Estudo da influência da composição química e dos parâmetros de beneficiamento na tenacidade e na resistência mecânica de aços para fixadores com aplicações em baixas temperaturas

Abstract

Este trabalho teve por objetivo definir as composições químicas e os parâmetros de tratamento térmico mais adequados para atendimento às rígidas especificações exigidas para fixadores utilizados na indústria de óleo, gás e energia eólica, visando à minimização dos custos de produção e a garantia da qualidade dos produtos. Para tal, foram realizados testes em escala laboratorial variando-se as temperaturas de austenitização e de revenimento para três composições químicas diferentes, tendo como base o aço SAE 4140 com variações nos teores de carbono, cromo e vanádio. Foi avaliada a influência da composição química e dos parâmetros de beneficiamento sobre a microestrutura, tenacidade e resistência mecânica, por meio de análises em microscópio eletrônico de varredura, ensaios de resistência ao impacto e à tração e ensaios de dureza. Quanto à composição química, foram utilizados os aços SAE 4140, SAE 4140 Modificado ao Vanádio e SAE 4145. No tratamento térmico, primeiramente foram realizadas curvas de revenimento, avaliando-se a dureza em função da temperatura de revenimento em uma faixa de 575 a 675 ºC e temperatura de austenitização fixa de 880 °C. Após a obtenção e análise das curvas de revenimento, foram escolhidas duas temperaturas de revenimento específicas para avaliação mais detalhada das propriedades mecânicas, com a realização de ensaios de resistência à tração e impacto. Nesta etapa também foi avaliada a influência da temperatura de austenitização. Foram utilizadas as temperaturas de 880 e 920 °C. Os resultados possibilitaram encontrar uma relação de compromisso entre a resistência mecânica e a tenacidade, tanto em relação ao desempenho do produto final quanto em relação aos custos de produção.

This study aims to determine the chemical composition and heat treatment parameters most suitable for meeting the strict specifications required for fasteners used in oil and gas and wind energy industries, in order to minimize production costs and ensure product quality. For this, laboratory tests were performed varying the austenitizing and tempering temperatures for three different chemical compositions based on SAE 4140 with variations on carbon, chromium and vanadium contents. The influence of chemical composition and heat treatment parameters on microstructure, toughness and strength were evaluated through scanning electron microscope analysis and hardness, tensile and impact tests. SAE 4140, SAE 4140 (Vanadium Modified) and SAE 4145 were the steel grades used. The first stage was to perform tempering curves, evaluating the hardness results as a function of tempering temperature in the range of 575 to 675 °C. The austenitizing temperature was fixed on 880°C. In the second stage, two specific tempering temperatures were chosen for a more detailed evaluation of microstructure and mechanical properties. In this stage, the influence of austenitizing temperature was also evaluated. Temperatures of 880 and 920 °C were tested. The results had shown an optimal trade-off between the strength and toughness in relation to the final product performance as well as production costs.