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Title: Caracterização da austenitização intercrítica como etapa antecedente a um tratamento de têmpera e partição (Q&P) aplicado a um aço comercial de aplicação automotiva.
Authors: Pimenta, Natália Aparecida Barbosa
metadata.dc.contributor.advisor: Faria, Geraldo Lúcio de
Keywords: Aço de alta resistência
Aço - tratamento térmico
Termodinâmica computacional
Indústria automobilística
Issue Date: 2021
metadata.dc.contributor.referee: Faria, Geraldo Lúcio de
Corrêa, Elaine Carballo Siqueira
Porcaro, Rodrigo Rangel
Citation: PIMENTA, Natália Aparecida Barbosa. 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. 144 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2021.
Abstract: 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.
metadata.dc.description.abstracten: The requirements imposed by environmental regulatory agencies have put pressure on the automobile sector to seek ways to reduce the consumption of fossil fuels during the use of vehicles, without compromising the safety and performance standards of automobiles. In view of this, there has been, in recent years, a growing emphasis on the development of advanced high strength steels (AHSS), which provides a good relationship between strength and ductility. Aiming to further improve the mechanical properties of AHSS for automotive application, especially of first-generation steels (dual-phase steels and TRIP steels), well-planned thermal cycle models have been continuously studied as a way of controlling phase transformations and obtaining microstructures suitable for the application. Therefore, this work evaluated the effect of intercritical austenitization as a previous step to a quenching and partitioning treatment (Q&P) applied to a steel with typical chemical composition of a TRIP780 steel. Thus, it was sought to develop thermal cycles of conventional quenching and quenching and partitioning process (Q&P) after intercritical austenitization that would provide a product with mechanical properties equivalent to the steels of the third-generation of AHSS. Physical simulations were performed on a quench dilatometer and computer simulations of phase transformation and chemical partition between phases in equilibrium using the MatCalc® software. The results obtained in the physical and computational simulations were compared. For each austenitization temperature evaluated, the corresponding Ms temperatures were determined. For this, empirical predictability equations from the literature were used, in addition to the minimum deviation method applied to the dilatometry curves. Depending on the results obtained in the previous steps, an intercritical austenitization condition was selected that results in a microstructure consisting of adequate proportions of ferrite, bainite, martensite and austenite retained after quenching. In addition, applying computational thermodynamic simulation and the CCE and CCET models, the effect of intercritical austenitization on the fraction of austenite retained in thermal quenching and partition cycles was evaluated. With this, two types of heat treatments were performed, one of them of quenching with intercritical austenitization and the other of quenching and partitioning after intercritical austenitization. Among the main results, the evolution of the ferrite and austenite phase fractions according to the intercritical austenitization temperature (IA) stand out. It was verified that there is a positive correlation between the IA temperature and the austenitic phase fraction, and, on the contrary, there was a negative correlation between the IA temperature and the fraction of xix ferrite. It is also worth highlighting the effect of carbon concentration in the austenite and the Ms temperature as a function of the IA temperature. The greater the amount of ferrite present in the microstructure, the greater the carbon content present in the austenite, and, consequently, the lower the Ms temperature. Understanding these relationships proved to be of fundamental importance for the planning of Q&P heat treatment. With regard to heat treatments, the improvement of the mechanical properties of these steels proved to be quite satisfactory. The steel subjected to conventional hardening treatment with intercritical austenitization presented a tensile strength value of approximately 1458MPa and total elongation of ~12%. The steel submitted to quenching and partitioning treatment after intercritical austenitization had a tensile strength of ~1274MPa and total elongation of ~19.6%. These results are showing that the proposed heat treatments were efficient to improve the initial mechanical properties of the steel, reaching values equivalent to third-generation AHSS steels.
Description: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/jspui/handle/123456789/14172
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 30/11/2021 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.
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