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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2011.tde-25032011-105937
Document
Author
Full name
Edgar Apaza Huallpa
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2011
Supervisor
Committee
Goldenstein, Hélio (President)
Capó Sánchez, Julio Antonio
Landgraf, Fernando José Gomes
Title in Portuguese
Caracterização da transformação martensítica em temperaturas criogênicas.
Keywords in Portuguese
Barkhausen
Martensita
Sub-zero
Abstract in Portuguese
Na atualidade, o estudo da transformação martensítica é de grande importância na área acadêmica e tecnológica, devido à aplicação de aços e ferros fundidos com estruturas martensíticas. O estudo dos fenômenos da transformação martensítica envolve vários pesquisadores no mundo e é objeto de eventos como o ICOMAT e ESOMAT. O presente trabalho acompanhou a transformação martensítica por meio de técnicas experimentais a temperaturas sub-zero em um aço AISI D2 e uma liga Fe-Ni-C previamente austenitizadas. A literatura indica que o tratamento a temperaturas sub-zero pode melhorar propriedades dos aços temperados e revenidos. Foi explorado o uso dos métodos de ruído magnético de Barkhausen (MBN), para detectar a transformação de fase da austenita para a martensita durante o resfriamento sub-zero das amostras, usando três diferentes configurações: a emissão de ruído Barkhausen convencional estimulada por um campo magnético alternado; o método de Okamura que é a emissão de ruído magnético medido embaixo de um campo fixo (DC); e uma nova técnica experimental, que mede a emissão magnética espontânea durante a transformação na ausência de qualquer campo externo. Os fenômenos associados com a transformação de fase também foram medidos por resistividade elétrica e as amostras resultantes foram caracterizadas por microscopia óptica e eletrônica de varredura. Medições MBN no aço ferramenta AISI D2, austenitizadas a 1473K (1200C) e resfriadas a temperatura de nitrogênio líquido apresentaram uma mudança próximo de 225K (-48C) durante o resfriamento, que corresponde à temperatura Ms, como foi confirmado por medidas de resistividade. As medições da emissão de ruído magnético espontâneo, realizadas in situ durante o resfriamento da amostra imersa em nitrogênio líquido, mostraram que poderia ser detectado um fenômeno de estouro individual (burst), de forma similar às medições de emissão acústica (AE), o qual foi confirmado com a liga Fe-Ni-C. Este método de caracterização Spontaneous Magnetic Emission (SME) pode ser considerado uma nova ferramenta experimental para o estudo de transformações martensiticas em ligas ferrosas. Foi acompanhado o inicio da transformação martensítica por SME, em função do tamanho de grão, já que é conhecido pela literatura que o inicio da transformação martensítica (Ms), muda com a variação do tamanho de grão.
Title in English
Characterization of the martensitic transformation at cryogenic temperatures.
Keywords in English
Magnetic Barkhausen noise
Martensitic transformation
Subzero treatments
Abstract in English
Martensitic transformations are of special interest both as an academic topic and as a technological issue, due to importance of steels and cast irons with martensitic structures. Studies of martensite transformation phenomena involve researchers all over the world and specific conferences and meetings, as ICOMAT and ESOMAT. The present work followed the martensitic transformation using different experimental techniques, during cooling at cryogenic temperatures samples of a AISI D2 cold work tool steel and also a Fe-Ni-C, previously austenitized. There are plenty of references in the literature suggesting that sub-zero cooling treatments could ameliorate the properties of quenched and tempered steels. The Magnetic Barkhausen Noise (MBN) method was applied during cooling to subzero temperatures of austenitic samples of a AISI D2 cold work tool steels (previously quenched from 1200ºC) and to a Invar-type Fe-Ni-C alloy. MBN is a non-destructive technique based on the detection of the signal generated when ferromagnetic materials are subjected to an oscillating external magnetic field. In order to study the austenite to martensite transformation, three different configurations were tested: conventional Barkhausen using an oscillating magnetic field, a method proposed by Okamura, which uses a fixed magnetic field and a new method that detects spontaneous magnetic emissions (SME) on the absence of any applied magnetic field. Other phenomena associated with the transformation were followed using electrical resistivity measurements, optical microscopy and X-ray diffraction. MBN measurements on a cold work tool steel AISI D2, austenitized at 1473K (1200ºC) and quenched to room temperature, made during further cooling to liquid nitrogen temperature, presented a clear change of signal intensity near 225K (-48ºC), corresponding to Ms temperature, as confirmed by resistivity measurements. The SME in situ measurements during cooling of samples in liquid nitrogen were able to detect single burst (landslide nucleation and growth) phenomena, in a manner similar to the Acoustic Emission (AE) measurements; these results have been confirmed also with measurements on a Fe-Ni-C alloy. The new Spontaneous Magnetic Emission (SME) characterization method can be considered a new experimental tool for the study of martensitic transformations in ferrous alloys. The beginning temperature for the martensitic transformation detected using SME, electric resistivity and MBN were compared with estimates using the Andrews empirical equation (linear, 1965) for the Ms temperature. The effect of the austenite grain size on the beginning of the martensitic transformation was studied using SME, as it is known that the Ms temperature depends on the austenite grain size.
 
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DefensaEdgar.pdf (6.59 Mbytes)
Publishing Date
2011-09-06
 
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