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Comparação entre ligas quanto ao desempenho sob fadiga térmica,
abrasão e oxidação
Edgar D Jesus
Claudia R Serantoni da Silva
Mário Boccalini Jr
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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.
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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.
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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
-
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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
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Caracterização Qualitativa
C62 C63 C64
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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.
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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.
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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.
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Análise macroscópica: Ensaio de líquido penetrante
Análise microscópica: Análise e contagem de trincas
C62 C63 C64
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Nucleação de trincas
C62 C63 C64
)*(4
1d
NtDt
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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.
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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
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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
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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.
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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.
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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