Tratamento térmico de têmpera e particionamento em aço SAE 9260

Abstract

O tratamento térmico Q&P é um desenvolvimento relativamente recente, ainda objeto de intensos estudos, pertencente à terceira geração de aços avançados de alta resistência (AHSS), tendo por origem a indústria automobilística. Esse tratamento busca obter uma elevada fração de austenita retida com finalidade de produzir propriedades mecânicas otimizadas quanto à combinação de resistência, ductilidade e tenacidade. Essas características, aliadas ao baixo custo, fazem parte das razões da escolha do aço SAE 9260 para este trabalho. A presença elevada de silício (2%) nesse aço inibe a formação de carbonetos, facilitando a migração de carbono da martensita para a austenita durante a etapa de particionamento, permitindo maior estabilização dessa microestrutura ao final do processo. O presente estudo aborda diferentes parâmetros (temperatura de têmpera parcial, temperatura e tempo de particionamento) do tratamento térmico de têmpera e particionamento (Q&P) do aço SAE 9260, comparando as propriedades mecânicas (dureza, resistência, ductilidade, tenacidade) e a fração de austenita retida, entre si e com tratamentos convencionais de têmpera/revenimento e austêmpera do mesmo aço. A definição dos parâmetros para os experimentos dos tratamentos Q&P foi apoiada por cálculos termodinâmicos e estudos de outros pesquisadores. As melhores combinações de propriedades mecânicas com tratamento Q&P foram obtidas com têmpera parcial de 183ºC, temperatura de particionamento de 400ºC, com um tempo de 60 segundos. Esses parâmetros de tratamento possibilitaram a maior fração volumétrica de austenita retida, que alcançou 21,5%, um valor de PSE (produto da resistência pelo alongamento) de 42717 MPa x % e uma tenacidade à fratura elevada (50,4 MPa x √m) para uma resistência à tração de 1801 MPa. Todos os tratamentos Q&P apresentaram uma fração elevada de austenita retida que variou entre 11,8 e 21,5%. Vários tratamentos Q&P alcançaram melhores combinações de propriedades mecânicas (PSE e tenacidade à fratura) quando comparados com os tratamentos térmicos tradicionais referidos. Isso demonstra que o processo aplicado ao aço SAE 9260 é promissor para ampliação de suas aplicações industriais em que a resistência e a tenacidade são relevantes. O tratamento pode ser realizado facilmente em instalações convencionais de tratamento térmico com banhos de sais com custos similares, facilitando sua utilização.

The Q&P heat treatment is a reasonably recent development belonging to the third generation of advanced high strength steels (AHSS) yet in research, having its origin in the automotive industry. This treatment seeks to reach a high fraction of retained austenite with the purpose of producing optimized mechanical properties regards to strength, ductility, and toughness combination. These characteristics, together with the low cost, are part of the reasons for choosing the SAE 9260 steel for the present study. The high silicon content (2%) in this steel inhibits the formation of carbides favoring the carbon migration from martensite to austenite during the partitioning step, allowing greater stabilization of this phase at the end of the process. The present study addresses several parameters (quenching temperature, partitioning temperature and time) of the quenching and partitioning (Q&P) heat treatment of SAE 9260 steel by comparing the mechanical properties (hardness, strength, ductility, fracture toughness), and the retained austenite fraction, among themselves and with conventional treatments of quenching/tempering and austempering of the same steel. The definition of the Q&P parameters for the experiments was supported by thermodynamic calculations and studies by other researchers. The best combinations of mechanical properties with Q&P treatment were obtained with partial quenching of 183ºC, partitioning temperature of 400ºC, with a time of 60 seconds. These set of parameters enabled the largest volumetric retained austenite fraction, which reached 21.5%, a PSE (product of strength by elongation) of 42717 MPa x % and a high fracture toughness (50.4 MPa x √m) for a tensile strength of 1801 MPa. All Q&P treatments had a high retained austenite fraction that varied between 11.8 and 21.5%. Several Q&P treatments achieved better combinations of mechanical properties (PSE and fracture toughness) when compared with the conventional heat treatments mentioned. This demonstrates that the Q&P process applied to SAE 9260 steel is promising to expand its industrial applications in which strength and toughness are relevant. The treatment can be carried out easily in conventional heat treatment facilities with salt baths with similar costs, favoring its use.