No presente trabalho estudou-se a influência da extração de calor em lingotes de ferro fundido nodular de 140mm de comprimento e 30mm de diâmetro, com composição de: 3,6%C, 2,2%Si, 0,8%Mn e 0,05%Mg residual. Utilizando a técnica de solidificação unidirecional observou-se a variação no número de nódulos, forma e tamanho e na matriz, ao longo dos lingotes. Nas experiências realizadas, verificou-se uma extração de calor intermediária, entre coquilha em contato direto de 10mm de areia mais coquilha, em que a distribuição de nódulos, ao longo do lingote, sofreu uma grande variação, não notada em outros trabalhos. A mesma apresentou um mínimo nas proximidades da coquilha e um máximo a mais ou menos 9 mm de interface metal-coquilha. Observou-se também um relacionamento entre a variação de dureza e a matriz, com a extração de calor.

Este trabalho tem por objetivo a avaliação comparativa da resistência ao desgaste abrasivo e a resistência ao impacto Charpy de um ferro fundido nodular austemperado (temperaturas de austêmpera em 260 e 300 ºC), de um ferro fundido nodular temperado em óleo e revenido a 200 ºC, e de um ferro fundido branco com alto teor de Cr, temperado ao ar e revenido a 400 ºC. Para a caracterização dos ferros fundidos, foi utilizada microscopia óptica e ensaios mecânicos de tração e dureza. Na avaliação dos corpos-de-prova que sofreram teste de desgaste, foram avaliadas a perda de massa, rugosidade superficial, dureza Vickers e microscopia eletrônica de varredura na superfície desgastada. Para a avaliação da resistência ao impacto foi utilizado o ensaio Charpy e as superfícies de fratura foram observadas em microscópio eletrônico de varredura. Para os ensaios de desgaste, observou-se que até 120h de ensaio, o ferro fundido branco alto cromo apresentava menor perda de massa, se comparado com os demais materiais. A partir de 144h houve uma inversão de desempenho com o ferro fundido nodular austemperado a 300 ºC, apresentando menor taxa de desgaste até o final do ensaio em 196h. Nos resultados de impacto o material que apresentou maior tenacidade foi o Ferro fundido nodular austemperado a 300 ºC. No ensaio de desgaste acredita-se que foi a presença de austenita retida na microestrutura do austemperado a 300 ºC (superior aos demais) o fator decisivo. Para a resistência ao impacto, alem da quantidade de austenita retida, a baixa dureza do austemperado a 300 ºC e a baixa quantidade de grafita provocaram a maior resistência deste tipo fundido. / This work aims to evaluate the abrasive wear resistance and the charpy resistance of three different materials. The first one was an austempered ductile iron (austempering temperatures of 260 and 300 ºC), the second was a quenched and tempered ductile cast iron and the third was a white cast iron high chromium (quenched and tempered - 400 ºC). Optical microscopy, traction and hardness tests were employed in the mechanical characterization of the materials. In the wear test specimens the surface roughness, the Vickers hardness and SEM in the wasted surface were analyzed. In the evaluation of the impact resistance charpy tests were made and the fracture surfaces were analyzed with SEM. It was observed that, in the wear tests, the white cast iron high chromium samples presented the small's mass loss until 120 hours. Up to 144 hours the austempered ductile iron 300ºC samples presented the smaller mass loss. In the impact tests the austempered ductile iron 300ºC was also the material with higher toughness. In the wear tests, the higher level of retained austenite in the 300ºC austempered was the decisive factor. In the impact tests, the low hardness and low graphite amount, ally to the low retained austenite level, were the mainly factors acting in the higher resistance of the 300ºC austempered cast iron.

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Thesis (M.S.)--University of Wisconsin--Madison, 1984. / Typescript. eContent provider-neutral record in process. Description based on print version record. Includes bibliographical references.

