O presente trabalho tem por objetivo o estudo dos tratamentos termoquímicos comuns na indústria metalúrgica denominados: nitretação, nitrocarburação e carbonitretação com o auxílio da ferramenta conhecida como ‘termodinâmica computacional’. Com o uso de um aplicativo computacional e de um banco de dados compacto procurou-se primeiramente o perfeito entendimento dos processos, por exemplo, através da análise do efeito de variáveis como temperatura, pressão e composição das fases gasosa e condensada. A partir deste entendimento procurouse simular os tratamentos termoquímicos dentro de parâmetros conhecidos da prática industrial e, finalmente, procurou-se sugerir algumas outras atmosferas possíveis de serem aplicadas, que se mostraram apropriadas aos objetivos de tais tratamentos. Durante a simulação, constatou-se que alguns resultados mostraram-se algo diferente dos existentes na literatura, provavelmente por diferenças nos dados termodinâmicos utilizados. Este fato, contudo, não invalida as simulações. Sugere-se apenas, para o futuro, a utilização de bancos de dados ainda mais compatíveis com os resultados obtidos na prática industrial.

Este trabalho busca desenvolver um aço para cementação a alta temperatura através da adição de nióbio como microligante, a fim de que os compostos formados forneçam partículas de segunda fase que atuem como ancoradoras do grão austenítico, já que o processo de crescimento de grão, especialmente anormal, é conseqüência natural das temperaturas envolvidas. A elevação da temperatura tem como objetivo proporcionar um ganho em produtividade pela redução dos tempos de cementação. Procura-se também estabelecer uma comparação do aço proposto a aços de cementação convencionais (DIN 17Cr3 e SAE 5115). Utilizou-se um aço SAE 5115 com 0,034% de nióbio, que foi submetido a diferentes condições de ensaio em laboratório: deformação a frio por compressão livre em três graus de deformação (isento, 25 e 50%); com posterior aquecimento em patamares de temperatura que simulam diferentes níveis de cementação (930 , 950 , 1000 e 1050 C), bem como diferentes tempos de manutenção em temperatura, de tal forma a atingir camadas cementadas hipotéticas em torno de 1,0 mm de profundidade. Encerram-se os testes submetendo o aço estudado a um processo de produção industrial de pinos de pistão, que sofrem deformação a temperatura ambiente e cementação a 950 C por 2,5 h O aço SAE 5115 ao “Nb” mostrou um melhor desempenho no controle dos grãos austeníticos, tanto para os ensaios de simulação realizados em laboratório e comparados ao aço DIN 17Cr3, como frente ao processo de produção de pinos de pistão tendo como comparativo o aço SAE 5115. O modelo teórico de Hudd e outros (que trata os carbonitretos de nióbio como de extensiva solubilidade mútua) e o de Gladman (que define os nitretos de alumínio e de nióbio como mutuamente exclusivos), associados às equações de Wagner (para coalescimento das partículas de segunda fase), bem como à equação de Gladman e Pickering (que determina o raio crítico de partícula para uma distribuição aleatória de partículas), mostraram-se bastante adequados em prever a resposta das partículas precipitadas, partindo-se da composição química do aço, principalmente para as partículas de carbonitreto de nióbio em condições que não envolvessem níveis elevados de deformação.

