Análise do comportamento mecânico do aço inoxidável austenítico AISI 201LN: um modelo experimental para os mecanismos de endurecimento na deformação plástica
| Ano de defesa: | 2024 |
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Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos |
| Programa de Pós-Graduação: |
Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
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Resumo: | The deformation-induced transformation of austenite (γ) into martensite εHCP and α’ (TRIP – Transformation-induced Plasticity) increases the plastic deformation and the hardening in austenitic steels with low stacking fault energy (SFE), providing an increase in simultaneous strength and toughness. The kinetics of this transformation can be affected by variables involved in the plastic deformation process, such as temperature, strain rate and deformation mode. In this work, the general plastic deformation behavior of an austenitic stainless steel (ASS) stabilized with manganese and nitrogen (AISI 20lLN/UNS S20153) was investigated through tensile and compression tests over a wide temperature range (-100° C at 800° C) and strain rate (10-4 to 10-2 s-1); thereafter, at intervals of interest, a more detailed investigation was carried out. Based on the results of mechanical tests and classical models for plastic deformation due to dislocation slip (Voce) and for deformation-induced martensitic transformation (Olson-Cohen) and deformation-induced twinning (Hall-Petch), constitutive equations were proposed seeking to describe the plastic deformation behavior of the material, emphasizing the collaboration of the active mechanisms during each interval. The terms of these equations were parameterized as a function of thermal activation, encompassing the joint effects of temperature and strain rate. A detailed microstructural characterization (X-ray diffraction – XRD and electronbackscattered diffraction - EBSD) was also carried out, correlating the microstructural evolution of the material with the observed plastic deformation behavior. Under the imposed conditions, the 201LN showed a TRIP behavior up to 100° C and between this temperature and 600° C the TWIP mechanism was predominant, with an interval in which these mechanisms overlapped. A significant difference was found between the behavior in tension and in compression, where the proposed model proves to be assertive for predicting the behavior in tension. |
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Braga, Diogo PedrinoRovere, Carlos Alberto Dellahttp://lattes.cnpq.br/8141224513975606Kliauga, Andrea Madeirahttp://lattes.cnpq.br/3527528295399928http://lattes.cnpq.br/8407711610386433https://orcid.org/0000-0002-5457-243Xhttps://orcid.org/0000-0003-1534-0561https://orcid.org/0000-0002-0272-90362024-10-23T13:05:23Z2024-10-23T13:05:23Z2024-04-25BRAGA, Diogo Pedrino. Análise do comportamento mecânico do aço inoxidável austenítico AISI 201LN: um modelo experimental para os mecanismos de endurecimento na deformação plástica. 2024. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/20863.https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/20863The deformation-induced transformation of austenite (γ) into martensite εHCP and α’ (TRIP – Transformation-induced Plasticity) increases the plastic deformation and the hardening in austenitic steels with low stacking fault energy (SFE), providing an increase in simultaneous strength and toughness. The kinetics of this transformation can be affected by variables involved in the plastic deformation process, such as temperature, strain rate and deformation mode. In this work, the general plastic deformation behavior of an austenitic stainless steel (ASS) stabilized with manganese and nitrogen (AISI 20lLN/UNS S20153) was investigated through tensile and compression tests over a wide temperature range (-100° C at 800° C) and strain rate (10-4 to 10-2 s-1); thereafter, at intervals of interest, a more detailed investigation was carried out. Based on the results of mechanical tests and classical models for plastic deformation due to dislocation slip (Voce) and for deformation-induced martensitic transformation (Olson-Cohen) and deformation-induced twinning (Hall-Petch), constitutive equations were proposed seeking to describe the plastic deformation behavior of the material, emphasizing the collaboration of the active mechanisms during each interval. The terms of these equations were parameterized as a function of thermal activation, encompassing the joint effects of temperature and strain rate. A detailed microstructural characterization (X-ray diffraction – XRD and