5 INFLUÊNCIA DOS TRATAMENTOS TÉRMICOS NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS

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1 59 5 INFLUÊNCIA DOS TRATAMENTOS TÉRMICOS NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS O processo de austenitização dentro da zona crítica produz microestruturas com ilhas de ferrita proeutetóide e uma matriz de austenita, que dependendo do resfriamento pode se transformar em uma estrutura martensítica ou ausferrítica. A resistência e ductilidade dos metais são controladas por iniciação e crescimento de trincas. As primeiras trincas são formadas na interface matriz/grafita e então se propagam completamente por toda a matriz. [RASHIDI e TORBATI, 2001]. Neste trabalho a microestrutura do ADI dual consiste em ilhas de ferrita proeutetóide em meio à matriz de ausferrita. A ferrita retarda a propagação de trincas, por esta razão o ADI dual ausferrítico é mais dúctil que ADI convencional (apenas matriz ausferrita). 5.1 Microestruturas Duais Com Ferrita Envolvendo o Nódulo Esta microestrutura, denominada de olho-de-boi ou ainda de olho-mole, consiste em nódulos de grafita circundado de ferrita em uma matriz mais resistente, perlita, martensita ou ausferrita. Esta microestrutura é obtida promovendo-se a transformação eutetóide estável parcial junto aos nódulos de grafita. Isto pode ser feito no resfriamento da peça na fundição, ou então com tratamento térmico posterior. [COPEWELL, 1991]. Rashidi e Torbati, (2001) mensuraram as propriedades mecânicas de amostras com ferrita envolvendo os nódulos, com o restante da matriz em martensita revenida ou asuferrita. As amostras foram submetidas a tratamento a 900 C por 120 min resfriamento para 760 C, e mantendo-as isotermicamente por 5h seguindo para têmpera e revenido a 500 C por 1h (amostra CQ); outro conjunto de amostras foi austenitizado nas condições acima, porém seguindo resfriamento em austêmpera a 370 C por 1h (amostra CA). Os resultados estão expostos na tabela 5.1, além de serem comparados graficamente com valores da norma do ADI convencional ASTM A897/1990, Nodulares Perlíticos ASTM A536/ 1993 e resultados de Copewell, (1991) na figura 5.1.

2 60 Tabela 5.1: Resultados das propriedades mecânicas das amostras CQ e CA [RASHIDI e TORBATI, 2001]. Propriedades Ferritização incompleta + têmpera e revenido - CQ Ferritização incompleta + austêmpera - CA Limite de Resistência (MPa) 743,5 743,5 Limite de Escoamento (MPa) 615,5 585,5 Alongamento (%) 6,25 8,65 As amostras CA (austemperadas) alcançaram a resistência das amostras CQ (temperadas e revenidas), porém com alongamento muito maior, tabela 5.1 e figura 5.1. Este comportamento está relacionado com o tipo de matriz; a matriz ausferrítica é mais dúctil e tenaz que a martensítica. Copewell, (1991) também estudou as propriedades mecânicas de amostras olho-mole martensítico e ausferrítico. Os resultados das amostras olho-mole ausferrítico de Copewell (1991) alcançam os valores de Rashidi e Torbati (2001), tanto para amostras temperadas e revenidas como para as austemperadas. Todos os valores apresentados pelos autores possuem resistência inferior comparados com os valores da norma ASTM para nodulares austemperados, porém foram superiores aos valores da norma para nodulares ferrítico/perlíticos. As menores resistências para as amostras dos autores comparadas com as amostras de ADI convencional podem estar relacionadas com a facilidade de nucleação de trinca próximo ao nódulo para as amostras olho-mole. Quando uma amostra olho-mole é tracionada a primeira região a deformar é a ferrita em volta do nódulo, então esta fase descola da grafita e posteriormente, na interface ferrita/cavidade iniciam-se trincas.

3 61 Figura 5.1: Resultados das propriedades mecânicas de amostras com ferrita em volta do nódulo (CQ ferritização incompleta tempera e revenimento e CA ferritização incompleta austêmpera e outras) comparada com a norma de ADI ASTM 897 e Nodular Perlítico ASTM A536. A microestrutura olho-duro é produzida de um ferro nodular ferrítico com uma combinação de rápido aquecimento a temperaturas acima de 750 C, dependendo da composição química do material, e um rápido resfriamento para temperatura ambiente (martensita) ou para temperatura de austêmpera (ausferrita). Nesta microestrutura há a presença de uma fase dura, martensita ou ausferrita, em volta do nódulo de grafita em meio a uma matriz ferrítica [COPEWELL, 1991]. Na figura 5.1 também estão presentes propriedades de materiais olho-mole e olho duro, a temperatura e o tempo de revenimento indicado na figura são de 250 C por 1 h para os materiais olho-duro e de 455 C por 1h para os materiais olho-mole. O tempo e temperatura de austêmpera para o material ausferrítico foram de 1h a 355 C respectivamente. As amostras olho-duro martensíticas e revenidas a 250 C por 1h mostraram um grande aumento na ductilidade comparada com as amostras não revenidas, o que indica que até mesmo em baixas temperaturas de revenimento tem-se um acentuado efeito nas características mecânicas. Os resultados mostram que os materiais olho-mole ausferrítico tendem para uma melhor combinação entre resistência e ductilidade [COPEWELL, 1991].

