Estudo experimental e por meio de simulação computacional do tratamento térmico de têmpera para o aço inoxidável X22CrMoV12-1
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Data de Publicação: | 2022 |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16879 |
Resumo: | The development of stainless steels was one of the main technological advances within the metallurgical sector, once those materials can be used under the most diverse applications with different combinations of mechanical properties and high oxidation and electrochemical corrosion resistance. Within this context, martensitic stainless steels can be highlighted due to its capability of going through martensitic hardening during quenching, enabling the attainment of high levels of strength and performance under elevated temperatures, especially when its chemical composition is engineered. Therefore, martensitic stainless steels with additions of Mo and V, such as X22CrMoV12-1, show prominence in virtue of its high hot resistance and satisfactory corrosion resistance for application under aggressive conditions, as is the case of components for steam turbines. Its properties, however, are directly connected to the quenching and tempering process. Hence, the objective of this study is to evaluate through experimental analysis and computational simulation the effects of the geometry, dimension, time and temperature of the austenitization stage upon the microstructure, grain size and hardness of the material, in order to provide understanding of how those factors can be controlled to guarantee processing improvement and suitability. To fulfill this goal, analyses were conducted under different austenitization temperatures (980 ºC to 1020 ºC) and times (0,5 h, 1 h, 2 h and 3 h), and both cases demonstrated directly proportional tendencies between temperature, time and grain size, while the hardness showed a peak value followed by a decrease (which happened for austenitization at 1020 ºC on the first case, and for times superior to 2h, on the second analysis). Additionally, aiming possibility of grain refinement, a thermal treatment of normalizing was added preceding the process of quenching, and the combination resulted in the highest value of hardness (299 HBW) and significant grain refinement (ASTM 4, when quenched and tempered, and ASTM 5 with the addition of the normalizing stage). Lastly, computational simulations were carried out considering bars of different transversal sections (rectangular and round) and dimension, enabling the study of the minimum time needed for the austenitization process. Therefore, the held discussion over processing parameters allowed basis to the refinement of the thermal treatment of the studied martensitic stainless steel, aiming the achievement of desired properties for different applications and requirements. |
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Within this context, martensitic stainless steels can be highlighted due to its capability of going through martensitic hardening during quenching, enabling the attainment of high levels of strength and performance under elevated temperatures, especially when its chemical composition is engineered. Therefore, martensitic stainless steels with additions of Mo and V, such as X22CrMoV12-1, show prominence in virtue of its high hot resistance and satisfactory corrosion resistance for application under aggressive conditions, as is the case of components for steam turbines. Its properties, however, are directly connected to the quenching and tempering process. Hence, the objective of this study is to evaluate through experimental analysis and computational simulation the effects of the geometry, dimension, time and temperature of the austenitization stage upon the microstructure, grain size and hardness of the material, in order to provide understanding of how those factors can be controlled to guarantee processing improvement and suitability. To fulfill this goal, analyses were conducted under different austenitization temperatures (980 ºC to 1020 ºC) and times (0,5 h, 1 h, 2 h and 3 h), and both cases demonstrated directly proportional tendencies between temperature, time and grain size, while the hardness showed a peak value followed by a decrease (which happened for austenitization at 1020 ºC on the first case, and for times superior to 2h, on the second analysis). Additionally, aiming possibility of grain refinement, a thermal treatment of normalizing was added preceding the process of quenching, and the combination resulted in the highest value of hardness (299 HBW) and significant grain refinement (ASTM 4, when quenched and tempered, and ASTM 5 with the addition of the normalizing stage). Lastly, computational simulations were carried out considering bars of different transversal sections (rectangular and round) and dimension, enabling the study of the minimum time needed for