Efeito da composição química, da atmosfera cementante e dos ciclos termoquímicos na microestrutura e dureza de aços baixo carbono cementados e temperados

Abstract

Este trabalho teve como objetivo estudar o efeito da composição química e dos tratamentos termoquímicos na microestrutura e dureza de três aços submetidos a diferentes processos de cementação gasosa. Este tipo de cementação é largamente utilizado na indústria para aumentar a dureza superficial de pinhões, eixos e componentes mecânicos sujeitos ao desgaste e à fadiga. Amostras dos aços SAE 10B22, DIN 16MnCr5 e SAE 1020 foram tratadas em três diferentes ciclos de cementação, variando o tempo, tipo de atmosfera e temperaturas de revenimento. Análises microestruturais, microdurezas, teor de carbono ao longo da camada cementada, e métodos de medição do potencial de carbono da atmosfera foram os principais assuntos abordados no trabalho. Para os tratamentos termoquímicos realizados com 90 minutos, o aço DIN 16MnCr5 foi aquele que apresentou os maiores valores iniciais de microdureza. Para o tratamento realizado com 250 minutos, o maior valor inicial de microdureza na condição sem revenimento e revenido a 160°C foi obtido para o aço SAE 1020. Não foram observadas diferenças nas microestruturas dos aços estudados nas condições sem revenimento e revenido a 160°C, porém com o revenido a 300°C por uma hora foi possível notar alterações microestruturais. O aço SAE 10B22 apresentou microestruturas não-martensíticas na camada cementada para as condições sem revenimento e revenido a 160°C por uma hora. Isto pode ter sido causado pela formação de borocarbonetos devido à extrapolação da concentração ótima do boro nestas áreas, ocasionada pela difusão dos átomos de carbono. Para os dois primeiros tratamentos, o aço SAE 1020 apresentou os maiores teores superficiais de carbono. Não foi observada diferença significativa entre as atmosferas endotérmica e à base de nitrogênio comercial (mistura de nitrogênio e metanol). Os métodos usados para verificação do potencial de carbono da atmosfera não apresentaram resultados confiáveis quando comparados entre si.<br>

Abstract : This work aimed to study the effect of chemical composition and thermochemical treatments on the microstructure and hardness of three steels submitted to different gas carburizing process. Carburizing process is widely used at the industry to enhance the superficial hardness of pinions, shafts and mechanical components subjects to wear and fatigue. Samples of steels SAE 10B22, DIN 16MnCr5 and SAE 1020 were thermo chemically treated with three different carburizing cycles, varying time, furnace atmospheres and tempering temperatures. Microstructures analysis, microhardness, carbon content along the case and methods of measuring carbon potential were the main subjects studied in the present work. For thermochemical treatments performed with 90 minutes, steel DIN 16MnCr5 presented the highest initial microhardness values. For treatment performed with 250 minutes, under the conditions without tempering and tempering at 160°C, the highest microhardness values were obtained by steel SAE 1020. No microstructural differences were observed for the studied steels at the conditions without tempering and tempering at 160°C, but after tempering at 300°C for one hour it was observed a difference at the microstructure. Steel SAE 10B22 presented non-martensitic microstructures at the case for conditions without tempering and tempering at 160°C for one hour. This could have been caused by the formation of boron carbides due to an excess of boron optimums concentration at specific areas, caused by carbon diffusion. For the first and second treatment, steel SAE 1020 presented the highest carbon content at the surface. No significative difference was observed between endothermic and commercial nitrogen based atmospheres (nitrogen and methanol). Methods used to verify carbon potential at the atmosphere did not show trustable results when compared.