ABSTRACT The welding of dissimilar steels such as duplex and superaustenitic stainless steels is often used in industrial applications. The effect of welding energy on the heat-affected zone (ZTA) and fusion zone (ZF) presents knowledge gaps to be researched in relation to the metallurgical and mechanical properties of these steels. Variations in the application of welding energy can favor the presence of a greater volume of the ferritic or austenitic phases, and in more critical cases, cause the formation of precipitates harmful to corrosion. This work aims to evaluate the metallurgical, mechanical properties and corrosion resistance of dissimilar welding composed of duplex stainless steel S32205, as base metal, and superaustenitic stainless steel as weld metal, verifying the effects on microstructural, sensitization and anisotropies with the application of different heat inputs. In the microstructural analysis, the formation of first phase constituents, such as grain boundary austenite (GBA), witmanstatten austenite (WA), intragranular austenite (IGA) and secondary austenite (γ2) was verified. The microhardness values found were higher than those reported in the literature. In the corrosion tests, in environments with oxidizing chlorides, the samples showed pitting corrosion, with a high loss of mass in the specimens being detected. It is concluded that in the ZTA the metallurgical characteristics were maintained after the variation of the thermal input and in the ZF there was an increase in the loss of mass in the corrosion test in the analyzed samples.

RESUMO A soldagem de aços dissimilares, como os aços inoxidáveis duplex e superausteníticos é muitas vezes utilizada em aplicações industriais. O efeito da energia de soldagem na zona termicamente afetada (ZTA) e zona de fusão (ZF) apresenta lacunas de conhecimento a serem pesquisadas em relação às propriedades metalúrgicas e mecânicas destes aços. Variações na aplicação da energia da soldagem podem favorecer a presença de maior volume das fases ferrítica ou austenítica, e em casos mais críticos, ocasionar a formação de precipitados deletérios à resistência a corrosão. Este trabalho tem o objetivo avaliar as propriedades metalúrgicas, mecânicas e a resistência à corrosão da soldagem dissimilar composta de aço inoxidável duplex S32205, como metal de base, e aço inoxidável superaustenítico como metal de solda. Verificou-se os efeitos na microestrutura, sensitização e anisotropias com aplicação de diferentes aportes térmicos. Na análise microestrutural foi verificado a formação de constituintes de primeira fase, como a austenita de contorno de grãos (GBA), austenita de witmanstatten (WA), austenita intragranular (IGA) e austenita secundária (γ2). Os valores de microdureza encontrados foram superiores aos referenciados na literatura. Nos ensaios de corrosão, em ambientes com cloretos oxidantes, as amostras apresentaram corrosão por pitting, sendo detectada elevada perda de massa nos corpos de prova. Conclui-se que na ZTA as características metalúrgicas se mantiveram após a variação do aporte térmico e na ZF houve incremento da perda de massa no ensaio de corrosão nas amostras analisadas.

ABSTRACT Due to its combination of high mechanical properties, good formability, and low production cost, steel is a key material with potential for improvement in the metallurgical industry. Based on these conditions, this research evaluated the influence of material composition and incomplete austenitization parameters on the final metallurgical and mechanical properties of high-strength microalloyed steels after cooling in a medium with high severity. The applied cycle was based on the intercritical thermal treatment of microalloyed steels with niobium (Nb) and titanium (Ti) to increase the mechanical resistance and guarantee the tenacity of the material. An experimental study was carried out testing three intercritical temperatures, 806 °C, 775 °C, and 740 °C, with subsequent cooling in polymeric solutions in water. The studies showed that the intercritical temperature variation directly contributed to the difference in the second phase microstructure present in the samples. The heat treatment findings resulted in a microhardness of 434.2 HV0.01, characterizing the low-carbon martensite. The presence of a matrix consisting of ferrite and a second phase of low-carbon martensite promoted the typical behavior of dual phase steel. In the x ray diffraction, the presence of retained austenite was not evidenced, indicating the efficiency of the cooling rate. The experiments confirmed the influence of different engineering parameters and intercritical treatment on the mechanical properties. The study enriches the current knowledge about the development of variables for the development of dual phase steel from microalloying elements.

