Caracterização mecânica e metalúrgica de um aço bainítico de resfriamento contínuo aplicado no processo industrial de forjamento a quente

Microestruturas bainíticas livres de carbonetos formadas por resfriamento contínuo diretamente após a deformação a quente, são boas alternativas para a redução de custos na fabricação de produtos forjados. Esta prática almeja uma cadeia produtiva energeticamente eficiente e sustentável por meio de uma rota de fabricação enxuta, sem deixar de atender os requisitos de projeto. O objetivo do trabalho foi investigar a aplicabilidade de um novo aço bainítico de baixo teor de carbono e elementos de liga de alto custo (DIN 18MnCrSiMo6-4), no processo industrial de forjamento a quente, com uma rota de processamento enxuta, avaliando o seu comportamento mecânico-metalúrgico para a fabricação de componentes forjados. O aço DIN 20MnCr5, que é aplicado na rota convencional, foi utilizado como material comparativo. Os aços foram submetidos ao forjamento por meio de uma rota industrial modificada, com duas temperaturas de austenitização mais baixas do que a convencional e resfriamento controlado, a fim de avaliar o efeito do refino do grão austenítico na transformação de fases e propriedades mecânicas da bainita. Não foram utilizados tratamentos térmicos ou etapas posteriores ao forjamento, frequentemente empregadas na rota convencional. Amostras das condições de recebimento e pós forjamento foram submetidas à caracterização microestrutural via microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura para a quantificação do tamanho de grão austenítico e de constituintes M/A. A quantificação de austenita retida foi realizada através de medições por difração de raios-X. Além disso, foi realizada a caracterização das propriedades mecânicas através de ensaios de microdureza e dureza Vickers, ensaios de tração uniaxial para a determinação da resistência mecânica e ductilidade, e ensaios de impacto Charpy para a determinação da tenacidade. Os resultados mostraram que a temperatura de forjamento tem grande influência no tamanho do grão austenítico recristalizado, que por sua vez influencia a decomposição da austenita e formação de fases. De modo geral, o aço bainítico apresentou melhoria de propriedades após forjamento e resfriamento a ar, as quais se sobressaíram às do aço DIN 20MnCr5 em todas as condições. Verificou-se indicativos de que o aço bainítico pode ser uma boa opção para a substituição de aços para cementação, tempera e revenimento na fabricação de componentes mecânicos forjados com uma rota de processamento energeticamente eficiente.Carbide free bainitic microstructures formed by continuous cooling directly after hot-working are interesting alternatives for cost savings in the manufacturing of forged mechanical components. This practice aims at energy efficient and environmentally manufacturing chain through a lean manufacturing route, while still attending to the design requirements. The objective of this work was to investigate the applicability of a new low carbon and low-cost alloy bainitic steel (DIN 18MnCrSiMo6-4), in industrial hot-forging process with a lean manufacturing route, evaluating its mechanical and metallurgical behavior in forged mechanical components manufacturing. The DIN 20MnCr5 steel, which is applied in the conventional route, was used as a comparative material. Both steels were submitted to a forging process by employing a modified industrial route, using two lower austenitizing temperatures than the conventional route and controlled cooling, in order to evaluate the effect of austenite grain refinement on phase transformations and bainite mechanical properties. Conventional post-forging heat treatments were not employed. Samples from asreceived steels and after forging were submitted to microstructural characterization by optical and scanning electronic microscopy to assess the austenite grain size and quantify the M/A constituents. The quantification of austenite was carried out by X-ray diffractions measurements. In addition, mechanical properties were characterized by microhardness and hardness Vickers tests, uniaxial tensile tests to determine strength and ductility, and Charpy impact tests to determine toughness. The results have shown that forging temperature has a great influence on the recrystallized austenite grain size, which influences the austenite decomposition and phase formation. In general, the bainitic steel displayed improved properties after forging and air cooling, which were superior to those of the conventional steel in all conditions. Results indicate that the bainitic steel can be a good option to replace hardening, quenching and tempering treated steels in the manufacturing of forging mechanical components with energy efficient processing route

Optical microscopic analysis of a DIN 18MnCrSiMo6-4 bainitic steel austenitized and quenched with different coolants

