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

[pt] Neste trabalho foram estudadas as modificações na resistência à fratura do aço grau R4, largamente adotado na fabricação de componentes estruturais para sistemas de ancoragem de unidades offshore, através de variações microestruturais. Após a fabricação industrial de elos de amarras, corpos de prova para ensaios de tração e CTOD foram usinados do material. A primeira etapa do procedimento experimental consistiu em tratamentos térmicos de têmpera e revenido, com diferentes temperaturas de austenitização (860, 880, 900, 920 e 940(graus)C) e mantendo-se fixa a temperatura de revenido (680(graus)C). Com base nos resultados de CTOD de carga máxima apresentados pelo material, passou-se para a segunda etapa experimental, na qual foi adotada a temperatura de austenitização admitida como ótima na primeira etapa (900(graus)C) e variando-se as temperaturas de revenido (650, 660, 670, 680, 690 e 700(graus)C). Na primeira etapa, os resultados demonstraram que, com o aumento da temperatura de austenitização (860, 880 e 900(graus)C), houve um aumento da resistência à fratura do material. No entanto, os valores praticamente não variaram a partir das temperaturas mais altas (920 e 940(graus)C). Na segunda etapa, os valores do CTOD aumentaram com o aumento da temperatura de revenido, atingindo um valor máximo a 680 (graus)C. Para temperaturas superiores (690 e 700(graus)C) a tenacidade do material sofreu uma pequena redução. As variações da tenacidade do aço grau R4, em ambas as etapas experimentais, foram associadas com as microestruturas obtidas nos respectivos tratamentos térmicos. / [en] A study has been made concerning changes in the fracture resistance of the grade R4 steel, largely used for manufacturing offshore mooring structural components, due to microstrutural variations. After the industrial manufacturing of chain links, specimens for tensile and CTOD tests were machined from the material. The first part of the experimental procedure was related to quenching and tempering heat treatments making use of different austenizing temperatures (860, 880, 900, 920 and 940(Degrees)C) and tempering at a given temperature (680(Degrees)C). On the basis of the CTOD at the maximum load presented by the material, the second experimental part was started, in which the optimal austenitizing temperature obtained in the first part (900(Degrees)C) was adopted and different tempering temperatures (650, 660, 670, 680, 690 and 700(Degrees)C) were selected. According to the CTOD testing carried out during the first experimental part, the fracture resistance of the material has increased when increasing the austenitizing temperature (860, 880 and 900(Degrees)C). However, the material`s toughness did not change significantly when quenching from the highest temperatures (920 and 940(Degrees)C). In the second experimental part, the CTOD values increased when increasing the tempering temperature, reaching a maximum value for 680(Degrees)C. Concerning the highest temperatures (690 and 700(Degrees) C) the fracture resistance of the material presented a slight reduction. The changes in the fracture resistance of the grade R4 steel, in both experimental parts, were associated with the microstrutural characteristics of the heat treatments.

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

[pt] Os aços de alta resistência e baixa liga (ARBL) pertencem a uma classe de aços que desperta o interesse de pesquisadores da área metal-mecânica. A pesquisa teve como objetivos estudar a influência dos tratamentos térmicos de têmpera e revenido sobre as propriedades do aço SAE 4140 e avaliar o comportamento do aço SAE 4140 quando submetido ao revenido na faixa de temperatura característica da fragilização. Inicialmente, o material foi tratado termicamente sob diferentes condições de têmpera e revenido. Após a usinagem dos corpos de prova, foram realizados ensaios de tração e energia ao impacto, bem como caracterizações microestruturais e fractográficas. Os resultados mostraram que as propriedades mecânicas do aço SAE 4140 foram influenciadas pelos parâmetros de revenido, em particular temperatura, além do tempo de permanência no forno antes do resfriamento. / [en] The high strength and low alloy steels (HSLA) belong to a class of steels in which researchers of the metal-mechanic area have particular interest. The aim of this work is to verify the influence of quenching and tempering heat treatments on the properties of the SAE 4140 steel as well as to evaluate its behaviour when subjected to tempering in a temperature range associated with the material´s embrittlement. At first, the material was heat treated according with different quenching and tempering conditions. In the sequence, specimens machined from the treated material were subjected to tensile and impact energy tests and characterized by microstructural and fractographic analysis. The results showed that the mechanical properties of the material were influenced by the tempering parameters, specially temperature and time of treatment as well as the permanence time of the specimens in the furnace before cooling.