Este trabalho busca desenvolver um aço para cementação a alta temperatura através da adição de nióbio como microligante, a fim de que os compostos formados forneçam partículas de segunda fase que atuem como ancoradoras do grão austenítico, já que o processo de crescimento de grão, especialmente anormal, é conseqüência natural das temperaturas envolvidas. A elevação da temperatura tem como objetivo proporcionar um ganho em produtividade pela redução dos tempos de cementação. Procura-se também estabelecer uma comparação do aço proposto a aços de cementação convencionais (DIN 17Cr3 e SAE 5115). Utilizou-se um aço SAE 5115 com 0,034% de nióbio, que foi submetido a diferentes condições de ensaio em laboratório: deformação a frio por compressão livre em três graus de deformação (isento, 25 e 50%); com posterior aquecimento em patamares de temperatura que simulam diferentes níveis de cementação (930 , 950 , 1000 e 1050 C), bem como diferentes tempos de manutenção em temperatura, de tal forma a atingir camadas cementadas hipotéticas em torno de 1,0 mm de profundidade. Encerram-se os testes submetendo o aço estudado a um processo de produção industrial de pinos de pistão, que sofrem deformação a temperatura ambiente e cementação a 950 C por 2,5 h O aço SAE 5115 ao “Nb” mostrou um melhor desempenho no controle dos grãos austeníticos, tanto para os ensaios de simulação realizados em laboratório e comparados ao aço DIN 17Cr3, como frente ao processo de produção de pinos de pistão tendo como comparativo o aço SAE 5115. O modelo teórico de Hudd e outros (que trata os carbonitretos de nióbio como de extensiva solubilidade mútua) e o de Gladman (que define os nitretos de alumínio e de nióbio como mutuamente exclusivos), associados às equações de Wagner (para coalescimento das partículas de segunda fase), bem como à equação de Gladman e Pickering (que determina o raio crítico de partícula para uma distribuição aleatória de partículas), mostraram-se bastante adequados em prever a resposta das partículas precipitadas, partindo-se da composição química do aço, principalmente para as partículas de carbonitreto de nióbio em condições que não envolvessem níveis elevados de deformação.

Este trabalho busca desenvolver um aço para cementação a alta temperatura através da adição de nióbio como microligante, a fim de que os compostos formados forneçam partículas de segunda fase que atuem como ancoradoras do grão austenítico, já que o processo de crescimento de grão, especialmente anormal, é conseqüência natural das temperaturas envolvidas. A elevação da temperatura tem como objetivo proporcionar um ganho em produtividade pela redução dos tempos de cementação. Procura-se também estabelecer uma comparação do aço proposto a aços de cementação convencionais (DIN 17Cr3 e SAE 5115). Utilizou-se um aço SAE 5115 com 0,034% de nióbio, que foi submetido a diferentes condições de ensaio em laboratório: deformação a frio por compressão livre em três graus de deformação (isento, 25 e 50%); com posterior aquecimento em patamares de temperatura que simulam diferentes níveis de cementação (930 , 950 , 1000 e 1050 C), bem como diferentes tempos de manutenção em temperatura, de tal forma a atingir camadas cementadas hipotéticas em torno de 1,0 mm de profundidade. Encerram-se os testes submetendo o aço estudado a um processo de produção industrial de pinos de pistão, que sofrem deformação a temperatura ambiente e cementação a 950 C por 2,5 h O aço SAE 5115 ao “Nb” mostrou um melhor desempenho no controle dos grãos austeníticos, tanto para os ensaios de simulação realizados em laboratório e comparados ao aço DIN 17Cr3, como frente ao processo de produção de pinos de pistão tendo como comparativo o aço SAE 5115. O modelo teórico de Hudd e outros (que trata os carbonitretos de nióbio como de extensiva solubilidade mútua) e o de Gladman (que define os nitretos de alumínio e de nióbio como mutuamente exclusivos), associados às equações de Wagner (para coalescimento das partículas de segunda fase), bem como à equação de Gladman e Pickering (que determina o raio crítico de partícula para uma distribuição aleatória de partículas), mostraram-se bastante adequados em prever a resposta das partículas precipitadas, partindo-se da composição química do aço, principalmente para as partículas de carbonitreto de nióbio em condições que não envolvessem níveis elevados de deformação.

