Análise da refusão superficial de aços por laser com altas taxas de resfriamento

Abstract

O presente estudo teve como foco o tema microestrutura de aços quando submetidos a elevadas taxas de resfriamento, desenvolvido em duas etapas: análise de pontos fundidos na superfície de aços através do processo a laser, com o qual se atinge elevadíssimas taxas de resfriamento; análise de refusões superficiais em aços, na forma de cordão produzido por refusão superficial, também utilizando-se o processo laser. Foram utilizados: aços ao carbono (SAE 1020 e SAE 1045), aço estrutural (ASTM A633), aço rolamento (SAE E52100) e aços ferramenta (SAE L6, SAE H13 e Tipo II VMO). Foram realizados ensaios metalográficos e empregados dois modelos matemáticos para estimar as taxas de resfriamento: para fonte instantânea, para a análise dos pontos; e a teoria de condução de calor de Rosenthal para extração tridimensional nas análises dos cordões produzidos por refusão superficial. Através dos resultados verificou-se que os aços que apresentavam estrutura esferoidizada (SAE E52100, SAE L6, SAE H13 e Tipo II VMO) respondem melhor quando se deseja endurecê-los superficialmente se comparados aos aços que apresentavam estrutura normalizada (SAE 1020, SAE 1045 e ASTM A633). As taxas de resfriamento estimadas foram maiores nos experimentos da realização de pontos. As evoluções microestruturais apresentaram semelhança entre os aços com a mesma microestrutura inicial (esferoidizada e normalizada). Foi encontrado um sítio com dureza elevada na zona afetada pelo calor (ZAC) dos aços normalizados, na região em que antes da aplicação de energia, havia perlita.

The present study has as subject microstructure of steel when submitted to high cooling rates. The work can be divided in two parts: analysis of casting points in the steel surface through the laser process, in which high cooling rates are reached; analysis of remeltings surface in steel, in form of flat weld fillet produced for superficial remelting, also using laser process. The following steels were used: carbon steel (SAE 1020 and SAE 1045), structural steel (ASTM A633), low alloy steel (SAE E52100) and tools steel (SAE L6, SAE H13 and Type II VMO). Metallographic analyses were carried out and two mathematical models were used to estimate the cooling rates: analysis of the points for instantaneous source; and the Rosenthal’s theory of heat conduction for three-dimensional extraction in the analysis of the flat weld fillet produced by superficial remelting. The results showed that steels presenting spheroidised structure (SAE E52100, SAE L6, SAE H13 and Type II VMO) give a better response when surface hardening is desired when comparade to steels presenting normalized structure (SAE 1020, SAE 1045 and ASTM A633). The estimated cooling rates were higher in casting points experiments. The microstructural evolution presented similarities for both initial microstructures (spheroid and normalized). A small site with hardness raised in the heat affected zone (HAZ) of normalized steel presented high hardness, in a region where before the energy application perlite was present.