Aço - Propriedades mecânicas

A condição inicial da austenita de- termina o desenvolvimento da microes- trutura final e, conseqüentemente, das propriedades mecânicas finais do aço. Assim, o comportamento e as proprie- dades mecânicas dos aços dependem, não somente da natureza da decomposi- ção da austenita no resfriamento contí- nuo (a fase final do aço), mas também da cinética de reaustenitização, ou seja, se a fase austenítica é homogênea ou hete- rogênea, e, ainda, de seu tamanho de grão, da taxa de aquecimento, da pre- sença de inclusões não metálicas e da distribuição das fases [1] .

Buscando atender os requisitos: materiais de relativo baixo custo e de ampla aplicabilidade na indústria automotiva. A melhor opção foi o aço Dual Phase (DP), por esse ser mais leve, ter alta estampabilidade, atender aos requisitos de custo e aplicabilidade, o aço Dual Phase (DP) atende essas exigências com sua microestrutura bifásica, ferrita e martensita que afirmam a relação microestrutura e propriedades mecânicas. Neste contexto, a proposta deste trabalho foi correlacionar a microestrutura revelada na metalografia com as propriedades mecânicas obtidas nos ensaios de dureza e tração. A microestrutura foi revelada por intermédio de ataque químico com nital 2% e em seguida imagens capturadas da amostra foram processadas no software ImageJ de modo a obter a fração volumétrica das fases presentes. Foram avaliadas as propriedades mecânicas em relação à fração volumétrica das fases do aço DP 600 e analisadas em conjunto com as propriedades mecânicas obtidas através do ensaio de dureza Rockwell e do ensaio de tração. Com os valores das propriedades mecânicas, foi possível qualificar o método da metalografia, quanto ao ataque e a contagem de fase, de modo que se pode utilizar essa relação de propriedades ensaida/calculada como ferramenta de análise qualitativa. O método aplicado para a correlação entre microestrutura e propriedades mecânicas confirmou a importância das fases presentes no Aço Dual Phase para a obtenção das propriedades mecânicas desejadas na aplicação do aço.

O estudo das propriedades mecânicas de aços especiais de alta liga é de grande interesse por parte das indústrias siderúrgicas pela grande procura das empresas que fabricam componentes automotivos de grande criticidade, e também por seu alto valor comercial. No entanto, o desenvolvimento deste tipo de liga demanda alto conhecimento técnico-metalúrgico. Entre esses aços de extrema importância, os de interesse neste estudo são os aços especiais modificados ao nióbio. O manganês e o nióbio são os principais elementos de liga presentes na composição desses aços, ambos aumentam a região de estabilidade da austenita. O manganês aumenta a temperabilidade e o limite de resistência à tração; já o nióbio eleva a resistência mecânica e promove o refino do grão. A caracterização mecânica do aço SAE 1312 modificado ao nióbio foi feita a fim de se ter um melhor entendimento da influência nas propriedades mecânicas causada pelo envelhecimento em diferentes temperaturas e por diferentes reduções de bitola na trefilação do material. Essa caracterização foi feita por intermédio dos ensaios mecânicos de tração e dureza. Esse material apresentou um aumento no limite de resistência e na dureza quando com grandes reduções de bitola durante a trefilação. Porém, quando submetido a temperaturas de envelhecimento maiores que 300 °C, obteve-se uma ligeira perda destas propriedades.

Este trabalho faz parte de um programa de pesquisa da soldagem GMAW-P no modo pulsado em aço estrutural, tem por objetivo avaliar as propriedades mecânicas, especificamente a resistência mecânica, a tenacidade ao impacto e dureza, de juntas soldadas pelo referido processo, com variações na corrente de pico, tempo de pico e na temperatura do tratamento térmico de pré- aquecimento. O procedimento de soldagem prevê a realização das soldas em dois passes em juntas com chanfro em X, angulo de 60°, preparadas tiras do aço estrutural de alta resistência e baixa liga – ARBL, denominada COS-AR 50 com 16 mm de espessura. O material de adição a ser usado é um eletrodo de alma metálica AWS E70C-6M, no diâmetro de 1,2 mm, associado à proteção gasosa de CO 2 . Após a realização dos ensaios, os resultados foram

