Os óleos vegetais vêm sendo estudados como substitutos aos minerais em várias aplicações industriais, em particular no resfriamento de aços, no processo de tratamento térmico de têmpera. Este trabalho trata do estudo das características de viscosidade e propriedades de resfriamento de óleos vegetais e de formulações feitas a partir desses óleos com diésteres: Bis (2-etilhexil) adipato DOA, Bis (2-etilhexil) sebacato DOS e Diiso Tridecil adipato DITA, nas proporções de 2,5% e 5,0% (m/m). Realizou-se também nos óleos vegetais, sem aditivos, uma avaliação prévia da estabilidade oxidativa feita por RMN, baseando-se nas proporções de ácidos graxos saturados e insaturados presentes na cadeia. Avaliações foram também feitas para formulações com óleo de soja após o processo de envelhecimento acelerado. Os resultados indicaram como sendo o óleo de coco, o de maior estabilidade oxidativa. Os óleos de amendoim e soja apresentaram menores variações de viscosidade com a temperatura, caracterizados pelos menores valores do coeficiente de Walther (B). Das formulações estudadas, no estado não oxidado, a adição de 2,5% de DOS ao óleo de soja foi a que proporcionou maiores taxas máximas e camada de vapor menos estável. Após a oxidação de 48 horas, a composição de óleo de soja adicionado a 5,0% de DOA foi a que sofreu menores alterações comparadas do estado não oxidado. / Vegetable oils have been studied in the replacement of mineral oils in many industrial applications particularly on the quenching steel in the heat treatment process. This work presents studies conducted to vegetable oils in terms of viscosity characteristics and cooling behavior. Such studies incorporate also formulations on vegetable oil based by diesters additions [Bis (2-etylhexyl) Adipate - DOA, Bis (2-etylhexyl) Sebacate DOS, Diiso Trydecil Adipate DITA] in the proportions of 2.5 and 5.0 % (m/m). Oxidation stability was evaluated by NMR performed in the vegetable oil without diesters additions. This evaluation was based in the satured and insatured compounds presented in the vegetable oil chain. Similar evaluations were also performed for formulations based on the soybean oil, before and after the accelerated oxidation tests. Results indicated coconut oil as the most stable in terms of oxidation. Peanut oil and soybean oil shown minor alterations on the viscosity values when the raise of temperature, since they presented lower Walther coefficient (B). Comparing the formulations soybean oil based in the not oxidized condition, the addition of 2,5% DOS was that shown greater maximum cooling rates (CRmax) and less stable vapour phase. After accelerated oxidation tests (48 hours), formulation with 5% DOA (soybean oil based) was that presented minor variations in terms of cooling parameters compared with not oxidized condition.

Heat treatment can be defined as a combination of heating and cooling operations applied to a metal or alloy in solid state. It is an important manufacturing process, which controls the mechanical properties of metals, therefore contributes to the product quality. Computerized Heat Treatment Planning System for Quenching and Tempering (CHT-q/t), a windows based stand alone software, is developed to assist the heat treatment process design. The goal of CHT-q/t is to predict the temperature profile of load in batch as well as continuous furnace during heating, quenching and tempering of steel, then to predict the mechanical properties as Quenched & Tempered, and finally to optimize the heat treatment process design. The thesis reviews existing heat treating simulation software and identifies the industrial need of a software tool which integrates part load and furnace model with heat treating process. The thesis discusses cooling curve of specimen and Time Temperature Transformation (TTT) diagram to determine the microstructure evolution and subsequently the mechanical properties of steel after quenching. An extensive database has been developed to support the various function modules. The thesis focuses mainly in the TTT and quenchant database development, property prediction after quenching and tempering and the implementation of software. The properties determined in the thesis are hardness, ultimate tensile strength, yield strength, toughness and percentage elongation. Hardness has been predicted by the use of some well known analytical equations and the TTT database, finally regression analysis has been used to give the value as a function of carbon percentage and volume fraction of martensite. The other mechanical properties are calculated based on a relation of hardness and volume fraction of martensite. Various case studies were performed to show the application of CHT-bf and CHT-cf at Bodycote Thermal Processing, Worcester & Waterbury. The objective behind the case studies was to study the effect of change in load arrangement, production rate and cycle time on the heat treated parts and finally to give recommendations in order to save energy and improve productivity and quality.