O objetivo deste trabalho foi realizar o desenvolvimento dos parâmetros de tratamento térmico, de uma liga em ferro fundido austemperado ASTM 897/A 897M - 03 grau 2, para a produção de um suporte de molas de caminhão. O ferro fundido nodular austemperado, conhecido pela sigla na língua inglesa por ADI - Austempered Ductile Iron - trata-se de uma classe de ferro fundido nodular que, após o tratamento térmico de austêmpera sofre um significativo aumento de suas propriedades mecânicas, tenacidade e resistência à fadiga. A estrutura do material é composta de ferrita acicular e austenita retida, tal estrutura denominada de ausferrita confere ao material uma característica única que é a alta resistência mecânica e tenacidade. Foram realizadas três corridas de ferro fundido nodular ligado ao Cu, Mn, Mo e Ni para determinar os parâmetros de fusão e de tratamento térmico e para determinar os tempos e as temperatura de austenitização e de austêmpera que, contemplassem as propriedades mecânicas especificadas pelo projeto do suporte de molas. Os ensaios mecânicos e metalográficos demonstraram a grande influência que o nível de micro-rechupes tem no alongamento e resistência mecânica do material. Estes microrechupes foram sanados através da melhora da técnica e da qualidade da inoculação da liga de ADI. Uma vez resolvidos os problemas da matriz, concluiu-se que o material atinge as especificações da peça com uma temperatura de austenitização de 870 ºC por duas horas e uma temperatura de austêmpera de 330 ºC por duas horas e quarenta e cinco minutos. A análise das fraturas das amostras submetidas a ensaio de tração e que possuíam elevado alongamento revelou que o mecanismo de fratura foi dúctil devido à mínima presença de micro-rechupes e segregações na matriz metálica do material, além da presença de austenita retida com alto carbono na matriz do ADI. Por outro lado, corpos de prova com menores alongamentos possuíam além de regiões de fratura dúctil a presença de quaseclivagem e as fraturas sempre partiram de micro-rechupes presentes na matriz do material. Adicionalmente, foi realizada a curva de Wöhler, que resultou em um limite de fadiga do material entre 480 e 560 MPa, que é comparável a aços forjados, embora o material das amostras utilizadas não atingissem as especificações de resistência mecânica e alongamento especificadas pelo projeto do suporte de molas, o que sugere que o limite de fadiga do material pode ser ainda mais alto do que o obtido no ensaio. Finalmente, concluiu-se que a produção de ADI, necessita de maior controle em termos de fusão e tratamento térmico do que a indústria de fundição habitualmente costuma realizar na produção de ferro fundido nodular convencional. / The aim of the present work was to develop the heat treatment parameters of a Austempered Ductile Iron in accordance with ASTM 897 / A 897M - 03 Grade II, in order to produce an austempered spring bracket for truck. The Austempered Ductile Iron (ADI) is a class of Ductile Iron that after austempering heat treatment increases its mechanical properties, toughness and fatigue resistance. The material structure combines acicular ferrite and stabilized austenite by high carbon content and this structure gives the unique ADI property of high ultimate tensile stress and high toughness. It had melted three runs of ADI alloyed with Cu, Mn, Mo and Ni to find out the casting and heat treatment parameters in order to achieve the spring bracket specification. The mechanical and metallographic tests had shown the high influence of the solidification shrinkage level in terms of elongation and mechanical resistance of this material. The shrinkages were put under control by improvement of quality and technique of inoculation, when the melting iron was pouring into the sand mold. After the material matrix improvement by inoculation, the casting alloy achieved the specification by the following heat treatment parameters: austenitization temperature of 870 ºC during 120 minutes and austempering temperature of 330 ºC during 165 minutes. The fracture analysis of samples after tension test with highest elongation showed ductile fracture (dimples) due to the good matrix soundness and stabilized austenite in the material structure. On the other hand, samples with lowest elongation showed a mix of dimples and quasi-cleavage on the fracture surface. The crack every time had been starting in areas with micro shrinkage. Furthermore, it was carried out the endurance limit test (Wöhler) that resulted between 480 and 560 MPa; however the samples of the Wöhler test didn’t achieve the ASTM 897 / A 897M - 03 Grade II in terms of mechanical properties. This can be evidence that the endurance limit is higher than the results of this test. Finally, the conclusion was the ADI production needs strictly production parameter controls in terms of casting and heat treatment, if compared with ordinary ductile iron.