Este artigo tem por finalidade mostrar o estudo da influência de fatores e a otimização de múltiplas respostas das propriedades mecânicas do processo de tratamento térmico de têmpera e revenimento em arames de aço utilizados na fabricação de molas automobilísticas. Para o levantamento dos dados e modelagem estatística do processo foram utilizadas as metodologias delineamento de experimentos e regressão linear múltipla. No caso, esses métodos foram usados para auxiliar no desenvolvimento de uma modelagem estatística que substituísse a maneira tradicional de ajustar as variáveis de entrada do processo de tratamento térmico. O setup desse processo, atualmente, é realizado através de ensaios mecânicos de amostras piloto que, após passarem por todas as fases de um tratamento térmico de têmpera e revenimento, são encaminhadas para análise em laboratório. Os resultados obtidos nessa etapa são usados para regular o forno de têmpera, implicando considerável tempo de análise e de espera e reduzindo, consequentemente, a produtividade do processo.

Para que sejam obtidas as microestruturas responsáveis pela combinação especial de resistência e conformabilidade, que caracteriza os aços de resistência mais elevada para aplicação em rodas, é necessário um controle preciso do processo de fabricação, especialmente da laminação de tiras a quente. É sabido que, no processo de laminação a quente, a composição química do aço, a temperatura e o tempo de reaquecimento de placa, as temperaturas de acabamento e bobinamento, a escala de passes, a velocidade da linha e a estratégia de resfriamento, são variáveis que irão definir a microestrutura e as propriedades mecânicas do material em processo. Na fabricação de um aço com microestrutura formada por dispersão de uma segunda fase mais dura na matriz ferrítica, como é o caso dos aços de resistência mais elevada, o controle da temperatura de bobinamento desempenha um papel preponderante.

Os principais objetivos deste trabalho foram desenvolver estruturas bainíticas e multifásicas através de diversas rotas de tratamentos térmicos, visando as melhores combinações de propriedades mecânicas, fornecendo subsídios científicos/tecnológicos para as indústrias brasileiras. Em certos componentes de veículos aeroespaciais tem sido usado aço de baixa liga e ultra-alta resistência temperados e revenidos com elevada resistência devida a estrutura martensítica mas com baixa tenacidade. Uma melhoria na tenacidade é conseguida com redução controlada de resistência através do revenimento. O novo conceito, para aços avançados que combinam alta resistência com boa tenacidade, está simbolizado pelas microestruturas bainíticas e multifásicas. Neste projeto foi feito um estudo do efeito das microestruturas nas propriedades mecânicas de um aço AISI 4340. Foram analisadas diversas microestruturas, desde aquelas inteiramente bainíticas até microestruturas multifásicas com teores variados de ferrita, bainita, martensita e austenita retida. Os resultados foram comparados com aqueles obtidos por têmpera por resfriamento continuo e com as diversas rotas de transformação isotérmica. As combinações de propriedades mecânicas estão relacionadas com as frações volumétricas das fases e a bainita melhora significativamente a ductilidade do aço, mantendo a resistência elevada e melhorando a combinação resistência/ductilidade. O aço possui baixo coeficiente de encruamento e é possível conseguir resistências entre 1000 MPa e 1400 MPa com alongamento entre 13% e 25%, combinação esta superior aquelas encontradas para o mesmo aço quando temperado e revenido em óleo.

expresso em milímetros. Como a variação máxima no presente experimento foi de 5,6 µm para 6,3 µm, substituindo-se estes valores na equação 3.1, encontra-se uma diferença de 12 MPa, valor este observado em 22% nas variações do LE (tabela V.5) como diferença entre o maior e o menor valor das três réplicas feitas para cada tratamento desde experimento (média de variação entre as condições testadas é de 7 MPa). Desta forma, apesar de que o tamanho de grão se altera com a variação da temperatura de encharque, porém, esta alteração não promove variações significativas nos resultados de propriedades mecânicas do aço, portanto, os resultados alinham-se com as conclusões finais da literatura.

