Modelagem e otimização de experimentos para o tratamento térmico de recozimento: um estudo com o algoritmo simulated annealing

Esta dissertação apresenta um estudo da modelagem de experimentos aplicados a um processo industrial de tratamento térmico. A motivação deste trabalho surgiu diante das dificuldades associadas aos processos de recozimento industrial de aços do tipo baixa liga, na tentativa de encontrar temperaturas nas quais as durezas superficiais dos aços atingissem valores suficientemente baixos, adequados para etapas posteriores de fabricação, em especial a usinagem. Inicialmente forem realizados diversos experimentos com diferentes aços, onde a dureza superficial é obtida em função da temperatura de recozimento e dos teores de carbono e silício das amostras utilizadas. Em seguida propôs-se um modelo quadrático para modelar a dureza superficial como função dessas três variáveis. A estimação de parâmetros do modelo proposto foi realizada com o emprego do algoritmo Simulated Annealing, uma meta-heurística para otimização global que procura imitar o processo de recozimento de um material sólido. Finalmente, usando-se o modelo proposto, foi resolvido o chamado problema inverso, o qual consiste na estimação da temperatura de recozimento em função dos teores de carbono e silício e da dureza desejada.

Effect of composition and processing parameters on the formation of nano-bainite in advanced high strength steels

The nano-bainitic microstructures were compared in a 0.79C-1.5Si-1.98Mn-0.24Mo-1.06Al (wt%) steel after isothermal heat-treatment and a Fe-0.2C-1.5Mn-1.2Si-0.3M0-0.6Al-0.02Nb (wt%) steel after controlled thermo-mechanical processing. The microstructure for both steels consisted of bainite. The microstructural characteristics of bainite, such as the morphology of the nano-bainite and thicknesses of bainitic ferrite and retained austenite layers, as a function of steel composition and processing was studied using transmission electron microscopy (TEM). It was found that the nano-bainitic structure can be formed in the low alloy steel through thermomechanical processing. Atom probe tomography (APT) was employed as a powerful technique to determine local composition distributions in three dimensions with atomic resolution. The important conclusions from the APT research were that the carbon content of bainitic ferrite is higher than expected from paraequilibrium level of carbon in ferrite for both steels and that Fe-C clusters and fine particles are formed in the bainitic ferrite in both steels despite the high level of Si.

Uniform elongation and the stress-strain flow curve of steels calculated from hardness using empirical correlations

An empirical relationship between the hardness and uniform elongation of non-Austenitic hypoeutectoid steels has been developed. This new hardness-elongation relationship was combined with previously developed correlations of hardness and strength (yield and ultimate tensile strength) to predict the stressstrain flow curve from a single hardness test. The current study considers both power law hardening behavior and exponential hardening behavior. Reasonable agreement was observed between the experimental and predicted flow curves of a high strength, low alloy steel. Additionally, an empirical correlation of the flow strength at instability with hardness is provided. © ASM International.

Avaliação das propriedades mecânicas e da microestrutura de aços dissimilares ABNT 8620 e ABNT 6655 LN 28 soldados com arco pulsado com diferentes temperaturas de pré-aquecimento e tipos de tecimento

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)

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

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Aplicação do processo laser CO2 de soldagem em aço ARBL na fabricação de rotores para máquinas elétricas

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

A influência da temperatura de pré-aquecimento e tecimento na microestrutura e propriedades mecânicas na soldagem MIG/MAG robotizada de aços SAE 8620 com ABNT LN28

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Influência do tempo de imersão em solução aquosa contendo H2S sobre a tenacidade de tubo API 5L X65 sour avaliada a partir de ensaio Charpy

Com o decorrer dos anos o consumo de petróleo e seus derivados aumentou significativamente e com isso houve a necessidade de se investir em pesquisas para descobertas de novas jazidas de petróleo como o pré-sal. Porém, não apenas a localização dessas jazidas deve ser estudada, mas, também, sua forma de exploração. Essa exploração e extração, na maioria das vezes, se dão em ambientes altamente corrosivos e o transporte do produto extraído é realizado através de tubulações de aço de alta resistência e baixa liga (ARBL). Aços ARBL expostos a ambientes contendo H2S e CO2 (sour gas) sofrem corrosão generalizada que promovem a entrada de hidrogênio atômico no metal, podendo diminuir sua tenacidade e causar falha induzida pela presença de hidrogênio (Hydrogen Induced Cracking HIC), gerando falhas graves no material. Tais falhas podem ser desastrosas para o meio ambiente e para a sociedade. O objetivo deste trabalho é estudar a tenacidade, utilizando ensaio Charpy, de um tubo API 5L X65 sour após diferentes tempos de imersão em uma solução saturada com H2S. O eletrólito empregado foi a solução A (ácido acético contendo cloreto de sódio) da norma NACE TM0284 (2011), fazendo-se desaeração com injeção de N2, seguida de injeções de H2S. Os materiais foram submetidos a: ensaios de resistência a HIC segundo a norma NACE TM0284 (2011) e exames em microscópio óptico e eletrônico de varredura para caracterização microestrutural, de inclusões e trincas. As amostras foram submetidas a imersão em solução A durante 96h e 360h, sendo que, após doze dias do término da imersão, foram realizados os ensaios Charpy e exames fractográficos. Foram aplicados dois métodos: o de energia absorvida e o da expansão lateral, conforme recomendações da norma ASTM E23 (2012). As curvas obtidas, em função da temperatura de impacto, foram ajustadas pelo método da tangente hiperbólica. Esses procedimentos foram realizados nas duas seções do tubo (transversal e longitudinal) e permitiram a obtenção dos seguintes parâmetros: energias absorvidas e expansão lateral nos patamares superior e inferior e temperaturas de transição dúctil-frágil (TTDF) em suas diferentes definições, ou seja, TTDFEA, TTDFEA-DN, TTDFEA-FN, TTDFEL, TTDFEL-DN e TTDFEL-FN (identificação no item Lista de Abreviaturas e Siglas). No exame fractográfico observou-se que o material comportou-se conforme o previsto, ou seja, em temperaturas mais altas ocorreu fratura dúctil, em temperaturas próximas a TTDF obteve-se fratura mista e nas temperaturas mais baixas observou-se o aparecimento de fratura frágil. Os resultados mostraram que quanto maior o tempo de imersão na solução A, menor é a energia absorvida e a expansão lateral no patamar superior, o que pode ser explicado pelo (esperado) aumento do teor de hidrogênio em solução sólida com o tempo de imersão. Por sua vez, os resultados mostraram que há tendência à diminuição da temperatura de transição dúctil-frágil com o aumento do tempo de imersão, particularmente, as TTDFEA-DN e TTDFEL-DN das duas seções do tubo (longitudinal e transversal). Esse comportamento controverso, que pode ser denominado de tenacificação com o decorrer do tempo de imersão na solução A, foi explicado pelo aparecimento de trincas secundárias durante o impacto (Charpy). Isso indica uma limitação do ensaio Charpy para a avaliação precisa de materiais hidrogenados.

