Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-08-31T17:16:46Z
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2016_AntonioJosédaSilvaJunior.pdf: 18389885 bytes, checksum: 44badb1dffea84295a98a5063c9494a8 (MD5) / Para se desenvolver aços de alta resistência para tubulações, requisitos como resistência mecânica e tenacidade cada vez mais rigorosos vem sendo considerado pelas indústrias petrolíferas. Para atender às exigências de mercado sem que haja perda de tenacidade e outras propriedades mecânicas esses aços precisam dispor de mecanismos de endurecimento e de aumento de resistência à fadiga. Uma das alternativas é a nitretação à plasma. Neste trabalho foram investigadas propriedades mecânicas como vida em fadiga, limite de resistência à fadiga, limiar de propagação de trincas e microdureza Vickers do aço API 5L Grau B o qual foi modificado superficialmente por meio de tratamento termoquímico de nitretação à plasma ou iônica. Neste contexto, verifica-se a importância de tratamentos térmicos ou termoquímicos de endurecimento superficial como nitretação à plasma para promover o retardo da nucleação e iniciação de trincas por fadiga. A nitretação à plasma tem sido largamente utilizada em muitas aplicações industriais por apresentarem melhorias nas propriedades mecânicas, tribológicas e químicas de diferentes materiais. Corpos de prova (Cp’s) cilíndricos, tipo ampulheta e CT’s (Compact Tension Specimen), foram usinados e nitretados para realização de ensaios. Os ensaios foram realizados em corpos de prova com e sem tratamento. Os parâmetros utilizados para nitretação à plasma foram tempos de tratamento de 8, 24 e 48 horas, a uma temperatura de 515°C com pressão de 2,6; 2,8 e 2,9 mbar, respectivamente, mistura gasosa de 80% vol.H2 e 20% vol. N2. As propriedades das camadas nitretadas obtidas nas amostras foram avaliadas por meio de microdureza superficial, análise microestrutural com microscópio ótico e eletrônico de varredura (MEV), difratometria de raios X (DRX) para identificar as fases formadas nas camadas e para medição de tensões residuais, além de ensaios de fadiga para construção da curva S-N para cada tipo de camada. Avaliou-se também a propagação de trincas com controle de ΔK, a fim de obter os valores do limiar de propagação de trincas, ΔKth. O material nitretado apresentou aumento de tensões residuais compressivas ganhos na faixa de 289%,104,8% e 151,76%, aumento do limite de resistência à fadiga na faixa de 40%, ganho na microdureza Vickers na faixa de 200%, aumentos da vida em fadiga com ganhos em todos os casos e aumentos do limiar de propagação de trincas ΔKth na faixa de 250%. Foi possível concluir, a partir dos resultados experimentais, que a nitretação à plasma, realizada em diferentes tempos de tratamento, influencia na resistência à fadiga e na dureza do aço API 5L grau B. _________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / In order to develop high-strength steel for pipes, requirements such as strength and toughness increasingly stringent have been considered by the oil industry. To meet market requirements without loss of toughness and other mechanical properties, these steels must present hardening mechanisms and fatigue strength increase. One alternative is the plasma nitriding. In this work we investigated mechanical properties such as fatigue life, resistance limit to fatigue, crack propagation threshold and Vickers microhardness of API 5L Grade B steel which was superficially modified by thermochemical treatment of plasma nitriding or ion nitriding. In this context, we verify the importance of heat treatment or thermochemical treatment of surface hardening such as plasma nitriding to promote the delay of nucleation and fatigue crack initiation. The plasma nitriding has been widely used in many industrial applications because they have improved the mechanical, chemical and tribological properties of different materials. Cylindrical, hourglass-type and CT (Compact Tension) specimens were machined and nitrided for tests. The tests were performed on specimens with and without treatment. The parameters used for nitriding were as follows: treatment times of 8, 24 and 48 hours at a temperature of 515°C under pressure of 2.6, 2.8 and 2.9 mbar respectively, gas mixture of 80% vol. H2 and 20% vol. N2. The properties of the nitrided layers obtained in the samples were evaluated by micro hardness, microstructural analysis with optical and scanning electron microscope (SEM), X-ray Diffraction (XRD) to identify the phases formed in layers and measurement of residual stress, besides fatigue tests and construction of the S-N curve for each type of layer. The crack propagation with ΔK control was also evaluated in order to obtain the crack propagation threshold values, Δkth. The nitrided material showed significant increases in compressive residual stresses with gains in the range of 289%, 104.8% and 151.76%, increase in fatigue strength limit in the range of 40%, gain on the Vickers hardness in the range of 200%, increases in the fatigue life with gains in all cases and increases on the crack propagation threshold Δkth in the range of 250%. It can be concluded from the experimental results that the plasma nitriding, held at different times of treatment, influences on the fatigue resistance and hardness of the API 5L Grade B steel.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.unb.br:10482/21371 |
| Date | 01 July 2016 |
| Creators | Silva Junior, Antonio José da |
| Contributors | Ferreira, Jorge Luiz de Almeida |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UnB, instname:Universidade de Brasília, instacron:UNB |
| Rights | A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data., info:eu-repo/semantics/openAccess |
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