Influência de tratamentos térmicos na resistência à fadiga e ao desgaste de um aço alto carbono microligado ao Nb e V de aplicação ferroviária.

Abstract

Os aços utilizados na fabricação de trilhos ferroviários devem ser resistentes à ocorrência de defeitos que podem provocar a falha desses componentes, assim como possuir uma boa combinação de resistência mecânica, resistência à fadiga e ao desgaste. Uma microestrutura adequada é fundamental para que as propriedades requisitadas sejam atendidas. Uma das alternativas para se obter a microestrutura desejada é a escolha da combinação apropriada de composição química e rota de processamento do material. Aços com microestrutura predominantemente perlítica têm sido utilizados já há muito tempo em componentes ferroviários devido às suas características mecânicas. Aços perlíticos ligados ao Nb e ao V podem ser uma opção para o setor ferroviário, e têm sido estudados. Uma outra alternativa para a fabricação de trilhos ferroviários é o aço com estrutura bainítica, onde um maior grau de refinamento na microestrutura pode ainda ser conseguido. Este trabalho, em um primeiro momento, caracterizou microestruturalmente e mecanicamente um aço eutetóide para trilhos ligado ao Nb e ao V em seu estado de entrega. Em um segundo momento, uma simulação computacional foi realizada para determinação de temperaturas críticas de transformação de fases no equilíbrio, diagramas TTT e TRC foram obtidos por dilatometria e o estudo de cinética de decomposição isotérmica da austenita em bainita foi realizado, etapas que permitiram planejar tratamentos térmicos de refino de perlita e de austêmpera a serem empregados nesse aço a fim de alterar sua microestrutura e melhorar suas propriedades. Posteriormente aos tratamentos térmicos, as microestruturas obtidas foram avaliadas com auxílio de microscopia óptica, eletrônica de varredura e de força atômica. Ensaios de dureza e tração foram realizados. Ainda foi avaliado o comportamento em nucleação de trinca por fadiga e em desgaste. Dessa forma, a influência do Nb e do V sobre a microestrutura e, consequentemente, sobre as propriedades mecânicas desse aço, foi avaliada, estudando o efeito desses microligantes quando presentes na forma de precipitados ou em solução sólida na austenita. O estudo dilatométrico e de cinética mostrou que a partir de tratamentos térmicos bem planejados, é possível a obtenção de uma microestrutura perlítica refinada ou de uma microestrutura majoritariamente bainítica em aços eutetóides com composições químicas relativamente simples. Os ensaios mecânicos mostraram que existe uma diferença de resistência mecânica por tração, à nucleação de trinca por fadiga e ao desgaste entre as condições estudadas. Os aspectos microestruturais foram correlacionados com os resultados, a fim de mostrar o efeito da microestrutura no comportamento mecânico dos aços. Os resultados deste trabalho mostram que há grande potencial de melhoria no comportamento dos trilhos ferroviários se adotada uma rota de fabricação com resfriamento controlado na superfície desses componentes para obtenção de uma microestrutura bastante refinada.