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Rua Alberto Guizo, 799 - CEP 13347-402 Indaiatuba - SP - Brasil Tel.: +55-19-39365121 - Fax: +55-19-39359003 - www.isoflama.com.br - isoflama@isoflama.com.br 1 1. Introduo Este texto tem por objetivo discutir importantes aspectos da seleo de temperaturas de tmpera e revenimento das diferentes marcas para o ao AISI 420 em funo das propriedades mecnicas que se desejaria alcanar, ou potencializar, tais como: dureza, resistncia corroso, tenacidade e tenso residual. Moldes, matrizes, ou ferramentas podem ser construdos em ao-ferramenta inoxidvel martenstico com a denominao genrica de ao 420. Os fabricantes de aos oferecem o ao AISI 420 com algumas variaes na composio qumica para reforar uma, ou mais, propriedades, tais como: resistncia corroso, polibilidade, tenacidade e dureza. Cada um dos aos produzidos com variaes na composio qumica indicada pela norma AISI recebe um determinado nome do respectivo fabricante. A Tabela 1 apresenta 12 diferentes composies qumicas de marcas do ao AISI 420 de alguns fabricantes de aos que foram desenvolvidas para atender a determinadas condies de aplicao, desempenho, etc... Tabela 1 Composio qumica (%) e marcas de fabricantes do ao AISI 420 Marcas C Cr Mo Outros AISI 420 0,15 -.0,40 12,0 -14,0 1 VC150 0,35 13,0 2 VP420IM 0,40 13,5 0,25 V 3 420 0,15 min 12,0 14,0 4 420 F 0,15 min 12,0 14,0 0,60 max 5 420 FSe 0,30 0,40 12,0 14,0 Se 0,15 min 6 M310 0,41 14,3 0,60 0,20 V 7 M333 0,28 13,5 - N 8 STAVAX ESR 0,38 13,6 0,30 V 9 STAVAX SUP 0,25 13,3 0,3 Ni 1,4; V 0,3 + N 10 THY 2190 0,40 13,50 0,25 V 11 THY 2316 0,36 16,0 1,2 12 ESKYLOS 2083 0,35-0,45 12,50-13,50 Si e V Rua Alberto Guizo, 799 - CEP 13347-402 Indaiatuba - SP - Brasil Tel.: +55-19-39365121 - Fax: +55-19-39359003 - www.isoflama.com.br - isoflama@isoflama.com.br 2 O usurio do ao AISI 420, muitas vezes, se refere a este ao, por comodidade e, ou, simplicidade, apenas e genericamente como 420. O distribuidor de ao que compra este de vrios fabricantes teria por hbito tambm adotar a fcil e genrica classificao de 420, ou Inox 420, mas se solicitado pelo usurio deveria informar o nome do fabricante e respectivo certificado de qualidade com a descrio completa de composio qumica. Essa seria a melhor maneira de se prevenir contra no conformidades nos processos de usinagem e, ou, trmicos posteriores. O no compromisso (involuntrio!) com a origem (fabricante do ao) e composio qumica impacta no momento da seleo dos parmetros do processo trmico de tmpera e, principalmente, revenimentos. O principal e desagradvel efeito seria no alcanar a dureza desejada na etapa de tmpera, ou a seleo da temperatura de revenimento no corresponder a dureza esperada. As propriedades que se busca alcanar para o ao inoxidvel AISI 420 so atendidas com a realizao de um correto tratamento trmico. A dureza do ao uma propriedade que pode ser avaliada de maneira rpida e eficiente depois do tratamento trmico e se situar, dependendo da aplicao do ao, numa ampla faixa de 40 at, aproximadamente, 58 HRC. A busca de propriedades como polibilidade, resistncia corroso, tenacidade e menor tenso residual no poderia levar em considerao apenas a dureza do ao, pois, como se pretende mostrar aqui, no seria possvel compatibilizar, por exemplo, mxima resistncia corroso e menor dureza, ou menor tenso residual e mxima tenacidade. O concurso simultneo dessas propriedades no possvel e escolhas devem ser feitas na seleo da propriedade de maior interesse, sem comprometer o melhor, ou o bom desempenho da ferramenta construda em ao inoxidvel martenstico [1]. 