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RESÚMEN : Los tratamientos isotérmicos de baja temperatura aplicados en aceros de herramientas para trabajo en frío con aplicación de cargas de impacto, son una alternativa a los tratamientos convencionales de temple y revenido, la cual puede ser muy útil si lo que se busca es mejorar la tenacidad de estos materiales y a la vez mantener sus buenos niveles de dureza y resistencia al desgaste. Con la aplicación de estos tratamientos se promueve la formación de estructuras multifásicas conformadas por bainita, austenita, martensita y carburos; que por sus diferentes propiedades pueden resultar en una buena combinación entre resistencia al desgaste y tenacidad para estos aceros. Este trabajo de investigación se enfocó en el estudio microestructural de los aceros AISI A2 y D2 sometidos a tratamientos de austemperado y quenching & partitioning (Q&P), contrastando las microestructuras obtenidas con las propiedades mecánicas medidas y teniendo como referencia para cada medición, los mismos aceros sometidos a temple y revenido. Luego de definir la temperatura de austenización más conveniente para cada acero (950°C para el acero A2 y 980°C para el D2) se definió la condición de sostenimiento isotérmico que permitió obtener bainita en el menor tiempo: 300°C para ambos aceros y finalmente mediante la ecuación de Koistinen y Marburguer se definieron para los tratamientos de Q&P, las temperaturas de quenching que permitieran obtener un contenido teórico de martensita de 15% y 32%: 170°C, 150°C para el A2 y 225°C, 205°C para el D2. Los resultados teóricos de contenido de martensita y las temperaturas críticas de cada acero (Ac1, Ac3 y Ms), fueron corroborados mediante dilatometría de alta resolución y así mismo está técnica permitió analizar la cinética de transformación de estos aceros, definiendo tiempos de sostenimiento isotérmico de 1, 2 y 3 horas en cada tratamiento. El análisis cinético también permitió corroborar el efecto de la martensita formada durante el quenching, como un sitio de nucleación preferente para la bainita y acelerador de la reacción bainítica. Las muestras tratadas fueron analizadas mediante Microscopía Óptica (MO), Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) y Difracción de Rayos X (DRX). Análisis que fueron contrastados con mediciones de dureza superficial, ensayo Charpy y ensayo de tensión, buscando tener mayor claridad en la relación microestructura-procesamiento-propiedades de los aceros de estudio. El acero AISI A2 sometido a austemperado y a Q&P a la mayor temperatura de quenching mostró un aumento en la energía de impacto absorbida durante el ensayo Charpy de más del 300% respecto a la muestra templada y revenida, con disminución en su dureza entre el 15% y 20% en escala Rockwell C (HRC) y reducción en la resistencia última a la tracción entre el 5% y 7%, lo cual dejó en evidencia el beneficio de esta microestructura multifásica sobre la mejora en las propiedades de impacto de este acero. Por su parte la muestra sometida a Q&P a la menor temperatura de quenching no mostró mejoría en la energía de impacto absorbida respecto a la muestra templada y revenida. Lo anterior se relaciona con una mayor cantidad de martensita en esta muestra y con un mayor tamaño de las plumas bainíticas respecto al tamaño de las plumas de bainita observadas en el tratamiento de austemperado y el de Q&P de mayor temperatura, lo cual pudo haber sido promovido por el mayor contenido de carbono en la austenita de esta muestra, que fue estimado mediante DRX. Con respecto al acero AISI D2 no se evidenció mejoría en la energía de impacto absorbida en el ensayo Charpy con la aplicación de los tratamientos isotérmicos. En este acero se evidenció alta proporción de carburos de gran tamaño (más de 25 micrómetros) los cuales mediante análisis microelemental en MEB-EDS (Espectrometría de dispersión de energía de rayos X), se determinó que son carburos de Cr, Fe y V. Esta fase de gran tamaño que se observó en los tratamientos isotérmicos es la principal responsable de la baja energía de impacto absorbida por las muestras de acero D2. Finalmente se realizó una prueba industrial, fabricando cuchillas para deformación en frío por impacto usadas en la fabricación de escofinas de acero al carbono. Estas fueron fabricadas en acero AISI A2 y se sometieron a los tratamientos de austemperado y Q&P que ofrecieron mejores resultados en los ensayos Charpy. Se observó un aumento del 14% en la duración de las cuchillas sometidas a Q&P respecto a las cuchillas actualmente usadas en el proceso (cuchillas de acero AISI D2 templadas y revenidas). Evidenciando un beneficio tangible del diseño y uso de este tipo de tratamientos isotérmicos en herramientas usadas en aplicaciones de deformación en frío que implican cargas de impacto. ABSTRACT : Low temperatures isothermal heat treatments applied to cold work tool steels with application of impact loads are an alternative to conventional quenching and tempering heat treatments, which can be useful if what is sought is to improve toughness of these materials and at the same time maintain their good levels of hardness and wear resistance. Multiphase structures made up of bainite, austenite, martensite and carbides are promoted applying these heat treatments. The combination of the different properties of each of these phases can result in a good balance between wear resistance and toughness for these steels. This research work was focused on the microstructural study of the AISI A2 and AISI D2 tool steels subjected to austempering and quenching & partitioning (Q&P) heat treatments, associating the microstructures observed with the mechanical properties measured, and comparing with the same steels subjected to quenching and tempering. After defining the most suitable austenitizing temperature for each steel (950°C for A2 steel and 980°C for D2 steel), the isothermal holding condition that allowed obtaining bainite in the shortest time was defined: 300°C for both steels. Finally, with the Koistinen & Marburguer equation were defined the quenching temperatures that allowed to obtain a theoretical martensite content of 15% and 32%: 170°C, 150°C for the A2 steel and 225°C, 205°C for the D2 steel. The theoretical amount of martensite and the critical temperatures of each steel (Ac1, Ac3 y Ms) were corroborated by high resolution dilatometry. This technique allowed to analyze the transformation kinetics in these steels, defining holding isothermal times of 1,2 and 3 hours in each heat treatment. The transformation kinetics analysis also allowed to check the effect of martensite formed during quenching in the bainite transformation, being a bainite preferential nucleation site and an accelerator for the bainite reaction. The treated samples were analyzed by Optical Microscopy (OM), Scanning Electron Microscopy (SEM) and X-Ray Diffraction (XRD). These analyses were contrasted with surface hardness measurements, Charpy test and tensile test, looking for a greater clarity in the microstructure-processing-properties relationship in the studied steels. The AISI A2 steel subjected to austempering and Q&P with higher temperature of quenching showed an increase of more than 300% in the absorbed impact energy during Charpy test compared with quenched and tempered sample. Hardness was 15%-20% lower in Rockwell C scale (HRC) and the Ultimate Tensile Strength (UTS) was 5%-7% lower, which proved the benefit of these multiphase microstructures on the improvement in the impact properties of this steel. By the other hand the sample subjected to Q&P at lower quenching temperature did not show improvement in the absorbed impact energy compared with the quenched and tempered sample. The foregoing is related with a greater amount of martensite in this sample and with a greater size of the bainite feathers by contrast with a smaller size of the bainite feathers in the samples subjected to austempering and Q&P with lower quenching temperature. This change in the bainitic feathers size could have been caused by the amount of carbon in the retained austenite. The austenite amount was measured by X-Ray Difraction (XRD). AISI D2 steel did not improve its absorbed impact energy with the application of isothermal heat treatments. In this steel a great amount of big size carbides was evidenced (more than 25 micrometers) which across microelemental analysis in EDS (X-Ray energy dispersion spectrometry) were determined like Cr, Fe and V carbides. This large phase observed in isothermal heat treatments is mainly responsible for the low impact energy absorbed by D2 steel samples. Finally an industrial test was performed, manufacturing cold work chisels for steel rasps deformation by impact. These chisels were manufactured in AISI A2 steel and were treated with austempering and Q&P heat treatments that showed the best results in Charpy tests. An increase of 14% in the chisel life was observed in the samples subjected to Q&P compared to chisels currently used in the industrial process (AISI D2 quenched and tempered chisels). Evidence of a tangible benefit from the design and use of this type of isothermal heat treatments in cold work tools used in steel deformation by impact.

Tesis Doctoral Calificación: Sobresaliente Cum Laude, Los procesos tradicionales de fabricación de piezas mecánicas de acero incluyen un tratamiento termo-mecánico, en el que el acero se deforma a temperaturas altas con el fin de obtener una cierta geometría de la pieza y optimizar la estructura del material. Durante las últimas décadas, se han modificado algunos procesos de laminación en caliente, introduciendo una última pasada de deformación a temperaturas intermedias. La aplicación de deformación a temperaturas intermedias y la consiguiente modificación de la estructura austenítica tiene el objetivo de modificar las transformaciones de fase alotrópicas que suceden durante la propia deformación o durante el tratamiento térmico que se realiza tras el proceso de deformación. En este contexto, se aplican los tratamientos termo-mecánicos de “ausforming”, tratamientos en los cuales la estructura austenítica se deforma plásticamente a temperaturas intermedias, por debajo de la temperatura crítica Ar3, previamente a la transformación y obtención de microestructuras de tipo displacivo, como la martensita y/o la bainita. El efecto de la deformación a temperaturas intermedias en las transformaciones displacivas en aceros ha sido estudiado durante los últimos años, aunque todavía no se conocen todos los mecanismos que controlan estas transformaciones. Entender dichos mecanismos podría ayudar a optimizar ciertos procesos de fabricación, mejorando las propiedades mecánicas respecto a las de otras estructuras formadas por procesos más convencionales. En esta tesis doctoral, se estudia el efecto de la deformación en las transformaciones de fase que tienen lugar durante un tratamiento de ausforming a temperaturas intermedias en un acero con un contenido medio en carbono y un contenido alto en silicio. Para ello, se han aplicado deformaciones mediante compresión a 520, 400 y 300 ºC, seguidas de un tratamiento isotérmico a 300 ºC, en el rango bainítico. Los resultados se han comparado con aquellos obtenidos mediante un tratamiento isotérmico a 300 ºC, sin deformación. Con el fin de entender el efecto de la deformación en las transformaciones, se ha estudiado la evolución microestructural durante el procesado de ausforming de microestructuras bainíticas, incluyendo la caracterización tanto de la austenita previa a la transformación, como de las fases metaestables inducidas por deformación, y de las fases metaestables formadas durante el tratamiento isotérmico y enfriamiento final a temperatura ambiente. Una de las conclusiones más relevantes de este trabajo es, que el aumento de la energía libre asociada a la aplicación de una tensión, induce una transformación bainítica o martensítica durante los tratamientos de ausforming a temperaturas de deformación de 400 y 300 ºC. Asimismo, la aplicación de una deformación previa en la austenita altera el carácter isótropo de la transformación bainítica, de manera que, cuando la temperatura de deformación es 400 y 300 ºC, la señal dilatométrica durante la etapa isotérmica de los tratamientos de ausforming presenta diferentes cambios de longitud relativa dependiendo de la dirección de medida, radial o longitudinal.

Orietadores: Paulo Roberto Mei, Sadamu Koshimizu Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: É apresentado neste trabalho, pioneiro no Brasil, o desenvolvimento de ligas inoxidáveis com Efeito de Memória de Forma (EMF) assistido por transformação martensítica não termoelástica. Mostrou-se que a fusão por indução à vácuo é uma técnica adequada e que tanto o trabalho a quente como o trabalbo a frio são perfeitamente possíveis nas ligas em questão à medida que os parâmetros operacionais como temperatura de aquecimento, redução por passe, etc., sejam controlados. A eficiênciada técnica de treinamento na melhora do Efeito de Memória de Forma foi comprovada com a recuperação de forma em torno de 95 % da liga CrNi e de 89 % da liga CrNiCo após 5 ciclos com pré-deformação de 4% e aquecimento a 600 °e. Estes resultados são bastante promissores e comparáveis aos melhores resultados encontrados na literatura. O caráter inoxidável e a recuperação de forma de praticamente 4% das ligas desenvolvidas promovem-nas para aplicações práticas como conexões de tubo sem solda e mecanismo para liberação de painéis solares de satélite. Considerações sobre processamento, propriedades mecânicas e microestruturais são também analisadas Abstract: It is presented in this work, pioneer in Brazil, the development of stainless alloys with shape memory effect assisted by non thermoelastic martensitic transformation. It was shown that Vacuum Induction Melting (VIM) is a suitable technique for melting these alloys and that hot working or cold working are perfectly possible as long as the heating temperature, reduction per pass, etc. are controlled. The efficiency of training technique in improving the Shape Memory Effect was shown by the 95 % shape recovery of the CrNi alloy and by 89 % of shape recovery of the CrNiCo alloy after five training cyc1es of 4 % pre-strain and annealing at 600°C. These results are very promising and comparable to the best ones published in the literature. The stainless character and the shape recovery of almost 4% promote these alloys for practical applications such as for pipe fitting and for satellite solar panel release mechanism.The alloys' processing, mechanicaland microstructural properties are also analyzed. Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