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Capa-Introducao.pdf: 151731 bytes, checksum: 85462ba1c7359a14191412d891696a53 (MD5) Previous issue date: 2011-07-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Secondary graphitization in ductile cast iron occurs in quenched and tempered irons for long times. Usually the phenomenon is prevented since decreases mechanical properties of the material. On the other hand, cast irons with high graphite particles number present good resistance to hydrogen embrittlement.This work presents the development of secondary graphitization in gray cast iron. Samples of special compositions of gray iron, with high silicon content and low Cr content (2,56% Si and 0,025% Cr; 2,80% Si and 0,03% Cr), were casted. The heat treatment for graphitization consisted in austenitizing and quenching, in order to obtain a martensite matrix, susceptible to secondary graphite nodule development, and then tempering. For each composition, two austenitizing temperatures were defined, for the higher Si composition, 850° and 900°C and, for the lower Si composition, 900° and 950°C. The tempering temperatures were 600° and 650°C for periods of 2, 5 and 7 hours. The highest secondary graphite nodule number found were 261 nodules per mm2, from the higher Si composition sample, austenitized at 950°C and tempered at 650°C for 5 hours. The results show higher number of graphite nodules and secondary graphite volume for higher austenitizing temperatures. As the tempering time increased, martensite tempers and, then, a ferrite matrix takes place with spheroidal cementite particles. Cementite transforms to ferrite and small graphite particles. In the sequence, the particles grow and coalesce, aggregating higher graphite volume. The reaction controlling factor is the carbon diffusion. The nodules morphology is similar to the morphology of malleable iron graphite particles. The nodule numbers reveals a peak at about 5 hours of tempering for the majority of composition and heat treating combinations. After this time, small nodules reprecipitate over the larger ones. The preferable sites for secondary graphite nodules formation were regions far from primary graphite veins, interdendritic and inside the eutectic cells. The secondary graphite precipitation over the primary graphite was also observed. The secondary graphite volume increases with tempering time. / A grafitização secundária em ferro fundido nodular é obtida após tratamento de têmpera seguido de revenido por longos períodos. Geralmente, o fenômeno é evitado, pois reduz as propriedades mecânicas do material. Por outro lado, ferros fundidos com grande número de partículas de grafita apresentam boa resistência à fragilização por hidrogênio. O presente trabalho trata do estudo da formação de grafita secundária em ferro fundido cinzento Duas composições de ferro fundido cinzento com alto teor de Si e baixo teor de Cr (2,56% de Si e 0,025% de Cr; 2,80% de Si e 0,03% de Cr), foram fundidas. O tratamento térmico para a grafitização consistiu em austenitização e têmpera, para a obtenção de matriz martensítica, mais propensa à formação de nódulos de grafita secundária, e posterior revenido. Para cada material, duas temperaturas de austenitização foram escolhidas, a saber, para o material de menor teor de Si, 850° e 900°C e, para o de maior, 900° e 950°C. As temperaturas de revenido foram definidas como 600° e 650°C por tempos de 2, 5 e 7 horas. O maior número de nódulos de grafita secundária encontrado foi o de 261 nódulos por mm2, da amostra de composição de maior teor de Si, austenitizada a 950°C, revenida a 650°C, por 5 horas. Os resultados mostram maior formação de nódulos de grafita secundária, bem como maior volume grafitizado, para maiores temperaturas de austenitização. Com o passar do tempo do revenido, tem-se martensita revenida e, então, esta dá lugar à matriz ferrítica com carbonetos esferoidizados. A cementita transforma-se em ferrita e pequenas partículas de grafita. Com o tempo, as partículas crescem e coalescem, agregando maior volume grafitizado. O mecanismo controlador dessa reação de grafitização é a difusão de carbono. A morfologia dos nódulos é similar à das partículas de grafita de ferro maleável. O número de nódulos mostra um pico em cerca de 5 horas de revenido para a maioria das combinações de composição e tratamento térmico. Após esse período, os pequenos nódulos reprecipitam sobre os maiores. Os locais preferenciais para a formação de nódulos de grafita secundária são regiões distantes de lamelas de grafita, interdendríticas e no interior de células eutéticas. Foi possível observar a precipitação de grafita secundária também sobre as lamelas de grafita primária. O volume grafitizado é crescente com o tempo de revenido.