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Title in Portuguese: Estudo da relação entre a composição química, energia de falha de empilhamento e transformação de fases na zona fundida em soldagem com arame tubular à base de Fe-Mn-Ni e avaliação da ZAC em um tubo centrifugado de liga Fe-27Mn-1Si
Title: Study of the relationship between chemical composition, stacking failure energy and phase transformation in the cast zone in welding with Fe-Mn-Ni-based tubular wire and evaluation of ZAC in a centrifugal alloy Fe-27Mn-1Si
Author: Ribamar, Giovani Gonçalves
Advisor(s): Abreu, Hamilton Ferreira Gomes de
Co-advisor(s): Miranda, Hélio Cordeiro de
Keywords: Ciência dos materiais
Materiais - Propriedades
Soldagem arame tubular
Aço - Deformação
High manganese steel
Stack fault energy
Issue Date: 25-Jan-2018
Citation: RIBAMAR, G. G. Estudo da relação entre a composição química, energia de falha de empilhamento e transformação de fases na zona fundida em soldagem com arame tubular à base de Fe-Mn-Ni e avaliação da ZAC em um tubo centrifugado de liga Fe-27Mn-1Si. 2018. 89 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência de Materiais)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.
Abstract in Portuguese: Aços com elevado teor de manganês vêm ganhando cada vez mais destaque devido à sua elevada tenacidade em ambientes criogênicos e excelente resistência aliada e elevada ductilidade. Estes materiais possuem estrutura constituída de matriz austenítica, podendo apresentar ferrita, martensita α’ e martensita ε, dependendo do teor dos elementos de liga. As propriedades destes materiais são frequentemente relacionadas ao mecanismo de deformação da austenita, seja para a formação de martensita ou para a formação de maclas durante a deformação. Este mecanismo de deformação é frequentemente relacionado a energia de falha de empilhamento que o material possui. Estudos mostram que valores de EFE entre 0 e 8 mJ/m2 proporcionam formação de martensita ε durante a deformação, enquanto que apenas maclas são formadas para energias acima de 18 mJ/m2. Valores intermediários proporcionam a formação tanto de martensita ε como de maclas de deformação. Desta forma é possível a previsão da microestrutura e, consequentemente, propriedades mecânicas com o conhecimento da EFE do material. Entretanto, há um problema quando se refere a soldagem destes materiais, pois grande parte dos estudos atuais sobre sua soldabilidade se restringem a soldagem do tipo autógena, tais como soldagem a laser e soldagem por resistência elétrica, devido à escassez de consumíveis de soldagem destinados a estes materiais. Neste trabalho foi feito um estudo do efeito da composição química da zona fundida, através da mudança da diluição, utilizando um consumível com elevado teor de manganês em chapa de aço carbono SAE 1012 com o processo arame tubular; foi desenvolvido um algoritmo para o cálculo da EFE pelo método termodinâmico; as microestruturas para constatação da previsão feita com a energia de falha de empilhamento foram obtidas por microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura. A deposição do eletrodo sobre a superfície do aço SAE 1012 gerou diferentes composições químicas no metal de solda que variaram em função da diluição. Foram produzidas condições com valores de diluição entre 7 e 41%. Condições de baixa diluição apresentaram EFE de valor positivo, enquanto sua microestrutura apresentou apenas austenita. Para as condições de alta diluição, a composição química da zona fundida apresentou EFE negativa, e sua microestrutura se apresentou composta de austenita e martensita ε.
Abstract: Steels with high manganese content have been gaining more prominence due to their high toughness in cryogenic environments and excellent allied resistance and high ductility. These materials have a structure composed of austenitic matrix, and may present ferrite, α’ martensite and ε martensite, depending on the content of the alloying elements. The properties of these materials are often related to the mechanism of austenite deformation, either for the formation of martensite or for the formation of twins during deformation. This deformation mechanism is often related to the stacking fault energy that the material possesses. Studies show that SFE values between 0 and 8 mJ/m2 provide formation of ε martensite during deformation, whereas only twins are formed for energies above 18 mJ/m2. Intermediate values provide the formation of both ε martensite and twins. In this way it is possible to predict the microstructure and, consequently, mechanical properties with the SFE knowledge of the material. However, there is a problem when welding of these materials is concerned, since most of the current studies on their weldability are restricted to welding of the autogenous type, such as laser welding and electric resistance welding, due to the shortage of welding consumables for these materials. In this work a study of the effect of the chemical composition of the molten zone was carried out, by means of the change of the dilution, using a consumable with high manganese content in SAE 1012 carbon steel plate with the flux-cored arc welding; an algorithm was developed for the calculation of SFE by the thermodynamic method; the microstructures to verify the prediction made with the energy of stacking fault were obtained by optical microscopy and scanning electron microscopy. The deposition of the electrode on the SAE 1012 steel surface generated different chemical compositions in the weld metal that varied as a function of the dilution. Conditions with dilution values between 7 and 41% were produced. Low dilution conditions presented positive SFE, while its microstructure showed only austenite. For the high dilution conditions, the chemical composition of the molten zone presented negative SFE, and its microstructure was composed of austenite and ε martensite.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/29477
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