In this research, the effect of the shielded metal arc welding (SMAW) process heat input upon the microstructure and development of the heat-affected zone in the dissimilar joint of API 5L X80/DS5 2205 steels was investigated by recording the thermal cycles with thermocouple implantation in the perpendicular direction of the weld line. The filler metal used (electrode) is DSS 2209. The microstructure of the base and weld metals and their interfaces at different heat inputs were investigated using the scanning electron microscopy/energy-dispersive spectroscopy analysis technique (SEM/EDS) and optical microscopy (OM). The results indicated that the interface between the base metals and the weld metal has excellent consistency and that there is no evidence of cracks at different heat inputs. By increasing the heat input, it was determined that the amount of secondary austenite in the weld metal and heat-affected zone of 2205 steel had been increased. There occurred an epitaxial growth at the interface of 2209/2205, and there were a fine transition zone and Type II boundaries at the interface of 2209/ API 5L X80. The areas containing coarse, fine, and partially fine grains were detected in the heat-affected zone of the X80 steel. The thermal cycle results determined that the temperature peak in the areas away from the fusion line had increased by increasing the heat input and that the heat-affected zone of the two base metals, particularly the X80 steel, had been extended further. En esta investigación, se ha investigado el efecto de la entrada de calor durante el proceso de soldadura por arco de metal blindado (SMAW) sobre la microestructura y la zona afectada por el calor en la unión disimilar de los aceros API 5L X80/DS5 2205, mediante el registro de los ciclos térmicos a través de la implantación de un termopar en la dirección perpendicular de la línea de soldadura. El metal de aporte utilizado (electrodo) es DSS 2209. Se ha estudiado la microestructura de los metales base y el de soldadura y sus interfaces, para diferentes aportes de calor, combinando microscopía electrónica de barrido, microanálisis de espectroscopía de dispersión de energía (SEM/EDS) y microscopía óptica (OM). Los resultados indicaron que la interfase entre los metales base y el metal de soldadura tiene una excelente consistencia y no hay evidencia de grietas para los diferentes aportes de calor. Al aumentar la entrada de calor, se ha observado que se incrementa la cantidad de austenita secundaria en el metal de soldadura y en la zona afectada por el calor del acero 2205. Hubo un crecimiento epitaxial en la interfaz de 2209/2205, y hubo una zona de transición fina y límites Tipo II en la interfaz de 2209/API 5L X80. En la zona afectada por el calor del acero X80 se detectaron áreas que contenían granos gruesos, finos y parcialmente finos. Los resultados del ciclo térmico determinaron que el pico de temperatura en las áreas alejadas de la línea de fusión habían aumentado al aumentar la entrada de calor y que la zona afectada por el calor de los dos metales base, particularmente el acero X80, se había extendido aún más.

Orientador: Paula Fernanda da Silva Farina Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Os aços ferramentas são frequentemente submetidos a um tratamento térmico de alívio de tensões, antes dos tratamentos criogênicos, a fim de evitar trincas devido aos gradientes térmicos. O alívio de tensões é um tratamento isotérmico que pode promover a estabilização da austenita; sugere-se que tal estabilização seja devido ao enriquecimento da austenita em carbono que sai da martensita supersaturada. Com o objetivo de compreender os mecanismos envolvidos durante o alívio de tensões que aumentam e/ou estabilizam a fração volumétrica de austenita nesse processo, foram realizados tratamentos isotérmicos no aço-ferramenta AISI D2. As amostras foram primeiramente austenitizadas em 3 temperaturas diferentes (1020 °C, 1040 °C e 1100 °C) durante 40 min e temperados em óleo agitado, a fim de obter as diferentes frações volumétricas iniciais de austenita retida. Em seguida, foram submetidas ao tratamento isotérmico na temperatura de 130 °C durante 10 min, 30 min, 100 min e 300 min, a fim de investigar o efeito do tempo no tratamento isotérmico. As técnicas de difração de raios-X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV) foram utilizadas para a caracterização do aço após os tratamentos isotérmicos, visando identificar a presença de austenita e martensita, suas respectivas frações volumétricas e mecanismos que promovem essa estabilização de austenita. O Ruído Magnético de Barkhausen (RMB) foi utilizado como método complementar na caracterização do AISI D2. Na avaliação das micrografias MEV foi possível distinguir dois tipos de austenita (retida e revertida), martensita e carbonetos nas amostras com alívio de tensões, também foi possível observar que a austenita revertida surge preferencialmente nos contornos das ripas de martensita. Adicionalmente, os resultados de DRX e RMB identificaram a presença de austenita, martensita e carbonetos, a análise quantitativa dos resultados de DRX também mostraram que existe um aumento na fração volumétrica de austenita total; no entanto, nas microestruturas se observa que a austenita revertida seria a fase que cresce durante o alívio de tensões Abstract: Tool steels are often submitted to a stress relief treatment, prior to cryogenic treatments, in order to avoid cracks due to thermal gradients, such process is also called aging, and can promote the stabilization of the austenite; it is suggested that such stabilization is due to the austenite enrichment in carbon that comes out from the supersaturated martensite. In order to understand the mechanisms involved during the stress relief treatment that increases and/or stabilizes the austenite volume fraction in this process, isothermal treatments were performed on the AISI D2 tool steel. The specimens were first austenitized at 3 different temperatures (1020°C, 1040°C e 1100°C) during 40 min and quenched in stirred oil, in order to get the initial different volumetric fractions of retained austenite. Then, they were submitted to the isothermal treatments at the temperature of 130°C during 10 min, 30 min, 100 min and 300 min, in order to investigate the effect of the time in the aging process. Magnetic Barkhausen Noise (MBN), x-ray diffraction (XDR) and scanning electron microscopy (SEM) were used for the characterization of the steel after the isothermal treatments, aiming to identify the presence of austenite and martensite, their respective volumetric fractions and the mechanisms promoting such austenite stabilization. In the evaluation of SEM micrographs it was possible to distinguish two kinds of austenite (retained and reversed), also martensite and carbides in the stress-relieved samples. Furthermore, is possible to observe that the reversed austenite precipitates preferentially in the boundary of martensite laths. In addition, XRD and MBN results identified the presence of austenite, martensite and carbides; quantitative XRD results also showed that there is an increase in the total austenite volume fraction. However, in microstructures is observed that reversed austenite is the phase that grows during stress relief treatment Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica FAPESP 2017/16778-1

Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP) Estudos comprovam que a formação de pite é altamente dependente da temperatura e da composição do meio, em especial da quantidade de íons halogênios como o cloreto. Materiais destinados a esses ambientes estão propícios a sofrer danos causados pela corrosão e a alterar suas características, levando a perdas nas suas propriedades mecânicas. Tratamentos de superfície vem sendo utilizados para melhorar o desempenho mecânico e a resistência à corrosão de diferentes ligas e metais através de mudanças estruturais ou da composição superficial dos materiais. Nesse contexto, destaca-se a introdução do nitrogênio em solução sólida em aços inoxidáveis com a finalidade de melhorar as propriedades mecânicas e a resistência à corrosão. Este elemento reage na área anódica reduzindo o efeito da acidez, atua na estabilização da camada passiva e na redução da tendência à precipitação de nitretos. Dentre as pesquisas em estudo, encontra-se a utilização do processo SHTPN (Solution Heat Treatment after Plasma Nitriding) que consiste primeiramente em um enriquecimento superficial de nitrogênio através da Nitretação por Plasma, seguido de um Tratamento Térmico de Solubilização, que tem por finalidade dissolver os nitretos formados e permitir a difusão do nitrogênio na matriz com posterior formação de uma camada rica em nitrogênio em solução sólida intersticial. No presente trabalho foi determinado o efeito do SHTPN, têmpera (1050 °C) e revenimento (250, 450 e 650 °C) no teor de nitrogênio, nas transformações microestruturais, na dureza e na resistência à corrosão por pite e intergranular para o aço inoxidável ferrítico AISI 409. A resistência à corrosão foi avaliada pela técnica de polarização cíclica em diferentes temperaturas em solução de NaCl 0,5 mol/L, e com modificação do meio eletrolítico (H2SO4 0,5 mol/L + NaCl 0,2 mol/L). O grau de sensitização foi avaliado após os revenimentos pela técnica de DL-EPR (Double Loop Electrochemical Potentiodynamic Reactivation). Os perfis de dureza foram obtidos por medição de dureza Vickers e os valores de tensão residual pela técnica do furo-cego. A microestrutura foi avaliada por Microscopia Óptica, Microscopia Eletrônica de Varredura, Espectrometria de Dispersão por Comprimento de Onda e Difração de Raios X. Os resultados indicam que o SHTPN promoveu a formação de uma camada martensítica rica em nitrogênio na superfície do aço ferrítico AISI 409. Esta camada apresentou dureza próxima a 600 HV0,05 com mais de 750 µm de profundidade. O tratamento de têmpera após SHTPN refinou a microestrutura e melhorou a homogeneidade da liga devido a melhor distribuição do nitrogênio na camada. Revenimentos realizados em temperaturas maiores (450 e 650 °C) ocasionaram redução da resistência à corrosão e indícios de corrosão intergranular nos contornos de grão da austenita prévia, sendo que, quanto maior a temperatura de revenido, maior foi a sensitização, devido à formação de precipitados ricos em cromo nos contornos de grãos. O melhor desempenho nos testes de corrosão, caracterizado pelo aumento do potencial de nucleação de pite bem como do potencial de corrosão, foram obtidos para as amostras tratadas por SHTPN seguido de têmpera e revenido a 250 °C, mesmo com a variação da temperatura ou do meio eletrolítico. Esses resultados confirmam que a adição de nitrogênio em solução sólida pelo processo SHTPN resulta em melhorias nas propriedades de superfície do aço AISI 409. Studies show that pitting is highly dependent on temperature and of the medium, especially the amount of halogen ions such as chloride. Materials intended for these environments are prone to corrosion damage and change in characteristics, reducing its mechanical properties. Surface engineering treatments have been applied to improve mechanical and electrochemical properties in different classes of stainless steels through structural and composition changes of surfaces of materials. In this context, the introduction of nitrogen in solid solution in stainless steels increases the mechanical properties and corrosion resistance. This element reacts in the anodic area, reducing the effect of acidity, besides acting in the reduction of the nitride precipitation tendency and the passive layer stabilization. Among the researches under study is the use of the SHTPN (Solution Heat Treatment after Plasma Nitriding) process, that consists of applying solution treatment to a previously plasma nitrided surface, promoting the dissolution of nitrides and allow the diffusion of nitrogen in the matrix with subsequent formation of a nitrogen-rich layer, in which nitrogen is in solid solution. In this study, it is presented an evaluation of the effects of SHTPN, quenching (1050 ºC) and tempering (at 250, 450 e 650 °C) processes on the nitrogen concentration, microstructure, hardness and corrosion resistance of the nitrided layer, in samples previously treated by SHTPN in the AISI 409 ferritic stainless steel. Corrosion resistance was assessed by means of cyclic potentiodynamic polarization tests carried out in NaCl 0.5 mol/L at different temperatures and with electrolyte medium modification (H2SO4 0.5 mol/L + NaCl 0.2 mol/L), according to ASTM G150. The degree of sensitization was evaluated after tempering by technique of Double Loop Electrochemical Potentiodynamic Reactivation (DL-EPR). Optical and scanning electron microscopy, wavelength dispersive spectroscopy and X-ray diffraction were applied to microstructural and phase characterization. Superficial hardening was evaluated by Vickers microhardness tests and the residual stress values by the hole drilling technique. The results indicate obtention of a high-nitrogen martensitic layer on the surface of the AISI 409 ferritic steel. This layer presented hardness close to 600 HV0.05 with more than 750 µm depth. Results show that quenching of SHTPN samples promoted and extension of the nitrided layer, refinement of the microstructure and improved the homogeneity of the alloy due the better distribution of nitrogen in the layer. Tempering at higher temperatures (450 and 650 °C) showed reduction in corrosion resistance and evidence of intergranular corrosion in the previous austenite grain boundaries, the higher tempering temperatures favored the sensitization due to the formation of Chromium-rich precipitates on grain boundaries. The process with quenching and tempering at 250 ºC led to increasing both hardness as well as pitting and corrosion potentials, even with electrolyte medium or temperature variation. These results confirmed that nitrogen in solid solution increases the surface properties in the AISI 409 stainless steel.

A influência da temperatura de recozimento intercrítico e da temperatura isotérmica de transformação bainítica na microestrutura e nas propriedades mecânicas de um aço TRIP laminado a frio foi avaliada através de simulações de recozimento contínuo. A microestrutura foi caracterizada para determinar, principalmente, a quantidade de austenita retida (AR), enquanto o comportamento mecânico foi avaliado através de ensaios de tração. Foram observadas modificações relevantes na microestrutura final, principalmente na fração volumétrica de AR e em seu teor de carbono em função das variáveis estudadas. As melhores combinações de elevada resistência mecânica e boa ductilidade foram obtidas nas temperaturas de encharque de 800°C e 820°C, e na temperatura de transformação isotérmica de 410°C. A utilização dessas combinações permitiu a obtenção de uma fração de AR de aproximadamente 15%, com uma estabilidade mecânica que confere uma transformação gradual de parte desta AR durante a deformação. The influence of intercritical annealing temperature and bainitic isothermal temperature on microstructure and mechanical properties of a cold rolled TRIP steel was studied through continuous annealing simulations. The microstructure was characterized mainly to determine the amount of retained austenite (RA) while the mechanical behavior was assessed by means of tensile tests. Significant changes were observed in the final microstructure,mainly in the RA volume fraction and its carbon content. The best combinations of high mechanical strength and good ductility were obtained at the soaking temperatures of 800°C and 820°C and the bainitic isothermal transformation temperature of 410°C. The use of these combinations resulted in a RA fraction of approximately 15% with a mechanical stability that allows a gradual transformation of part of this RA during deformation.

