Comparative study of contact fatigue for a tool steel with bainitic and martensitic microstructure.

Diversos componentes mecânicos como engrenagens, rolamentos, cilindros de laminação, trilhos e rodas de trem sofrem uma determinada solicitação conhecida por fadiga de contato, que consiste em uma solicitação causada pela tensão gerada entre o contato de dois corpos sob a ação de uma carga cíclica. Este trabalho teve como objetivo avaliar a resistência a esta solicitação para um aço ferramenta com microestruturas martensíticas e bainíticas. Para isto, foi utilizado um equipamento na configuração esfera contra plano, onde as esferas foram confeccionadas em material comercial ABNT 52100 e os discos em aço ferramenta tratados termicamente para obtenção de microestruturas martensíticas e bainíticas. Os ensaios foram realizados com a aplicação de uma pressão máxima de contato de 4,8 GPa até que ocorresse a falha por microlascamento da superfície do disco. Os resultados de vida em fadiga destes materiais foram apresentados por uma distribuição de Weibull que demonstraram uma maior resistência do material bainítico. Os resultados apresentados para ambas as microestruturas demonstraram que as falhas se iniciaram predominantemente na sub-superfície, atendendo as premissas iniciais do trabalho que buscava uma baixa ocorrência de falhas superficiais prematuras ocasionadas por possíveis inclusões, defeitos ou poros superficiais que agiriam como um concentrador de tensões, levando a uma falha antes que efetivamente as características físicas e metalúrgicas das microestruturas sejam testadas.Several mechanical components such as gears, bearings, rolling mill rolls, rails and train wheels suffer a particular request known to contact fatigue, which consists of a request caused by the tension generated between the contact of two bodies subjected to a cyclic loading. This study aimed to evaluate the resistance to this request for tool steel with bainitic and martensitic microstructures. For this, was used a machine in the configuration ball against flat washer, where balls were made of commercial material ABNT 52100 and flat washer in tool steel heat-treated to obtain martensitic and bainitic microstructures. The tests were performed by applying a maximum contact pressure of 4.8 GPa until the failure by micro-spalling on the disk surface or subsurface. The results of the fatigue life of those materials were presented by a Weibull distribution that showed a better resistance to the bainitic material to this request. The results presented for both microstructures showed that the failures were initiated predominantly sub-surface, given the initial goals of the work, as evidenced by the low occurrence of premature superficial failures possibly caused by inclusions, pores or surface defects that would act as a stress concentrator leading to a premature failure before the physical and metallurgical microstructures characteristics were really tested