INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS DE TÊMPERA NA PRESENÇA DE CARBONETOS NO AÇO RÁPIDO AISI M2

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1 21º BEIT - ongresso Brasileiro de Engenharia e iência dos ateriais 09 a 13 de Novembro de 2014, uiabá, T, Brasil INFLUÊNI DOS PRÂETROS DE TÊPER N PRESENÇ DE RBONETOS NO ÇO RÁPIDO ISI 2.S. agalhães (1), G.G.B. aria (1), S..S. artins (1) ;..S. Bezerra (2), W. Lopes (1), E..S. orrea (1) v. mazonas Nova Suíça - Belo Horizonte - G - Brasil EP: elaine@deii.cefetmg.br (1) Departamento de Engenharia de ateriais EFET/G (2) Departamento de Engenharia de Transportes EFET/G RESUO principal característica dos aços rápidos, além de apresentar durezas elevadas em temperatura ambiente, é a capacidade de reter sua dureza se submetidos a altas temperaturas e velocidades de corte. O elevado percentual de elementos de liga presentes na composição desses aços confere a eles a capacidade de formar carbonetos complexos, adquirindo uma alta dureza mediante tratamento térmico. O objetivo do presente trabalho é avaliar os efeitos dos parâmetros de processamento térmico de têmpera na fração volumétrica de carbonetos por metalografia semiquantitativa e da austenita retida por difração de raios X. Foi observado que, de maneira geral, o aumento do tempo de encharque e da temperatura de austenitização resultaram em uma redução na quantidade de carbonetos dispersos e em um aumento da austenita retida na matriz martensítica. Palavras-chave: aço rápido, têmpera, carbonetos. INTRODUÇÃO s elevadas dureza e resistência ao desgaste dos aços ferramenta em geral, dentre outras características, se devem, em grande parte, à tendência de formação de carbonetos diversos (1,2). No caso específico dos aços rápidos, a retenção dessas propriedades em elevadas temperaturas é potencializada quando elementos como molibdênio, cobalto, vanádio ou cromo são combinados com o tungstênio (3,4,5). Esses elementos, combinados em dois, três ou mais, resultam em carbonetos complexos, cuja 4903

2 21º BEIT - ongresso Brasileiro de Engenharia e iência dos ateriais 09 a 13 de Novembro de 2014, uiabá, T, Brasil formação é diretamente influenciada pela composição química do material, pela taxa de resfriamento e pelos parâmetros de tratamentos térmicos (2,6,7). Esses fatores alteram a morfologia, a maneira como os carbonetos são distribuídos na matriz e sua fração volumétrica no metal (8). lém de afetar a formação e distribuição dos carbonetos, os parâmetros de tratamentos térmicos, em especial na têmpera, exercem influência significativa na presença de austenita retida que aparece em conjunto com a matriz martensítica. ocorrência desse constituinte no material é, em geral, indesejável, provocando a degradação das propriedades mecânicas do aço temperado, causando alterações dimensionais, reduzindo a dureza, levando a desgastes imprevisíveis e eventuais fraturas (9). Em adição a esses fenômenos, uma elevada fração desse constituinte pode requerer ainda a realização de revenimento em dois ou mais estágios. Em um trabalho realizado anteriormente (10) foi verificada a influência da temperatura de austenitização e do tempo de encharque na têmpera em óleo de um aço similar ao aço rápido ISI 2. De maneira geral, a dureza do material aumentou tanto com a temperatura como com o tempo. Em relação à microestrutura, caracterizada pela presença de matriz martensítica e carbonetos diversos, foi observado de forma qualitativa que a proporção de carbonetos pareceu diminuir também tanto com o tempo de encharque como com a temperatura de aquecimento. Nas Figs. 1 e 2 são exibidos exemplos dos resultados mencionados. Figura 1. Durezas apresentadas pelo aço ISI 2 temperado em óleo relacionando a temperatura de aquecimento e o tempo de encharque (10). Dentro desse contexto, o objetivo deste estudo é avaliar os efeitos dos parâmetros do tratamento térmico de têmpera de forma quantitativa no aço rápido similar ao ISI 2, ou seja, na fração volumétrica de carbonetos, determinada por 4904

