Análise da influência dos parâmetros de forjamento nos resultados de tamanho de grão austenítico para o aço 20MnCr5

Abstract

O aço 20MnCr5 é frequentemente empregado para fabricação de componentes automotivos, como eixos e engrenagens, estes posteriormente submetidos ao tratamento termoquímico de cementação, visando à melhora de performance em termos de propriedades mecânicas. Todavia, a exposição das peças a temperaturas elevadas pode resultar em distorções dimensionais, custos de manutenção e crescimento anormal de grãos, este último sendo prejudicial às propriedades dos materiais, devendo ser controlado. Esse controle pode ser realizado através do acompanhamento de parâmetros de operações anteriores à cementação, como os de forjamento a quente. Portanto, este trabalho possui como objetivo o estudo de diferentes condições de forjamento a quente e seus efeitos no tamanho de grão austenítico do aço 20MnCr5. Para tanto, foram elaboradas condições experimentais, nas quais foram avaliados a diferença de tempos de aquecimento prévios ao forjamento (3h, 4h, 5h e 6h), emprego de diferentes materiais de partida (tarugos provenientes de lingotamento contínuo e barras laminadas a quente), forjamento com velocidades de ferramenta distintas para barras laminadas (110 batidas/min e 200 batidas/min) e posterior aplicação de tratamento térmico de normalização, juntamente com a análise da influência da composição química pelos teores de alumínio e nitrogênio. A análise do tamanho de grão austenítico foi realizada utilizando-se o processo de cementação, seguido de têmpera em óleo e posterior revenimento. Para determinação do tamanho de grão austenítico, foi utilizado o software computacional Leica Materials Workstation, baseado no método planimétrico descrito na norma internacional ISO 643. A partir dos resultados, foi possível determinar que a rota de processamento que obteve uma microestrutura mais refinada e homogênea foi a partir de materiais que foram submetidos ao tratamento térmico de normalização, seguido das barras laminadas forjadas com velocidade de 200 batidas/min, que apresentou microestruturas estáveis independente dos teores de nitrogênio e alumínio.

The 20MnCr5 steel grade is frequently used for manufacturing automotive components, such as shafts and gears, that are subjected to carburizing thermochemical treatments to increase its mechanical properties. The parts exposition to high temperatures can result in dimensional distortions, maintenance costs and in abnormal grain growth, the last one being harmful to materials properties, having to be controlled. This control can be done through parameters of operations prior to carburizing, as hot forging specifications. The aim of this work is to study different hot forging conditions and theirs effects in the austenitic grain size of the steel 20MnCr5. In order to do this, test scenarios were elaborated, in which the difference in heating times prior to forging was evaluated (3h, 4h, 5h and 6h), use of different starting materials (billets from continuous casting and hot rolled bars), forging with hitting frequency of 110 strikes/min and 200 strikes/min for hot rolled bars and normalizing heat treatment, along with chemical composition influence by the aluminum and nitrogen contents For grain size determination, a carburizing thermochemical treatment was applied and then the computational software Leica Materials Workstation was used, based on the planimetric method described in the international standard ISO 643. From the results, it was possible to determine that the processing route which obtained the most refined and homogeneous microestructure were the scenario that the material had the normalizing heat treatment applied, followed by the hot rolled bars forged with 200 strikes/min hitting frequency.