BR0106329B1 - método para fabricação de parafuso de alta resistência, tendo excelente resistência à fratura retardada e a alìvio de tensões mediante fluência. - Google Patents

Description

"MÉTODO PARA FABRICAÇÃO DE PARAFUSO DE ALTA RESISTÊNCIATENDO EXCELENTE RESISTÊNCIA À FRATURA RETARDADA E AALÍVIO DE TENSÕES MEDIANTE FLUÊNCIA"

Campo técnico

Esta invenção refere-se a um método para fabricação de umparafuso de alta resistência principalmente paraautomóvel. Mais particularmente, a presente invençãorefere-se a um método útil para fabricação de um parafusode alta resistência tendo excelente resistência à fraturaretardada e resistência à relaxação do esforço além de umlimite de resislência à tração (resistência) de 1200N/mm2 ou mais.

Histórico da técnica

Usa-se como aço para parafuso de alta resistência comum,aço-liga de médio carbono (SCM435, SCM440, SCr440, etc.)tendo uma resistência necessária por têmpera e revenidodo mesmo. Entretanto, quando se aplica um limite deresistência à tração aumentado além de 1200 N/mm2 a umparafuso de alta resistência comum para automóveis evários equipamentos industriais, é provável ocorrer umafratura retardada no interior do parafuso de altaresistência. Por esta razão, a condição de aplicabilidadedo parafuso de alta resistência é limitada.

A fratura retardada é classificada em dois tipos, umagerada num meio não corrosivo e a outra gerada num meiocorrosivo. Sabe-se que uma variedade de fatores estãointrincadamente entrelaçados causando a fraturaretardada, e portanto é difícil identificar o fatorprincipal. Os fatores de controle conhecidos paraeliminar a fratura retardada são: temperatura derevenido, microestrutura do aço, dureza do aço, tamanhode grão cristalino do aço, conteúdos de vários elementosassociados e os semelhantes.

Entretanto, não foi estabelecido um método eficaz paraeliminar a fratura retardada. Vários métodos forampropostos, mas eles estão somente num processo detentativa e erro.Técnicas para melhorar a resistência à fratura retardadaforam divulgadas nos pedidos não examinados de patentejaponesa N°s. 60-114551, 2-267243, 3-243745 esemelhantes. Nestas técnicas, ajustando teores de várioselementos principais de liga, pode-se obter um aço paraparafuso de alta resistência tendo uma excelenteresistência à fratura retardada independente de seulimite de resistência à tração elevado de 1400 N/mm2 oumais. Estas técnicas, entretanto, não podem eliminarcompletamente a possibil idade de gerar tal fratui-a.retardada. Portanto, o parafuso de alta resistênciaobtido do aço acima mencionado tem uma aplicabilidadeextremamente limitada.

Por outro lado, um parafuso de fixação para uso emtemperaturas elevadas (incluindo o parafuso de altaresistência acima mencionado) tem um outro problema: suarazão de limite convencional de elasticidade diminuiquando o parafuso está em uso, resultando num fenômeno deredução de resistência à fixação do mesmo. Este fenômenoé chamado de alívio de tensões mediante fluência(relaxação do esforço). Em particular, quando se usa umaço bainítico, um aço perlítico ou semelhante ao invés deum aço temperado e revenido para o parafuso, o parafusoresultante pode ter uma resistência inferior a talfenômeno (isto é, resistência à relaxação do esforçoinferior). Este fenômeno causa possivelmente umalongamento do parafuso, que previne o parafuso deconservar a resistência à fixação inicial. Portanto, porexemplo quando o parafuso é para um propósito associado aum motor de automóvel, o parafuso necessita exibirpropriedade de resistência ao alívio de tensões mediantefluência elevada. Entretanto, convencionalmente, apropriedade de resistência ao alívio de tensões mediantefluência de parafusos de alta resistência não tem sidoconsiderada.

Um objetivo da presente invenção é melhorar os problemasacima mencionados, provendo desse modo um método útil defabricação de um parafuso de alta resistência tendo umaresistência à fratura retardada e resistência ao alíviode tensões mediante fluência excelentes assim como umlimite de resistência à tração em nível satisfatório de1200 N/mm2 ou mais.