3 21º BEIT - ongresso Brasileiro de Engenharia e iência dos ateriais 09 a 13 de Novembro de 2014, uiabá, T, Brasil metalografia semiquantitativa, e no percentual de austenita retida na matriz martensítica, calculado a partir de dados de difração de raios X. (a) (b) (c) Figura 2. Fotomicrografias do aço ISI 2 temperado em óleo com tempo de encharque de 60 minutos e temperaturas de aquecimento distintas: (a) 1000 e (b) 1100 e (c) 1200 (10). TERIL E ÉTODOS Tab. 1 fornece os dados de composição química de aço rápido similar ao aço ISI 2, utilizado como objeto de pesquisa deste trabalho. Tabela 1. omposição química do aço ISI 2. (%) r (%) o (%) V (%) W (%) 0,9 4,1 5,0 1,9 6,4 Os parâmetros do tratamento térmico realizado, têmpera em óleo, são exibidos na Tab. 2. Esses experimentos foram conduzidos em um forno elétrico da marca Brasimet modelo Heraus. pós os tratamentos térmicos, as amostras foram preparadas seguindo o procedimento metalográfico convencional, envolvendo corte, embutimento a frio, lixamento em granulometrias diversas, polimento com pasta de diamante e ataque químico com reagente Nital 5%. Para a análise semiquantitativa, ou seja, determinação da fração volumétrica dos carbonetos presentes e da austenita retida na matriz martensitica foram utilizadas as técnicas de metalografia e a difração de raios X. Tabela 2. Parâmetros de tratamentos térmicos utilizados na têmpera. Temperaturas Tempos de encharque 10 min, 20 min, 60 min 10 min, 20 min, 60 min 10 min, 20 min, 60 min 4905

4 21º BEIT - ongresso Brasileiro de Engenharia e iência dos ateriais 09 a 13 de Novembro de 2014, uiabá, T, Brasil análise por metalografia semiquantitativa permitiu, diante das informações obtidas na análise da microestrutura, calcular em termos percentuais a fração que corresponde aos carbonetos dispersos na matriz martensítica, utilizando o método de contagem de pontos (11). ssim, foi estipulada uma rede com 192 nós sobreposta sobre micrografias de 15 regiões distintas obtidas por meio de microscopia eletrônica de varredura com ampliação de 5000X, conduzida em um microscópio Hitachi modelo T3000. Para a quantificação de austenita retida, as amostras foram submetidas à difração de raios X em um difratometro Shimadzu modelo XRD-7000 com alvo metálico de cobre, ângulo de varredura entre 10 e 100 e passo de 0,02s -1. Em seguida, no software Origin 8, foi realizada a quantificação do constituinte presente nos espectros pelo cálculo da área sob cada pico do difratograma. RESULTDOS E DISUSSÃO Na Fig. 3 são mostrados os resultados da análise por metalografia semiquantitativa, nos quais se observa a proporção de carbonetos na microestrutura do material temperado, considerando cada temperatura de austenitização e tempo de encharque. O resultado referente ao aço no estado inicial também é exibido. Figura 3. Gráfico representativo da análise semiquantitativa de carbonetos no aço rápido ISI 2 no estado inicial e nas diferentes condições de têmpera. Verifica-se que, de maneira geral, o aumento da temperatura de austenitização e do tempo de encharque promoveu uma redução do percentual de carbonetos presentes na microestrutura do aço rápido ISI 2 submetido ao tratamento térmico 4906

