Têmpera e partição em aço inoxidável martensítico com ênfase na caracterização microestrutural e mecânica
dc.contributor.advisor | Vatavuk, Jan | |
dc.contributor.author | Marques, Murilo Carmelo Satolo | |
dc.date.accessioned | 2023-09-05T18:01:21Z | |
dc.date.available | 2023-09-05T18:01:21Z | |
dc.date.issued | 2023-08-11 | |
dc.description.abstract | O tratamento térmico de Têmpera e Partição (T&P) foi desenvolvido com o objetivo de produzir microestruturas multifásicas constituídas por martensita e frações significativas de austenita retida. A microestrutura gerada por esse tratamento térmico pode resultar em uma interessante combinação de ductilidade e resistência. No campo dos aços inoxidáveis, os martensíticos do sistema ternário Fe–Cr–C possuem maior resistência e dureza. Essas características fazem com que aços inoxidáveis martensíticos sejam utilizados em aplicações que requerem um bom nível de resistência mecânica e ao desgaste atrelado a uma moderada resistência à corrosão. O equilíbrio entre resistência e ductilidade dos aços inoxidáveis martensíticos pode ser controlado no processo de têmpera e revenimento, no entanto os resultados são inferiores em comparação com outros aços martensíticos convencionais. Para ampliação do seu campo de aplicações, é necessário melhorar a relação entre resistência e ductilidade. Neste contexto, o presente trabalho corresponde a um estudo do tratamento térmico de têmpera e partição aplicado em duas ligas de aço inoxidável martensítico comercial. Os ciclos de T&P foram definidos a partir de revisão atualizada da literatura e da avaliação dos tratamentos térmicos exploratórios. Desta maneira, simulações foram realizadas utilizando a dilatometria, sendo que as taxas selecionadas para o ensaio foram determinadas para produzir curvas de aquecimento e resfriamento similares às obtidas com os equipamentos disponíveis no centro de pesquisa da empresa Aperam South America. Diferentes frações de austenita retida nas amostras foram obtidas por meio da variação da temperatura de interrupção do resfriamento no processo de têmpera (TQ), sendo este o único parâmetro a variar entre os ciclos. Foram produzidos mais de 420 corpos de prova para as caracterizações mecânica e microestrutural. Os corpos de prova foram tratados em fornos de laboratório com resfriamento por ar forçado. Para garantir os parâmetros durante o tratamento térmico, utilizou-se um dispositivo de fixação das peças e um sistema de monitoramento por termopares da temperatura e tempo durante todo o processo. Para a caracterização, utilizou-se a análise metalográfica (MO e MEV), EDS, EBSD, DRX e medição de densidade. As propriedades mecânicas foram determinadas pelos ensaios de dureza, tração e impacto. Como resultado, o conjunto de caracterizações evidenciou que, à medida que aumenta a fração de austenita retida no material, há uma redução da sua estabilidade mecânica, resultando em redução do limite de escoamento. Os alongamentos uniforme e total se mantiveram com pouca variação nas amostras que apresentaram fração de austenita retida mecanicamente estável. Nessa condição não se observou o surgimento do efeito TRIP (transformation induced plasticity) nas amostras. Por outro lado, observou-se para essas amostras um aumento na energia absorvida em função do aumento da fração de austenita retida estável mecanicamente. Na condição que apresentou a melhor relação de limite de resistência e ductilidade, se torna evidente o efeito TRIP, atingindo um alongamento total na ordem de 22%, valor este muito superior à condição de temperado e revenido convencional, na ordem de 12 a 15%. Para esta condição, a resistência ao impacto ainda foi razoável, porém não sinalizou maiores valores, atribuindo-se esta resposta à instabilidade mecânica da austenita. A caracterização microestrutural revelou que o processo de T&P promoveu a formação de bandas de austenita na região central da chapa. Esse fenômeno, de forma isolada, não representa redução das propriedades mecânicas. Entretanto, com o aumento do teor de Carbono na liga, foi evidenciada a formação de uma região frágil composta por bandas de austenita retida, carbonetos alinhados e precipitação no contorno de grão. | |
dc.description.sponsorship | CNPQ - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico | |
dc.identifier.uri | https://dspace.mackenzie.br/handle/10899/33244 | |
dc.language.iso | pt_BR | |
dc.publisher | Universidade Presbiteriana Mackenzie | |
dc.subject | têmpera e partição | |
dc.subject | aço inoxidável martensítico | |
dc.subject | austenita retida | |
dc.subject | propriedades mecânicas | |
dc.subject | microestrutura | |
dc.title | Têmpera e partição em aço inoxidável martensítico com ênfase na caracterização microestrutural e mecânica | |
dc.type | Tese | |
local.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/2607688973456560 | |
local.contributor.advisorOrcid | https://orcid.org/0000-0002-9603-3338 | |
local.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/7709838830594054 | |
local.contributor.authorOrcid | https://orcid.org/0000-0002-7983-2330 | |
local.contributor.board1 | Lima, Carlos Roberto Camello | |
local.contributor.board1Lattes | http://lattes.cnpq.br/5984234498421100 | |
local.contributor.board1Orcid | https://orcid.org/0000-0002-7669-4059 | |