Sumário da invenção

É um objetivo da presente invenção prover um método paraprodução de um parafuso de alta resistência tendoresistência à fratura retardada e resistência ao alíviode tensões mediante fluência excelentes. 0 método incluietapas de: preparar um aço; trefilar o aço severamentepara obter um arame de aço; modelar o arame de aço naforma de parafuso por meio de recalque axial a frio; esubmeter o parafuso de aço conformado a um tratamento deazulagem a uma temperatura dentro da faixa de 100 até400°C. O aço contém C: 0,5 até 1,0% em massa (daqui emdiante referido simplesmente como "%"), Si: 0,5% ou menos(não incluindo 0%), Mn: 0,2 até 1%, P: 0,03% ou menos(incluindo 0%) e S: 0,03% ou menos (incluindo 0%). E estetem estruturas de ferrita proeutetóide, cementitaproeutetóide, bainita e martensita. A taxa de área totaldestas é menor que 20%. O mesmo tem também uma estruturade perlita como balanço. Por este método, pode-seproduzir um parafuso de alta resistência tendoresistência à fratura retardada e resistência ao alíviode tensões mediante fluência excelentes além de um limiteresistência à tração de 1200 N/mm2 ou superior.

O aço usado no método, se necessário, incluiadicionalmente (a) Cr: 0,5% ou menos (não incluindo 0%)e/ou Co: 0,5% ou menos (não incluindo 0%), (b) um ou maiselementos selecionados de um grupo consistindo de Mo, V eNb, cujo conteúdo total é de 0,3% ou menos (nãoincluindo 0%), e ou semelhantes.

Breve descrição dos desenhos

A figura 1 (Figura IA e 1B) mostra esquematicamente (emdois tamanhos) uma configuração de um parafuso para sersubmetido a um teste de fratura retardada nos exemplos:a figura 2 é uma fotomicrografia mostrando um estruturade bainita;

a figura 3 é uma fotomicrografia mostrando uma estruturade cementita proeutetóide;

a figura 4 é uma fotografia mostrando um parafuso decabeça sextavada do exemplo 2; e

a figura 5 é uma fotografia mostrando um parafuso deflange sextavada do exemplo 2.

0 melhor modo de realizar a invenção

Os inventores estudaram a respeito da causa deresistência à fratura retardada inferior do parafuso dealta resistência convencional. Como resultado, descobriu-se que há um limite nos métodos convencionais paramelhoramento da resistência à fratura retardada, em queum aço tendo estrutura de martensita revenida é usadopara formar o parafuso de modo a melhorar a resistência àfratura retardada do parafuso evitando fragilidade derevenido, diminuindo os elementos de segregaçãointergranular, diminuindo tamanho de grão e semelhantes.

Os inventores estudaram ainda e por conseguintedescobriram que a resistência à fratura retardada podeser ainda melhorada 1) preparando um aço tendo umaestrutura de perlita predeterminada e 2) trabalhando(trefilação de arame) o aço a uma taxa de trefilaçãoelevada para formar um arame tendo uma taxa de reduçãorelativamente elevada da área da seção transversal (daquiem diante, referido como "trabalho severo" ou "trefilaçãosevera"), para dar uma resistência de 1200 n/mm2 ou maisao parafuso resultante.

De acordo com a presente invenção é necessário trefilarseveramente um aço que tenha estruturas de ferritaproeutetóide, cementita proeutetóide, bainita emartensita, cuja área total seja menor que 20% em relaçãoà área da seção transversal inteira de vergalhão paratrefilação de arame do aço, e estrutura de perlita comobalanço (isto é, a taxa de área de perlita é além de80%). As razões destas limitações na estrutura do aço sãocomo segue.

Das estruturas mencionadas anteriormente, quando o açotem taxas excessivas de estruturas de ferritaproeutetóide e de cementita proeutetóide, é difíciltrefilar o aço devido à geração de lascas ao longo dadireção de trefilação. Deste modo, um tal processo detrefilação severa não pode ser completado e desse modoele falha em dar ao parafuso resultante uma resistênciade 12 00 N/mm2 ou mais. Adicionalmente, o aço necessitater uma quantidade pequena de estruturas de cementitaproeutetóide e martensita de modo a eliminar a ruptura doarame do vergalhão de arame de aço durante a trefilação.Além disso, ele necessita incluir uma quantidadesuficientemente pequena de estrutura de bainita. Isto éporque, comparada com perlita, a estrutura de bainita émenos endurecida por trabalho (trefilação) e então elanão pode resultar numa resistência de aço aumentadadevido à trefilação severa.

