Curvas de temperabilidade Jominy

Realizaram-se ensaios de temperabilidade Jominy com os três tipos de aços, submetendo-os a três diferentes temperaturas de austenitização. As amostras J1, J2 e J3 foram aquecidas durante 25min nas temperaturas de 850°C, 920°C e 1050°C cada uma delas, totalizando nove amostras. A escala de dureza utilizada foi a Rockwell A, porque durezas mais elevadas ocorrem apenas em uma estreita coroa da superfície do material e não

66 justificaria o emprego de uma escala maior, pois o restante do vergalhão apresenta durezas menores.

Por meio da Figura 5.7, observa-se que o perfil de dureza para a amostra J1 tende a se linearizar com o aumento da temperatura de austenitização, e também tende a decrescer à medida que se trabalha em temperaturas mais elevadas (GÁRLIPP et al., 2001). Observa-se valores de dureza elevados principalmente para os primeiros 3mm a partir da extremidade. Quanto maior a temperatura de austenitização, maior o tamanho de grão e mais homogênea é a austenita, o que promove durante a têmpera, a formação de martensita ou agregados eutetóides mais grosseiros, portanto com menor dureza. Isto justifica as diferenças para os primeiros milímetros, depois a tendência, considerando os desvios experimentais, é que as diferenças não sejam significativas (WAGNER et al., 1997).

Figura 5.7: Influência da temperatura de austenitização nos perfis de dureza dos corpos de prova de temperabilidade Jominy do aço J1.

Para a amostra J2, o gradiente de dureza das amostras tende também a decrescer e se tornar linear com o aumento da temperatura de austenitização (GÁRLIPP et al., 2001). Por meio da Figura 5.8 observa-se que para a amostra J2, a dureza tende a diminuir em temperaturas mais elevadas, pois grãos austeníticos maiores tendem a gerar constituintes mais grosseiros. Para este caso, tem-se uma dureza menor na superfície do material quando comparada com a amostra J1, motivo justificado, principalmente, pela composição química. O

67 carbono é um dos principais elementos responsáveis pelo decréscimo da dureza do material, por isso teores menores deste elemento tendem a gerar uma dureza menor do aço. A amostra J1 possui maior temperabilidade que a amostra J2, fato que pode ser justificado pelo teor mais alto de carbono na primeira amostra (MENDES, 2015; WAGNER et al., 1997).

Figura 5.8 Influência da temperatura de austenitização nos perfis de dureza dos corpos de prova de temperabilidade Jominy do aço J2.

Para a amostra J3 já era de se esperar um perfil de dureza menor que aqueles apresentados anteriormente, por causa do baixo teor de carbono comparado com a amostra J1 e por conter menor teor de manganês do que a amostra J2. Calcagnotto et al. (2012), afirmam que o Mn aumenta a solubilidade do carbono na austenita, aumentando assim a temperabilidade pelo retardamento das transformações difusionais. Com base nesta ideia, é fácil perceber que a amostra J3 apresenta para os primeiros 5mm, um gradiente de dureza menor do que aquele obtido para a amostra J2 quando analisada nas temperaturas de 850°C e 920°C. A Figura 5.9 ilustra a veracidade do caso, baseado nos resultados dos ensaios Jominy realizados. Observa-se também por meio da Figura 5.9 que até aproximadamente 8mm de distância da borda temperada, a amostra J3 apresenta maiores durezas para a temperatura de 1050°C do que para a temperatura de 920°C. Isto acontece porque temperaturas maiores tendem a gerar grãos austeníticos maiores e mais homogêneos contribuindo assim, para uma maior temperabilidade do material (WAGNER et al., 1997).

68 Figura 5.9: Influência da temperatura de austenitização nos perfis de dureza dos corpos de prova de

temperabilidade Jominy do aço J3.