the austenitization process. Therefore, the held discussion over processing parameters allowed basis to the refinement of the thermal treatment of the studied martensitic stainless steel, aiming the achievement of desired properties for different applications and requirements.O desenvolvimento dos aços inoxidáveis foi um dos principais avanços tecnológicos dentro do setor metalúrgico, uma vez que tais materiais podem ser empregados nas mais diversas aplicações com combinações variadas de propriedades mecânicas e elevada resistência à oxidação e corrosão eletroquímica. Neste contexto, aços inoxidáveis martensíticos se destacam em virtude de sua capacidade de sofrer endurecimento por transformação martensítica, possibilitando níveis elevados de resistência mecânica acompanhados de bom desempenho em elevadas temperaturas, principalmente quando sua composição química é adequada. Assim, aços martensíticos contendo adições de Mo e V, como o caso do X22CrMoV12-1, apresentam grande visibilidade prática em virtude de sua elevada resistência à quente e resistência à corrosão satisfatória para aplicação em ambientes agressivos, como é o caso de palhetas de turbinas a vapor. Suas propriedades, porém, são diretamente correlacionadas ao processo de têmpera e revenimento. Por este motivo, o objetivo deste estudo consiste em avaliar de forma experimental e por meio de simulações computacionais os efeitos dos parâmetros de geometria, dimensão, temperatura e tempo de austenitização sobre a dureza do material, sua microestrutura e seu tamanho de grão, como meio de promover entendimento de como tais fatores podem ser controlados para garantir um processo mais adequado. Para tal, experimentos foram conduzidos de forma a aplicar diferentes temperaturas de austenitização (980 °C a 1020 °C) e diferentes tempos de austenitização a 1020 °C (0,5 h, 1 h, 2 h e 3 h), e em ambos os casos se observou tendência diretamente proporcional entre temperatura, tempo e tamanho de grão, enquanto a dureza tende a apresentar um pico seguido de decréscimo (observado para temperatura de 1020 ºC, no primeiro estudo, e após 2h de tratamento no segundo estudo). Além disto, como forma de avaliação da capacidade de refino de grão, realizou-se um estudo de adição de uma rota de normalização anterior à etapa de têmpera e revenimento, e tal combinação resultou no maior valor de dureza documentado após revenimento (299 HBW) e relevante fator de refino de grão (ASTM 4 na condição temperada e revenida e ASTM 5 com a adição do processo de normalização). Por fim, as simulações computacionais foram realizadas sobre barras de diferentes seções transversais e dimensões, possibilitando o estudo do tempo mínimo necessário para o tratamento de austenitização em função do tamanho da peça e a discussão acima de fatores de controle de processamento, de forma a se refinar a engenharia do tratamento térmico do aço inoxidável martensítico estudado e possibilitar com que as propriedades desejadas sejam atingidas para condições variadas de aplicações e solicitações.Não recebi financiamentoporUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosEngenharia de Materiais - EMaUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessAços inoxidáveisInoxidáveis martensíticosTêmperaRevenimentoSimulação computacional de têmperaENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA DE TRANSFORMACAOEstudo experimental e por meio de simulação computacional do tratamento térmico de têmpera para o aço inoxidável X22CrMoV12-1Experimental study assisted by computational simulation of quenching heat treatment of stainless steel X22CrMoV12-1info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis60060064e85eb2-8076-42e1-bb46-c95e73147c1ereponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTCC - Fernanda Cunha Puosso.pdfTCC - Fernanda Cunha Puosso.pdfTCC - Fernanda Cunha Puossoapplication/pdf6889300https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16879/1/TCC%20-%20Fernanda%20Cunha%20Puosso.pdfd51c245c957d676a3e426caea8af2200MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16879/2/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD52TEXTTCC - Fernanda Cunha Puosso.pdf.txtTCC - Fernanda Cunha Puosso.pdf.txtExtracted texttext/plain135745https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16879/3/TCC%20-%20Fernanda%20Cunha%20Puosso.pdf.txtafc1f466cee6cb05c917bcbc7324d723MD53THUMBNAILTCC - Fernanda Cunha Puosso.pdf.jpgTCC - Fernanda Cunha Puosso.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg7599https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16879/4/TCC%20-%20Fernanda%20Cunha%20Puosso.pdf.jpgdd966270e4a7147b9c63748b4296e2cfMD54ufscar/168792023-09-18 18:32:33.301oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/16879Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:33Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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