Microstructural effects on fatigue crack growth behavior of a microalloyed steel

Thermal transformations on microalloyed steels can produce multiphase microstructures with different amounts of ferrite, martensite, bainite and retained austenite. These different phases, with distinct morphologies, are determinant of the mechanical behavior of the steel and can, for instance, affect the crack path or promote crack shielding, thus resulting in changes on its propagation rate under cyclic loading. The aim of the present work is to evaluate the effects of microstructure on the tensile strength and fatigue crack growth (FCG) behaviour of a 0.08%C-1,5%Mn (wt. pct.) microalloyed steel, recently developed by a Brazilian steel maker under the designation of RD480. This steel is being considered as a promising alternative to replace low carbon steel in wheel components for the automotive industry. Various microstructural conditions were obtained by means of heat treatments followed by water quench, in which the material samples were kept at the temperatures of 800, 950 and 1200 °C. In order to describe the FCG behavior, two models were tested: the conventional Paris equation and a new exponential equation developed for materials showing non-linear FCG behavior. The results allowed correlating the tensile properties and crack growth resistance to the microstructural features. It is also shown that the Region II FCG curves of the dual and multiphase microstructural conditions present crack growth transitions that are better modeled by dividing them in two parts. The fracture surfaces of the fatigued samples were observed via scanning electron microscopy in order to reveal the fracture mechanisms presented by the various material conditions. © 2010 Published by Elsevier Ltd.

Microstructural characterization of layers produced by plasma nitriding on austenitic and superaustenitic stainless steel grades

High chromium content is responsible for the formation of a protective passive surface layer on austenitic stainless steels (ASS). Due to their larger amounts of chromium, superaustenitic stainless steels (SASS) can be chosen for applications with higher corrosion resistance requirements. However, both of them present low hardness and wear resistance that has limited their use for mechanical parts fabrication. Plasma nitriding is a very effective surface treatment for producing harder and wear resistant surface layers on these steel grades, without harming their corrosion resistance if low processing temperatures are employed. In this work UNS S31600 and UNS S31254 SASS samples were plasma nitrided in temperatures from 400 °C to 500 °C for 5 h with 80% H 2-20% N2 atmosphere at 600Pa. Nitrided layers were analyzed by optical (OM) and transmission electron microscopy (TEM), x-ray diffraction (XRD), and Vickers microhardness testing. Observations made by optical microscopy showed that N-rich layers were uniform but their thicknesses increased with higher nitriding temperatures. XRD analyses showed that lower temperature layers are mainly composed by expanded austenite, a metastable nitrogen supersaturated phase with excellent corrosion and tribological properties. Samples nitrided at 400 °C produced a 5 μm thick expanded austenite layer. The nitrided layer reached 25 lm in specimens treated at 500 °C. There are indications that other phases are formed during higher temperature nitriding but XRD analysis was not able to determine that phases are iron and/or chromium nitrides, which are responsible for increasing hardness from 850 up to 1100 HV. In fact, observations made by TEM have indicated that formation of fine nitrides, virtually not identified by XRD technique, can begin at lower temperatures and their growth is affected by both thermodynamical and kinetics reasons. Copyright © 2012 by ASTM International.

Caracterização metalográfica de um aço de fases complexas (CP)

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

A influência da deformação plástica sobre a estabilidade mecânica da Austenita retida em aços 300M

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Metodologia para caracterização metalográfica de um aço TRIP por microscopia óptica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Caracterização microestrutural de um aço médio carbono e baixa liga (com estrutura bainítica/martensítica) via microscopia óptica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo do comportamento mecânico e microestrutural de um aço maraging após soldagem a laser e tratamentos térmicos

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Efeitos das microestruturas bainíticas e multifásicas nas propriedades mecânicas de um aço AISI 4340

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo do comportamento dos aços ferramentas soldados em fadiga

