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Austenitizing temperature and cooling rate effects on the martensitic transformation in a microalloyed-steel.
(2020) Souza, Samuel da Silva de; Moreira, Paulo Sérgio; Faria, Geraldo Lúcio de
The effects of the austenitizing temperature and the cooling rate upon the kinetic of athermal martensitic transformation in a microalloyed steel were evaluated. Considering the studied steel, the knowledge about these effects on the martensitic transformation has a great relevance for naval manufacturers and steel researchers. In this study, computational simulation was performed aiming to evaluate the phase’s stability. Specimens were submitted to quenching simulations in a dilatometer, considering four different austenitizing temperatures and four cooling rates. The results shown that the austenite chemical composition was not significantly affected by the austenitizing temperatures. Both the austenitic grain size and the cooling rate affected the martensitic transformation kinetics. The larger the austenitic grain size, the higher the Ms. The austenitic grain growth promoted a decrease in the required chemical energy to compensate the free energy increase associated with the lattice strain and the creation of new interfaces, leading to a lower austenite undercooling. An extrinsic effect of the cooling rate on the Ms was observed. For lower cooling rates, the carbide precipitation modified que austenite chemical composition, changing its stability and increasing Ms. A predictability equation, correlating the MS with the austenite grain size and the steel cooling rate, was proposed.
Automação de uma máquina de torção visando sua aplicação na realização de ensaios a frio e a quente.
(2017) Oliveira Filho, Wagner Rossi de; Faria, Geraldo Lúcio de; Rocha, Ronilson; Faria, Geraldo Lúcio de; Vilela, Jefferson José; Godefroid, Leonardo Barbosa; Rocha, Ronilson
Experimentos em escala real no setor metalúrgico possuem baixa viabilidade econômica para sua realização. Ainda sim, existe a necessidade contínua de aperfeiçoamento de processos de produção em busca de eficiência e qualidade nos produtos. Entre eles o processo de laminação a quente, que tem sido objeto de muitas pesquisas na ultimas décadas. Os fenômenos que ocorrem neste processo podem ser estudados em pequena escala por meio de ensaios de torção a quente, simulando condições semelhantes ao processo metalúrgico industrial. Neste trabalho foi realizada a automação e adaptação de uma máquina de torção de carregamento por pendulo da fabricante Amsler, desde a etapa de seleção de materiais e dispositivos, com o objetivo de permitir a realização de ensaios automatizados a frio e a quente, possibilitando assim que, no futuro, estudos possam ser desenvolvidos no intuito de simular o comportamento mecânico de aços em processos de laminação a quente. Um algoritmo para desenvolvimento de um software de controle e aquisição de dados da máquina foi proposto e executado utilizando a ferramenta LABVIEW. A execução do projeto de automação se mostrou viável e eficiente. Obteve-se uma máquina de torção automatizada completamente funcional e capaz de realizar ensaios a quente em temperaturas máximas de até 1150oC, incluindo a possibilidade de realização de ensaios por passes. Foi constatado um erro máximo de 0,7% para o fundo de escala do momento de torção e até 0,72o para o ângulo de torção. Foram realizados ensaios de torção a frio e a quente que comprovaram a eficiência do sistema e permitiram a visualização de fenômenos como o encruamento e recuperação por meio das curvas de tensão-deformação.
Avaliação da eficácia da técnica de difração de raios-X para caracterizar fases presentes em dois ferros fundidos cinzentos perlíticos com diferentes adições de nióbio.
(2021) Reis, Bárbara Cristina Mendanha; Faria, Geraldo Lúcio de; Bortoluzzi, Mirian Batista de Oliveira; Pereira, Natália Fernanda Santos; Carmo, Denilson José do; Santos, Anderson Júnior dos; Câmara, Marcelo Araújo
This work aims to present a brief state of the art regarding the characterization techniques currently used to evaluate the effects of fabrication processes on the structure of gray cast iron, as well as to evaluate the effectiveness of the X-ray diffraction technique (XRD) to identify and quantify the phases present in two types of gray cast iron: one with low (0.02% by weight) and the other with high niobium content (0.21-0.24% by weight). For both samples, the three main phases were identified: graphite-G, ferrite-Fe(α) and cementite-Fe3C. However, not even for the sample with the highest niobium content, niobium carbide (NbC) was identified by this technique, a fact justified by the detection limit of the conventional diffractometer used and the small fraction of this carbide in the analyzed samples. The modification in the niobium concentration was not enough to promote significant differences in the diffractograms. The fluorescence of iron excited mainly by Cu Kα radiation resulted in a high level of noise in the measurements and made it impossible to quantify the phases by means of Rietveld refinement. Thus, for the analyzed niobium contents and limitations of the instrumental conditions used in this work to minimize these iron fluorescence effects in the samples (but usual operating conditions of copper tube equipment in routine operation), it is concluded that the Cu tube XRD technique is not effective for quantifying phase fractions nor for identifying NbC in gray cast iron.
