DESENVOLVIMENTO DE UMA LIGA DE FERRO FUNDIDO BRANCO ALTO CROMO COM NIÓBIO ...

130 Pages·2010·2.03 MB·English

•Illlllllll
BR0342809
DESENVOLVIMENTO DE UMA LIGA DE FERRO
FUNDIDO BRANCO ALTO CROMO COM NIÓBIO,
TRATADA TERMICAMENTE, PARA RESISTÊNCIA AO
DESGASTE ABRASIVO
ENG9 ALESSANDRO FRAGA FARAH
Dissertação apresentada à área de Interunidades de
Ciência e Engenharia de Materiais dos Institutos de
Física e Química e Escola de Engenharia de São
Carlos - Universidade de São Paulo, como parte dos
requisitos para obtenção do Título de Mestre em
Ciência e Engenharia de Materiais.
ORIENTADOR: Prof1. Drâ. Lauralice de Campos Franceschini Canale
São Carlos
1997
Ficha catalográfica preparada pela Seção de Tratamento
da Informação do Serviço de Biblioteca - EESC-USP
Farah, Alessandro Fraga
F219d Desenvolvimento de uma liga de ferro fundido
branco alto cromo com nióbio, tratada térmica,
mente, para resistência ao desgaste abrasivo /
Alessandro Fraga Farah. -- São Carlos, 1997.
Dissertação (Mestrado) -- Escola de Engenharia
de São Carlos-Universidade de São Paulo, 1997.
Área: Interunidades de Ciência e Engenharia de
Materiais dos Institutos de Física e Química de
São Carlos
Orientador: Prof. Dr. Lauralice de Campos
Franceschmi Canale
1. Ferro fundido branco. 2. Revestimento duro.
3. Tratamento térmico. 4. Desgaste abrasivo.
I. Título
Área Interunidades
Ciência e Engenharia de Materiais
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
Escola de Engenharia de São Carlos CAIXA POSTAL - 369
Instituto de Física de São Carlos CEP 13560-970 - São Carlos/SP - Brasil
Instituto de Química de São Carlos Tel/Fax: [phone]
MEMBROS DA COMISSÃO JULGADORA DA DISSERTAÇÃO DE MESTRADO DE
ALESSANDRO FRAGA FARAH, APRESENTADA JUNTO A ÁREA INTERUNIDADES
EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS, DA EESC-IFSC-IQSC,
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO, EM 25/07/1997.
COMISSÃO JULGADORA:
loó&aZe^.
Profa. Dra. Lauralice de Campos F. Canale - SMT/EESC/USP
+ £ eu
Profa. Dra. Cecília Amélia C. Zavaglia - FEM/UNICAMP
Prof. Dr. Waldék WladimirBóse Filho - SMT/EESC/USP
AGRADECIMENTOS
À professora Lauralice de Campos Franceschini Canale, pela
orientação e apoio durante a realização deste trabalho, minha gratidão.
Ao professor Ovídio Richard Crnkovic, pelo apoio, colaboração e
amizade, minha admiração.
Aos técnicos Eliezer, Pedro, Silvano, João, Alcides e Alberto, do
Departamento de Engenharia de Materiais, pela atenção e colaboração.
Às secretárias Regina e Eliete, do Departamento de Engenharia de
Materiais, e ao Alexandre, pela atenção e gentileza dispensadas.
À Dona Elza, pelo ambiente saudável, minha simpatia.
À amizade e apoio dos colegas dentro e fora do Departamento.
Ao meu tio e professor Fernando Caramuru Bastos Fraga, pelo apoio
e incentivo, minha gratidão.
À Solange pela compreensão, carinho e amizade, com amor.
