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Title: Influência de tratamentos térmicos na resistência à fadiga e ao desgaste de um aço alto carbono microligado ao Nb e V de aplicação ferroviária.
Authors: Moreira, Luiza Pessoa
metadata.dc.contributor.advisor: Godefroid, Leonardo Barbosa
Faria, Geraldo Lúcio de
Keywords: Microestrutura perlítica
Microestrutura bainítica
Ferrovias - trilhos - aço microligado ao Nb e ao V
Refino - perlita
Fadiga - nucleação de trinca
Issue Date: 2019
metadata.dc.contributor.referee: Godefroid, Leonardo Barbosa
Vilela, Jefferson José
Queiroz, Rhelman Rossano Urzedo
Faria, Geraldo Lúcio de
Cândido, Luiz Cláudio
Citation: MOREIRA, Luiza Pessoa. Influência de tratamentos térmicos na resistência à fadiga e ao desgaste de um aço alto carbono microligado ao Nb e V de aplicação ferroviária. 2019. 143 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Materiais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2019.
Abstract: Os aços utilizados na fabricação de trilhos ferroviários devem ser resistentes à ocorrência de defeitos que podem provocar a falha desses componentes, assim como possuir uma boa combinação de resistência mecânica, resistência à fadiga e ao desgaste. Uma microestrutura adequada é fundamental para que as propriedades requisitadas sejam atendidas. Uma das alternativas para se obter a microestrutura desejada é a escolha da combinação apropriada de composição química e rota de processamento do material. Aços com microestrutura predominantemente perlítica têm sido utilizados já há muito tempo em componentes ferroviários devido às suas características mecânicas. Aços perlíticos ligados ao Nb e ao V podem ser uma opção para o setor ferroviário, e têm sido estudados. Uma outra alternativa para a fabricação de trilhos ferroviários é o aço com estrutura bainítica, onde um maior grau de refinamento na microestrutura pode ainda ser conseguido. Este trabalho, em um primeiro momento, caracterizou microestruturalmente e mecanicamente um aço eutetóide para trilhos ligado ao Nb e ao V em seu estado de entrega. Em um segundo momento, uma simulação computacional foi realizada para determinação de temperaturas críticas de transformação de fases no equilíbrio, diagramas TTT e TRC foram obtidos por dilatometria e o estudo de cinética de decomposição isotérmica da austenita em bainita foi realizado, etapas que permitiram planejar tratamentos térmicos de refino de perlita e de austêmpera a serem empregados nesse aço a fim de alterar sua microestrutura e melhorar suas propriedades. Posteriormente aos tratamentos térmicos, as microestruturas obtidas foram avaliadas com auxílio de microscopia óptica, eletrônica de varredura e de força atômica. Ensaios de dureza e tração foram realizados. Ainda foi avaliado o comportamento em nucleação de trinca por fadiga e em desgaste. Dessa forma, a influência do Nb e do V sobre a microestrutura e, consequentemente, sobre as propriedades mecânicas desse aço, foi avaliada, estudando o efeito desses microligantes quando presentes na forma de precipitados ou em solução sólida na austenita. O estudo dilatométrico e de cinética mostrou que a partir de tratamentos térmicos bem planejados, é possível a obtenção de uma microestrutura perlítica refinada ou de uma microestrutura majoritariamente bainítica em aços eutetóides com composições químicas relativamente simples. Os ensaios mecânicos mostraram que existe uma diferença de resistência mecânica por tração, à nucleação de trinca por fadiga e ao desgaste entre as condições estudadas. Os aspectos microestruturais foram correlacionados com os resultados, a fim de mostrar o efeito da microestrutura no comportamento mecânico dos aços. Os resultados deste trabalho mostram que há grande potencial de melhoria no comportamento dos trilhos ferroviários se adotada uma rota de fabricação com resfriamento controlado na superfície desses componentes para obtenção de uma microestrutura bastante refinada.
metadata.dc.description.abstracten: Rail steels must be endure to the occurrence of defects that may cause these components failure, and also have a good combination of tensile strength, fatigue and wear resistance. An adequate microstructure is fundamental for the required properties to be met. One of the alternatives to obtain the desired microstructure is to choose the appropriate combination of chemical composition and material processing route. Pearlitic steels have been used more often in railway components due to their mechanical properties, and Nb and V microalloyed perlitic steels have been extensively studied. Another alternative for rail manufacturing is bainitic steel, where a higher microstructural refinement can be achieved. In the current work, an eutectoid steel microalllyed with Nb and V were characterized in the as-received state. Computational simulation was performed to determine critical equilibrium transformation temperatures. Dilatoemtry was used to obtain TTT and CCT diagrams. A study of isothermal decomposition of austenite in bainite was also performed. All these steps were taken to allow heat treatment strategies that would refine pearlitic structure or austempering strategy to be performed in this steel in order to change its microstructure and improve its properties. After the heat treatments, the microstructures obtained were evaluated with light optical microscopy, scanning electron microscopy and atomic force microscopy. Hardness and tensile tests were performed. The behavior in fatigue crack nucleation and wear was also evaluated. Thus, the influence of Nb and V on the microstructure and, consequently, on the mechanical properties of this steel, was evaluated by studying the effect of these microalloying elements when present in the form of precipitates or solid solution in austenite. The dilatometric and kinetic study showed that from well planned heat treatments, it is possible to obtain a refined perlite microstructure or a mostly bainitic microstructure in eutectoid steels with relatively lean chemistry. Mechanical tests showed that there is a difference in mechanical properties, crack nucleation and wear between the studied conditions. The microstructural features were correlated with the results in order to show the effect of the microstructure on the mechanical behavior of steels. The results of this work show that there is great potential to improve the behavior of railroad tracks if a controlled cooling fabrication route is adopted on the surface of these components to obtain a very refined microstructure.
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/handle/123456789/11923
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 06/02/2020 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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