1
FACULDADE DE TECNOLOGIA
SENAI “NADIR DIAS DE FIGUEIREDO”
ALEXANDRE PASCHOALIN
ANDERSON LUÍS JACINTHO
ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA FINAL DE
ESTABILIZAÇÃO DA AUSTENITA RETIDA NO AÇO SAE
52100 TEMPERADO EM BANHO DE SAL FUNDIDO
OSASCO
2011
2
ALEXANDRE PASCHOALIN
ANDERSON LUÍS JACINTHO
ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA FINAL DE
ESTABILIZAÇÃO DA AUSTENITA RETIDA NO AÇO SAE
52100 TEMPERADO EM BANHO DE SAL FUNDIDO
Projeto de Iniciação Científica
apresentado à Faculdade de
Tecnologia SENAI “Nadir Dias
de Figueiredo” em Processos
Metalúrgicos para inscrição do
Trabalho de Conclusão de
Curso sob a orientação técnica
do(a) Prof. Paulo Sérgio Freitas
e orientação metodológica do
Prof. Roberto Sanches Cazado
OSASCO
2011
3
RESUMO
As superfícies de contato dos anéis de rolamentos estão sujeitas a esforços pesados
repetitivos, e estas devem manter sua alta precisão e exatidão de rotação. Para
garantir que isto ocorra, os anéis devem ser fabricados com materiais de alta dureza,
resistência à fadiga, resistência ao desgaste, e com boa estabilidade dimensional.
No tratamento térmico dos aços para rolamentos, o material sofre uma
transformação, passando de uma estrutura austenítica para outra, em que
predomina a martensita. A transformação geralmente não é completa, restando uma
fase residual de austenita retida. Este componente é indesejável, pois degrada as
propriedades mecânicas do aço temperado, provocando alterações dimensionais e
diminuição em sua dureza. Os métodos mais utilizados para verificar a presença de
austenita retida são as análises metalográficas e a difração de raios-X. Este último
exige equipamentos de custo elevado, mão-de-obra qualificada e procedimentos
complexos, principalmente em frações abaixo de 15%. Para tanto nesta pesquisa
será utilizada a metodologia de avaliação da estabilidade dimensional, que é uma
técnica que pode ser utilizada com baixo custo. O material estudado será o aço da
família SAE 52100, tratados termicamente por têmpera convencional com
resfriamento em banho de sal. Ele será caracterizado através da microscopia óptica,
com reagente de Nital 1.5% por 3 segundos e secagem forçada. Os resultados
obtidos serão comparados com métodos de Difração de Raio-X através de um
software de análise estatística, a fim de demonstrar que, com a utilização desta
técnica é possível quantificar a porcentagem de austenita retida na matriz
martensítica, para este tipo de aço validando o processo de têmpera em questão.
Palavras-chave: Aço para rolamento. Austenita Retida. Estabilidade Dimensional.
SAE 52100. Difração de Raio-X .
4
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO .................................................................................... 5
2 OBJETIVO GERAL ............................................................................. 7
2.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ......................................................... 7
3 PLANO DE TRABALHO E CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO ........... 8
4 MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................. 9
5 FORMAS DE ANÁLISE DOS RESULTADOS .................................. 12
6 REFERÊNCIAS ................................................................................. 12
5
1 INTRODUÇÃO
As empresas automobilísticas têm por objetivo garantir a satisfação dos clientes,
para tanto faz se necessário o controle no processo para garantir as propriedades
físicas, químicas e metalúrgicas dos componentes fabricados.
Um produto resultante do processo de Tratamento Térmico convencional é chamado
de “austenita retida” que tem seu controle intensificado. Nesta fase as proporções
encontradas são importantes, desde que numa fração volumétrica desejada, pois
sem o devido controle ela pode degradar as funções básicas do rolamento
(estabilidade dimensional) levando a falha prematura do componente.
Um rolamento é um componente de precisão, onde mesmo pequenas alterações
dimensionais podem afetar a sua função e, assim, a máquina em que opera. Tais
alterações dimensionais podem resultar de alterações micro estruturais no material
do rolamento associado com mudanças de volume (Slycke and Fajers 2000).
Para evitar que isso ocorra durante a operação em temperaturas elevadas, os
componentes são expostos a um revenimento após a operação de têmpera. Assim,
além do ajuste das propriedades mecânicas (como dureza e tenacidade), o
revenimento também traz uma estabilização micro estrutural, reduzindo assim a
sensibilidade dimensional nas condições de funcionamento (Mikus et. AL 1960).
O grau de estabilização ou a classe de estabilidade assim chamada corresponde a
um máximo permitido mudança dimensional sobre a exposição a condições de teste
específico. É bem conhecido que, a mudança dimensional é ativada termicamente
que é um resultado de reações de transformação de estado sólido.
A variação do volume específico associado a estas transformações de primeira
ordem produz uma alteração dimensional nos componentes do rolamento. Também
tem sido documentado que a mudança permanente dimensional de um anel com
uma carga aplicada estática (por exemplo, um anel interno montado com ajuste de
interferência em um eixo ou um anel externo montado num cubo) será maior em
6
comparação com um anel exposto a temperatura (G. Lucas and H. Nützel, 1966). Os
mecanismos por trás dessa mecanicamente induzida mudanças dimensionais são
menos conhecidos, mas é preferido que o crescimento seja direcional durante o
progresso das várias reações de estado sólido, de efeitos de transformação ou de
plasticidade processos de fluência baixa temperatura.
Durante o processo de obtenção de aços temperados, o material sofre uma
transformação, passando de uma estrutura austenítica para outra, em que
predomina a martensita.