5.2.2.2 Efeito da composição química

Por meio da Figura 5.10 é possível observar que a amostra J1 apresenta maior temperabilidade para a temperatura de austenitização de 850°C, quando comparada com as amostras J2 e J3. Segundo Alves Filho (2004), o carbono é um dos principais elementos do aço e influencia diretamente na dureza e na temperabilidade do material, e como a amostra J1 apresenta maior teor deste elemento, consequentemente sua dureza é maior. O perfil de dureza da amostra J2 apresenta-se superior ao perfil de dureza da amostra J3, principalmente nos primeiros 5mm, motivo justificado pelo teor de manganês ser mais elevado na amostra J2. Na temperatura de 850°C, não houve a completa austenitização das amostras J2 e J3, pois esta temperatura está entre A1 e A3. Como o ter de Mn da amostra J2 é mais alto, durante

aquecimento a cinética de austenitização é facilitada e a fração de austenita formada deve ser maior do que a quantidade formada para a amostra J3. Aliado a isto, a adição do Mn na amostra J2 dificulta a precipitação e crescimento dos filmes de cementita, dificultando, em um resfriamento rápido, a formação de agregados difusionais bem formados. Neste contexto, pode-se justificar a maior dureza da amostra J2, principalmente nas regiões do corpo de prova submetidas às maiores velocidades de resfriamento (CALCAGNOTTO, 2012).

69 Figura 5.10: Comparativo entre as durezas das amostras J1, J2 e J3 na temperatura de 850°C.

Teores menores de C e Mn tendem a elevar a temperatura de austenitização dos aços por isso a quantidade de austenita formada é menor para a amostra J3, resultando numa quantidade pequena de fases mais duras decorrentes da transformação da austenita (GARLIPP, 2001).

Para o caso em que as amostras foram austenitizadas a 920°C, observa-se por meio da Figura 5.11, um perfil de dureza superior para a amostra J1. A 920°C, ocorreu a total austenitização das amostras. Até aproximadamente 9mm, o perfil de dureza da amostra J2 é superior ao da amostra J3, e a partir dessa distância o perfil tende a se linearizar. Este fato pode ser justificado pela diferença de concentração de Mn, que por ser maior para a amostra J2, favorece o aumento da temperabilidade pelo retardamento das transformações difusionais além de aumentar a solubilidade do carbono na austenita e elevar a dureza da ferrita (CALCAGNOTTO, 2012; MAALEKIAN, 2007).

70 Figura 5.11: Comparativo entre as durezas das amostras J1, J2 e J3 na temperatura de 920°C.

Na Figura 5.12, fica claro a tendência de linearização dos perfis e também a diferença de dureza das amostras. Já era de se esperar que a amostra J1 tivesse dureza superior pelo teor de carbono ser mais elevado, teor de 0,28% em massa, justamente pelo fato do carbono estabilizar a austenita que consequentemente se transforma em fases mais duras no resfriamento (KRAUSS, 2005). É interessante ressaltar também que, nesse caso, a amostra J3, apesar de possuir menor teor de Mn que a J2, apresentou valores de dureza ligeiramente superiores. O Mn, por seu caráter gamagêneo, provoca a expansão do campo de estabilidade da austenita. Assim, a tendência é de que a temperatura de transformação eutetóide diminua, e que a composição eutetóide seja também deslocada para a esquerda. A adição do Mn na amostra J2 dificulta a precipitação e crescimento dos filmes de cementita, dificultando, em um resfriamento rápido, a formação de agregados difusionais bem formados (CALCAGNOTTO et al., 2012). Posto isso, espera-se que a amostra J2, que tem maior teor de Mn, inicie o processo de austenitização a temperaturas mais baixas e dê origem a austenita com menor teor de C que a amostra J3. Dessa forma, a cinética de crescimento de grão da amostra J2 é ligeiramente facilitada entre A1 e A3, o que justifica como será apresentado posteriormente, o maior tamanho médio de

71 Figura 5.12: Comparativo entre as durezas das amostras J1, J2 e J3 na temperatura de 1050°C.

5.2.3 Caracterização microestrutural dos corpos de prova Jominy