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

LigaComposição 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 -

C632,10 2,60

0,90 1,90

14,00 16,00

0,90 1,90

0,40 máx

0,45 0,95

0,80 1,30

0,5

C642,50 3,00

0,90 1,90

16,00 18,00

0,90 1,90

1,40 máx

0,45 0,95

0,80 1,30

-

Tratamento TérmicoC62

C63 e C64

Tempera 1060ºC / 2 horas – Revenimento (520-510)ºC / 1 hora, resfriado ao ar calmo.

Desestabilização da Austenita 1000ºC/ 3 horas – Revenimento (520-540)ºC/ 1 hora, resfriado ao ar calmo

Caracterização Qualitativa

C62 C63 C64

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.

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 600C (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

Análise microscópica: Análise e contagem de trincas

C62 C63 C64

Nucleação de trincas

C62 C63 C64

)*(4

1d

NtDt

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.

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.

Trib. Mult. TE-79

Pino-sobre-disco

Célula de carga

Disco

Peso

Pino

Trib. Mult. TE-79

Pino-sobre-disco

Célula de carga

Disco

Peso

PinoPino

Liga

Taxa de

desgaste

(mg/m)

C62 0,1550,002

C63 0,0970,001

C64 0,0960,004

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.

Perda de massa em função da distância percorrida

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.

Liga

Ganho de

Massa final

(mg/cm2)

C62 0,30

C63 0,13

C64 0,14

Evolução do ganho de massa

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

A liga C62 possui o melhor comportamento sob fadiga térmica e a liga C63 a pior resistência à fadiga térmica.

As ligas C63 e C64 possuem menor taxa de desgaste abrasivo quando comparadas à liga C62.

As ligas C63 e C64 possuem maior resistência à oxidação em relação à liga C62.

Abrasão

Fadiga Térmica

Oxidação