Ao contrário, a quantidade da estrutura de perlitanecessita ser tão grande quanto possível. Isto é porque aestrutura de perlita contribui para a diminuição deacumulação de átomos de hidrogênio nas fronteiras de grãoaprisionando tais átomos de hidrogênio nas interfacesentre cementita e ferrita no interior de cada grão dasmesmas. Conseqüentemente, diminuindo pelo menos umaquantidade de estruturas de ferrita proeutetóide,cementita proeutetóide, bainita e martensita esemelhantes para reduzir a taxa de área total destasestruturas para menos de 20% e deste modo elevar a taxade área de estrutura de perlita para além de 80%, o açoobtido pode exibir uma resistência à fratura retardada eresistência excelentes. A taxa de área da estrutura deperlita é pref erivelmente de 90% ou mais, e maispreferivelmente de 100%.0 aço laminado ou forjado propriamente dito (isto é, semtrefilação do aço) não pode ter uma precisão de medidasuficientemente elevada para modelagem na forma deparafuso. Adicionalmente, se tal aço for usado paraproduzir um parafuso de alta resistência, o parafusoobtido não pode ter uma resistência de 1200 N/mm2 oumais. Por estas razões, é necessário submeter o açolaminado ou forjado ao processo de trefilação na presenteinvenção. Adicionalmente, esta trefilação pode dispersaruma parte das regiões de cementita na estrutura deperlita para dentro de suas regiões menores, paramelhorar a capacidade de acumulação de átomos dehidrogenio. Alem disco, devido a trefilacao, os graos daestrutura são achatados ao longo da direção de trefilaçãopara resistir à propagação de fratura. Isto significa oque segue. Se o vergalhão de arame não foi trefilado, umafratura se propaga ao longo das fronteiras de grão (asinterfaces entre grãos) numa direção aproximadamenteperpendicular à direção de trefilação, ao passo que, novergalhão de arame trefilado, tais grãos achatadosbloqueiam as fronteiras de grão da direção de propagaçãode fratura interrompendo a propagação de fratura.

Por outro lado, os inventores estudaram também do pontode vista de melhoramento uma propriedade de alívio detensões mediante fluência do parafuso obtido. Comoresultado provou-se que uma azulagem a uma temperaturapredeterminada, que segue a trefilação severa do açoacima mencionado e o recalque axial a frio para modelar oaço trefilado numa forma de parafuso predeterminada, podeaumentar a resistência do parafuso. Ela pode resultar emmelhorar extremamente a propriedade de alívio de tensõesmediante fluência do parafuso obtido. Em outras palavras,a azulagem pode conduzir a um endurecimento porprecipitação de C e N assim como prevenir a deformaçãoplástica do parafuso resultante. Isto pode conduzir aefeitos de melhoramento da resistência do parafuso e darazão de limite convencional de elasticidade do parafusoobtido e, adicionalmente, eliminar a fadiga térmica doparafuso de 100 até 200°C. De modo a exibir estesefeitos, a temperatura de azulagem necessita estar dentroda faixa de 100 até 400°C. No caso da temperatura menorque 100°C, o endurecimento por precipitação não ésatisfatoriamente grande. Assim os aumentos deresistência de parafuso e razão de limite convencional deelasticidade são muito pequenos, resultando que apropriedade de alívio de tensões mediante fluência nãopode ser melhorada satisfatoriamente. Ao contrário, nocaso da temperatura de azulagem maior que 400°C, o açoconformado em parafuso está provavelmente para amolecerdeixando cair severamente a resistencia dde parafuso.

Adicionalmente, de modo a obter os efeitos acimamencionados, executa-se a azulagem desejavelmentemantendo uma temperatura dentro da faixa acima mencionadapor cerca de 30 minutos até 4 horas. Na presenteinvenção, o recalque axial a frio (forjamento) éexecutado para modelar o aço estirado na forma deparafuso predeterminada. As razões são as seguintes: orecalque axial a frio necessita custos de manufaturamenores que recalque morno ou a quente (forjamento); e,por recalque a quente ou morno, o aço estirado estaráprovavelmente amolecido pelo calor e desse modo aestrutura de perlita estirada poderá desordenar-se demodo a não se obter uma resistência predeterminada.O aço para o parafuso de alta resistência de acordo com apresente invenção é um aço meio ou muito duro tendo de0,50 até 1,0% de C. Adicionalmente como composiçãoquímica básica, o aço inclui tanto 0,5% ou menos (nãoincluindo 0%) de Si como 0,2 até 1% de Mn. Ela tambéminclui quantidades limitadas de P até 0,03% ou menos(incluindo 0%) e S até 0,03% ou menos. As razões destaslimitações nos conteúdos são respectivamente mostradas emseguida. Deve ser notado que, depois disto, que tanto umarame ou um vergalhão obtido por trabalho a quente do açocomo o aço obtido por trabalho a quente seguido portratamento térmico são referidos como "vergalhão dearame", e um arame ou vergalhão por trabalho a frio(incluindo trefilação) do vergalhão de arame é referidocomo "arame de aço", de modo a diferenciá-los.