Sabendo-se que a fadiga é uma redução gradual da capacidade de carga do componente pela ruptura lenta e gradual do material. E que este defeito decorre do avanço infinitesimal de microtrincas, que se formam no interior do material, imperceptível a olho nu, como também é notório que a presença dos elementos de liga nos aços, propicia alterações nas propriedades metalurgias e mecânicas no material, aplicado à obra. Por outro lado, ao ser submetido a processamentos dos mais diversos, os mesmos, deformam nas zonas elásticas, plásticas e ao fim rompem-se. Ressaltando-se o objetivo deste estudo, destina se abordar as uniões soldadas, nos estágios em que ficam sujeitas a altas temperaturas e resfriam sem controle, até a temperatura ambiente. Ao fim, são solicitados por carregamentos cíclicos constantes ou alternados. Nesta particularidade, espera-se detectar mudanças estruturais profundas na Zona Termicamente Afetada – ZTA, em razão do superaquecimento sofrido, tanto na proximidade do ponto central da poça de fusão como na região localizada na vizinhança. Como não dispomos de parâmetros suficientes e necessários ao controle destas alterações, propomos analisar a ZTA da junta soldada, com a finalidade de avaliar o comportamento metalúrgico e suas implicações causadas pelas interações gás-metal. Analisar os efeitos resultantes do triangulo formado pelo material base aço AISI/SAE 4340, SAE 1020 chanfrados em V e o eletrodo revestido E-6013. A análise da estrutura será realizada pelas técnicas de ensaio metalográfico usando o método da microscopia óptica – MO o qual é de ampla difusão nas comunicações técnicas e cientificas, através das quais, distinguirão as transformações multifásicas. Transformações estas, distintas pelas transformações das austenitas diretas em martensitas sem passar pelas ferritas e perlitas. Com estas identidades, o metalógrafo pode caracterizar e predizer as reações futuras das estruturas mediante a análise das solicitações, a que possam estar submetidas. Para analisar o comportamento em fadiga dos materiais em questão, adota-se como parâmetro auxiliar, o ensaio do pêndulo de Charpy. Portanto, pelos resultados obtidos, conclui-se que as estruturas são comprometidas por tensões internas em conseqüência fragilizam, mas o procedimento de soldagem pode ser adotado, seguido de recozimento para alivio de tensões, se não fizer trincas.

Caracterização mecânica e microestrutural de um aço de baixo carbono

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo da transformação da austenita retida em martensita induzida por deformação plástica em aços multifásicos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise de sistemas de controle de vibração em máquinas rotativas utilizando atuadores formados por ligas com memória de forma

A aplicação das ligas com memória de forma (shape memory alloys – SMA) têm se mostrado como uma alternativa promissora no controle de vibração de máquinas e estruturas, devido principalmente aos fenômenos de memória de forma e pseudoelástico que elas apresentam. Do mesmo modo, tais ligas proporcionam grandes forças de recuperação e capacidade de amortecimento quando comparadas aos materiais tradicionais. Na literatura científica encontra-se um grande número de trabalhos que tratam da aplicação das SMA no controle de vibração em estruturas. Contudo, a aplicação desse tipo de material em máquinas rotativas ainda é um assunto pouco abordado. Nesse sentido, busca-se explorar numericamente o comportamento de atuadores baseados em ligas com memória de forma para o controle de vibração em máquinas rotativas. Na primeira análise deste trabalho um rotor tipo Jeffcott com luvas SMA em um dos mancais é utilizado. São empregadas diferentes espessuras de luvas nos estados martensítico e austenítico e as variações em termos de amplitude e frequência são então comparadas. Posteriormente, dois diferentes sistemas rotativos com dois discos e molas SMA aplicadas em um e dois mancais são estudados sob configurações variadas. As molas foram posicionadas externamente aos mancais e a temperatura de operação desses componentes é ajustada de acordo com a necessidade do controle de vibração. Além disso, foi utilizado um código computacional para a representação do comportamento termomecânico de molas SMA assim como um programa baseado no Método de Elementos Finitos (MEF) para a simulação do comportamento dinâmico dos rotores. Os resultados das análises numéricas demonstram que as SMA são eficientes no controle de vibração de sistemas rotativos devido obterem-se reduções significativas das amplitudes de deslocamento, modificações nas velocidades críticas, supressão de movimentos indesejáveis e controle das órbitas de precessão.

Estudo da transformação da austenita retida induzida por deformação, de um aço AISI4340 com estrutura multifásica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Caracterização mecânica e microestrutural de um aço 300M com microestrutura multifásica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

MICROSTRUCTURAL CHARACTERIZATION OF DUAL AND MULTIPHASE STEELS APPLIED TO AUTOMOTIVE INDUSTRY

TRIP (Transformation Induced Plasticity) and DP (Dual-Phase) steels are written in a new series of steels which present excellent mechanical properties. As for microstructure aspect, TRIP steels consist on a ferrite matrix with a second phase dispersion of other constituents, such as bainite, martensite and retained austenite, while dual-phase steels consist on martensite dispersion in a ferrite matrix. In order to identify the different microconstituents present in these materials, microstructure characterization techniques by optical microscopy (using different etchants: LePera, Heat-Tinting and Nital) and scanning electron microscopy were carried out. This being so, microstructures were correlated with mechanical properties of materials, determined by means of tensile tests. It is concluded that steels assisted by TRIP effect have a strength and elongation relation higher than the dual-phase one. With microstructure characterization, it was observed phases present in these materials microstructure.