Ferro nodular temperado e particionado após recozimentos intercríticos: caracterização microestrutural e mecânica

dc.contributor.advisor1Hupalo, Marcio Ferreira
dc.contributor.advisor1Latteslattes.cnpq.brpt_BR
dc.contributor.instituicao-banca1Universidade de São Paulopt_BR
dc.contributor.instituicao-banca2Universidade Tecnológica Federal do Paranápt_BR
dc.contributor.instituicao-banca3Universidade Estadual de Ponta Grossapt_BR
dc.contributor.instituicao-banca4Universidade Estadual de Ponta Grossapt_BR
dc.contributor.referee1Goldenstein, Hélio
dc.contributor.referee1Latteslattes.cnpq.brpt_BR
dc.contributor.referee2Aguiar, Denilson José Marcolino de
dc.contributor.referee2Latteslattes.cnpq.brpt_BR
dc.contributor.referee3Carvalho, André Luis Moreira de
dc.contributor.referee3Latteslattes.cnpq.brpt_BR
dc.contributor.referee4Cintho, Osvaldo Mitsuyuki
dc.contributor.referee4Latteslattes.cnpq.brpt_BR
dc.creatorVurobi Junior , Selauco
dc.creator.Latteslattes.cnpq.brpt_BR
dc.date.accessioned2025-05-29T11:43:07Z
dc.date.accessioned2026-06-29T14:34:07Z
dc.date.available2025-05-29T00:00:00Z
dc.date.available2025-05-29T11:43:07Z
dc.date.issued2025-04-04
dc.description.abstractOver the past ten years, Quenching and Partitioning (Q&P) heat treatment has emerged as an alternative route for producing ductile irons with superior mechanical strength and ductility comparable to that of Austempered Ductile Iron (ADI) grades 1 to 5. However, the effects of different volume fractions of proeutectoid ferrite on the mechanical properties of these materials had not yet been systematically investigated. Accordingly, this study was conducted to correlate microstructural aspects with the mechanical behavior of a quenched and partitioned FUCO® FE 45012 ductile iron containing proeutectoid ferrite. To achieve this, the material was subjected to Q&P heat treatment after intercritical annealing, followed by microstructural and mechanical characterization. Initially, the as-cast microstructure was characterized, the critical temperatures of the stable three-phase field were determined, and the formation kinetics of proeutectoid ferrite and martensitic transformation were evaluated. Subsequently, to obtain microstructures with volume fractions of 10, 20, and 30% proeutectoid ferrite; 25, 35, 45, and 55% partitioned martensite; and 15, 25, 35, and 45% ausferrite, eight heat treatments were designed by varying the intercritical annealing time and quenching temperature. Following the heat treatments, the microstructures were characterized by optical microscopy (OM), X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), and phase mapping by electron backscatter diffraction (EBSD). The mechanical properties were evaluated by tensile, Brinell hardness, Vickers microhardness, and Charpy impact tests. The as-cast microstructure exhibited heterogeneities along the cross-section of the material bars, related to the graphite nodule distribution, size, and mean spacing. The designed heat treatments produced microstructures consisting of partitioned martensite, ausferrite, Widmanstätten ferrite side plates, and volume fractions of proeutectoid ferrite ranging from 2.3 to 33.2%. At intercritical annealing times longer than 30 min, polygonal proeutectoid ferrite grains enveloped the graphite nodules, resulting in a "bull's-eye" morphology. An increase in the volume fractions of proeutectoid ferrite led to lower yield strength, tensile strength, and Brinell hardness, and higher absorbed impact energy. The ultimate tensile strength ranged from 1077 to 1462 MPa; yield strength ranged from 833 to 1292 MPa; Brinell hardness ranged from 291 to 396 HBW; and impact energy ranged from 55.6 to 79.3 J, with elongation not exceeding 2%. Heterogeneities associated with the graphite nodules and proeutectoid ferrite grains preferentially distributed around them were found to contribute to the observed low percentage elongation. Microstructures containing proeutectoid ferrite exhibited a mixed-mode fracture mechanism, characterized by dimples, cleavage, and quasi-cleavage. The FUCO® FE 45012 quenched and partitioned after intercritical annealing exhibited tensile strengths and percentage elongations comparable to those of medium-strength, low-ductility ADIs, as well as higher tensile strengths and lower percentage elongations than those of dual-phase ADIs.pt_BR