O presente trabalho tem por objetivo o estudo dos tratamentos termoquímicos comuns na indústria metalúrgica denominados: nitretação, nitrocarburação e carbonitretação com o auxílio da ferramenta conhecida como ‘termodinâmica computacional’. Com o uso de um aplicativo computacional e de um banco de dados compacto procurou-se primeiramente o perfeito entendimento dos processos, por exemplo, através da análise do efeito de variáveis como temperatura, pressão e composição das fases gasosa e condensada. A partir deste entendimento procurouse simular os tratamentos termoquímicos dentro de parâmetros conhecidos da prática industrial e, finalmente, procurou-se sugerir algumas outras atmosferas possíveis de serem aplicadas, que se mostraram apropriadas aos objetivos de tais tratamentos. Durante a simulação, constatou-se que alguns resultados mostraram-se algo diferente dos existentes na literatura, provavelmente por diferenças nos dados termodinâmicos utilizados. Este fato, contudo, não invalida as simulações. Sugere-se apenas, para o futuro, a utilização de bancos de dados ainda mais compatíveis com os resultados obtidos na prática industrial.

O presente trabalho tem por objetivo o estudo dos tratamentos termoquímicos comuns na indústria metalúrgica denominados: nitretação, nitrocarburação e carbonitretação com o auxílio da ferramenta conhecida como ‘termodinâmica computacional’. Com o uso de um aplicativo computacional e de um banco de dados compacto procurou-se primeiramente o perfeito entendimento dos processos, por exemplo, através da análise do efeito de variáveis como temperatura, pressão e composição das fases gasosa e condensada. A partir deste entendimento procurouse simular os tratamentos termoquímicos dentro de parâmetros conhecidos da prática industrial e, finalmente, procurou-se sugerir algumas outras atmosferas possíveis de serem aplicadas, que se mostraram apropriadas aos objetivos de tais tratamentos. Durante a simulação, constatou-se que alguns resultados mostraram-se algo diferente dos existentes na literatura, provavelmente por diferenças nos dados termodinâmicos utilizados. Este fato, contudo, não invalida as simulações. Sugere-se apenas, para o futuro, a utilização de bancos de dados ainda mais compatíveis com os resultados obtidos na prática industrial.

Em 1977 surgiu o primeiro software (Lukas Program’s) para cálculos termodinâmicos. A partir desta data, em vários países, foram desenvolvidos programas para estudo e simulação de processos termoquímicos. Atualmente, os mais conhecidos são LUKAS PROGRAM’S, CHEMSAGE, FACTSAGE, MTDATA, THERMOCALC e, mais recentemente, PANDAT. Esses mesmos sistemas, e seus similares, embora com características e interfaces diferentes, com as devidas modificações, também são empregados no controle de processos produtivos na área da ciência e engenharia dos materiais. É relevante que as principais aplicações do método CALPHAD (estudo, simulação, automação e controle de processos) não estejam ainda presentes no cotidiano de parcela expressiva das empresas da área da metalurgia no Brasil. Os avanços tecnológicos que estão associados à utilização de ferramentas CALPHAD em estudos ou controle de processos termoquímicos poderiam ser incorporados em maior escala pela indústria metalúrgica do nosso país se estas ferramentas estivessem disponíveis sem a exigência de muitos recursos para a operação e manutenção destes sistemas, normalmente requeridos pelos aplicativos mais conhecidos. No presente estudo se demonstra o desenvolvimento de uma ferramenta CALPHAD para cálculos de propriedades de sistemas termoquímicos complexos e de uma aplicação na área de tratamentos termoquímicos de superfície de metais - desenvolvimento de sistema inteligente para automação e controle dos processos gasosos de nitretação, cementação, carbonitretação e nitrocarburação. / In 1977 one of the first softwarse appeared (Lukas Program's) for thermodynamic calculations. Starting from this date, in some countries, several programs were developed for study and simulation of termochemical processes. Now, the more acquaintances are LUKAS PROGRAM'S, CHEMSAGE, FACT, MTDATA, THERMOCALC and, more recently, PANDAT. These same programs, although with characteristics and different interfaces, with appropriate modifications may be also used in the control of productive processes in the area of materials science and engineering. It is relevant that the main applications of the CALPHAD method (study, simulation, processes automation and control) are not present in the daily of expressive portion of the companies of the area of metallurgy in Brazil. The technological progresses that are associated to the use of the thermodynamic logic could be incorporate in larger scale for the industry metal works of our country, if these tools were available without the demand of the structures for the operation and maintenance requested usually by these applications. The present study aimed at the development of a "tool" for calculations of properties of termochemical complex systems and an application in the area of surface termochemical treatments of metals (system development for automation and thermodynamic control of the processes of gaseous nitriding and their variants).