SUMÁRIO
LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS i
LISTA DE FIGURAS iii
LISTA DE TABELAS viii
RESUMO ix
ABSTRACT x
1. INTRODUÇÃO 01
2. OBJETIVOS 03
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 04
3.1 - Ferros fundidos 04
3.2 - Ferros fundidos ligados 05
3.3 - Ferros fundidos brancos 07
3.4 - Ferros fundidos brancos alto cromo 09
3.4.1 - Utilização dos ferros fundidos brancos alto cromo 11
3.5 - Desgaste em ferros fundidos brancos alto cromo 12
3.5.1 - Tipos de desgaste 13
3.5.1.1 - Desgaste abrasivo (abrasão) 13
3.5.1.2 - Desgaste por deslizamento 15
3.5.1.3- Desgaste erosivo (erosão) 16
3.5.1.4 - Desgaste por fretting 16
3.5.2 - Micromecanismos de desgaste 17
3.5.3 - Influência da microestrutura dos ffbac no desgaste abrasivo 20
3.5.4 - Influência dos elementos de liga na microestrutura e resistência
à abrasão de ferros fundidos brancos alto cromo 23
3.6 - Influência do tratamento térmico na resistência ao desgaste de
ferros fundidos brancos alto cromo 28
3.6.1 - Estrutura no estado bruto de fundição 29
3.6.2 - Influência da temperatura de austenitização e do meio de
tempera na resistência ao desgaste abrasivo 29
3.6.3 - Austenita retida e o sub-zero na resistência ao desgaste
abrasivo 33
3.6.4 - Influência do revenido na resistência ao desgaste abrasivo 34
4. MATERIAIS E MÉTODOS 38
4.1 - Materiais utilizados 39
4.2 - Tratamentos térmicos 40
4.3 - Ensaios de dureza e microdureza 42
4.4 - Ensaios de impacto do tipo charpy 42
4.5 - Ensaios de abrasão 43
4.6 - Análises metalográficas 46
4.7 - Determinação da porcentagem de carbonetos 47
5. RESULTADOS 48
5.1 - Tratamentos térmicos da liga em estudo (A1) 48
5.1.1 - Variação da dureza em função da temperatura e do tempo de
austenitização 52
5.1.2 - Variação da dureza em função da temperatura e tempo de
revenido 53
5.1.3 - Dureza da liga em estudo em função do tratamento sub-zero 55
5.1.4- Resultados dos tratamentos térmicos TAS 63
5.2 - Resultados dos ensaios de abrasão da liga em estudo e das ligas
comparativas 64
5.2.1 - Influência da temperatura de austenitização na resistência à
abrasão 64
5.2.2 - Influência do revenimento na resistência à abrasão 66
5.2.3 - Influência do tratamento TAS na resistência à abrasão 67
5.2.4 - Comparação dos resultados dos ensaios de abrasão da liga em
estudo com as ligas comerciais 68
5.3 - Fotomicrografias da liga em estudo e das ligas comparativas 70
5.3.1 - Influência do ataque químico na revelação dos
microconstituintes presentes nas ligas 72
5.4 - Microscopia eletrônica de varredura (MEV) 77
5.4.1 - Identificação das fases presentes na liga em estudo (A1) 77
5.4.2 - Documentação da superfície desgastada 85
5.5 - Resultados de microdureza 89
5.6 - Resultados dos ensaios de impacto 89
5.7 - Resultados da porcentagem de carbonetos 90
6. DISCUSSÃO 91
6.1 - Tratamentos térmicos 91
6.1.1 - Temperatura e tempo de Austenitização 91
6.1.2- Temperatura e tempo de revenido 92
6.1.3- Tratamento sub-zero em nitrogênio líquido 93
6.1.4- Tratamento TérmicoTAS 95
6.1.5- Influência do tratamento térmico na tenacidade da liga A1 96
6.2 - Resistência à abrasão 97
6.2.1 - Resistência à abrasão em função da temperatura de
austenitização 97
6.2.2 - Resistência à abrasão em função do tratamento sub-zero 97
6.2.3 - Resistência à abrasão em função do revenimento 98
6.2.4 - Resistência à abrasão da liga em estudo (A1) em função dos
diferentes tratamentos térmicos realizados 99
6.2.5. - Comparação da resistência à abrasão da liga em estudo (A1)
submetida a diferentes tratamentos térmicos, com as ligas
comerciais (A5 e A7) depositadas por solda 99
6.3 - Microestrutura 100
6.3.1 - Identificação das fases presentes na liga em estudo (A1) 100
6.3.2 - Resistência ao desgaste em função da microestrutura 100
6.4 - Verificação da superfície desgastada 102
7. CONCLUSÕES 104
8. SUGESTÕES 106
9. BIBLIOGRAFIA 107
LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS
Ar Sop. Ar Soprado
ASTM American Society for Testing Materials
Ao Área da Secção Contactante (cm2)
A1 Liga do Ferro Fundido Branco em Estudo
A5 Liga Comercial de Ferro Fundido Branco para Revestimento
A7 Liga Comercial de Ferro Fundido Branco para Revestimento
a Ângulo de Ataque (°)
Ângulo Crítico de Ataque (°)
BSE Back Scattered Electron
Ceq Carbono Equivalente
D.P. Desvio Padrão
P Densidade (g/cm3)
Am Perda de Massa (g)
FFBAC Ferro Fundido Branco Alto Cromo
Fi Fração de uma Fase (%)
HRC Dureza Rockwell C
HV Dureza Vickers
h Hora
J Joule
L Distância Percorrida (cm)
MC Carboneto Metálico onde M=Nb e V
MEV Microscópio Eletrônico de Varredura
M.P.F. Medida de Proporção de Fases
M Temperatura de Início de Formação da Martensita
s
MC Carboneto Metálico onde M=Fe, Cr, Mn
3
M7C3 Carboneto Metálico onde M=Fe, Cr, Mn
m Massa Final (g)
f
mi Massa Inicial (g)
ii
NbC Carboneto de Nióbio
Ni-Hard Tipo de Ferro Fundido Branco
N liq. Nitrogênio Líquido
NT Elemento Não Identificado ou Não Fornecido
ni Número de Interseções de uma Fase
rit Número de Interseções Total
Rev. Revenido
SAE Society of Automotive Engineers
SiC Carboneto de Silício
SZ Sub-Zero
T.A. Temperatura Ambiente (° C)
TAS Tratamento Térmico de Tempera em Baixas Temperaturas
Após Solubilização em Temperaturas Altas
TTT Temperatura, Tempo e Transformação
VC Carboneto de Vanádio
W Taxa de Desgaste