Foi investigada a influência de elementos de liga como o Cromo, o Níquel, o Carbono e o Nitrogênio no intervalo de solidificação de um aço inoxidável martensítico fundido do tipo CA6NM. Este tipo de aço, utilizado na fundição de peças de grande porte, é bastante utilizado pela sua ótima resistência ao impacto, e boas propriedades contra corrosão em meio aquoso. Além disso, este aço possui ótima fundibilidade, tendo como principal característica seu reduzido intervalo de solidificação, o que torna diminutos os defeitos relacionados a este fenômeno. Resultados obtidos por cálculos termodinâmicos utilizando-se o Thermo-calc sugeriram forte dependência deste parâmetro em relação ao teor de Carbono (0,018%C a 0,044%C), com o intervalo de solidificação variando de 25°C a 43°C no intervalo de composições definidos pela norma como aceitáveis para a liga. Os outros elementos de liga analisados, segundo os cálculos termodinâmicos, não demonstraram influência significativa dentro das faixas toleradas pela norma. Foram fundidas 13 amostras com as composições químicas simuladas no Thermo-calc, e seus intervalos de solidificação foram investigados por análise térmica diferencial (DTA) e calorimetria exploratória diferencial (DSC). Contrariando os resultados do Thermo-calc, a influência do Carbono não foi comprovada, não havendo variação do intervalo de solidificação entre as amostras. Para confirmar os resultados de análise térmica, as amostras desta técnica foram analisadas por metalografia, não sendo observado qualquer tipo de reação no material ensaiado (descarbonetação, oxidação, etc). / The influence of alloying elements like Chromium, Nickel, Carbon and Nitrogen on the solidification interval on a CA6NM martensitic stainless steel casting was investigated. This steel class, mainly used on large castings, applies due to the fact that it has very good impact resistance, and satisfactory corrosion properties. Besides that, this stainless steel class has excellent castability, having as an important characteristic its reduced solidification interval, diminishing the tendency for solidification defects. The results obtained by thermodynamic calculations using Thermo-calc package have suggested a strong influence of the Carbon content on the solidification interval (25°C a 43°C) when the carbon content is varied within the range allowed by the alloy standard (0,018%C to 0,044%C). Other alloying elements, according to the thermodynamic calculations, have no influence over the solidification interval. Thirteen samples were cast based on the simulated chemical compositions and their solidification interval was investigated by differential thermal analysis (DTA) and differential scanning calorimetry (DSC). Contrary to the thermodynamic calculations, no influence of Carbon was observed on the solidification interval. In order to confirm the thermal analysis results, metallographic tests were performed on the DTA samples, with no observation of any unusual reaction on them, like oxidation or decarburizing.

Os principais mecanismos de desgaste, presentes em discos de freio ventilados automotivos, foram determinados utilizando ensaios de bancada em dinamometro inercial. Foram medidas a temperatura, rugosidade, taxa de desgaste, tensões residuais, coeficiente de atrito e desempenho de frenagem. Foi analisado o tribocontato através de técnicas de microscopia eletrônica e ótica. / The main mechanims of wear, present in ventilated brake disc had been determined, when submited to the braking test in inertial dynamometric simulator. Were measured wear taxes, temperature, residual stresses, friction coeficient, topographic of relief and analised their tribographics.

