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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.3.2012.tde-10052012-120328
Document
Author
Full name
José Benedito Marcomini
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2012
Supervisor
Committee
Goldenstein, Hélio (President)
Ferreira, Itamar
Santos, Rezende Gomes dos
Silva, Wanderson Santana da
Vatavuk, Jan
Title in Portuguese
Caracterização da nova liga Fe-C-Mn-Si-Cr: fragilização da martensita revenida e curvas de revenimento.
Keywords in Portuguese
Aço
Fragilização
Revenimento
Têmpera
Abstract in Portuguese
O aço SAE/AISI 52100 é utilizado para a fabricação de rolamentos como também na fabricação de outras peças e dispositivos como cames de eixo comando de válvulas. Um dos problemas desta liga é a necessidade de revenimentos em temperaturas muito baixas para obtenção de alta dureza e para evitar o fenômeno da fragilização da martensita revenida (FMR), em detrimento da tenacidade. Foi projetada uma nova liga Fe-C-Mn-Si-Cr (AISI/SAE 52100 modificado com 1,74% de Si e 0,96% de Mn) baseada na mesma ideia do aço 300M em relação ao SAE/AISI 4340. O efeito do Si na cinética de precipitação da cementita retarda a fragilização da martensita revenida (FMR), além de aumentar a dureza e mantê-la com valores relativamente altos mesmo quando do revenimento em temperaturas mais altas. A proposta do presente trabalho foi comprovar a resistência desta nova liga frente à FMR e demonstrar a resistência ao amolecimento perante o revenimento (curvas de revenimento). Com o intuito de estudar o efeito do Si na dureza do novo aço, foram elaboradas curvas de revenimento medindo-se essa propriedade em amostras do novo aço e do aço comercial após têmpera em temperaturas de austenitização na faixa de 825ºC e 960ºC, seguida por tratamento criogênico em nitrogênio líquido (-196ºC) durante doze horas e revenidas em temperaturas na faixa de 250ºC a 500ºC. Foram obtidas durezas acima de 60HRC, sendo que o aço modificado chegou a tingir 68HRC, no estado temperado. Foi estudada também a resistência ao amolecimento da nova liga e do aço comercial submetendo amostras em temperaturas constantes na faixa de 350ºC a 450ºC, variando-se o tempo na faixa de uma a dez horas. O aço modificado, após 10 horas em 450ºC, apresentou ainda, dureza de 58HRC. Para determinação das propriedades mecânicas desta nova liga foram realizados ensaios de tração em amostras temperadas e revenidas, comparativamente ao aço SAE/AISI 52100 comercial. Para a realização do estudo da FMR, foram comparados resultados dos ensaios de impacto para o aço SAE/AISI 52100 comercial (0,25%Si) e modificado (1,74%Si). O aço modificado não apresentou o fenômeno da FMR. Foram analisados aspectos microestruturais por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios-x.
Title in English
A new Fe-C-Mn-Si-Cr alloy characterization: tempered martensite embrittlement and tempering curves.
Keywords in English
Embrittlement
Martensite
Quench
Tempered
Abstract in English
The SAE/AISI 52100 steel is used for bearing manufacturing and automotive parts like camshafts lobes. A problem with this alloy is the need for low tempering temperature in order to obtain high hardness and to avoid the tempered martensite embrittlement phenomena, compromising the toughness. Based on the same idea as 300M steel regarding SAE/AISI 4340 steel, a new Fe-C-Mn-Si-Cr bearing alloy (AISI 52100 steel, modified with 1.74% Si and 0.96%Mn) was developed. The effect of Si on the kinetics of cementite precipitation leads to a higher temperature of tempered martensite embrittlement (TME) occurrence and keep high hardness values even when the steel is submitted to a higher temperatures tempering or for long time. The purpose of this work was to confirm the new alloy tempered martensite embrittlement (TME) resistance and to verify its softening resistance (tempering curves). Intending to investigate the Si effect on new steel hardness, hardness measurements were performed on modified and commercial steels samples after 825ºC 960ºC austenitization, twelve hours -196ºC cryogenic treatment and 250ºC 500ºC tempering. It was obtained hardness values over 60HRC and the modified steel presented 68HRC as quenched. The new alloy and commercial alloy softening resistance was studied by hardness measurement on samples submitted to 350ºC 450ºC constant temperature tempering in periods of time from one to ten hours. The Si alloyed steel presented 58HRC after 10 hours at 450ºC. For the mechanical characterization of the new alloy, tensile tests were performed in quenched and tempered samples. In the tempered martensite embrittlement study, impact tests results for commercial SAE/AISI 52100 (0.25%Si) and modified (1.74%Si) were compared. The modified steel presented no tempered martensite embrittlement. Microstructural aspects were studied by scanning electron microscopy and x-ray diffraction analysis.
 
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Publishing Date
2012-05-11
 
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