INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA FINAL DE TÊMPERA DO AÇO SAE TEMPERADO EM BANHO DE SAL NA FORMAÇÃO DE AUSTENITA RETIDA

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1 1 FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAI NADIR DIAS DE FIGUEIREDO ALEXANDRE PASCHOALIN ANDERSON LUÍS JACINTHO INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA FINAL DE TÊMPERA DO AÇO SAE TEMPERADO EM BANHO DE SAL NA FORMAÇÃO DE AUSTENITA RETIDA OSASCO 2011

2 2 ALEXANDRE PASCHOALIN ANDERSON LUÍS JACINTHO INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA FINAL DE TÊMPERA DO AÇO SAE TEMPERADO EM BANHO DE SAL NA FORMAÇÃO DE AUSTENITA RETIDA Projeto apresentado à Faculdade de Tecnologia SENAI Nadir Dias de Figueiredo em Processos Metalúrgicos para inscrição do Trabalho de Conclusão de Curso sob a orientação técnica do(a) Prof. Paulo Sérgio Freitas e orientação metodológica do Prof. Roberto Sanches Cazado OSASCO 2011

3 3 RESUMO As superfícies de contato dos anéis de rolamentos estão sujeitas a esforços pesados repetitivos, e estas devem manter sua alta precisão e exatidão de rotação. Para garantir que isto ocorra, os anéis devem ser fabricados com materiais de alta dureza, resistência à fadiga, resistência ao desgaste, e com boa estabilidade dimensional. No tratamento térmico dos aços para rolamentos, o material sofre uma transformação, passando de uma estrutura austenítica para outra, em que predomina a martensita. A transformação geralmente não é completa, restando uma fase residual de austenita retida. Este componente é indesejável, pois degrada as propriedades mecânicas do aço temperado, provocando alterações dimensionais e diminuição em sua dureza. Os métodos mais utilizados para verificar a presença de austenita retida são as análises metalográficas e a difração de raios-x. Este último exige equipamentos de custo elevado, mão-de-obra qualificada e procedimentos complexos, principalmente em frações abaixo de 15%. Para tanto nesta pesquisa será utilizada a metodologia de avaliação da estabilidade dimensional, que é uma técnica que pode ser utilizada com baixo custo. O material estudado será o aço da família SAE 52100, tratados termicamente por têmpera convencional com resfriamento em banho de sal. Ele será caracterizado através da microscopia óptica, com reagente de Nital 1.5% por 3 segundos e secagem forçada. Os resultados obtidos serão comparados com métodos de Difração de Raio-X através de um software de análise estatística, a fim de demonstrar que, com a utilização desta técnica é possível quantificar a porcentagem de austenita retida na matriz martensítica, para este tipo de aço validando o processo de têmpera em questão. Palavras-chave: Aço para rolamento. Austenita Retida. Estabilidade Dimensional. SAE Difração de Raio-X.

4 4 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO OBJETIVO GERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS PLANO DE TRABALHO E CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO MATERIAIS E MÉTODOS FORMAS DE ANÁLISE DOS RESULTADOS REFERÊNCIAS...12

5 5 1 INTRODUÇÃO As empresas automobilísticas têm por objetivo garantir a satisfação dos clientes, para tanto faz se necessário o controle no processo para garantir as propriedades físicas, químicas e metalúrgicas dos componentes fabricados. Um produto resultante do processo de Tratamento Térmico convencional é chamado de austenita retida que tem seu controle intensificado. Nesta fase as proporções encontradas são importantes, desde que numa fração volumétrica desejada, pois sem o devido controle ela pode degradar as funções básicas do rolamento (estabilidade dimensional) levando a falha prematura do componente. Um rolamento é um componente de precisão, onde mesmo pequenas alterações dimensionais podem afetar a sua função e, assim, a máquina em que opera. Tais alterações dimensionais podem resultar de alterações micro estruturais no material do rolamento associado com mudanças de volume (Slycke and Fajers 2000). Para evitar que isso ocorra durante a operação em temperaturas elevadas, os componentes são expostos a um revenimento após a operação de têmpera. Assim, além do ajuste das propriedades mecânicas (como dureza e tenacidade), o revenimento também traz uma estabilização micro estrutural, reduzindo assim a sensibilidade dimensional nas condições de funcionamento (Mikus et. AL 1960). O grau de estabilização ou a classe de estabilidade assim chamada corresponde a um máximo permitido mudança dimensional sobre a exposição a condições de teste específico. É bem conhecido que, a mudança dimensional é ativada termicamente que é um resultado de reações de transformação de estado sólido. A variação do volume específico associado a estas transformações de primeira ordem produz uma alteração dimensional nos componentes do rolamento. Também tem sido documentado que a mudança permanente dimensional de um anel com uma carga aplicada estática (por exemplo, um anel interno montado com ajuste de interferência em um eixo ou um anel externo montado num cubo) será maior em