Avaliação da formulação de reativos à base de ácido pícrico visando a revelação do grão austenítico prévio em diferentes tipos de aços.
(2021) Pimenta, Natália Aparecida Barbosa; Moreira, Paulo Sérgio; Faria, Geraldo Lúcio de
As técnicas de revelação dos contornos de grãos austeníticos prévios em aços são importantes ferramentas de caracterização. O método mais usual faz uso de reativos à base de ácido pícrico, que, na maioria dos casos, não produz resultados satisfatórios. Diante disso, foram investigadas, neste trabalho, formulações de reativos à base de ácido pícrico, variando-se a concentração de ácido clorídrico, com o objetivo de propor condições de ataque eficientes para sete aços fabricados no Brasil. Para cada aço, foram avaliados reativos com cinco concentrações distintas de HCl e diferentes tempos de ataque. Foi possível revelar os contornos de grãos austeníticos eficientemente para todos os tipos de aços estudados adequando-se a concentração de HCl adicionado e o tempo de ataque. Com base nos resultados alcançados, foi possível disponibilizar uma tabela e uma equação de regressão linear múltipla que apresenta o tempo de ataque em função do carbono equivalente do aço e da concentração de HCl. Concluiu-se que a concentração de HCL utilizada no reativo é o parâmetro que exerce maior influência sobre o tempo de ataque.
Avaliação da possibilidade de aplicação de tratamentos térmicos de múltiplas normalizações como mecanismo de refino microestrutural e incremento de propriedades mecânicas em aços API OCTG.
(2022) Rocha, José Márcio da; Faria, Geraldo Lúcio de; Faria, Geraldo Lúcio de; Dafé, Sara Silva Ferreira de; Porcaro, Rodrigo Rangel
Os graus API K55 e T95 apresentam boa relação entre resistência mecânica e tenacidade à fratura, sendo eles aplicados em linhas OCTG “Oil Country Tubular Golds”, fabricados de acordo com a Norma API 5CT. A combinação de propriedades mecânicas é necessária para aplicações em águas profundas e para áreas remotas onde os tubos estão submetidos a pressões superiores a 2500 psi. A literatura técnica tem apontado que há um potencial, ainda pouco explorado, para que a relação resistência mecânica e tenacidade de alguns tipos de aços possa ser melhorada por meio da utilização de tratamentos térmicos de múltiplas normalizações, combinando duas características principais: pequeno tamanho de grão e precipitados finamente dispersos na matriz. Como o refino microestrutural é um mecanismo eficiente para aumento de resistência mecânica sem depreciação da tenacidade, o entendimento dos possíveis efeitos de tratamentos térmicos de múltiplas normalizações sobre as características microestruturais e as propriedades mecânicas de aços para aplicação na indústria de óleo e gás é de fundamental importância, uma vez que o sucesso do emprego de tais tratamentos pode representar a melhoria do desempenho mecânico e a elevação no tempo médio de vida dos tubos. Dessa forma, tendo em vista que existem poucos trabalhos na literatura que exploram a utilização deste tipo de tratamento térmico com o objetivo de potencializar o refino microestrutural e a precipitação como mecanismos de incremento de propriedades mecânicas, este trabalho avaliou o efeito do tratamentos térmicos de múltiplas normalizações sobre as características microestruturais e propriedades mecânicas medidas em tração e impacto Charpy de três aços API que, quando processados adequadamente, podem atender aos graus K55 e T95. Pôde-se concluir que, em relação ao grau K55, ao se considerar a dupla e a tripla normalização, não houve significativa diferença entre as propriedades medidas. Neste contexto, a aplicação de tratamentos térmicos de múltiplas normalizações para o grau K55 não seria viável para a composição química avaliada. Para o grau T95, além do refino microestrutural, os tratamentos térmicos de múltiplas normalizações alteraram as distribuições de frequência e de tamanho de precipitados (carbonetos de Cr e Mo), xv assim como, provavelmente, alteraram as concentrações de C, Cr e Mo em solução sólida. A combinação dos mecanismos de endurecimento por solução sólida, por precipitação e por refino de grão fizeram com que houvesse um aumento contínuo tanto dos indicadores de resistência mecânica quanto do alongamento e da tenacidade ao impacto com a aplicação dos sucessivos tratamentos térmicos de normalização. Neste contexto, pode-se considerar que os tratamentos térmicos de múltiplas normalizações possuem bom potencial de aplicação nos aços que atendem ao grau T95, para a composição química avaliada.
Os benefícios da utilização da estratégia tapering na redução das cargas de laminação nas pontas da tira em laminadores steckel.