DOMONE (2007) analisou e comparou os resultados de mais de 70 estudos sobre as propriedades mecânicas do CAA, tais como resistência à compressão e à tração, módulo de elasticidade, energia de fratura, aderência das barras de aço e propriedades estruturais em obras. O referido autor observou uma dispersão significativa entre os resultados obtidos por diferentes autores. Esta dispersão foi associada à diversidade de materiais utilizados, às dosagens e aos procedimentos de ensaios. Notou-se também, que a resistência à compressão foi fortemente influenciada pelo tipo e quantidade de adição mineral utilizada, bem como pelo fator água/aglomerante. Os resultados de resistência à compressão mostraram variações de acordo com o tipo de agregado usado: os concretos convencionais com agregados britados apresentaram resistência cerca de 8 MPa maior do que a dos concretos convencionais com agregados arredondados, nos CAA esta diferença foi de 4 MPa. Ao se avaliar a influência do tipo de corpo-de-prova utilizado nos ensaios de resistência à compressão, notou-se que a razão entre a resistência à compressão do corpo- de-prova cilíndrico e a do corpo-de-prova cúbico variou de 0,8 a 1,0 nos CAA, para valores de resistência à compressão variando no intervalo de 30 MPa a 90 MPa. Por outro lado, nos concretos convencionais houve uma variação de 0,8 a 0,83 na razão entre resistência à compressão de corpos-de-prova cilíndricos e a de corpos-de-prova cúbicos, considerando-se o mesmo intervalo de resistência à compressão. SCHIESSL e ZILCH (2001) 2 apud DOMONE (2007) atribuem os valores observados nos CAA próximos a 1,0, para a relação entre a resistência à compressão dos corpos-de-prova cilíndricos e dos cúbicos, a uma superfície de ruptura mais lisa, devido à menor quantidade de agregados graúdos presentes nos CAA e à interface agregado-pasta mais rígida neste tipo de concreto.

O objetivo deste artigo é mostrar a aplicação das metodologias planejamento de experimentos com análise em blocos e regressão linear múltipla aplicadas ao estudo de um processo de tratamento térmico siderúrgico com múltiplas respostas. Por meio deste estudo buscou-se projetar modelos estatísticos que permitissem prever os resultados das propriedades mecânicas em arames de aço SAE 9254 trefilados, com diâmetros de 2,00 mm e 6,50 mm, após processo de têmpera e revenimento. Para isso foram investigadas as variáveis de entrada do processo (diâmetro, velocidade, temperatura de revenimento e concentração do polímero) e as suas influências sobre o limite de resistência à tração, a estricção e a dureza do material. Os resultados revelaram que todas as variáveis consideradas têm influência significativa na obtenção das propriedades mecânicas e os modelos obtidos foram validados utilizando-se análise de variância (ANOVA). A regressão linear múltipla permitiu representar o processo adequadamente e a análise gráfica possibilitou visualizar o comportamento das múltiplas respostas.

A soldagem de aços de alta resistência representa um desaio constante devido a grande variedade de ligas disponíveis, que necessitam associar requisitos rigorosos de elevada resistência mecânica e tenacidade simultaneamente. Neste contexto, os aços da classe HY- 80 amplamente utilizados na Marinha Brasileira, são ainda preferencialmente soldados pelo processo eletrodo revestido apesar das limitações deste processo em comparação com outros processos de soldagem. Com o objetivo de avaliar a possibilidade de uma melhoria de produtividade na soldagem manual deste aço, o presente trabalho apresenta uma análise comparativa entre as propriedades mecânicas de juntas soldadas do aço HY-80 realizadas pelos processos eletrodo revestido e GMAW. Foram realizadas soldagem multipasses pelos processos eletrodo revestido e GMAW com preaquecimento de 90°C e temperatura interpasses máxima de 150°C em chapas de dimensões 850X150X30mm em aço HY-80, na posição plana e energia de soldagem média de 1,29 e 1,36 kJ/mm, respectivamente. Posteriormente, realizou-se tratamento térmico pós-soldagem a 600°C por 1 hora, sendo esta condição comparada com a condição de como soldada. Foram realizados ensaios de tração, impacto Charpy-V, dureza e metalográicos para caracterização microestrutural por microscopia eletrônica de varredura. Adicionalmente, foi realizada uma análise comparativa de produtividade entre os processos. Os resultados mostraram ser possível obter propriedades mecânicas adequadas para todas as condições de análise. Além disso, veriicou-se que a produtividade propiciada pelo processo GMAW foi muito superior à do processo eletrodo revestido.

