| spelling |
Augusta Cerceau Isaachttp://lattes.cnpq.br/2746383155366023Denilson José do CarmoDagoberto Brandão SantosPaulo César de Matos RodriguesAna Paula SilvaClênio Silvahttp://lattes.cnpq.br/0382768794802576Dircilene do Carmo2023-05-04T15:25:17Z2023-05-04T15:25:17Z2022-10-28http://hdl.handle.net/1843/52804Melhorias nos processos e procedimentos da indústria de fundição buscam maximizar as propriedades mecânicas tendo em vista a concorrência entre materiais como aços forjados, ferros fundidos nodulares e ligas de alumínio. Uma linha de pesquisa, desenvolvimento e inovação (PDI) para aços fundidos, também denominada de aços nanoestruturados, é a aplicação de austêmpera em aços projetados para o tratamento isotérmico em baixa temperatura em torno de 200ºC. Para tanto, os aços além de alguns elementos de liga têm carbono em torno de 0,8% em massa. Desta forma, para obter resistência mecânica acima de 1500 MPa, os tratamentos térmicos são muito longos podendo ser necessárias centenas de horas. O processo de têmpera e partição (T&P) tem sido utilizado para aprimoramento de aços de alta resistência, enquadrados na terceira geração, que resulta na combinação de alta resistência sem deterioração significativa da ductilidade. Nesta tese foram desenvolvidas ligas fundidas e tratadas termicamente por T&P para avaliar a influência do tratamento na microestrutura e resistência mecânica. Para tanto foi produzido um aço fundido 0,28%C-1,25%Mn-2.20%Si e um ferro fundido nodular 3,27%C, 2,47%Si, 0,20%Mn ambos com baixos teores de elementos de liga. O aço com baixo carbono visa tratamentos isotérmicos com menores tempos de tratamento. As linhas de pesquisa de aplicação de T&P em aços fundidos e ferro fundido nodular são pouco exploradas. Portanto, buscou-se analisar a aplicação deste tratamento em ferro fundido nodular como alternativa para melhores propriedades mecânicas. Os resultados mostram que a microestrutura do aço tratado com T&P consiste em martensita, bainita e austenita retida. O que resultou em uma melhor combinação de resistência à tração (1647 MPa) e tenacidade ao impacto (27J/cm2). Em comparação com o aço tratado com T&P, o mesmo aço fundido na condição de austemperado, apresentou propriedades mecânicas inferiores: resistência à tração final de 1329 MPa, resistência ao escoamento de 1311 MPa e tenacidade de 7 J/cm2. O tratamento térmico de T&P do ferro fundido nodular foi realizado de duas formas: uma convencional apresentada na literatura, utilizando um forno de resfriamento para etapa de têmpera e outro forno para a etapa de partição. A segunda forma inovadora, utilizando um único forno a banho de sais para o resfriamento e tratamento isotérmico, respectivamente. Esta forma foi denominada como tratamento T&P em rampa. O ferro fundido nodular obtido pelo processamento de T&P apresentou resultados promissores com cerca de 102 nódulos de grafita por mm2. A microestrutura do ferro fundido nodular após o tratamento de T&P consiste em martensita, bainita ferrítica e austenita retida. No processamento de T&P por rampa, obteve-se para as condições de partição a 300 e 375°C, limites de resistência de 1659 e 1757 MPa e limites de escoamento de 1641 e 1722 MPa, respectivamente. No processamento tradicional por dois fornos, foram obtidos para as condições de partição a 300 e 375°C, limites de resistência de 1743 e 1584 MPa, respectivamente. Os valores obtidos são o dobro do especificado em norma para o ferro fundido nodular de maior resistência, porém com alongamento um pouco inferior a 2%. O aumento do limite de resistência em relação ao ADI foi em torno de 10% com superior resistência ao impacto. Os resultados são promissores, mostrando que o processo de T&P é uma alternativa viável na obtenção de nodulares de alta resistência com potencial competitivo em comparação ao ADI.The process in the casting industry is constantly looking for improvements to maximize mechanical properties in view of competition between materials such as forged steels, ductile cast irons, and aluminum alloys. One line of research, development, and innovation (RDI) for cast steels, also called nanostructured steels, is the application of austempering in steels designed for isothermal treatment at low temperatures around 200ºC. For this, the steels, besides some alloying elements, have carbon around 0.8% in mass. Thus, to obtain mechanical strength