nas regiões com baixos números de nódulos de grafita, contendo carbetos de solidificação.