RESUMO A têmpera em soluções poliméricas representa um avanço significativo nos tratamentos térmicos de diferentes classes de aços. A sua aplicação na solubilização de aços inoxidáveis endurecido por precipitação 17 4 PH, potencializa uma nova alternativa aos meios convencionais de resfriamento em água ou óleo. As soluções poliméricas geram nas superfícies dos aços um filme de elevada tensão superficial que elimina à formação da fase vapor gerando aumento na velocidade das etapas de ebulição e convecção. Desta forma, os intermetálicos originados apresentam maior homogeneidade para o posterior envelhecimento artificial. Neste estudo foram analisados os efeitos no comportamento dos aços inoxidáveis 17 4 PH solubilizados com resfriamento em água e soluções poliméricas de 10 e 25% polivinilpirolidona (PVP). Posteriormente as amostras receberam envelhecimento artificial na temperatura de 480°C. Verificou-se- o comportamento microestrutural, distribuição de microdurezas e características relacionadas à difração de raios X (DRX). Os resultados demostraram que a utilização solução polimérica de 10% contribuiu para a completa transformação martensítica na matriz, com valores maiores de microdureza, junto à superfície e distribuição homogênea de precipitados no processo de envelhecimento artificial. Conclui-se que a utilização de soluções poliméricas nos tratamentos térmicos de solubilização dos aços inoxidáveis 17 4 PH pode contribuir para melhora das suas propriedades metalúrgicas e mecânicas.

ABSTRACT The quenching in polymeric solutions represents a significant advance in the heat treatments of different classes of steels. Its application in the cooling, after the solubilization of stainless steels hardened by precipitation 17 4 PH, potentiates a new alternative to the conventional means of cooling in water or oil. The polymeric solutions form a film of high surface tension on the steel surfaces that eliminates the formation of the vapor phase, generating an increase in the kinetics of the boiling and convection stages. In this way, the generated intermetallics present greater homogeneity for subsequent artificial aging. In this study, the effects of quenching in water and in polymeric solutions of 10 and 25% in polyvinylpyrrolidone (PVP) on the metallurgical and mechanical properties of 17 4 PH stainless steels were analyzed. Subsequently, the samples were submitted to the heat treatment of artificial aging at a temperature of 480°C. The microstructural behavior, microhardness distribution and characteristics related to X ray diffraction (XRD) of the samples were analyzed. The results showed that the use of a 10% PVP polymer solution caused a complete martensitic transformation in the matrix, with higher microhardness values near the surface and homogeneous distribution of precipitates in the artificial aging process. It is concluded that the use of polymeric solutions in the tempering of 17 4 PH stainless steel can contribute to significant advances in their metallurgical and mechanical properties.

RESUMO À obtenção de materiais compósitos é de grande interesse para a indústrias automotiva e aeroespacial. Este estudo tem como objetivo a obtenção via metalurgia do pó o compósito Al-4,5Cu reforçado com adições de 5%, 10% e 15% de partículas de carbeto de silício. Os pós elementares foram analisados por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Difração de Raios-X (DRX). Para a determinação da tensão de compactação utilizou-se ensaios de compressibilidade, sendo adotada a carga de 200 MPa. A atmosfera sinterização foi de nitrogênio com elevado grau de pureza em isoterma de 590ºC durante 90 minutos. Para a caracterização microestrutural foram utilizadas técnicas de microscopia óptica (MO) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). O comportamento polimórfico foi avaliado pela técnica de difração de Raios-X (DRX) e as microdurezas avaliadas pelo método Vickers (HV0,1). Os resultados demostraram a difusão de cobre na matriz de alumínio formando o intermetálico Al2Cu. Já à adição de carbeto de silício não afetou de forma significativa a formação do compósito. Detectou-se aumento de microdureza para adições acima de 10% de SiC. Conclui-se que existe viabilidade da obtenção de componentes com ligas compósitas de alumínio, cobre e carbeto de silício via metalurgia do pó.

