Claudia R Serantoni da Silva Comparação entre ligas quanto ao desempenho sob fadiga térmica, abrasão e oxidação Edgar D Jesus Claudia R Serantoni da Silva Mário Boccalini Jr

Objetivo Estabelecer uma classificação de materiais destinados à fabricação de ferramentas de conformação mecânica a quente cujo desgaste é caracterizado pela ação simultânea de fadiga térmica, oxidação e abrasão principalmente.

Procedimento Experimental Fundição da ligas Foram fundidos tubos do aço AISI-A2 (C62) e de ferro fundido branco de alto cromo (C63 e C64) em centrífuga piloto do IPT.

Composição química nominal (% em peso) Liga Composição química nominal (% em peso) C Ni Cr Mo V Si Mn Nb C62 0,90 - 6,00 1,20 0,30 0,40 0,60 C63 2,10 2,60 0,90 1,90 14,00 16,00 0,40 máx 0,45 0,95 0,80 1,30 0,5 C64 2,50 3,00 16,00 18,00 1,40 máx

Tratamento Térmico C62 Tempera 1060ºC / 2 horas – Revenimento (520-510)ºC / 1 hora, resfriado ao ar calmo. C63 e C64 Desestabilização da Austenita 1000ºC/ 3 horas – Revenimento (520-540)ºC/ 1 hora, resfriado ao ar calmo

Caracterização Qualitativa

Descrição da microestrutura A liga C62 é um aço AISI-A2 e possui, em sua microestutura, dendritas de martensita revenida com carbonetos eutéticos M7C3 concentrados nas regiões interdendríticas, alem disso possui também carbonetos eutéticos do tipo MC devido à presença do nióbio na liga. As ligas C63 e C64 são ferros fundidos branco de alto cromo com diferentes teores de cromo e carbono e também apresentam uma microestrutura com dendrítas de martensita revenida e carbonetos eutéticos M7C3 nas regiões interdendíticas; entretanto, a fração volumétrica de carbonetos é significativamente maior, dado os teores mais elevados de cromo e carbono.

Fração volumétrica de carbonetos Caracterização Qualitativa Liga Fração volumétrica de carbonetos Dureza (HV – 100g) C62 1,63 + 0,11 727 + 1 C63 17 + 0,81 645 + 6 C64 18,7 + 0,51 624 + 7 A fração volumétrica de Nb é aproximadamente igual a % adicionada na composição química da liga.

Fadiga Térmica O corpo-de-prova é aquecido até que sua superfície atinja 600C (temperatura máxima na superfície da ferramenta de conformação mecânica) em 10s e imediatamente resfriado em água até atingir a temperatura ambiente. O corpo-de-prova é transportado alternadamente do interior da bobina para o tanque de água (e vice-versa) por intermédio de sistema pneumático comandado, no aquecimento, por pirômetro de radiação e, no resfriamento, por temporizador. O tempo de aquecimento foi determinado com base em ensaio similar constante de “know-how book” da empresa Kantox. Já o tempo de resfriamento no interior do tanque de água, 45 segundos, foi determinado a partir da necessidade de equalizar as temperaturas da superfície e do centro.

Análise macroscópica: Ensaio de líquido penetrante C62 C63 C64 Análise microscópica: Análise e contagem de trincas

Nucleação de trincas C62 C63 C64

Propagação de trincas C62 C63 C64 A liga C62 possui maior resistência à propagação de trinca. Isso se deve a menor fração volumétrica de carbonetos eutéticos , visto que não há formação de um caminho contínuo de carbonetos, propício à propagação da trinca. C62 C63 C64

Abrasão Os ensaios de desgaste abrasivo foram realizados em abrasômetro do tipo pino contra lixa. O ensaio foi conduzido a uma velocidade rotacional de 66 rpm, sob carga de 4,6 N, com pino de 3 mm de diâmetro extraido por eletroerosão a fio, foram realizadas três repetições (três pinos) para cada liga, foram utilizadas 25 lixas com granulometria #320 e abrasivo de Al2O3, totalizando uma distância total percorrida de 423 m.

Perda de massa em função da distância percorrida Liga Taxa de desgaste (mg/m) C62 0,1550,002 C63 0,0970,001 C64 0,0960,004 As ligas C63 e C64 possuem comportamento semelhante sob abrasão. A liga C62 possui baixa resistência à abrasão quando comparada às ligas C63 e C64. A maior fração volumétrica de carbonetos eutéticos das ligas C63 e C64 aumentam sua resistência à abrasão devido a dureza elevada dos carbonetos.

Oxidação Foram extraídos pinos com 9,2 mm de diâmetro, por eletroerosão. Esses pinos foram cortados transversalmente em cortadeira com disco de diamante, para obtenção de discos com espessura de 1 mm As amostras foram ensaiadas em balança termogravimétrica (TG), marca POLYMER, atual RHEOMETRICS, modelo STA 1500, que permite a aquisição contínua, via software, da massa do corpo-de-prova durante todo o tempo do ensaio. As amostras foram aquecidas da temperatura ambiente até 500oC, com uma taxa de 50°C/min e oxidadas isotermicamente por 240 minutos. A atmosfera utilizada foi uma mistura de 70,4% N2 (pureza de 99,999%), 17,6% O2 (pureza de 99,97%) e 12% de H2O. O ensaio foi realizado em um disco para cada liga. Os ensaios foram realizados na PUC-Rio.

Evolução do ganho de massa Liga Ganho de Massa final (mg/cm2) C62 0,30 C63 0,13 C64 0,14 As ligas C63 e C64 possuem melhor resistência à oxidação em relação à liga C62. É provável que esse comportamento se deva ao menor teor de cromo presente na liga C62.

Conclusões Fadiga Térmica Abrasão Oxidação A liga C62 possui o melhor comportamento sob fadiga térmica e a liga C63 a pior resistência à fadiga térmica. Abrasão As ligas C63 e C64 possuem menor taxa de desgaste abrasivo quando comparadas à liga C62. Oxidação As ligas C63 e C64 possuem maior resistência à oxidação em relação à liga C62.