A transformação geralmente não é completa, restando, nos espaços entre as ripas e
placas da martensita, uma fase residual de austenita retida. Este componente é
indesejável, pois degrada as propriedades mecânicas do aço temperado,
provocando alterações dimensionais e diminuição em sua dureza (CIFUENTES,
CUMINO, SILVA, GOLDENSTEIN, GRELL 2002).
Em aplicações, como a fabricação de rolamentos, é fundamental monitorar as
propriedades do aço, para otimizar as qualidades do produto final. Dentre os
métodos mais usados para verificar a presença da austenita retida, podemos citar as
análises metalográficas feitas ao microscópio, a espectroscopia Mössbauer, e a
difração de raios-X (TAVARES, MELLO, GOMES, NETO, PARDAL 2006)7.
A austenita retida, por ser estável, só se transformará sob deformações elevadas,
resultando em dois efeitos bastante favoráveis às propriedades mecânicas: elevada
resistência mecânica e aumento na deformação uniforme (antes do aparecimento da
instabilidade).
7
2 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influência da temperatura final de têmpera do aço SAE 52100 temperado
em banho de sal no teor de austenita retida.
2.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
 Verificar a relação entre a temperatura final de têmpera e o teor de austenita
retida.
 Medir a variação dimensional do material.
 Validar o método aplicado para medição de austenita retida.
8
 3 PLANO DE TRABALHO E CRONOGRAMA DE
EXECUÇÃO
Etapas do TCC
Escolha do tema
Elaboração do Projeto de Pesquisa
Apresentação do Projeto de Pesquisa
Levantamento bibliográfico
Seleção de referências bibliográficas
Redação da pesquisa bibliográfica
Elaboração do plano de trabalho
Realização dos testes práticos
Tabulação dos dados
Análise dos dados
Interpretação dos resultados e conclusões
Redação do relatório
Apresentação final
Jul
Ago
Set
Out
Nov Dez
9
4 MATERIAIS E MÉTODOS
O material utilizado será o aço para rolamentos SAE 52100 cuja composição
química é demonstrada na tabela abaixo:
A metodologia aplicada nesta pesquisa será a utilização de anéis de rolamento de
rolos cônicos (figura 01) temperado em forno contínuo (figura 02) onde as peças são
transportadas pelo forno através de esteiras, o aquecimento do forno é feito através
de resistências elétricas revestidas por tubos radiantes, atmosfera protetora formada
através da mistura de gases (Nitrogênio, metanol e GLP) controlada por meio de
sonda de oxigênio, sal AS 140 fundido como meio de resfriamento, as temperaturas
são monitoradas através de termopares, e todo forno é monitorado pelo sistema de
supervisório.
Objeto de estudo
10
Figura 01: Foto esquemática de um rolamento de rolos cônicos
Figura 02: Forno contínuo para tempera e revenimento
Será utilizado um aparelho universal de medidas “UD” com relógio comparador de
tolerância milesimal acoplado para avaliação dimensional das peças em estudo
(figura 03).
Figura 03: Aparelho universal de medidas “UD”
O ensaio de dureza Rockwell na escala C será realizado utilizando um durômetro
universal da marca Wolpert (foto 04).
11
Figura 04: Durômetro universal marca Wolpert
A análise metalográfica será realizada através da técnica de microscopia óptica
utilizando um microscópio da marca Carl Zeiss com ampliação de até 1000x (foto
05).
Foto 05: Microscópio óptico marca Carl Zeiss
Será realizada análise por difração de raios X para quantificação da fração de
austenita retida.
Um a estufa será utilizada para aquecimento das amostras para realizar o teste de
estabilidade dimensional.
Para análise dos dados será utilizado um software de análise estatística (Minitab
versão 15).
12
5 FORMAS DE ANÁLISE DOS RESULTADOS
Os resultados referente à análise de estabilidade dimensional e a difração de Raio-X
serão analisados utilizando o software de análise estatística (Minitab versão 15) a
fim de verificar a existência de correlação entre os valores obtidos.
Para cada temperatura utilizada será retirado uma amostra para análise
metalográfica com ampliação de 1000x. As microestruturas obtidas serão
comparadas entre si verificando se há diferença significativa que possa ser
identificada no microscópio óptico.
Também será feito uma relação de microestrutura e porcentagem de austenita retida
para cada temperatura utilizada.
Para os resultados do ensaio de dureza será realizado teste de hipótese onde será
avaliado o intervalo de confiança (p-value) entre os valores de dureza e as
temperaturas utilizadas.
6 REFERÊNCIAS
LOMBARDO, S. Método para o cálculo da fração volumétrica de austenita retida
através do software de análise digital de imagens - 19º Congresso Brasileiro de
Engenharia e Ciência dos Materiais – CBECiMat, 21 a 25 de novembro de 2010,
Campos do Jordão, SP, Brasil.
MARTIN, R. V. Estimativa de austenita retida em aços temperados e
Revenidos por métodos magnéticos - 17º CBECIMat - Congresso Brasileiro de
Engenharia e Ciência dos Materiais, 15 a 19 de Novembro de 2006, Foz do Iguaçu,
PR, Brasil.
SLYCKE, J and Fajers, C. Modelling the Dimensional Stability of Bearing
Components - SKF Engineering & Research Centre BV, NL-3430 DT Nieuwegein,
The Netherlands, SKF Sverige AB, Industrial Division, SE-415 50 Gothenburg,
Sweden
Materiais de rolamentos disponível em:
<http://www.ntn.com.br/pdfServicos/indiceA13/indiceA13.pdf>. Acesso em 05 set.
2011.