ABSTRACT The obtainment of composite materials is of great interest for the automotive and aerospace industries. This study aims to obtain through powder metallurgy the Al-4,5Cu composite reinforced with additions of 5%, 10% and 15% of silicon carbide particles. The elemental powders were analyzed by Scanning Electron Microscopy (SEM) and X-Ray Diffraction (XRD). To determine the compressive stress, compressibility tests were used, and a load of 200 MPa was adopted. The sintering atmosphere was high purity nitrogen at an isotherm of 590ºC for 90 minutes. For microstructural characterization Optical Microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM) techniques were used. The polymorphic behavior was evaluated by X-Ray Diffraction (XRD) technique and the microhardness evaluated by Vickers method (HV0,1). The results demonstrated the diffusion of copper in the aluminum matrix forming the intermetallic Al2Cu. The addition of silicon carbide did not affect significantly the formation of the composite. An increase in microhardness was detected for additions above 10% of SiC. It is concluded that there is feasibility of obtaining components with composite alloys of aluminum, copper and silicon carbide via powder metallurgy.

RESUMO O objetivo desse estudo é avaliar a efetividade do tratamento termoquímico de carbonitretação empregado em engrenagens de motocicletas, para possível substituição de um aço médio carbono, por um aço de baixo carbono. Para isto foi determinada à composição química do material, analisado a microestrutura, verificado o perfil de microdureza e observando-se a conformidade dos ensaios. As engrenagens utilizadas no tratamento termoquímico foram produzidas com aço SAE 1015, as quais foram submetidas à austenitização na temperatura de 880 °C durante 6 horas, utilizando atmosfera controlada com potencial de carbono de 1% e reduzido volume de NH3, sendo posteriormente temperada em óleo e revenidas a uma temperatura de 180 °C durante um período de 1 hora. A microestrutura do núcleo apresentou ferrita, perlita e martensita de baixo carbono junto aos contornos de grão. Já na camada carbonitretada detectou-se nitretos de elevada dureza e martensita de alto carbono associada a pequeno volume de austenita retida. Através da técnica de difração de raios-x, confirmou-se a presença de austenita retida na superfície das amostras. A microdureza máxima atingida foi de 949 HV0,1 e a profundidade de camada carbonitretada de 0,8 mm. Conclui-se que a utilização de um aço baixo carbono e não ligado pode-se tornar uma rota de fabricação para engrenagens, quando submetidos ao tratamento termoquímico de carbonitretação. A presença de potencial de carbono muito elevado é elemento favorável para formação de austenita retida.

ABSTRACT The objective of this study is to evaluate the effectiveness of the thermochemical treatment of carbonitriding employed in motorcycle gears for the replacement of a medium carbon steel to a low carbon steel. For this, the chemical composition of the material was determined, the microstructure analyzed, traced the microhardness profile and verified the conformity of the tests. As the gears used in the thermochemical treatment were produced with SAE 1015 steel, such as those that were subjected to austenitization at a temperature of 880 ° C for 6 hours, using a controlled atmosphere with 1% carbon potential and low NH3 volume, cooled in oil and tempered at 180 ° for 1 hour. A presented microstructure of the ferrite and perlite core and a high hardness nitrided carbonitride layer and high carbon martensite associated with the austenite retention volume. The x-ray diffraction technique confirmed the presence of austenite retained on the sample surface. A maximum depth reached was 949 HV0.1 and a carbonitride layer depth of 0.8 mm. Thereby, the use of low carbon and unalloyed steel could be a manufacturing route for gears when using carbonitride thermochemical treatment. The presence of very high carbon potential is favorable for austenite retina formation.

RESUMO Um novo tratamento térmico tem sido pesquisado recentemente, cuja denominação é têmpera e partição (T&P), com o intuito de criar aços com austenita estável em sua microestrutura. Inicialmente, esse tratamento foi realizado em aços de alto silício, não obstante, seu potencial alcança outros diversos materiais como os de baixa liga contendo níquel ou manganês. O mesmo consiste em realizar a têmpera entre temperaturas inicial (Ms) e final (Mf) da transformação martensítica, seguidos por um reaquecimento a um estágio isotérmico durante um certo período. Neste trabalho, foi realizado a T&P no aço SAE 4340, austenitizados a 870 °C durante 30 min, então temperado em polímero ao patamar de 240 °C e por fim, particionado em três tempos distintos: 10 s, 30 s, e 90 s. Ainda, foi feito a têmpera e revenimento (TR) no mesmo material para comparações entre as microestruturas e propriedades mecânicas, através de microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, difração de raios-x (DRX), além de ensaios de microdureza Vickers. Observou-se uma microestrutura complexa nas amostras oriundas da T&P, diferentemente dos corpos de prova da TR. A partir do DRX, obteve-se indícios de que o tempo de 30 s para o processo de partição foi o mais efetivo em estabilizar a austenita retida. Soma-se a isso, a alta dureza alcançada, chegando ao nível de 696HV1.

