Estudo in-situ de rotas de processamento termomecânico para um aço bainítico através de dilatometria assistida à laser e por correntes parasitas

Abstract

Nas últimas décadas, a exploração excessiva dos recursos naturais já apresenta consequências visíveis em distintas regiões do planeta. Esse fato, associado às atuais exigências governamentais, conduziu as indústrias a implementarem um sistema produtivo mais eficiente, com o uso racional destes recursos em todas as etapas do processo de manufatura. Para a indústria do forjamento, isso representa a intenção de reduzir o consumo de energia em processos de conformação mecânica à quente e de tratamentos térmicos e termoquímicos. Neste contexto, os aços bainíticos avançados estão, cada vez mais, sendo utilizados em substituição aos aços ‘temperados e revenidos’; pois, neste caso, a microestrutura bainítica pode ser gerada diretamente após o forjamento, economizando tempo e energia em toda a cadeia de processamento. O objetivo deste trabalho consistiu em avaliar os efeitos de rotas termomecânicas sobre a cinética da transformação bainítica e, consequentemente, sobre as propriedades mecânicas e metalúrgicas do aço bainítico 18MnCrSiMo6-4 e do aço baixa liga DIN 20MnCr5, visando a adequação do processamento na obtenção de peças forjadas. Para isso, distintas rotas de processamento termomecânico foram testadas e avaliadas mediante o emprego de diferentes condições - graus de deformação, taxas de deformação e meios de resfriamento - de maneira a compreender-se os ‘limites’, ou a resposta, para o processamento destes materiais. No desenvolvimento deste estudo, foram utilizadas as seguintes ferramentas: (i) simulador termomecânico Gleeble® 3800, (ii) sensor de correntes parasitas: (a) para avaliação qualitativa das fases e, (b) quantitativa, de forma a determinar as temperaturas de transformação da microestrutura durante os fenômenos metalúrgicos em curso, (iii) dilatometria a laser, para monitoramento da variação dimensional da amostra durante as transformações de fases, (iv) difração de raios-x para a medição do teor de austenita retida ao final de cada experimento termomecânico e difração de elétrons retro-espalhados para a caracterização da orientação cristalográfica e, (v) prensa hidráulica, para a execução dos ensaios de forjamento. Os resultados permitiram estabelecer uma ‘janela de processamento’ para os materiais estudados, robusta o suficiente para ser implementada na indústria e cuja microestrutura final é pouco susceptível às variações de processo.

In recent decades, the excessive exploitation of natural resources already has visible consequences in different regions of the planet. This fact, coupled with current government requirements, has led industries to implement a more efficient production system with the rational use of these resources at every stage of the manufacturing process. For the forging industry, this means the intention to reduce energy consumption in hot mechanical forming processes and in thermal and thermochemical treatments. In this context, advanced bainitic steels are increasingly being used instead of ‘quenched and tempered' steels; because in this case, the bainitic microstructure can transform directly after forging, saving time and energy throughout the processing chain. The objective of this work was to evaluate the effects of thermomechanical routes on the kinetics of bainitic transformation and, consequently, on the mechanical and metallurgical properties of 18MnCrSiMo6-4 bainitic steel and low-alloy DIN 20MnCr5 steel, aiming to optimize the processing for forged components. For this, different thermomechanical processing routes were tested and evaluated under different conditions - deformation degrees, strain rates and cooling media - in order to understand the 'limits', or the response, for processing these materials. In the development of this study, the following tools were used: (i) Gleeble® 3800 thermomechanical simulator, (ii) eddy current sensor: (a) for qualitative evaluation of the phases and, (b) quantitative, in order to determine the transformation temperatures of the microstructure during the ongoing metallurgical phenomena, (iii) laser dilatometry, to monitor the dimensional variation of the sample during phase transformations, (iv) x-ray diffraction to measure the retained austenite content at the end of each thermomechanical experiment and electron backscattered diffraction for the characterization of the crystallographic orientation and, (v) hydraulic press, for the execution of the forging tests. The results allowed establishing a 'processing window' for the studied materials, robust enough to be implemented in the industry and whose final microstructure is little susceptible to process variations.