Instituto de Investigación en Metalurgia y Materiales. Maestría en Metalurgia y Ciencias de los Materiales Welding is the most important process of joining materials, because almost everything manufactured by humans contains solder in some of its parts. Nowadays there are many ways and techniques to weld different types of steels, however, not all types of steel are weldable, this means that the microstructures formed after the process are not favorable, and, therefore, the union does not satisfy the work for which it was intended, and the union fails. Therefore, in the present study, the effect of the low intensity electromagnetic interaction during the welding process is analyzed. Two types of joints were made of AISI 1045 steel in single V with 2 mm bead: plates of 13.3 mm thick that were welded with 2 and 3 passes, and plates of 12.7 mm thick with a single pass. At the same time, they were welded without electromagnetic interaction, and with intensities of 3.2, 6.4, 3.4 and 4.3 milliTeslas. After welding, the welds were characterized by metallography and mechanically, by making microhardness profiles, as well as by stress and impact tests, in the ZAT, using a notch of 2 millimeters deep to induce the fracture in the ZAT, both in the stress test and in the impact test. The results indicate that the electromagnetic interaction had very little influence on the mechanical properties of the material. The microhardness values in the ZAT were maintained in a range of 280 to 330 HV, the absorbed energy values were in a range of 6.5 to 18.5 Joules. La soldadura es el proceso de unión de materiales más importante, debido a que prácticamente todo lo fabricado por el ser humano contiene soldadura en alguna de sus partes. Actualmente existen muchas formas y técnicas para soldar diferentes tipos de aceros, sin embargo, no todos los tipos de acero son soldables, esto quiere decir que las microestructuras formadas después del proceso no son favorables, y, por lo tanto, la unión no satisface el trabajo para la cual fue destinada, y la unión falla. Por lo cual en el presente estudio se analiza el efecto de la interacción electromagnética de baja intensidad durante el proceso de soldadura. Se llevaron a cabo dos tipos de uniones de acero AISI 1045 en simple V con 2 mm de talón: placas de 13.3 mm de espesor que se soldaron con 2 y 3 pasadas, y placas de 12.7 mm de espesor con una sola pasada. A su vez se soldaron sin interacción electromagnética, y con intensidades de 3.2, 6.4, 3.4 y 4.3 miliTeslas. Después de haberse soldado se caracterizaron las soldaduras por metalografía y mecánicamente, mediante la realización de perfiles de microdureza, así como mediante los ensayos de tensión e impacto, en la ZAT, utilizando una muesca de 2 milímetros de profundidad para inducir la fractura en la ZAT, tanto en el ensayo de tensión como en el ensayo de impacto. Los resultados que indican que la interacción electromagnética influyó muy poco en las propiedades mecánicas del material. Los valores de microdureza en la ZAT se mantuvieron en un rango de 280 a 330 HV, los valores de energía absorbida estuvieron en un rango de 6.5 a 18.5 Joules.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2019. O objetivo do presente trabalho foi estudar o efeito do silício e da temperatura de austêmpera na microestrutura dos ferros fundidos nodulares. Foram fundidas duas ligas de ferros nodulares, na forma de blocos Y, com teores de silício de 2,27 e 2,64%. Os ferros fundidos (brutos de fusão) foram analisados por espectroscopia de emissão ótica e microscopia ótica. Posteriormente foram retiradas pequenas amostras dos blocos Y e austemperadas. A austenitização foi realizada a uma temperatura de 910 oC, por um tempo de uma hora. As temperaturas de austêmpera foram de 320 e 370 oC, por tempos que variaram de cinco segundos a quinze horas, tanto para as amostras com baixo como para as de alto teor de silício. As caracterizações dos ferros fundidos austemperados foram realizadas por microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão, ensaios de dureza Brinell e microdureza Vickers e difração de elétrons retroespalhados. Os resultados mostraram que os ferros fundidos brutos de fusão apresentaram microestrutura e austemperabilidade suficiente para os objetivos do trabalho. As micrografias obtidas a partir das microscopias ótica e eletrônica mostraram que tanto a nucleação da ferrita quanto à forma e a distribuição da ferrita e da austenita se alteram com as diferentes temperaturas de austêmpera e teores de silício. Os ensaios de dureza mostraram que há diferenças nos tempos de início e final dos estágios da austêmpera para as diferentes temperaturas e teores de silício utilizados. Verificou-se a partir da microscopia eletrônica de transmissão que, para a temperatura de austêmpera de 370 0C, a precipitação de cementita ocorreu somente em tempos mais longos de austêmpera (15 horas). Nos demais tempos observou-se as microestruturas previstas, ou seja, martensita para as amostras austemperadas a 15 segundos e ausferrita (ferrita e austenita) para as amostras austemperadas por uma hora. As análises por EBSD mostraram que tanto o silício quanto a temperatura de austêmpera interferem na orientação cristalográfica da ferrita e da austenita, porém, a distribuição destas orientações ocorre de forma aleatória. Abstract: The aim of this work was to study the effect of silicon content and austempering temperature on the microstructure of nodular cast irons. Two alloys of nodular irons were cast, in the form of Y blocks with silicon contents of 2.27 and 2.64%. The cast alloys were analyzed by optical emission spectroscopy and optical microscopy. Then, small samples were removed from Y blocks and austempered. The austenitizing temperature was 910 oC for one hour. For both samples with low and high silicon contents, the austempering temperatures were 320 oC and 370 oC, for times ranging from five seconds to 15 hours. The austempered alloys were characterized by optical microscopy, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, Brinell hardness and Vickers microhardness tests, and electron backscatter diffraction. The results showed that the cast samples presented microstructure and austemperability sufficient to meet the objective of this work. The micrographs obtained from the optical and electron microscopy showed that both the nucleation of ferrite and the form and distribution of ferrite and austenite change with the austempering temperature and silicon content. Hardness tests showed that there are differences in the start and end times of the austempering stages for the austempering temperatures and silicon levels used. It was found from the transmission electron microscopy that for the austempering temperature of 370 oC, the cementite precipitation occurred only in longer austempering times (15 hours). In all other times, the expected microstructures were observed, i.e martensite for the austempered samples for 15 seconds, and ausferrite (austenite and ferrite) for the austempered samples for one hour. The EBSD analysis showed that both silicon content and austempering temperature interfere with the crystallographic orientation of ferrite and austenite; however, the distribution of these directions occurs randomly.

Agradecimentos: The authors acknowledge the XTMS beamline members, the Brazilian Synchrotron Light Source (LNLS) and the Brazilian Nanotechnology National Laboratory (LNNano) for the support with the diffraction experiments; Villares Metals S.A. for the donation of the materials; and CNPq-SWE 02766/2014-4, FAPESP (2014/20844-1), FAPESP (2016/13466-6) for the PhD funding. J. P. Oliveira acknowledges Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT - MCTES) for its financial support via the project UID/EMS/00667/2019. FIB and APT were conducted at the Karlsruhe Micro Nano Facility (KNMF), at the Karlsruhe Institute for Technology (KIT). The authors would like to thank Mrs. Delphine Chassaing for assistance with the FIB preparation at KIT. Additional FIB and TEM measurements were performed at the Center for Electron Microscopy and Analysis (CEMAS), at The Ohio State University. The authors would like to thank Dr. Camilo Salvador for assistance with the FIB and STEM experiments at CEMAS Abstract: This work addresses the fundamentals of inter-critical austenite reversion in a Ti-stabilized 12Cr-6Ni-2Mo (at.%) supermartensitic stainless steel, combining thermodynamic and experimental assessments. The calculation of the temperature and composition at which ferrite and austenite phases have the same free energy, i.e. T0 and C0(T), respectively, is discussed as a methodology to understand the austenite reversion and stabilization mechanisms. An ultra-fast heating rate of 500 °C s-1 provided isothermal austenite nucleation and growth from a fully solubilized martensite, allowing direct comparison with the compositional tie-lines and the transformation paths described by the free energy calculations. Isothermal transformation temperatures below and above T0 (625 °C) were used. Below T0, massive reversion was suppressed since it would imply a free energy increase. The opposite occurred above T0, since the critical Ni concentration for austenite reversion was lower than for the solubilized case. Transmission electron microscopy and atom probe tomography evidenced that, in all cases, lath growth occurred by local equilibrium partitioning of Ni, along with co-segregation of ferrite-stabilizing elements (Cr and Mo) at the advancing interface. The complex interaction between Cr, Ni and Mo on the energy gain upon nucleation of austenite revealed that Cr segregation can be beneficial while the adverse effect of Mo can be quickly outbalanced by Ni. The most stable reverted laths were obtained for transformation temperatures at least 15 °C below T0 with average austenite/martensite Ni partitioning factors higher than 2.0 CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQ FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESP Fechado

Orientador: Paula Fernanda da Silva Farina Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: A inserção de uma etapa criogênica no ciclo térmico dos aços ferramenta é uma prática utilizada no meio industrial, principalmente para eliminar a austenita retida e melhorar de maneira significativa suas propriedades mecânicas e tribológicas. O tratamento térmico de alívio de tensões, também referenciado como envelhecimento, é fundamental para evitar que matrizes com geometrias complexas trinquem devido a gradientes térmicos durante o resfriamento e, portanto, ele aparece em diversos trabalhos publicados. Entretanto, pesquisas apontam que essa prática está diretamente relacionada a um efeito estabilizador da austenita retida, embora não tenha sido explorada de forma isolada e sistemática pela literatura técnica sobre tratamentos criogênicos. Desse modo, o presente trabalho se propôs a estudar de forma alternativa os efeitos da combinação das etapas de tratamento criogênico e de alívio de tensões no ciclo térmico do aço ferramenta para trabalho a frio AISI D2 sem a influência de carbonetos primários e eutéticos, por meio de um projeto de liga referenciado como AMD2 (Aço com a composição da Matriz do Aço AISI D2), permitindo, portanto, por meio de um material mais homogêneo, separar as variáveis de influência da matriz e destes carbonetos. Variaram-se as temperaturas de tratamento criogênico e os tempos de permanência nessas temperaturas, sendo: criogênica (-196ºC, resfriamento em nitrogênio líquido) por 24 horas e subzero (-80ºC, resfriamento em gelo seco) por 2 e 24 horas, respectivamente, analisando-se, também, o efeito da etapa de alívio de tensões (130ºC/90 minutos) previamente ao tratamento criogênico. As amostras com diferentes ciclos térmicos foram submetidas à caracterização metalográfica, difração de raios-X e análises de composição química por espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDS). Na caracterização metalográfica as amostras foram analisadas por microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura (MEV e MEV-FEG), permitindo observar com nitidez os detalhes dos blocos de austenita retida dispersos na matriz martensítica. A análise quantitativa dos espectros de difração de raios-X comprovou o intenso efeito do tratamento de alívio de tensões na estabilização da austenita, constatando menor fração volumétrica de austenita retida na amostra tratada em temperatura subzero quando comparada às demais amostras, sugerindo um comportamento cinético em C da curva de transformação martensítica. Os resultados obtidos para a relação c/a do reticulado cristalino da martensita e a da austenita sugerem uma provável ocorrência de partição de carbono da martensita supersaturada em carbono para a austenita retida. Excepcionalmente para a amostra com tratamento criogênico logo após a têmpera foi observada a presença de carbonetos secundários nanométricos na microestrutura do aço AMD2, cujas análises sugerem a ocorrência do fenômeno chamado de auto revenimento, provavelmente durante o aquecimento entre a etapa criogênica até a temperatura ambiente. Os mapas de composição química obtidos por EDS indicaram a presença de dois tipos principais de carbonetos secundários distribuídos na microestrutura do material: aqueles que aparecem em maior contraste em relação à matriz são carbonetos ricos em cromo (provavelmente do tipo M7C3), e aqueles que aparecem em menor contraste são ricos em manganês e molibdênio (provavelmente do tipo M2C), estando os demais elementos preferencialmente dispersos na matriz Abstract: The insertion of a cryogenic step in the thermal cycle of the tool steels is a practice used in the industrial environment, mainly to eliminate the retained austenite and significantly improve its mechanical and tribological properties. The stress relief thermal treatment, also referred to as aging, is fundamental to prevent matrix with complex geometries from cracking due to thermal gradients during cooling and, therefore, it appears in several published works. However, research indicates that this practice is directly related to a stabilizing effect of the retained austenite, although it has not been explored in an isolated and systematic way by the technical literature on cryogenic treatments. In this way, the present work has proposed to study in an alternative way the effects of the combination of cryogenic treatment and stress relief steps in the thermal cycle of AISI D2 cold work tool steel without the influence of primary and eutectic carbides, of an alloy project referenced as AMD2 (Steel with the composition of the AISI D2 Steel Matrix), thus allowing, through a more homogeneous material, to separate the influence variables of the matrix and these carbides. The cryogenic treatment temperatures and residence times at these temperatures were: cryogenic (-196ºC, cooling in liquid nitrogen) for 24 hours and subzero (-80ºC, cooling in dry ice) for 2 and 24 hours, respectively , also analyzing the effect of the stress relief stage (130ºC / 90 minutes) prior to the cryogenic treatment. The samples with different thermal cycles were subjected to metallographic characterization, X-ray diffraction and analysis of chemical composition by X-ray dispersive energy spectroscopy (EDS). In the metallographic characterization the samples were analyzed by optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM and MEV-FEG), allowing to observe with clarity the details of the retained austenite blocks dispersed in the martensitic matrix. The quantitative analysis of the X-ray diffraction spectrum proved the intense effect of the stress relief treatment on the austenite stabilization, noting a lower volumetric fraction of austenite retained in the treated sample at subzero temperature when compared to the other samples, suggesting a kinetic behavior in C of the martensitic transformation curve. The results obtained for the c/a ratio crystal lattice of martensite and a austenite suggest a probable carbon partitioning of the supersaturated martensite in carbon to the retained austenite. Exceptionally for sample with the cryogenic treatment soon after the quench the presence of nanometric secondary carbides in the microstructure of the AMD2 steel was observed, whose analyses suggest the occurrence of the phenomenon called auto tempering, probably during the heating between the cryogenic stage up to room temperature. The chemical composition maps obtained by EDS indicated the presence of two main types secondary carbides distributed in the microstructure of the material: those that appear in greater contrast to the matrix are carbides rich in chromium (probably M7C3), and those that appear in lower contrast are rich in manganese and molybdenum (probably M2C), the other elements being preferably dispersed in the matrix Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica FAPESP 2017/16778-1 CNPQ 131779/2017-6 CNPEM