ABSTRACT A new heat treatment has been recently researched, whose denomination is quenching and partitioning (Q&P), in order to stabilize the retained austenite in the microstructure of steels. Initially, this treatment was carried out on high-silicon-steels, although, its potential reaches other materials with low alloys containing nickel or manganese. The same is done to perform a quenching between the initial (Ms) and final (Mf) temperatures of martensitic transformation, followed by a reheating to a isothermal stage over a period of time. In this work, the Q&P was conducted on SAE 4340 steel, austenitized at 870 ° C for 30 min, then quenching in polymer up to 240 ° C and partitioned into three different times: 10 s, 30 s, and 90 s. Also, a quenching and tempering (TR) treatment was conduct on the same material to evaluate and compare the microstructures and mechanical properties obtained in both processes, through optical microscopy, scanning electron microscopy, x-ray diffraction (XRD), as well as Vickers microhardness tests. A complex microstructure was observed in the samples from Q&P, unlike TR specimens. From the XRD, indications was obtained that the time of 30 s for the partitioning process was the most effective in stabilizing the retained austenite. Added to this, the high hardness reached, 696HV1.

RESUMO A têmpera é um tratamento térmico que tem como principal objetivo a elevação de dureza e resistência mecânica dos aços por meio da sua transformação microestrutural. O processo se baseia na elevação da temperatura do material até a austenitização, seguida do arrefecimento por meio da imersão em um fluido, a qual precisa ser rápida o suficiente para evitar a difusão do carbono, visando a formação de uma microestrutura predominantemente martensítica. Atualmente, vem sendo utilizado para esse procedimento as soluções poliméricas aquosas, que são misturas de água com polímeros. A concentração das soluções é um fator fundamental para a capacidade de troca de calor dos fluidos e, por consequência, a variação desse fator promove o desenvolvimento de diferentes propriedades mecânicas no material temperado. Assim, o presente trabalho consistiu na avaliação das propriedades do aço AISI 4140 temperado em soluções poliméricas aquosas a base de polivinilpirolidona (PVP) sob as concentrações de 10, 15, 20 e 25%. Para isso, a caracterização do aço foi realizada por meio da avaliação microestrutural, microdureza e difração de raios-x. Por meio dessas avaliações, foi demonstrado que a capacidade de retirada de calor do material vai sendo minimizada de acordo com a adição de PVP à solução. Assim, a diminuição de troca térmica determinou menor formação de martensita e decréscimo no perfil de microdureza das amostras, embora não tenha sido evidenciada variação de fases em todas as situações de processo.

ABSTRACT Quenching is a heat treatment whose main objective is to increase the hardness and mechanical strength of the steels by their microstructural transformation. The process is based on increasing the temperature of the material to austenitization, followed by cooling by immersion in a fluid, which needs to be fast enough to avoid diffusion of the carbon, aiming at the formation of a predominantly martensitic microstructure. Aqueous polymer solutions, which are blends of water with polymer, have been used now for this procedure. The concentration of these solutions is a fundamental factor for the heat exchange capacity of the fluids and, consequently, the variation of this factor promotes the development of different mechanical properties in the quenched material. Thus, the present work consisted in the evaluation of the properties of quenched AISI 4140 steel in aqueous polymer solutions based on polyvinylpyrrolidone (PVP) at concentrations of 10, 15, 20 and 25%. For this, the characterization of the steel was made by the microstructural evaluation, microhardness and X-ray diffraction. Through these evaluations, it has been demonstrated that the heat withdrawal capacity of the material is being minimized according to the addition of PVP to the solution. As a result, the decrease in the thermal exchange determined a lower martensite formation and a decrease in the microhardness profile of the samples, although no phase variation was observed in all the process situations.

