INFLUÊNCIA DO TRATAMENTO TÉRMICO NA MICROESTRUTURA DOS AÇOS RÁPIDOS AISI M2 E T15

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1 INFLUÊNCIA DO TRATAMENTO TÉRMICO NA MICROESTRUTURA DOS AÇOS RÁPIDOS AISI M2 E T15 R. A. Nogueira (*), O. C. S. Ribeiro (*), M. D. M. Neves (*), L. F. C. P. Lima (*), F. F. Ambrozio (*), D. Friedrich (**), L. Boehs (**) (*) Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, IPEN, Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais, Av. Lineu Prestes, 2242, Cidade Universitária, , São Paulo, SP, (**) Universidade Federal de Santa Catarina, Departamento de Engenharia Mecânica Palavras-chave: Aços rápidos, AISI M2, AISI T15, Tamanho de grão, Tratamento térmico. A influência do tratamento térmico de têmpera na microestrutura dos aços comerciais AISI M2, fundido e trabalhado e, T15 compactado isostaticamente a quente foi investigada. O tratamento térmico de têmpera foi realizado às temperaturas de: 1160, 1185, 1210 e 1235 C. Foram determinados tamanho médio de grão, fração volumétrica e tamanho médio dos carbonetos primários, tipos e, por meio de microscopia eletrônica de varredura e método analítico digital de imagens Quantikov. Foi observado, para as amostras do aço AISI M2 convencional, um aumento no tamanho médio de grão austenítico com a elevação da temperatura de têmpera. Com relação ao aço AISI T15 os resultados obtidos permitiram concluir que a elevação da temperatura de têmpera não resulta em um aumento do tamanho médio de grão. O mesmo comportamento foi verificado com relação ao tamanho médio e, fração volumétrica dos carbonetos M 6C e que, não foram alterados durante o tratamento de têmpera. INTRODUÇÃO Os aços rápidos utilizados em ferramentas de corte são ligas à base de ferro contendo tungstênio, molibdênio, vanádio, cromo e carbonetos. Durante sua solidificação são formados diferentes tipos carbonetos, sendo mais importantes os tipos e, nos quais M corresponde ao metal. A presença destes carbonetos depende da taxa de resfriamento e da concentração dos diferentes elementos presentes nestes aços (1). Estes carbonetos influenciam as propriedades finais dos aços de duas maneiras (1-4) : inicialmente, a dissolução parcial dos carbonetos na matriz durante a austenitização afeta as propriedades que dependem da composição da matriz, como dureza; na seqüência, ocorrem a precipitação dos carbonetos e, a transformação da austenita para martensita que, afetam as propriedades mecânicas, especialmente a resistência ao desgaste. O tratamento térmico final de ferramentas de aço rápido consiste de: austenitização, têmpera e revenimento. Este tratamento de endurecimento influencia o tamanho de grão austenítico e, conseqüentemente, a microestrutura e as propriedades destes aços (5,6). Neumeyer e Kasak (5) reportaram que o refinamento de grão austenítico melhorou significativamente o desempenho de ferramentas de aço rápido em condições de usinagem intermitentes e, que em condições de usinagem contínua o refinamento não apresentou efeito algum. Gill (7) constatou que o refinamento de grão foi responsável por um acentuado aumento da tenacidade de um aço rápido T1, submetido a testes de torção. Bungardt e Mülders (8) mostraram, também, que o refinamento progressivo do grão austenítico leva a um contínuo e substancial aumento da resistência à flexão de um aço rápido M2. A fração volumétrica, forma, tamanho e distribuição dos carbonetos primários e após tratamento térmico de têmpera dependem da temperatura do tratamento, composição e método de obtenção do aço (5,9,10,11). Em geral, o aumento da fração volumétrica dos carbonetos primários, resulta em um aumento da dureza, elevação da resistência ao desgaste e diminuição da tenacidade. O presente trabalho tem por objetivo avaliar a influência do tratamento térmico de têmpera na microestrutura dos aços rápidos AISI M2, fundido e conformado mecanicamente, e AISI T15 compactado isostat icamente a quente. 3366