C: 0,5 até 1,0%

C é um elemento eficaz e econômico para aumentar aresistência de parafuso. Quando o conteúdo de C do açoaumenta, a resistência do parafuso resultante aumenta.

Para obter o parafuso tendo uma resistência alvo, o açopara o parafuso necessita conter 0,50% ou mais de C.

Entretanto, quando o conteúdo de C está além de 1,0%, umaquantidade de precipitação de cementita proeutetóide estáρjfovdvcIrricritc pQ^rci ciuiruGritci^r. Zsto x* g 3 vi XtΌ. ern diτηιrm.iç<3.oextrema da tenacidade e da ductibilidade do aço,deteriorando assim a estampabilidade do aço. Portanto, olimite superior do conteúdo de C é 1,0%. 0 limiteinferior do conteúdo de C é preferivelmente 0,65%, e maispreferivelmente 0,7%. Também, o limite superior deconteúdo de C é preferivelmente 0,9%, e maispreferivelmente 0,85%. Um aço eutetóide é o maisdesejavelmente usado.

Si: 0,5% ou menos (0% não é incluído)Si exibe um efeito de suprimir precipitação de cementitaproeutetóide aumentando a temperabilidade do aço. Pode-seesperar também do Si atuar como agente desoxidante. Alémdisso, Si pode produzir uma solução sólida com ferrita,exibindo um reforço de solução sólida excelente. Estesefeitos do Si melhorarão mais, se o conteúdo de Si do açoaumentar. Entretanto, o conteúdo de Si excessivoprovavelmente diminuirá a ductibilidade assim como atemperabilidade a frio do arame de aço. Deste ponto devista, o limite superior do conteúdo de Si épreferivelmente 0,1%, e mais preferivelmente 0,05%.Mn: 0,2 até 1,0%

Mn pode atuar como um agente desoxidante e também,aumentar a temperabilidade do vergalhão de arame,melhorando a uniformidade de estrutura de seçãotransversal do vergalhão de arame resultante. Estesefeitos do Mn podem efetivamente ser causados quando oconteúdo de Mn é 0,2% ou mais. Entretanto, quando oconteúdo de Mn é muito grande, as estruturastransformadas em temperatura baixa tais como martensita ebainita gerarão provavelmente no Mn seção de segregação,resultando em deterioração de temperabilidade do aço. 0limite superior do conteúdo de Mn é portanto de 1,0%. Oconteúdo de Mn é preferivelmente de cerca de 0,40% até0,70%, e mais preferivelmente de cerca de 0,45 até 0,55%.

P: 0,03% ou menos (incluindo 0%)

P é um elemento que provavelmente segrega as fronteirasde grao, deteriorando a resistencia a fratura retardadado parafuso resultante. Por essa razão, diminuindo oconteúdo de P para 0,03% ou menos, a resistência àfratura retardada pode ser melhorada. 0 conteúdo de P épreferivelmente de 0,015% ou menos, preferivelmente de0,01% ou menos e ainda preferivelmente de 0,005% oumenos.

S: 0,03% ou menos (incluindo 0%)

S reage com Mn para formar uma porção de MnS no aço. Aporção de MnS é provavelmente para tornar-se uma porçãode concentração de tensões quando a tensão é imposta.

Dessa maneira, é necessário diminuir o conteúdo de S paramelhorar a resistência à fratura retardada do parafusoresultante. Deste ponto de vista, o conteúdo de S éfavoravelmente diminuído para 0,03% ou menos. 0 conteúdode S é pref erivelmente de 0,015% ou menos, maispreferivelmente de 0,01% ou menos e ainda preferivelmente0,005% ou menos.