Maraging steels have low carbon content (

Agradecimentos: We want to thank the Brazilian Nanotechnology National Laboratory (LNNano), CNPEM/MCTIC and Brazilian Synchrotron Light Laboratory (LNLS) CNPEM/MCTIC for the use of the SEM/EBSD and the XTMS beamline, respectively. Authors acknowledge FAPESP (2017/17697-5), FAPESP (2008/57863-0), FAPESP (2014/20844-1), FAPESP (2019/00691-0) and CNPq (573661/2008-1), Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Finance Code 001. J. P. Oliveira acknowledges Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) for its financial support through the project UID/EMS/00667/2019. The chemical composition measurements were conducted at VILLARES METALS Abstract: Reverted austenite is a metastable phase that can be used in maraging steels to increase ductility via transformation-induced plasticity or TRIP effect. In the present study, 18Ni maraging steel samples were built by selective laser melting, homogenized at 820 °C and then subjected to different isothermal tempering cycles aiming for martensite-to-austenite reversion. Thermodynamic simulations were used to estimate the inter-critical austenite + ferrite field and to interpret the results obtained after tempering. In-situ synchrotron X-ray diffraction was performed during the heating, soaking and cooling of the samples to characterize the martensite-to-austenite reversion kinetics and the reverted austenite stability upon cooling to room temperature. The reverted austenite size and distribution were measured by Electron Backscattered Diffraction. Results showed that the selected soaking temperatures of 610 °C and 650 °C promoted significant and gradual martensite-to-austenite reversion with high thermal stability. Tempering at 690 °C caused massive and complete austenitization, resulting in low austenite stability upon cooling due to compositional homogenization COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DE PESSOAL DE NÍVEL SUPERIOR - CAPES CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQ FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESP Fechado

Os aços médio manganês são uma classe da terceira geração de aços avançados de alta resistência (AHSS) que combinam propriedades mecânicas como ductilidade, resistência mecânica e capacidade de absorção de impacto, características determinantes para aplicação na indústria automobilística. A rota de processamento convencional de fabricação envolve laminação a quente seguida de laminação a frio e recozimento intercrítico, resultando em uma microestrutura ultrafina com elevada fração de austenita retida com estabilidade adequada para que, durante a deformação, se transforme em martensita devido ao efeito TRIP. A laminação a morno surge como uma rota alternativa para a produção dessas ligas, sendo capaz de reduzir custos e tempo de operação ao aplicar apenas uma etapa de processamento. Dentro desse contexto, neste trabalho investigou-se a influência dos parâmetros de processamento termomecânico na microestrutura e nas propriedades mecânicas em um aço 0.08C-8Mn por essas duas rotas. Dentro da rota de processamento convencional, tempos e temperaturas de recozimento intercrítico distintos foram estudados, de forma a destacar a condição que exibisse o maior percentual de austenita retida dentre as estudadas. Em ambas as rotas foram realizadas análises de microscopia eletrônica de varredura, difração de elétrons retroespalhados, difração de raios X e ensaios de dureza para todas as condições estudadas. Para uma análise comparativa entre a condição de maior percentual de austenita retida após recozimento e a laminada a morno, foram realizadas análises por EDS, microscopia eletrônica de transmissão e ensaios de tração. Comparativamente, as duas condições apresentaram uma microestrutura ultrafina, com percentuais consideráveis de austenita retida. No entanto, uma fração ligeiramente maior, bem como uma morfologia mais heterogênea da austenita resultou do processo de laminação a morno, o que pode ser associado a uma maior taxa de encruamento. A análise da textura, em geral, indica a predominância de componentes característicos do material deformado, bem como contornos grão de alto ângulo, associados ao acúmulo de deslocações. Medium manganese steels are a third generation class of advanced high strength steels (AHSS) that combine mechanical properties such as ductility, mechanical strength and fracture toughness, determining characteristics for application in the automotive industry. The conventional processing route involves hot rolling followed by cold rolling and intercritical annealing, resulting in an ultrafine microstructure with a high-volume fraction of retained austenite with adequate stability so that during the deformation it becomes martensite due to the TRIP effect. Warm rolling appears as an alternative route to produce these alloys being able to reduce costs and operational time by applying only one processing step. In this context, the aim of this work is to investigate the influence of thermomechanical processing parameters on microstructure and mechanical properties in a 0.08C-8Mn steel by two distinct routes. In the conventional processing route different intercritical annealing times and temperatures were studied, to isolate the condition that exhibited the highest volume fraction of retained austenite among those studied. Scanning electron microscopy, backscattered electron diffraction, X-ray diffraction and hardness tests were carried out on both routes. For a comparative analysis between the condition of greater retained austenite volume fraction after annealing and warm rolling, analyzes were performed by EDS, transmission electron microscopy and tensile tests. Comparatively, the two conditions resulted in an ultrafine microstructure, with considerable volume fractions of retained austenite. However, a slightly larger fraction as well as a more heterogeneous austenite morphology, resulted from the warm rolling process, which may be associated with a higher hardening rate. The texture analysis, in general, indicates the predominance of the characteristic components of the deformed material, as well as the predominance of high angle grain boundaries, associated with the high dislocation density.

Instituto de Investigación en Metalurgia y Materiales. Maestría en Metalurgia y Ciencias de los Materiales Stainless steels are iron-based alloys with chromium content greater than 10.5 % by weight. The addition of chromium in these alloys causes them to have good resistance to corrosion, because chromium in oxidant environments forms a uniform, continuous, adherent and very thin film of passive chromium oxides (Cr2O3). The main limitation of duplex stainless steels (DSS) for its application in industry occurs when working or operating in extreme environments at temperatures between 280 ºC and 500 ºC where these steels become brittle. Embrittlement only occurs in the ferrite phase (α phase) due to the spinodal decomposition produced in alloys with high chromium content. In this thesis, the structural and chemical analysis of super duplex stainless steel UNS S32750 (SAF 2507) was carried out by electron microscopy and mainly transmission electron microscopy, using both high resolution and electron diffraction images. For this, in addition to the sample worked at room temperature (control sample), the samples were subjected to a treatment of aging at a temperature of 475 °C, which changed the mechanical properties and microstructure through the phenomenon known as 475 °C embrittlement. Samples were exposed to this temperature with a holding time of 300 h and 1000 h. The chemical analysis was carried out by electronic diffraction, EDS and X-ray diffraction. The characterization of the super duplex stainless steels showed a significant change in their microstructure, mainly in the phase ferrite in which the secondary phase alpha prima (α‟) is precipitated. Los aceros inoxidables son aleaciones base hierro con una proporción de cromo mayor a 10.5 % en peso. La adición de cromo en estas aleaciones origina que éstas presenten buena resistencia a la corrosión, debido a que el cromo en ambientes oxidantes se pasiva formando una película uniforme, continua, adherente y muy delgada de óxidos de cromo (Cr2O3). La principal limitante de los aceros inoxidables dúplex (AID) para su aplicación en la industria se presenta cuando trabajan u operan en ambientes extremos o son expuestos a temperaturas entre 280 °C y 500 °C donde estos aceros se fragilizan. La fragilización solo ocurre en la fase ferrita (fase α) por la descomposición spinodal que se presenta en las aleaciones que tienen un alto contenido de cromo. En este trabajo de tesis se realizó el análisis estructural y químico del acero súper dúplex UNS S32750 (SAF 2507) por microscopia electrónica, principalmente microscopia electrónica de transmisión, usando tanto imágenes de alta resolución como difracción electrónica. Para esto, además de la muestra trabajada a temperatura ambiente (muestra testigo), las muestras fueron sometidas a un tratamiento de envejecimiento a una temperatura de 475 °C con lo cual se modificarán sus propiedades mecánicas y la microestructura a través del fenómeno llamado fragilización a 475 °C. Las muestras estuvieron expuestas a esta temperatura con un tiempo de permanencia de 300 h y 1000 h, el análisis químico se realizó por difracción electrónica, EDS y por difracción de rayos X. La caracterización de los aceros inoxidables superdúplex indicó un cambio significativo en su microestructura, principalmente en la fase ferrita, en la cual se precipita la fase secundaria alfa prima (α‟).

High-Chromium White Cast Iron is a material highly used in mining and drilling shafts for oil extraction, due to its high wear resistance. However, because of the austenitic matrix found in the as-cast state, an adequate heat treatment cycle is necessary. This paper studies the effects of different cooling media after a destabilization treatment on the microstructure, hardening and abrasion resistance behaviors of a hypoeutectic high chromium white cast iron. The results show that although air cooling followed by immersion in CO2 can effectively reduce the retained austenite, this is not enough to transform completely the retained austenite into martensite. The low retained austenite percentages improve bulk hardness, but they decrease the abrasion resistance of the high chromium cast iron. The best combination of hardness and wear resistance was found in the samples cooled in air, due to the percentage of retained austenite and a moderate precipitation of chromium carbide. Las fundiciones blancas de hierro al alto cromo son muy usadas en la minería y en la perforación de pozos petroleros, debido a su alta resistencia al desgaste; sin embargo, debido a que en el estado de colada su microestructura es austenítica, es necesario someterlas a un adecuado ciclo de tratamiento térmico. Este trabajo estudia los efectos de los diferentes medios de enfriamiento después de un tratamiento de desestabilización de la microestructura y, por ende, el efecto del grado de endurecimiento sobre el comportamiento a la abrasión de una fundición blanca al alto cromo hipoeutéctica. Los resultados muestran que a pesar de que el enfriamiento al aire, seguido por inmersión en CO2, puede reducir eficazmente la austenita retenida, esto no es suficiente para transformarla completamente en martensita. El bajo porcentaje de austenita retenida incrementa la dureza del material, pero disminuye la resistencia a la abrasión de las fundiciones al alto cromo. La mejor combinación de dureza y resistencia al desgaste se encontró en las muestras enfriadas al aire, debido al porcentaje de austenita retenida y a una moderada precipitación de carburos de cromo. As fundições brancas de ferro ao alto cromo são muito usadas na mineração e na perfuração de poços petroleiros, devido a sua alta resistência ao desgaste; porém, devido a que no estado de lingotamento sua microestrutura é austenítica, é necessário submetê-las a um adequado ciclo de tratamento térmico. Este trabalho estuda os efeitos dos diferentes meios de resfriamento depois de um tratamento de desestabilização da microestrutura e, consequentemente, o efeito do grau de endurecimento sobre o comportamento à abrasão de uma fundição branca ao alto cromo hipoeutética. Os resultados mostraram que apesar de que o resfriamento ao ar, seguido por imersão em CO2, pode reduzir eficazmente a austenita retida, isto não é suficiente para transformá-la completamente em martensita. A baixa porcentagem de austenita retida incrementa a dureza do material, mas diminui a resistência à abrasão das fundições ao alto cromo. A melhor combinação de dureza e resistência ao desgaste encontrou-se nas amostras resfriadas ao ar, devido à porcentagem de austenita retida e a uma moderada precipitação de carbonetos de cromo.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2018. Aços maraging são aços martensíticos de baixo carbono, altamente ligados, nos quais o endurecimento é atingido por meio de um tratamento térmico de envelhecimento, durante o qual ocorre a precipitação de compostos intermetálicos. A pesquisa nestes materiais é estratégica, pois é um material utilizado nas indústrias aeronáutica, aeroespacial, militar e nuclear. Neste trabalho foi estudado o efeito do forjamento a morno no aço maraging 18Ni C300, utilizando duas temperaturas de conformação (250 e 350 °C), determinadas mediante ensaio de tração. Previamente foi realizada a solubilização dos corpos de prova em duas temperaturas. Já o tratamento térmico de envelhecimento foi feito em três temperaturas e em cinco tempos cada tratamento. As amostras foram analisadas através de microscopia óptica e eletrônica de varredura. Foi feita a quantificação de austenita reversa por meio de difração de raio-X. O efeito da conformação na textura cristalográfica foi analisado por meio de EBSD e por último, a dureza do material foi analisada através do ensaio de microdureza Vickers. Foi observado o efeito Portevin Le Chatelier no ensaio de tração a 350 °C. Nesta temperatura também foi observada a presença de trincas localizadas na região de deformação concentrada. Em ambas as deformações foi observado refino da microestrutura martensítica, sendo esta mais evidente na deformação a 250 °C. Também foi observado que a deformação promoveu a formação de maior quantidade de austenita reversa com o aumento da temperatura de forjamento. Com relação à textura, observou-se que as fibras {110} // DF e {111} // DF aumentaram de intensidade à medida em que se aproxima do centro do corpo de prova forjado, enquanto que a intensidade da orientação {001} // DF diminui. Além disso, os níveis mais baixos de deformação foram observados perto da superfície em contato com a matriz de forjamento, contendo a menor quantidade de emaranhado de discordâncias, que aumentou gradualmente em direção ao centro da amostra. Abstract : Maraging steels are low carbon martensitic steels, highly alloyed, in which hardening is achieved by aging, during this occurs the precipitation of intermetallic compounds. The research in these materials is strategic as it is a material used in the aeronautical, aerospace, military and nuclear industry. In this work was studied forging of 18Ni C300 steel, with two forging temperatures (250 and 350 °C), determined by a tensile test. Previously an annealing treatment was performed at two temperatures. The heat treatment has been done in three temperatures and in five times each. The samples were analyzed by optical and scanning electron microscopy. A quantification of reverted austenite was done by X-ray diffraction. The effect of forging in grain orientation changes was analyzed by back-scatter electron microscopy. A microhardness evaluation was performed by Vickers test. The Portevin Le Chatelier effect was observed in the tensile test at 350 ° C. On this condition, it was also observed the presence of cracks in the shear bands. In both deformations a refinning of the martensitic microstructure was observed, and it was more evident in the deformation at 250 ° C. It was also observed that at higher forging temperature, more reverted austenite was detected. With respect to the texture the {110} // FD and {111} // FD fibers increased with depth, whilst {001} decreases. In addition, the lower strain levels were observed on the surface in contact with the die, containing a smaller amount of tangles of dislocations, which increases towards the center of the sample.