(2016) Lino, João Júnio Pereira; Borges, Jacson Morais; Souza, Altair Lúcio de; Frenn, John Hanna; Pereira, Maurício Martins; Schuwarten Júnior, Willy; Faria, Geraldo Lúcio de
A laminação de tiras a quente com laminadores Steckel tem como característica um perfil de temperatura mais baixa nas pontas sendo este um dos motivos que geram cargas de laminação muito mais altas nesta região. A carga de laminação elevada tem como consequência no processo a geração de desvios de planicidade e o alto risco de rompimento do material nos passes finais de laminação. Este trabalho tem como objetivo demonstrar os benefícios da utilização da estratégia de Tapering para a laminação de tiras de espessura fina em laminador Steckel que consiste na aplicação de reduções maiores nas pontas da tira em comparação com o corpo. Foi feita a comparação das cargas de laminação do material laminado e o acompanhamento dos resultados de planicidade obtidos antes e depois da implantação desta função. Ao fim do trabalho verificamos que a estratégia de Tapering é essencial para o processamento de materiais finos com laminadores Steckel.
Calcination thermokinetics of three Brazilian limestones.
(2020) Silveira, Marcus Alexandre de Carvalho Winitskowski da; Luz, José Aurélio Medeiros da; Faria, Geraldo Lúcio de; Coutinho, Francisco Mourão Passos
Limestone and lime producers inadvertently generate a considerable amount of fine material during their processing, consequently becoming a great environmental liability. As far as the industrial calcination process is concerned, there is still a need for an experimental survey on Arrhenius law parameters, as apparent frequency factor and activation energy, referring to Brazilian limestones. The knowledge of these thermokinetic parameters may contribute to energy saving during the industrial calcination process, as well as for allowing the use of limestone fines in other industrial applications. This study aimed to characterize three Brazilian limestones by focusing on their laboratory-scale calcination using both quasi-isothermal and non-isothermal methods to estimate their kinetic parameters. The non-isothermal method (by thermogravimetric analyses) allowed estimating the activation energy for each limestone through the high calcination rate ranges. However, the kinetic parameters estimated by the quasiisothermal method turned out in lower values, indicating the need to control the reactor atmosphere. Keywords: limestone, lime, calcination, thermochemistry, Arrhenius equation.
Caracterização da austenitização intercrítica como etapa antecedente a um tratamento de têmpera e partição (Q&P) aplicado a um aço comercial de aplicação automotiva.
(2021) Pimenta, Natália Aparecida Barbosa; Faria, Geraldo Lúcio de; Faria, Geraldo Lúcio de; Corrêa, Elaine Carballo Siqueira; Porcaro, Rodrigo Rangel
Restrições impostas por órgãos de regulamentação ambiental têm pressionado o setor automobilístico a buscar meios de reduzir o consumo de combustíveis fósseis durante a utilização dos veículos, sem que os padrões de segurança e desempenho dos automóveis sejam comprometidos. Diante disso, tem havido, nos últimos anos, uma crescente ênfase no desenvolvimento de aços avançados de alta resistência (AHSS), que propiciem uma boa relação entre a resistência mecânica e ductilidade. Visando aprimorar ainda mais as propriedades mecânicas dos AHSS para aplicação automobilística, principalmente dos aços da primeira geração (aços dual-phase e aços TRIP), tem-se estudado continuamente modelos de ciclos térmicos bem planejados como forma de controlar as transformações de fases e obter microestruturas adequadas para a aplicação. Desta forma, este trabalho avaliou o efeito da austenitização intercrítica como etapa antecedente a um tratamento de têmpera e partição (Q&P) aplicado a um aço com composição química típica de um TRIP780. Assim, buscou-se elaborar ciclos térmicos de têmpera convencional e têmpera e partição (Q&P) - ambos com austenitização intercrítica - que resultem em um produto com propriedades mecânicas equivalentes aos aços da terceira geração de AHSS. Foram realizadas simulações físicas em um dilatômetro de têmpera, além de simulações computacionais de transformação e partição química entre as fases no equilíbrio termodinâmico, utilizando o software MatCalc®. Os resultados obtidos nas simulações físicas e computacionais foram comparados. Para cada temperatura de austenitização avaliada, foram determinadas as temperaturas Ms correspondentes. Para isso, utilizou-se equações empíricas de previsibilidade da literatura, além do método do desvio mínimo aplicado às curvas de dilatometria. Em função dos resultados obtidos nas etapas anteriores, foi selecionada uma condição de austenitização intercrítica que resulte em uma microestrutura constituída por proporções adequadas de ferrita, bainita, martensita e austenita retida após a têmpera. Além disso, aplicando simulação termodinâmica computacional e os modelos CCE e CCET, foi avaliado o efeito da austenitização intercrítica sobre a fração de austenita retida em ciclos térmicos de têmpera e partição. Com isso, foram executados dois tipos de tratamentos térmicos, um deles de têmpera com austenitização intercrítica e outro de têmpera e partição após austenitização intercrítica. Entre os principais resultados destacam-se a evolução das frações de fase ferrita e austenita de acordo com a temperatura de austenitização intercrítica (AI). Foi verificado que há uma correlação positiva entre a temperatura AI e a fração de fase austenítica, e, de maneira contrária, houve uma xvii correlação negativa entre a temperatura AI e a fração de ferrita. Também vale destacar o efeito da concentração de carbono na austenita e a temperatura Ms em função da temperatura AI. Quanto maior a quantidade de ferrita presente na microestrutura, maior será o teor de carbono na austenita, e, consequentemente, menor será a temperatura Ms. A compreensão destas relações se mostrou de fundamental importância para o planejamento do tratamento térmico de Q&P. Com relação aos tratamentos térmicos, a melhoria das propriedades mecânicas destes aços mostrou-se bastante satisfatória. O aço submetido ao tratamento de têmpera convencional com austenitização intercrítica apresentou um valor de limite de resistência de aproximadamente 1458MPa e alongamento total de ~12%. Já o aço submetido ao tratamento de têmpera e partição após austenitização intercrítica apresentou limite de resistência de ~1274MPa e alongamento total de ~19,6%. Estes resultados evidenciam que, os tratamentos térmicos propostos foram eficientes para melhorar as propriedades mecânicas iniciais do aço, atingindo valores equivalentes aos aços AHSS da terceira geração.
