Avaliação do efeito dos parâmetros de têmpera por indução sobre a microestrutura e a dureza de aços de construção mecânica

Abstract

O processo de têmpera por indução é uma alternativa para o endurecimento de aços de construção mecânica, propiciando camadas endurecidas com microestrutura e profundidades controladas a custos competitivos e de forma menos danosa ao meio ambiente. Nos tratamentos térmicos superficiais de têmpera por indução são aplicadas altas taxas de aquecimento e resfriamento, controladas pela potência de indução, frequência da corrente alternada e velocidade de avanço da bobina, as quais determinam a temperatura e o tempo de austenitização. Estas variáveis influenciam a profundidade da camada martensítica, tamanho de grão austenítico, fração de austenita retida, características as quais determinam as propriedades mecânicas superficiais, como dureza, resistência à abrasão e fadiga. Neste trabalho foi analisada a influência da variação percentual da potência de aquecimento de austenitização de uma fonte de 160 kW de potência máxima e da velocidade de avanço do indutor de escaneamento sobre a microestrutura, espessura e a dureza da camada endurecida por têmpera dos aços de construção mecânica SAE 1045, SAE 5140 e SAE 52100, tendo como microestruturas de partida as condições normalizada, temperada e esferoidizada, respectivamente. Os testes foram realizados na linha de produção de uma empresa. Foram realizadas duas séries de experimentos: i) aplicação de diferentes potências de austenitização mantidas a velocidade de avanço de indutor constante; ii) aplicação de diferentes velocidades de avanço de indutor com potência constante. As amostras foram caracterizadas por microscopia ótica, macrodureza da superfície e microdureza da camada temperada. Os resultados apontaram que o aumento da potência e redução da velocidade geraram martensita em ripas mais grosseiras e aumento do tamanho de grão austenítico e crescimento da profundidade da camada temperada para as amostras de SAE 5140 e 1045 sendo a velocidade o fator que gerou maiores diferenças. A microestrutura previamente temperada do SAE 5140 apresentou microestrutura homogênea, já nos aços SAE 1045 normalizados foi observada a presença de bainita, perlita fina e ferrita não dissolvida ao longo da zona de transição da camada. No aço SAE 52100 esferoidizado foi observado o aumento da dissolução de carbonetos esferoidizados na austenita sob potências mais altas ou velocidades mais lentas de avanço do indutor e, como consequência, a maior fração de austenita retida foi formada e, na condição mais extrema de velocidade, a transição para uma martensita em placas. Baseado nas especificações técnicas de dureza e espessura de camada temperada definidas para as peças, os melhores parâmetros entre os testados neste trabalho foram de 1) SAE 1045: 85% de potência da fonte de indução e 18 mm/s de avanço do indutor. 2) SAE 52100 com 87% de potência a 8 mm/s de avanço. 3) SAE 5140 com 85% de potência a 21 mm/s de avanço ou 95% de potência a 25 mm/s de avanço.

The induction hardening process is a good alternative for carbon and alloy steel hardening, providing hardened layers with controlled microstructure and depth with competitive cost and less harmful to the environment. On quench and temper superficial induction heat treatment are applied high rates of heating and cooling, controlled by the induction power supply, alternate current frequency and austenitization time. These variables influence the martensitic layer depth, austenite grain size, retained austenite fraction, which in turn determine the hardened layer mechanical properties as hardness and wear resistance. In this work the influence of the variation of austenitization power supply percentage of a power supply of maximum power of 160 kW and inductor scanning speed on microstructure, hardened depth of the steels SAE 1045, SAE 5140 and SAE 52100, having as starting microstructures the normalized, quenched, and normalized conditions, respectively. The tests were carried out in a production line of a company. Two sets of experiments were made: i) application of different power supply parameters, maintaining the speed of induction constant. ii) application of different induction speeds, maintaining the power fixed. The samples were analyzed by light optical microscopy, hardened layer superficial macrohardness and microhardness profile. The results show that increasing the power supply and reducing the speed of induction produced a coarser lath martensite layer and the increase of the prior austenitic grain size for SAE 1045 and 5140 samples. On the spheroidized SAE 52100 steel samples, were observed the carbide dissolution in austenite, submitted to higher power and slower induction speed and, as consequence, larger fraction of retained austenitized was formed and a switch to the plate martensite morphology on the most extreme condition applied (4 mm/s and 97%). Based on the technical specifications for the hardened layers defined for the workpieces, the best parameters among those studied in this work were: 1) SAE 1045: 85% power supply and 18 mm/s induction speed. 2) SAE 52100: 87% power supply and 8 mm/s induction speed. 3) SAE 5140: 85% power supply and 21 mm/s of induction speed or 95% and 25% of induction speed.