Têmpera por retificação do aço AISI 420

Abstract

A têmpera por retificação é um processo híbrido de fabricação que visa obter uma restrita espessura endurecida, de forma controlada, por meio do processo de usinagem, induzindo o material à têmpera. Dessa forma, pode-se eliminar o processo de tratamento térmico tradicional de têmpera e revenimento da rota de processos, diminuindo assim o consumo de energia e o impacto ambiental. Há estudos que demonstram a viabilidade do processo de têmpera por retificação em aços comumente utilizados, no entanto, no que diz respeito à aplicação em aços inoxidáveis, em especial o aço AISI 420, esse processo ainda não foi amplamente explorado. Os experimentos para avaliar a têmpera por retificação no aço AISI 420 envolveram a realização de ensaios de retificação plana tangencial variando a penetração de trabalho de 0,04 mm a 0,20 mm, utilizando um rebolo mais macio (A80K6V) e um rebolo de maior dureza (A80P6V), totalizando dez combinações de ensaios e suas respectivas réplicas. Como grupo de controle, dez corpos de prova adicionais foram submetidos à rota tradicional de tratamento térmico de têmpera e revenimento. A caracterização dos corpos de prova retificados foi realizada por meio da medição da rugosidade, da variação do perfil de dureza na subsuperfície, do estado de tensões residuais e a caracterização de fases por meio de difração de Raio-X, bem como microscopia óptica e eletrônica de varredura. Foi observado que para penetrações de trabalho acima de 0,08 mm alterou-se termicamente uma porção significativa da subsuperfície do material, resultando em valores de dureza similares aos obtidos nos corpos de prova tratados termicamente pela rota convencional. As análises microscópicas e por difração de Raio-X evidenciaram a ocorrência de transformações de fase que resultaram na têmpera do material. Na condição máxima de penetração de trabalho (ae = 0,20 mm), observou-se um pico de dureza de cerca de 50 HRC e uma região termicamente alterada com cerca de 0,3 mm de espessura. Apenas na condição mínima de penetração de trabalho não foi observada nenhuma alteração significativa. Com base nos resultados obtidos é possível concluir que é viável o endurecimento do aço AISI 420 por têmpera por retificação e que a profundidade da camada endurecida depende da combinação dos parâmetros de corte.

Abstract: Grind-hardening is a hybrid manufacturing process that aims to achieve a controlled, restricted hardened layer through machining, inducing the material to quenching. This approach can eliminate the traditional heat treatment process of quenching and tempering from the process route, thereby reducing energy consumption and environmental impact. Studies have demonstrated the feasibility of the grind-hardening process in commonly used steels, however, regarding its application to stainless steels, particularly AISI 420, this process has not yet been widely explored. Experiments to evaluate grind-hardening in AISI 420 steel involved tangential surface grinding tests, varying the depth of cut from 0,04 mm to 0,20 mm, using a softer grinding wheel (A80K6V) and a harder grinding wheel (A80P6V), resulting in ten test combinations and their respective replicas. As a control group, ten additional specimens were subjected to the traditional quenching and tempering heat treatment route. The characterization of the ground specimens was carried out by measuring surface roughness, subsurface hardness profile variation, residual stress state, and phase characterization using X-ray diffraction, as well as optical and scanning electron microscopy. It was observed that for depths of cut greater than 0,08 mm, a significant portion of the material's subsurface was thermally affected, resulting in hardness values similar to those obtained in specimens treated via the conventional heat treatment route. Microscopic and X-ray diffraction analyses revealed phase transformations that led to material hardening. Under the maximum depth of cut condition (ae = 0,20 mm), a hardness peak of around 50 HRC and a thermally affected region approximately 0,3 mm thick were observed. Only under the minimum depth of cut condition was no significant alteration observed. Based on the results obtained, it is possible to conclude that grind-hardening AISI 420 steel is a feasible process, and the depth of the hardened layer depends on the combination of cutting parameters.