O objetivo deste trabalho foi realizar o desenvolvimento dos parâmetros de tratamento térmico, de uma liga em ferro fundido austemperado ASTM 897/A 897M - 03 grau 2, para a produção de um suporte de molas de caminhão. O ferro fundido nodular austemperado, conhecido pela sigla na língua inglesa por ADI - Austempered Ductile Iron - trata-se de uma classe de ferro fundido nodular que, após o tratamento térmico de austêmpera sofre um significativo aumento de suas propriedades mecânicas, tenacidade e resistência à fadiga. A estrutura do material é composta de ferrita acicular e austenita retida, tal estrutura denominada de ausferrita confere ao material uma característica única que é a alta resistência mecânica e tenacidade. Foram realizadas três corridas de ferro fundido nodular ligado ao Cu, Mn, Mo e Ni para determinar os parâmetros de fusão e de tratamento térmico e para determinar os tempos e as temperatura de austenitização e de austêmpera que, contemplassem as propriedades mecânicas especificadas pelo projeto do suporte de molas. Os ensaios mecânicos e metalográficos demonstraram a grande influência que o nível de micro-rechupes tem no alongamento e resistência mecânica do material. Estes microrechupes foram sanados através da melhora da técnica e da qualidade da inoculação da liga de ADI. Uma vez resolvidos os problemas da matriz, concluiu-se que o material atinge as especificações da peça com uma temperatura de austenitização de 870 ºC por duas horas e uma temperatura de austêmpera de 330 ºC por duas horas e quarenta e cinco minutos. A análise das fraturas das amostras submetidas a ensaio de tração e que possuíam elevado alongamento revelou que o mecanismo de fratura foi dúctil devido à mínima presença de micro-rechupes e segregações na matriz metálica do material, além da presença de austenita retida com alto carbono na matriz do ADI. Por outro lado, corpos de prova com menores alongamentos possuíam além de regiões de fratura dúctil a presença de quaseclivagem e as fraturas sempre partiram de micro-rechupes presentes na matriz do material. Adicionalmente, foi realizada a curva de Wöhler, que resultou em um limite de fadiga do material entre 480 e 560 MPa, que é comparável a aços forjados, embora o material das amostras utilizadas não atingissem as especificações de resistência mecânica e alongamento especificadas pelo projeto do suporte de molas, o que sugere que o limite de fadiga do material pode ser ainda mais alto do que o obtido no ensaio. Finalmente, concluiu-se que a produção de ADI, necessita de maior controle em termos de fusão e tratamento térmico do que a indústria de fundição habitualmente costuma realizar na produção de ferro fundido nodular convencional. / The aim of the present work was to develop the heat treatment parameters of a Austempered Ductile Iron in accordance with ASTM 897 / A 897M - 03 Grade II, in order to produce an austempered spring bracket for truck. The Austempered Ductile Iron (ADI) is a class of Ductile Iron that after austempering heat treatment increases its mechanical properties, toughness and fatigue resistance. The material structure combines acicular ferrite and stabilized austenite by high carbon content and this structure gives the unique ADI property of high ultimate tensile stress and high toughness. It had melted three runs of ADI alloyed with Cu, Mn, Mo and Ni to find out the casting and heat treatment parameters in order to achieve the spring bracket specification. The mechanical and metallographic tests had shown the high influence of the solidification shrinkage level in terms of elongation and mechanical resistance of this material. The shrinkages were put under control by improvement of quality and technique of inoculation, when the melting iron was pouring into the sand mold. After the material matrix improvement by inoculation, the casting alloy achieved the specification by the following heat treatment parameters: austenitization temperature of 870 ºC during 120 minutes and austempering temperature of 330 ºC during 165 minutes. The fracture analysis of samples after tension test with highest elongation showed ductile fracture (dimples) due to the good matrix soundness and stabilized austenite in the material structure. On the other hand, samples with lowest elongation showed a mix of dimples and quasi-cleavage on the fracture surface. The crack every time had been starting in areas with micro shrinkage. Furthermore, it was carried out the endurance limit test (Wöhler) that resulted between 480 and 560 MPa; however the samples of the Wöhler test didn’t achieve the ASTM 897 / A 897M - 03 Grade II in terms of mechanical properties. This can be evidence that the endurance limit is higher than the results of this test. Finally, the conclusion was the ADI production needs strictly production parameter controls in terms of casting and heat treatment, if compared with ordinary ductile iron.