Resumo Durante o processo de soldagem o aço microligado ASTM A131 Grau AH36 pode apresentar defeitos oriundos dos ciclos térmicos (distorções) que demandarão procedimentos onerosos como o tratamento térmico pós-soldagem. Somando-se a isto, este aço não é indicado a sofrer normalização, normalização seguida por revenimento, ou por têmpera e revenimento. Neste caso, a técnica da dupla camada, que se baseia na deposição controlada dos passes da primeira e segunda camada através da escolha apropriada da relação de energias de soldagem, surge como alternativa. Diante disto, este trabalho teve por objetivo encontrar a relação de energia de soldagem que satisfizesse os critérios de microdureza e macrografia. Para isto foram realizadas soldagens preliminares para cada energia e após isto a comprovação com a soldagem de dupla camada em chapa plana. Os resultados indicaram que as relações de energias de soldagem 5/14 e 5/17 kJ.cm-1 foram aprovadas, porém a energia de 5/14 kJ.cm-1 foi a que apresentou o maior afastamento no critério baseado na microdureza. A soldagem com dupla camada comprovou que a relação de energia encontrada foi adequada apresentando microdurezas com valores inferiores ao limite da zona endurecida (300 HV0,1) demonstrando a possibilidade de revenimento ocasionado pela sobreposição dos passes.

Abstract During the welding process ASTM A131 Grade AH36 microalloyed steel may exhibit thermal cycling defects (distortions) that will require costly procedures such as post-weld heat treatment. In addition, this steel is not indicated to undergo normalization, normalization followed by tempering, or quenching and tempering. In this case, the double layer technique, which is based on the controlled deposition of the first and second layer passes through the appropriate choice of the welding energies ratio, appears as an alternative. In view of this, this work had as objective to find the relation of welding energy that satisfies the criteria of microhardness and macrography. For this purpose, preliminary welds were carried out for each energy and after that the verification with the welding of double layer in flat plate. The results indicated that the welding energy ratios 5/14 and 5/17 kJ.cm-1 were approved, but the energy of 5/14 kJ.cm-1 was the one that presented the greatest distance in the criterion based on microhardness. The double layer welding showed that the found energy ratio was adequate, presenting microhardness values lower than the limit for the hardened zone (300 HV0,1), demonstrating the possibility of tempering by the overlapping of passes.

RESUMO Com o intuito de evitar ou minimizar a corrosão por pite dos aços inoxidáveis é possível aprimorar a capacidade protetiva da camada passiva dessas ligas, e um dos métodos para se obter esse resultado é o tratamento superficial de passivação química. Nesse contexto foi investigado o efeito do tratamento de passivação química com ácido nítrico na resistência à corrosão por pite e no acabamento superficial dos aços inoxidáveis ferrítico AISI 430 e austenítico AISI 316L em meio contendo cloreto. Para isso duas condições superficiais foram utilizadas para cada material: superfície lixada e superfície passivada quimicamente conforme a norma ASTM A967/967M. O acabamento superficial foi caracterizado pela avaliação da rugosidade média e análise visual por microscopia óptica. O comportamento frente à corrosão foi avaliado através de ensaios de polarização anódica cíclica em 0,6 M NaCl conforme norma ASTM G61 e a morfologia dos pites foi caracterizada por microscopia óptica. De acordo com os resultados, a resistência à corrosão por pite dos aços inoxidáveis AISI 430 e AISI 316L submetidos ao tratamento de passivação tiveram os potenciais de pite e de repassivação aumentados em relação ao valor obtido com a superfície lixada, ou seja, tiveram sua resistência à corrosão por pite melhorada.

ABSTRACT In order to avoid or minimize the pitting corrosion on stainless steels it is possible to enhance the protective capacity of the passive layer from these alloys and one of the methods to obtain this result is the chemical passivation treatment. In this context, the effect of the passivation treatment with nitric acid on pitting corrosion resistance and surface finishing of the AISI 430 and AISI 316L stainless steels in chloride containing media was investigated. To that, two surface conditions are studied for each material: abraded surface and chemically passivated surface according to ASTM A967/967M. The surface finishing was characterized by roughness evaluating and visual analysis through optical microscopy. The corrosion behavior was evaluated by cyclic anodic polarization tests in 0.6M NaCl according to ASTM G61 and the morphology of pitting corrosion was characterized by optical microscopy. According to the results, the chemical passivation treatment had no significant effect on the surface finishing of both steels. Regarding to the pitting corrosion resistance, the AISI 430 and AISI 316L stainless steels subjected to the passivation treatment had the pitting and repassivation potentials increased in relation to the value obtained with the ground surface, that is, the pitting corrosion resistance was improved.

