Relação microestrutura e propriedades de aços ao boro tratados termicamente

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de MateriaisA adição de baixos teores de boro nos aços baixo e médio carbono apresenta a característica de aumentar a temperabilidade por atuar na redução da energia livre nos contornos de grão austenítico devido à segregação de átomos de boro nos contornos, reduzindo a formação de ferrita pró-eutetóide. A composição química, a temperatura de austenitização, temperatura de revenido e a velocidade de resfriamento influenciam consideravelmente no efeito do boro no aumento da temperabilidade. O tratamento térmico de têmpera de componentes fabricados em aço ao boro possui alguns fatores que influenciam na escolha das temperaturas de austenitização. Dentre estes fatores há a necessidade de se obter a microestrutura martensítica através de temperaturas que minimizem a degradação do forno de tratamento térmico. Os objetivos desta tese foram estudar o efeito da temperatura de austenitização na precipitação de carbonetos/borocarbonetos e nas propriedades mecânicas dos aços ao boro PL22 e 15BCr30 após têmpera e revenido e a correlação entre as microestruturas obtidas, propriedades mecânicas e temperabilidade. Para avaliar o efeito da temperatura de austenitização e a solubilização do boro foram utilizadas três temperaturas, uma a comumente utilizada na indústria (870ºC - pouco acima da linha Ac3), uma temperatura um pouco acima da temperatura usual (1050ºC) e outra bastante acima (1200ºC). Observou-se inicialmente que o tamanho de grão austenítico aumenta com a temperatura de austenitização após têmpera e revenido. As análises de microestrutura mostraram que a maior porcentagem de martensita foi obtida com a temperatura de austenitização de 1050ºC, devido à redução da energia livre nos contornos de grão austenítico que reduz a nucleação de ferrita. Na temperatura de austenitização de 870ºC a menor quantidade de martensita foi atribuída à baixa porcentagem de boro em solução e a 1200ºC à maior segregação de não-equilíbrio de boro nos contornos de grão, indicada pela precipitação de borocarbonetos. Nas análises realizadas por microscopia eletrônica de transmissão foi observado a presença de borocarbonetos Fe23(C,B)6 em todas as condições de austenitização, tanto na matriz, quanto nos contornos de grão, porém uma menor quantidade para a austenitização à 1050ºC, proporcionando um melhor efeito do boro no aumento da temperabilidade para esta condição. Finalmente, foram comparados os resultados das propriedades mecânicas com a microestrutura encontrada nos dois aços ao boro. Os resultados mostraram boa concordância entre os valores obtidos nos ensaios e as porcentagens de martensita e a presença de borocarbonetos. Os limites de escoamento e resistência obtidos a partir da austenitização a 1050ºC apresentaram os maiores valores devido ao maior percentual de martensita que está relacionado à menor segregação total de boro nesta condição