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-10-01Bitstream added on 2014-06-13T20:44:07Z : No. of bitstreams: 1 ranieri_a_dr_guara.pdf: 6517284 bytes, checksum: 69117434c1aeb9884b0af1115a2d1093 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Para otimizar as propriedades mecânicas em tração foram realizados tratamentos térmicos específicos para alterar a composição das fases presentes. Para as microestruturas com melhores níveis de resistência, foi avaliado o desempenho em fadiga. Após um tratamento termoquímico de nitrocarbonetação a plasma, os resultados em fadiga são comparados para avaliar a eficácia deste tratamento. A estrutura bainítica apresentou melhor desempenho em fadiga. Ensaios de dureza por microindentação mostraram que a camada de nitretos formada, com cerca de 10μm, apresentaram elevada dureza em torno de 900 HV e com uma camada difusa de 120 μm de profundidade. Foram também realizados testes de fluência nos aços com as microestruturas escolhidas, com e sem a camada de proteção a plasma. A camada de compostos formada produziu uma redução significativa na taxa de fluência. A camada de compostos formada sobre a superfície dos aços mostrou-se eficaz na proteção contra a corrosão. Após duzentas horas de teste em salt-spray não foram observados sinais de corrosão, enquanto nos aços sem esta camada a corrosão mostrou-se intensa logo após as primeiras 24 horas. Foram realizados ensaios de desgaste abrasivo com esferas e solução de pasta de diamante, para esses testes a camada mostrou-se ineficiente, pois a fina camada de nitretos se desgasta e suas partículas agem provocando um desgaste agressivo de três corpos. A condição temperada e revenida exibe mais alta propensão a esse tipo de desgaste / In order to optimize tensile strength mechanical properties, specifics termochemical treatments were applied to change the present phases composition. The fatigue life perform was evaluated to the microstructure with better levels of tensile strength. After a nitrocarburizing termochemical treatment, the outcome fatigue life were compared on to evaluate the treatment effectiveness. The isothermal treatment showed better perform in fatigue life. Hardness test by microindentation showed that the layer nitrided formed, around 10μm, exihibited hardness high level, around 900HV and a diffuse layer of 120μm deep. Creep tests has been done on steels with chosen microstructure, with and without nitrocarburizing protection layer. The compound layer formed give rise to a significantly reduction of the creep rate. The compound layer formed on steels surface showed the corrosion protection effectiveness. After 200 hours into salt-spray tests any corrosion signs were observed, whereas without this compound layer the corrosion showed higher into the 24 hours. Abrasion wear with tungsten balls and diamante solution were carried out. The compound layer formed showed to be inefficient, owing to the thin nitrides layer that weared and its hard particles give rise to a higher wear among three bodies. The quenched and tempered condition exhibit a higher propensity for this wear type