Caracterização da ductilidade em fluência dos aços inoxidáveis AISI 321 e AISI 441 pela metodologia Sag Test.
(2022) Melo, Denilson Pereira de; Moreira, Paulo Sérgio; Faria, Geraldo Lúcio de
As regulamentações ambientais estão cada vez mais rigorosas em relação à emissão de gases pelos automóveis. Por esse motivo, as grandes montadoras tiveram que pensar em soluções para continuar oferecendo motores potentes, mas menos poluentes. Nesse cenário, há uma tendência mundial de se substituir os clássicos motores aspirados por motores turbinados. Com a implementação do sistema turbo, as temperaturas máximas de trabalho de alguns componentes do escapamento aumentam de 900 °C para 1050 °C e, consequentemente, a seleção de materiais para a manufatura dos mesmos é algo crítico. Nesse contexto, esse trabalho avaliou a ductilidade em fluência (Sag Test) do aço inoxidável ferrítico AISI 441, geralmente utilizado na manufatura de coletores e catalizadores de veículos com motores aspirados, comparando-o com o desempenho do aço inoxidável austenítico AISI 321. Concluiu-se que o comportamento em fluência dos aços AISI 321 e AISI 441 são semelhantes nas temperaturas de 900 °C e 950 °C. Entretanto, na temperatura de 1000 °C o aço AISI 441 apresentou uma expressiva mudança de comportamento, atingindo uma flecha máxima de 26 mm após 100 h de ensaio, enquanto o aço AISI 321 apresentou apenas 5 mm. Baseado nos resultados obtidos, pode-se afirmar que o aço AISI 441 apresenta desempenho limitado em fluência para aplicação em escapamentos automotivos com motorização turbo.
Caracterização da formação de camadas de óxidos em pontas de perfuração utilizadas na laminação de tubos de aços sem costura e da sua posterior deterioração durante aplicação.
(2023) Menezes, Lucas Morais de; Faria, Geraldo Lúcio de; Faria, Geraldo Lúcio de; Pinto, Maria Aparecida; Queiroz, Rhelman Rossano Urzedo
Tubos de aço sem costura são amplamente empregados na extração e transporte de óleo e gás, tendo, em seu processo produtivo, custos significativos relativos às ferramentas utilizadas no processo de laminação, como por exemplo, as pontas de perfuração. Além do impacto no custo, as resistências mecânicas e ao desgaste dessas ferramentas são essenciais para garantir a qualidade do tubo fabricado. As pontas de perfuração são fabricadas em aço-ferramenta e passam por um tratamento térmico de oxidação em altas temperaturas, anterior ao uso na laminação, fazendo com que o material tenha características tribológicas adequadas à função que desempenha no processo. Apesar de existir vasta literatura sobre o processo de oxidação de aços em altas temperaturas, o conhecimento relativo a ferramentas de laminação é relativamente limitado e, em função disso, ainda hoje existe uma alta variabilidade no seu desempenho. Diante disso, este trabalho teve como objetivo caracterizar a evolução da formação da camada de óxidos em pontas de perfuração e a sua posterior deterioração durante o processo de laminação, correlacionando às propriedades físicas e químicas da camada formada com a vida útil das pontas. A principal variável estudada foi a influência do tempo empregado no estágio de oxidação nas características da camada de óxidos formada e posteriormente na vida útil da ferramenta. Para a caracterização da camada oxidada, diferentes técnicas foram utilizadas: microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura (MEV/EDS), difração de raios X (DRX) e ensaios tribológicos para medição das taxas de desgaste. Esse trabalho confirmou que o tempo empregado no estágio de oxidação é uma das principais variáveis para se garantir uma camada de óxidos com baixo nível de porosidade, adequada espessura, reduzidas frações de hematita e predominância de wustita e magnetita. Essas características da camada de óxidos geraram um efeito lubrificante durante aplicação e consequentemente baixas taxas de desgaste, o que propiciou uma condição ótima para o desempenho da ferramenta e aumento da sua vida útil.
