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 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 O avanço tecnológico sugere o desenvolvimento de novos materiais e novas tecnologias que possam proporcionar produtos competitivos economicamente e com as propriedades mecânicas desejadas. Durante o processo de cementação e posterior têmpera o material sofre uma transformação, passando de uma estrutura austenítica para martensitica. Essa transformação geralmente não é completa devido a estabilização do carbono e outros elementos de liga, restando uma fase residual de austenita. Este componente degrada as propriedades mecânicas do aço, provocando alterações dimensionais e diminuição em sua resistência mecânica. Para limitar a presença da austenita retida, além de processos de conformação mecânica, o revenimento é um dos tratamentos térmicos mais empregados. Estes métodos exigem equipamentos de elevado custo, procedimentos complexos e elevadas incertezas nos resultados. Neste contexto surge como alternativa o processo de tratamento superficial através de shot peening a fim de melhorar as propriedades mecânicas na superfície dos metais. Diante do exposto este trabalho tem como objetivo desenvolver uma técnica confiável para redução do percentual de austenita retida em martensita, melhorando o desempenho de componentes cementados. Para tal foi realizada a cementação de uma amostra de aço para aplicação dos processos de shot peening dinâmico e estático e posterior análise microestrutural e de microdureza. Os resultados indicaram que a aplicação dos processos mecânicos de shot peening se apresentou com uma técnica confiável para transformação da austenita retida em martensita, melhorando o desempenho de componentes cementados. Dentre estes processos o de shot peening estático foi o que apresentou melhor rendimento com valores de percentual de austenita retida de 6,04% e microdureza de 92 HV. Os resultados são coerentes com os encontrados na literatura e contribuem para que esta técnica possa ser utilizada no intuito de proporcionar um material com menor índice de falha.

ABSTRACT The technological advancement suggests the development of the new materials and technologies that can be supply economically competitive products and with the desired mechanical properties. During the carburizing process and quenching the material undergoes a transformation from that austenitic for the martensitic structure. This transformation is generally not full due of the carbon stabilization and other alloy elements result in the austenite residual phase. This component destroys the mechanical properties of steel causing dimensional changes and decreasing in its mechanical strenght. For the limit the presence retained austenite, moreover of the mechanical forming process, the tempering is one of the most used heat treatments. These methods require expensive cost equipments, complex procedures and high uncertainties in the results. In the context the superficial treatment process trought the shot peening appears as a alternative to improve the mechanical properties in the surface of the metals. Given the above that this paper aims to develop a reliable technique for the decreasing the percentage retide austenite in the martensite improving the performance of cemented componentes. To this end, the steel sample was realized the carburing of for the application of the dinamic and static shot peening process and microstructutal and microhardness analisys. The results indicated that the application of the shot peening mechanical process performed with the reliable technique for the transformation from retide austenite for the martensite, improving the performance of the cemented components. Among these processo the static shot peening was the presented the best performance with the retained austenite porcentage values of 6,04% and microhardness of 92 HV. The results are consistents with the those found in the literature and contribute for that technique can be used in order to provide the material with minor failure rate.

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.