dc.description.resumoNos últimos dez anos, o tratamento térmico de têmpera e partição surgiu como uma rota alternativa para a produção de ferros nodulares com resistência mecânica superior e ductilidade comparável às das classes de ferro nodular austemperado (ADI) 1 a 5. No entanto, os efeitos de diferentes frações volumétricas de ferrita proeutetoide sobre as propriedades mecânicas desses materiais ainda não haviam sido sistematicamente investigados. Nesse contexto, este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de correlacionar os aspectos microestruturais com o comportamento mecânico de um ferro nodular FUCO® FE 45012 temperado e particionado, contendo ferrita proeutetoide. Para tanto, o material foi submetido ao tratamento térmico de têmpera e partição após recozimentos intercríticos, seguido de caracterização microestrutural e mecânica. Inicialmente, realizou-se a caracterização da microestrutura bruta de solidificação, a determinação das temperaturas críticas do campo trifásico estável e a avaliação das cinéticas de formação da ferrita proeutetoide e da transformação martensítica. Na sequência, para obter microestruturas com frações volumétricas de 10, 20 e 30% de ferrita proeutetóide; 25, 35, 45 e 55% de martensita particionada; e 15, 25, 35 e 45% de ausferrita, foram projetados oito tratamentos térmicos variando o tempo de recozimento intercrítico e a temperatura de têmpera. Após os tratamentos térmicos, as microestruturas foram caracterizadas por microscopia óptica (MO), difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (MEV-FEG) e mapeamentos de fases por difração de elétrons retroespalhados (EBSD). As propriedades mecânicas foram avaliadas via ensaios de tração, dureza Brinell, microdureza Vickers e impacto Charpy. A microestrutura bruta de solidificação apresentou heterogeneidades ao longo da seção transversal das barras do material, relacionadas à distribuição, ao tamanho e ao espaçamento médio dos nódulos de grafita. Os tratamentos térmicos projetados resultaram em microestruturas compostas por martensita particionada, ausferrita, placas laterais de ferrita de Widmanstätten e frações volumétricas de ferrita proeutetoide variando de 2,3 a 33,2%. Em tempos de recozimento intercrítico superiores a 30 min, grãos poligonais de ferrita proeutetoide envolveram os nódulos de grafita, resultando em uma morfologia do tipo "olho de boi". O aumento das frações volumétricas de ferrita proeutetoide resultou na redução dos limites de escoamento e de resistência à tração, da dureza Brinell, e no aumento da energia absorvida no impacto. O limite de resistência à tração variou de 1077 a 1462 MPa; o limite de escoamento, de 833 a 1292 MPa; a dureza Brinell, de 291 a 396 HBW; a energia absorvida, de 55,6 a 79,3 J, com alongamentos percentuais de no máximo 2%. As heterogeneidades relacionadas aos nódulos de grafita e os grãos de ferrita proeutetoide distribuídos preferencialmente ao redor dos nódulos contribuíram para os baixos níveis de alongamento percentual observados. As microestruturas contendo ferrita proeutetoide apresentaram um mecanismo misto de fratura, caracterizado por dimples, clivagem e quasi-clivagem. O FUCO® FE 45012 temperado e particionado após recozimentos intercríticos apresentou limites de resistência à tração e alongamentos percentuais comparáveis aos dos ADI de média resistência e baixa ductilidade, além de limites de resistência à tração superiores e alongamentos percentuais inferiores aos dos ADI duais.pt_BR
dc.identifier.citationVUROBI JUNIOR, Selauco. Ferro nodular temperado e particionado após recozimentos intercríticos: caracterização microestrutural e mecânica. 2025. Tese (Doutorado em Engenharia e Ciência de Materiais) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, 2025.pt_BR
dc.identifier.urihttps://ri.uepg.br/handle/123456789/2330
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Estadual de Ponta Grossapt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentDepartamento de Engenharia de Materiaispt_BR
dc.publisher.initialsUEPGpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia e Ciências de Materiaispt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectferro nodularpt_BR
dc.subjectrecozimento intercríticopt_BR
dc.subjectferrita proeutetoidept_BR
dc.subjecttêmpera e partiçãopt_BR
dc.subjectpropriedades mecânicaspt_BR
dc.subjectductile ironpt_BR
dc.subjectintercritical annealingpt_BR
dc.subjectproeutectoid ferritept_BR
dc.subjectquenching and partitioningpt_BR
dc.subjectmechanical propertiespt_BR
dc.subject.cnpqEngenharia e Ciências de Materiaispt_BR
dc.titleFerro nodular temperado e particionado após recozimentos intercríticos: caracterização microestrutural e mecânicapt_BR
dc.typeTesept_BR

Files

Original bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
Selauco Vurobi Junior.pdf
Size:
15.63 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
Tese completa em pdf

License bundle

Now showing 1 - 2 of 2
Loading...
Thumbnail Image
Name:
license.txt
Size:
1.82 KB
Format:
Item-specific license agreed to upon submission
Description:
Loading...
Thumbnail Image
Name:
license.txt
Size:
1.24 KB
Format:
Item-specific license agreed to upon submission
Description: