Efeito do tratamento térmico na vida em fluência do aço AISI 4340

Abstract

O aço SAE/AISI 4340 possui boa temperabilidade e, quando tratado termicamente, combina alta resistência mecânica e uma ductilidade adequada. Com os avanços industriais ocorridos nas últimas décadas, a fluência se tornou um assunto preocupante devidos às condições severas nas quais os materiais foram sendo submetidos, principalmente em indústrias químicas, petroquímicas e aeroespaciais. Neste trabalho de mestrado foi avaliado o comportamento em fluência do aço SAE/AISI 4340 tratado termicamente, para a obtenção da microestrutura bainítica através de ciclos de tratamento térmico para obtenção da bainita. Foi utilizado o aço níquel-cromo-molibdênio SAE/AISI 4340 de uso aeronáutico, ultra-resistente, baixa-liga, na forma de chapas laminadas de onde foram usinados os corpos de prova de seção cilíndrica para o ensaio de fluência. O tratamento térmico para a obtenção da bainita foi realizado nos corpos de prova submetidos a 900 °C por 30 minutos, seguido de tratamento isotérmico em banho de sal a 320 °C por 15 minutos e resfriamento em água gelada, resultando em um aumento na dureza média do material, de 282,5 HV para 340,5 HV. Com o objetivo de compreender o mecanismo de fluência e caracterizar microestruturalmente o aço 4340, foram realizados os ensaios de fluência nas condições sem tratamento térmico a 500 °C e 250 MPa e 300 MPa; e na condição de microestrutura bainítica a 500 °C e 300 MPa e 550 °C e 250 MPa. O valor do expoente de tensão variou de n = 7,9 e n = 5,4, e a energia de ativação Qc entre 423,2 kJ/mol e 425,3 kJ/mol para o aço sem tratamento térmico e com transformação isotérmica, respectivamente, indicando o mecanismo dominante de fluência sendo o de movimentação de discordâncias. A caracterização microestrutural do material antes e após o ensaio de fluência foi feita através de microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura. Foi avaliado e estudado o tipo de fratura do corpo de prova após o ensaio por microscopia eletrônica de varredura. Os resultados de redução de área, análise fractográfica e relação de Monkmann-Grant indicaram a presença de fratura predominantemente dúctil. Os dados encontrados foram comparados com os encontrados na literatura para o aço SAE/AISI 4340, verificou-se que a microestrutura bainítica contribuiu para maior resistência à fluência, possivelmente devido à presença das fases endurecedoras em sua microestrutura, resultando em uma diminuição na taxa de fluência em 71,19%, comparada com o aço como recebido.