Num método de acordo com a presente invenção, o aço a serusado como matéria-prima para o parafuso de altaresistência tem basicamente a composição química acimamencionada. Se necessário, o aço tem efetivamenteelementos aditivos tais como (a) 0,5% ou menos (nãoincluindo 0%) de Cr e/ou 0,5% ou menos (não incluindo 0%)de Co e (b) 0,3% ou menos (não incluindo 0%) do conteúdototal de um ou mais elementos selecionados de um grupoconsistindo de Mo, V e Nb. As razões das limitações nosconteúdos destes elementos respectivos, que podem seradicionados quando necessário, são as seguintes.

Cr: 0,5% ou menos (não incluindo 0%) e/ou Co: 0,50% oumenos (não incluindo 0%)

Como no caso com Si, tanto Cr como Co têm um efeito deeliminar precipitação de cementita proeutetóide. Destemodo, eles são particularmente eficazes para adicionar aoaço para o parafuso de alta resistência de acordo com apresente invenção, porque, na presente invenção, aresistência do parafuso é planejada para ser melhoradapelo aumento de cementita proeutetoide. Quando osconteúdos de Cr e/ou Co aumentam, este efeito torna-semaior. Entretanto, quando os conteúdos alcançam além de0,5%, o efeito não pode ser melhorado além disso.

Adicionalmente, tais conteúdos maiores destes elementoscustam mais. 0 limite superior de conteúdos é portanto de0,5%. Os conteúdos de Cr e/ou Co estão pref erivelmentedentro de uma faixa de 0,05 até 0,5%, e maispreferivelmente de 0,1 até 0,2%.

Um ou mais elementos selecionados de um grupo consistindode Mo, V e Nb: 0,3% ou menos (não incluindo 0%) no totalMo, V e Nb podem produzir respectivamente carbeto enitreto finos que contribuem para o melhoramento daresistência à fratura retardada do parafuso.

Adicionalmente, estes nitretos e carbetos podem sereficazes também para fabricar grãos de aço mais finos. Osconteúdos em excesso destes elementos, entretanto,resultarão provavelmente em resistência à fraturaretardada e tenacidade pioradas. Desse modo, decidiu-seque o conteúdo total destes elementos será de 0,5% oumenos. 0 conteúdo total de Mo, V e Nb estápreferivelmente dentro da faixa de 0,02 até 0,2%, e maispreferivelmente de 0,05 até 0,1%.

O aço usado na presente invenção tem a composição químicaacima mencionada. 0 balanço consiste substancialmente deFe. A frase "consiste substancialmente de Fe" significaque o parafuso de alta resistência de acordo com apresente invenção pode incluir constituintes secundários(composições toleráveis) além de Fe na medida que nãopossam piorar as propriedades do parafuso. As composiçõestoleráveis incluem elementos tais como Cu, Ni, Al, Ca, B,Zr, Pb, Bi, Te, Sn, Sb e N e impurezas inevitáveis talcomo O.

De acordo com a presente invenção, é possível ajustar aestrutura do vergalhão de arame para o parafuso por meiode vários métodos. Destes, dois métodos típicos, (i) e(ii) são descritos a seguir. Num dos métodos típicos(metodo (i)), o vergalhao para de arame e produzido 1)usando o aço tendo a composição química acima mencionada,2) laminando a quente ou forjando a quente o aço de talmodo que a temperatura final da laminação ou forjamento aquente seja de 800°C ou mais e 3) resfriando o açolaminado ou forjado a quente continuamente até atemperatura do aço atingir 400°C, com a taxa deresfriamento média V (°C/segundo) satisfazendo a equaçãoseguinte (1), seguido por seu resfriamento em ar.166x (diâmetro de arame :mm) 1,4 V 288x (diâmetro de arame: mm) 1,4 (1)O vergalhão de arame obtido pelo método (i) pode terestrutura de perlita mais uniforme que os aços laminadoscomuns, melhorando assim a resistência do vergalhão dearame antes de ser submetido ao processo de trefilação.No caso da temperatura final de laminação ou forja aquente ser muito baixa, a austenitização não progridesatisfatoriamente e desse modo a estrutura de perlitauniforme não pode ser obtida. Esta é a razão porque atemperatura final necessita ser de 800°C ou mais. Estatemperatura está preferivelmente dentro de uma faixa de850 até 950°C, e mais preferivelmente de 850 até 900°C.

