Caracterização de aços para embutimento

Abstract

A crescente necessidade de optimizar os processos e ferramentas de precisão já existentes no mercado, implica uma melhoria e aperfeiçoamento contínuo dos materiais utilizados. Para tal torna-se imperativo conhecer as suas propriedades mecânicas e estruturais quando submetidos a diversas condições. Geralmente as ferramentas de precisão são constituídas por Metal Duro e Aço, sendo o embutimento o método mais usual para unir estes materiais. Devido à imensa diversidade de aços existentes no mercado, para este trabalho escolheram-se dois devido à sua importância económica para a DURIT: um típico para trabalho a frio, com a designação 1.2379 (AISI D2) e outro para trabalho a quente, designado por 1.2344 (AISI H13) Estes aços foram sujeitos a tratamentos térmicos de têmpera e revenido para diferentes níveis de dureza (48,6HRC e 52HRC para o aço 1.2344 e 59,4HRC e 61,4HRC para o aço 1.2379) e foram caracterizados quando ao seu comportamento mecânico (testes de dureza, ensaios de tração e determinação de resistência ao impacto). As microscopias óptica e eletrónica de varrimento foram usadas para caracterizar microestruturalmente os aços e permitiram compreender os resultados obtidos. Após tratamento térmico, os valores da tensão de cedência sobem para mais do dobro relativamente ao estado recozido, para ambos os aços, sendo tanto maior quanto maior é a dureza. O valor máximo de tensão de cedência medido foi de 1827MPa para o aço 1.2344 e de 2145MPa para o aço 1.2379. A presença de carbonetos numa matriz martensítica revenida e razão microestrutural para a maior resistência mecânica do aço 1.2379. A maior ductilidade do aço 1.2344 revelou-se também na sua maior capacidade de absorção de energia ao impacto, enquanto que o aço 1.2379 após tratamento térmico se comporta como um material com fratura tipicamente cerâmica. Compilaram-se ainda dados na forma de gráficos que permitem identificar rapidamente a tensão de cedência de um dado aço em função da sua dureza Rockwell C, que permitem determinar a tensão de tração máxima na superfície interna de uma carcaça de aço em função da sua geometria, para os embutimentos a quente e a frio e ainda determinar a temperatura mínima para se fazer o embutimento a quente.

The growing need to optimize processes and precision tools already on the market implies a continuous improvement and refinement of the materials used. To this end it is imperative to know their mechanical and structural properties when subjected to various conditions. Precision tools are usually made by parts of hardmetal and steel and are assembled by shrink or press fitting, depending on the materials used and applications envisaged. For this work two of the most economically relevant steels for DURIT were selected: a cold work steel termed 1.2379 (AISI D2) and a hot work steel named 1.2344 (AISI H13). These steels were mechanically characterized (hardness tests, tensile tests and fracture energy determination) in the as received, normalized state, and after quench and temper heat treatments to increase their hardness (48,6HRC and 52HRC for 1.2344 steel and 59,4HRC and 61,4HRC for steel 1.2379). Optical and electronic microscopies were used to characterize the steels microstructurally and help understanding the results of the mechanical tests. After heat treating, the yield stress values are at least the double for both steels and increase with the hardness of the steels. The highest yield stress values obtained were of 1827MPa for 1.2344 steel and 2145MPa for steel 1.2379. The existence of carbides in a tempered martensitic matrix where the grain boundaries also contain fine carbides, are the microstructural features ensuring the higher mechanical strength of the 1.2379 steel. The larger ductility of the 1.2344 steel is also reflected in its higher impact resistance, while 1.2379 steel have a fracture typically like a ceramic material, especially after heat treating. The data obtained and graphically depicted will allow: to determine the yield stress of steels, given their Rockwell hardness; to calculate the maximum tensile stresses on the steel shell after fitting the hardmetal as a function of geometry for both shrink and press fitting; and to identify the minimum temperature for shrink fitting for the 1.2344 steel.