5 Intensidade (ua) Intensidade (ua) Intensidade (ua) Intensidade (ua) 21º BEIT - ongresso Brasileiro de Engenharia e iência dos ateriais 09 a 13 de Novembro de 2014, uiabá, T, Brasil de têmpera. Essa diminuição na proporção dos precipitados está de acordo com os resultados observados anteriormente, tanto em termos de microestrutura (de forma qualitativa) quanto de dureza (10). elevação da temperatura e/ou tempo proporciona maior facilidade dos elementos de liga entrar em solução sólida, levando ao aumento do teor de carbono na estrutura austenítica antes do resfriamento e, consequentemente, à formação de martensita igualmente de maior teor de carbono, portanto, mais dura. Nota-se que, na situação extrema, a proporção de carbonetos foi reduzida de cerca de 21%, relativa ao material temperado com aquecimento a 1000 e tempo de encharque de 10 minutos, para cerca de 5%, relativa ao material com aquecimento a 1200 e tempo de 60 minutos. Na Fig. 4 são mostrados, como exemplos, os difratogramas do aço rápido ISI 2 no estado inicial e nas três temperaturas de austenitização investigadas, com tempo de encharque de 20 minutos. identificação dos picos com as fases diversas ( martensita, austenita retida e carbonetos) foi realizada por meio de comparação com os resultados de estudos com aços rápidos da literatura (6,12,13) (a) (b) θ (graus) (c) θ (graus) (d) θ (graus) θ (graus) Figura 4. Difratograma do aço rápido ISI 2 no estado inicial e nas diferentes temperaturas de austenitização na têmpera para o tempo de 20 min: (a) estado inicial, (b) 1000, (c) 1100 e (d)

6 21º BEIT - ongresso Brasileiro de Engenharia e iência dos ateriais 09 a 13 de Novembro de 2014, uiabá, T, Brasil Verifica-se que, qualitativamente, o aumento da temperatura de austenitização levou à elevação na proporção de austenita retida, fenômeno evidenciado principalmente no tempo de encharque de 60 minutos. Tal resultado é reiterado pela análise semiquantitativa da proporção desse constituinte, exibida na Fig. 4, considerando o material no estado inicial e tratado termicamente. Observa-se que, em geral, tanto a elevação da temperatura de aquecimento como o aumento no tempo de encharque levaram a uma maior proporção de austenita retida no aço ISI 2. Novamente nota-se que, na situação extrema, a proporção de austenita retida foi elevada de cerca de 2%, relativa ao material temperado com aquecimento a 1000 e tempo de encharque de 10 minutos, para cerca de 9%, relativa ao material com aquecimento a 1200 e tempo de 60 minutos. Em relação à ocorrência de austenita retida, com a solubilização de carbonetos mais pronunciada com a temperatura e com o tempo, mais carbono fica em solução sólida na estrutura austenítica. Isso afeta a resistência ao cisalhamento e deformação da rede cristalina, mecanismo responsável pela transformação martensítica, o que resultaria, portanto em uma maior proporção de austenita retida. Figura 4.Gráfico representativo da análise semiquantitativa da austenita retida no material no estado inicial e nas diversas condições de têmpera. ONLUSÕES Observou-se que, de maneira geral, o aumento da temperatura de austenitização e do tempo de encharque no tratamento térmico do aço ISI 2 resultou em uma redução no percentual de carbonetos dispersos sobre a matriz, ou seja, o aumento da temperatura e do tempo induziu a dissolução dos carbonetos na 4908