Aços bainíticos de baixo carbono e baixa liga produzidos por resfriamento contínuo apresentam formidável combinação de resistência mecânica e tenacidade para uma série de aplicações. O ponto chave desta interessante combinação está relacionado à microestrutura multifásica, a qual é influenciada principalmente pela composição química e parâmetros de tratamentos térmicos ou termomecânicos. O modo e a velocidade de resfriamento são parâmetros essenciais nas transformações microestruturais, e impactam no tipo, proporção e refino da microestrutura, determinando o desempenho do material. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência de diferentes meios de resfriamento sobre a microestrutura do aço bainítico DIN 18MnCrSiMo6-4. Amostras do material na condição de recebimento foram submetidas à austenitização e posteriormente ao resfriamento em água e óleo (têmpera), ao ar (normalização), em forno (recozimento) e em banho aquecido (austêmpera). As amostras tratadas foram caracterizadas por microscopia óptica e medições de dureza Vickers. Os resultados mostraram que o resfriamento em forno favorece a formação de ferrita, reduzindo a dureza do material, enquanto que o resfriamento ao ar não modifica significativamente a microestrutura e dureza. Já o resfriamento em banho isotérmico produz bainita granular e bainita em ripas, aumentando ligeiramente a dureza. Os resfriamentos em água e óleo formam martensita com dureza de 436 e 424 HV, respectivamente.Low carbon and low alloy bainitic steels produced by continuous cooling present a formidable combination of strength and toughness for various applications. The key point of this interesting combination is related to their multiphase microstructure, which is mainly influenced by chemical composition and heat treated or thermomechanical parameters. Cooling conditions and rate are the most predominant factors when regarding microstructural transformation, and impact on the resulting phases, quantity and refinement of microstructure, determining the material performance. This work aims at evaluating the influence of different cooling media over the microstructure of DIN 18MnCrSiMo6-4 steel. Steel samples in as received condition were submitted to austenitizing and subsequently cooled in water, oil (quenching), air (normalizing), in the furnace (annealing), and in heated bath (austempering). The treated samples were analyzed by Optical Microscopy and Vickers microhardness measurements. Results showed that cooling from furnace benefits ferrite formation, reducing the material hardness, while air cooling doesn’t change the microstructure and hardness significantly. In addition, cooling in heated bath produces granular bainite and lath-like bainite, slightly hardness increasing. Water and oil cooling forms martensite with hardness 436 and 424 HV, respectively

Dispositivo Prático e de Baixo Custo, com Tecnologia 100% Nacional, para Avaliação da Temperabilidade de Aços

A Extensão Tecnológica adquire destaque no Brasil a partir de 2008 com a organização da Rede Federal de Educação Tecnológica integrando cerca de 600 campi dos Institutos Federais. Além dos programas de extensão ‘clássicos’ que integram saberes tradicionais da comunidade e conhecimentos especializados da academia, a Extensão Tecnológica também contribui para o desenvolvimento tecnológico em setores específicos através da parceria com indústrias. Este trabalho exemplifica os frutos dessa parceria ao apresentar o desenvolvimento de dispositivo voltado à determinação da temperabilidade de aços através do ensaio Jominy, idealizado e construído por professores e estudantes do Laboratório de Ensaios Metalúrgicos e Metalográficos do Campus Luzerna do Instituto Federal Catarinense, em parceria efetuada com 11 empresas integrantes do Arranjo Produtivo Eletrometalomecânico de Luzerna. Como resultado, o dispositivo foi eficiente na determinação da temperabilidade do aço SAE 1045 em ensaio Jominy, apresentando resultados condizentes com a literatura

Two-step continuous cooling heat treatment applied in a low carbon bainitic steel

Thermo-mechanical treatments using continuous cooling after forging are an established method for producing bainitic steels, mainly because of the elimination of energy intensive additional heat treatment processes. The cooling is usually employed in an uncontrolled manner in the industrial sector, which can be detrimental to the resulting microstructural morphology and, consequently, to the final product properties. In this study, a new controlled two-step cooling route based on the principles of bainitic displacive growth was designed and applied in a 0.18C (wt-%) steel. Inverse finite element method was used on the cooling data to obtain the evolution of temperatures for the samples during cooling, allowing to assess point to point cooling rates. Investigations via X-ray diffraction, optical microscopy analysis and hardness testing revealed a variation of bainitic morphology, namely, the transition from granular bainite to lath-like bainite with relatively high hardness and constituents/phase boundaries than the pre-treated microstructure

