Fragilidade a têmpera em aços SAE 5160

Abstract

O presente trabalho centra-se no fenômeno denominado de Fragilidade à Têmpera. Este fenômeno, observado em aços de alto carbono temperados, leva a uma fratura intergranular e está associado a segregação de fósforo e formação de cementita nos contornos de grão. Durante este estudo dois aços com composição química típica dos aços comerciais SAE 5160, mas com dois diferentes níveis de fósforo, foram utilizados para avaliar a influência da Fragilidade à Têmpera na resistência ao Impacto Charpy a temperatura ambiente. Os diferentes tratamentos térmicos realizados incluíram têmpera e revenidos convencionais e tratamentos térmicos especiais realizados na Gleeble 1500. Com o tratamento térmico convencional microestruturas martensíticas e bainítica foram obtidas. Para os aços martensíticos as temperaturas de austenitização variaram entre 830 e 1100 oC com o revenido variando entre como temperado até 500 oC por uma hora. A Gleeble 1500 foi utilizada para estudar a influência de um curto ciclo de austenitização na Fragilidade à Têmpera. Os resultados indicaram um melhor desempenho do aço de baixo P para todas as condições de tratamento térmico utilizadas. Os ciclos curtos de austenitização indicaram que a fragilidade à têmpera não pode ser evitada por este procedimento. Baseado na análise dos experimentos realizados com o aço SAE 5160 são apresentadas sugestões para minimizar os efeitos da Fragilidade à Têmpera em aços de alto carbono temperados e revenidos.

The present work is centered on the quench embrittlement phenomena. This phenomenon, observed in hardened high carbon steels, leads to intergranular fracture and is associated with phosphorus segregation and cementite formation at grain boundaries. During this study, two steels with compositions typical for commercial SAE 5160 steel, but with two different levels of phosphorus, were utilized to evaluate the influence of quench embrittlement on room temperature impact toughness. The heat treatment included conventional quench and temper treatments and special heat treatments processed on the Gleeble 1500. With conventional heat treatment martensitic and bainitic microstructures were obtained. For the martensitic microstructures, austenitizing temperatures ranged from 830 to 1100 oC with tempering temperatures from as quenched to 500 oC. The Gleeble 1500 was used to study the influence of short time heat treatment on the quench embrittlement. The low P steel exhibited better performance than the high P steel under all heat treatment conditions. Results on the short-holding-time treatment indicated that the QE can not be avoided by this procedure and a similar behavior between conventional and shortholding time treatment was observed. Based on an analysis of the experiments realized with the SAE 5160 steel suggestions to minimize the effects of quench embrittlement in high carbon quench and tempered steels were discussed.