Este trabalho está inserido em um projeto que procura estudar a viabilidade técnica da aplicação de um relativamente novo conceito de tratamento térmico, chamado de Têmpera e Partição (T&P), como alternativa para o processamento de ferros fundidos nodulares com alta resistência mecânica. O processo T&P tem por objetivo a obtenção de microestruturas multifásicas constituídas de martensita e austenita retida, estabilizada em carbono. A martensita confere elevada resistência mecânica, enquanto a austenita confere ductilidade. No processo T&P, após a austenitização total ou parcial da liga, o material é temperado até uma temperatura de têmpera TT entre as temperaturas Ms e Mf para produzir uma mistura controlada de martensita e austenita. Em seguida, na etapa de partição, o material é mantido isotermicamente em uma temperatura igual ou mais elevada (denominada temperatura de partição TP) para permitir a partição de carbono da martensita para a austenita. O carbono em solução sólida diminui a temperatura Ms da austenita, estabilizando-a à temperatura ambiente. O presente trabalho procurou estudar aspectos de transformações de fases -- com ênfase na evolução microestrutural e cinética das reações -- do tratamento térmico de Têmpera e Partição (T&P) aplicado a uma liga de ferro fundido nodular (Fe-3,47%C-2,47%Si-0,2%Mn). Tratamentos térmicos consistiram de austenitização a 880 oC por 30 min, seguido de têmpera a 140, 170 e 200 oC e partição a 300, 375 e 450 oC por até 2 h. A caracterização microestrutural foi feita por microscopia óptica (MO), eletrônica de varredura (MEV), difração de elétrons retroespalhados (EBSD) e análise de microssonda eletrônica (EPMA). A análise cinética foi feita por meio de ensaios de dilatometria de alta resolução e difração de raios X in situ usando radiação síncrotron. Resultados mostram que a ocorrência de reações competitivas -- reação bainítica e precipitação de carbonetos na martensita -- é inevitável durante a aplicação do tratamento T&P à presente liga de ferro fundido nodular. A cinética da reação bainítica é acelerada pela presença da martensita formada na etapa de têmpera. A reação bainítica acontece, a baixas temperaturas, desacompanhada da precipitação de carbonetos e contribui para o enriquecimento em carbono, e consequente estabilização, da austenita. Devido à precipitação de carbonetos na martensita, a formação de ferrita bainítica é o principal mecanismo de enriquecimento em carbono da austenita. A microssegregação proveniente da etapa de solidificação permanece no material tratado termicamente e afeta a distribuição da martensita formada na etapa de têmpera e a cinética da reação bainítica. Em regiões correspondentes a contornos de célula eutética são observadas menores quantidades de martensita e a reação bainítica é mais lenta. A microestrutura final produzida pelo tratamento T&P aplicado ao ferro fundido consiste de martensita revenida com carbonetos, ferrita banítica e austenita enriquecida estabilizada pelo carbono. Adicionalmente, foi desenvolvido um modelo computacional que calcula a redistribuição local de carbono durante a etapa de partição do tratamento T&P, assumindo os efeitos da precipitação de do crescimento de placas de ferrita bainítica a partir da austenita. O modelo mostrou que a cinética de partição de carbono da martensita para a austenita é mais lenta quando os carbonetos precipitados são mais estáveis e que, quando a energia livre dos carbonetos é suficientemente baixa, o fluxo de carbono acontece da austenita para a martensita. A aplicação do modelo não se limita às condições estudadas neste trabalho e pode ser aplicada para o planejamento de tratamentos T&P para aços. / The present work belongs to a bigger project whose main goal is to study the technical feasibility of the application of a relatively new heat treating concept, called Quenching and Partitioning (Q&P), as an alternative to the processing of high strength ductile cast irons. The aim of the Q&P process is to obtain multiphase microstructures consisting of martensite and carbon enriched retained austenite. Martensite confers high strength, whereas austenite confers ductility. In the Q&P process, after total or partial austenitization of the alloy, the material is quenched in a quenching temperature TQ between the Ms and Mf temperatures to produce a controlled mixture of martensite and austenite. Next, at the partitioning step, the material is isothermally held at a either equal or higher temperature (so called partitioning temperature TP) in order to promote the carbon diffusion (partitioning) from martensite to austenite. The present work focus on the study of phase transformations aspects -- with emphasis on the microstructural evolution and kinetics of the reactions -- of the Q&P process applied to a ductile cast iron alloy (Fe-3,47%C-2,47%Si-0,2%Mn). Heat treatments consisted of austenitization at 880 oC for 30 min, followed by quenching at 140, 170, and 200 oC and partitioning at 300, 375 e 450 oC up to 2 h. The microstructural characterization was carried out by optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), backscattered diffraction (EBSD), and electron probe microanalysis (EPMA). The kinetic analysis was studied by high resolution dilatometry tests and in situ X-ray diffraction using a synchrotron light source. Results showed that competitive reactions -- bainite reaction and carbides precipitation in martensite -- is unavoidable during the Q&P process. The bainite reaction kinetics is accelerated by the presence of martensite formed in the quenching step. The bainite reaction occurs at low temperatures without carbides precipitation and contributes to the carbon enrichment of austenite and its stabilization. Due to carbides precipitation in martensite, growth of bainitic ferrite is the main mechanism of carbon enrichment of austenite. Microsegregation inherited from the casting process is present in the heat treated material and affects the martensite distribution and the kinetics of the bainite reaction. In regions corresponding to eutectic cell boundaries less martensite is observed and the kinetics of bainite reaction is slower. The final microestructure produced by the Q&P process applied to the ductile cast iron consists of tempered martensite with carbides, bainitic ferrite, and carbon enriched austenite. Additionally, a computational model was developed to calculate the local kinetics of carbon redistribution during the partitioning step, considering the effects of carbides precipitation and bainite reaction. The model showed that the kinetics of carbon partitioning from martensite to austenite is slower when the tempering carbides are more stable and that, when the carbides free energy is sufficiently low, the carbon diffuses from austenite to martensite. The model is not limited to the studied conditions and can be applied to the development of Q&P heat treatments to steels.

