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Tipo:	Tese
Título:	Effect of deformation on the mechanical behavior of an advanced steel of high resistance with high manganese content
Autor(es):	Lima, Marcos Natan da Silva
Orientador:	Abreu, Hamilton Ferreira Gomes de
Palavras-chave:	Aço alto manganês;TWIP;Deformação plástica;Tenacidade;Resistência mecânica;ECAP;Torção;Acero de alto manganeso;Deformación plástica;Tenacidad;Resistencia mecánica;Torsión
Palavras-chave em português:	Aço Alto Manganês;Deformação plástica;Tenacidade;Resistência Mecânica
Data do documento:	2023
Citação:	LIMA, Marcos Natan da Silva. Effect of deformation on the mechanical behavior of an advanced steel of high resistance with high manganese content . 2023. 182 f. Tese (Doutorado em Engenharia e Ciência de Materiais) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
Resumo:	A exploração de petróleo no pré-sal significa um novo rumo de desenvolvimento para o Brasil. Essa atividade estimula investimentos de empresas nacionais e estrangeiras, impulsiona a produção de tecnologia, promove maior qualificação profissional e gera emprego e renda. Os dutos flexíveis (risers) utilizados na extração de gás e óleo do fundo do mar possuem um reforço de tração feito de aço que deve suportar diversos esforços como tração axial, fadiga, alta pressão, torção e corrosão quando em serviço. A presente pesquisa realizou um estudo do comportamento mecânico de um aço especial com elevado ter de manganês e médio cromo. Objetivando melhorias nas suas propriedades mecânicas, foram realizadas deformações plásticas a frio e a quente. O aço em estudo apresentou propriedades similares de resistência mecânica (limites de resistência, limites de escoamento), resiliência e tenacidade em comparação aos aços perlíticos atualmente utilizados em dutos flexíveis (risers). Deformações plásticas comuns e severas (Severe Plastic Deformation-SPD) foram aplicadas ao aço com alto teor de manganês. O material investigado possui efeito TWIP (Twinning Induced Plasticity), que provocou o aparecimento de maclas mecânicas após a deformação plástica. Na primeira etapa, foi realizada a laminação a frio. A correlação entre microestrutura, orientação cristalográfica, testes de tração e características de contorno de grão foram sistematicamente investigadas. As amostras como recebidas e laminadas a frio com redução de 50% e 70% foram analisadas utilizando técnicas de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Difração de Eletrônicos Retro-espalhados (EBSD) e Difração de Raios-X. Um aumento significativo na fração de contornos de maclas Σ3 de baixa energia, de 16,21% para 24,41%, foram encontrados na amostra 70% deformada. Isso foi obtido com a formação de uma estrutura austenítica {011} e ocorrência de plasticidade induzida por maclagem. O modo de fratura dúctil-frágil observado na amostra laminada a 70%, que pode ser atribuído à formação da alta fração de contornos de maclas Σ3 de baixa energia, minimizou tanto a energia de deformação armazenada localizada quanto o desajuste da rede e promoveu o deslizamento das discordâncias. Para conseguir melhorar as propriedades de materiais, têm-se utilizado os processos de deformação plástica severa como o ECAP (equal channel angular pressing ou extrusão em canal angular. Assim, na segunda etapa, obteve-se um aço de granulometria ultrafina após deformação plástica severa por ECAP em duas temperaturas (350 oC e 250 oC) de processamento, utilizando uma matriz com ângulo interno Ф=120°, e um ângulo de ψ=30° que define o arco de curvatura externo onde os dois canais são interceptados. O material foi processado seguindo a rota (Bc) para diferentes números de passes (1, 2, 4 e 8 passes). A caracterização microestrutural foi realizada utilizando diferentes técnicas de análise microestrutural como: Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Difração de Eletrônicos Retro-espalhados (EBSD) e Difração de Raios-X. As texturas obtidas após cada passada apresentam orientação predominante com distribuições contínuas ao longo da orientação das fibras com cisalhamento puro. Foram realizados ensaios de dureza mecânica e tração uniaxial. De acordo com estes testes mecânicos, a resistência do material aumenta com a deformação até atingir um aumento de resistência de ~2 vezes em relação ao material recebido. Na terceira etapa o aço passou por um teste de torção a quente. Amostras do aço com alto teor de manganês, foram submetidas a ensaios de torção isotérmica contínua. Foram utilizadas duas rotas de deformação,  = 2,5 (rota A) e  = 3,0 (rota B), com taxa de deformação de 0,05 s -1 a uma temperatura de 900oC. Os resultados mostraram uma competição entre os mecanismos de endurecimento e amolecimento dinâmico (ou seja, recuperação e recristalização). Esta observação também é consequência da variação da energia de falha de empilhamento (EFE) e do efeito da plasticidade induzida por maclagem (TWIP) com a deformação aplicada. Além disso, a influência dos parâmetros de deformação a quente na forma das curvas de escoamento plástico e no refinamento do grão é regida pelo equilíbrio entre esses mecanismos termicamente ativados. A caracterização microestrutural foi realizada utilizando diferentes técnicas de análise microestrutural como: Difração de Eletrônicos Retro-espalhados (EBSD) e Difração de Raios-X e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). As propriedades mecânicas foram obtidas após ensaios de tração.
