Avaliação do endurecimento por conformação a frio de aços de construção mecânica, sob diferentes condições de tratamentos térmicos preliminares.

Abstract

Este trabalho tem como objetivo apresentar um estudo categórico acerca do endurecimento de um aço para construção mecânica, similar ao SAE 10B22, com grão refinado e a presença de nióbio microligado sob diferentes circunstâncias de conformação a frio e tratamentos térmicos preliminares. Após caracterização do aço no estado de recebimento, constatou-se um material com estrutura ferrita/perlita como esperado, com grão altamente refinado com tamanho de grão ASTM superior a 10. Uma mesma amostra desse aço foi exposta a um tratamento de “alívio de tensões” a 650°C por 2 horas, que após caracterizada revelou princípio de engrossamento na perlita e possivelmente dos precipitados finos na estrutura oriundos do elemento microligado. Essas características possibilitaram explicar o grão altamente refinado e o elevado ganho de resistência observado nos ensaios realizados. Foram fabricados corpos de prova para ensaio de compressão adaptados da norma ASTM E9:19, ao quais foram submetidos a três níveis crescentes de deformação simulados virtualmente no software QForm, o que permitiu replicar localmente níveis de deformação plástica para aferição mais precisa do endurecimento por encruamento com o aumento gradativo das deformações. Os resultados encontrados validam a intensidade do endurecimento mesmo em deformações intermediárias e a influência das características da microestrutura como o grão refinado com a relação de Hall Petch e o efeito dos precipitados pelo mecanismo de Orowan no ganho de resistência. Foi possível obter durezas acima de 25 HRC a partir de deformações plásticas ε=0,6, atingindo em certos pontos durezas de até 38 HRC. Essas propriedades atenderiam, pensando no campo de aplicação do aço referência 10B22, especificações válidas para materiais conformados a frio de média resistência em normas como a ISO898, SAE J429 e ASTM A325.

This study aims to present a categorical analysis of the hardening behavior of a medium-carbon boron steel for mechanical construction, similar to SAE 10B22, with refined grain size and the presence of microaloyed niobium under different cold forming conditions and preliminary heat treatments. Upon characterization of the as received material, it was found to consist of a ferrite + pearlite microstructure, as expected; however, it exhibited a highly refined grain structure with an ASTM grain size greater than 10. A sample of this same steel was subjected to a stress-relief heat treatment at 650°C for 2 hours. Subsequent microstructural analysis revealed possible pearlite coarsening and possibly of the fine precipitates originating from the microalloying element. These characteristics allowed for the explanation of both the refined grain structure and the high strength increase observed in mechanical testing. Compression test specimens were manufactured in accordance with an adaptation of ASTM E9:19, and subjected to three progressively increasing deformation levels virtually simulated using QForm software. This enabled the localized replication of plastic strain levels to more precisely assess strain hardening behavior due to cold work. The results confirmed the significant intensity of hardening even at intermediate strain levels, as well as the influence of microstructural features such as refined grain size through the Hall-Petch relationship and the role of fine precipitates via the Orowan strengthening mechanism. Hardness values above 25 HRC were achieved at plastic strains of ε = 0.6, with certain areas reaching up to 38 HRC. These properties would meet the specifications for cold-formed medium-strength steels as defined by standards such as ISO 898, SAE J429, and ASTM A325, considering the application field of reference steel 10B22