Influência da deformação plástica no tratamento térmico de homogeneização de um aço ferramenta para trabalho a frio

Abstract

O nível de qualidade de peças produzidas a partir de grandes lingotes está intimamente relacionado à qualidade dos lingotes em si. Dentre os diversos defeitos inerentes ao processo de solidificação, destacam-se as microssegregações de elementos de liga, que causam uma deterioração nas propriedades do produto final. Uma maneira de reduzir o dano causado pela microssegregação é através do Tratamento Térmico de Homogeneização, este por sua vez demanda elevados tempos de processo, elevando custos e tempos de fabricação. Uma das formas de reduzir os tempos de homogeneização, uma vez que este apresenta caráter difusional, é através da redução do espaçamento interdendrítico. Neste trabalho foi analisada a influência da deformação plástica como forma de reduzir o espaçamento entre dendritas no tratamento térmico de homogeneização. Para tal fim, utilizou-se um lingote fundido em aço ferramenta de composição química similar ao AISI A2. As amostras foram retiradas do núcleo do lingote no estado bruto de solidificação e sofreram deformações de 0,6 e 1,3 através do processo de laminação a quente, sendo temperadas em água na sequência. Após laminadas as amostras passaram por um tratamento térmico de homogeneização na temperatura de 1200°C por 8h ou 16h e foram novamente temperadas em água. As análises foram feitas através de Microscopia Óptica, Dureza Vickers, Difratometria de Raios-X e Microscopia Eletrônica de Varredura. Foi observado em todas as amostras a presença de microrechupes, e uma microestrutura composta predominantemente por dendritas oriundas da solidificação, identificadas pela fase martensítica, envoltas por uma matriz formada de austenita retida, contendo carbonetos e sulfetos. Com a deformação plástica foi possível quebrar a estrutura dendrítica a aproximar as regiões segregadas das não segregadas. O tratamento térmico por um tempo de 8h não foi suficiente para homogeneizar a microestrutura e reduzir as microssegregações, independentemente do estado de deformação das amostras. O tratamento térmico por 16h apresentou os melhores resultados em relação à homogeneidade química, sendo tanto melhor o resultado quanto maior a deformação imposta às amostras.

The quality of pieces produced from large ingots is closely related to the quality of ingots itself. Among the various defects inherent to the solidification process, there is the microsegregation of alloying elements, causing a deterioration in the properties of the final product. One way to reduce the damage caused by microsegregation is through the homogenization heat treatment, this in turn demands long time of process, increasing costs and lead-times for manufacture. One way to reduce the homogenization time, since it has a diffusive character, is by reducing the interdendritic spacing. In this study was analyzed the influence of plastic deformation as a mean to reduce the spacing between dendrites in the homogenization heat treatment. For this purpose it was used a cast ingot of chemical composition similar to the AISI A2 tool steel. Samples were cut from the ingot center in the as-cast state and suffered deformations of 0.6 and 1.3 through the hot rolling process and quenched in water in the sequence. After rolling the samples passed through a homogenization heat treatment at a temperature of 1200°C for 8h and 16h and again were quenched in water. Analyses were performed by Optical Microscopy, Vickers Hardness, X-Ray Diffractometry and Scanning Electron Microscopy. It was observed in all samples the presence of microcavities, and a microstructure consisting predominantly by solidifications dendrites identified by a martensitic phase, involved by a retained austenite matrix containing carbides and sulfides. The plastic deformation broke the dendritic structure, and approached the segregated regions to the non-segregated regions. The heat treatment for 8h was not sufficient to homogenize the microstructure and reduce the microsegregation, independently of the deformation state of the samples. The heat treatment for 16h presented the best results in relation to the chemical homogeneity, and the better the result as the greater the deformation imposed on the samples.