2 MATERIAIS E MÉTODOS Neste trabalho foram utilizadas amostras dos aços rápidos, AISI M2 convencional, ou seja, fundido e conformado mecanicamente e, AISI T15 compactado isostaticamente a quente. As amostras dos aços foram fornecidas pelo fabricante no estado recozido, isto é, aquecidas lentamente até 870 C, mantidas por cerca de 2 horas, resfriadas até 760 C, conservadas a esta temperatura por 4 horas e, resfriadas ao ar. A seguir foram cortadas na forma de pastilhas quadradas com lados de 12,7 mm e, submetidas a tratamentos térmicos de têmpera às temperaturas de: 1160, 1185, 1210 e 1235 C, mantidas à respectiva temperatura por três minutos antes do resfriamento ao ar. A tabela I apresenta a composição química, em porcentagem em peso, dos aços rápidos utilizados neste trabalho. Para avaliação da microestrutura após têmpera, as amostras foram polidas até pasta de diamante de 1 µm, atacadas com solução de 3% Nital e observadas em microscópio eletrônico de varredura, com aumentos entre 1000 e 1500X. O tamanho médio de grão, fração volumétrica e tamanho médio dos carbonetos e foram determinados, por meio da análise de micrografias eletrônicas de varredura pelo método analítico digital Quantikov (12).. Este método foi desenvolvido para integrar recursos da plataforma Windows na análise de imagens, visando automatizar o processo de quantificação de micropartículas, a partir de imagens digitalizadas via scanner. Cerca de 250 grãos foram medidos, correspondendo a quatro diferentes regiões da amostra para obter-se resultados estatisticamente representativos. O mesmo procedimento foi adotado com relação às medidas dos carbonetos. Tabela I: Composição química dos aços rápidos (% em peso) C W Mo Cr V Co S T15 1,60 11,95 0,72 4,06 4,66 4,87 0,06 M2 0,85 6,38 5,25 4,20 1, ,27 RESULTADOS E DISCUSSÃO A figura 1 apresenta as microestruturas típicas das amostras dos aços rápidos AISI M2 e AISI T15 convencionais, temperadas às temperaturas de 1160 e 1210 C e, observadas por microscopia eletrônica de varredura. Estas microestruturas revelam os contornos de grãos austeníticos existentes antes da têmpera, os carbonetos primários (brancos) e (cinzas). A identificação do carboneto é muito difícil pois, sua densidade é próxima à da matriz; a utilização da imagem de elétrons retroespalhados (imagem de composição) facilita sua identificação. Os carbonetos apresentam forma arredondada para ambos os aços. (a) (b) 3367

3 (c) (d) Figura. 1: Micrografias eletrônicas de varredura dos aços AISI M2 (a) e (b) e AISI T15 (c) e (d), atacados com 3% nital e temperados a 1160 e 1210 C, respectivamente. Tamanho de grão austenítico A figura 2 apresenta o tamanho médio de grão austenítico para quatro diferentes temperaturas de têmpera AISI M2 AISI T15 Tamanho de grão ( µ m) Temperatura ( ο C) Figura 2: Tamanho médio de grão austenítico em função da temperatura de têmpera Os resultados obtidos mostram que, com relação ao aço AISI M2 a elevação da temperatura de têmpera resulta em aumento do tamanho médio de grão. Estes resultados estão de acordo com os apresentados por outros autores (5). No caso do aço AISI T15, pode-se observar um comportamento diferente, isto é, ao contrário do esperado, a elevação da temperatura não teve influência no tamanho médio de grão. Carbonetos A tabela II apresenta o tamanho médio e porcentagem em volume dos carbonetos primários nas amostras temperadas a diferentes temperaturas. Tabela II: Tamanho médio e porcentagem em volume dos carbonetos e nos aços AISI M2 e T15 após tratamentos térmicos de têmpera (TT). AISI M2 AISI T15 T.T. ( C) Total Total ,1 7,8 0,8 0,8 8,6 1,2 4,7 0,9 3,9 8, ,3 7,7 * * 7,7 1,2 4,6 1,1 3,9 8, ,3 4,2 0,7 0,3 4,5 1,2 3,8 1,0 4,5 8, ,2 4,8 0,7 0,1 4,9 1,1 3,2 1,0 3,6 6,8 * não detectado 3368