Caracterização das transformações de decomposição austenítica isotérmica e contínua em três aços de aplicação ferroviária.
(2019) Rodrigues, Karine Fernandes; Faria, Geraldo Lúcio de; Faria, Geraldo Lúcio de; Queiroz, Rhelman Rossano Urzedo; Porcaro, Rodrigo Rangel
Com a crescente demanda pelo transporte ferroviário, as ferrovias têm sido submetidas a condições cada vez mais severas de solicitação mecânica. Com isso, a exigência por trilhos fabricados a partir de aços que apresentem bom desempenho mecânico, assim como a aplicação de técnicas de soldagem aprimoradas que requerem menos manutenção, tem sido cada vez maior. Dessa forma, no âmbito da pesquisa, tem se discutido cada vez mais sobre a importância do conhecimento da cinética de transformação de fases em aços eutetóides aplicados em ferrovias, visando o aprimoramento de processos de fabricação e de soldagem. Neste contexto, tendo em vista que ainda existem poucos trabalhos na literatura que exploram a cinética de transformação de fases em aços perlíticos aplicados à indústria ferroviária, no presente trabalho foi realizada a caracterização microestrutural de três aços usados na fabricação de trilhos ferroviários, sendo dois de classificação premium e um de classificação standard. Por meio da técnica de dilatometria, foram analisadas as transformações de decomposição contínua e isotérmica da austenita nos três aços eutetóides. Para o melhor entendimento da relação entre composição química, condições de transformação e características microestruturais resultantes, foram gerados o diagrama Tempo-Temperatura- Transformação (TTT) e o diagrama Transformação em Resfriamento Contínuo (TRC) para cada aço estudado. Observou-se que, a partir de tratamentos isotérmicos bem planejados, é possível a obtenção de uma microestrutura majoritariamente bainítica em aços eutetóides com composições químicas relativamente simples. Mostrou-se ainda que a partir de modelos matemáticos, é possível se ter boa previsibilidade da cinética de transformação de fases quando os três aços estudados são submetidos tanto a tratamentos isotérmicos quanto a resfriamentos contínuos.
Caracterização das transformações de fases isotérmicas e dos seus respectivos produtos em três aços eutetóides de aplicação ferroviária.
(2019) Rodrigues, Karine Fernandes; Mourão, Gabriel Marques Magalhães; Faria, Geraldo Lúcio de
Artigos recentemente publicados vêm destacando a importância do conhecimento sobre a cinética de transformação de fases em aços eutetóides aplicados em ferrovias, visando o aprimoramento de processos de fabricação e de soldagem. Nesse sentido, o presente trabalho apresenta um estudo de caracterização da cinética de decomposição isotérmica da austenita em três aços atualmente utilizados no mundo para a fabricação de trilhos ferroviários, sendo dois de classificação premium e um de classificação standard. Os aços estudados foram caracterizados em seu estado de entrega e, por meio de ensaios de dilatometria, as temperaturas críticas de austenitização e os intervalos de tempo de decomposição da austenita foram medidos. Diagramas tempo-temperatura-transformação (TTT) foram determinados. A influência de alguns parâmetros como o espaçamento interlamelar perlítico original e o tamanho de grão austenítico prévio sobre as transformações de fases e sobre as microestruturas resultantes, foram discutidos. Mostrou-se ainda que, a partir de tratamentos isotérmicos bem planejados, é possível a obtenção de uma microestrutura majoritariamente bainítica em aços eutetoides com composições químicas relativamente simples.
Caracterização de uma tipologia de minério de manganês do Brasil.
(2010) Reis, Érica Linhares; Faria, Geraldo Lúcio de; Araújo, Fernando Gabriel da Silva; Tenório, Jorge Alberto Soares; Vieira, Cláudio Batista; Jannotti Júnior, Nelson
Visando a melhorias no benefi ciamento e no processo de fabricação de ferroligas de manganês, foi realizada a caracterização de uma tipologia predominante de minério de manganês, de ocorrência na região de Carajás, PA, BR. Obteve-se uma amostra representativa da tipologia e foram realizadas análise granulométrica por peneiramento e análise química, por ICP-AES. Foram identifi cadas por difratometria de raios X as fases minerais majoritárias. Um estudo termogravimétrico foi desenvolvido para verifi car a estabilidade térmica, ao ar, das fases minerais majoritárias. Observou-se que 19,3% da amostra encontram-se abaixo de 6,3mm. O teor de manganês no minério foi de 52,63% em peso, com 1,92% de sílica, 0,17% de fósforo e 3,13% de ferro. Foram identifi cados, na amostra, os óxidos de manganês criptomelana, todorokita e pirolusita, com goethita, quartzo, gibbisita e caolinita compondo a ganga. Para a amostra estudada, observou-se a decomposição térmica dos óxidos criptomelana e pirolusita, em torno de 600oC, ao ar. Em torno de 950oC, teve início a transformação de Mn2O3 em Mn3O4.
