Estudo comparativo entre tratamentos térmicos para o aço ABNT 4140, caracterização e análise de falha

Abstract

Este trabalho apresenta um estudo comparativo entre tratamentos térmicos realizados em um aço ABNT 4140 com o intuito de analisar suas propriedades mecânicas e metalúrgicas. Os tratamentos aplicados foram têmpera, revenimento e têmpera por indução. Dessa forma foram separados dois grupos de tratamentos térmicos, Grupo A que foi temperado e revenido e o Grupo B que foi temperado e revenido igualmente ao Grupo A e posteriormente temperado por indução e revenido. Para atingir os objetivos propostos foram realizadas análises químicas, perfis de dureza, análise de tensões residuais, micrografias, ensaios de tração, todos os ensaios para caracterizar o material, o ensaio de fadiga com o fim de obter o comportamento dos materiais em fadiga e análise da falha ocorrida. Os resultados obtidos foram que os tratamentos térmicos tiveram sucesso na questão da microestrutura, ambos obtiveram a estrutura alvo, martensita revenida, também foi obtido um perfil de dureza já esperado, o material temperado por indução obteve uma maior limite de escoamento e por outro lado obteve um menor nível de tensão residual compressiva. Possivelmente este menor nível pode ser devido a um excessivo tratamento de revenimento que levou a alívio destas tensões residuais e perda de partes dos objetivos desse tipo de tratamento. Os ensaios de fadiga realizados mostraram que o material do Grupo A resistiu mais, porém houve fratura do material na região de acoplamento com a máquina, rosca, invalidando o teste. Foi realizada uma análise de falha para se apontar as possíveis causas da falha, apontando o concentrador de tensão como a principal causa da falha.

This paper presents a comparative study of heat treatment performed in a ABNT 4140 steel in order to analyze its mechanical and metallurgical properties. The treatments were quenching, tempering and induction hardening. Thus were separated two groups of heat treatment, group A has been hardened and tempered and Group B was also quenched and tempered to Group A and then induction hardened and tempered. To reach the goals were performed chemical analysis, hardness profiles, analysis of residual stresses micrographs tensile test, all tests to characterize the material, the fatigue test in order to obtain the fatigue behavior of the material and analysis the failure occurred. The results were that heat treatments have succeeded in question of the microstructure obtained both the target structure, tempered martensite was also obtained a hardness profile expected, the induction hardened material has obtained a higher yield strength and moreover obtained a lower level of compressive residual stress. Possibly this lower level may be due to excessive treatment tempering leading to relief of these residual stresses and loss of parts of the objectives of such treatment. The fatigue tests carried out showed that the material in Group resisted more, but there was fracture of the material in the coupling region with the machine, thread, invalidating the test. A failure analysis was performed to point out the possible causes of failure, pointing to the stress concentrator as the main cause of failure.