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Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Determinação dos diagramas de aquecimento e resfriamento do aço API 5L X70Q através do calor latente de transformação de fase
Alternate title (s): Determination of the heating and cooling diagrams of the steel API 5l X70Q through the latent heat of phase transformation
Author: Vieira, Danilo
First Advisor: Scotti, Américo
First coorientator: Araujo, Douglas Bezerra de
First member of the Committee: Ferraresi, Valtair Antonio
Second member of the Committee: Cunha, Tiago Vieira da
Summary: O calor imposto devido à soldagem é responsável por alterações metalúrgicas no material, consequentemente determinado as propriedades mecânicas e susceptibilidade a trincas da solda. A chamada zona afetada pelo calor (ZAC) merece atenção especial, pois ela representa um gradiente acentuado de microestruturas e tamanhos de grãos, tornando-se uma região em que normalmente trincas iniciam e se propagam mais facilmente. Infelizmente, o comportamento de uma ZAC não pode ser previsto por END, por exemplo. Portanto, conhecer a priori o efeito da energia de soldagem sobre a formação da ZAC é uma necessidade para se mitigar a deterioração do material nesta região. Uma das formas de se estudar a ZAC é pelo levantamento do Diagrama de Resfriamento Contínuo do material, conhecido pelo acrônimo inglês CCT (Continious Cooling Transfomation Digrama) através da simulação física. Equipamentos comerciais, como a Gleeble® e dilatômetro de alta velocidade, possibilitam estudar esta região, mas com um elevado investimento de capital. O objetivo geral deste trabalho foi apresentar e avaliar uma outra abordagem para simulação física da ZAC, baseada no aquecimento de amostras por efeito Joule e resfriamento natural controlado por variações sistemáticas da geometria da amostra. A determinação dos inícios e fins de transformação, tanto no aquecimento (de forma original para soldagem), como no resfriamento, foram feitas por análise diferencia entre os ciclos térmicos preditos sem transformação e os ciclos térmicos alterados pelo calor latente de transformação. O trabalho ainda objetivou estudar técnicas para mitigar o efeito de características de simuladores físicos, como não relação entre taxa de aquecimento e resfriamento (como acontece em soldagens reais), e erros intrínsecos, como desvio entre valor real e monitorado (“overshoot”) da temperatura de pico. Para esta avaliação foi usando como estudo de caso um aço BLAR (baixa liga alta resistência) API X70Q, impondo-se ciclos térmicos com taxas de resfriamento variando de 3 a 415 oC/s. Caracterização metalúrgica e microdurezas foram feitas nas seções transversais das amostras ensaiadas e diagramas de aquecimento e resfriamento (CCT) foram levantados e confrontados com de aços similares para validação. Os resultados demonstraram que esta abordagem funciona de forma eficiente. Por basear o controle do resfriamento na geometria da amostra, cria-se uma relação intrínseca entre taxas de aquecimento e de resfriamento, como acontece em soldagem reais. Conclui-se que problemas como de “overshoot” são elimináveis. Quando à validação com o aço BLAR, verificou-se que as temperaturas de início e final das transformações durante o aquecimento são decrescentes para menores taxas de aquecimento e que foi possível, através do diagrama CCT, encontrar faixas de energias de soldagem que caracterizariam o material com microestruturas e durezas com tenacidade/susceptibilidade a trincas em diferentes níveis (alto, baixo e sem risco).
Abstract: The heat imposed by the welding is responsible for metallurgical changes in the material, and as a result determines the mechanical properties and susceptibility to cracks. The named heat-affected zone (HAZ) deserves special attention, because it represents a steep gradient of microstructures and grain sizes, becoming a region where cracks usually start and propagate more easily. Unfortunately, the behavior of a HAZ cannot be predicted by NDT. Therefore, to know the effect of welding energy on the HAZ formation is a necessity, in order to mitigate the material deterioration in this region. One means of studying HAZ is through the Continuous Cooling Diagram (CCT) of the material, which is obtained after physical simulation. Commercial equipment, such as the Gleeble® and high-speed dilatometer, make it possible to study this region, but they require high capital investment. The general objective of this work was to present and evaluate a different approach for HAZ physical simulation, based on samples heated by Joule effect and natural cooling controlled by systematic variations of the sample geometry. The determination of the starting and end points of transformation, both in the heating (novel for welding) and in the cooling, were made by differential analysis between the predicted thermal cycles without transformation and the thermal cycles altered by the latent heat of transformation. The specific objective was to study techniques able to mitigate the effect of physical simulator characteristics, such as the relation between heating rate and cooling (as in real welding) and intrinsic errors, such as the deviation between actual and overshoot value of the peak temperature. For this evaluation, a HSLA (high stress low alloy) API X70Q steel was chosen, imposing thermal cycles with cooling rates varying from 3 to 415 °C/s. Metallurgical characterization and microhardness were made on the sample cross sections and a heating transformation and a CCT diagrams were raised and compared with the ones of similar steels for validation. The results demonstrated that this approach works efficiently. As it uses cooling control based on the sample geometry, it creates an intrinsic relationship between heating and cooling rates, similarly to actual welding. It is also concluded that problems like overshoot can be eliminated. After validation with the HSLA, it was found that the starting and finishing temperatures of the transformations during the heating decrease for lower heating rates. It was also possible, through the CCT diagram, to find ranges of welding energies that characterize the material with microstructures and hardness with different levels (high, low and without risk) of tenacity/susceptibility to cracks.
Keywords: Simulação física
Physical simulation
Diagrama de resfriamento contínuo
Continuous cooling diagram
Aços BLAR
HSLA
ZAC em soldagem
HAZ
Soldagem - Métodos de simulação
Aço - Teste de resistência ao calor
Engenharia mecânica
Aço - Estruturas
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO::PROCESSOS DE FABRICACAO, SELECAO ECONOMICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: ARAÚJO, D.B. Metodologia Para Uso De Simulação Física No Estudo Da Zac e na Obtenção De Diagramas CCT Para Soldagem. 2008. 104 f. Dissertação de Mestrado - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia. Disponível em: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2018.145
Document identifier: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2018.145
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/24171
Date of defense: Dec-2017
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