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O objetivo deste trabalho foi realizar o desenvolvimento dos parâmetros de tratamento térmico, de uma liga em ferro fundido austemperado ASTM 897/A 897M - 03 grau 2, para a produção de um suporte de molas de caminhão. O ferro fundido nodular austemperado, conhecido pela sigla na língua inglesa por ADI - Austempered Ductile Iron - trata-se de uma classe de ferro fundido nodular que, após o tratamento térmico de austêmpera sofre um significativo aumento de suas propriedades mecânicas, tenacidade e resistência à fadiga. A estrutura do material é composta de ferrita acicular e austenita retida, tal estrutura denominada de ausferrita confere ao material uma característica única que é a alta resistência mecânica e tenacidade. Foram realizadas três corridas de ferro fundido nodular ligado ao Cu, Mn, Mo e Ni para determinar os parâmetros de fusão e de tratamento térmico e para determinar os tempos e as temperatura de austenitização e de austêmpera que, contemplassem as propriedades mecânicas especificadas pelo projeto do suporte de molas. Os ensaios mecânicos e metalográficos demonstraram a grande influência que o nível de micro-rechupes tem no alongamento e resistência mecânica do material. Estes microrechupes foram sanados através da melhora da técnica e da qualidade da inoculação da liga de ADI. Uma vez resolvidos os problemas da matriz, concluiu-se que o material atinge as especificações da peça com uma temperatura de austenitização de 870 ºC por duas horas e uma temperatura de austêmpera de 330 ºC por duas horas e quarenta e cinco minutos. A análise das fraturas das amostras submetidas a ensaio de tração e que possuíam elevado alongamento revelou que o mecanismo de fratura foi dúctil devido à mínima presença de micro-rechupes e segregações na matriz metálica do material, além da presença de austenita retida com alto carbono na matriz do ADI. Por outro lado, corpos de prova com menores alongamentos possuíam além de regiões de fratura dúctil a presença de quaseclivagem e as fraturas sempre partiram de micro-rechupes presentes na matriz do material. Adicionalmente, foi realizada a curva de Wöhler, que resultou em um limite de fadiga do material entre 480 e 560 MPa, que é comparável a aços forjados, embora o material das amostras utilizadas não atingissem as especificações de resistência mecânica e alongamento especificadas pelo projeto do suporte de molas, o que sugere que o limite de fadiga do material pode ser ainda mais alto do que o obtido no ensaio. Finalmente, concluiu-se que a produção de ADI, necessita de maior controle em termos de fusão e tratamento térmico do que a indústria de fundição habitualmente costuma realizar na produção de ferro fundido nodular convencional. / The aim of the present work was to develop the heat treatment parameters of a Austempered Ductile Iron in accordance with ASTM 897 / A 897M - 03 Grade II, in order to produce an austempered spring bracket for truck. The Austempered Ductile Iron (ADI) is a class of Ductile Iron that after austempering heat treatment increases its mechanical properties, toughness and fatigue resistance. The material structure combines acicular ferrite and stabilized austenite by high carbon content and this structure gives the unique ADI property of high ultimate tensile stress and high toughness. It had melted three runs of ADI alloyed with Cu, Mn, Mo and Ni to find out the casting and heat treatment parameters in order to achieve the spring bracket specification. The mechanical and metallographic tests had shown the high influence of the solidification shrinkage level in terms of elongation and mechanical resistance of this material. The shrinkages were put under control by improvement of quality and technique of inoculation, when the melting iron was pouring into the sand mold. After the material matrix improvement by inoculation, the casting alloy achieved the specification by the following heat treatment parameters: austenitization temperature of 870 ºC during 120 minutes and austempering temperature of 330 ºC during 165 minutes. The fracture analysis of samples after tension test with highest elongation showed ductile fracture (dimples) due to the good matrix soundness and stabilized austenite in the material structure. On the other hand, samples with lowest elongation showed a mix of dimples and quasi-cleavage on the fracture surface. The crack every time had been starting in areas with micro shrinkage. Furthermore, it was carried out the endurance limit test (Wöhler) that resulted between 480 and 560 MPa; however the samples of the Wöhler test didn’t achieve the ASTM 897 / A 897M - 03 Grade II in terms of mechanical properties. This can be evidence that the endurance limit is higher than the results of this test. Finally, the conclusion was the ADI production needs strictly production parameter controls in terms of casting and heat treatment, if compared with ordinary ductile iron.

Bibliography: pages 85-89. / A study has been made of the unlubricated sliding wear behaviour of austempered ductile irons under conditions of sliding velocity and load. The load was varied between 0.9 and 2.8 MPa, whilst the sliding velocity range was between 0.5 and 2.0 ms⁻¹. Two commercial grades of spheroidal graphite irons, SG42 and SG60 were austempered between 250⁰C and 400⁰C. A distinction in the wear behaviour was found with metallic type wear dominating at the lower sliding velocities and an oxidative type wear being evident at the higher sliding velocities. It was however found that an increase in the load resulted in an earlier onset of the oxidative type wear regime, for a specific sliding velocity. On austempering these spheroidal graphite irons the mechanical properties as well as the sliding wear resistance increased dramatically. Furthermore, the austempered irons' outperformed a series of steels of much higher hardness by factors between 2 and 28 times under the same conditions. At the lower velocity of testing the outstanding wear resistance is attributed to the austempered iron's unique microstructure of acicular ferrite and retained austenite and a partial transformation of austenite to martensite. However, at the higher sliding velocity the exceptional wear resistance is derived from a development of an tribologically protective oxide film together with the formation of a hardened white layer. The development of the work hardened layer is linked to the high carbon in the matrix of these irons. The work hardened layer leads to a similar wear rate prevailing for all irons austempered from a specific parent iron. The synergism of variation in load, sliding velocity and wear counterface together with the effect of initial microstructure has been explain in terms of simple wear models.

Title from PDF of title page (University of Missouri--Columbia, viewed on February 24, 2010). The entire thesis text is included in the research.pdf file; the official abstract appears in the short.pdf file; a non-technical public abstract appears in the public.pdf file. Dissertation advisor: Dr. Gary Stacey. Vita. Includes bibliographical references.