Estudo da influência do bismuto sobre a usinabilidade de aços DIN-20MnCr5

Abstract

Este estudo busca avaliar a influência do elemento bismuto na usinabilidade do aço DIN-20MnCr5. Para isso utilizou-se três aços desta qualidade com diferentes concentrações de bismuto (sem Bi, 0,026% Bi e 0,046% Bi). Um quarto aço contendo 0,016% de bismuto foi utilizado em ensaio de campo. Algumas propriedades mecânicas foram testadas a fim de verificar possíveis alterações decorrentes da adição do bismuto. Este estudo foi feito com barras redondas laminadas de bitola 73,03 mm. Com o objetivo de minimizar efeitos do histórico termo-mecânico do material, os aços foram submetidos a um tratamento térmico de normalização anteriormente aos testes. Para a avaliação do desempenho dos três materiais testados quanto à usinabilidade, utilizou-se o método comparativo direto. A caracterização metalúrgica dos materiais estudados envolveu análise da composição química, microestrutura e inclusões. Para a verificação das propriedades mecânicas foram realizados ensaios de dureza, impacto Charpy, resistência à tração e ductilidade a quente. A usinabilidade foi avaliada pela forma do cavaco, através da operação de torneamento cilíndrico e desgaste de flanco através da operação de furação, todos os ensaios conduzidos sem a utilização de fluido de corte. Os resultados obtidos mostram uma influencia significativa do bismuto sobre a usinabilidade do material estudado, com considerável evolução no desempenho do aço com 0,026% e 0,046% de bismuto. Quanto às propriedades mecânicas, não foram verificadas diferenças significativas entre os três diferentes materiais à exceção da ductilidade a quente que se mostrou prejudicada em função da adição de bismuto. O ensaio de campo consistiu no acompanhamento do desempenho do material no processo de fabricação de peças para veículos agrícolas, os resultados encontrados mostraram ganhos expressivos com a utilização do aço com 0,016% de bismuto.

This study evaluates the influence of the element bismuth on the machinability of steel DIN-20MnCr5. For this three different bismuth concentrations were tested (NoBi, 0.026wt.% Bi and 0.046wt.% Bi). A fourth steel containing 0,016%wt.%Bi was used in the field test. Some mechanical properties were also analyzed to verify changes due to the addition of bismuth. This study was done using hot rolled round bars with 73.03 mm in diameter. In order to minimize effects of thermal or mechanical history prior to testing the steels were submitted to a normalizing heat treatment. The direct comparative method was used to evaluate the machinability performance of the three steels tested. The metallurgical characterization of the materials studied involved chemical, microstructural and inclusions analyses. To verify the mechanical properties hardness, Charpy impact, tensile strength and hot workability tests were performed. The machinability was evaluated by the shape of the chip, through turning machining and flank wear through the drilling operation, all tests were performed without the use of cutting fluid. The results show a significant influence of bismuth on the machinability of the material studied, with considerable enhancement in the performance of the steel 0,026wt.%Bi and 0,046wt%Bi. The mechanical properties did not show significant differences between the three steels with the exception of the hot workability which was impaired due to the addition of bismuth. The field test consisted in monitoring the performance of the material in manufacturing parts for agricultural vehicles, the results showed significant gains with the use of steel with 0,016wt.%Bi.