Submitted by Setor de Tratamento da Informa??o - BC/PUCRS (tede2@pucrs.br) on 2015-05-22T12:17:06Z No. of bitstreams: 1 469254 - Texto Completo.pdf: 3137412 bytes, checksum: e261817a0c99d0108e10ccd039c62c92 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-22T12:17:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 469254 - Texto Completo.pdf: 3137412 bytes, checksum: e261817a0c99d0108e10ccd039c62c92 (MD5) Previous issue date: 2015-03-23 / The objective of this work is to analyze the influence of annealing and austempering heat treatments on the machinability with constant pressure of an austempered ductile cast iron. The results were correlated to microstructural formation and mechanical properties. It was used the turning process varying the depth of cut, the speed of cut, the angle of tool and the use of cut fluid. The samples (18 initially annealed) were heated at 910?C for 90 minutes for austenitization and cooled in salt bath in one-step at temperatures 300?C, 360?C and 420?C for 30, 60 and 90 minutes. Other 16 samples (8 previously annealed) were austempered in two-step process at 245oC and 300oC for 5 and 30 minutes, respectively. The samples were analyzed initially by optical microscopy and mechanical tests (Brinell hardness and Vickers microhardness), and after were machined in an universal lathe for machinability tests. The mechanical lathe was instrumented in relation to active power and cutting time, and the machinability evaluation was made with reference to cutting force, cutting pressure and material removal index criteria. The samples austempered at 300oC for 30 minutes (with annealing) showed the best machinability, impact resistance and lowest hardness in the one-step process. However, the samples in the same temperature and time (with annealing) showed the worst machinability, highest hardness and lowest impact resistance. The two-step austempering was performed in 8 samples that showed the best machinability and 8 samples that showed the worst machinability in one-step process. In these samples, the machinability test were performed with and without fluid cut and cut angle of 90o and 60o. The results showed the highest performance for the condition austempered at 300oC for 30 minute in two-step process, with previous annealing, when machined with fluid cut and angle of tool of 60o. The microstructure was composed by ausferrite, graphite and retained austenite. / Neste trabalho foi investigado atrav?s da t?cnica de aplica??o de press?o constante, a usinabilidade do ferro fundido nodular austemperado em fun??o de tratamentos t?rmicos de recozimento e aust?mpera. Os resultados foram correlacionados com a forma??o microestrutural e com as propriedades mec?nicas. Para tanto foi utilizado o processo de torneamento, variando a profundidade de corte, a velocidade de corte, o ?ngulo de posi??o da ferramenta de corte e utiliza??o e n?o utiliza??o de fluido de corte. Para este fim, 36 amostras (18 recozidas previamente) foram austemperadas em etapa ?nica nas temperaturas de 300 ?C, 360 ?C e 420 ?C nos tempos de 30 min, 60 min e 90 min. e 16 pe?as (8 com recozimento pr?vio) em duas etapas ? 245 ?C e 300 ?C nos respectivos tempos de 5 min e 30 min.. Para aust?mpera em etapa ?nica, amostras austemperadas ? 300 ?C por 30 minutos (sem recozimento pr?vio) obtiveram melhor usinabilidade, resist?ncia ao impacto e menor dureza. J?, as austemperadas no mesmo tempo e temperatura (com recozimento pr?vio) obtiveram pior usinabilidade, maior dureza e menor resist?ncia ao impacto. A aust?mpera em duas etapas foi realizada em 8 pe?as que obtiveram melhor usinabilidade e em 8 pe?as de pior usinabilidade nos testes de aust?mpera em ?nica etapa. Estes testes de usinabilidade foram executados com e sem o uso de fluido de corte utilizando-se os ?ngulos de posi??o da ferramenta de corte de 90? e 60?. Os resultados apontam para melhor usinabilidade ?s amostras austemperadas pelo processo de duas etapas e que foram previamente recozidas e austemperadas ? 300 ?C durante 30 minutos, quando usinadas com fluido de corte e ?ngulo de posi??o da ferramenta de corte de 60?. A microestrutura foi composta por matriz ausferr?tica, grafita e austenita n?o transformada.