No caso em que a taxa de resfriamento média V é menor que166 χ (diâmetro de arame: mm)"1,4, o vergalhão de aramepode não apenas falhar em ter a estrutura de perlitauniforme mas também ferrita proeutetóide e cementitaproeutetóide são facilmente produzidas no mesmo. Aocontrário, no caso da taxa de resfriamento média V sermaior que 288 χ (diâmetro: mm)"1,4, bainita e martensitasão produzidas facilmente.

Alternativamente, o vergalhão de arame de acordo com apresente invenção pode ser produzido 1) usando o açotendo a composição química acima mencionada, 2) aquecendoa 800 0C ou mais e 3) resfriando rapidamente o açoaquecido a 500 até 650 0C e daí, com a temperaturaconservada constantemente, deixá-lo num estado isotérmico(tratamento por patenteamento) (método (ii)). Este métodopode resultar numa estrutura de perlita mais uniforme queacos laminados comuns. Isto mlehora a resistencia devergalhão de arame antes do processo de trefilação.

No método (ii) , a temperatura de aquecimento do açonecessita ser de 8000C ou maior porque pela mesma razãoda temperatura de laminação ou forjamento no método (i).

No processo de tratamento por patenteamento, o vergalhãode arame aquecido é preferivelmente resfriado rapidamentea uma taxa de resfriamento tão elevada quanto possívelusando um banho de sal, de chumbo, de leito fluidizado ousemelhante. A seguir, de modo a obter a estrutura deperlita uniforme, o vergalhão de arame rapidamenteresfriado necessita ser submetido a uma transformaçãoisotérmica a uma temperatura constante dentro de umafaixa de cerca de 500 até cerca de 650°C. A faixapreferível de temperatura constante para a transformaçãoisotérmica é de cerca de 550 até 600°C. A mais preferíveltemperatura constante, na qual o vergalhão de arame émantida para a transformação isotérmica, é umatemperatura ao redor da parte superior de perlita dodiagrama T.T.T. (curva de Tempo-Temperatura-Transformação).

Exemplos

Os exemplos seguintes são fornecidos para definiradicionalmente a presente invenção, notando-se que estesexemplos são projetados para ilustrar e não limitar aabrangência da presente invenção.

Exemplo 1

Amostras de aços de A até 0 tendo as composições químicasrespectivas mostradas na Tabela 1 foram usados nesceexemplo. Cada uma das amostras de aço foi laminada aquente de tal modo que a temperatura final de laminação éde cerca de 930°C, para formar um vergalhão de arametendo um diâmetro de arame de 8 até 14 mm 0. A seguir, overgalhão para trefilação de arame foi resfriado com jatode ar de tal maneira que a taxa de resfriamento médiaestá dentro da faixa de 4,2 até 12,4 °C/segundo (Tabela2). Subseqüentemente, o vergalhão de arame resfriado foitrefilado até o diâmetro de arame alcançar 7,06 mm 0 ou5,25 mm 0 (a taxa de trefilação: 57 até 75%), para obterum arame de aço.

Tabela 1

<table>table see original document page 14</column></row><table>

De cada um dos arames de aço obtidos, foi produzido umparafuso roscado ou M8 χ PI,25 (Figura IA, produzido doarame de aço tendo um diâmetro de arame de 7,06 mm 0) ouM6 χ P1,0 (Figura 1B, produzido do arame de aço tendo umdiâmetro de arame de 5,2 5 mm 0) mostrados na Figura 1. 0parafuso roscado foi submetido a um teste de resistênciaà fratura retardada. 0 teste de resistência à fraturaretardada foi realizado: 1) mergulhando o parafuso numácido (HCl a 15%) por 30 minutos; 2) lavando-o com água esecando-o; 3) aplicando uma tensão ao parafuso no ar (atensão aplicada igual a 90% do limite de resistência àtração) por 100 horas; e 4) avaliando a resistência àfratura retardada do parafuso inspecionando se o parafusotinha ou não fratura. Adicionalmente, porções estruturaisde ferrita proeutetóide, cementita proeutetóide, bainita,martensita e perlita na seção transversal do arame de açoforam respectivamente identificadas através do métodoseguinte, seguido pelo cálculo das taxas de árearespectivas destas porções estruturais. Para comparação,o aço da amostra 0 foi temperado e revenido para dar umamartensita de revenido como mostrado na Tabela 2 . Umparafuso roscado, que serve como um exemplo comparativo,foi produzido do aço temperado e revenido e entãosubmetido ao mesmo teste de resistência à fraturaretardada como as outras de aços de amostra.

Identificação de Estruturas

Em cada exemplo, as seções transversais do vergalhão dearame e arame de aço foram respectivamente engastadas.Cada superfície das seções transversais foi polida eentão mergulhada numa solução alcoólica líquida de ácidopícrico a 5% por 15 até 30 segundos, para corroer asuperfície da seção transversal. Subseqüentemente,conduzida para observar a estrutura numa região de baixapressão dentro de uma distância de D/4 (D: diâmetro) daborda de cada superfície de seção transversal devergalhão de arame ou de arame de aço por microscópio derastreio (SEM) . Fotografando de 5 até 10 campos de visãoampliada de 1000 até 3000 vezes, porções estruturais deperlita foram identificadas. Após o que, as taxas de árearespectivas das estruturas de aço acima mencionadas foramobtidas com um aparelho de análise de imagem. Como asestruturas de bainita e cementita proeutetóide que sãodifíceis de serem distinguidas da estrutura de perlita,tal como uma estrutura mostrada na Figura 2 (umamicrofotografia da estrutura de aço) decidiu-se pelaestrutura de bainita e que como mostrado na Figura 3 (umamicrofotografia da estrutura de aço) decidiu-se pelaestrutura de cementita proeutetóide. As estruturas deferrita proeutetóide e de cementita proeutetóide tendemprecipitar ao longo das fronteiras de grão da austenitaoriginal. Martensita tendeu a precipitar em grupos.

Adicionalmente, usando os arames de aço respectivos acimamencionados, parafusos de cabeça sextavada e parafusos deflange sextavada foram produzidos por recalque axial afrio. As cabeças dos parafusos produzidos foramobservadas para checar se uma fratura tinha sido geradaou não durante o processo de recalque axial a frio.

A Tabela 2 mostra estruturas dos arames de aço evergalhões de arame respectivos junto com as taxas deresfriamento médias. A Tabela 3 mostra os resultados doteste de resistência à fratura retardada e se as cabeçasde parafuso tinham fratura ou não junto com as condiçõesde trefilação e propriedades mecânicas. Nos testes deresistência à fratura retardada, 10 parafusos feitos apartir de cada aço de amostra foram submetidos ao teste.

Quando nenhum dos 10 parafusos feitos do mesmo aço deamostra fraturou, os parafusos foram determinados comotendo resistência à fratura retardada boa (representadapelo símbolo "0"). Ao contrário, quando pelo menos um dosdez parafusos de um aço de amostra fraturou, os parafusosforam considerados como tendo resistência â fraturaretardada insatisfatória (representada pelo símbolo "X").

Estes resultados revelam que, de acordo com a presenteinvenção, o arame de aço pode ser recalcado a frio semqualquer geração de fratura, para obter um parafuso dealta resistência. Fica claro também que se pode obter umparafuso de cabeça sextavada ou um parafuso de flangesextavada excelente em resistência à fratura retardada.<table>table see original document page 17</column></row><table><table>table see original document page 18</column></row><table>Exemplo 2

Aços de amostra C e I mostrados na Tabela 1 foram usadosneste exemplo. Cada um dos aços de amostra foramlaminados a quente para formar um vergalhão de arametendo um diâmetro de arame de 8 ou 10,5 mm 0, seguido portratamento de patenteamento. No tratamento depatenteamento, o aço de amostra foi aquecido a umatemperatura de 940°C e então conservado a uma temperaturaconstante dentro de uma faixa de S10 até 610 °C por 4minutos para a transformação isotérmica.

Subseqüentemente, o aço obtido (vergalhão de arame) foitrefilado até o diâmetro do arame atingir 7,06 ou 5,25 mm0 (a taxa de trefilação: 57 até 75%) para obter um aramede aço.

De cada um dos arames de aço obtidos, foi produzido umparafuso roscado ou M8 χ PI, 2 5 (produzido do arame de açotendo um diâmetro de arame de 7,06 mm 0) ou M6 χ ΡΙ,Ο(produzido do arame de aço tendo um diâmetro de 7,06 mm0) . O parafuso roscado foi submetido ao teste de

O resistência à fratura retardada da mesma maneira que noExemplo 1.