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:36:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bruno Ozi Silva Rosalin de Oliveira.pdf: 13422716 bytes, checksum: f7a9b0a01c36feca00f6569994ff6f8d (MD5) Previous issue date: 2011-02-15 / This work has as main objective the determination of mechanical behavior, specially the impact resistance of martensitic structures based on carbon and on alloyed steels. The main concern is the response of these alloys when tempering at low temperatures (below 180°C). Heat treatments were performed by quenching in water and oil in order to determine the severity of the medium through testing the hardness, impact, micrographic and fractographic analysis. The SAE1045 and SAE4140 steels were also subjected to heat treatment tempering at low temperatures, 100°C, 140°C and 180°C, to verify the increase of toughness and possible changes in microstructure of these materials. It was the largest recorded hardenability of SAE4140 steel over SAE1045 steel, in agreement with the literature, through the results of hardness and micrographic analysis performed. The quenching in oil of the SAE4140 steel showed a predominantly martensitic microstructure which generated a hardness greater than SAE1045 steel showed a microstructure of martensite with islands of fine pearlite and ferrite. At all the tempering carried out for SAE1045 stel there is an increase in absorbed energy on impact with increasing temperature, and that these low-temperature tempering have significant influences on the material toughness. The tempering have higher increases of energy absorption and lateral expansion of SAE1045 steel in the conditions of quenching in water than in quenching in oil. For SAE4140 steel quenching in water (not very usual in practice) generated cracks in some specimens, since tempering in oil gave high values of absorbed energy during impact and showed no significant changes in the low-temperature tempering. It follows that for SAE1045 steel the low tempering temperature cause a significant increase in material toughness regardless of the quenching medium, however for tempering SAE4140 steel in water makes it impossible to evaluate because of the cracks generated in the coolong and quenching in oil no improvement in toughness can be observed. / Este trabalho tem como principal objetivo a determinação do comportamento mecânico, mais especificamente a resistência ao impacto, de estruturas martensíticas baseadas em aços ao carbono e ligados. A preocupação principal é a resposta dessas ligas quando revenidas em temperaturas baixas (inferior a 180°C). Foram realizados os tratamentos térmicos de têmpera em água e óleo com o intuito de verificar a severidade do meio através dos ensaios de dureza, impacto, análise micrográfica e fractográfica. Os aços SAE1045 e SAE4140 também foram submetidos aos tratamentos térmicos de revenimento a baixas temperaturas, 100°C, 140°C e 180°C, para verificação do aumento da tenacidade e possíveis alterações microestruturais desses materiais. Foi verificada a maior temperabilidade do aço SAE4140 em relação ao aço SAE1045, em concordância com a literatura, através dos resultados de dureza e da análise micrográfica realizada. Na têmpera em óleo o aço SAE4140 apresentou uma microestrutura predominantemente martensítica o que gerou uma dureza superior a do aço SAE1045 que apresentou uma microestrutura de martensita com ilhas de perlita fina e ferrita. Nos revenimentos realizados foi constatado que para o aço SAE1045 ocorre um aumento de energia absorvida no impacto com o aumento da temperatura, e que estes revenimentos a baixa temperatura têm influências significativas sobre a tenacidade do material. Os revenimentos apresentam maiores aumentos de energia absorvida e expansão lateral no aço SAE1045 nas condições de têmpera em água do que na têmpera em óleo. Para o aço SAE4140 a têmpera em água (não muito usual na prática) gerou trincas em alguns corpos de prova, já a têmpera em óleo proporcionou valores elevados de energia absorvida no impacto e não mostrou alterações significativas nos revenimentos a baixa temperatura. Conclui-se que para o aço SAE1045 os revenimentos a baixa temperatura causam um aumento significativo na tenacidade do material independentemente do meio de têmpera; já para o aço SAE4140 a têmpera em água inviabiliza a avaliação devido as trincas geradas no resfriamento e para têmpera em óleo nenhuma melhoria na tenacidade pode ser observada.