Submitted by Setor de Tratamento da Informa??o - BC/PUCRS (tede2@pucrs.br) on 2015-07-17T20:14:00Z No. of bitstreams: 1 472389 - Texto Completo.pdf: 3567307 bytes, checksum: 701ea7ad45fd2a973390e2755f3d5161 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-17T20:14:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 472389 - Texto Completo.pdf: 3567307 bytes, checksum: 701ea7ad45fd2a973390e2755f3d5161 (MD5) Previous issue date: 2015-03-30 / This work presents the influence of the heat treatment parameters of austempering carried out in a zinc aluminum bath on the mechanical properties of a ductile cast iron (ADI). Samples were extracted from as-cast standard blocks for the austempering heat treatment. The material was heated to 900?C for 60 minutes for austenitization and cooled in a zinc-aluminum bath, to a temperature of 400?C, for 30 minutes, 60 minutes and 90 minutes. The samples were analyzed by optical microscopy, scanning electron microscopy, and mechanical tests (Brinell hardness, Micro Vickers hardness, Izod Impact Test and Tensile Test). The results, comparing the mechanical properties and microstructural characteristics in all cycles, present results compatible with the two stages of the material process window, confirming the effectiveness of the zinc-aluminum bath in getting the ADI. / O presente trabalho apresenta a influ?ncia da varia??o de par?metros do tratamento t?rmico de aust?mpera realizado usando um banho de zinco fundido, e os efeitos nas propriedades mec?nicas do ferro fundido austemperado (ADI). Corpos de prova foram extra?dos de blocos fundidos padronizados para aplica??o dos tratamentos t?rmicos de aust?mpera. O material foi aquecido a 900oC durante 60 minutos para austenitiza??o, e ent?o resfriado em um banho de zinco-alum?nio fundido a 400oC por 30 minutos, 60 minutos e 90 minutos. Os corpos de prova foram analisados por microscopia ?ptica, microscopia eletr?nica de varredura e ensaios mec?nicos (dureza Brinnell, microdureza Vickers, testes de Impacto Charpy e Resist?ncia ? Tra??o). Os resultados, comparadas as propriedades mec?nicas e caracter?sticas microestruturais em todos os ciclos, apresentam resultados compat?veis com os dois est?gios previstos pela janela de processo do material, confirmando a efetividade do banho de Zinco-Alum?nio na obten??o do ADI.

O objetivo desta pesquisa é realizar um estudo sobre o desgaste abrasivo do ferro fundido branco alto cromo de acordo com a norma ASTM A532 II D, submetidas à diferentes faixas de temperatura de austenitização, decompondo a faixa de 950 a 1.150 ºC, amplamente usada nas fundições, em intervalos de 50 ºC. Esta liga foi escolhida para estudo em virtude de sua extensa aplicação na indústria de mineração, possuindo como principal característica a utilização em revestimentos de moinhos e martelos de britadores, onde a resistência ao desgaste abrasivo é exigida. Os corpos de prova foram caracterizados através de análise química, dureza, e estrutura metalográfica, avaliando as mudanças na microestrutura, e consequentemente, alterações nas propriedades de resistência ao desgaste abrasivo do material. Na avaliação das amostras, foi utilizada a microscopia ótica e, para simular a condição de desgaste abrasivo, determinando a perda de massa, foi empregando o abrasômetro do tipo roda de borracha, seguindo a norma ASTM G65. Os testes práticos demostraram que o ciclo de temperatura é uma etapa importante na determinação da dureza, que por sua vez, é uma característica fundamental à resistência ao desgaste abrasivo, visto que para o material estudado, quanto maior a dureza, maior foi a resistência ao desgaste abrasivo. / The objective of this research is to perform a study on the abrasive wear of high chromium white cast iron according to ASTM A532 II D, submitted to different austenitizing temperatures, in the range of 950 to 1150 ºC with 50 ºC steps, widely used in foundries. This alloy was chosen for study because of its extensive application in the mining industry, having as main characteristic the use in mill and hammer coatings of crushers where abrasive wear resistance is required. The specimens were characterized by chemical analysis, hardness, and metallographic analysis, evaluating the changes in the microstructure, and consequently changes in the abrasive wear properties of the material. In the evaluation of the samples, optical microscopy was used and, to simulate the abrasive wear condition, determining the mass loss, the rubber wheel type abrasive test was used, following the ASTM G65 standard. The practical tests demonstrated that the temperature cycle is an important step in determining the hardness, which in turn is a fundamental characteristic to the abrasive wear resistance, since for the material studied, the higher the hardness, the higher the resistance to abrasive wear.

