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
Introdução Cementação Tratamento termoquímico em que se promove enriquecimento superficial com carbono por difusão. Temperatura ( C) 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 tempo (min) Cementação / Têmpera e Revenimento
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
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
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
Introdução Processo de desoxidação do aço Aço acalmado ao Si Aço acalmado ao Al Refinador de grão
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 10084 C Si Mn Cr P S 0,14 1,00 0,80 0,19 0,40 1,30 1,10 0,035 0,035
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
Materiais e Métodos Tratamento Térmico: Temperatura ( C) 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 tempo (min) Cementação / Têmpera e Revenimento
Resultados e Discussão Profundidade de camada cementada (CHD) 900 800 Curva de dureza - Grupo A, 3 mm Amostras Grupo A dureza, HV1 700 600 500 400 900 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 800 0,5 distância, mm Curva 1 Curva 2 700 600 Curva de dureza - Grupo A, 4,5 mm 500 dureza, HV1 Curva de dureza - Grupo A, 6,5 mm dureza, HV1 900 800 700 600 400 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 distância, mm Curva 1 Curva 2 500 400 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 distância, mm Curva 1 Curva 2
Resultados e Discussão Profundidade de camada cementada (CHD) 900 Curva de dureza - Grupo B, 3 mm Amostras Grupo B 800 dureza, HV1 dureza, HV1 700 600 Curva de dureza - Grupo B, 4,5 mm 500 900 400 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 800 0,5 distância, mm Curva 1 Curva 2 700 600 Curva de dureza - Grupo B, 6,5 mm 500 900 400 800 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 700 distância, mm Curva 1 Curva 2 600 dureza, HV1 500 400 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 distância, mm Curva 1 Curva 2
Resultados e Discussão Microestrutura Grupo A Grupo B 100 µm TG 7 TG 5
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
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
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) 876 877 874 Dureza no núcleo (HV10) 420 430 429 A (maior % Al) Camada cementada (CHD 550 HV1) 0,39 0,39 0,37 Tamanho de grão 7 7 7 Microestrutura Martensita, sem trostita Martensita, sem trostita Martensita, sem trostita Pontos moles Não Não Não Dureza na superfície (HV10) 840 843 847 Dureza no núcleo (HV10) 407 400 402 B (menor %Al) Camada cementada (CHD 550 HV1) 0,35 0,35 0,35 Tamanho de grão 5 5 5 Microestrutura Martensita, sem trostita Martensita, sem trostita Martensita, sem trostita Pontos moles Não Não Não
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, )
Referências 1. METALS HANDBOOK 9a Ed. Vol.1 Surface Hardening of Steel ASM 1978 pp. 527 e 528 2. DOVEY, D.M.; GADO, E.R.; MITCHELL, E.; OWEN, W.S. Heat Treatment of Metals Addison-Wesley Publishing Co. 1963 pp. 61 3. ASM COMMITTEE ON GAS CARBURIZING Gas Carburizing Metals Handbook vol. 2 8a Ed. 1964 ASM - pp. 93 e 94. 4. ASM COMMITTEE ON LIQUID CARBURIZING Liquid Carburizing Metals Handbook vol. 2 8a Ed. 1964 ASM - pp. 133. 5. WILLIAMS, G.T. Selection of Carburizing Steel, Case Depth and Heat Treatment Metals Handbook 1948 ASM pp. 681. 6. JATCZAK, C.F.; RICE, S.L. Surface Hardening with Carbon and Nitrogen Metals Handbook 9a Ed. Vol.1 1978 ASM pp. 533 e 534. 7. 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.942-78. 8. CASE, S.; VANHORN, K.R. Aluminum in Iron Steel New York, John Willey & Sons Cap.4 1953 - pp.93-137. 9. 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.879-925. 10. 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.153-172. 11. SOLTER, R.L.; BEATTIE, C.W. Grain Structure of Aluminum-Killed, Low Carbon Steel Sheets Journal of Metals 1951 pp. 721-726. 12. 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. 67-73.