"The performance of a series of mineral oil based quenchants has been investigated using the CHTE Quench Probe System and probe tips of 4140 steel to determine the cooling rate, heat transfer coefficient, Hardening Power (HP) and Tamura’s V indices in terms of the physical properties of quenchants; e.g. viscosity and oil start temperature. The Quench Factor, Q, was also calculated in terms of the hardness of the quenched parts. The lumped parameter approximation was used to calculate the heat transfer coefficient as a function of temperature during quenching. The results revealed that the maximum cooling rate increases with decrease in quenchant viscosity. As viscosity increases, Tamura’s V is nearly constant, while the HP decreases. For the selected oils, cooling ability of quenching oil increases with the increase in oil operating temperature, reaches a maximum and then decreases. The heat transfer coefficient increases with the increase in hardening power and maximum cooling rate. As the viscosity increases, the quench factor increases, which indicates the cooling ability of the oil decreases since the higher quench factor means the lower cooling ability of the oil. The hardness decreases with the increase in quench factor. Also the effect of surface oxides during quenching in commercial oils is studied. It was found that for 4140 steel probes the formation of oxide in air increases the cooling rate and heat transfer coefficient, the cooling rate curve of 4140 steel probe heated in argon shows clear Leidenfrost temperature, the oxide layer may require a significant thickness to cause the decrease in heat transfer coefficient. For 304 stainless steel probes the cooling rate and heat transfer coefficient are quite similar in air and in argon."

As propriedades mecânicas de componentes metálicos são influenciadas pela microestrutura que muitas vezes é determinada pelo ciclo de tratamento térmico submetido. No tratamento térmico de têmpera de aço: água, óleos, soluções poliméricas e soluções salinas podem ser utilizados como meio de resfriamento que apresentam diferentes características nos mecanismos de resfriamentos. Por exemplo, quando a água é usada como um meio de resfriamento uma estável camada de vapor é formada ao redor do metal em alta temperatura, resultando em uma transferência de calor não uniforme durante o processo de resfriamento, que geralmente é responsável por distorções e falhas no material. A adição de sal pode reduzir ou inibir a formação da camada de vapor melhorando a uniformidade de transferência de calor durante o resfriamento. Este trabalho objetiva-se em investigar o desempenho em resfriamento de diferentes soluções iônicas (NaCl, NaOH, NaNO2, Na2SO4, NaHCO3) variando-se a concentração, temperatura (25, 35 e 45°C) e agitação do meio (0, 500 e 800 rpm) e a sua utilização na têmpera de um aço de baixa temperabilidade. A caracterização destes meios e a influência de fatores externos foi realizada por meio de curvas de resfriamento, taxa de resfriamento, coeficiente de transferência de calor e fluxo de calor. A resposta a têmpera foi realizada em um aço SAE 1045 nas condições menos severas de resfriamento e caracterizada pelas medidas de dureza e avaliação metalográfica. A utilização de soluções iônicas, em geral, mostrou-se ser efetiva na inibição da camada de vapor, no aumento da extração de calor elevando-se as taxas de resfriamento e mantendo-se um alto fluxo de calor durante a maior parte da queda de temperatura, o que resulta em uma homogeneidade de resfriamento capaz de evitar distorções. Essas soluções mostraram-se ser capazes de temperar o aço SAE 1045. / The mechanical properties of steel components are influenced by the microstructure that is determined by the heat treatment cycle. In the quenching of the steel: water, oil, aqueous polymer solutions and aqueous salt solutions (brine) can be used as quenchants that exhibit different characteristic on cooling mechanisms. For example: when water is used as the cooling media, a stable vapor film is formed around the hot component resulting in non-uniformity of surface heat transfer during the cooling process which is often responsible for distortion and cracking. Salt addition can reduce or inhibit vapor film formation enhancing the uniformity of heat transfer during the cooling. This work will investigate the cooling performance of different ionic solutions (NaCl, NaOH, NaNO2, Na2SO4, NaHCO3) varying concentration, temperature (25, 35 and 45°C) and agitation of the quenchants (0, 500 and 800 rpm) and their use on quenching a low hardenable steel. The description of these medium and the influence of external factors were made using cooling curves, cooling rates, heat transfer coefficients and heat flux. Samples of SAE 1045 steel were quenched and evaluated by hardness measures and metallography. The use of ionic solutions, in general, has proved to be effective in to inhibit the vapor blanket, to increase heat extraction and keeping a high heat flux during the most part of the drop of the temperature that results in a homogeneous cooling able to avoid distortions. These solutions were abele to quench SAE 1045 steel.

