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Previous issue date: 2017-03-23 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Stainless steels are outstanding candidates for applications in the oil exploitation at the pre-salt layer in Brazil since they have an excellent combination of mechanical and corrosion properties. Nevertheless, they have questionable wear resistance in case of more severe application conditions. Recent alloy developments from DEMa-UFSCar adopted a strategy based on boron additions to stainless steel processed by spray forming (SF). Boron additions lead to the formation of hard metallic borides and, in turn, improve the wear resistance. However, boride formation also induces other microstructural changes that, up to now, have not been systematically investigated. Additionally, recently proposed solidification models of spray-formed Fe-based alloys indicate that solidification in the deposition zone tends to follow the thermodynamic equilibrium. Consequently, this present work proposes a methodology employing a computational thermodynamic tool with the ultimate goal of developing Fe-based alloys with boron additions prepared by spray forming. This work focused on spray-formed duplex stainless steels modified with boron (AIDM) containing a hypoeutectic composition with a duplex matrix. The thermodynamic software (Thermo-Calc® 4.0) with the TCFe7 database was used. Firstly, experimental results of the superduplex and ferritic modified stainless steels with boron already described in the literature were used for validation of the computational tool. After this step, a methodology for the thermodynamic simulation was proposed aiming at finding a chemical composition that should lead to specific pre-established microstructural features in the AIDM. As means of experimental validation for the proposed methodology, the selected chemical composition was prepared by spray forming and the microstructure investigated. The results showed that all pre-established microstructural features were indeed achieved thus supporting the proposed methodology for alloy design. Therefore the application of computational thermodynamics seems to be an excellent resource for designing spray-forming boron-modified stainless steels. / Os aços inoxidáveis são potenciais candidatos para atuação na exploração de petróleo na camada de pré-sal, pois apresentam uma excelente combinação entre propriedades mecânicas e resistência à corrosão. No entanto, não possuem uma boa resistência ao desgaste. Trabalhos recentes realizados no DEMa-UFSCar adotaram como estratégia a adição de boro em ligas de aços inoxidáveis processadas por meio da conformação por spray (CS). Os resultados apontaram a formação de boretos que aumentaram significativamente a resistência ao desgaste, mas também provocaram mudanças microestruturais na matriz, que não foram investigadas. Modelos de solidificação de ligas a base de ferro conformadas por spray recentemente propostos na literatura indicam que a solidificação na zona de deposição tende a seguir o caminho descrito pelo equilíbrio termodinâmico. Nesse contexto, o presente trabalho propõe uma metodologia que utiliza uma ferramenta computacional termodinâmica com intuito de desenvolver ligas a base de Fe modificadas com boro conformadas por spray. Este trabalho teve como foco o desenvolvimento de um aço inoxidável duplex modificado com boro (AIDM) conformado por spray, com composição hipoeutética (matriz duplex) por meio do programa termodinâmico Thermo-Calc® versão 4.0, com a base de dados TCFe7. Resultados experimentais dos aços inoxidáveis superduplex e ferrítico modificados com boro já descritos na literatura foram utilizados inicialmente para validação da ferramenta computacional. Após validação, foi desenvolvida uma metodologia baseada em simulação termodinâmica visando projetar uma composição química que permitisse a obtenção de um AIDM com características microestruturais pré-estabelecidas. Para validação experimental da metodologia proposta, a composição química selecionada foi conformada por spray e o depósito teve sua microestrutura caracterizada por diferentes técnicas. Os resultados mostraram que todas as características microestruturais pré-estabelecidas foram atingidas, validando a metodologia proposta. A ferramenta computacional se mostrou um excelente recurso para projetar ligas inoxidáveis modificadas com boro conformadas por spray.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/9008 |
| Date | 23 March 2017 |
| Creators | Lopes, Thiago Pama |
| Contributors | Bolfarini, Claudemiro, Zepon, Guilherme |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Câmpus São Carlos, Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, UFSCar |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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