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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.18.2021.tde-01042021-164712
Documento
Autor
Nome completo
Ricardo Tadeu Aureliano Junior
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2021
Orientador
Banca examinadora
Casteletti, Luiz Carlos (Presidente)
Coury, Francisco Gil
Ishikawa, Tomaz Toshimi
Lombardi Neto, Amadeu
Spinelli, José Eduardo
Título em português
Produção e caracterização de ferros fundidos nodulares ligados com nióbio submetidos a tratamentos termoquímicos de boretação e termorreativos
Palavras-chave em português
austêmpera
boretação e difusão termorreativa
ferro fundido
nióbio
nodular
Resumo em português
Os ferros fundidos nodulares austemperados, mais conhecido como ADIs, (Austempered Ductile Iron), constituem-se em importantes materiais de engenharia, apresentando boas combinações de propriedades mecânicas, baixo custo de produção, boa usinabilidade e boa fluidez. São considerados materiais de alto potencial para substituir os aços em peças fundidas, peças forjadas de aço e até mesmo ligas de alumínio, em muitas aplicações mecânicas. Suas resistências a tração e ao desgaste podem ser melhoradas com a adição de nióbio. Os desempenhos dos ADIs podem ser melhorados ainda mais pela produção de camadas superficiais com características tribológicas muito superiores as dos substratos. Dentre os processos disponíveis para obtenção de camadas de elevadas durezas, e o consequente desempenho tribológico superior, destacam-se os tratamentos termoquímicos realizados em banhos de sal, tais como, o tratamento termorreativo de difusão (TRD) e a boretação. O objetivo deste trabalho consistiu na produção de ferros fundidos nodulares austemperados, com teores variáveis de nióbio e a produção de camadas de elevados desempenhos tribológicos e de corrosão, por meio de tratamentos termoquímicos de boretação e difusão termorreativa (TRD) sobre os mesmos, visando a obtenção de um composto com características especiais proporcionadas pelos desempenhos conjuntos otimizados do substrato/material. No presente trabalho foram utilizadas quatro composições químicas de ferros fundidos nodulares, sendo três ligadas com nióbio, com teores de 0.5 ;1 e 2% e uma liga referência sem adição do mesmo, com a finalidade de analisar a influência da adição desse elemento nas características microestruturais, propriedades mecânicas e tribológicas dos ferros fundidos nodulares nas condições bruta de fundição e austemperada. Teores de nióbio crescentes resultaram no melhoramento das características mecânicas e tribológicas do substrato. Sobre as ligas foram produzidas camadas de boretos ou carbonetos por meio de tratamentos termoquímicos em banhos de sais, sendo obtidas camadas uniformes com durezas e resistências ao desgaste e à corrosão muito superiores as dos substratos correspondentes. A produção de camadas de elevadas durezas, resistentes ao desgaste e a corrosão, associada a ferros fundidos nodulares austemperados com adição de nióbio, se mostra bastante indicada para manufatura de componentes mecânicos sujeito a condições e ambientes severos de trabalho.
Título em inglês
Production and characterization of nodular cast irons alloyed with niobium subjected to boronizing and thermoreactive thermochemical treatments
Palavras-chave em inglês
austempere
boronizing and thermoreactive diffusion thermochemical
Cast iron
ductile
niobium
Resumo em inglês
The austempered ductile cast irons, better known as ADI, are important engineering materials with an interesting combination of mechanical and fabrication properties such as low production cost, good machinability and good fluidity, high wear resistance and strength. They are considered a potential substitute for cast and forged steel and even aluminum alloys in many mechanical applications. Although its tensile and wear resistances can be readily improved by the addition of niobium further improvements are achieved by the production of surface layers with tribological characteristics far superior to those of substrates. Among the processes available for the production of high hardness layers and the consequent superior tribological performance are the thermochemical treatments carried out in salt baths, such as the diffusion thermoreactive treatment (TRD) and boriding. The objective of this work consisted in the production of austemperated nodular cast irons, with variable levels of niobium and the production of layers with high tribological and corrosion performances by means of boronizing and thermoreactive diffusion thermochemical treatments (TRD), aiming to obtain a product with special characteristics provided by the optimised performances of the substrate / layer material. In the present work, four chemical compositions of nodular cast irons were used, three of which are alloyed with niobium, with contents of 0.5, 1 and 2% and a reference alloy without niobium addition. These samples were evaluated to comprehend the influence of this alloying element in the microstructural characteristics, mechanical and tribological properties of nodular cast irons in the as-cast and austempered conditions. Increasing niobium contents improved the mechanical and tribological characteristics of the substrate while the hard carbide and boride formed layers improved the wear and corrosion resistance its surface. Borides and carbides produced by means of thermochemical treatments in salt baths resulted in uniform coatings with hardness, wear and corrosion resistances much higher than those of the corresponding substrates. The obtained materials show a high potential for the manufacture of mechanical components subject to severe working conditions.
 
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Data de Publicação
2021-06-15
 
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