Neste trabalho, estudou-se a integridade superficial durante o torneamento de um ferro fundido nodular com carbonetos, considerando a heterogeneidade microestrutural (fração volumétrica, tamanho e morfologia de grafita e dos carbonetos) e os efeitos dos parâmetros de corte (avanço, velocidade de corte e profundidade de corte), baseados num planejamento fatorial fracionário 24-1. Este texto apresenta, numa primeira parte, uma revisão baseada em referências bibliográficas clássicas da engenharia de superfícies, na tentativa de definir os conceitos que compõem a integridade da superfície. Posteriormente, descrevem-se os resultados de ensaios preliminares, realizados com a finalidade avaliar os níveis do processo e os efeitos desses parâmetros na integridade da superfície. Finalmente, realizaram-se os ensaios de usinagem em corpos-de-prova de ferro fundido nodular com carboneto, nos diâmetros de 80 mm e 140mm. Durante os ensaios de torneamento empregaram-se duas velocidades de corte (60 m/min e 180 m/min), dois avanços (0,1 mm/rev e 0,3 mm/rev) e duas profundidades de corte (0,2 mm e 0,3 mm). Após os ensaios de usinagem, foram realizadas: a avaliação das propriedades do material usinado (dureza e microestrutura), a análise de topografia da superfície usinada mediante avaliação da rugosidade, e a avaliação da influência dos parâmetros de usinagem na rugosidade. Encontrou-se uma dependência estatisticamente significativa da variação nas propriedades mecânicas dos corpos-de-prova em função da microestrutura, e mostraram-se os efeitos dessas variações em termos da integridade da superfície usinada. / In this work, the surface integrity of a ductile cast iron with carbides was studied during turning operations, considering the microstructural heterogeneity (volume fraction, size and morphology of the graphite and carbides) and the effect of the machining parameters (feed, cutting speed and depth of cut), based on a fractional factorial design 24-1. This work presents, initially, a literature review based on classic works on surface engineering, as an attempt to define the main concepts of surface integrity. Later, the results of preliminary test are described, which were conducted in order to define the process levels and the effects of these levels on the surface integrity. Finally, turning tests were conducted on specimens of ductile iron with carbides, at diameters of 80 and 140 mm. Two cutting speeds (60 m/min and 180 m/min), two feeds (0,1 mm/rev and 0,3 mm/rev) and two depths of cut (0,2 mm and 0,3 mm) were selected during the tests. Machined specimens were analyzed in terms of the properties of the machined material (hardness and microstructure) and of the roughness of the machined surface. The effect of the machining parameters on the roughness was also studied. A statistically significant dependence was observed for the properties of the machined specimens as a function of the microstructure and the effect of these properties on the surface integrity is presented.

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.

Este trabalho está inserido em um projeto que procura estudar a viabilidade técnica da aplicação de um relativamente novo conceito de tratamento térmico, chamado de Têmpera e Partição (T&P), como alternativa para o processamento de ferros fundidos nodulares com alta resistência mecânica. O processo T&P tem por objetivo a obtenção de microestruturas multifásicas constituídas de martensita e austenita retida, estabilizada em carbono. A martensita confere elevada resistência mecânica, enquanto a austenita confere ductilidade. No processo T&P, após a austenitização total ou parcial da liga, o material é temperado até uma temperatura de têmpera TT entre as temperaturas Ms e Mf para produzir uma mistura controlada de martensita e austenita. Em seguida, na etapa de partição, o material é mantido isotermicamente em uma temperatura igual ou mais elevada (denominada temperatura de partição TP) para permitir a partição de carbono da martensita para a austenita. O carbono em solução sólida diminui a temperatura Ms da austenita, estabilizando-a à temperatura ambiente. O presente trabalho procurou estudar aspectos de transformações de fases -- com ênfase na evolução microestrutural e cinética das reações -- do tratamento térmico de Têmpera e Partição (T&P) aplicado a uma liga de ferro fundido nodular (Fe-3,47%C-2,47%Si-0,2%Mn). Tratamentos térmicos consistiram de austenitização a 880 oC por 30 min, seguido de têmpera a 140, 170 e 200 oC e partição a 300, 375 e 450 oC por até 2 h. A caracterização microestrutural foi feita por microscopia óptica (MO), eletrônica de varredura (MEV), difração de elétrons retroespalhados (EBSD) e análise de microssonda eletrônica (EPMA). A análise cinética foi feita por meio de ensaios de dilatometria de alta resolução e difração de raios X in situ usando radiação síncrotron. Resultados mostram que a ocorrência de reações competitivas -- reação bainítica e precipitação de carbonetos na martensita -- é inevitável durante a aplicação do tratamento T&P à presente liga de ferro fundido nodular. A cinética da reação bainítica é acelerada pela presença da martensita formada na etapa de têmpera. A reação bainítica acontece, a baixas temperaturas, desacompanhada da precipitação de carbonetos e contribui para o enriquecimento em carbono, e consequente estabilização, da austenita. Devido à precipitação de carbonetos na martensita, a formação de ferrita bainítica é o principal mecanismo de enriquecimento em carbono da austenita. A microssegregação proveniente da etapa de solidificação permanece no material tratado termicamente e afeta a distribuição da martensita formada na etapa de têmpera e a cinética da reação bainítica. Em regiões correspondentes a contornos de célula eutética são observadas menores quantidades de martensita e a reação bainítica é mais lenta. A microestrutura final produzida pelo tratamento T&P aplicado ao ferro fundido consiste de martensita revenida com carbonetos, ferrita banítica e austenita enriquecida estabilizada pelo carbono. Adicionalmente, foi desenvolvido um modelo computacional que calcula a redistribuição local de carbono durante a etapa de partição do tratamento T&P, assumindo os efeitos da precipitação de do crescimento de placas de ferrita bainítica a partir da austenita. O modelo mostrou que a cinética de partição de carbono da martensita para a austenita é mais lenta quando os carbonetos precipitados são mais estáveis e que, quando a energia livre dos carbonetos é suficientemente baixa, o fluxo de carbono acontece da austenita para a martensita. A aplicação do modelo não se limita às condições estudadas neste trabalho e pode ser aplicada para o planejamento de tratamentos T&P para aços. / The present work belongs to a bigger project whose main goal is to study the technical feasibility of the application of a relatively new heat treating concept, called Quenching and Partitioning (Q&P), as an alternative to the processing of high strength ductile cast irons. The aim of the Q&P process is to obtain multiphase microstructures consisting of martensite and carbon enriched retained austenite. Martensite confers high strength, whereas austenite confers ductility. In the Q&P process, after total or partial austenitization of the alloy, the material is quenched in a quenching temperature TQ between the Ms and Mf temperatures to produce a controlled mixture of martensite and austenite. Next, at the partitioning step, the material is isothermally held at a either equal or higher temperature (so called partitioning temperature TP) in order to promote the carbon diffusion (partitioning) from martensite to austenite. The present work focus on the study of phase transformations aspects -- with emphasis on the microstructural evolution and kinetics of the reactions -- of the Q&P process applied to a ductile cast iron alloy (Fe-3,47%C-2,47%Si-0,2%Mn). Heat treatments consisted of austenitization at 880 oC for 30 min, followed by quenching at 140, 170, and 200 oC and partitioning at 300, 375 e 450 oC up to 2 h. The microstructural characterization was carried out by optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), backscattered diffraction (EBSD), and electron probe microanalysis (EPMA). The kinetic analysis was studied by high resolution dilatometry tests and in situ X-ray diffraction using a synchrotron light source. Results showed that competitive reactions -- bainite reaction and carbides precipitation in martensite -- is unavoidable during the Q&P process. The bainite reaction kinetics is accelerated by the presence of martensite formed in the quenching step. The bainite reaction occurs at low temperatures without carbides precipitation and contributes to the carbon enrichment of austenite and its stabilization. Due to carbides precipitation in martensite, growth of bainitic ferrite is the main mechanism of carbon enrichment of austenite. Microsegregation inherited from the casting process is present in the heat treated material and affects the martensite distribution and the kinetics of the bainite reaction. In regions corresponding to eutectic cell boundaries less martensite is observed and the kinetics of bainite reaction is slower. The final microestructure produced by the Q&P process applied to the ductile cast iron consists of tempered martensite with carbides, bainitic ferrite, and carbon enriched austenite. Additionally, a computational model was developed to calculate the local kinetics of carbon redistribution during the partitioning step, considering the effects of carbides precipitation and bainite reaction. The model showed that the kinetics of carbon partitioning from martensite to austenite is slower when the tempering carbides are more stable and that, when the carbides free energy is sufficiently low, the carbon diffuses from austenite to martensite. The model is not limited to the studied conditions and can be applied to the development of Q&P heat treatments to steels.