Quantitative examination of carbide and sulphide precipitates in chemically complex steels processed by direct strip casting

A high strength low alloy steel composition has been melted and processed by two different routes: simulated direct strip casting and slow cooled ingot casting. The microstructures were examined with scanning and transmission electron microscopy, atom probe tomography and small angle neutron scattering (SANS). The formation of cementite (Fe3C), manganese sulphides (MnS) and niobium carbo-nitrides (Nb(C,N)) was investigated in both casting conditions. The sulphides were found to be significantly refined by the higher cooling rate, and developed an average diameter of only 100 nm for the fast cooled sample, and a diameter too large to be measured with SANS in the slow cooled condition (> 1.1 μm). Slow cooling resulted in the development of classical Nb(C,N) precipitation, with an average diameter of 7.2 nm. However, after rapid cooling both the SANS and atom probe tomography data indicated that the Nb was retained in the matrix as a random solid solution. There was also some evidence that O, N and S are also retained in solid solution in levels not found during conventional processing.

Corrosion resistance of steel with hot-dipped galvanized zinc and zinc alloy coatings in seawater

Hot-dipped galvanized zinc and zinc alloy coatings were used as the hot-dipped low alloy zinc coatings (aluminum content less than protective metallic coatings for steel structures in seawater in Chi- or equal to 10 wt%) is equal to or even lower than that of the pure na. Corrosion of the two coatings immersed in sea water in Qingdao zinc sheet, while the performance of the hot-dipped high alloy zinc and Xiamen for 6 years were introduced and analyzed, which pro-coatings is higher than that of the pure zinc sheet. The hot-dipped vides a basis for further development and applications of these coat- high alloy zinc coatings can be further developed for optimal tings in China. Tests proved that the anti-corrosion performance of formance in the future.

Light and electron microscopy of microstructure and fractography of an ultrahigh-strength martensitic steel

Microstructure, tensile properties and fractography have been examined in the oil-quenched samples of a low-alloy ultrahigh strength 4340 steel. Intergranular fracture was revealed to locate at the fracture origin. However, neither the quenched Charpy V-notched impact samples nor the tempered tensile samples showed such intergranular fracture behavior. The effects of loading rate and precipitation are discussed.

The formation of ultrafine ferrite through static transformation in low carbon steels

A novel approach was used to produce an ultrafine grain structure in low carbon steels with a wide range of hardenability. This included warm deformation of supercooled austenite followed by reheating in the austenite region and cooling (RHA). The ultrafine ferrite structure was independent of steel composition. However, the mechanism of ferrite refinement hanged with the steel quench hardenability. In a relatively low hardenable steel, the ultrafine structure was produced through dynamic strain-induced transformation, whereas the ferrite refinement was formed by static transformation in steels with high quench hardenability. The use of a model Ni–30Fe austenitic alloy revealed that the deformation temperature has a strong effect on the nature of the intragranular defects. There was a transition temperature below which the cell dislocation structure changed to laminar microbands. It appears that the extreme refinement of ferrite is due to the formation of extensive high angle intragranular defects at these low deformation temperatures that then act as sites for static transformation.

Springback data from stamping and simulating the forming of advanced high strength steel

This dataset is comprised of a spreadsheet of simulation result files, cross-section geometries of stamped parts, strain results of cross-section of stamped parts, simulation data (strain stress displacement energies), and variation data of material properties of a single coil. This data is a collection of both experimental and simulation results from industrial and laboratory stamping of advanced high strength steels (AHSS). The steels that were stamped were a typical high-strength low-alloy (HSLA) steel, a transformation-induced plasticity (TRIP) steel, a super HSLA steel, and a dual phase (DP) steel. The selected part was an automatic Ford Falcon front cross-member component using the Ford Geelong stamping plant. The variation of the material and stamped parts was also collected.