Estudo do Efeito do Teor de Alumínio na Cementação e Têmpera em Banho de Sal de um Aço DIN 16MnCr5

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1 Estudo do Efeito do Teor de Alumínio na Cementação e Têmpera em Banho de Sal de um Aço DIN 16MnCr5 Ivan Augusto Martins Wander Gomes da Silva Schaeffler Brasil Ltda. Bruno G. Scuracchio Luis Fernando M. Martins Mangels Indústria e Comércio Ltda

2 Introdução Cementação Tratamento termoquímico em que se promove enriquecimento superficial com carbono por difusão. Temperatura ( C) tempo (min) Cementação / Têmpera e Revenimento

3 Introdução Cementação Utiliza-se para peças que necessitam de alta dureza superficial, alta resistência à fadiga de contato e submetidas a cargas superficiais elevadas Martensita (camada cementada) Núcleo temperado

4 Introdução Têmpera transformação microestrutural na camada cementada Curva de resfriamento contínuo 1 Temperatura M s A A + B 1 M 2 A + F A + F + P F + P B 25 µ m 25 µ m martensita 2 martensita + troostita Tempo

5 Introdução Têmpera efeito dos elementos de liga e tamanho de grão na temperabilidade elementos de liga Temp. Cr, Si, Mn, Mo, B... M S Tempo tamanho de grão mais fino Temp. M S Tempo

6 Introdução Processo de desoxidação do aço Aço acalmado ao Si Aço acalmado ao Al Refinador de grão

7 Objetivo Comparar as características metalúricas após tratamento térmico de cementação, têmpera e revenimento em banho de sal entre aços DIN 16MnCr5 acalmado ao Silício e acalmado ao Alumínio Tabela 1: Composição química 16MnCr5 conforme DIN EN C Si Mn Cr P S 0,14 1,00 0,80 0,19 0,40 1,30 1,10 0,035 0,035

8 Materiais e Métodos Amostras: Tabela 2: Composição química C Si Mn P S Acalmado ao Al Amostras Grupo A 0,16 0,31 1,15 0,022 0,004 Al Cr Cu Ni Al N 0,043 0,90 0,008 0,02 0,043 0,007 C Si Mn P S Acalmado ao Si Tabela 3: espessuras e grau de redução espessura (mm) grau de redução Amostras Grupo B 0,15 0,15 1,26 0,022 0,008 Al Cr Cu Ni Al N 0,92 0,009 0,02 0,002 0,002 0,002 Amostras Grupo A 3,0 62,50 4,5 43,75 6,5 18,75 espessura (mm) grau de redução Amostras Grupo B 3,0 62,50 4,5 43,75 6,5 18,75

9 Materiais e Métodos Tratamento Térmico: Temperatura ( C) tempo (min) Cementação / Têmpera e Revenimento

10 Resultados e Discussão Profundidade de camada cementada (CHD) Curva de dureza - Grupo A, 3 mm Amostras Grupo A dureza, HV ,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0, ,5 distância, mm Curva 1 Curva Curva de dureza - Grupo A, 4,5 mm 500 dureza, HV1 Curva de dureza - Grupo A, 6,5 mm dureza, HV ,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 distância, mm Curva 1 Curva ,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 distância, mm Curva 1 Curva 2

11 Resultados e Discussão Profundidade de camada cementada (CHD) 900 Curva de dureza - Grupo B, 3 mm Amostras Grupo B 800 dureza, HV1 dureza, HV Curva de dureza - Grupo B, 4,5 mm ,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0, ,5 distância, mm Curva 1 Curva Curva de dureza - Grupo B, 6,5 mm ,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 700 distância, mm Curva 1 Curva dureza, HV ,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 distância, mm Curva 1 Curva 2

