SUSCEPTILIDADE À FRAGILIZAÇÃO POR PRECIPITAÇÃO EM AÇO FUNDIDO DE CARCAÇA

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1 SUSCEPTILIDADE À FRAGILIZAÇÃO POR PRECIPITAÇÃO EM AÇO FUNDIDO DE CARCAÇA Paulo Ricardo Ferreira de Carvalho 1 *, Carlos Danilo Euzebio 2, Omar Maluf 3 Maurício Angeloni 4, Mara ReginaMellini Jabur 5, Mirian Isabel Junqueira Sarni 6, Edmilson Antônio Sarni 7, José Roberto Garbin 8 1 Tecnologia em Mecânica: Processos de Soldagem - Fatec Sertãozinho (paulo.carvalho9@fatec.sp.gov.br) 2 Tecnologia em Mecânica: Processos de Soldagem - Fatec Sertãozinho (carlos.euzebio@fatec.sp.gov.br) 3 Tecnologia em Mecânica: Processos de Soldagem - Fatec Sertãozinho (omarzabra@gmail.com) 4 Tecnologia em Manutenção Industrial - Fatec Sertãozinho (mauricio.angeloni@fatec.sp.gov.br) 5 Tecnologia em Mecânica: Processos de Soldagem - Fatec Sertãozinho (maramellini@yahoo.com.br) 6 Tecnologia em Mecânica: Processos de Soldagem - Fatec Sertãozinho (mirian.sarni@fatec.sp.gov.br) 7 Tecnologia em Mecânica: Processos de Soldagem - Fatec Sertãozinho (edmilsonsarni@hotmail.com) 8 Tecnologia em Mecânica: Processos de Soldagem - Fatec Sertãozinho (jose.garbin@fatec.sp.gov.br) Resumo Este trabalho teve como objetivo investigar a influência do tratamento térmico de normalização na diminuição da susceptibilidade à fragilização por precipitação de AlN em amostras de aço ASTM A216-WCB. O material das amostras de aço (ASTM A216-WCB) consiste na condição como fundida, resfriada ao ar, com dureza especificada entre HB. Para realização deste estudo, foram seguidos alguns procedimentos de execução: Análise química, Tratamento térmico, Análise de dureza, Análise micrográfica, Ensaios de impacto e Tração a fim de obter uma análise sobre a fragilização por precipitação do material em estudo. Palavra-chave: Tratamento Térmico de Normalização. Procedimentos Executados: INTRODUÇÃO análise química por espectrometria de emissão óptica; tratamento térmico de normalização; análise de dureza; análise micrográfica óptica; ensaios de impacto à temperatura ambiente; ensaios de tração à temperatura ambiente. PARTE EXPERIMENTAL Análise Química - A análise química dos materiais das amostras é apresentada na Tabela 1. Exceto para o Si, os resultados encontram-se dentro do especificado pela norma ASTM A216 grau WCB. Tabela 1 Análise química (em % peso). Residuais especificados C Si Mn P S Cr* Ni* Mo* Cu* V* Al 21987A 0,25 0,65 0,93 0,021 0,011 0,25 0,13 0,06 0,03 0,002 0, B 0,26 0,65 0,93 0,021 0,011 0,25 0,13 0,06 0,03 0,002 0, C 0,25 0,64 0,93 0,021 0,012 0,24 0,13 0,06 0,03 0,003 0,044 ASTM A216- WCB 0,30 0,60 1,00 0,04 0,045 0,50 0,50 0,20 0,30 0,03 - * Cr+Ni+Mo+Cu+V < 1,00

2 Tratamento Térmico - Para a análise, as três amostras identificadas pelo número 21987, Figura 1, foram escolhidas para tratamento térmico de normalização, conforme as condições impostas na Tabela 2. Tabela 2 Tratamentos térmicos impostos às amostras. Identificação A Como recebido Tratamento B Aquecimento a 880 o C, por 4 horas, seguido de resfriamento ao ar calmo C Aquecimento a 880 o C, por 2 horas, seguido de resfriamento ao ar calmo Figura 1 Amostras selecionadas para tratamento térmico de normalização. Análise de Dureza - Medidas de dureza Rockwell B foram realizadas nas amostras, com carga de 150kgf, e os resultados são apresentados na Tabela 3. Os valores médios foram convertidos para a escala Brinell por meio da norma ASTM E-140. Os valores encontrados obtidos encontram-se dentro da faixa exigida. Tabela 3 Medidas de dureza Rockwell B. Medidas de dureza (HRB) Média Média Especificado HRB HB HB Amostra 21987A 86,0 85,0 85,5 85,5 164 Amostra 21987B 86,5 87,5 88,0 87, Amostra 21987C 87,0 86,5 86,0 86,5 168 Análise Metalográfica - As análises metalográficas das amostras na condição como recebido, apresentadas na Figura 2, mostram uma microestrutura de ferrita e perlita. Figura 2 Análises metalográficas das amostras 21987, na condição como recebidas. Ataque Nital 2%. Ensaios de Impacto - Ensaios de impacto Charpy (CVN) foram realizados à temperatura ambiente, em uma máquina TIME JB-300B de 300J de capacidade, e os resultados estão apresentados na Tabela 4. Os valores obtidos para as condições A e C encontram-se abaixo do esperado para o aço ASTM A216-WCB na condição normalizada conforme indicado pela linha tracejada vermelha na Figura 3a. Entretanto, para a condição B, a qual