Resumen:	La exploración de petróleo en el presal significa un nuevo camino de desarrollo para Brasil. Esta actividad estimula inversiones de empresas nacionales y extranjeras, impulsa la producción de tecnología, promueve una mayor calificación profesional y genera empleo e ingresos. Los ductos flexibles (risers) utilizados en la extracción de gas y petróleo del lecho marino cuentan con un refuerzo de tracción fabricado en acero que debe soportar diversos esfuerzos como tracción axial, fatiga, alta presión, torsión y corrosión cuando está en servicio. La presente investigación realizó un estudio del comportamiento mecánico de un acero especial con alto manganeso y medio cromo, con el objetivo de establecer un grado comparativo de resistencia mecánica, tenacidad y corrosión de este acero con los aceros perlíticos utilizados actualmente en ductos flexibles. Para ello se aplicaron deformaciones plásticas ordinarias y severas (Deformación plástica severa-DPS) al acero con alto contenido de manganeso. El acero utilizado en este trabajo tiene un efecto TWIP (Twinning Induced Plasticity - Plasticidad Inducida por Maclas), lo que provocó la aparición de maclas mecánicas tras la deformación plástica. Se investigó sistemáticamente la correlación entre la microestructura, la orientación cristalográfica y las características del límite de grano del acero austenítico con alto contenido de manganeso. En la primera etapa se realizó la laminación en frío. Las muestras tal como se recibieron y laminadas en frío con una reducción del 50 % y el 70 % se analizaron mediante microscopía electrónica de barrido (SEM), difracción de electrones retrodispersados (EBSD) y técnicas de difracción de rayos X. Se encontró un aumento significativo en la fracción de límites de macla Σ3 de baja energía, del 16,21 % al 24,41 %, en la muestra deformada un 70 %. Esto se combinó con la formación de una estructura austenítica {011} y la aparición de plasticidad inducida por maclas. El modo de fractura dúctil-frágil observado en la muestra laminada en frío un 70% se puede atribuir a la formación de la alta fracción de límites de macla Σ3 de baja energía, lo que minimizó tanto la energía de deformación almacenada localizada como el desajuste de la red y promovió el deslizamiento de las dislocaciones. Para mejorar las propiedades del material, se utilizaron procesos de deformación plástica severa como ECAP (presión en canal angular de sección costante). Así, en la segunda etapa se obtuvo un acero con tamaño de grano ultrafino después de una deformación plástica severa por ECAP a dos temperaturas de proceso (350 oC y 250 oC), utilizando una matriz con un ángulo interno Ф=120°, y un ángulo ψ =30° que define el arco de curvatura exterior donde se cortan los dos canales. Se procesó siguiendo la ruta (Bc) para diferentes números de pasadas (1, 2, 4 y 8 pasadas). Las texturas obtenidas después de cada pasada muestran una orientación predominante con distribuciones continuas a lo largo de la orientación de las fibras con corte puro. Se realizaron ensayos de dureza mecánica y tracción uniaxial. Según estos ensayos mecánicos, la resistencia del material aumenta con la deformación hasta alcanzar un aumento de resistencia de ~2 veces en relación al material recibido. En la tercera etapa, el acero se sometió a una prueba de torsión en caliente. Muestras de acero con alto contenido de manganeso fueron sometidas a pruebas continuas de torsión isotérmica. Se utilizó dos rutas de deformación,  = 2,5 (ruta A) y  = 3,0 (ruta B), con una velocidad de deformación de 0,05 s-1 a una temperatura de 900°C. Los resultados mostraron una competencia entre los mecanismos dinámicos de endurecimiento y ablandamiento (es decir, recuperación y recristalización). Esta observación también es una consecuencia de la variación de la energía de falla de apilamiento (SFE) y el efecto de plasticidad inducida por maclas (TWIP) con la tensión aplicada. Además, la influencia de los parámetros de deformación en caliente sobre la forma de las curvas de fluencia y sobre el afino del grano se rige por el equilibrio entre estos mecanismos térmicamente activados. La caracterización microestructural se realizó utilizando diferentes técnicas de análisis microestructural tales como: Difracción de Electrones Retrodispersados (EBSD) y Difracción de Rayos X y Microscopía Electrónica de Barrido (SEM). Las propiedades mecánicas se obtuvieron después mediante ensayos de tracción.
Descrição:	Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/1 /portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.
Descrição:	Lima, M. N. da S. Effect of deformation on the mechanical behavior of an advanced steel of high resistance with high manganese content . 2023. 182f. Tese (Doutorado em Engenharia e Ciência de Materiais) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
URI:	http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/74274
ORCID do(s) Autor(es):	https://orcid.org/0000-0001-6530-4898
Currículo Lattes do(s) Autor(es):	http://lattes.cnpq.br/1053686067461733
ORCID do Orientador:	https://orcid.org/0000-0002-2293-837X
Currículo Lattes do Orientador:	http://lattes.cnpq.br/0873865581940415
Tipo de Acesso:	Acesso Aberto
Aparece nas coleções:	DEMM - Teses defendidas na UFC

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