Os óleos vegetais vêm sendo estudados como substitutos aos minerais em várias aplicações industriais, em particular no resfriamento de aços, no processo de tratamento térmico de têmpera. Este trabalho trata do estudo das características de viscosidade e propriedades de resfriamento de óleos vegetais e de formulações feitas a partir desses óleos com diésteres: Bis (2-etilhexil) adipato DOA, Bis (2-etilhexil) sebacato DOS e Diiso Tridecil adipato DITA, nas proporções de 2,5% e 5,0% (m/m). Realizou-se também nos óleos vegetais, sem aditivos, uma avaliação prévia da estabilidade oxidativa feita por RMN, baseando-se nas proporções de ácidos graxos saturados e insaturados presentes na cadeia. Avaliações foram também feitas para formulações com óleo de soja após o processo de envelhecimento acelerado. Os resultados indicaram como sendo o óleo de coco, o de maior estabilidade oxidativa. Os óleos de amendoim e soja apresentaram menores variações de viscosidade com a temperatura, caracterizados pelos menores valores do coeficiente de Walther (B). Das formulações estudadas, no estado não oxidado, a adição de 2,5% de DOS ao óleo de soja foi a que proporcionou maiores taxas máximas e camada de vapor menos estável. Após a oxidação de 48 horas, a composição de óleo de soja adicionado a 5,0% de DOA foi a que sofreu menores alterações comparadas do estado não oxidado. / Vegetable oils have been studied in the replacement of mineral oils in many industrial applications particularly on the quenching steel in the heat treatment process. This work presents studies conducted to vegetable oils in terms of viscosity characteristics and cooling behavior. Such studies incorporate also formulations on vegetable oil based by diesters additions [Bis (2-etylhexyl) Adipate - DOA, Bis (2-etylhexyl) Sebacate DOS, Diiso Trydecil Adipate DITA] in the proportions of 2.5 and 5.0 % (m/m). Oxidation stability was evaluated by NMR performed in the vegetable oil without diesters additions. This evaluation was based in the satured and insatured compounds presented in the vegetable oil chain. Similar evaluations were also performed for formulations based on the soybean oil, before and after the accelerated oxidation tests. Results indicated coconut oil as the most stable in terms of oxidation. Peanut oil and soybean oil shown minor alterations on the viscosity values when the raise of temperature, since they presented lower Walther coefficient (B). Comparing the formulations soybean oil based in the not oxidized condition, the addition of 2,5% DOS was that shown greater maximum cooling rates (CRmax) and less stable vapour phase. After accelerated oxidation tests (48 hours), formulation with 5% DOA (soybean oil based) was that presented minor variations in terms of cooling parameters compared with not oxidized condition.

