Utilização de solução polimérica em substituição ao óleo como meio de resfriamento no tratamento térmico de têmpera de barras de aço

Abstract

O presente trabalho tem como objetivo avaliar a possibilidade de substituição do óleo mineral por polímero PAG como meio de resfriamento de barras de aço laminadas a quente. Para isto foram selecionadas barras laminadas dos aços SAE 4140, SAE 4340 e DIN 31CrMoV9 tendo suas propriedades avaliadas quanto a dureza, microestrutura e propriedades mecânicas. As amostras retiradas sofreram tratamento térmico de têmpera em laboratório sendo resfriadas em polímero PAG com concentração de 15% e 25% e em óleo mineral e, posteriormente, foram submetidas ao tratamento de revenimento a 600 ± 10 °C. Após o revenimento, as amostras foram seccionadas transversalmente para a medição de dureza na superfície, na metade do raio e no núcleo da amostra. A mesma amostra foi preparada para avaliação da microestrutura. O restante da amostra foi usinada para realização do ensaio de tração e conseqüente obtenção das propriedades mecânicas. Para os aços SAE 4140 e SAE 4340, as diferenças de dureza encontradas foram de no máximo 10% estando esta diferença dentro de uma tolerância aceitável nas especificações de clientes. As propriedades mecânicas dos corpos de prova resfriados em polímero foram, em média, 13% maiores do que as amostras resfriadas em óleo, comprovando a eficiência deste meio de resfriamento para estes dois aços em estudo. As diferenças encontradas nas amostras do aço DIN 31CrMoV9 não foram significativas sendo que a diferença média entre as durezas foi de 3,5%, enquanto que a diferença média entre as propriedades mecânicas foi de 4%, podendo assim concluir que os meios de resfriamento em estudo se equivalem para o tratamento de têmpera do aço DIN 31CrMoV9. Com este trabalho pode-se concluir que o meio de resfriamento polimérico é aplicável para a substituição do óleo como meio de resfriamento no tratamento térmico de têmpera de barras de aço laminadas. As vantagens identificadas na utilização do polímero como meio de resfriamento devem ser confrontadas com a necessidade de maior controle de processo durante a utilização deste meio de resfriamento para a aplicação em escala industrial.

The aim of this work is appraise the possibility of substitution of mineral oil to PAG polymer as quench bath of hot rolled bars of steel. For this were selected rolled bars of steels SAE 4140, SAE 4340 and DIN 31CrMoV9 and their hardness, microstructure and mechanical properties were appraise. The samples were submitted to quench heat treatment at laboratory being quenched on PAG polymer with concentration of 15% and 25% and mineral oil and, subsequent, were submitted to temper with 600 ± 10 °C. After that, the samples were crosscut to hardness measurement on surface, middle of the radius and center of the sample. The same sample was prepared to microstructure evaluation. The rest of the sample was machined to tensile test and consequent obtaining of mechanical properties. To the steels SAE 4140 and SAE 4340, the hardness differences found were a maximum of 10%. These differences are inside the range of tolerance specified by clients. The mechanical properties of the samples quenched on polymer baths were, in average, 13% higher than samples quenched on oil bath. These results prove the efficiency of polymer bath for both steels. The differences found on sample of steel DIN 31CrMoV9 were not significant. The average of harness differences was 3,5% and the average of mechanical properties differences was 4%. With that is possible to prove that the quench baths studied are equivalent for steel DIN 31CrMoV9. With this work is possible to prove that the polymer quench bath is applicable to replace oil as quench bath on quench heat treatment of steel rolled bars. The advantages identified on polymer use as quench bath should be confronted with the needs of higher process control during the use of this quench bath to industrial application.