2. Propriedades O tratamento trmico deve ser executado obedecendo s recomendaes dos fabricantes dos aos e s condies especificas da tecnologia de aquecimento e resfriamento utilizados neste processo. A literatura tcnica especializada e o fabricante de ao fornecem diagramas que retratam as propriedades e as Rua Alberto Guizo, 799 - CEP 13347-402 Indaiatuba - SP - Brasil Tel.: +55-19-39365121 - Fax: +55-19-39359003 - www.isoflama.com.br - isoflama@isoflama.com.br 3 temperaturas recomendveis para se obter a melhor combinao de propriedades, tais como a resistncia a corroso, tenacidade, tenso residual e a dureza e que sero discutidas a seguir. As Figuras 1 e 2, por exemplo, mostram os diagramas que relacionam dureza versus temperaturas para o tratamento trmico de revenimento dos aos Stavax ESR e M310 [2] [3]. interessante observar o comportamento desse ao temperatura de revenimento que, medida que a temperatura sobe at 300 C, aproximadamente, a dureza decresce, porm sofre um incremento desta para temperaturas maiores at a ordem de 480 C. A partir dessa temperatura (480 C), a dureza experimenta queda abrupta para mnimos incrementos desta. Figura 1 Curva de dureza para o revenimento do ao Stavax ESR [2] A zona de temperatura compreendida entre 300 e 500 C resulta em diferentes propriedades mecnicas que podem afetar o desempenho da pea construda em ao AISI 420. Portanto, fundamental conhecer aspectos da aplicao da pea e, principalmente, as etapas de finalizao de construo desta, em termos de operaes como corte a fio, eletroeroso, nitretao e revestimento duro tipo PVD, para reduzir o risco, ou mesmo no produzir, eventos no-conformes tais como trincas, baixa qualidade de polimento, menor resistncia corroso, tenso residual elevada, etc... Rua Alberto Guizo, 799 - CEP 13347-402 Indaiatuba - SP - Brasil Tel.: +55-19-39365121 - Fax: +55-19-39359003 - www.isoflama.com.br - isoflama@isoflama.com.br 4 A Figura 2 mostra o comportamento da dureza para o ao M310 temperado de diferentes temperaturas de austentiizao (temperatura de tmpera) [3]. Nesses casos, semelhante ao comportamento do ao mostrado na Figura 1, uma maior temperatura de austenitizao eleva a curva de dureza para as temperaturas de revenimento. Figura 2 Curva de dureza para o revenimento do ao M310 [3] Importante salientar que a modificao da superfcie por nitretao deve ocorrer em temperatura inferior a 450 C nos casos em que a aplicao da superfcie pode se tornar interessante, ou at uma exigncia. A Figura 3 mostra o comportamento da propriedade resistncia corroso para o ao Stavax ESR. Observa-se nesse grfico que a resistncia corroso sofre reduo com o aumento da temperatura, porm a partir de 500 C inicia um processo de recuperao lenta dessa propriedade. Figura 3 Resistncia corroso versus temperatura de revenimento do ao Stavax ESR [2] Rua Alberto Guizo, 799 - CEP 13347-402 Indaiatuba - SP - Brasil Tel.: +55-19-39365121 - Fax: +55-19-39359003 - www.isoflama.com.br - isoflama@isoflama.com.br 5 O ao inoxidvel martenstico apresenta alterao dimensional conforme se eleva a temperatura do revenimento. A partir de 300 C o ao experimenta considervel alterao dimensional como mostrado na Figura 4 em ensaios realizados para o ao Stavax ESR. Observa-se que essa variao dimensional crescente conforme se eleva a temperatura de revenimento, alcanando o valor mximo na faixa de temperatura de 500 a 550 C, justamente a faixa utilizada para quando se deseja obter dureza inferior a 50 HRC. Em decorrncia disso, deve-se prever adequado sobremetal para as peas, ou ferramentas, construdas em ao inoxidvel martensitico e na situao de projeto em que a dureza deve se manter inferior a 50 HRC. Figura 4 Alterao dimensional em funo da temperatura de revenimento [2] A Figura 5 mostra todas as propriedades do ao 420F obtidas em ensaios destrutivos de corpos de prova para as propriedades resistncia trao, limite de escoamento, tenacidade e dureza [4]. A curva de tenacidade obtida mostra uma variao em funo da temperatura de revenimento, ou seja, alcana um valor mximo em temperaturas na faixa de 250 a 300 C para, em seguida, sofrer declnio at a temperatura prxima de 500 C e, a partir desta temperatura a curva sofre uma inflexo na direo de crescentes valores conforme incrementa a temperatura. Em contrapartida, a curva de dureza a partir de 500 C, como mostrado nesse diagrama, experimenta reduo para pequenos incrementos da temperatura. Assim, tambm nesse caso, devem se Rua Alberto Guizo, 799 - CEP 13347-402 Indaiatuba - SP - Brasil Tel.: +55-19-39365121 - Fax: +55-19-39359003 - www.isoflama.com.br - isoflama@isoflama.com.br 6 utilizar temperaturas superiores a 500 C quando se deseja obter dureza inferior a 50 HRC. Figura 5 Principais propriedades do ao 420 F [4]. A Figura 6 mostra o comportamento das propriedades dureza e tenacidade