Análise dos mecanismos de dano de aços inoxidáveis austeníticos com elevado teor de nitrogênio durante desgaste erosivo por cavitação (2010)
- Authors:
- Autor USP: GRAJALES, DAIRO HERNAN MESA - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PMT
- Subjects: CAVITAÇÃO; DESGASTE; AÇO INOXIDÁVEL AUSTENÍTICO; CRISTALOGRAFIA
- Language: Português
- Abstract: Neste trabalho são estudados os mecanismos de desgaste, atuantes na escala do tamanho de grão (meso-escala), durante ensaios de cavitação vibratória, para diferentes amostras de aços inoxidáveis austeníticos ligados com nitrogênio. Amostras com teores superficiais de nitrogênio de aproximadamente 0,9 %-massa e 20 %-massa foram estudadas. As amostras com aproximadamente 0,9 % N-massa foram obtidas por nitretação gasosa em alta temperatura (temperatura de nitretação entre 1050 e 1200 °C) e consistiram em três grupos diferentes: amostras com nitrogênio em solução sólida e solubilizadas, amostras com precipitação de nitretos e amostras com nitrogênio em solução sólida e encruadas. Já as amostras com teor de nitrogênio próximo de 20 % N-massa foram processadas por meio de nitretação a plasma na temperatura de 400 °C, obtendo-se uma camada superficial de "austenita expandida". As amostras de ensaio foram submetidas à caracterização de textura por difração de elétrons retroespalhados, EBSD, e posteriormente à cavitação vibratória em água destilada. Os ensaios de cavitação foram periodicamente interrompidos com o intuito de estudar a deterioração das amostras por exame das mesmas no microscópio eletrônico de varredura, MEV, e por medidas de perda de massa. Quando comparadas com um aço inoxidável austenítico convencional (UNS S30403), sem adição de nitrogênio e livre de encruamento, as amostras estudadas apresentaram resistência ao desgaste por cavitação superior, quantificada tanto pelo tempo de incubação do dano com perda de massa quanto pela taxa máxima de perda de massa nos estágios avançados do dano.A taxa máxima de perda de massa para cada tipo de amostra estudada, com relação à taxa máxima do material de comparação, aço inoxidável convencional sem adição de nitrogênio e livre de encruamento, foi de: amostras com precipitação de nitretos (318HTGN+Nit), 6,9 vezes menor; amostras com nitrogênio em solução sólida e solubilizadas (318HTGH+Sol) e laminadas e solubilizadas (318HTGN+Lam+Sol), 26,8 e 25 vezes menor, respectivamente; amostras com nitrogênio em solução sólida e encruadas (318HTGN+Enc) 145 vezes menor; e amostras com camada superficial de austenita expandida (obtidas por nitretação a plasma), (318HTGN+Plas e 304LSol+Plas) 300 e 1,77 e vezes menor respectivamente. O efeito benéfico da adição de nitrogênio na resistência à erosão por cavitação dos aços inoxidáveis austeníticos estudados foi atribuído a: (i) aumento na resistência à deformação plástica, (ii) distribuição mais homogênea da deformação plástica induzida pelas ondas de choque e micro-jatos característicos do processo de cavitação e (iii) aumento da importância relativa dos mecanismos de perda de massa com elevado consumo de energia de impacto. Nos primeiros estágios do dano erosivo por cavitação se observou clara evidência de deformação plástica, acompanhada de formação de microrelevo superficial e de protrusão de bandas de escorregamento. A perda de massa a nível microscópico (observações no MEV) começou como destacamento de material em microtrincas e micropites. Observou-se que tanto a nucleação do dano como o seu crescimento se apresentam de forma heterogênea na escala do tamanho de grão. Os sítios microestruturais nos quais se iniciou o dano com perda de massa foram preferencialmente protuberâncias nas protrusões de bandas de escorregamento, protuberâncias nos contornos de grão e as interfaces matriz-nitreto.O aumento do teor de nitrogênio (em solução sólida) na amostra aumentou a importância relativa dos contornos de grão como locais de nucleação do dano, em relação ao dano iniciado no interior dos grãos. Observou-se que o interior dos grãos com planos (100) ou (111) orientados aproximadamente paralelos à superfície das amostras são regiões muito suscetíveis à incubação do dano e ao crescimento do mesmo. Já os grãos com planos (101) orientados aproximadamente paralelos à superfície das amostras, apresentam regiões com resistência ao dano bem maior. Esses resultados são discutidos, considerando as diferenças de tensão (resultantes da ação de ondas de choque causadas pela implosão de bolhas de cavitação) crítica projetada para cisalhamento de grãos com diferentes orientações. O dano ocorre preferencialmente em contornos de grãos com acentuados gradientes de tensão resolvida para a deformação plástica, onde se desenvolve elevada concentração de tensões. Em particular, os contornos de macla CSL Σ-3 são acentuadamente mais suscetíveis à incubação do dano que os outros tipos de contornos CSL e que os contornos não CSL.
- Imprenta:
- Data da defesa: 20.07.2010
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ABNT
MESA GRAJALES, Dairo Hernán. Análise dos mecanismos de dano de aços inoxidáveis austeníticos com elevado teor de nitrogênio durante desgaste erosivo por cavitação. 2010. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2010. Disponível em: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3133/tde-21102016-104831/. Acesso em: 06 maio 2024. -
APA
Mesa Grajales, D. H. (2010). Análise dos mecanismos de dano de aços inoxidáveis austeníticos com elevado teor de nitrogênio durante desgaste erosivo por cavitação (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3133/tde-21102016-104831/ -
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Mesa Grajales DH. Análise dos mecanismos de dano de aços inoxidáveis austeníticos com elevado teor de nitrogênio durante desgaste erosivo por cavitação [Internet]. 2010 ;[citado 2024 maio 06 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3133/tde-21102016-104831/ -
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Mesa Grajales DH. Análise dos mecanismos de dano de aços inoxidáveis austeníticos com elevado teor de nitrogênio durante desgaste erosivo por cavitação [Internet]. 2010 ;[citado 2024 maio 06 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3133/tde-21102016-104831/
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