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-08-20T13:53:22Z No. of bitstreams: 1 WELLINGTON CORDEIRO OLIVEIRA - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2018.pdf: 8813868 bytes, checksum: a538ae4b12c154e17d31068945d4febb (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-20T13:53:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 WELLINGTON CORDEIRO OLIVEIRA - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2018.pdf: 8813868 bytes, checksum: a538ae4b12c154e17d31068945d4febb (MD5) Previous issue date: 2018-04-06 / Os aços ferramenta têm uma importante participação no mercado mundial no que se refere a engenharia. São usados na indústria metal-mecânica como ferramentas de corte, moldes, punções, entre outras aplicações. Devido a sua grande importância, é imprescindível discutir a relação entre a microestrutura e as propriedades mecânicas, devido ser uma prática comum na indústria especificar os tratamentos térmicos com base principalmente na dureza final do material, sem considerar que para um mesmo valor de dureza um aço ferramenta pode apresentar diferentes propriedades mecânicas, isto dependendo do ciclo de tratamento térmico aplicado. Logo, a seleção do tratamento térmico é um aspecto tecnológico relevante no desempenho destes aços. Tendo em vista a vasta possibilidade de propriedades mecânicas obtidas (tenacidade a fratura) com diferentes tratamentos térmicos, esse trabalho teve como objetivo especificar um aço ferramenta nacional e um conjunto de parâmetros de tratamento térmico que possibilite a utilização deste material como forma de substituição de um outro aço importado utilizado na confecção de lâminas de corte usadas no processamento de placas de chumbo. O aço selecionado para o desenvolvimento deste trabalho foi o aço AISI D6, a seleção desse aço foi feita tomando-se como base as características obtidas através de análises realizadas em campo e de microdureza e microestrutura das lâminas de corte já existentes no processo confeccionadas com aço importado. Com o aço selecionado em mãos, aplicou-se dois tratamentos térmicos diferentes de têmpera e revenido (um proposto pelo fabricante e outro proposto pelo trabalho em execução), onde avaliou-se o efeito dos tratamentos térmicos sobre as propriedades mecânicas e microestrutural do material. Através da análise dos resultados da relação entre dureza e tenacidade, constatou-se que para os dois tratamentos térmicos aplicados, não houve variações significativas das propriedades mecânicas do material, e que os dois tratamentos apresentaram resultados satisfatórios. O aço ferramenta nacional especificado apresentou-se como alternativa para substituição do aço importado utilizado atualmente. Testes obtidos em campo com a lâmina fabricada com o aço nacional especificado nesse estudo e que recebeu o tratamento térmico proposto pelo fabricante (FAB), corroboraram com a análise das propriedades, visto que se constatou aumento do tempo de vida de corte em mais de 30%. / The tool steels have an important participation in the world market with regard to engineering. They are used in the metal-mechanic industry as cutting tools, molds, punches, among other applications. Because of its great importance, it is essential to discuss the relationship between the microstructure and the mechanical properties, since it is a common practice in industry to specify thermal treatments based mainly on the final hardness of the material, without considering that for a same hardness value a steel tool may have different mechanical properties, depending on the heat treatment cycle applied. Therefore, the selection of heat treatment is a relevant technological aspect in the performance of these steels. Considering the wide possibility of mechanical properties obtained (fracture toughness) with different thermal treatments, this work had the objective of specifying a national tool steel and a set of thermal treatment parameters that allow the use of this material as a substitute for a another imported steel used in the manufacture of cutting blades used in the processing of lead plates. The steel selected for the development of this work was AISI D6 steel, the selection of this steel was made taking as a base the characteristics obtained through field analysis and microhardness and microstructure of the cutting blades already in the process made with steel imported. With the selected steel in hand, two different tempering and tempering treatments were applied (one proposed by the manufacturer and another proposed by the work in progress), where the effect of the thermal treatments on the mechanical and microstructural properties of the material was evaluated. By analyzing the results of the relationship between hardness and toughness, it was found that for the two thermal treatments applied, there were no significant variations of the mechanical properties of the material, and that both treatments presented satisfactory results. The specified national steel tool was presented as an alternative to replace the currently used imported steel. Field tests with the blade manufactured with the national steel specified in this study and that received the thermal treatment proposed by the manufacturer (FAB), corroborated with the analysis of the properties, as it was observed an increase in the cutting life time in more than 30 %.

