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Title: Efeito de tratamentos isotérmicos às temperaturas de 475ºC e 850ºC na microestrutura e na resistência à fadiga de um aço inoxidável duplex UNS S32304.
Authors: Reis, Thompson Júnior Ávila
metadata.dc.contributor.advisor: Godefroid, Leonardo Barbosa
Keywords: Aço inoxidável
Resistência dos materiais
Metais - fadiga
Fragilização - fase alfa linha
fragilização - fase sigma
Issue Date: 2013
Publisher: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto.
Citation: REIS, T. J. A. Efeito de tratamentos isotérmicos às temperaturas de 475ºC e 850ºC na microestrutura e na resistência à fadiga de um aço inoxidável duplex UNS S32304. 2013. 142 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2013.
Abstract: Os aços inoxidáveis duplex são uma classe de aços inoxidáveis com microestrutura bifásica constituída de α e γ em frações volumétricas aproximadamente iguais. Esta classe tem conquistado grande interesse da indústria e suas principais aplicações incluem equipamentos e estruturas para indústria petroquímica, nuclear, alimentícia, de papel e outras. Suas características desejáveis incluem boa resistência à corrosão em diversos meios e elevada resistência mecânica se comparada às ligas das demais classes de aços inoxidáveis. Mas o uso dos aços inoxidáveis duplex está limitada a estreita faixa de temperaturas entre -50ºC e aproximadamente 300ºC. Isto devido ao fato dos aços inoxidáveis duplex apresentarem comportamento frágil abaixo de -50ºC e serem suscetíveis à precipitação de fases indesejáveis na faixa de temperaturas entre 300ºC e 1000ºC. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de tratamentos isotérmicos a 475ºC e a 850ºC nas propriedades mecânicas, principalmente quanto à resistência à fadiga, de um aço inoxidável duplex UNS S32304. Para tal, ensaios mecânicos de tração, impacto e medições de dureza foram realizados para constatar os efeitos de possíveis alterações microestruturais devido aos tratamentos isotérmicos propostos nas propriedades mecânicas básicas da liga. Além dos ensaios de fadiga, que foram conduzidos com R = -1, para avaliar os efeitos destas alterações microestruturais na resistência à fadiga do aço UNS S32304 estudado. Para caracterização microestrutural foram empregadas técnicas de microscopia ótica e microscopia de varredura por sonda mecânica. Para análise fractográfica foi utilizada a microscopia eletrônica de varredura. Os resultados indicam que o tratamento térmico a 475ºC conduz à precipitação da fase α’ na fase α e seus efeitos nas propriedades mecânicas são o aumento da resistência à fadiga, da resistência à tração e da dureza e a redução da ductilidade e da tenacidade ao impacto. Já o tratamento térmico a 850ºC levou a precipitação de Cr2N nas interfaces entre as fases α/γ. Seus efeitos mais expressivos nas propriedades mecânicas foram o aumento na tenacidade ao impacto e da ductilidade e a redução da tensão limite de escoamento. As demais propriedades mecânicas apresentaram alterações desprezíveis. Também se observou a presença da fase σ nas amostras envelhecidas a 850ºC por 50h, mas em quantidade insuficiente para impactar no comportamento mecânico da liga estudada.
metadata.dc.description.abstracten: The duplex stainless steel are a grade of stainless steel with biphasic structure constituted of α and γ with volumetric fractions roughly equal. This grade has achieved considerable interest from industry and its main applications include equipments and structures for petrochemical, power, food, paper and other. Their desirable features include good corrosion resistance in many environments and high mechanical strength if it compared to the alloys of the other grades of stainless steel. But the use of duplex stainless steel is limited to narrow temperature range among -50ºC and about 300ºC. This is due to the fact of duplex stainless steels present brittle behavior below -50ºC and be susceptible to the precipitation of undesirable phases in the temperature range among 300ºC and 1000ºC. In this context, the aim of this study was to evaluate the effect of isothermal treatments at 475ºC and at 850ºC on the mechanical properties, especially regarding the fatigue resistance of a duplex stainless steel UNS S32304. For this purpose, tensile test, impact and hardness measurements were carried out to observe the effects of possible microstructural changes due to isothermal treatments proposed in the basic mechanical properties of the alloy. Besides the fatigue tests, which were conducted with R = -1 to evaluate the effects of microstructural changes in fatigue resistance of the UNS S32304 steel studied. For structural characterization were employed techniques of optical microscopy and scanning probe microscopy. For fractographic analysis was used scanning electron microscopy. The results indicate that heat treatment at 475ºC leads to the precipitation of α’ phase in the α phase and its effects on the mechanical properties are the increase of fatigue resistance, tensile strength and hardness and reduction in ductility and impact toughness. Already the heat treatment at 850ºC led to precipitation of Cr2N in the interfaces among the phases α/γ. Their most significant effects on mechanical properties were increase in impact toughness and ductility and reduction in tension yield strength. The other mechanical properties showed negligible changes. It was also observed the presence of σ phase in the samples aged at 850ºC for 50h, but not enough quantity to impact on the mechanical behavior of the alloy studied.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/2931
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