Estudo das propriedades mecânicas e tribológicas do aço modificado ABNT M2 através da otimização de tratamentos térmicos e criogênicos

Abstract

O aço rápido ABNT M2 e usado frequentemente na confecção de ferramentas de usinagem. Esse aço, quando submetido a tratamentos térmicos de temperatura e revenido, tratamentos responsáveis por transformar uma microestrutura esferoidizada em uma microestrutura martensítica com grãos finos e reforçada por carbetos, se torna um material com alta dureza e com boa resistência ao desgaste, duas características importantes para ferramentas. Em busca de processos que produzam melhores propriedades, em 1930, pesquisadores introduziram nas rotas convencionais o tratamentos denominado de subzero (< 80º C), com o objetivo de alcançar a temperatura de transformação completa da austenita em martensita. Com o avanço das pesquisas, surgiu um novo tratamento térmico denominado de Tratamento Criogênico profundo, que consiste em resfriar a ferramenta em temperaturas próximas a do nitrogênio liquido (-196º C) e mantê-la nessa temperatura por um período de tempo, geralmente 24horas. Inúmeros resultados mostram que a introdução da criogenia nos ciclos de tratamento convencionais resulta em ganho de resistência ao desgaste, propriedade que e fundamental nas ferramentas. Atribui-se esse ganho a dois fenômenos: transformação completa da austenita em martensita e a precipitação de finos carbetos distribuídos homogeneamente na estrutura martensitica. Nesse contexto, o objetivo desse trabalho foi analisar a influencia do Tratamento Criogênico em conjunto com os tratamentos de temperatura e revenido sobre propriedades mecânicas e tribológicas do aço rápido ABNT M2 modificado, variando-se a temperatura de austerização (1185º C, 1200º C e 1215º C), a temperatura de revenimento (520º C. 535º C e 550º C) e o tempo em temperatura criogênica (20 e 28 horas). A metodologia empregada consiste em um planejamento e otimização experimental, utilizando o método de Taguchi L9. As propriedades mecanicas das amostras foram analisadas em termos de microdureza Vickers, dureza Rockwell C, ensaio Charpy e ensaio de desgaste abrasivo. Os resultados encontrados nos ensaios mecânicos foram submetidos a analise estatística ANOVA. As microestruturas das amostras foram investigadas em termos de microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios X. Os resultados permitiram traçar superfícies de respostas, possibilitando a determinação dos parâmetros ótimos de tratamento. A melhor temperatura de Austerização e a de 1200º C, o Tratamento Criogênico melhorou todas as propriedades mecânicas, principalmente com tempos de 20 horas, e a Temperatura de Revenimento e fundamental sobre os resultados finais, sendo 550º C a temperatura que gerou os melhores resultados.

The speed steel ABNT M2 is often used in the manufacture of machining tools. This steel, when subjected to heat treatments of quenching and tempering, treatments responsible for transforming a spheroidized microstructure in a martensitic microstructure with fine grains and reinforced by carbides becomes a material with high hardness and good wear resistance, two important feature for tools. In search processes that produce the best properties in 1930, researchers introduced in conventional routes treatments called subzero (<80º C), in order to achieve complete transformation temperature of austenite into martensite. With the advancement of research, a new heat treatment called Deep Cryogenic Treatment, consisting in cooling the tool at temperatures near the liquid nitrogen (-196 ° C) and keep it at this temperature for a period of time, usually 24 hours. Numerous results show that the introduction of cryogenics treatment in conventional cycles results in wear resistance gain property that is essentials in tools. It attributed this gain to two phenomena: complete transformation of austenite into martensite and the precipitation of fine carbides distributed homogeneously in the martensitic structure. In this context, the aim of this study was to analyze the influence of Treatment Cryogenic together with the quenching treatment and tempering on the mechanical and tribological properties of high speed steel ABNT M2 modified, varying the austenitization temperature (1185º C, 1200º C and 1215º C) tempering temperature (520 ° C 535 ° C and 550 ° C) and the time at cryogenic temperature (20 and 28 hours). The methodology consists of a planning and experimental optimization, using the method Taguchi L9. The mechanical properties of the samples were analyzed in terms of Vickers hardness, Rockwell hardness C, Charpy test and wear resistance test. The results in mechanical tests were subjected to statistical analysis ANOVA. The microstructures of the samples were investigated in terms of optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction. The results trace responses surfaces, enabling the determination of the optimal treatment parameters. The best austenitizing temperature is 1200 º C, the Treatment Cryogenic improved all the mechanical properties, especially with times of 20 hours, and the tempering temperature is critical for the final results, with 550º C temperature led to the best results.