Determinação da influência das tensões residuais nas propriedades de fadiga em aço SAE 8620 processado com diferentes profundidades de camada de cementação

Abstract

Resumo: Este trabalho avalia a influência das tensões residuais nas propriedades de fadiga do aço de construção mecânica tipo SAE 8620. Nos corpos de prova foram aplicados tratamentos termo-químico de cementação e térmicos de têmpera, subzero e revenido. As camadas cementadas foram planejadas para condições limítrofes dos corpos de prova, variando desde a espessura de 0,1mm até uma profundidade maior que a metade da espessura destes corpos de prova, caracterizando, neste caso, a ausência do núcleo original, fato que é conhecido na prática como camada cruzada. Todos os tratamentos foram caracterizados por ensaios de dureza, de medição da camada cementada e metalografia. As tensões residuais e a resistência à fadiga foram medidas após cada etapa do tratamento térmico para a avaliação da influência da não execução do ciclo completo e a sua relação com a profundidade de camada. A medição das tensões residuais mostra que para as camadas menores a tensão é de compressão, não importando a etapa do tratamento térmico em que o corpo de prova foi avaliado e que, a medida em que a camada tende para o máximo, a tensão residual se inverte, se tornado trativa. Para os ensaios de fadiga foram projetados e construídos dispositivos de fixação e para aplicação da carga, sendo utilizado um equipamento de ensaio do tipo Wöhler. A resistência à fadiga, da mesma forma que a tensão, se mostra associada ao tratamento térmico, variando de maneira inversamente proporcional com a espessura da camada. Foi executada, ainda, a avaliação metalográfica dos corpos de prova fraturados durante o ensaio de fadiga, em microscópio eletrônico de varredura para a determinação do caráter da fratura.

Abstract: This work studied the influence of the residual stresses on the fatigue properties of a SAE 8620 steel. Specimens were submitted to a thermochemical treatment of carburizing after which they were quenched, deep-frozen and tempered. The depth cases were planned for special conditions considering the thickness of the specimens. The cases varied from 0,1mm to a depth larger than half of the specimen’s thickness, and for these large cases the original core will completely disappear. This effect is known like an overlapped carburized case. The features of these heat treatments were determined by a hardness tests, measurement of case depth and metallographic analysis. The residual stresses and the fatigue strength curves were determined after each stage of the heat treatment, and were correlated with the case depth. Results showed that the residual stresses are compressive for specimens having lower core thickness and for overlapping cases, that is, when there is no more original core, the residual stresses are always tensile and do not reverse to a compressive after deep freezing or tempering. Additional fixtures for running fatigue tests, with conventional Wöhler test equipment, were designed and the measured fatigue life, like the residual stresses properties, has close association with the heat treatment. Its behavior is inversely proportional to the case depth. The metallographic structures of the fractured specimens were tested in a SEM to determine the character of the fracture.