Natural gas is a very promising alternative energy source, and may well be the main fuel in the coming decades, has a vast resource base and its environmental advantages are widely recognized. Because of this, the storage and transportation of liquefied natural gas (LNG) is increasingly important. For the manufacture of the storage tank and transport of LNG are used aluminum alloys, austenitic stainless steels, alloy 9% Ni, among others. But all these materials have disadvantages, such as expensive welding consumables, welding difficulties, and its high manufacturing cost. Alloys with high Mn content can be an attractive alternative to such an application. Manganese is part of the group of stabilizing elements of austenite in steels. Mn-based alloys have low production costs compared to those currently used. The alloy characterized was Fe27Mn1Si. The rolling and solubilization heat treatment temperatures were obtained from the phase diagrams plotted in the Thermo-Calc® software. Hot laminations were carried out at temperatures of 700oC and 1100oC. Reductions of 80% and 60% of the initial thickness were applied. Coolings were made in water, air and furnace. The microstructure of the Fe27Mn1Si alloy was characterized by scanning electron and optical microscopy techniques. The presence of the Austenite and Martensite- phases was observed. The phases were analyzed and quantified using the EBSD and XRD techniques. An increase of the Martensite- phase was observed for a lower cooling rate. The mechanical properties of the Fe27Mn1Si alloy were investigated. The traction and Charpy impact energy tests were performed at room temperature and cryogenic (-196°C). The alloy with high Mn content combined high strength with good ductility. The corrosion resistance in 0.001M NaCl solution was analyzed by OCP techniques and polarization curves. O gás natural é uma fonte de energia alternativa muito promissora, e pode muito bem vir a ser o principal combustível nas próximas décadas, tem vasta base de recursos e as suas vantagens ambientais são amplamente reconhecidas. Devido a isso, o armazenamento e transporte de gás natural liquefeito (GNL) é cada vez mais importante. Para fabricação do tanque de armazenamento e transporte de GNL são utilizadas ligas de alumínio, aços inoxidáveis austeníticos, a liga 9% de Ni, dentre outros. Mas todos esses materiais têm desvantagens, como consumíveis de soldagem caros, dificuldades de soldagem, além do seu elevado custo de fabricação. Ligas com alto teor de Mn pode ser uma alternativa atraente para tal aplicação. O Manganês faz parte do grupo de elementos estabilizadores da austenita em aços. As ligas a base de Mn possuem custos baixos de produção se comparadas às utilizadas atualmente. A liga caracterizada foi a Fe27Mn1Si. As temperaturas de laminação e tratamento térmico de solubilização foram obtidas dos diagramas de fases plotados no software Thermo-Calc®. Foram realizadas laminações a quente em temperaturas de 700oC e 1100oC. Foram aplicadas reduções de 80% e 60% da espessura inicial. Foram realizados resfriamentos em água, ar e forno. A microestrutura da liga Fe27Mn1Si foi caracterizada pelas técnicas de microscopia ótica e eletrônica de varredura. Foi observada a presença das fases Austenita e Martensita-. As fases foram analisadas e quantificadas através das técnicas de EBSD e DRX. Foi observado um aumento da fase Martensita- para uma menor velocidade de resfriamento. Foram investigadas as propriedades mecânicas da liga Fe27Mn1Si. Os ensaios de tração e de energia de impacto Charpy foram realizados em temperatura ambiente e criogênica (-196°C). A liga com alto teor de Mn combinou alta resistência com boa ductilidade. Foi analisada a resistência à corrosão em solução 0,001M de NaCl através das técnicas de OCP e curvas de polarização.

The understanding of the relationship between mechanical properties and microstructure of ultra high strength steels remains a key problem in metallurgy with important consequences for the industry, notably those of high performance such as nuclear, petrochemical and aerospace. Maraging steels are a class of ultra high strength steels of special importance due to their performance. In this work, the effects of the solution treatment temperature on the mechanical properties of the maraging 300 steels were evaluated, in order to maximize their toughness without considerable detriment of their mechanical strength. Five solution treatment temperatures were evaluated over a one hour treatment time. The characterization of the mechanical properties was done by tests of Rockwell C hardness, Charpy-V impact toughness, NTS impact sensitivity, tensile and fracture toughness in plane strain. The microstructural characterization was performed by optical microscopy to determine the prior austenite grain size and microstructure analysis, scanning electron microscopy for analysis of the microstructure and fracture surfaces, X-ray diffraction and backscattered electron diffraction. The results obtained demonstrated a Hall-Petch type relationship between the solution treatment temperature and the mechanical tensile strength. Conversely, an increase in fracture toughness was observed with increasing solution treatment temperature. In this way it was possible to find a heat treatment condition in which it was possible to raise about 20% of the toughness with a loss of only 6% in the tensile strength. O entendimento sobre a relação entre propriedades mecânicas e microestrutura de aços de ultra-alta-resistência permanece como um problema-chave em metalurgia com importantes consequências para a indústria, notadamente a de alto desempenho, como nuclear, petroquímica e aeroespacial. Os aços maraging são uma classe de aços de ultra resistência de especial importância devido a sua performance. Neste trabalho foram avaliados os efeitos da temperatura de solubilização nas propriedades mecânicas dos aços maraging 300, com o intuito de se maximizar sua tenacidade sem detrimento considerável de sua resistência mecânica. Foram avaliadas cinco temperaturas de solubilização em um tempo de uma hora de tratamento. A caracterização das propriedades mecânicas foi feita através de ensaios de dureza rockwell C, tenacidade ao impacto charpy-V, sensibilidade ao impacto NTS, tração e tenacidade à fratura em deformação plana. A caracterização microestrutural foi realizada por microscopia ótica para determinação do tamanho de grão da austenita primária e análise da microestrutura, microscopia eletrônica para análise da microestrutura e das superfícies de fratura, difração de raios-X e difração de elétrons retroespalhados. Os resultados obtidos demonstraram uma relação do tipo Hall-Petch entre a temperatura de solubilização e a resistência mecânica à tração. De modo inverso, se observou um aumento da tenacidade à fratura com a elevação da temperatura de solubilização. Desta forma foi possível encontrar uma condição de tratamento térmico em que foi possível uma elevação de cerca de 20% da tenacidade com uma perda em torno de apenas 6% na resistência à tração.

Orientadores: Paulo Roberto Mei, Antonio Ramirez Londono Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Neste trabalho foram estudados os aspectos cinéticos e composicionais referentes ao mecanismo de reversão e estabilização da austenita durante o revenimento intercrítico para um aço inoxidável supermartensítico. Foi utilizada uma metodologia experimental que consistiu em duas frentes de estudo: 1) Uso simultâneo das técnicas de difração de raios-X com luz síncrotron e dilatometria laser para caracterizar a cinética da transformação martensita - austenita durante os ciclos de revenimento intercrítico simples e múltiplos. 2) Caracterização morfológica e composicional das fases decorrentes dos ciclos de revenimento através de espectroscopia de raios-X por dispersão de energia na microscopia eletrônica de transmissão em modo de varredura e tomografia de sonda atómica. Os mecanismos de reversão e estabilização da austenita foram estudados a partir de duas condições microestruturais iniciais diferentes, porém bem conhecidas: 1) Matriz composicionalmente homogênea, austenitizada em 950 °C durante 20 minutos, com microestrutura de 99.7 % martensita nova e 0.3 % de carbo-nitretos de titânio estáveis. 2) Matriz composicionalmente e microestruturalmente não homogênea, revenida em 625 °C durante 2,5 horas para produzir uma microestrutura composta por austenita revertida rica em níquel, martensita nova rica em níquel e martensita revenida pobre em níquel. Para o caso da matriz homogênea, os mecanismos de reversão difusiva e por cisalhamento foram diferenciados através das taxas de aquecimento lento e ultrarrápido. O aquecimento lento permitiu obter as temperaturas de transformação em quase equilíbrio. O aquecimento ultrarrápido permitiu estudar a cinética de reversão isotérmica, isolando-a dos efeitos decorrentes da transformação de fases e difusão durante a etapa de aquecimento. A nucleação da austenita ocorreu principalmente nas interfaces entre ripas martensíticas e precipitados Ti (C, N), com concentrações altas de elementos estabilizadores da fase (níquel, manganês, cobre, etc.). O crescimento da austenita esteve fortemente influenciado pela migração de elementos estabilizadores da fase desde a martensita até a interface em movimento, de acordo com a partição de níquel segundo o equilíbrio local. O aumento da temperatura de reversão aumentou a cinética da transformação, favorecendo a nucleação rápida de austenita e diminuiu a partição de níquel necessária para o crescimento das ripas. Porém, isto afetou a estabilidade térmica da austenita revertida, sendo que a mesma foi completamente instável durante o resfriamento após revenimento acima de 670 °C; parcialmente estável após revenimento entre 625 e 650 °C; e, completamente estável após revenimento abaixo 610 °C. A microestrutura obtida após reversão em 625 °C durante 2,5 horas apresentou o menor valor de dureza devido à extração do carbono da solução sólida e à maximização da fração volumétrica de austenita revertida estável na temperatura ambiente. Depois, os mecanismos de reversão e estabilização da austenita foram estudados para o caso da matriz não homogênea. O mecanismo referente ao incremento da fração volumétrica de austenita estável após ciclos de revenimento múltiplo foi relacionado à formação de uma microestrutura de transição metaestável, imposta pelo primeiro ciclo de revenimento em 625 °C. A reversão e estabilização progressiva preferencial da martensita nova, rica em níquel, resultante das etapas de resfriamento, levou à estabilização de frações volumétricas de austenita acima do equilíbrio termodinâmico para as temperaturas de revenimento subseqüentes abaixo de 625 °C. Por outro lado, quando a temperatura dos ciclos de revenimento subsequentes esteve acima de 625 °C, foi observada a desestabilização da austenita revertida presente após o primeiro ciclo de revenimento. Após revenimento simples, a máxima redução da dureza foi obtida para a condição de 625 °C durante 2,5 horas, que maximizou a fração volumétrica de austenita na temperatura ambiente. Porém, após ciclos de revenimento múltiplo, não foi observada redução de dureza representativa, mesmo após supressão total da martensita nova e maximização da fração volumétrica de austenita revertida estável. Isto foi explicado pelo seqüestro do carbono da solução sólida após o primeiro ciclo de revenimento. A forte segregação de elementos ferritizantes nas interfaces austenita/martensita após revenimento simples resultou na precipitação da fase 'qui' durante os ciclos de revenimento múltiplo Abstract: This work presents the study of the kinetic and compositional aspects behind the mechanism of austenite reversion and stabilization during the inter-critical tempering of a supermatensitic stainless steel. The experimental methodology used in this work consisted in: 1) Use of correlative synchrotron x-ray diffraction and laser dilatometry to characterize the martensite - austenite transformation kinetics during simple and multiple inter-critical tempering cycles. 2) X-ray Energy Dispersive Spectroscopy in Transmission Electron Microscopy and Atom Probe Tomography compositional characterization of the morphology and composition of the phases present after tempering. The mechanism of austenite reversion and stabilization was studied for two well-known starting microstructural conditions: 1) Compositionally homogeneous martensitic matrix, austenitized at 950 °C during 20 minutes, resulting in 99,7 % fresh martensite and 0,3 % stable titanium carbo-nitrides. 2) Microstructurally and compositionally non-homogeneous matrix, obtained after inter-critical tempering at 625 °C during 2,5 h, resulting in a microstructure composed by Ni-rich reverted austenite, Ni-rich fresh martensite, Ni-depleted tempered martensite. For the homogeneous matrix case, the diffusive and displacive reversion mechanisms were differenced by the use of slow and ultra-fast heating rates. The slow heating rate allowed to obtain the quasi-equilibrium transformation temperatures. The ultra-fast heating rate allowed the isolation of the isothermal austenite reversion, through the suppression of the possible contributions of phase transformations and diffusion during the heating stage. The austenite nucleation occurred mainly at heterogeneous sites, such as the martensitic lath/lath interfaces and the Ti (C, N) precipitates, having higher concentrations of austenite-stabilizing elements (nickel, manganese, copper, etc). The austenite growth was strongly influenced by the migration of austenite-stabilizing elements from the martensite to the moving interface, according to the local equilibrium partitioning of nickel. By increasing the isothermal reversion temperature, the kinetics of the transformation was accelerated, favoring fast austenite nucleation and decreasing the nickel partitioning necessary to the austenite lath growth. However, this also affected the thermal stability of the reverted austenite, since it was completely unstable upon cooling from the isothermal reversion temperatures above 670 °C; partially stable upon cooling from reversion temperatures between 625 and 650 °C; and completely stable upon cooling from reversion temperatures below 610 °C. The resulting microstructure after tempering at 625 °C during 2,5 hours presented the lowest hardness values due to the carbon extraction from the solid solution and to the maximization of the stable reverted austenite volume fraction at room temperature. Later on, the mechanisms of austenite reversion and stabilization were studied for the non-homogeneous matrix case. The mechanism behind the increment in the stable reverted austenite volume fraction after multiple-step inter-critical tempering was related to the generation of a transition metastable microstructure, imposed by the first inter-critical tempering cycle at 625 °C. The preferential reversion and stabilization of the Ni-rich fresh martensite laths, coming from the cooling stages, resulted in the stabilization of volume fractions of austenite above the thermodynamic equilibrium for the subsequent tempering temperatures below 625 °C. On the other hand, when the subsequent tempering temperature was above 625 °C, destabilization of the reverted austenite, previously obtained after the first tempering cycle, was observed. After single inter-critical tempering, the maximum hardness reduction was observed for the condition at 625 °C during 2,5 h, which also maximized the volume fraction of reverted austenite at room temperature. However, after multiple-step inter-critical tempering, no representative hardness reduction was observed even after completely suppressing the presence of fresh martensite, by maximizing the presence of stable reverted austenite. This was explained by the complete carbon arrest from the solid solution after the first inter-critical tempering cycle. The strong martensite/austenite interface segregation of ferrite-stabilizing elements resulted in the precipitation of 'qui' phase during the subsequent multiple tempering stages Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica FAPESP 2014/20844-1