Caracterização do comportamento em fluência dos aços inoxidáveis AISI 321 e AISI 441 pela metodologia Sag Test.
(2021) Melo, Denilson Pereira de; Faria, Geraldo Lúcio de; Faria, Geraldo Lúcio de; Pinto, Maria Aparecida; Queiroz, Rhelman Rossano Urzedo
O sistema de exaustão dos automóveis vem passando por grande avanço tecnológico nas últimas décadas, tanto para atender às novas legislações ambientais, quanto para minimização de custo, assim como alcançar maior durabilidade e eficiência dos componentes do sistema. Há uma tendência mundial em se substituir os clássicos motores aspirados por motores turbinados. Com a implementação do sistema turbo, as temperaturas máximas de trabalho de alguns componentes do escapamento aumentam de 900°C para 1050°C e, consequentemente, a seleção de materiais para a manufatura dos mesmos é algo crítico. Devido a este cenário, os aços inoxidáveis têm sido os materiais mais utilizados para superar esses desafios da atualidade e, para isto, vários trabalhos científicos vêm sendo realizados para se obter as melhores condições de viabilidade econômica e performática dos sistemas de exaustão dos automóveis. Nesse contexto, esse trabalho avaliou o comportamento em fluência (Sag Test) do aço inoxidável ferrítico AISI 441, geralmente utilizado na manufatura de coletores e catalizadores de veículos com motores aspirados, comparando-o com o desempenho do aço inoxidável austenítico AISI 321. Os resultados mostraram que o comportamento em fluência dos aços AISI 321 e AISI 441 são semelhantes nas temperaturas de 900°C e 950°C. Entretanto, na temperatura de 1000°C o aço AISI 441 apresentou uma expressiva mudança de comportamento, atingindo uma flecha máxima de 26mm após 100h de ensaio, enquanto o aço AISI 321 apresentou apenas 5mm. Baseado nos resultados obtidos, pode-se afirmar que o aço AISI 441 apresenta desempenho limitado em fluência para aplicação em escapamentos automotivos com motorização turbo. Em um segundo momento da pesquisa foi avaliado se o crescimento de grão seria uma metodologia viável para melhorar o desempenho dos dois aços quanto ao seu comportamento em fluência, e foi constatado a inviabilidade da metodologia pelos inexpressíveis resultados alcançados associado ao alto custo do processo. Apesar da dificuldade em se avaliar os mecanismos de fluência mais atuantes, aplicando-se a metodologia aqui proposta, sugere-se que o mecanismo de fluência preponderante nos casos estudados foi o de difusão com importante componente Harper-Dorn.
Caracterização e avaliação de modelos de previsibilidade da cinética de transformação de fases austenita/ferrita de três aços IF.
(2018) Cezário, Ana Luiza Soares; Faria, Geraldo Lúcio de; Faria, Geraldo Lúcio de; Murari, Fábio Dian; Cota, André Barros
Os aços IF são amplamente empregados na indústria automobilística, sendo usualmente conformados e soldados. No decorrer do processamento, os aços IF passam pela transformação de fase austenita (γ) → ferrita (α) que, em função do tamanho de grão das fases, partições químicas e outros aspectos, tem um impacto significativo na metalurgia do produto. A transformação γ → α ocorre por nucleação e crescimento de grão, sendo que em condições isotérmicas ela pode ser descrita pela equação Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov (JMAK). Todavia, as transformações de fase na grande maioria dos processos metalúrgicos acontecem a partir da aplicação de resfriamento contínuo. Tendo em vista que existem poucos trabalhos na literatura que exploram quantitativamente a cinética de transformação de fases em processos não isotérmicos em aços IF, tão pouco que apresentam modelos de previsibilidade que possam ser empregados na melhoria do processamento destes aços, o presente trabalho teve como principal objetivo caracterizar a cinética de transformação γ → α para três tipos de aços IF que possuem composições químicas diferentes, sendo eles nomeados: IF-Ti, IF-Nb e IF-TiNb. Amostras dos aços foram química e microestruturalmente caracterizadas no estado de entrega. Ensaios de dilatometria foram executados considerando 1100°C como temperatura de austenitização e as amostras foram submetidas a diferentes taxas de resfriamento. As amostras ensaiadas foram microestruturalmente caracterizadas e os dados de dilatometria foram devidamente tratados com o objetivo de se caracterizar as temperaturas críticas e a cinética de decomposição austenítica. Foi feita a proposição de um novo modelo matemático de previsibilidade identificado como Ferrita-Tempo. A eficiência deste modelo foi avaliada por meio de comparações com resultados obtidos a partir da simulação da cinética considerando a adaptação do modelo clássico JMAK para resfriamento contínuo. Além disso, foi proposta uma relação funcional empírica para prever as temperaturas críticas de transformação de fases em função da taxa de resfriamento. Verificou-se que tanto as temperaturas críticas determinadas experimentalmente como a simulação para obtenção do diagrama TRC calculado considerando a relação funcional empírica foram bem ajustadas umas com as outras e que, apesar dos ensaios terem sido realizados para taxas específicas, é possível obter uma previsibilidade da cinética para uma taxa qualquer dentro do intervalo de 0,5 a 100oC/s, considerando o diagrama calculado. Observou-se também, que as temperaturas críticas determinadas experimentalmente e as determinadas a partir do modelo proposto Ferrita-Tempo no diagrama TRC dos aços IF se ajustaram de maneira satisfatória e que, apesar da adaptação matemática do modelo clássico JMAK, até os dias atuais, ser muito utilizada para previsão da cinética de transformação de xii fases mesmo em processo não isotérmicos, esse modelo clássico não prevê de maneira satisfatória a cinética de todo tipo de aço da classe IF, como é o caso do aço IF-TiNb.
