Comportamento tribólico do aço SAE 4140 temperado e revenido

Abstract

O comportamento tribológico dos materiais é influenciado por diversos parâmetros, entre eles estão dureza e microestrutura, propriedades ainda pouco correlacionadas aos mecanismos de desgaste. Este trabalho tem como objetivo avaliar o atrito, o desgaste e seus mecanismos em discos de aço SAE 4140 temperados e revenidos em quatro temperaturas: 200 °C, 300 °C, 400 °C e 500 °C. Os corpos de prova, com martensita e martensita revenida, foram submetidos a ensaios pino sobre disco em um tribômetro do Laboratório de Tribologia da UFRGS, no qual foram atritados contra esferas de zircônia com 8 mm de diâmetro. Os volumes desgastados nos discos e pinos foram determinados através de interferometria. Para avaliar os mecanismos de desgaste as superfícies foram analisadas em microscópio ótico, microscópio eletrônico de varredura e espectrômetro de energia dispersiva. Além disso, a metalografia dos discos foi feita para caracterizar as microestruturas. O tratamento térmico se mostrou efetivo, com as durezas decrescendo continuamente do disco temperado (60 HRC) para o temperado e revenido a 500 °C (39 HRC). Dentro de uma mesma condição de tratamento térmico, os desgastes foram diferentes, apesar dos ensaios terem sido realizados todos com os mesmos parâmetros. Além disso, verificou-se que a irregularidade das trilhas desgastadas aumenta com a temperatura do revenido. Em relação aos mecanismos de desgaste observou-se, além da abrasão, adesão e oxidação, o “plowing” que, segundo alguns autores, também é um mecanismo de desgaste. As esferas apresentaram acúmulo de material em sua superfície, no entanto, isso praticamente não ocorreu na esfera atritada contra os discos temperados e revenidos a 500 °C. Os coeficientes de atrito médio foram menores nos discos de dureza elevada, além de apresentarem maior estabilidade.

The tribological behavior of the materials is influenced by several parameters, among them are hardness and microstructure, properties which are still not fully connected to wear mechanisms. This work aims to evaluate the friction, wear and its mechanisms on quenched and tempered SAE 4140 steel discs at four temperatures: 200 °C, 300 °C, 400 °C and 500 °C. The test specimens, with martensite and tempering martensite, were submitted to pin-to-disk tests in a tribometer from Laboratory of Tribology at UFRGS, where they were rubbed against 8 mm diameter zirconia sphere. Worn volumes from discs and from pins were determined by interferometry. To evaluate the wear mechanisms, the surfaces were analyzed with optical microscope, scanning electron microscope and dispersive energy spectrometer. In addition, the metallography of the discs was performed to verify the microstructures. The heat treatment was efficient, with the hardness decreasing continuously from the quenched disk (60 HRC) to the tempering at 500 °C (39 HRC). Within the same heat treatment condition, wear was different, although the tests were all performed with the same parameters. Moreover, it has been found that the roughness of the worn tracks increases with the tempering temperature. Regarding to wear mechanisms it was noticed, besides abrasion, adhesion and oxidation, plowing that, according to some authors, is also a wear mechanism. The spheres presented cumulated material on its surfaces, however, this hardly occurred in the spheres rubbed against disk tempering at 500 °C. The average coefficient of friction was smaller at the discs with high hardness, besides being more stable.