local.contributor.board2 | Couto, Antonio Augusto | |
local.contributor.board2Lattes | http://lattes.cnpq.br/2893737202813850 | |
local.contributor.board2Orcid | https://orcid.org/0000-0003-1503-1582 | |
local.contributor.board3 | Lima, Nelson Batista de | |
local.contributor.board3Lattes | http://lattes.cnpq.br/6675251190520162 | |
local.contributor.board4 | Pillis, Marina Fuser | |
local.contributor.board4Lattes | http://lattes.cnpq.br/6515399745840330 | |
local.contributor.board4Orcid | https://orcid.org/0000-0002-1423-871X | |
local.contributor.coadvisor | Labiapari, Wilian da Silva | |
local.contributor.coadvisorLattes | http://lattes.cnpq.br/7359937954183225 | |
local.description.abstracten | Quenching and partitioning (Q&P) heat treatment was developed with the objective of producing multiphase microstructures consisting of martensite and significant fractions of retained austenite. The microstructure produced by this heat treatment can result in an interesting combination of ductility and strength. For applications that require wear resistance associated with environmental weathering, in the field of stainless steels, the martensitics of the ternary Fe-Cr-C system have greater strength and hardness. These characteristics make martensitic stainless steels to be used in applications that require a high level of mechanical strength and wear resistance combined with moderate corrosion resistance. The balance between strength and ductility of martensitic stainless steels can be controlled in the quenching and tempering process, however the results are inferior compared to other conventional martensitic steels. To expand its field of applications, it is necessary to improve the relationship between strength and ductility. In this context, the present work corresponds to a study of the quenching and partitioning heat treatment applied to two commercial martensitic stainless steel alloys. The Q&P cycles were defined based on an updated literature review and the evaluation of exploratory heat treatments. In this way, simulations were performed using dilatometry, and the rates selected for the test were determined to produce heating and cooling curves similar to those with the equipment available at the research center of the company Aperam South America. In order to guarantee the parameters during the heat treatment, a device for fixing the parts and a temperature and time monitoring system were used throughout the process. Samples with different fractions of retained austenite were obtained through the variation of the cooling interruption temperature in the quenching process, it was the only parameter to vary between cycles. More than 420 specimens were produced for mechanical and microstructural characterization. The specimens were treated in laboratory furnace with forced air cooling. In order to guarantee the parameters during the heat treatment, a sample holder was used to fix the parts and a thermocouple monitoring system for temperature and time during the entire process. For characterization, metallographic analysis (OM and SEM), EDS, EBSD, XRD, and density measurement were used. The mechanical properties were determined by hardness, tensile and impact tests. As a result, the set of characterizations showed that as the fraction of retained austenite increases in the material, there is a reduction of its mechanical stability, resulting in a reduction of the yield strength. The uniform and total elongation were maintained with low variation in the samples that presented a mechanically stable retained austenite fraction. In this condition the TRIP effect was not observed in the samples. On the other hand, an increase in the absorbed energy was observed for these samples as a function of the increase in the mechanically stable retained austenite fraction. In the condition that presented the best relation of strength and ductility, the TRIP effect (transformation induced plasticity) is evident, reaching a total elongation in the order of 22%, a value much higher than the conventional quenched and tempered condition, in the order of 12 to 15%. For this condition, the impact strength was still reasonable, but did not signal higher values, attributing this response to the mechanical instability of austenite. The microstructural characterization revealed that the Q&P process promoted the formation of austenite bands in the central region of the sheet. This phenomenon, in isolation, does not represent a reduction in the mechanical properties. However, with increasing carbon content in the alloy, it was evidenced the formation of a fragile region composed of retained austenite bands, aligned carbides and grain boundary precipitation. | |
local.keywords | quenching and partitioning | |
local.keywords | martensitic stainless steel | |
local.keywords | austenite retained | |
local.keywords | mechanical properties | |
local.keywords | microstructure | |
local.publisher.country | Brasil | |
local.publisher.department | Escola de Engenharia Mackenzie (EE) | |
local.publisher.initials | UPM | |
local.publisher.program | Engenharia de Materiais e Nanotecnologia | |
local.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA |
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