Têmpera, partição e revenido no aço AISI 52100 modificado com adição de 1,0 % Mn e 1,8 % Si: evolução microestrutural e cinética de partição de carbono.

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Ribamar, Giovani Gonçalves
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Aço AISI 52100; Aço hipereutetóide; AISI 52100 steel; Austenite decomposition; Decomposição da austenita; Hypereutectoid steel; Quenching and partitioning; Quenching and tempering; Têmpera e partição; Têmpera e revenimento
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3133/tde-20102023-154858/

Este trabalho tem como caráter científico estudar os fenômenos da evolução microestrutural durante os tratamentos de Têmpera e Revenimento (T&R) e Têmpera e Partição (T&P) em um aço AISI 52100 (100Cr6) modificado com adição de 1,8% p. Si e 1,0%p. Mn. O aço AISI 52100, comumente utilizado em componentes de rolamento, é temperado a partir de uma temperatura de solubilização parcial e revenido a baixa temperatura ( 200 C), produzindo uma microestrutura composta de martensita revenida, cementita proeutetóide esferoidizada e uma pequena fração volumétrica de austenita retida (R) (< 0,05). Já o tratamento T&P, ainda não aplicado nesse tipo de aço devido a maior complexidade em comparação com aços de baixo carbono, é similar ao tratamento T&R, onde o aço é total ou parcialmente solubilizado e em seguida temperado até uma temperatura TT entre a temperatura de início (MS) e fim da transformação martensítica (Mf ), a fim de se produzir uma fração controlada de R. O material é então mantido na mesma temperatura ou aquecido até uma temperatura TP e mantido por um tempo tP para que o carbono particione da martensita supersaturada em carbono para a R. A principal diferença entre os tratamentos T&R e T&P é quanto ao produto formado e quanto a temperatura de têmpera usada. A TT utilizada no tratamento T&R é abaixo ou próxima a Mf , a fim de se reduzir o percentual volumétrico de R, enquanto que no T&P, busca-se manter certa fração volumétrica de R. Enquanto T&P evita a formação de carbonetos para o maior enriquecimento em carbono da R, nos tratamentos T&R essa precipitação de carbonetos é desejada. O enriquecimento em carbono da R no tratamento T&P se torna possível graças a adição de elementos de liga que retardam a cinética de precipitação da cementita, tais como o Si e o Al, possibilitando o enriquecimento da R em carbono, e assim, aumentando sua estabilidade térmica e mecânica. O aumento da estabilidade da austenita melhora algumas propriedades do material, tais como ductilidade, tenacidade e até mesmo desgaste. No entanto, algumas reações competem com o enriquecimento em carbono da austenita, tais como a transformação bainítica e a precipitação de carbonetos. Com o aumento do teor em carbono nos aços, a tendência para a precipitação de carbonetos se torna ainda maior, onde esses consomem parte do carbono disponível para o enriquecimento da austenita retida. Diante disso, busca-se nesse trabalho entender os fenômenos que ocorrem durante os tratamentos T&R e T&P no aço AISI 52100 modificado, tendo como fase proeutetóide a cementita esferoidizada, essencial para as propriedades finais do aço comercial. Esse trabalho é então dividido de forma a melhor se estudar o efeito dos diferentes parâmetros do tratamento térmico T&P. Para isso, foram utilizadas as técnicas de microscopia eletrônica de varredura e de transmissão, difração de elétron retroespalhados (EBSD), difração síncrotron de raios X (DSRX), dilatometria, atom probe tomography (APT), microdureza e simulação da cinética de partição do carbono. Primeiramente, é apresentado um estudo de diferentes rotas de esferoidização que produzem uma estrutura de partida similar ao do aço comercial, isto é, cementita esferoidizada em uma matriz martensítica. Em seguida, é realizado um estudo detalhado do efeito da temperatura de revenimento na evolução microestrutural do material temperado, mostrando que a austenita é enriquecida em carbono na faixa de temperaturas entre 250-350 C, enquanto que a precipitação de cementita nas interfaces / se inicia em 400 C, levando à desestabilização e decomposição da R para revenimentos a temperaturas mais elevadas. Também é realizado um estudo detalhado do efeito do tempo de partição à 250 C, mostrando que o silício evita a formação de cementita para tratamentos de revenimento de até 7200 s, mesmo que haja a precipitação de carbonetos do tipo . Com base nos resultados obtidos, analisa-se o efeito da temperatura de têmpera no revenimento à 250 C, mostrando que a R é termicamente estabilizada após 300 s para a condição previamente temperada até 85 C, enquanto que na condição temperadas a 115 C há apenas uma estabilização parcial devido ao curto tempo para difusão e homogenização do carbono dentro dos blocos austeníticos. Ainda é mostrado que o tipo de carboneto influencia na cinética de partição de carbono, acelerando a cinética quanto maior for a energia do carboneto presente na martensita. Por fim, avalia-se a decomposição da R durante aquecimento a 10 Cs1, mostrando as faixas de temperaturas em que a austenita é decomposta em bainita, enriquecida e empobrecida em carbono e decomposta no produto eutetóide de ferrita + cementita.