para o ao M333 [3]. Esse ao mostra o mesmo comportamento para as propriedades tenacidade e dureza do ao 420F em funo da temperatura de revenimento, porm com valores diferentes destas. Figura 6 Propriedades de tenacidade versus dureza do ao M333 [3] Rua Alberto Guizo, 799 - CEP 13347-402 Indaiatuba - SP - Brasil Tel.: +55-19-39365121 - Fax: +55-19-39359003 - www.isoflama.com.br - isoflama@isoflama.com.br 7 A Figura 7 apresenta a propriedade tenacidade em funo da temperatura de revenimento utilizada para o ao M333. O fabricante desse ao sugere que para peas compactas, ou de pequenas dimenses, estas poderiam ser utilizadas com a dureza de 54 HRC (dureza obtida na faixa de temperatura de revenimento de 200 a 300 C), obtendo-se a condio de melhor resistncia a corroso e tenacidade. Para peas complexas, grandes, como o caso de algumas matrizes para injeo de plstico com cavidades, canais de refrigerao, brusca mudana de forma e dimenses, a dureza recomendvel, conforme sugere o fabricante desse ao, seria na ordem de 48 a 52 HRC (dureza obtida para temperaturas de revenimento superior a 500 C) e menor quadro de tenso residual. A tenso residual o resultado das tenses desenvolvidas durante o tratamento trmico de tmpera e revenimento e que, neste caso, so tenses de trao na superfcie do ao [5]. O melhor tratamento trmico busca reduzir ao mximo essas tenses de trao na superfcie. Dessa forma, para um dado tipo de pea, ou matriz, as operaes finais de construo eletroeroso, corte a fio, aplicao de revestimento duro tipo PVD condicionariam a seleo da melhor temperatura do tratamento trmico da etapa de revenimento. Figura 7 Comparao das propriedades resistncia corroso e tenso residual para o ao M333 [3] Rua Alberto Guizo, 799 - CEP 13347-402 Indaiatuba - SP - Brasil Tel.: +55-19-39365121 - Fax: +55-19-39359003 - www.isoflama.com.br - isoflama@isoflama.com.br 8 3. Tratamento Trmico O tratamento trmico seleciona os parmetros de processo para atender principal especificao dos aos e mede, a priori, o sucesso deste atravs do ensaio no destrutivo de dureza. Entretanto, como se depreende da observao das Figuras 5, 6 e 7 acima, nem sempre a propriedade dureza pode espelhar o melhor resultado para propriedades como resistncia a corroso, tenacidade e tenso residual. Nas situaes de pequenos componentes em que se busca polibilidade e resistncia a corroso a temperatura de revenimento deve se situar entre 250 e 300 C. Porm mesmo para pequenos componentes onde existem etapas posteriores tais como eletroeroso, corte a fio e, ou, revestimento duro, deve-se utilizar temperaturas de revenimento acima de 500 C e, neste caso, no deve privilegiar a propriedade dureza. Para se obter a melhor combinao de resistncia corroso e tenacidade, o revenimento deve ser executado na temperatura prxima de 250 C, conforme mostrado na Figura 5 e 7, entretanto a dureza resultante ser de, no mnimo, 50 HRC, o que poderia causar dificuldades na operao de usinagem posterior dependendo do equipamento a ser utilizado e aumentar, vale novamente, e insistentemente, lembrar, o risco de se produzir trincas caso o ao da pea, ou matriz, ainda seja submetido a operaes finais de eletroeroso e, ou, corte a fio. Dessa forma, e resumidamente, as seguintes consideraes poderiam ser utilizadas como critrios na determinao da melhor temperatura de revenimento, ou mesmo da melhor rota de tratamento trmico, tendo em vista alcanar o melhor desempenho da ferramenta em trabalho, ou potencializar adequadas propriedades: a) Seria possvel a usinagem na dureza acima de 50 HRC? b) Estaria prevista alguma operao de eroso / corte a fio depois do tratamento trmico? c) A superfcie do ao deve sofrer modificao por nitretao e, ou, aplicao de revestimentos duros tipo PVD depois da tmpera e revenimento? d) A propriedade resistncia corroso no seria relevante? e) A condio de tenso residual menor no teria muita importncia? Rua Alberto Guizo, 799 - CEP 13347-402 Indaiatuba - SP - Brasil Tel.: +55-19-39365121 - Fax: +55-19-39359003 - www.isoflama.com.br - isoflama@isoflama.com.br 9 Se a resposta sim para todas as questes acima o revenimento deveria ser realizado, indubitavelmente, em temperatura acima de 500 C. A temperatura