Caracterização metalúrgica do Produto Granulado de Manganês de Urucum.
(2014) Faria, Geraldo Lúcio de; Jannotti Júnior, Nelson; Araújo, Fernando Gabriel da Silva
Este trabalho estudou importantes parâmetros metalúrgicos do Produto Granulado de Urucum, que são: a degradação granulométrica das partículas a frio e a quente, a decomposição térmica e a eficiência de pré-redução. Uma tonelada do material foi recebida e amostras representativas foram compostas para os procedimentos de caracterização. Para os estudos de decomposição térmica um índice foi proposto: Evolução de Decomposição Térmica (EDT), por meio do qual mapeou-se as reações de decomposição térmica de seus minerais constituintes. Para estudar a redução no estado sólido foram propostos dois parâmetros quantitativos, que são: Eficiência de Pré-redução (EP) e Velocidade Instantânea de Pré-redução (VIP). Por meio deles, observou-se que o minério tem boa redutibilidade no estado sólido. Para a caracterização da degradação granulométrica foram propostos três parâmetros quantitativos: Índice de Desintegração Granulométrica a Frio (DGF), Índice de Crepitação (IC) e Índice de Desintegração Granulométrica a Quente (DGQ). Por meio deles observou-se que este minério não apresenta significativa degradação granulométrica a frio, entretanto ele é susceptível à desintegração a quente.
Caracterização metalúrgica e simulação computacional do parafuso Tirefond visando a melhoria do seu desempenho nas ferrovias brasileiras.
(2015) Silotti, Thayene Oliveira; Faria, Geraldo Lúcio de
O parafuso Tirefond é um componente da via permanente ferroviária importante, pois é responsável pela fixação da placa de apoio ao dormente de madeira, por sua vez, garante a estabilidade dos trilhos. Este componente é comumente fabricado no Brasil por processos de conformação mecânica a quente de aços baixo carbono. Entretanto, com o aumento da carga transportada por eixo de locomotiva nos últimos anos, este componente tem falhado em serviço de forma recorrente. Neste contexto, esta Dissertação apresenta um estudo a respeito da caracterização química, microestrutural e mecânica do parafuso Tirefond utilizado atualmente nas ferrovias Brasileiras. A caracterização química foi feita por meio da técnica de espectrometria de emissão óptica, a caracterização microestrutural por microscopia óptica e eletrônica de varredura e os ensaios mecânicos executados foram de dureza, tração, torção e impacto. Além disso, foi avaliada a distribuição de tensão ao longo do parafuso Tirefond em carregamento estático, a partirda aplicação dos resultados obtidos na parte experimental como condições de contorno em simulações computacionais auxiliadas pelo software ANSYS 14.1. Por fim, foi possível entender as principais causas das falhas recorrentes do parafuso Tirefond. Viabilizando propostas de mudança no processo de fabricação e na geometria do parafuso atual.
Caracterização microestrutural de revestimentos de superligas de cobalto e de níquel e carboneto de tungstênio em matriz de cobalto em substrato de um aço API 5CT grau L80 depositados a laser e por aspersão térmica.
