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RESUMEN Los aceros multifásicos son una familia de materiales con propiedades mecánicas excepcionales que incluyen alta resistencia mecánica, excelente ductilidad e índice de endurecimiento y buena conformabilidad. Estas propiedades están relacionadas con la microestructura, que puede ser desde combinaciones de ferrita y martensita (aceros dúplex) hasta microestructuras complejas con presencia de ferrita, bainita, martensita y austenita retenida como en el caso de los aceros TRIP. Una de las etapas fundamentales en la fabricación de estos aceros es la austenización intercrítica que se produce entre las temperaturas A1 y A3, de la cual depende la fracción de austenita de alta temperatura y la composición química de las fases, en especial el contenido de carbono. Con el fin de estudiar esta etapa del tratamiento térmico se fabricaron aceros con variaciones en la concentración de carbono (0.2-0.5%) y silicio (1.4-2.0%) y se realizaron ensayos dilatométricos. Los resultados permitieron establecer las temperaturas adecuadas de tratamiento térmico intercrítico de acuerdo con la fracción de austenita de alta temperatura deseada. Además, se realizó un estudio de las variaciones en la composición química de la austenita en función de la temperatura de austenización intercrítica (TAI). Los resultados se analizaron a la luz de las posibilidades para las etapas posteriores que incluyen temple o austemperado y su posible impacto en la microestructura y las propiedades mecánicas de las aleaciones tratadas térmicamente. ABSTRACT The Multiphase steels are materials with exceptional mechanical properties including high strength, excellent ductility and hardening coefficient and good conformability. These properties are related with the microstructure, which can be a combination of ferrite and martensite (Dual phase steels) or more complex microstructures with ferrite, bainite, martensite and retained austenite as in TRIP steels. One of the most important stages on the fabrication of multiphase steels is the intercritical austenization step which is performed between the A1 and A3 temperatures. This step determines the amount and chemistry (especially carbon) of the high temperature austenite. Aiming to study the intercritical austenization step, steels with variations in carbon (0.2-0.5wt%) and silicon (1.4-2.0wt%) were manufactured and dilatometric studies were conducted. The results allowed to stablish the intercritical austenization temperature (IAT) according with the needed amount of high temperature austenite. Also, the variation in chemistry of the high temperature austenite was studied as a function of the intercritical austenization temperature. (IAT) The results were analyzed according with the possibilities of the step after austenization, i.e., quenching or austempering and its impact on the microstructure and properties of the heat treated alloys.

RESUMEN Los aceros multifásicos son una familia de materiales con propiedades mecánicas excepcionales que incluyen alta resistencia mecánica, excelente ductilidad e índice de endurecimiento y buena conformabilidad. Estas propiedades están relacionadas con la microestructura, que puede ser desde combinaciones de ferrita y martensita (aceros dúplex) hasta microestructuras complejas con presencia de ferrita, bainita, martensita y austenita retenida como en el caso de los aceros TRIP. Una de las etapas fundamentales en la fabricación de estos aceros es la austenización intercrítica que se produce entre las temperaturas A1 y A3, de la cual depende la fracción de austenita de alta temperatura y la composición química de las fases, en especial el contenido de carbono. Con el fin de estudiar esta etapa del tratamiento térmico se fabricaron aceros con variaciones en la concentración de carbono (0.2-0.5%) y silicio (1.4-2.0%) y se realizaron ensayos dilatométricos. Los resultados permitieron establecer las temperaturas adecuadas de tratamiento térmico intercrítico de acuerdo con la fracción de austenita de alta temperatura deseada. Además, se realizó un estudio de las variaciones en la composición química de la austenita en función de la temperatura de austenización intercrítica (TAI). Los resultados se analizaron a la luz de las posibilidades para las etapas posteriores que incluyen temple o austemperado y su posible impacto en la microestructura y las propiedades mecánicas de las aleaciones tratadas térmicamente.

Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. As ferrovias são submetidas a condições operacionais que exigem cada vez mais dos materiais, uma vez que o volume de cargas, a velocidade das composições e o fluxo sobre os trilhos têm crescido para atender ao aumento de demanda por transportes. Para a construção das vias, se destaca o processo de soldagem elétrica por centelhamento (Flash Butt Welding - FBW), devido à maior facilidade para controle e obtenção de juntas com qualidade aceitável. No entanto, as alterações estruturais e mecânicas decorrentes dos ciclos térmicos do processo e a introdução de tensões residuais têm sido associadas a falhas prematuras por fadiga em juntas soldadas de trilhos de aços perlíticos. Apesar do problema de redução localizada de dureza ser bem conhecido na literatura, não há trabalhos que aplicam dilatometria para descrever a formação da Zona Termicamente Afetada (ZTA), tendo essa notável lacuna de conhecimento dificultado a evolução do processo FBW. Além disso, dois fatores têm sido descritos como chave para falhas por fadiga na região da alma: tensões residuais e a presença de concentradores de tensão devido ao mau acabamento superficial, não havendo trabalhos que quantifiquem ou comparem os efeitos na vida em fadiga do componente. Neste contexto, detalhada caracterização mecânica e estrutural foi realizada em aço para trilhos ferroviários soldado por centelhamento, juntamente com ensaios de dilatometria para descrever a evolução microestrutural de toda a ZTA e suas correlações com as propriedades. Medidas de tensões residuais superficiais foram obtidas e ensaios de fadiga foram realizados considerando os efeitos das alterações estruturais e de concentração de tensão, dados que alimentaram modelos numéricos pelo Método dos Elementos Finitos (MEF) para quantificar os efeitos destas variáveis de modo comparativo na vida em fadiga do componente real. Os resultados apresentados permitem compreender os mecanismos das alterações morfológicas da perlita em toda a ZTA em termos de transformações de fases e podem ser utilizados para sistematicamente orientar mudanças nos parâmetros do processo ou controlar a taxa de resfriamento de modo a obter melhores condições metalúrgicas/mecânicas. Os resultados de ensaios mecânicos, fadiga e simulações numéricas mostram que há grande potencial de melhoria no comportamento do componente a partir da adoção de medidas de baixo custo relativo, por exemplo, esmerilhamento de todo o perfil soldado, com quantificação relativa dos efeitos das variáveis sobre a vida do componente por fadiga. Os resultados de fadiga obtidos por simulação mostram ainda que o elevado nível de tensões residuais normais no sentido vertical na alma é o fator mais crítico do ponto de vista da vida do componente soldado. The growth in demand for rail transport implies higher speed of compositions, higher number of wagons and higher flow over the rails. Flash Butt Welding is the main process used to build railroads because it allows better control on the welding parameters and, therefore better welding quality. But, welded joints represent a discontinuity on microstructure and in mechanical properties of the railroad besides the introduction of high residual tensile stresses that have been associated with premature fatigue failures. The structural changes resulting from the Flash Butt Welding (FBW) of pearlitic rails have been associated with wear/premature failures due to local hardness variation, despite this, there are no studies applying dilatometry to correlate the welding thermal cycles with the microstructural development of such material. There is a knowledge lack on the mechanisms that control the microstructure development and it has hindered the setting of FBW process parameters in order to improve weld performance. In addition, two variables have been described as key to fatigue failures in the web; residual tensile stresses and stress concentrators due to poor surface finish, however, there are no works that quantify or compare its effects on the fatigue life of the component. In this context, detailed structural and mechanical characterizations of flash butt welded rails were performed, along with dilatometry tests in order to describe the structural evolution of the HAZ regions and correlate them with the properties. Surface residual stress measurements were obtained and fatigue tests were conducted considering the effects of structural changes and stress concentration, the obtained data fed numerical models by the finite element method to quantify the effects of these variables in a comparative way on the fatigue life of the real component. The results allow understanding, in detail, how the pearlite morphology is affected in terms of phase transformations by the weld thermal cycles of the FBW process and its relation with the properties and some failure modes. In addition, the dilatometric results presented have the potential to provide systematic guidance for turning FBW parameters and/or applying controlled accelerated cooling to achieve improved metallurgical features. The results of mechanical tests, fatigue and numerical simulations show that there is great potential for improvement in the mechanical behavior of the component by the adoption of low-cost measures, for example, grinding of the entire welded profile, with relative quantification of the variables effects on the fatigue life. The fatigue life of the welded component is mainly affected by the high level of vertical normal residual stresses at the web of the joint, as obtained by FEM.