4 Os carbonetos primários tipo são predominantes nos aços rápidos. A quantidade destes carbonetos tem uma diminuição acentuada, no aço AISI M2 e, pequena, em relação ao aço T15, com a elevação da temperatura de têmpera. Estes carbonetos são dissolvidos na matriz e, devem precipitar na forma de carbonetos secundários, durante o tratamento de revenimento. Estes resultados estão de acordo com os obtidos por outros autores, embora os valores não sejam exatamente os mesmos (10). Com relação à fração volumétrica do carboneto tipo, observando-se as micrografias e os valores da tabela II, para o aço M2, ela é um pouco menor, quando comparada à fração presente no aço T15. Com relação ao tamanho médio dos carbonetos, não se observam variações consideráveis, em função do aumento da temperatura, para os aços utilizados neste estudo. CONCLUSÕES 1) A elevação da temperatura de têmpera ocasiona um aumento no tamanho médio de grão austenítico para amostras do aço convencional AISI M2. 2) Com relação ao aço AISI T15, a elevação da temperatura de têmpera não altera o tamanho médio de grão austenítico. 3) Não foram observadas variações substanciais no tamanho médio dos carbonetos e, em função do aumento da temperatura de têmpera, para ambos os aços. 4) No aço AISI M2, a fração volumétrica do carboneto tipo, é menor, quando comparada à presente no aço AISI T15. Com relação ao carboneto M 6C, ele esta presente em maior quantidade e, esta quantidade diminui com a elevação da temperatura de têmpera. 5) O aumento da temperatura de têmpera não teve efeito nem no tamanho médio nem na fração volumétrica dos carbonetos primários e para as amostras do aço AISI T15. REFERÊNCIAS 1. M. R. Ghomashchi and C. M. Sellars, Metall. Trans. 24A, (1993), H. Leitner, P. Kamer, G. Lichtenegger, A. Kneissl, F. Jeglitsch, Prakt. Metallogr. 34,(1997), G. Hoyle, High Speed Steel,, Butterworth & Co, UK (1988), M. R. Ghomashchi, Acta Mater., 46, (1998), T. A. Neumeyer and A. Kasak, Metall. Trans., 3 (1972), A. Omsén, J. Iron Steel Inst., 207, (1969), J. P. Gill, Trans. ASM, 24, (1936), K. Bungardt and O. Mülders, Arch. Eisenhüttenw, 35, (1964), A. Basu, B. K. Ghosh, S. Jana, S. C. Dasgupta, Metals Tech., (1980), F. Kaiser and M. Cohen, Metal Progress, 61, (1952), R.A. Nogueira, F.F. Ambrozio, L.F.C.P. de Lima, O.C.S. Ribeiro, M. D.M. Neves, L. Boehs, R. Funaro, Key Engineering Materials, vols , (2001), Trans. Tech. Publ., Switzerland. 12 L. C. M. Pinto, Tese de Doutorado, IPEN-USP, SP,

5 INFLUENCE OF THE HEAT TREATMENT ON THE MICROSTRUCTURE OF AISI M2 AND T15 HIGH SPEED STEEL R. A. Nogueira (*), O. C. S. Ribeiro (*), M. D. M. Neves (*), L. F. C. P. Lima (*),F. F. Ambrozio (*), D. Friedrich (**), L. Boehs (**) (*) Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, IPEN, Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais, Av. Lineu Prestes, 2242, Cidade Universitária, , São Paulo, SP, (**) Universidade Federal de Santa Catarina, Departamento de Engenharia Mecanica KEY-WORDS : High speed steel T15, AISI M2, AISI T15, Grain size, Heat treatment ABSTRACT: The influence of quenching temperature on the microstructure of conventional high speed steels, AISI M2 (cast to ingot and worked) and AISI T15 (hot isostatic pressed), was investigated.the quenching temperatures were 1160, 1185, 1210 and 1235 C. The mean austenitic grain size, the mean size and the volume fraction of the and M 6C primary carbides have been determined by the scanning electron microscopy images and the Quantikov quantitative, digital method. It was observed that for AISI M2 steel the mean austenite grain size increases as the quench temperature increases. It has been also shown that the increase of quenching temperature for the AISI T15 steel does not influence the mean grain size. Similar behavior was found for the measured carbide mean size. 3370

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