As indústrias que desenvolvem motores de combustão interna têm como preocupação atual prover motores que sejam cada vez menos poluentes, uma vez que a preocupação com a preservação do meio ambiente é intensa em todo o mundo. No entanto, com o desenvolvimento de novas tecnologias destinadas à redução das emissões, a condensação dos gases, provenientes da combustão, está sendo promovida dentro das câmaras de combustão dos veículos. Ácidos, como sulfúrico e nítrico, são gerados pela condensação destes gases. Esta condensação está associada às altas taxas de recirculação de gases de escape, conhecido como EGR, (termo em inglês para Exhaust Gas Recirculation). Consequentemente, problemas de corrosão nos componentes do motor estão aumentando, especialmente em camisas de cilindro em ferro fundido. Neste estudo, foi investigada a resistência à corrosão de dois ferros fundidos, um de microestrutura perlítica e o outro com microestrutura bainítica, em soluções de condensado natural e sintético de motores movidos a diesel. Os resultados foram associados às microestruturas e as composições químicas dos materiais estudados. Resultados de testes de imersão e ensaios de espectroscopia de impedância eletroquímica, bem como de curvas de polarização potenciodinâmicas, indicaram que os dois materiais não apresentam resistência à corrosão nos meios de ensaio adotados. O ataque intenso da matriz observado em ambos os materiais observado pelos ensaios de imersão, mostraram a atuação do mecanismo eletroquímico de corrosão por grafitização. Este mecanismo causa o ataque localizado e destrutivo da matriz de ferrita (-Fe), que funciona como anodo enquanto as grafitas atuam como áreas catódicas. Enquanto em meio ácido não foi possível observar uma diferenciação entre os dois tipos de ferros fundidos estudados, em meio neutro e aerado, o ferro fundido bainítico mostrou resistência à corrosão superior à do ferro fundido perlítico. / The industries that develop internal combustion engines have the current concern on providing less polluting engines, due to the worldwide apprehension on the environment preservation. However, with the development of new technologies to reduce emissions, condensation of gases from combustion is being promoted within the combustion chambers of vehicles. Acids, such as sulfuric and nitric, are generated by these gases condensation. This condensation is associated with high rates of exhaust gas recirculation, known as EGR, (the English term for Exhaust Gas Recirculation). Consequently, corrosion problems of engine components are increasing, especially in cylinder liners made with cast iron. In this study, the corrosion resistance of two cast irons, one with a pearlitic microstructure and the other with a bainitic one, has been investigated in the natural solution obtained by condensation of the gases from diesel engines combustion or in a synthetic solution that simulates the composition of the condensate gases. The results were associated with the chemical compositions and microstructures of the materials studied. The results of immersion tests and electrochemical impedance spectroscopy tests, as well as potentiodynamic polarization curves, indicated that both materials do not exhibit significant differences in their corrosion resistance in the solutions adopted for testing. The intense attack of the matrix observed during immersion tests showed the electrochemical corrosion mechanism of graphitization in both materials. This mechanism causes localized attack of the ferrite matrix ( -Fe), which acts as the anodic areas whereas the graphite act as the cathodic ones. Though in acid medium has not been possible to observe a distinction between the corrosion resistance of the two types of cast irons studied, in neutral and aerated environment, the bainitic cast iron showed higher corrosion resistance comparatively to the pearlitic cast iron .