3 foi submetida a um patamar de austenitização mais longo, as amostras apresentaram valores de energia absorvida maiores do que os apresentados na Figura 3a, indicando que o tratamento térmico foi mais adequado para restaurar a tenacidade ao impacto do material. As amostras A e C apresentam um aspecto brilhante e facetado, típico de fratura frágil conhecida como rock candy, conforme se observa na Figura 3b, indicando que o material está provavelmente fragilizado. Já a amostra B apresenta claramente a formação de bordas de cisalhamento e um modo misto de fratura, com regiões de aspecto frágil e dúctil. Tabela 4 Energia de impacto Charpy (CVN). Energia (J) Corpo de prova A B C Média 36,5 61,0 38,3 Figura 3(a) Energia de impacto Charpy de aços-carbono fundidos e (b) aspecto da superfície de fratura dos corpos de prova de impacto. Ensaios de Tração - Ensaios de tração foram realizados à temperatura ambiente, em uma máquina Instron 3282 de 100 kn de capacidade, com velocidade de deslocamento de 2mm/min, e os resultados estão apresentados na Tabela 5. Os valores de resistência mecânica obtidos encontram-se dentro do especificado pela norma ASTM A217-WCB e de acordo com os valores mostrados na Figura 4. Porém, os valores de alongamento são menores do que o especificado, independentemente da condição de tratamento térmico imposta A Tabela 5 Resultados dos ensaios de tração. Se (MPa) Sr (MPa) A (%) RA (%) Média B Média C Média Onde, ASTM A297-WCB 250 min min 35 min S e = limite de escoamento convencional (0,2% offset) S r = limite de resistência à tração convencional A = alongamento medido em 25 mm

4 RA = redução de área Figura 4 Propriedades de tração de aços-carbono fundidos. Análise Macográfica - A fim de avaliar a susceptibilidade das amostras à fratura intergranular pela precipitação de AlN nos contornos de grão austeníticos primários, procedeu-se à análise macrográfica das amostras. Uma amostra de aço SAE 1020 foi incluída na análise para comparação. O ataque químico foi efetuado de acordo com a norma ASTM A703, item S23, utilizando-se uma solução aquosa 1:1 de HCl, a 80 o C, por 30 min. A macrografia, Figura 5, mostra que a amostra na condição A (como fundida) apresenta o grau mais severo de fragilização. Adicionalmente, o tratamento de normalização diminuiu bastante o nível de fragilização, eliminando-o por completo para a condição B. Como esperado, o aço SAE 1020 não apresentou indícios de fragilização. Figura 5 Análise macrográfica dos corpos de prova de impacto, mostrando fragilização por precipitação de AlN nas amostras A e C. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os materiais das amostras apresentam teores de elementos químicos dentro do especificado para o aço ASTM A216 WCB, exceto para o silício, que se encontra ligeiramente acima. Os resultados de análise micrográfica e de dureza são compatíveis com a condição normalizada para esta classe de material. Os ensaios de impacto indicaram baixos valores de energia absorvida para as condições A e C de tratamento térmico, sugerindo que o material está fragilizado. Para a condição B, a qual corresponde a um tempo de patamar de austenitização mais longo, os valores de energia absorvida são maiores, indicando que este tipo de tratamento é favorável à recuperação da tenacidade ao impacto do material. O tratamento de normalização, além de restaurar a tenacidade do material, promove um alívio das tensões residuais de solidificação da peça, diminuindo a probabilidade de trincamento. Os valores de resistência mecânica para as três condições estão dentro do especificado pela norma ASTM A216-WCB. Entretanto, os valores de alongamento são um pouco inferiores ao mínimo estabelecido, mesmo para a condição B, provavelmente pela presença de AlN residual. A análise macrográfica, de acordo com a norma ASTM A 703, item S23, indica que o material na condição como fundido encontra-se fragilizado pelo mecanismo de precipitação de AlN em contorno de grão austenítico primário. O nível de fragilização diminui à medida que se aumenta o tempo de austenitização na normalização. CONCLUSÃO Sugere-se a redução do teor de Al para minimizar a possibilidade de fragilização por precipitação de AlN; efetuar tratamento térmico de normalização nas peças, com um tempo de patamar 1-2 horas maior do que o convencionalmente adotado e investigar a influência do teor de Al nas propriedades mecânicas de tração e de impacto. REFERÊNCIAS METALS HANDBOOK. Properties and Selection: Irons, Steels and High Performance Alloys. Vol.1, PDF version, p. 961.

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