Usualmente a sinterização de Aços Inoxidáveis AID (ligas Fe-Cr-Ni) ocorre a partir de pós pré-ligados de AID ou pelo balanceamento entre pós de aços inoxidáveis austeníticos misturado com pós de aços inoxidáveis ferríticos, proporcionando uma microestrutura duplex. O objetivo deste trabalho foi investigar a possibilidade de desenvolver uma rota alternativa de produção do AID com menor custo, além de avaliar as características microestruturais e mecânicas da liga Fe-22,5Cr-5,5Ni. Neste contexto, buscou-se desenvolver uma liga a partir de misturas de pós elementares de formulação similar ao AID UNS S32205 e com diferentes isotermas buscando a difusão entre os elementos, com o intuito de eliminar a necessidade de obtenção de pós pré-ligados de elevado custo. Os pós de partida foram caracterizados por Difração de Raios X (DRX) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), e empregados na produção de 10 (dez) formulações que foram uniaxialmente conformadas em pastilhas de 18,88 mm de diâmetro e tratadas termicamente com tempos variando entre 1 (uma) e 6 (seis) horas; com isotermas de 1000ºC; 1100°C e 1200ºC e sob atmosfera controlada de nitrogênio. Com o uso de Microscopia Óptica (MO), foram selecionadas 4 (quatro) misturas para avaliação complementar. Esse estudo englobou a análise de difusão dos elementos Fe, Cr e Ni por Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS) acoplada ao MEV, e avaliação microestrutural por (MO, MEV, DRX). Os resultados obtidos com as análises por MO e MEV revelaram uma baixa difusão do cromo na matriz de ferro. Espectros obtidos por DRX apresentaram a formação de picos de ferrita e em algumas das amostras pequenos picos de austenita, não sendo possível apontar a formação de uma estrutura duplex. A análise de espectroscopia Raman indicou a formação de óxido de cromo no entorno das partículas de cromo, evitando sua difusão na matriz ferrítica. Por fim, os ensaios de microdureza revelaram uma relação diretamente proporcional ao aumento da temperatura e tempo de sinterização com as microdurezas apresentadas pelas misturas obtidas com pós elementares.

Usually the Sintering of Duplex Stainless Steels SS (Fe-Cr-Ni alloy) from prebounded powders of duplex stainless steels or a balance mixture between austenitic and ferritic powders are used to form a duplex microstructure. The objective of this work was to investigate the possibility of developing an alternative route to produce Duplex SS in a rather low cost, and, in addition, to evaluate the microstructural and mechanical characteristics of the Fe-22,5Cr-5,5Ni alloy. In this context, it was pursued the development of an alloy by the mixing of elementary powders with similar formulation of the duplex SS UNS S32205, in order to eliminate the need of obtaining prebounded powders. The powders were characterized by X-ray Diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM) to be used in the production of 10 (ten) uniaxial tablet shaped mixtures of 18,88 mm of diameter and thermally treated varying times between 1 (one) to 6 (six) hours; isotherms from 1000ºC (1273K/1832ºF); 1100ºC (1373K/2012ºF) and 1200ºC (1473K/2192ºF) and under nitrogen controlled atmosphere. Optical Microscopy (OM) allow one to selected 4 (four) sintered mixtures to further evaluation. This study comprises the diffusion analysis of Fe, Cr and Ni elements using SEM by Energy Dispersive Spectrometer (EDS) and microstructural evaluation using (OM, SEM, XRD). The results obtained from OM and SEM analysis revealed the low diffusivity of chrome in the iron matrix. XRD spectra showed peaks of ferrite formation and austenite in some of the samples, so it was not possible to indicate the formation of a duplex structure. The Raman spectra indicated chromium oxide in the vicinity of chromium particles, preventing its spread to the ferritic matrix. Finally, the microhardness tests revealed a direct proportion to the increase of temperature and sintering time with the microhardness submitted by the mixtures obtained with elemental powders.