Programa de Pós-Graduação em Geotecnia. Núcleo de Geotecnia, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. A indústria do aço de alta resistência tem demandado por materiais com custo competitivo, propriedades favoráveis e seguras para sua aplicação em ambientes especiais. O refino da microestrutura do aço é uma técnica fundamental para que sejam alcançados os resultados requeridos de resistência mecânica e tenacidade do aço. Para aplicações especiais em locais remotos, em ambientes agressivos e de alta responsabilidade, a definição da composição química do aço e as técnicas de processamento diferenciadas são requeridas. Os aços de alta resistência mecânica são aplicados na construção de dutos para transporte de hidrocarbonetos possibilitando a utilização de chapas menos espessas na sua fabricação. Este aspecto possibilita a concepção de instalações com menor peso e menores custos. O processamento dos aços por meio da laminação controlada e o resfriamento acelerado após a laminação são cuidadosamente definidos para a obtenção de microestrutura refinada e com a presença de microconstituintes que contribuem para o aumento da resistência mecânica. O presente estudo foi desenvolvido com base nos conceitos da laminação controlada associado ao poder da adição de nióbio como microligante a um aço com baixo teor de carbono na tarefa de se alcançar propriedades mecânicas favoráveis para aplicação em dutos para transporte de óleo e gás. O processamento do material foi definido e realizado no laminador de tiras a quente da Gerdau, tipo Steckel de cadeira única. Foi feita a análise do processo de laminação controlada bem como a caracterização microestrutural e a análise comportamental do aço laminado. O aço obtido atingiu os requisitos definidos na norma API5L para o Grau X65, norma utilizada para regulação da fabricação de dutos para transporte de óleo e gás. The high strength steel industry has demanded cost competitive materials with favorable mechanical properties and safe application in special environments. The steel microstructure refinement is a fundamental technique to achieve its mechanical strength and toughness. For special application of the steel at remote and aggressive environments, the steel chemical composition and differentiated processing techniques are required. The high mechanical resistance steel is applied to ducts construction for hydrocarbons transportation in order to make possible the utilization of thinner plates for pipe fabrication. This aspect leads to project concepts with lower weight and costs. The steel processing by controlled rolling and accelerated cooling is carefully designed to obtain refined microstructure and with micro constituents that contribute to raise the mechanical resistance. The present study has been developed based on controlled rolling process concepts allied to the power of adding niobium as micro alloying element in a low carbon content steel in order to achieve favorable mechanical properties for pipeline construction for oil and gas transportation. The material processing has been defined and executed at Gerdau’s hot strip mill, Steckel type unique stand. The controlled rolling process analysis and the microstructure characterization and mechanical behavior analysis for the obtained steel’s has been made. The obtained steel reached the required specification at API5L standard for X65 grade, standard that is used for oil and gas transportation pipeline construction regulation.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Sabe-se que a grande parte das ligas de alumínio pode sofrer variações significativas em suas propriedades mecânicas dependendo do tratamento de envelhecimento realizado. Porém, poucos trabalhos apontam as características dessas ligas em condições subenvelhecidas e superenvelhecidas, principalmente em relação à tenacidade à fratura. Além disso, estudos recentes apontam que algumas ligas de alumínio subenvelhecidas podem sofrer uma espécie de auto cura, ou seja, esses materiais podem, quando solicitados devido a algum esforço externo, tender a um fechamento de algum defeito como uma trinca devido à precipitação dinâmica, o que aumentaria sua capacidade de resistir às solicitações. Neste contexto, neste trabalho é avaliada a relação entre a tenacidade à fratura e a resistência à tração e as condições de tratamentos térmicos de duas ligas de alumínio (2024-T351 e 7075-T651), tanto na condição de entrega quanto submetidas a tratamentos térmicos de solubilização (a 480 0C por 2,5 h) e envelhecimento artificial (145 0C por 8, 10, 16 e 24 h para a 7075, e 190 0C por 1, 3, 5, 8 e 12 h para a 2024), portanto, em condições de subenvelhecimento (abaixo do máximo de dureza), envelhecida (no ponto de máxima dureza) e superenvelhecimento (além do ponto de máxima dureza). Os materiais, nestas diferentes condições de processamento foram caracterizados do ponto de vista mecânico - através dos ensaios de tenacidade à fratura, utilizando a metodologia de entalhe chevron - KICVM (ASTM 1304), de tração uniaxial (ASTM E8M) e dureza HRB (ASTM E18) - e do ponto de vista estrutural, através da microscopia óptica, MEV e EDS. As microestruturas obtidas nas diferentes condições são avaliadas por MEV e DR-X. Os micromecanismos de fratura das amostras de tração e tenacidade à fratura são avaliados por MEV. Em relação à dureza verificou-se, para ambas as ligas, que ouve apenas um pequena tendência de redução dos valores obtidos para a amostras envelhecidas em relação ao estado de entrega. Os resultados dos ensaios de tração indicam também uma pequena redução da resistência das amostras envelhecidas, em relação ao estado de entrega. Estes resultados de dureza e tração indicam que a máxima resistência pode ser obtida para tratamentos de envelhecimento por 5 h (2024) e entre 10 e 12 h (7075). Os resultados de tenacidade à fratura mostram que não houve influência significativa dos tempos de envelhecimento de 8h, 10h, 16h e 24h sobre os valores de KICV para a liga 7075, apesar dos