Adicionalmente, usando os arames de aço respectivos acimamencionados, parafusos de cabeças sextavadas e parafusosde flanges sextavadas foram produzidos por recalque axiala frio. As cabeças dos parafusos produzidos foramobservadas para checar se uma fratura tinha sido geradaou não durante o processo de recalque axial a frio.A Tabela 4 mostra estruturas dos vergalhões de arame earames de aço juntamente com as taxas de resfriamentomédias. A Tabela 5 mostra os resultados do teste deresistência à fratura retardada e se as cabeças dosparafusos tinham ou não fratura juntamente com ascondições de trefilação e propriedades mecânicas.

Estes resultados revelam que, de acordo com a presenteinvenção, o arame de aço pode ser recalcado axialmente afrio sem geração de qualquer fratura, para o parafuso dealta resistência. Está claro também que pode-se obter umparafuso de cabeça sextavada e parafuso de flanyesextavada excelentes em resistência à fratura retardada.<table>table see original document page 21</column></row><table>Exemplo 3

Arames de aço dos testes 11, 12, 19 e 22 mostrados nasTabelas 3 e 5 (diâmetro de arame: 5,25 mm 0 produzido portrefilação) foram submetidos a um teste de alívio detensões mediante fluência. O teste de alívio de tensõesmediante fluência foi executado de acordo com JIS G3535para arames de aço trefilados duros para concretoprotendido. A temperatura de teste não foi umatemperatura normal mas uma temperatura elevada de 130°Cde modo a comparar as propriedades de resistência àrelaxação de esforço dos arames de aço em temperaturaelevada.

Ele foi realizado para medir uma carga que causa 0,2% deelongação permanente (limite convencional deelasticidade) de cada um dos arames de aço acimamencionados sendo aplicada com nenhum tratamento ou comazulagem. Depois disso, cada arame de aço foi preso emposições devidamente espaçadas com uma carga igual à 80%da carga causadora da elongação de 0,2%. O arame de açofoi seguro no espaço de gripamento por 10 horas, e foirealizada uma medida próxima de uma carga à qual o aramede aço foi submetida. Uma tensão após tal teste de alíviode tensões mediante fluência de 10 horas foi determinadacomo esforço de relaxação.

Os resultados estão mostrados na Tabela 6 juntamente comos respectivos processos, propriedades mecânicas econdições de teste (cargas iniciais). Estes resultadosprovaram que os arames de aço azulados têm um limite deresistência à tração e limite convencional deelasticidade de 0,2% aumentados assim como conservando umesforço de relaxação elevado.

Tabela 6<table>table see original document page 23</column></row><table>

**: uma nota se é um exemplo de acordo com a presenteinvenção ou um exemplo comparativo.

Aplicabilidade industrial

Como descrito acima, pode-se prover um parafuso de altaresistência tendo resistências à fratura retardada e àrelaxação de esforço excelentes além de um limite deresistência à tração elevado de 1200 N/mm2.

Claims (3)

1. Método para fabricação de parafuso de altaresistência, tendo excelente resistência à fraturaretardada e a alívio de tensões mediante fluência,incluindo a etapa de: preparar um aço contendo C: 0,50até 1,0% em massa (daqui em diante, referido simplesmentecomo "%"), Si: 0,5% ou menos (não incluindo 0%), Mn: 0,2%até 1%, P: 0,03% ou menos (incluindo 0%) e S: 0,03% oumenos (incluindo 0%) , e tendo uma estrutura de ferritaproeutetóide, uma estrutura de cementita proeutetóide,uma estrutura de bainita e uma estrutura de martensita demenos que 2 0% no total e uma estrutura de perlita comosaldo, sendo o método caracterizado pelo fato de incluirainda as etapas de: trefilar severamente o aço para obterum arame de aço; modelar o arame de aço na forma deparafuso por meio de recalque axial a frio; e submeter oarame de aço conformado a um tratamento de azulagem a umatemperatura dentro da faixa de 100 até 400°C, por meio doqual produzindo um parafuso de alta resistência tendoresistência à fratura retardada e resistência à relaxaçãode esforço excelentes além de um limite de resistência àtração de 1200 N/mm2 ou superior.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de o aço conter adicionalmente Cr: 0,5% oumenos (não incluindo 0%) e/ou Co: 0,5% ou menos (nãoincluindo 0%).

3. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de o aço conteradicionalmente um ou mais elementos selecionados de umgrupo consistindo de Mo, Ve Nb, o conteúdo total dosmesmos sendo de 0,3% ou menos (não incluindo 0%).