above 1500 MPa, the heat treatments are very long and may take several hours. The process of quenching and partitioning (Q&P) has been used for the improvement of high strength steels, belonging to the third generation, which results in the combination of high strength without significant deterioration of ductility. In this thesis, cast materials and heat treated by Q&P were developed to evaluate the influence of the treatment on microstructure and mechanical strength. For this purpose, a cast steel of 0.28%C-1.25%Mn-2.20%Si and a ductile cast iron of 3.27%C, 2.47%Si, 0.20%Mn were produced both with low alloying element contents. The low carbon steel aims isothermal treatments with shorter treatment times. The research lines of application of Q&P in cast steels and nodular cast iron are poorly explored. Therefore, we thought to analyze the application of this treatment in ductile cast iron as an alternative for better mechanical properties. The results show that the microstructure of the Q&P treated steel consists of martensite, bainite and retained austenite. This resulted in a better combination of tensile strength (1647 MPa) and impact toughness (27J/cm2). Compared to the Q&P treated steel, the same steel cast in the austempered condition, showed inferior mechanical properties: ultimate tensile strength of 1329 MPa, yield strength of 1311 MPa and toughness of 7 J/cm2. The Q&P heat treatment of the nodular cast iron was performed in two ways: a conventional one presented in the literature, using one cooling furnace for the quenching step and another furnace for the partitioning step. The second innovative way, using a single salt bath furnace for cooling and isothermal treatment, respectively. This form has been termed as ramp T&P treatment. The ductile cast iron obtained by Q&P processing showed promising results with about 102 graphite nodules per mm2. The microstructure of nodular cast iron after Q&P treatment consists of martensite, ferritic bainite, and retained austenite. In ramp Q&P processing, yield strength of 1659 and 1757 MPa and yield strength 1641 and 1722MPa were obtained for the partition conditions at 300 and 375°C, respectively. In the traditional two oven processing, yield strength of 1743 and 1584 MPa and tensile strength 1679 and 1486 MPa were obtained for the partition conditions at 300 and 375°C respectively. The values obtained are twice the values specified in the standard for higher strength nodular cast iron, but with elongation a little less than 2%. The increase in the strength limit in relation to ADI was around 10% with superior impact strength. The results are promising, showing that the Q&P process is a viable alternative in obtaining high strength ductile cast iron with competitive potential compared to ADI.CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoFAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas GeraisCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorporUniversidade Federal de Minas GeraisCurso de Especialização em Engenharia Metalúrgica, Materiais e de MinasUFMGBrasilENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALÚRGICAhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/pt/info:eu-repo/semantics/openAccessEngenharia metalúrgicaMetalurgia físicaAço fundidoAustenitaFerro fundido nodularAços fundidosFerro fundido nodularTêmpera e partiçãoAustenita retidaFerro fundido austemperadoT&PADIProcessamento térmico de têmpera e partição (T&P) na obtenção de ligas metálicas fundidas de alta resistência mecânicainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMGORIGINALTese_repositorio.pdfTese_repositorio.pdfapplication/pdf4838570https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/52804/3/Tese_repositorio.pdf7029dfd220505940aa77ec43205ab6faMD53CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8805https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/52804/4/license_rdf00e5e6a57d5512d202d12cb48704dfd6MD54LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82118https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/52804/5/license.txtcda590c95a0b51b4d15f60c9642ca272MD551843/528042023-05-04 12:25:17.984oai:repositorio.ufmg.br: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ório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oaiopendoar:2023-05-04T15:25:17Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)false
|