Quantificação de constituintes M-A através de metalografia colorida em aço bainítico livre de carbonetos / Quantification of M-A constituents by colored metallography on carbide-free bainitic steel

Aços bainíticos de resfriamento contínuo com teores de Si em torno de 1% apresentam microestrutura bainítica livre de cementita, composta por ferrita bainítica, austenita retida e/ou constituintes martensita-austenita. Estes constituintes, também chamados de constituintes M-A, se formam a partir da transformação bainítica incompleta e, de acordo com a sua proporção e geometria, desempenham ação significativa nas propriedades mecânicas do material. A utilização de técnicas combinadas, como difração de raio-X e a quantificação metalográfica via microscopia óptica, podem ser uma alternativa para estimar as frações volumétricas de constituintes M-A, bem como a proporção de martensita e austenita que formam estes constituintes. O presente estudo teve como objetivo investigar a presença de constituintes M-A no aço bainítico de resfriamento contínuo DIN 18MnCrSiMo6-4, aplicando estas técnicas de quantificação. A quantificação de austenita retida foi obtida via difração de raio-X, enquanto que a revelação dos constituintes foi realizada via análise metalográfica utilizando o reagente químico LePera, de modo que a quantificação foi realizada via software ImageJ. Assim foi estabelecido um comparativo entre a fração de constituintes M-A e austenita retida, considerando as limitações da técnica. Foi identificado via microscopia óptica com o reagente LePera, uma microestrutura livre de carbonetos composta por bainita granular (e ferrita poligonal) e constituintes M-A numa proporção volumétrica de cerca de 86% e 13,6%, respectivamente. Já a análise via difração de raio-X identificou fração volumétrica de 10,6% de austenita retida. Os resultados mostram que o uso das técnicas combinadas permite obter informações complementares em relação à presença de constituintes M-A e austenita retida, possibilitando discussões em relação às proporções de austenita e martensita nestes constituintes, bem como em relação à estabilidade das regiões de austenita enriquecida de C durante a transformação bainítica

EXTENSÃO TECNOLÓGICA PARA ALÉM DO SOCIAL TECHNOLOGICAL EXTENSION BEYOND THE SOCIAL SIDE

O Arranjo Produtivo Local (APL) Metalomecânico de Joaçaba detém elevados índices de industrialização e geração de valor agregado, e nos municípios Joaçaba e Herval d’Oeste o se tor Metalomecânico ocupa 2ª posição em Valor Adicionado Fiscal (VAF) superado pelo Abate e Fabricação de Produtos de Carne mantendo 1ª posição em Luzerna. Descreve se aqui Projeto de Extensão cujo objetivo era aprofundar as práticas extensionistas do I FC Campus Luzerna, identificando demandas por ações extensionistas, com foco em cursos profissionaise contratos de parceria. Resultados demonstram elevada influência do Campus na região, concluindo se pela viabilidade de ações impactando competitividade e capital humano local do APL

Search for dark matter produced in association with bottom or top quarks in √s = 13 TeV pp collisions with the ATLAS detector

A search for weakly interacting massive particle dark matter produced in association with bottom or top quarks is presented. Final states containing third-generation quarks and miss- ing transverse momentum are considered. The analysis uses 36.1 fb−1 of proton–proton collision data recorded by the ATLAS experiment at √s = 13 TeV in 2015 and 2016. No significant excess of events above the estimated backgrounds is observed. The results are in- terpreted in the framework of simplified models of spin-0 dark-matter mediators. For colour- neutral spin-0 mediators produced in association with top quarks and decaying into a pair of dark-matter particles, mediator masses below 50 GeV are excluded assuming a dark-matter candidate mass of 1 GeV and unitary couplings. For scalar and pseudoscalar mediators produced in association with bottom quarks, the search sets limits on the production cross- section of 300 times the predicted rate for mediators with masses between 10 and 50 GeV and assuming a dark-matter mass of 1 GeV and unitary coupling. Constraints on colour- charged scalar simplified models are also presented. Assuming a dark-matter particle mass of 35 GeV, mediator particles with mass below 1.1 TeV are excluded for couplings yielding a dark-matter relic density consistent with measurements