Este trabalho tem por objetivo caracterizar e comparar as microestruturas de diferentes regiões de uma chapa de aço microligado para tubo API 5L X65, empregado no transporte de gás natural e petróleo, como recebido e submetido a tratamentos térmicos de austenitização e resfriamento contínuo sob diferentes taxas de resfriamento. O aço em estudo apresenta uma linha de segregação central, originada durante o processo de produção do aço. Corpos de prova de dilatometria foram usinados da região central e de outras regiões da chapa. As amostras foram previamente austenitizadas a 1200°C e temperadas em água, visando solubilizar grande parte dos precipitados presentes no aço. Após este tratamento, as amostras foram austenitizadas em um dilatômetro de têmpera a 950°C por 180s, e em seguida resfriadas nas seguintes taxas de resfriamento: 0,5°C/s, 1°C/s, 5°C/s, 10°C/s, 20°C/s, 30°C/s, 40°C/s, 50ºC/s e 60ºC/s. Valores de temperatura e tempo correspondentes a inflexões da curva dilatométrica foram obtidas e correlacionadas com a microestrutura, para cada taxa de resfriamento. Com base nesta análise foi traçado um diagrama de Transformação por Resfriamento Contínuo (TRC) do material. / This work aims to characterize and compare the microstructures of different regions of a plate of microalloyed pipeline steel that conforms to API 5L X65, employed in the transportation of natural gas and oil, as received and after being subjected to heat treatments of austenitization and continuous cooling under different cooling rates. The steel under study presents a central line of segregation that was originated during production. Specimens for dilatometry were machined from the central region and from different regions of the plate. The samples were austenitized at 1200°C and in quenched in water, with the purpose of solubilizing most of the precipitates in the steel. After the preliminary heat treatment, the specimens were austenitized at 950°C for 180s and cooled under the cooling rates: 0.5°C/s, 1°C/s, 5°C/s, 10°C/s, 20°C/s, 30°C/s, 40°C/s, 50ºC/s and 60ºC/s in a quench dilatometer. Values of temperature and time correspond of transformation for each rate of cooling were used for the determination of the Continuous Cooling Transformation (CCT) diagram.

Este trabalho tem por objetivo caracterizar e comparar as microestruturas de diferentes regiões de uma chapa de aço microligado para tubo API 5L X65, empregado no transporte de gás natural e petróleo, como recebido e submetido a tratamentos térmicos de austenitização e resfriamento contínuo sob diferentes taxas de resfriamento. O aço em estudo apresenta uma linha de segregação central, originada durante o processo de produção do aço. Corpos de prova de dilatometria foram usinados da região central e de outras regiões da chapa. As amostras foram previamente austenitizadas a 1200°C e temperadas em água, visando solubilizar grande parte dos precipitados presentes no aço. Após este tratamento, as amostras foram austenitizadas em um dilatômetro de têmpera a 950°C por 180s, e em seguida resfriadas nas seguintes taxas de resfriamento: 0,5°C/s, 1°C/s, 5°C/s, 10°C/s, 20°C/s, 30°C/s, 40°C/s, 50ºC/s e 60ºC/s. Valores de temperatura e tempo correspondentes a inflexões da curva dilatométrica foram obtidas e correlacionadas com a microestrutura, para cada taxa de resfriamento. Com base nesta análise foi traçado um diagrama de Transformação por Resfriamento Contínuo (TRC) do material. / This work aims to characterize and compare the microstructures of different regions of a plate of microalloyed pipeline steel that conforms to API 5L X65, employed in the transportation of natural gas and oil, as received and after being subjected to heat treatments of austenitization and continuous cooling under different cooling rates. The steel under study presents a central line of segregation that was originated during production. Specimens for dilatometry were machined from the central region and from different regions of the plate. The samples were austenitized at 1200°C and in quenched in water, with the purpose of solubilizing most of the precipitates in the steel. After the preliminary heat treatment, the specimens were austenitized at 950°C for 180s and cooled under the cooling rates: 0.5°C/s, 1°C/s, 5°C/s, 10°C/s, 20°C/s, 30°C/s, 40°C/s, 50ºC/s and 60ºC/s in a quench dilatometer. Values of temperature and time correspond of transformation for each rate of cooling were used for the determination of the Continuous Cooling Transformation (CCT) diagram.