electronbackscattered diffraction - EBSD) was also carried out, correlating the microstructural evolution of the material with the observed plastic deformation behavior. Under the imposed conditions, the 201LN showed a TRIP behavior up to 100° C and between this temperature and 600° C the TWIP mechanism was predominant, with an interval in which these mechanisms overlapped. A significant difference was found between the behavior in tension and in compression, where the proposed model proves to be assertive for predicting the behavior in tension.A transformação induzida por deformação da austenita (γ) em martensita εHCP e α’ (TRIP – Transfomation-induced Plasticity) aumenta a capacidade de deformação plástica e endurecimento nos aços austeníticos com baixa energia de falha de empilhamento (EFE), proporcionando um aumento simultâneo da resistência mecânica e da tenacidade. A cinética dessa transformação, no entanto, pode ser afetada por variáveis envolvidas no processo de deformação, tais como temperatura, taxa e modo de deformação. Neste trabalho o comportamento geral da deformação plástica de um aço inoxidável austenítico (AIA) estabilizado com manganês e nitrogênio (AISI 20lLN/ UNS S20153) foi investigado por meio de ensaios de tração e de compressão para uma ampla faixa de temperatura (-100° C a 800° C) e taxa de deformação (10-4 a 10-2 s-1); posteriormente, em intervalo de interesse, uma investigação mais detalhada foi realizada. A partir dos resultados dos ensaios mecânicos e de modelos clássicos para a deformação plástica por escorregamento de discordâncias (Voce) e para a transformação martensítica (Olson-Cohen) e maclação mecânica (Hall-Petch) induzidas por deformação, foram propostas equações constitutivas buscando descrever o comportamento da deformação plástica do material, enfatizando a colaboração dos mecanismos ativos durante cada intervalo. Os termos dessas equações foram parametrizados em função da ativação térmica, englobando os efeitos conjuntos da temperatura e da taxa de deformação. Uma caracterização microestrutural detalhada (Difração de Raios-x – DRX e Difração de Elétrons Retroespalhados - EBSD) também foi realizada, correlacionando a evolução microestrutural do material com o comportamento da deformação plástica observado. Nas condições impostas, o aço apresentou comportamento TRIP até 100° C e entre essa temperatura e 600° C o mecanismo TWIP foi predominante, com um intervalo em que ocorre a sobreposição desses mecanismos. Encontrou-se uma diferença significativa entre o comportamento em tração e em compressão, onde o modelo proposto se mostrou assertivo para a predição do comportamento em tração.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Processo n° 88887.472560/2019-00, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Processo n° 88887.696573/2022-00, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessAço Inoxidável austeníticoAISI 201LNDeformação plásticaEfeito TRIPMicroestruturaEFEAustenitic stainless steelPlastic deformationTRIPMicrostructureSFEENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICAAnálise do comportamento mecânico do aço inoxidável austenítico AISI 201LN: um modelo experimental para os mecanismos de endurecimento na deformação plásticaMechanical behavior analysis of the AISI 201LN austenitic stainless steel: an experimental model for hardening mechanisms in plastic deformationinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARTEXTDiogo Pedrino Braga - Tese .pdf.txtDiogo Pedrino Braga - Tese .pdf.txtExtracted texttext/plain103857https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/19077c65-270b-4702-b9a1-3899a839c155/download9ba5844365dfbef9ed074b75e89d857fMD53falseAnonymousREADTHUMBNAILDiogo Pedrino Braga - Tese .pdf.jpgDiogo Pedrino Braga - Tese .pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4109https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/444d6629-36fb-4fbe-89b2-e2d1478f52f1/download41524c4eb88aba154fc294fd9ad7e292MD54falseAnonymousREADORIGINALDiogo Pedrino Braga - Tese .pdfDiogo Pedrino Braga - Tese .pdfapplication/pdf19762940https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/8ad3930e-ae53-465c-880e-e9a10737fb21/download31f7fd4188b8fea79c5446f12a7cf267MD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/5560f438-27cf-44ef-84a1-55bb07415503/downloadf337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52falseAnonymousREAD20.500.14289/208632025-02-06 03:39:11.939http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/20863https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T06:39:11Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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