As fontes de restrição locais que são causas de trincas durante a variação cíclica térmica incluem variações no coeficiente de expansão térmica, na condutividade térmica e nas propriedades mecânicas do material, além das diferenças de propriedades em partes distintas do mesmo material como grãos, fases ou entre a matriz e as partículas de inclusões presentes. Como exemplo, inclusões de carboneto em um aço inoxidável com uma dispersão melhor e mais uniforme leva a um aumento na resistência à fluência, o que reduz a probabilidade de ocorrer trinca intergranular durante a variação cíclica térmica. Porém, o agrupamento destas partículas por causa do envelhecimento da estrutura em exposição contínua a temperatura elevada, intensifica a ação repetitiva e danosa das tensões térmicas locais em razão da variação cíclica térmica. Sendo assim, embora seja esperada a formação progressiva de uma fase que possua alta resistência, às custas da ductilidade, será normal a diminuição da resistência a variação cíclica térmica. A maneira como estas inclusões são distribuídas na fase determinam a significância deste efeito. A tendência do carboneto de precipitar sítios intergranulares, formando uma rede frágil e contínua ao longo dos contornos de grão em certos aços inox, conduz ao trincamento por variação cíclica térmica nesta região de mistura estrutural; a formação de partículas discretas grandes normalmente será muito menos danosa [Forrest, 1972].

Como citado, um dos principais fatores que contribui para a têmpera intensiva é a taxa de agitação. (BECK, 1985) mostra que o aumento nas taxas de resfriamento de componentes em aço, especialmente na região de transformação martensítica, potencializa o risco de formação de trincas, nos processos usuais de têmpera. Porém, os estudos de Kobasco comprovaram que o aumento das taxas de resfriamento a valores muito acima dos usuais mostraram-se eficientes na redução das probabilidades de trinca nas peças de aço conforme já comentado e mostrado na Figura 5. Além disso, a alta taxa de agitação no processo de têmpera intensiva mostrou-se eficiente na redução dos processos de distorção das peças e no melhoramento das propriedades mecânicas – principalmente resistência à fadiga – em função das tensões residuais criadas no processo (KOBASCO, 1964; ARONOV, 2002). Abaixo, a Figura 4 ilustra esse fenômeno:

O aço inoxidável austenítico superligado (22Cr-25Ni- 7Mo-0,3N), conhecido, comumente, como superaustení- tico, tem, como principal característica, a grande resistên- cia à corrosão em ambientes severos, principalmente em água do mar. Além da resistência à corrosão, possui boas propriedades mecânicas e estabilidade térmica. Para al- cançar as propriedades citadas, o material deve ser trata- do termicamente, visando à solubilização dos elementos de liga. Diferentes tratamentos térmicos foram testados nesse trabalho: solubilização (de 1100 a 1250°C); alívio de tensões (500 a 800°C) e sensitização (900°C, variando- se o tempo em 1,5h, 12h, 24h, 36 e 48h). Foram realizados ensaios de dureza e impacto, além de metalografia ótica, para se verificar a influência dos tratamentos térmicos na estrutura do material.

Nessa classe de aço, o teor de car- bono é menor, em relação aos aços ino- xidáveis martensíticos convencionais, necessitando da adição de elementos de liga que promovam a estabilização da fase austenítica, como o Ni. A redução do carbono pode-se evitar a precipita- ção de carbonetos do tipo Cr 23 C 6 , tra- zendo efeitos benéficos à resistência à corrosão desses aços (Newman, 2001). Dessa forma, as otimizações das propriedades mecânicas e de corrosão se tornaram dependentes da composi- ção química e das temperaturas de reve- nimento do material.

Com   o   presente   estudo,   nota-­‐se   que   o   comportamento   mecânico   do   aço   ABNT   8640   é   descrito   por   suas   propriedades   mecânicas,   as   quais   devem   ser   compreendidas   para   que   seja   possível   desenvolver   produtos   cada   vez   melhores,   possibilitando   o   atendimento   de   maneira   eficaz  aos  requisitos  impostos  pelos  usuários  que  estão  cada  vez  mais  severos.  Desse  modo,  o   ensaio  de  tração  avaliou  a  resistência  do  aço  a  uma  deformação  aplicada  lentamente,  conforme   representou   o   gráfico   da   força   em   função   da   deformação.   As   propriedades   importantes   neste   caso  são  o  limite  de  escoamento,  o  limite  de  resistência  a  tração  (tensão  máxima)  e  o  módulo  de   elasticidade.  