(2016) Almeida, Natália Chaves; Cândido, Luiz Cláudio; Trindade, Vicente Braz; Bracarense, Alexandre Queiroz; Trindade Filho, Vicente Braz da; Faria, Geraldo Lúcio de
A demanda por materiais metálicos de alta resistência mecânica e à corrosão tem sido recorrente na indústria de óleo e gás em virtude das agressivas condições de operação neste setor. Nesse sentido, a utilização de revestimentos de elevada resistência à corrosão sobre substratos que atendam aos requisitos mecânicos tem se mostrado uma alternativa eficiente. Este trabalho teve como objetivo caracterizar a microestrutura do substrato de aço API 5CT grau L80 e dos diferentes revestimentos depositados sobre este pelos processos a LASER e por aspersão térmica. Foram utilizadas as técnicas de microscopia óptica, MEV/EDS e ensaio de microdureza Vickers. Os resultados mostraram que os revestimentos depositados a LASER apresentam boa qualidade superficial, baixa porosidade, microestrutura dendrítica colunar e a formação de ZTA estreita em decorrência das características do processo. Nestes revestimentos foi observada a presença de partículas de segunda fase interdendríticas sob a forma de precipitados coerentes com a matriz austenítica (γ’) e carbonetos de morfologias variadas, ambos responsáveis pelo endurecimento do revestimento, além de fases do tipo Laves, prejudiciais às propriedades mecânicas do material. Com relação à ZTA, ocorreu um aumento no tamanho de grão austenítico nas regiões austenitizadas acima de 830°C, sendo o grão maior quanto mais alta a temperatura. A maior dureza na ZTA foi obtida na região com o menor tamanho de grão austenítico. Dessa forma, em regiões do substrato submetidas a temperaturas superiores a 830°C ocorreu um gradiente crescente de dureza na direção de um gradiente decrescente de temperatura. Já nas regiões da ZTA submetidas a temperaturas de 750 a 830°C, com microestrutura combinada de martensita e ferrita, ocorreu gradual redução da dureza, que é mais baixa quanto menor a fração austenitizada. Em temperaturas entre 650 e 750°C, ocorreu o re–revenimento do substrato original, reduzindo a dureza do mesmo. Nos revestimentos aspergidos termicamente, foi obtida microestrutura na forma de plaquetas lenticulares de estrutura lamelar. Foi também observada baixa aderência entre revestimento e substrato e a presença de heterogeneidades na forma de poros, trincas e inclusões de óxidos. Comparando a dureza obtida para o revestimento de Inconel 625 nos processos de deposição a LASER e aspersão, observou–se que no revestimento aspergido a dureza foi superior a do depositado a LASER, o que monstra a influência do tipo de processamento sobre as propriedades de um mesmo material.
Caracterização química, física e mineralógica do produto granulado de manganês proveniente da Mina do Azul.
(2012) Faria, Geraldo Lúcio de; Reis, Érica Linhares; Jannotti Júnior, Nelson; Araújo, Fernando Gabriel da Silva
Os minérios de manganês provenientes da mina do Azul são importante matéria-prima na produção de ferro-ligas de manganês. Visando melhorias no beneficiamento e no processo de fabricação destas ligas, foi realizada a caracterização do produto Granulado da unidade do Azul-VALE/Manganês. Foi obtida uma amostra representativa desta mina e realizada análise granulométrica, onde se verificou a ocorrência de 80% das partículas abaixo de 22,6mm e 50% abaixo de 12,5mm. Considerou-se como granulado a fração menor que 37,5mm e maior que 6,3mm, que é a mais abundante neste minério e comumente destinada às usinas de ferro-ligas. A fração entre 37,5mm e 6,3mm foi amostrada e foram realizadas análises termogravimétrica, química dos elementos majoritários e identificadas as fases minerais presentes. A análise térmica (TG-DTA) identificou perda de massa em torno de 300oC, 500oC, 700oC, 900oC e 1000oC associadas à decomposição térmica de algumas fases minerais presentes. Os teores de Mn, Fe e SiO2 foram respectivamente, 47,68; 3,59; e 3,16%. O produto Granulado da unidade do Azul é composto majoritariamente pelos minerais de manganês criptomelana [KMn8O16] e pirolusita [MnO2]. Os constituintes minoritários são todorokita [(Na,Ca,K)2Mn6O12•3-4.5(H2O)], magnetita[Fe3O4] e gibbsita [Al(OH)3] (A pirolusita, a magnetita e a gibbsi-ta foram identificadas por microscopia óptica).
Characterization of austenite decomposition in steels with different chemical concepts and high potential to manufacture seamed pipes for oil and gas industry.
(2019) Cardoso, Rogério Antão; Faria, Geraldo Lúcio de
This work presents the characterization of austenite decomposition kinetics in two steels during continuous cooling considering non-deformed austenite grains. Two different chemical concepts of steels were evaluated: low carbon - high manganese and a relatively new concept based on low carbon - low manganese - high niobium contents. Dilatometric experiments, microstructural characterization procedures and microhardness tests were carried out. Experimental and calculated CCT diagrams were plotted and the adapted JMAK model was applied aiming to predict the austenite decomposition kinetics. The low carbon - high manganese steel was the most sensitive to the applied cooling rates and, due to that, presented the higher grain refinement and hardness increasing after continuous cooling. These results highlight that the Mn content decreasing may promote a potential loss of grain refinement in procedures of continuous cooling where the structure recrystallization does not occur, as in some welding procedures or conventional heat treatments applied in the seamed pipe manufacturing process.