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2018. Os aços inoxidáveis austeníticos possuem elevada resistência à corrosão devido ao fenômeno de passivação, que consiste na formação de óxido de cromo na superfície deste material. Estas ligas possuem alta ductilidade e baixa resistência mecânica quando comparado aos inoxidáveis ferríticos e martensíticos. Tratamentos termoquímicos, como a nitretação, podem ser utilizados com a finalidade de aumentar a dureza da superfície destas ligas, porém a fina camada de óxido que se forma espontaneamente na superfície destes materiais tem efeito deletério no processo de difusão. Por isso técnicas que promovem pulverização através da aceleração de íons, como a nitretação assistida por plasma (NAP), têm sido preferidas para o tratamento destes materiais. As técnicas de NAP permitem tratamentos a baixas temperaturas que se caracterizam pela formação de uma camada supersaturada em nitrogênio evitando a formação e precipitação de nitretos de cromo nos aços inoxidáveis austeníticos. A formação desta camada, conhecida como austenita expandida, é ideal para aplicações que visam simultaneamente propriedades químicas e mecânicas. A fase consiste em uma solução intersticial de nitrogênio em austenita para além dos limites de equilíbrio termodinâmico, para valores entre 20 at% e 40 at% de nitrogênio. O estado da arte tem explorado as diferenças entre as propriedades de camadas nitretadas na faixa de temperatura entre 350°C e 550°C, mas poucos estudos se aprofundaram na influência da quantidade de nitrogênio nas propriedades químicas e mecânicas. Assume-se aqui que uma liga inoxidável com diferentes teores de nitrogênio, tratado como elemento de liga, deve apresentar diferentes propriedades de resposta. Antecede ao estudo da resposta química e mecânica, a fabricação de camadas com diferentes teores de nitrogênio, e o domínio dos parâmetros de nitretação que permitam sua fabricação. Sendo assim o trabalho a seguir, através da variação de parâmetros de processo (potencial aplicado, razão cíclica e pressão), obteve diferentes características da camada de austenita expandida em um aço inoxidável 316L. Através das técnicas de Difração de raios X, microdureza Vickers, MEV e EDS, pôde-se caracterizar camadas enriquecidas por nitrogênio com espessuras que variam de cerca de 2µm a 8µm e com teores máximos de nitrogênio na faixa de 18 at% a 38 at%, que permitiram níveis de expansão da célula unitária entre 3% e 9% do parâmetro de rede inicial. Abstract : The austenitic stainless steels have high corrosion resistance due to the passivation phenomenon that consists on the formation of chromium oxide on the materials surface. These alloys have high ductility and low mechanical strength when compared to ferritic and martensitic stainless alloys. Thermochemical treatments, like nitriding, can be used to increase the surface hardness of these alloys, but the thin oxide layer that is spontaneously formed on the surface of these materials has a deleterious effect on the diffusion process. Because of that, techniques that promote pulverization through ion acceleration, as the plasma nitriding process, have been preferred to treat these materials. The plasma nitriding techniques allow treatments at low temperatures that are characterized by the formation of a nitrogen supersaturated layer, avoiding the formation and precipitation of chromium nitrides on austenitic stainless steels. The formation of this layer, known as expanded austenite, is ideal to applications that simultaneously require chemical and physical properties. The phase consists of an interstitial solution of nitrogen in austenite above the thermodynamic equilibrium limits, with nitrogen values between 20 at% and 40 at%. The state of the art has been exploring the differences between the properties of layers nitrided between 350 °C e 550 °C, but few studies deepened on the influence of the nitrogen quantity on the chemical and mechanical properties. Here, it s assumed that a stainless alloy with different levels of nitrogen, treated as an alloying element, should present different properties. The fabrication of layers with different nitrogen levels and the mastery of the nitriding parameters that allow their fabrication precedes the study of the chemical and mechanical response. Therefore, the following study, through the variation of the process parameters (applied voltage, duty cycle and pressure), obtained different characteristics of the expanded austenite layer in a 316L stainless steel. X-ray diffraction, Vickers microhardness, SEM and EDS techniques allow to characterize layers enriched in nitrogen with thickness around 2 µm to 8 µm and with maximum nitrogen levels between 18 at% and 38 at%, which allowed levels of unit cell expansion between 3% and 9% of the original lattice parameter.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2018. Os aços maraging são aços que apresentam uma boa relação entre resistência mecânica e tenacidade a fratura. Suas propriedades são obtidas por meio dos tratamentos de têmpera e envelhecimento em que se tem a precipitação de compostos intermetálicos em uma matriz martensítica. Nesse contexto, o presente trabalho buscou avaliar o efeito da deformação a quente, tempo e temperatura de envelhecimento na microestrutura, dureza e cinética de precipitação e formação de austenita reversa de um aço maraging C350 com titânio, buscando melhorar suas propriedades mecânicas sem que seja necessária a adição de elementos de liga. As seguintes técnicas de análises foram utilizadas: Microscopia Óptica (MO), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e de Transmissão (MET), Difração de Raios X (DRX), Microdureza Vickers e Dilatômetria. Os resultados mostraram que a deformação promoveu um refino dos pacotes e blocos martensíticos proporcional a redução de altura e um alinhamento preferencial para o centro da amostra, também aumentou a dureza proporcionalmente a deformação. No envelhecimento, acelerou a cinética de precipitação e de formação da austenita reversa. Quanto ao tamanho de cristalito e microdeformação, em menores tempos de envelhecimento a deformação promoveu uma redução do tamanho de cristalito e um aumento da microdeformação. Ao aumentar o tempo de envelhecimento foi verificado comportamento oposto à 500 ºC, enquanto que à 550 ºC tanto o tamanho de cristalito quanto a microdeformação tiveram seus valores reduzidos. Também foi verificada redução da variação volumétrica do corpo de prova produzida pelas reações e aceleração das faixas de temperatura de precipitação e formação da austenita reversa na deformação de 60 %. Abstract : The maraging steels are steels that show a good relation between mechanical strength and fracture toughness. Its properties are obtained by quenching and aging, where there is a precipitation of intermetallic compounds in a martensitic matrix. In this context, this study aimed to evaluate the effect of hot deformation, time and temperature of aging on the microstructure, hardness and precipitation kinetics and formation of reverted austenite in a C350 maraging steel with titanium, in order to improve mechanical properties without addition of alloying elements. The following analysis techniques were used: optical microscopy (OM), Scanning Electron Microscopy (SEM) and transmission (TEM), X-Ray Diffraction (XRD), Vickers microhardness and Dilatometry. The results showed that the deformation promoted a refinement of martensitic packages and blocks proportional to the reduction of height and a preferential alignment towards center of the sample, it also increased the hardness proportionally to the deformation. In the aging, accelerated the precipitation kinetics and formation of reverted austenite. About the crystallite size and microdeformation, in shorter aging times in both temperature of solubilization the deformation promoted a reduction of crystallite size and an increase of microdeformation. Increasing the aging time the opposite behavior was verified at 500 ºC, while at 550 ºC both the crystallite size and microdeformation had their values reduced. It was also verified reductions of the volumetric variation of the specimens produced by reactions and acceleration of the precipitation temperature ranges and formation of the reverted austenite in the deformation of 60%.

La lima Wave One Gold® tiene un tratamiento térmico que mejora sus propiedades, proporcionando mayor seguridad, sin embargo, el fabricante no recomienda el reusó Objetivo: Determinar los cambios metalúrgicos de las limas primary Wave One Gold® posterior a su uso y esterilización mediante análisis de Calorimetría diferencial de barrido (DSC) y Microscopia electrónica de transmisión (TEM). Método: Con DSC y TEM; se evaluaron 2 limas nuevas (grupo control) y 6 limas usadas de una investigación previa en la cual se instrumentaron 6 conductos con 2 ciclos de esterilización, con curvaturas moderadas a severas. Resultados: La DSC en la lima control calorimetria mostró 2 picos de transformación endotérmica 1 pico exotérmico y una fase intermedia en la curva de enfriamiento (fase R). La figura 1 y 3 mostró dos picos endotérmicos, un pico exotérmico; en la figura 2 mostró un pico endotérmico y dos picos exotérmicos; en las limas usadas no se observó fase R en los grupos experimentales y la liberación de energía (entalpia) se produjo con mayor intensidad en la curva de calentamiento. El análisis de TEM de la lima control TEM mostró bandas emparejadas, en las limas usadas (1 y 3), se observaron zonas escasas con emparejamientos que no se encontraron en la lima 2. Conclusiones: La lima primary Wave One Gold® bajo DSC y TEM presento cambios microestructurales posterior a su uso. The wave one gold file has a thermical treatment which enhaces its properties and provides higher safety, however the manufacturer doesn’t recommends it’s re use. Objective: Establish the metallurgic changes of primary Wave One Gold files after their use and sterilization by means of a diferential scanning calorimetry (DSC) study and transmision electronic microscope (TEM).Method: The evaluation was made in two new files known as the control group and in another six files that were used in a previous study in which all of them were employed to prepare 6 canals with moderate to severe curvatures and were sterilizated twice. Results: The DSC study on the control file showed two endothermic transformation peaks, one exothermic peak and an intermediate phase in the cooling curve (R phase). The A1 and A3 specimens showed two endothermic peaks and one exothermic peak, the A2 group showed and endothermic peak and and two exothermic peaks; in the experimental groups no phase R was found and the energy transfer known as enthalpy was produced with the most intensity in the heating curve. The TEM analysis of the control file displayed matching bands, in the used files (B1 an B3) there were seen a few matching zones that weren’t found on the B2 file. Conclusions: The primary wave one gold file seen under DSC and TEM showed ultraestructural changes after it´s use. Especialista en Endodoncia Especialización