7 21º BEIT - ongresso Brasileiro de Engenharia e iência dos ateriais 09 a 13 de Novembro de 2014, uiabá, T, Brasil matriz de martensita. lém disso, a elevação da temperatura e do tempo de encharque influenciou de forma a aumentar o percentual de austenita retida no aço rápido após o resfriamento na têmpera. mbos os fenômenos podem ser relacionados, dado que a dissolução de carbonetos resultaria, de forma geral, em um aumento do teor de carbono na austenita anterior ao resfriamento, resultando em uma maior quantidade de austenita retida ao final do tratamento térmico de têmpera. REFERÊNIS 1. HIVERINI, V. ços e ferros fundidos. 7 ed. São Paulo: ssociação Brasileira de etalurgia e ateriais - B, p. 2. HUS,. S.; DOÁNKOVÁ,. Precipitation of secondary carbides in 2 highspeed steel modified with Titanium diboride. Journal of aterials Engineering and Performance, v. 22, 2013, p ZHOU, X.F.; FNG, F.; LI, F.; JING, J.Q. ophology and microstructure of 2 carbide formed at different cooling rates in ISI 2 high speed steel. Journal of aterials Science, v.46, 2011, p ZHNG, G.;YUN, H.; JIO, D.; LI, Z.; LIU, Z. icrostructure evolution and mechanical properties of T15 high speed steel prepared by twin-atomiser spray forming and thermo-mechanical processing. aterials Science & Engineering, v. 558, 2012, p XU, L.; XING, J.; WEI, S.; ZHNG, Y.; LONG, R. Study on relative wear resistance and wear stability of high-speed steel with high vanadium content. Wear, v. 262, 2007, p HERRNZ, G.; ROERO,.; STRO, V.; RODRÍGUES. G.P. Processing of ISI 2 high speed steel reinforced with vanadium carbide by solar sintering. aterials and Design, v.54, 2014, p PIPPEL, E.; WOLTERSDORF, J.; POKL, G.; LIHTENEGGER, G. icrostructure and nanochemistry of carbide precipitates in high-speed steel S ateriais haracterization, v. 43, 1999, p BOHNOWSKI, W.; LEITNER, H.; JOR, L.; EBNER, R.; JOR, B. Primary and secondary carbides in high-speed steels after conventional heat treatment and laser modification. aterials hemistry and Physics, v. 81, 2003, p

8 21º BEIT - ongresso Brasileiro de Engenharia e iência dos ateriais 09 a 13 de Novembro de 2014, uiabá, T, Brasil 9. OLÇO, R.; VlLR, R. Stabilisation of retained austenite in laser surface melted tool steels. aterials Science and Engineering, v.385, 2004, p GLHÃES,.S.; RI, G.B.G.; RTINS, S..S.; SILV, T.E.; LOPES, W.; ORRÊ, E..S. Efeito das condições de têmpera na microestrutura e na dureza do aço ISI 2.In: ONGRESSO NUL D B, 69, São Paulo, nais...são Paulo: B, p Disponível em acesso em: 21 de março PDILH,. F.; BROZIO FILHO, F. Técnicas de análise microestrutural. São Paulo: Hemus, p. 12. KBRI,., OHDZDEH, R.,TEPLIER,., RIVIERI, J.P. Effect of the initial microstructure on the plasma nitriding behavior of ISI 2 high speed steel. Surface & oatings Technology, v. 204, 2010, p DOBRZNSKI, L.., TUL, G., VREZ.., LEVENFELED, B., TORRLB,.J.. Fabrication methods and heat treatment conditions effect on tribological properties of high speed steels. Journal of aterials Processing Technology, v. 157, 2004, p INFLUENE OF QUEHING PRETERS IN THE RBIDES PRESENE IN THE ISI 2 HIGH SPEED STEEL BSTRT The main characteristic of high speed steels, besides maintaining high hardness at room temperature, is the ability of retain hardness when subjected to high temperatures and high cutting speeds. The high percentage of alloying elements in these steels allows the development of complex carbides, acquiring a high hardness by heat treatment. The aim of this study is to evaluate the effects of quenching parameters in the volumetric fraction of carbides by semi-quantitative metallography and of retained austenite by X-ray diffraction. It has been observed that, in general, the increase in the soaking time and in the austenitizing temperature resulted in the reduction of the amount of carbides and in an increase in the amount of retained austenite in the martensitic matrix. Keywords: high speed steel, quenching, carbides. 4910