12 Resultados e Discussão Microestrutura Grupo A Grupo B 100 µm TG 7 TG 5

13 Resultados e Discussão Dureza Tabela 4: Dureza HV5 Grupo A 3,0 mm Amostras Grupo A Tabela 6: Dureza HV5 Grupo A 6,5 mm Tabela 5: Dureza HV5 Grupo A 4,5 mm

14 Resultados e Discussão Dureza Tabela 7: Dureza HV5 Grupo B 3,0 mm Amostras Grupo B Tabela 9: Dureza HV5 Grupo B 6,5 mm Tabela 8: Dureza HV5 Grupo B 4,5 mm

15 Resultados e Discussão Tabela 10: Resumo das características metalúrgicas Espessura Grupo Característica 3,0 mm 4,5 mm 6,5 mm Dureza na superfície (HV10) Dureza no núcleo (HV10) A (maior % Al) Camada cementada (CHD 550 HV1) 0,39 0,39 0,37 Tamanho de grão Microestrutura Martensita, sem trostita Martensita, sem trostita Martensita, sem trostita Pontos moles Não Não Não Dureza na superfície (HV10) Dureza no núcleo (HV10) B (menor %Al) Camada cementada (CHD 550 HV1) 0,35 0,35 0,35 Tamanho de grão Microestrutura Martensita, sem trostita Martensita, sem trostita Martensita, sem trostita Pontos moles Não Não Não

16 Conclusões - Os dois grupos de amostras apresentaram valores de profundidade de camada cementada aproximados, não caracterizando influência significativa do teor de alumínio. - O teor de Alumínio teve influência no tamanho de grão, resultando em uma microestrutura mais fina no aço com maior porcentagem deste elemento. - Em ambos os casos a transformação martensítica ocorreu homogeneamente, sem formação de troostita e consequentemente sem "pontos moles". - Para a mesma composição química o grau de redução não apresentou influência nas características finais das amostras (dureza, chd, microestrutura, )

17 Referências 1. METALS HANDBOOK 9a Ed. Vol.1 Surface Hardening of Steel ASM 1978 pp. 527 e DOVEY, D.M.; GADO, E.R.; MITCHELL, E.; OWEN, W.S. Heat Treatment of Metals Addison-Wesley Publishing Co pp ASM COMMITTEE ON GAS CARBURIZING Gas Carburizing Metals Handbook vol. 2 8a Ed ASM - pp. 93 e ASM COMMITTEE ON LIQUID CARBURIZING Liquid Carburizing Metals Handbook vol. 2 8a Ed ASM - pp WILLIAMS, G.T. Selection of Carburizing Steel, Case Depth and Heat Treatment Metals Handbook 1948 ASM pp JATCZAK, C.F.; RICE, S.L. Surface Hardening with Carbon and Nitrogen Metals Handbook 9a Ed. Vol ASM pp. 533 e EPSTEIN, S.; NEAD, J.H.; WASHBURN, T.S. Grain Size Control of Open-Hearth Carbon Steels Transactions of the American Society for Metals 1934 pp CASE, S.; VANHORN, K.R. Aluminum in Iron Steel New York, John Willey & Sons Cap pp DAVENPORT, E.S.; BAIN, E.C. General Relations Between Grain-Size and Hardenability and the Normality of Steels Transactions of the American Society for Metals 1934 pp DERGE, G.; KOMMEL, A.R.; MEHL, R.F. Some Factors Influencing Austenitic Grain Size in High Purity Steels Transactions of the American Society for Metals 1938 pp SOLTER, R.L.; BEATTIE, C.W. Grain Structure of Aluminum-Killed, Low Carbon Steel Sheets Journal of Metals 1951 pp HIRSCHHEIMER, L. R. Um Modelo Matemático para a Carbonitretação Gasosa Influência do Teor de Alumínio contido nos Aços Baixo-Carbono usados para Cementação sobre o Aparecimento de Pontos Moles na Superfície da Camada Carbonitretada e Sobre o Tamanho de Grão das Peças Tratadas XXXVIII Congresso Anual ABM 1983 v.2 pp

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