Incentivado pela indústria de óleo e gás, os aços inoxidáveis supermartensíticos foram desenvolvidos a partir de uma evolução dos aços inoxidáveis martensíticos. Eles se caracterizam como uma alternativa intermediária entre os aços inoxidáveis martensíticos e os aços inoxidáveis duplex em termos de resistência à corrosão e ao custo de fabricação. Neste trabalho, foi avaliada a influência da formação da austenita durante o revenimento nas propriedades mecânicas e resistência à corrosão localizada através da realização de tratamento térmico em diferentes condições de revenimento, variando a temperatura, o tempo de encharque e o número de ciclos (revenimento simples e duplo). Foi feita a caracterização microestrutural via microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios X (DRX). As propriedades mecânicas foram caracterizadas via microdureza e ensaios de tração e as superfícies de fratura de tração foram analisadas no MEV. A resistência à corrosão localizada foi caracterizada via polarização anódica potenciodinâmica cíclica. Os resultados mostraram que, o aumento da temperatura de revenimento na faixa entre 615 e 700°C faz com que ocorra cada vez mais formação de austenita durante o revenimento, porém a fração de austenita retida aumenta, passando por uma fração máxima e depois diminui. Com o aumento do tempo de encharque de 15 min para 24 h a 650°C, também ocorre o aumento da formação de austenita, porém observa-se pouca diferença na fração de austenita retida, principalmente, entre 2 h e 24 h de encharque. Com a aplicação do segundo revenimento, a quantidade de austenita retida cresce significativamente. Não foi constatada influência da formação da austenita durante o revenimento na corrosão por pites, considerando a técnica e os parâmetros utilizados neste trabalho Encouraged by the oil and gas industry, supermartensitic stainless steels were developed as an evolution of martensitic stainless steel. They are characterized as an intermediate alternative between martensitic and duplex stainless steels in terms of corrosion resistance and manufacturing cost. In this work, the influence of the austenite formation during tempering in the mechanical properties and resistance to localized corrosion was evaluated by performing heat treatment in different tempering conditions, varying its temperature, its soaking time at 650°C and the number of tempering cycles (single and double tempering). Microstructural analyses were performed by scanning electron microscopy (SEM) and X ray diffraction (XRD). The mechanical properties were evaluated by microhardness and tensile tests. The tensile fracture surfaces were also evaluated. The localized corrosion resistance was investigated by cyclic potentiodynamic anodic polarization. The results showed that the increase of the tempering temperature in the range of 615 to 700°C causes the rise and reduction of retained austenite fraction according to tempering temperature, even the austenite formation is always increasing. In the other hand, increasing the soaking time from 15 min to 24 h at 650°C also enlarges the austenite formation, but lower difference in terms of retained austenite fraction was observed, mainly between 2 h and 24 h. Furthermore, with the double tempering, the retained austenite fraction has a significant growth. No influence of austenite formation during tempering on localized corrosion was observed, considering the technique and conditions used in this work

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2017. Os aços alto carbono com constituintes bainíticos são materiais que conseguem atender grandes exigências em serviço, devido combinarem à boa ductilidade, resistência mecânica e tenacidade à fratura. Para elaboração destes materiais se faz necessário a combinação de alguns elementos de liga com teores significativos, estes exercem um importante papel no comportamento cinético e morfológico da transformação bainítica. A adição de silício, acelera a reação bainítica e retarda a formação dos carbonetos, o manganês aumenta a austemperabilidade e o níquel além de auxiliar aumentando a austemperabilidade da liga, tende a aumentar à tenacidade a fratura do material. Nesse trabalho estudaram-se quatro ligas fundidas e conformadas a quente com teores variáveis de silício, manganês e níquel, a fim de verificar o efeito da composição química e das condições de austêmpera na morfologia e cinética da transformação bainítica. As condições de austêmpera variaram a temperatura de austenitização (870 e 1150°C) e a temperatura de austêmpera (280 e 370 °C), durante tempos que alteraram de 1 min a 839 h para algumas condições de tratamento térmico. As temperaturas críticas de transformações de fase foram determinadas a partir de simulações, utilizando o software JMat-Pro®. Para a caracterização morfológica e avaliação da cinética da transformação de fase utilizaram-se as técnicas de microscopia óptica (MO), eletrônica de varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão (MET) e, também, foram determinadas as propriedades mecânicas mediante ensaio de dureza, tração e impacto em amostras selecionadas. Verificou-se a presença de austenita na forma de filmes, intercaladas às ripas de ferrita bainítica, além de austenita retida na forma de blocos, de geometria poligonal, como principais produtos da transformação bainítica em todas as ligas estudadas. Para a liga 2, com maior teor de silício, verificou-se uma menor fração volumétrica de austenita retida total, devido ao efeito do silício em acelerar a transformação bainítica. A liga 3, com maior teor de manganês apresentou a menor quantidade de ferrita bainítica transformada para todas as condições de austêmpera com maior fração de austenita retida na forma de blocos. A liga 4, maior teor de níquel possui maior estabilidade mecânica e propicia maiores valores de alongamento. Abstract : The steels with high carbon with bainitic constituents are materials that can meet high requirements in service, due to their combination with good ductility, mechanical strength and fracture toughness. For the preparation of these materials it is necessary to combine some alloying elements with significant contents, these play an important role in the kinetic and morphological behavior of the bainitic transformation. The addition of silicon accelerates the bainitic reaction and slows the formation of the carbides, the manganese increases the austemperability and the nickel besides helping increasing the austemperability of the alloy, tends to increase the fracture toughness of the material. In this work four hot melt alloys were studied with varying contents of silicon, manganese and nickel, in order to verify the effect of chemical composition and austenial conditions on the morphology and kinetics of bainite transformation. Austenite conditions varied the austenitization temperature (870 and 1150 ° C) and temperature of austenem (280 and 370 ° C), during times ranging from 1 min to 839 h for some heat treatment conditions. The critical temperatures of phase transformations were determined from simulations using JMat-Pro® software. For the morphological characterization and evaluation of the kinetics of the phase transformation, the techniques of optical microscopy (MO), scanning electron (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) were used, and also the mechanical properties were determined by Hardness, traction and impact on selected samples. It was verified the presence of austenite in the form of films, interspersed with the slabs of bainitic ferrite, besides austenite retained in the form of blocks, of polygonal geometry, as main products of the bainitic transformation in all the studied alloys. For alloy 2, with a higher silicon content, a lower volumetric fraction of total retained austenite was observed due to the effect of silicon in accelerating the bainitic transformation. Alloy 3, with higher manganese content showed the lowest amount of bainitic ferrite transformed for all austenitic conditions with a higher fraction of austenite retained in the form of blocks. Alloy 4, higher nickel content has higher mechanical stability and provides higher elongation values.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:08:44Z No. of bitstreams: 2 Andre Rocha Pimenta_Pt1.pdf: 4491518 bytes, checksum: d24e67c6ee5ecfa684d27f78e6a82ba8 (MD5) Andre Rocha Pimenta_Pt2.pdf: 13819269 bytes, checksum: a607d1b9c5e954ec3159b63923fba9fc (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:08:44Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Andre Rocha Pimenta_Pt1.pdf: 4491518 bytes, checksum: d24e67c6ee5ecfa684d27f78e6a82ba8 (MD5) Andre Rocha Pimenta_Pt2.pdf: 13819269 bytes, checksum: a607d1b9c5e954ec3159b63923fba9fc (MD5) Previous issue date: 2016-12-22 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio de Janeiro Stainless steels having a duplex structure are widely applicable in chemical, cellulose, oil and gas industries, and others. The interest for these materials comes from their good mechanical properties and corrosion resistance. These characteristics are attributed to its microstructure composed by equal proportions of ferrite and austenite phases. However, when submitted to welding the balance of these phases can be modified, as well as, deleterious phases can appear, damaging duplex stainless steels performance. This study aimed to investigate the efficiency of nitrogenous addition into the shielding gas of autogenous TIG welding in the maintenance of the equilibrium of ferrite and austenite phases, as well as its effects on hardness proprieties and corrosion resistance of the welding joints. Possible undesirable effects were also analyzed, such as formation of deleterious phases and nitrites. Weld beads using pulsed arc TIG welding were done on samples of stainless steel hyperduplex UNS S32707. Shielding gas used on was argon and nitrogenous, which nitrogenous was added in different quantities for each specimen, 1.5%, 2.5%, 3.5%, 4.5% and 5.5%. The techniques employed were optical microscopy, scanning electron microscopy, atomic force microscopy, semi-quantity chemical analyze by EDS (X-Ray Energy Dispersive Spectroscopy) and quantification of volumetric fraction of existing phases by Digital Image Processing. For evaluation of mechanical properties, Vickers microhardness measurements were realized. Microhardness values did not present significant variation on testing conditions, including base metal, with 95% reliability. Fusion zones obtained from shielding gas with higher N2 concentration, resulted in increasing of austenite content, 39% to 57%, using 1.5% and 5.5% nitrogen, respectively. In consequence, elevated N2 concentration contributed also to better corrosion resistance. Samples with addition of 3.5%, 4.5% and 5.5% N2, had corrosion rate down to 0.0001 g/cm2, which indicates no corrosion process by pitting. Corrosion testing has indicated values above limits established by Standard for samples obtained from 1.5% and 2.5% N2 concentration. Spite of this result, these samples were submitted to macroscopic analyze, which it was not observed presence of corrosion points. Deleterious phases or nitrites were not identified for all testing conditions. Os aços inoxidáveis de estrutura duplex encontram larga aplicação em indústrias químicas, de celulose, de petróleo e gás natural, entre outras. O interesse por esses materiais advém das suas boas propriedades mecânicas e de resistência à corrosão, características atribuídas a sua microestrutura, formada por frações volumétricas balanceadas de ferrita e austenita. Entretanto, quando submetido a processos de soldagem o equilíbrio dessas fases pode ser alterado, bem como fases deletérias podem se formar, prejudicando o desempenho desses aços. Este trabalho objetivou estudar a eficácia da adição de nitrogênio no gás de proteção da soldagem TIG autógena na manutenção do equilíbrio entre as frações volumétricas de ferrita e austenita e seus efeitos nas propriedades de dureza e resistência à corrosão das juntas soldadas. Foram analisados possíveis efeitos secundários indesejados dessa adição, tais como formação de fases deletérias e nitretos. Cordões de solda utilizando processo TIG com arco pulsado foram realizados em aço inoxidável hiperduplex UNS S32707 utilizando gás de proteção argônio e nitrogênio, sendo o nitrogênio adicionado em proporções diferentes, 1,5%, 2,5%, 3,5%, 4,5% e 5,5%. Foram utilizadas técnicas de microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura, microscopia de força atômica, análise química semiquantitativa por EDS (X-Ray Energy Dispersive Spectroscopy). A quantificação das frações volumétricas das fases presentes foi realizada por processamento digital de imagem. Para avaliação das propriedades mecânicas foram realizados testes de microdureza Vickers. Em adição a isso, a resistência à corrosão foi avaliada em ensaio de perda de massa, segundo critérios da norma ASTM G48-99. Todas as condições de soldagem resultaram em uma junta soldada com grãos equiaxiais, com a austenita nos contornos e no interior da ferrita. Os valores de microdureza, não apresentaram variação significativa entre todas as condições testadas e entre o metal de base, com 95% de confiabilidade. Zonas de fusão que utilizaram gás de proteção com maior percentual de nitrogênio resultaram em aumento na fração volumétrica de austenita, que variaram de 39 a 57%, sendo esses valores para 1,5 e 5,5% de nitrogênio, respectivamente. Consequentemente, maiores percentuais de nitrogênio resultaram em melhor resistência à corrosão. As amostras com adição de 3,5%, 4,5% e 5,5% apresentaram taxa de corrosão abaixo de 0,0001 g/cm², indicando que não sofreram processo de corrosão por pitting. E as concentrações de 1,5% e 2,5%, apesar de estarem acima do limite estabelecido pela norma não apresentaram pontos de corrosão em observação macroscópica. Não foram identificadas a presença de fases deletérias ou nitretos para todas as condições testadas.

Modelos matemáticos têm se mostrado ferramentas eficientes e importantes no estudo do comportamento da microestrutura da austenita durante a laminação a quente. Através da modelagem matemática é possível se ter uma melhor compreensão das variáveisenvolvidas no processamento termomecânico de aços, por vezes complexa, e da sua influência no comportamento dos grãos de austenita. Duas abordagens para a modelagem matemática da evolução dos grãos de austenita durante a laminação a quente encontram-se difundidas na literatura: uma que consideraum tamanho de grão médio, e outra que considera uma distribuição de tamanhos de grãos. Esses dois tipos de modelagem utilizam as mesmas premissas e equações para os cálculos. Cada uma, porém, apresenta particularidades que condicionam e influenciam diretamente a precisão dos cálculos e a sua aplicação. Uma análise destes dois tipos de modelagem foi realizada neste trabalho. Códigoscomputacionais foram desenvolvidos fundamentados nos trabalhos mais atuais que representam cada tipo de modelagem. Em seguida, esses códigos foram validados e aplicados a casos industriais de laminação a quente com dados publicados na literatura. Por fim, o desempenho, as vantagens e as desvantagens de cada tipo de modelo foram discutidos. Mathematical modeling has been used as an efficient and important tool in the study of the austenite microstructure behavior in hot rolling process. The mathematical modeling allows a proper understanding of the complex variables involved during the thermomechanical process of steels and its influence on the austenite grain evolution. There are basically two approaches to the mathematical modeling of the austenite grain evolution during the hot rolling process: the first one considers a mean grain size entering each pass, and the second one considers a grain size distribution entering each pass. Each of these approaches has particularities that influence directly its application and accuracy. Analyses of these two kinds of modeling were conducted in this work. Computational codes were developed based on the latest works published in the literature that represents each model. The codes were, then, validated and applied to industrial cases of hot rolling with data published in the literature. The behavior, advantages and disadvantages of each model were discussed.