4 Microestruturas Duais Com Ferrita Distribuída Comparada Com Outras Microestruturas Ferrita Proeutetóide Distribuida em Matriz Ausferritica ou Martensítica Rashidi e Torbati (2001) investigaram propriedades mecânicas de ferros fundidos nodulares submetidos a diferentes tratamentos térmicos. Comparando as propriedades mecânicas do BQ (austenitização a 820 C por 40min, tempera e revenido a 500 C por 1h) e BA (austenitização a 820 C por 40min austêmpera a 370 C por 1h). A melhor ductilidade foi obtida nas condições de austêmpera, com alongamento de 10,9 %, enquanto nas condições de têmpera e revenido foi alcançado alongamento de 7,25%. Segue o resumo das propriedades alcançadas por estas amostras, tabela 5.2. Tabela 5.2: Propriedades das amostras BQ e BA [RASHIDI e TORBATI, 2001]. Propriedades Austenitização incompleta + Austenitização incompleta + têmpera e revenido - BQ austêmpera - BA Limite de Resistência (MPa) 693,5 678 Limite de Escoamento (MPa) Alongamento (%) 7,25 10,9 Segundo os autores, nesse tratamento a ferrita se encontra próxima aos nódulos de grafita e no restante da matriz encontra-se martensita revenita (BQ) e a ausferrita (BA). Como citado acima, a trinca inicia na interfase matriz/grafita, no entanto, para estas amostras sua propagação depende da estrutura na matriz ADI Dual x ADI Convensional Keough e Hayrynen (2007) compararam algumas propriedades do ADI convencional (Classe 900) com ADI dual com aproximadamente 60% de ausferrita (Classe 750). Os resultados dos autores são apresentados na tabela 5.3.

5 63 Tabela 5.3: Propriedades mecânicas de ADI convencional (classe 900) e ADI dual (classe 750). [KEOUGH e HAYRYNEN K, 2007]. * não entalhado Propriedades Classe 750 Classe 900 Limite de Resistência (MPa) Limite de Escoamento (MPa) Alongamento (%) Energia Absorvida ao Impacto T ambiente (J)* Dureza Como se pode observar o ADI dual possui maior alongamento, e isto está diretamente relacionado com a presença de ilhas de ferrita na microestrutura deste material, a energia absorvida ao impacto também é maior que o ADI convencional, porém sua resistência é inferior, devido à menor concentração de obstáculos ao deslocamento das discordâncias, interfaces entre as agulhas de ausferritas por exemplo. ADI dual apresenta propriedades mecânicas interessantes, em particular o compromisso entre o limite de escoamento e o alongamento, propriedades que são apreciadas no campo de componentes para suspensão [ROUSIÈRE, SERRAMOGLIA, ARANZABAL, 2003] ADI Dual x Outros Materiais dual. A tabela 5.4 apresenta as características mecânicas de materiais concorrentes do ADI

6 64 Tabela 5.4: Comparação das propriedades mecânicas de materiais concorrentes do ADI dual adp. [ 1 ROUSIÈRE, SERRAMOGLIA, ARANZABAL, 2003, 2 HAYRYNEN e KEOUGH, 2007 e 3 ROUSIÈRE, ARANZABAL, 2000 apud FRANCO, 2008]. 2 ADI dual 3 Nodular 1 Nodular Propriedades 2 ADI Classe 750 Perlítico Ferrítico 1 Aços Forjados Resistência Tração (MPa) Limite de escoamento (MPa) Alongamento (%) Energia ao impacto (J)* Não especificado Dureza (HB) * Não entalhado Comparando as propriedades mecânicas dos ferros fundidos nodulares e do aço forjado, na tabela 5.4, o ADI dual apresenta uma boa combinação de resistência com alongamento, sendo que os aços forjados chegam a valores próximos ao ADI dual. Guesser et al (2009) compararam na figura 5.2 as propriedades mecânicas de nodulares de diferentes matrizes de perfis de fundição contínua com diâmetro de 150 mm (peça espessa). L R, L E (M P a ), H B bruto-de-fundição ADI Zona Crítica ADI LR (MPa) LE (MPa) HB (5/750) A (%) 3,3 13,3 7, A lo n g (% ) Figura 5.2: Propriedades mecânicas de ferros fundidos nodulares com diferentes matrizes. Perfis de fundição contínua com 150. Austenititização a 780 C (ADI Zona Crítica) e a 900 C (ADI), e austêmpera a 360 C [GUESSER et al, 2009].

7 65 Mesmo para peças espessas, os nodulares austemperados apresentam uma combinação de resistência mecânica com ductilidade. Para componentes que exigem tenacidade o nodular austemperado a partir da zona crítica representa uma boa alternativa, associando resistência com altos valores de alongamento, e este comportamento é resultado da distribuição de ferrita proeutetóide na microestrutura [GUESSER et al, 2009] Efeito da Quantidade de Ferrita A tabela 5.5 apresenta alguns valores de propriedades mecânicas e o Índice de Qualidade para ADI dual com diferentes percentagens de ferrita proeutetóide. As amostras apresentadas são inicialmente ferríticas e foram austenitizadas dentro da zona crítica em três temperaturas distintas, 795, 815 e 830 C por 20min, seguindo para austêmpera em 365 C por 120min. Tabela 5.5: Propriedades mecânicas x percentagem de ferrita proeutetóide [ERDOGAN e KILICLI, 2008]. Ferrita Proeutetóide + Ferrita nova (%) Limite de Resistência (MPa) Limite de escoamento (MPa) Alongamento (%) Índice de Qualidade* ,6 306,3 22,9 118,27 52, ,2 18,6 129, , ,6 145,93 Para determinar o índice de qualidade (IQ) de um ferro fundido nodular, Guesser (2009) propôs a equação: IQ = 0,857 x A 0,197 x LR 0,708 Esta equação é fornecida pelos valores mínimos da norma ABNT para ferros fundidos nodulares. A amostra com 40% de ferrita proeutetóide possui o maior Índice de Qualidade (IQ), então, de acordo com Guesser (2009) esta amostra é a que possui melhor combinação de resistência com ductilidade.