6 6 comparação com um anel exposto a temperatura (G. Lucas and H. Nützel, 1966). Os mecanismos por trás dessa mecanicamente induzida mudanças dimensionais são menos conhecidos, mas é preferido que o crescimento seja direcional durante o progresso das várias reações de estado sólido, de efeitos de transformação ou de plasticidade processos de fluência baixa temperatura. Durante o processo de obtenção de aços temperados, o material sofre uma transformação, passando de uma estrutura austenítica para outra, em que predomina a martensita. A transformação geralmente não é completa, restando, nos espaços entre as ripas e placas da martensita, uma fase residual de austenita retida. Este componente é indesejável, pois degrada as propriedades mecânicas do aço temperado, provocando alterações dimensionais e diminuição em sua dureza (CIFUENTES, CUMINO, SILVA, GOLDENSTEIN, GRELL 2002). Em aplicações, como a fabricação de rolamentos, é fundamental monitorar as propriedades do aço, para otimizar as qualidades do produto final. Dentre os métodos mais usados para verificar a presença da austenita retida, podemos citar as análises metalográficas feitas ao microscópio, a espectroscopia Mössbauer, e a difração de raios-x (TAVARES, MELLO, GOMES, NETO, PARDAL 2006)7. A austenita retida, por ser estável, só se transformará sob deformações elevadas, resultando em dois efeitos bastante favoráveis às propriedades mecânicas: elevada resistência mecânica e aumento na deformação uniforme (antes do aparecimento da instabilidade).

7 7 2 OBJETIVO GERAL Avaliar a influência da temperatura final de têmpera do aço SAE temperado em banho de sal no teor de austenita retida. 2.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Verificar a relação entre a temperatura final de têmpera e o teor de austenita retida. Medir a variação dimensional do material. Validar o método aplicado para medição de austenita retida.

8 8 3 PLANO DE TRABALHO E CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO Etapas do TCC Jul Ago Set Out Nov Dez Escolha do tema Elaboração do Projeto de Pesquisa Apresentação do Projeto de Pesquisa Levantamento bibliográfico Seleção de referências bibliográficas Redação da pesquisa bibliográfica Elaboração do plano de trabalho Realização dos testes práticos Tabulação dos dados Análise dos dados Interpretação dos resultados e conclusões Redação do relatório Apresentação final

9 9 4 MATERIAIS E MÉTODOS O material utilizado será o aço para rolamentos SAE cuja composição química é demonstrada na tabela abaixo: A metodologia aplicada nesta pesquisa será a utilização de anéis de rolamento de rolos cônicos (figura 01) temperado em forno contínuo (figura 02) onde as peças são transportadas pelo forno através de esteiras, o aquecimento do forno é feito através de resistências elétricas revestidas por tubos radiantes, atmosfera protetora formada através da mistura de gases (Nitrogênio, metanol e GLP) controlada por meio de sonda de oxigênio, sal AS 140 fundido como meio de resfriamento, as temperaturas são monitoradas através de termopares, e todo forno é monitorado pelo sistema de supervisório. Objeto de estudo

10 10 Figura 01: Foto esquemática de um rolamento de rolos cônicos Figura 02: Forno contínuo para tempera e revenimento Será utilizado um aparelho universal de medidas UD com relógio comparador de tolerância milesimal acoplado para avaliação dimensional das peças em estudo (figura 03). Figura 03: Aparelho universal de medidas UD O ensaio de dureza Rockwell na escala C será realizado utilizando um durômetro universal da marca Wolpert (foto 04).

11 11 Figura 04: Durômetro universal marca Wolpert A análise metalográfica será realizada através da técnica de microscopia óptica utilizando um microscópio da marca Carl Zeiss com ampliação de até 1000x (foto 05). Foto 05: Microscópio óptico marca Carl Zeiss Será realizada análise por difração de raios X para quantificação da fração de austenita retida. Um a estufa será utilizada para aquecimento das amostras para realizar o teste de estabilidade dimensional. Para análise dos dados será utilizado um software de análise estatística (Minitab versão 15).

12 12 5 FORMAS DE ANÁLISE DOS RESULTADOS Os resultados referente à análise de estabilidade dimensional e a difração de Raio-X serão analisados utilizando o software de análise estatística (Minitab versão 15) a fim de verificar a existência de correlação entre os valores obtidos. Para cada temperatura utilizada será retirado uma amostra para análise metalográfica com ampliação de 1000x. As microestruturas obtidas serão comparadas entre si verificando se há diferença significativa que possa ser identificada no microscópio óptico. Também será feito uma relação de microestrutura e porcentagem de austenita retida para cada temperatura utilizada. Para os resultados do ensaio de dureza será realizado teste de hipótese onde será avaliado o intervalo de confiança (p-value) entre os valores de dureza e as temperaturas utilizadas. 6 REFERÊNCIAS LOMBARDO, S. Método para o cálculo da fração volumétrica de austenita retida através do software de análise digital de imagens - 19º Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais CBECiMat, 21 a 25 de novembro de 2010, Campos do Jordão, SP, Brasil. MARTIN, R. V. Estimativa de austenita retida em aços temperados e Revenidos por métodos magnéticos - 17º CBECIMat - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, 15 a 19 de Novembro de 2006, Foz do Iguaçu, PR, Brasil. SLYCKE, J and Fajers, C. Modelling the Dimensional Stability of Bearing Components - SKF Engineering & Research Centre BV, NL-3430 DT Nieuwegein, The Netherlands, SKF Sverige AB, Industrial Division, SE Gothenburg, Sweden Materiais de rolamentos disponível em: <http://www.ntn.com.br/pdfservicos/indicea13/indicea13.pdf>. Acesso em 05 set

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