A distorção em tratamento térmico é a maior causa dos problemas na indústria. Existem vários parâmetros que compõem esse fenômeno. Com o avanço da tecnologia, a medição de algumas variáveis intrínsecas ao fenômeno da distorção se tornou possível, auxiliando no melhor conhecimento do processo o que resulta na diminuição do retrabalho e sucata na indústria. A concretização de melhoria em processos produtivos já é uma realidade; que se tornou possível com a diminuição dos limites de padronização e com processos de produção bem definidos e simplificados. Estudos localizados em determinados produtos específicos, bem como os seus meios de resfriamentos estão em constante evolução, tornando possível a troca de informação e tecnologia, auxiliando na diminuição dos desperdícios e contribuindo para a mitigação dos impactos ambientais. Esse trabalho visa estudar as distorções produzidas em aços AISI 5160 e AISI 6150, com corpos de prova sensíveis a distorção, variando alguns fatores como, mudança em três níveis de temperatura e em três níveis de agitação em óleo mineral convencional; os quais fazem parte do processo produtivo na indústria. Variando as temperaturas do meio de resfriamento e a agitação do banho, é possível determinar com o auxílio estatístico, metalográfico, das curvas de resfriamento e das curvas das taxas de resfriamento quais são as variáveis que tem influência na distorção. Esses resultados mostraram que a agitação e a temperatura do meio líquido de resfriamento são parâmetros imprescindíveis de controle para uma uniformidade da têmpera para a obtenção das características desejáveis. / The heat treatment distortion is the biggest cause of problems at companies. There are many parameters which cause this phenomenon. Studies in specific products, as well as in the quenchants are always progressing what became possible the dissemination of information and also the technology, helping to decreasing of waste and to improve environment. With the technology improvement, distortion phenomenon has become well known, resulting in better control of variables decreasing scrap metal and rework. However, this subject still needs to be investigated. In his context, this work studies the distortion phenomenon in two different steels (AISI 5160 and AISI 6150) under variable conditions of the cooling. Mineral oil quenchant in three bath temperatures and three agitation levels were used in this work. Changing those parameters it was possible to determinate which conditions would promote worst results in terms of distortion. Statistics studies, cooling curves analysis and metallographic observation offered support for the obtained conclusion.

A distorção em tratamento térmico é a maior causa dos problemas na indústria. Existem vários parâmetros que compõem esse fenômeno. Com o avanço da tecnologia, a medição de algumas variáveis intrínsecas ao fenômeno da distorção se tornou possível, auxiliando no melhor conhecimento do processo o que resulta na diminuição do retrabalho e sucata na indústria. A concretização de melhoria em processos produtivos já é uma realidade; que se tornou possível com a diminuição dos limites de padronização e com processos de produção bem definidos e simplificados. Estudos localizados em determinados produtos específicos, bem como os seus meios de resfriamentos estão em constante evolução, tornando possível a troca de informação e tecnologia, auxiliando na diminuição dos desperdícios e contribuindo para a mitigação dos impactos ambientais. Esse trabalho visa estudar as distorções produzidas em aços AISI 5160 e AISI 6150, com corpos de prova sensíveis a distorção, variando alguns fatores como, mudança em três níveis de temperatura e em três níveis de agitação em óleo mineral convencional; os quais fazem parte do processo produtivo na indústria. Variando as temperaturas do meio de resfriamento e a agitação do banho, é possível determinar com o auxílio estatístico, metalográfico, das curvas de resfriamento e das curvas das taxas de resfriamento quais são as variáveis que tem influência na distorção. Esses resultados mostraram que a agitação e a temperatura do meio líquido de resfriamento são parâmetros imprescindíveis de controle para uma uniformidade da têmpera para a obtenção das características desejáveis. / The heat treatment distortion is the biggest cause of problems at companies. There are many parameters which cause this phenomenon. Studies in specific products, as well as in the quenchants are always progressing what became possible the dissemination of information and also the technology, helping to decreasing of waste and to improve environment. With the technology improvement, distortion phenomenon has become well known, resulting in better control of variables decreasing scrap metal and rework. However, this subject still needs to be investigated. In his context, this work studies the distortion phenomenon in two different steels (AISI 5160 and AISI 6150) under variable conditions of the cooling. Mineral oil quenchant in three bath temperatures and three agitation levels were used in this work. Changing those parameters it was possible to determinate which conditions would promote worst results in terms of distortion. Statistics studies, cooling curves analysis and metallographic observation offered support for the obtained conclusion.