de revenimento somente poderia estar na faixa de 200 a 300 C se a resposta fosse no para os itens b e c. Assim, na seleo da melhor temperatura de revenimento de suma importncia o operador do equipamento de tratamento trmico conhecer as informaes citadas acima. Harmonizar todas as propriedades como dureza, resistncia corroso, mxima tenacidade e menor tenso residual no ser possvel e uma escolha deve ocorrer, em termos de qual propriedade se desejaria privilegiar para o ao. A Figura 8 mostra um fluxograma com a sugesto de possveis rotas de tratamento trmico para os aos inoxidveis martensticos do tipo AISI 420. A rota de tratamento trmico que contemplaria dois (2) revenimentos (mandatrio) temperatura, igual, ou maior a 500 C pode tornar necessrio acrescentar (recomendvel) um tratamento trmico de alvio de tenso (~ 500 C) se para concluir a construo do molde ainda ser necessrio operaes de retfica, eletroeroso e, ou corte a fio. Nesse caso recomendvel a realizao desse tratamento de alivio de tenso em forno a vcuo para preservar a superfcie acabada do ao da pea, matriz, ou ferramenta. A utilizao da rota com o tratamento trmico sub-zero e, ou criogenia, apesar de mais interessante em funo da reduo zero do microconstituinte austenita que no sofreu transformao martenstica na etapa de tmpera, para harmonizar as propriedades de resistncia corroso e tenacidade com o revenimento na faixa de 250 a 300 C, deve ser objeto de acurada anlise, caso a caso, em funo de elevados riscos envolvidos (trincas) nesta operao. (Minha recomendao: molde para injeo de plstico a melhor opo seria aos da classe trabalho a quente. Se necessrio melhorar polibilidade e resistncia a corroso, introduza a Nitretao na construo do molde). Rua Alberto Guizo, 799 - CEP 13347-402 Indaiatuba - SP - Brasil Tel.: +55-19-39365121 - Fax: +55-19-39359003 - www.isoflama.com.br - isoflama@isoflama.com.br 10 Figura 8 Fluxograma de rotas possveis de tratamento trmico para o ao AISI 420. Molde / Matriz Corte a Fio, Eletroeroso Nitretao, PVD depois do TT? 2 Revenimentos > = 500 C Revenimento < 300 C Possvel Sub-Zero? Sim No Revenimento < 300 C No Sim Sub-Zero FIM Alvio de Tenso aps Corte a Fio, ou Retifica, ou Eletroeroso Rua Alberto Guizo, 799 - CEP 13347-402 Indaiatuba - SP - Brasil Tel.: +55-19-39365121 - Fax: +55-19-39359003 - www.isoflama.com.br - isoflama@isoflama.com.br 11 4. Concluso Esta breve exposio de motivos tcnicos para a seleo do melhor ao e corretas temperaturas de tmpera e revenimentos com o objetivo de se alcanar as melhores e adequadas propriedades mecnicas do ao inoxidvel martenstico para a aplicao em moldes, matrizes, ou peas, permite concluir: A dureza, a priori, no seria a principal propriedade a ser considerada no projeto da ferramenta. A mxima resistncia corroso condicionaria a realizao do revenimento na faixa de temperatura de 200 a 300 C, o que resultaria em dureza final acima de 50 HRC e maior tenso residual. A faixa de temperatura de 200 a 300 C proporcionaria a melhor tenacidade, porm com maior tenso residual. A melhor condio de menor tenso residual seria para o revenimento realizado nas temperaturas acima de 500 C. Operaes depois do tratamento trmico, tais como corte a fio, eletroeroso, retfica, revestimentos duros tipo PVD, limitao de processos de usinagem e nitretao, condicionaria a seleo da temperatura de revenimento de igual, ou maior, a 500 C. Nesse caso, a dureza final pode ser inferior a 50 HRC. A melhor tenacidade para o ao M333 alcanada com a temperatura de 300 C; A condio de menor tenso residual do ao M333 atingida para revenimento igual, ou superior, a 500 C; (para informaes adicionais, contate Isoflama < isoflama!@isoflama.com.br ) Bibliografia [1] Heat Treatment of Martensitic Stainless Steels: Critical Issues in Residual Stress and Corrosion. E.D.Doyle; F.Kolak, Y.C.; Wong and T. Randle. Faculty of Engineering and Industrial Scienses, Swinburne University of Technology, Hawthorn, Victoria 3122, Australia. [2] Catlogo de aos Uddeholm [3] Catlogo de aos Boehler [4] Catlogo de aos Gerdau [5] Fadiga dos Materiais. Fem-Unicamp, Ps-graduao, Prof.I. Ferreira, 2003 mailto:isoflama!@isoflama.com.br

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