Seleção de Aços pela Temperabilidade

Transcrição

1 Seleção de AçosA pela Temperabilidade

2 As informações básicas necessárias para especificar um aço pela sua temperabilidade incluem: a) a dureza no estado bruto de têmpera; b) a profundidade a partir da superfície que deve apresentar esta dureza; c) o meio de têmpera que deverá ser utilizado no tratamento térmico. d) a temperatura de revenido a que o aço deve ser submetido A dureza bruta de têmpera deve ser especificada a partir da dureza desejada após o revenido. Em princípio qualquer dureza após o revenido seria possível, desde que inferior à dureza bruta de têmpera, mas a prática industrial mostra que isto não éverdade. Esta "prática industrial" corresponde àexperiência de gerações de engenheiros, e em geral está resumida em Normas Técnicas e "Handbooks".

3 A dureza tem efeito marcante na resistência àfadiga de peças de aço para construção mecânica. Quanto maior a dureza maior a resistência àfadiga até um certo limite a partir do qual a relação não émais linear. Além da dureza, outras variáveis têm influência sobre a resistência àfadiga dos aços temperados e revenidos: As estruturas constituídas de 100% de martensita revenida apresentam a mais elevada resistência àfadiga. A presença de outros microconstituintes (perlita e ferrita) bem como inclusões não metálicas, diminui a vida em fadiga dos aços para construção mecânica. Existe uma recomendação dos fabricantes de veículos militares apontando um teor mínimo de 85% de martensita a ¾do raio, para eixos de veículos automotores.

4 Dependência da dureza bruta de têmpera com as porcentagens de carbono e de martensita 45HRC ~80 % de Martensita

5 1º Caso: Seleção das condições de tratamento térmico para um aço já escolhido (verificação do atendimento das condições de projeto) Considera se que o aço 4140H foi escolhido. Será feito um eixo de 44,75mm (1,75 ) de diâmetro com 1,1m de comprimento para uma máquina. Este aço deve apresentar resistência àflexão de 550MPa. Aço SAE 4140H Composição química da norma % em Peso Fe C Mn P S Si Cr Mo Bal. 0,38 0,43 0,75 1,0 0,035 máx. 0,040 máx. 0,15 0,35 0,80 1,10 0,15 0,25

6 Partindo se de 550 MPa de limite de fadiga tem se: 550MPa 35HRC 45 HRC dureza bruta de têmpera

7 Considerando que o aço 4140H tem cerca de 0,37 % C Considerando que esta dureza bruta de têmpera deve ser apresentada a ¾do raio da barra de 44,75mm 45 HRC 49HRC mínimo para o aço 4140H Portanto: a dureza émaior que a necessária para a aplicação (45HRC)

8 2º Caso: Seleção de um aço através de curvas de temperabilidade Admite se que o critério do projeto é que o aço apresente dureza de 35 HRC a ¾do raio de uma barra de 75mm, que corresponde a 45 HRC antes do revenido. Deve se escolher um aço entre quatro aços fornecidos: 4140H, 4340H, 5046H e 8625H Composição química da norma % em Peso Aço C Mn Si Ni Cr Mo Fe 4140H 0,37 0,44 0,65 1,10 0,15 0,35 0,75 1,20 0,15 0,25 Bal. 4340H 0,37 0,44 0,55 0,90 0,15 0,35 1,55 2,00 0,35 0,65 0,20 0,30 Bal. 5046H 0,43 0,50 0,65 1,10 0,15 0,35 0,14 0,43 Bal. 8625H 0,22 0,28 0,60 0,95 0,15 0,35 0,35 0,75 0,35 0,65 0,15 0,25 Bal. 75mm de diâmetro 45 HRC bruto de têmpera 35 HRC após revenimento 12

9 38HRC 24HRC Aço 4140H austenitizado a 870 o C Aço 5046H austenitizado a 845 o C O Aço 4340H atendem o requisito de dureza mínima maior que 35HRC a ¾do raio Escolhe se o aço 4340H valor mais próximo 53 HRC 20HRC Aço 4340H austenitizado a 845 o C Aço 8625H austenitizado a 870 o C

10 Exercício de seleção de aços pela temperabilidade Selecione, usando o Metals Handbook da ASM vol.1 Estou projetando uma pickup esportiva e o eixo transmissor de torque para a roda será solicitado em torsão a 200 MPa e em flexão a 500MPa. O projeto original previa um eixo cilíndrico de aço com 70 mm de diâmetro. Seguindo as recomendações da SAE especificou se um mínimo de 80% de martensita a ¾ do raio. Selecione um aço justificando com os gráficos do Metals Handbook, sabendo que meu sistema de têmpera utiliza óleo com agitação de 60m/s e os únicos aços que tenho em estoque são 4140H, 5046H, 4340H e 8625h (note que pode ser escolhido mais de um aço, ou nenhum destes). Justifique cuidadosamente suas decisões, explicando cada passo do processo de tomada de decisão.

11 Um guincho para a obra do metrô usa um gancho de aço forjado, que tem uma secção cilíndrica de 2 ¼pol, ou 57mm. Este gancho deve carregar uma carga de 1500 MPa e como a solicitação éem tração especifica se 90% de martensita no centro da secção. A têmpera não pode ser muito severa para não trincar o componente, portanto óleo com agitação pode ser o meio de tempera. Verifique quais aços entre os aços com curva jominy descritas no Apêndice I do livro do Andre Costa e Silva atendem aos requisitos. Escolha um e justifique. Especifique um tratamento térmico adequado para o aço. Utilize para fazer estes exercícios os textos: Metals Handbook da SAE, Properties and Selection: Iron and Steels, Heat treatment/hardenability Metalografia dos Aços, A.Tschiptschin, H.Goldenstein e A.Sinatora, Cap.7 Temperabilidade,ABM, 1987 Aços e Ligas Especiais, A. Costa e Silva, P.R.Mei, Cap 6 e Apêndice I, E.Blucher 2006