Em 1977 surgiu o primeiro software (Lukas Program’s) para cálculos termodinâmicos. A partir desta data, em vários países, foram desenvolvidos programas para estudo e simulação de processos termoquímicos. Atualmente, os mais conhecidos são LUKAS PROGRAM’S, CHEMSAGE, FACTSAGE, MTDATA, THERMOCALC e, mais recentemente, PANDAT. Esses mesmos sistemas, e seus similares, embora com características e interfaces diferentes, com as devidas modificações, também são empregados no controle de processos produtivos na área da ciência e engenharia dos materiais. É relevante que as principais aplicações do método CALPHAD (estudo, simulação, automação e controle de processos) não estejam ainda presentes no cotidiano de parcela expressiva das empresas da área da metalurgia no Brasil. Os avanços tecnológicos que estão associados à utilização de ferramentas CALPHAD em estudos ou controle de processos termoquímicos poderiam ser incorporados em maior escala pela indústria metalúrgica do nosso país se estas ferramentas estivessem disponíveis sem a exigência de muitos recursos para a operação e manutenção destes sistemas, normalmente requeridos pelos aplicativos mais conhecidos. No presente estudo se demonstra o desenvolvimento de uma ferramenta CALPHAD para cálculos de propriedades de sistemas termoquímicos complexos e de uma aplicação na área de tratamentos termoquímicos de superfície de metais - desenvolvimento de sistema inteligente para automação e controle dos processos gasosos de nitretação, cementação, carbonitretação e nitrocarburação. / In 1977 one of the first softwarse appeared (Lukas Program's) for thermodynamic calculations. Starting from this date, in some countries, several programs were developed for study and simulation of termochemical processes. Now, the more acquaintances are LUKAS PROGRAM'S, CHEMSAGE, FACT, MTDATA, THERMOCALC and, more recently, PANDAT. These same programs, although with characteristics and different interfaces, with appropriate modifications may be also used in the control of productive processes in the area of materials science and engineering. It is relevant that the main applications of the CALPHAD method (study, simulation, processes automation and control) are not present in the daily of expressive portion of the companies of the area of metallurgy in Brazil. The technological progresses that are associated to the use of the thermodynamic logic could be incorporate in larger scale for the industry metal works of our country, if these tools were available without the demand of the structures for the operation and maintenance requested usually by these applications. The present study aimed at the development of a "tool" for calculations of properties of termochemical complex systems and an application in the area of surface termochemical treatments of metals (system development for automation and thermodynamic control of the processes of gaseous nitriding and their variants).

Em 1977 surgiu o primeiro software (Lukas Program’s) para cálculos termodinâmicos. A partir desta data, em vários países, foram desenvolvidos programas para estudo e simulação de processos termoquímicos. Atualmente, os mais conhecidos são LUKAS PROGRAM’S, CHEMSAGE, FACTSAGE, MTDATA, THERMOCALC e, mais recentemente, PANDAT. Esses mesmos sistemas, e seus similares, embora com características e interfaces diferentes, com as devidas modificações, também são empregados no controle de processos produtivos na área da ciência e engenharia dos materiais. É relevante que as principais aplicações do método CALPHAD (estudo, simulação, automação e controle de processos) não estejam ainda presentes no cotidiano de parcela expressiva das empresas da área da metalurgia no Brasil. Os avanços tecnológicos que estão associados à utilização de ferramentas CALPHAD em estudos ou controle de processos termoquímicos poderiam ser incorporados em maior escala pela indústria metalúrgica do nosso país se estas ferramentas estivessem disponíveis sem a exigência de muitos recursos para a operação e manutenção destes sistemas, normalmente requeridos pelos aplicativos mais conhecidos. No presente estudo se demonstra o desenvolvimento de uma ferramenta CALPHAD para cálculos de propriedades de sistemas termoquímicos complexos e de uma aplicação na área de tratamentos termoquímicos de superfície de metais - desenvolvimento de sistema inteligente para automação e controle dos processos gasosos de nitretação, cementação, carbonitretação e nitrocarburação. / In 1977 one of the first softwarse appeared (Lukas Program's) for thermodynamic calculations. Starting from this date, in some countries, several programs were developed for study and simulation of termochemical processes. Now, the more acquaintances are LUKAS PROGRAM'S, CHEMSAGE, FACT, MTDATA, THERMOCALC and, more recently, PANDAT. These same programs, although with characteristics and different interfaces, with appropriate modifications may be also used in the control of productive processes in the area of materials science and engineering. It is relevant that the main applications of the CALPHAD method (study, simulation, processes automation and control) are not present in the daily of expressive portion of the companies of the area of metallurgy in Brazil. The technological progresses that are associated to the use of the thermodynamic logic could be incorporate in larger scale for the industry metal works of our country, if these tools were available without the demand of the structures for the operation and maintenance requested usually by these applications. The present study aimed at the development of a "tool" for calculations of properties of termochemical complex systems and an application in the area of surface termochemical treatments of metals (system development for automation and thermodynamic control of the processes of gaseous nitriding and their variants).