Made available in DSpace on 2017-07-21T20:43:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jamil M Guimaraes Junior.pdf: 6099500 bytes, checksum: a74509c2e4fa6af13be50e78a82c9a13 (MD5) Previous issue date: 2016-07-08 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Stainless steels with properties which allow high conformability and satisfactory mechanical resistance due to phase transformations are becoming prominently active for industries and metallurgical research centers. Therefore, the phenomena related to the work hardening must be understood and mastered, once the strain has an extremely important function on the phase transformation of these materials. For the investigations, are conducted different kinds of strains on the stainless steels by filing, compression and cold rolling at 12%, 31%, 50%, 70%, 80% and 90% reduction levels. In order to compare the materials, are conducted the following technics: optical microscopy, EDS, EBSD, X ray diffraction, hardness measurements and ferritoscope. The high hardness presented by these as received materials is attributed to the fact that they were not annealed. Low rolled steels showed high transformation into ε-martensite, and high rolled levels (like 90%) showed high grain elongation and very high α’- martensite fractions. Filling and compression also showed high α’- martensite fractions for the AISI 304. However, the AISI 316 didn’t show a significant fraction of α’- martensite after the compression test. Therefore, the high hardness showed by AISI 316 steel after the compression test is certainly due to classic work hardening mechanisms, not due to a α’- martensite transformation, which depends on the Stacking Fault Energy (SFE). Aços inoxidáveis com propriedades que permitam alta conformabilidade aliada a resistência mecânica satisfatória devido a transformações de fase vêm sendo destaque nas indústrias e centros de pesquisa de metalurgia. Para tanto, os fenômenos relacionados ao encruamento devem ser compreendidos e dominados, pois os processos de deformação desempenham uma função extremamente importante na transformação de fases desses materiais. As investigações são conduzidas com deformações plásticas nos aços inoxidáveis por meio de limagem, compressão a 60% de redução da altura e laminação a níveis de 12%, 31%, 50%, 70%, 80% e 90% de redução. Para fins comparativos, são conduzidas análises microestruturais por meio de: microscopia óptica, EDS, EBSD, difração de raios X, medidas de dureza e ferritoscopia. Percebeu-se uma dureza acima do esperado nos materiais inicialmente caracterizados devido ao fato de os mesmos não estarem na condição de recozidos. Baixos níveis de redução na espessura promoveram elevados índices de transformação da austenita para martensita ε, enquanto que altos níveis de redução resultaram em elevado alongamento dos grãos e as maiores frações de martensita α’ entre todas as condições de deformação. Deformação por meio de limagem e por meio de compressão promoveram altos índices de transformação da austenita em martensita α’ para o aço inoxidável AISI 304, porém quando submetido à compressão, o aço AISI 316 não apresentou consideráveis frações de martensita na microestrutura. Sendo assim, conclui-se que o aumento de dureza do aço AISI 316 se deu por mecanismos clássicos de endurecimento, e não pela formação de martensita induzida por deformação. Isso porque a tendência em formar martensita induzida por deformação é dependente da EDE, e consequentemente, da composição química do material.

The aim of the present work is to establish the relationship between laser cladding process parameters (Power, Process Speed and Powder feed rate) and AISI D2 tool steel metallurgical transformations, with the objective of optimizing the processing conditions during real reparation. It has been deposited H13 tool steel powder on some steel substrates with different initial metallurgical status (annealed or tempered) using a coaxial laser cladding system. The microstructure of the laser clad layer and substrate heat affected zone (HAZ) was characterized by Optical microscopy, Scanning Electron Microscopy (SEM) and Electron Backscattered Diffraction (EBSD). Results show that the process parameters (power, process speed, feed rate…) determine the dimensions of the clad layer and are related to the microstructure formation. Although it is simple to obtain geometrically acceptable clads (with the right shape and dimensions) in many cases occur some harmful effects as carbide dilution and non-equilibrium phases formation which modify the mechanical properties of the coating. Specifically, the presence of retained austenite in the substrate-coating interface is directly related to the cooling rate and implies a hardness diminution that must be avoided. It has been checked that initial metallurgical state of the substrate has a big influence in the final result of the deposition. Tempered substrates imply higher laser absorption and heat accumulation than the ones in annealed condition. This produces a bigger HAZ. For this reason, it is necessary to optimize process conditions for each reparation in order to improve the working behaviour of the component.Se ha depositado polvo de acero de herramienta (H13) sobre diferentes sustratos de acero que se encuentran en estado metalúrgico diferente (recocido o de temple y revenido) para comparar los resultados y se ha analizado la microestructura del recubrimiento y de la zona afectada por el calor (ZAC) mediante microscopia óptica, microscopía electrónica de barrido (MEB) y difracción de electrones retrodispersados (EBSD). El objetivo del trabajo es relacionar los parámetros del proceso de recubrimiento por láser (potencia, velocidad, caudal de polvo) con las transformaciones metalúrgicas producidas en el acero de herramienta AISI D2, con el fin de optimizar las condiciones de operación durante la reparación. Los resultados muestran que los parámetros influyen en gran medida en la geometría del cordón y en la formación de la microestructura. Aunque es sencillo obtener deposiciones geométricamente aceptables (forma y tamaño adecuado, ausencia de porosidad), en muchos casos aparecen fenómenos perjudiciales como la dilución de carburos y la aparición de fases metaestables que modifican las propiedades mecánicas del recubrimiento. En concreto, la presencia de austenita retenida en el recubrimiento, relacionada con la temperatura máxima alcanzada y la velocidad de enfriamiento, produce una fuerte disminución en la dureza, que debe evitarse. Además, para una misma composición y acabado superficial, el estado metalúrgico inicial del sustrato tiene una gran influencia sobre el resultado. Sustratos en estado de temple implican una mayor absorción del láser y la acumulación de calor que produce mayores zonas afectadas por el calor (ZAC). Por ese motivo, deben optimizarse los parámetros del proceso para cada operación de manera que se mejore el comportamiento en servicio del componente.

Orientador: Prof. Dr. Sílvio Francisco Brunatto Coorientador: Prof. Dr. Rodrigo Perito Cardoso Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais - PIPE. Defesa : Curitiba, 24/02/2016 Inclui referências: p. 114-120 Área de concentração: Engenharia e Ciência dos Materiais Resumo: O presente trabalho tem por objetivo principal estudar a influência do revenimento nas características de superfície do aço CA6-NM, e posteriormente, verificar o efeito deste tratamento térmico na etapa de nitretação por plasma. Para tanto, a nitretação por plasma à baixa temperatura foi considerando-se o uso de uma atmosfera de nitretação de (5%N2 + 95%H2), numa temperatura de 350 °C, e tempo de 24 horas para cada tratamento térmico realizado. O estudo foi realizado para duas estruturas de martensita distintas, a saber: i) martensita tetragonal de corpo centrado (TCC), para a condição inicial das amostras "como-temperadas"; e ii) martensita cúbica de corpo centrado (CCC), para a condição inicial das amostras "como-revenidas". Duas séries de tratamentos térmicos foram realizadas: i) com objetivo de verificar o efeito da temperatura de revenimento na formação da austenita; e em ii) verificar o efeito do tempo no volume de austenita formada numa temperatura ideal de revenimento (620 °C). A condição ideal de temperatura de revenimento foi de 620 °C, na qual foi obtido um valor de fração volumétrica de austenita de aproximadamente 10%. Por outro lado, o tempo de revenimento ideal para o aço CA6-NM de estudo foi de 10 horas, de forma que a cinética de crescimento da austenita foi efetiva. Na etapa seguinte, quando aplicado o processo de nitretação, os resultados indicam que a condição inicial de tratamento térmico resulta em uma matriz com características distintas e que apresenta forte influência nas propriedades da superfície nitretada, tendo sido verificado camadas nitretadas apresentando diferentes fases expandidas (?N e ?'N) e o nitreto de ferro (? - Fe2-3N), com diferentes propriedades. Abstract: The presente work has as its major objective to study the influence of the tempering on the surface characteristics of the steel CA6-NM, and then check the effect of heat treatment on plasma nitriding step. For that, the low temperature plasma nitriding was considering the us of a nitriding atmosphere of (5%N2 + 95%H2), in a temperature of 350 ºC, and time of 24 hours for each heat treatment realized. The study was accomplished for two distinct martensitic structures, namely: i) Body-centered tetragonal martensite (BCT), for the samples initial condition "as-quenched"; and ii) Body-centered cubic martensite (BCC), for the samples initial condition of "as-tempered". Two heat treatment series were performed: i) with the objective to verify the effect of the tempering temperature on the austenite formation; and in ii) verify the effect of the time on the volume of austenite formed in the ideal temperature of tempering (620 ºC). The ideal tempering temperature condition was 620 ºC, in which was obtained austenite's volumetric fraction value of 10 %. On the other hand, the study's ideal time of tempering to the steel CA6-NM was 10 hours, so that the austenite kinetic growth was effective. In the next step, when applied the process of nitriding, the results indicate that the initial condition of heat treatment results in a matrix with distinct characteristics that present strong influences on the properties on the nitrided surface, having been verified nitrided layers presenting different expanded phases (?N e ?'N) and the Iron nitride (? - Fe2-3N), with different properties.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2016. A fusão seletiva a laser (FSL) é um dos processos de manufatura aditiva que permite fabricar peças metálicas de geometria complexa, sendo algumas destas impossíveis de obter por outros processos. Entretanto, por ser uma tecnologia relativamente nova, ainda há carência de estudos sobre as características microestruturais do material no estado como-fabricado e da sua resposta aos tratamentos térmicos de algumas ligas metálicas. Face a isto, para o presente trabalho foi selecionado como material de estudo um aço maraging do tipo C300. Foram realizadas nas amostras obtidas por FSL, tratamentos térmicos de solubilização e envelhecimento, em diversas temperaturas e tempos. Mediante o levantamento das curvas de envelhecimento (dureza versus tempo) foi possível determinar condições de tratamento térmico que possibilitaram aumentar a resistência mecânica em forma significativa. Um dos tratamentos indicados para aplicação em insertos e moldes de injeção, foi o envelhecimento a 510 ºC por tempos entre 1 a 2 h que, mesmo sem solubilização prévia, produz um aumento do limite de escoamento de 1.046 MPa na condição como-fabricado para 1.820 MPa em 1h. Entretanto, há uma redução sensível do alongamento total (de 15,6 para 6,6 %) e da energia absorvida no ensaio Charpy (de 37,9 para 13 J). A máxima dureza e resistência a tração, foi encontrada na amostra solubilizada a 817 ºC durante 1h e envelhecida a 440 ºC durante 10 h, apresentando 613 HV de dureza, 2.042 MPa de limite de resistência a tração, 2.005 MPa de limite de escoamento, com 4,6 % de alongamento até ruptura, e 10,5 J de energia absorvida ao impacto. Se for necessário aumentar a tenacidade e a resistência, é indicado realizar o envelhecimento a 600 ºC. Nesse caso, uma elevada tenacidade de 38,4 J foi conseguida, como resultado da formação de 35,13 % de austenita reversa, conforme medições realizadas por difração de raios-X (XRD). A análise da textura, realizada por EBSD, permitiu verificar que o material no estado como-fabricado apresenta uma elevada textura, mas ao ser submetido a solubilização a textura diminui consideravelmente, como resultado da recristalização. Na amostra envelhecida a 510 ºC durante 10 h, a fase austenítica apresentou um forte textura do tipo [001], e a martensita do tipo [101], indicando existir uma relação cristalográfica com paralelismo entre estes planos, sendo correspondente a orientação indicada por Pitsch [001]y ? [101]??. Abstract : Selective laser melting (SLM) is one of the additive manufacturing processes that allows the fabrication of metallic parts of complex geometry, to some that are impossible to obtain by other processes. However, because it is a relatively new technology, there is still a lack of studies on the microstructural characteristics of the material in the manufactured state and its response to the thermal treatments of some metal alloys. Considering this, for the present work a maraging steel type C300 was selected as study material. In the samples obtained by SLM, thermal treatments of solubilization and aging were carried out at different temperatures and times. By means of the aging curves (hardness versus time), it was possible to determine the thermal treatment conditions that allowed to increase the mechanical resistance in a significant way. One of the treatments indicated for application in inserts and injection molds was the aging at 510 ºC for times between 1 and 2 h which, even without previous solubilization, produces an increase of the flow limit of 1.046 MPa in the condition as-manufactured to 1.820 MPa in 1h. However, there is a significant reduction in total elongation (from 15,6 to 6,6%) and energy absorbed in the Charpy assay (from 37.9 to 13 J). The maximum hardness and tensile strength were found in the sample solubilized at 817 °C for 1h and aged at 440 °C for 10 h with 613 HV hardness, 2.042 MPa tensile strength limit, 2.005 MPa flow limit, 4,6% from elongation to rupture, and 10.5 J of energy absorbed at impact. If it is necessary to increase the toughness and strength, aging is indicated at 600 °C. In this case, a high tenacity of 38.4 J was achieved, as a result of the formation of 35.13% of reverse austenite, as measured by X-ray diffraction (XRD). The texture analysis, carried out by EBSD, allowed to verify that the material in the manufactured state has a high texture, but when subjected to solubilization the texture decreases considerably, as a result of the recrystallization. In the sample aged at 510 °C for 10 h, the austenitic phase presented a strong texture of type [001], and martensite of type [101], indicating a crystallographic relationship with parallelism between these planes, corresponding to the orientation indicated by Pitsch [001] and ? [101] a.