Grande parte dos AID envolve processo de fabricação por soldagem. Com isto, um adequado procedimento é primordial para não haver perda das propriedades deste material. Praticamente todos os processos de soldagem a arco convencionais podem ser usados na soldagem de AID. Por outro lado, o uso de processos com uma fonte de energia de alta densidade, como o feixe de elétrons ou o laser, tem a sua aplicação limitada. Nestes casos a precipitação da austenita é impedida devido às elevadas velocidades de resfriamento da junta [113,177]. O mesmo acontece nos processos de soldagem por resistência e por atrito. Com o intuito de facilitar a formação de austenita na ZF geralmente são usados metais de adição com um teor de Ni de 2,5 a 3,5% acima do teor do metal de base. Um dos problemas é manter a relação de austenita/ferrita na microestrutura. Com o uso destas adições e o controle da diluição, os teores de ferrita podem ser mantidos ao redor de 50%. Uma outra forma de controlar o teor de austenita da ZF é mediante a introdução de nitrogênio na poça de fusão através do metal de adição ou do gás de proteção. Em soldagens manuais, a energia de soldagem tem menos influência quando comparado com o efeito da composição [35]. Para aplicações práticas em juntas soldadas, uma adequada proporção de ferrita na ZF deve ser na faixa de 30 a 70%, de modo a aliar boas propriedades mecânicas e boa resistência à corrosão [65].

Os aços inoxidáveis superaustenítico são assim de- nominados, pois, além de apresentarem boa resistência à corrosão por pite, reúnem, também, excelentes proprieda- des mecânicas, o que os torna uma das opções para a fabricação de componentes utilizados pela indústria pe- trolífera. Entretanto o encruamento superficial, durante os processos de usinagem, pode alterar essas proprieda- des. Esse trabalho teve, por objetivo, investigar os efei- tos da operação de torneamento, na superfície do aço superaustenítico ASTM A351 CN3MN. Amostras do aço fundido sofreram um desbaste por torneamento cilíndri- co, com distintas velocidades de corte, utilizando-se de pastilhas de metal duro com geometrias variadas. A aná- lise da microestrutura, na superfície fundida, foi realizada por microscopia óptica e a superfície encruada foi deter- minada através da microdureza. As propriedades mecâni- cas do aço foram determinadas por ensaio de tração. O desgaste nas pastilhas de corte foi observado em um MEV.

)................................................................................................................................41 Figura 3.33 – Influência da temperatura de têmpera e taxa de resfriamento nos valores de LE e LR (Pichler et al., 1999) ....................................................................................42 Figura 4.1 – Esquema do fluxo de produção de aço com os locais de amostragem para as caracterizações e simulações.......................................................................................45 Figura 4.2 – Região de retirada das amostras na condição de laminado a frio (amostras BFH) utilizadas na simulação via Gleeble.................................................................46 Figura 4.3 – Esquema do ciclo de recozimento completo para produção de revestimento Zn-Fe (GA) utilizados na simulação via Gleeble............................................................46 Figura 4.4 – Esquema de simulação dos ciclos completos variando a temperatura de encharque em 720°C, 750°C, 780°C, 810°C e 840°C.....................................................47 Figura 4.5 – Esquema de simulação dos ciclos completos variando a temperatura de fim de resfriamento lento em 730°C, 700°C, 670°C, 640°C e 610°C...................................48 Figura 4.6 – Esquema das simulações realizadas de interrupção do ciclo durante a etapa de aquecimento a partir das temperaturas de 500°C, 600°C, 620°C, 640°C, 660°C, 680°C e 700°C................................................................................................................49 Figura 4.7 – Esquema das simulações realizadas de interrupção do ciclo durante a etapa de encharque para as temperaturas de 750°C, 780°C e 810°C......................................50 Figura 4.8 – Esquema das simulações realizadas de interrupção do ciclo durante a etapa de resfriamento lento com as temperaturas iguais a 730°C, 700°C, 670°C, 640°C e 610°C e a temperatura de encharque igual a 780°C....................................................50 Figura 4.9 - Esquema de ensaios realizados no dilatômetro com o objetivo de levantar as temperaturas Ac 1 e Ac 3 ................................................................................................... 51

O aço estudado é o aço rápido AISI M2, similar DIN WNr 1.3343, Tabela 3.1. São ligas aplicadas em ferramentas de corte que graças ao balanceamento de sua composição, tornou-se de uso corrente para ferramentas de desbaste e acabamento de grande versatilidade, com excelente combinação de tenacidade e resistência a abrasão. Indicado para brocas helicoidais de alta qualidade, fresa de todos os tipos, machos, cossinetes, brocas e ferramentas de usinagem em geral. Usado também para estampos de corte, punções, matrizes de estampagem profunda e outras ferramentas de deformação plástica a frio.