Caracterização microestrutural e mecânica do aço 300m tratado termoquimicamente a plasma e a laser
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Data
2016-12-19
Autores
Santos, Douglas dos [UNESP]
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
O aço 300M surgiu como uma melhoria do aço de alta resistência SAE 4340, este foi desenvolvido para adquirir melhor tenacidade e soldabilidade em aplicações que exigem melhores propriedades mecânicas, foram feitas pequenas alterações nos elementos de liga como a adição de vanádio e elevação no teor de silício. Este trabalho realizou tratamentos de superfície de nitretação a Plasma e de carbonetação a Laser na superfície de um aço 300M com estrutura bainítica. A microestrutura bainítica foi obtida por resfriamento isotérmico na temperatura de 300°C durante 60 minutos, a partir da região de austenitização, elevando a dureza de 380 para 474 HV. O tratamento de superfície de carbonetação, utilizando um laser de CO2 de baixa potência (125 W) utilizou como revestimento negro de fumo, com objetivo de adicionar carbono e criar uma camada protetora. O tratamento de superfície por nitretação a plasma ocorreu na temperatura de 500ºC durante 3 horas, em uma atmosfera com mistura de gases N2 e H2. As amostras foram caracterizadas por microscopia óptica. Foram analisadas as espessuras da camada de compostos formada na superfície, em torno de 20 μm, e da zona termicamente afetada pelo calor (ZTA), em torno de 45 μm, para tratamento a laser. Pelo tratamento de nitretação, a camada formada na superfície do aço, apresentou uma região branca com aproximadamente 3 μm e uma camada de difusão atômica endurecida com cerca de 20 μm. As propriedades mecânicas foram avaliadas por meio de ensaios de tração e fadiga uniaxial. Os resultados mostraram que o comportamento mecânico em tração foi fortemente afetado pela microestrutura bainítica, aumentando os níveis do limite de escoamento e de resistência. Estas propriedades em tracão não foram afetadas pelos tratamentos de superfície. No desempenho da vida em fadiga, o tratamento de superfície a plasma apresentou melhor comportamento, melhorando significativamente as propriedades em fadiga.
300M steel was developed from high-strength steel SAE 4340, the goal of this improvement was get better toughness and weldability in applications requiring improved mechanical properties; with small changes in alloy elements, addition of vanadium and especially the silicon content. This work uses low-power laser CO2 (125 W) for introducing carbon into the surface of 300M steel with bainitic structure. The bainitic microstructure was obtained by isothermal cooling at 300 °C for 60 minutes after austenitizing at 850 ºC for 30 minutes; this heat treatment increased the hardness of 360 HV for 474 HV. The CO2 laser parameters as resolution and power were kept constant and the speed is varied. It was used as carbon black coating to better the absorption of light laser. Treatment plasma nitriding surface was at a temperature of 500° C for 3 hours in atmosphere having a gas mixture N2 e H2. The samples were characterized by optical microscopy. They were analyzed thicknesses of the layers formed on the surface around 20 μm, and the heat affected zone (HAZ) about 45 μm, for laser treatment. To nitriding treatment, the layer formed on the surface of the steel showed a white area of approximately 3 μm and 20 μm near HAZ. The mechanical properties were analyzed using tensile and fatigue tests. The results showed that the mechanical properties in tensile tests was strongly affected by the bainitic microstructure. The steel that received the nitriding surface plasma treatment showed better fatigue behavior.
300M steel was developed from high-strength steel SAE 4340, the goal of this improvement was get better toughness and weldability in applications requiring improved mechanical properties; with small changes in alloy elements, addition of vanadium and especially the silicon content. This work uses low-power laser CO2 (125 W) for introducing carbon into the surface of 300M steel with bainitic structure. The bainitic microstructure was obtained by isothermal cooling at 300 °C for 60 minutes after austenitizing at 850 ºC for 30 minutes; this heat treatment increased the hardness of 360 HV for 474 HV. The CO2 laser parameters as resolution and power were kept constant and the speed is varied. It was used as carbon black coating to better the absorption of light laser. Treatment plasma nitriding surface was at a temperature of 500° C for 3 hours in atmosphere having a gas mixture N2 e H2. The samples were characterized by optical microscopy. They were analyzed thicknesses of the layers formed on the surface around 20 μm, and the heat affected zone (HAZ) about 45 μm, for laser treatment. To nitriding treatment, the layer formed on the surface of the steel showed a white area of approximately 3 μm and 20 μm near HAZ. The mechanical properties were analyzed using tensile and fatigue tests. The results showed that the mechanical properties in tensile tests was strongly affected by the bainitic microstructure. The steel that received the nitriding surface plasma treatment showed better fatigue behavior.
Descrição
Palavras-chave
Aços aeronáuticos, Tratamento isotérmico, Tratamento de superfície, Carbonetação a laser, Nitretação a plasma, Aeronautical steel, Isotherm treatment, Surface treatment, Laser carburizing, Plasma nitriding