tratamentos de envelhecimento terem aumentado a tenacidade à fratura em relação ao estado de entrega. Em relação à liga 2024, nem todos os resultados de tenacidade à fratura puderam ser validados em função da trajetória de crescimento de trinca fora do regime de abertura (modo I), mesmo para corpos de prova de maiores dimensões. Este resultado indica que os diferentes tratamentos de envelhecimento da liga 2024 atuaram no sentido de aumentar a tenacidade do material, elevando a amplitude dos eventos inelásticos à frente da trinca. Heat treatable aluminum alloys may experience significant changes in mechanical properties depending on heat treatment developed. Futhermore, a few works discuss about this properties in underaged and overaged conditions, mainly about fracture toughness. Recently, some researches showed that some aluminum alloys in underaged conditions may indicate the self healing phenomenon, in other words, when streched mechanically, the material could present a closure, or a reduction in crack growth ratio due local compressive stress associated to dynamic precipitation. In this context, its valued the relationship between fracture toughness, mechanical properties and heat treatment in two aluminum alloys (2024-T351 e 7075-T651) when submitted to solubilization (480 ∘C for 2,5h) and artificial aging (145 ∘C for 8h, 10h, 12h, 16h and 24h for 2024-S1 named first set and 7075; and 190 ∘C for 1h, 3h, 5h, 8h and 12h for 2024-S2, second set), obtaining underaged, peak hardness and overaged conditions. The samples were featured using fracture toughness tests with a chevron notch, K (ASTM E1304); tensile tests (ASTM E8/E8M) and Vickers hardness (ASTM E 384). In structural aspects, this alloys were featured using optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM), in microstructural aspects, using energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The micromechanisms of fracture surface on chevron samples are showed using SEM. After results, hardness and ultimate tensile stress showed maximum values between 3h and 5h (2024-S2) and approximately 10h and 12h (7075). About 2024-S2 alloy, it is showed the phenomenon of dynamic precipitation in delivery state, underaged and peak aged samples, due little peaks on stress-strain curves. However, in 2024 first and second sets, all results cannot be valid because the samples showed a significant change in fracture mode presenting a mix of mode I + mode II, futhermore, thickness B is not sufficient for attend ASTM E 1304. The 7075 aluminum alloy presented a distinguished behavior, showing independence in properties like fracture toughness and hadness mainly in overaged conditions, because as the hardness value increase in this condition, fracture toughness increased also. Besides that, K values showed no much variation besides the different times of aging, despite this values are much high than delivery state condition. About micromechanisms of fracture, all conditions presented dimples, and cleavage fracture associated to coarse precipitates.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior The heat transfer between plasma and a solid occurs mostly due the radiation and the collision of the particles on the material surface, heating the material from the surface to the bulk. The thermal gradient inside the sample depends of the rate of particles collisions and thermal conductivity of the solid. In order to study that effect, samples of AISI M35 steel, with 9,5 mm X 3,0 mm (diameter X thickness) were quenched in resistive furnace and tempereds in plasma using the plane configuration and hollow cathode, working with pressures of 4 and 10 mbar respectively. Analyzing the samples microstructure and measuring the hardness along the transversal profile, it was possible to associate the tempered temperature evaluating indirectly the thermal profile. This relation was obtained by microstructural analyzes and through the hardness curve x tempered sample temperature in resistive furnace, using temperatures of 500, 550, 600, 650 and 700°C. The microstructural characterization of the samples was obtained by the scanning electron microscopy, optic microscopy and X-ray diffraction. It was verified that all samples treated in plasma presented a superficial layer, denominated affected shelling zone, wich was not present in the samples treated in resistive furnace. Moreover, the samples that presented larger thermal gradient were treated in hollow cathode with pressure of 4 mbar A transferência de calor entre o plasma e um sólido ocorre principalmente através da radiação e colisão das partículas sobre a superfície do material, o que faz com que o aquecimento do material aconteça da superfície para seu interior. Dependendo da taxa de colisões das partículas e da condutividade térmica do sólido, haverá gradientes térmicos no interior das amostras. A fim de estudar esse efeito, amostras de aço AISI M35, com 9,5 mm X 3,0 mm (diâmetro X espessura) foram temperadas em forno resistivo e revenidas em plasma, nas configurações cátodo planar e cátodo oco, com pressões de trabalho de 4 e 10 mbar, para ambas as configurações. Analisando a microestrutura das amostras e medindo as durezas ao longo do perfil transversal pode-se associar à temperatura de revenido avaliando indiretamente o perfil térmico. Essa relação foi obtida através de análise microestrutural e da curva dureza x temperatura de amostras revenidas em forno resistivo, utilizando temperaturas de 500, 550, 600, 650 e 700°C. A caracterização microestrutural das amostras foi realizada através da microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia óptica (MO) e difração de raios-X (DRX). Verificou-se que todas as amostras tratadas em plasma apresentaram uma camada superficial, denominada de zona afetada por bombardeamento, que não se encontra presente nas amostras tratadas em forno resistivo. Além disso, verificou-se que as amostras que apresentaram maior gradiente térmico foram as tratadas em cátodo oco com pressão de 4 mbar