BRPI0608675A2 - grau de aÇo boro para tÊmpera por induÇço e eixo - Google Patents
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Abstract
GRAU DE AÇO BORO PARA TÊMPERA POR INDUÇçO E EIXO. O grau de aço boro de baixa liga, por exemplo, para eixos, que por têmpera por indução de uma zona de superfície são melhorados na resistência estática e a fadiga. A maior melhora na resistência â fadiga é obtida por têmpera por indução estacionária (tiro único), devido às forças compressivas mais elevadas na superfície comparada àquelas obtidas por têmpera por indução progressiva (método de varredura) . As forças de tração correspondentes elevadas no centro do eixo, entretanto, provaram ser capazes de causar rachaduras centrais para estes graus de aço. A invenção significa que, empregando-se os teores ligeiramente aumentados de molíbdênio e níquel quando comparados com aqueles que, como uma regra, aparecem como impurezas no aço boro de composição padrão sem especificação do teor de níquel e molíbdênio, a ocorrência de rachaduras centrais é eliminada.
Description
I
"GRAU DE AÇO DE BORO PARA TEMPERA POR INDUÇÃO E
EIXO"
1. Antecedente
1.1 Campo Técnico
A presente invenção refere-se a um grau de aço de
boro de acordo com a parte introdutória da reivindicação 1anexa.
A invenção também se refere a um eixo feito de açode boro de acordo com a parte introdutória da reivindicação 6 anexa.
1.2 Breve Apresentação do Estado da Técnica
O aço de boro de baixa liga é empregado entre ou-tras coisas para eixos que por tempera por indução de umazona da superfície são fornecidos com resistências à fadigae estática aumentadas, porém também uma camada de superfícieresistente ao desgaste.
A tempera por indução deste tipo causa na forçacompressiva da zona da superfície que se opõem a ocorrênciade rachaduras pela fadiga nesta zona da superfície e desse modo tem um efeito positivo na resistência à fadiga. A rela-ção entre a magnitude da força compressiva e a resistência àfadiga não é ambíguo. Quanto maior a força compressiva, maiselevada a resistência à fadiga.
As forças compressivas na zona da superfície sãoequilibradas por forças de tração em porções centrais (o nú-cleo ) . As forças de tração no núcleo normalmente não afetama resistência, uma vez que o nivel de esforço que surge dascargas impostas é baixo especificamente no núcleo.A tempera por indução estacionário, também chamadatempera de disparo único, isto é, uma operação de temperaonde o volume total a ser temperado é primeiro aquecido àtemperatura de tempera e é depois resfriado imediatamente ouapós uma certa demora, as forças compressivas na zona da su-perfície tornam-se particularmente elevadas e a resistênciaà fadiga se torna melhor do que é obtida por tempera por in-dução progressiva onde o aquecimento e resfriamento subse-qüentes são efetuados durante movimento mútuo continuo entreindutor/chuveiro de resfriamento e a parte que deve ser tem-perada . Entretanto, as forças, não menos as forças de traçãono núcleo, no caso de tempera por indução estacionaria podemse tornar tão grande durante o processo de tempera atual queas rachaduras (rachaduras centrais) ocorram no núcleo. Se asrachaduras centrais podem ser evitadas, entretanto, temperapor indução estacionaria de um eixo resulta em resistência àfadiga muito boa, Uma relação tipica e representativa é cer-ca de 20.000 de ciclos de carga em 20 kNm de fadiga torsio-nal para tempera por indução progressiva como contra cercade 80.000 ciclos de carga em 20 kNm de fadiga torsional paratempera por indução estacionaria.O aço de boro de baixa-liga tem provado ser muitosensivel aos fenômenos descritos acima, que sobre certascondições dão origem a rachaduras centrais, que são certa-mente inaceitáveis no produto temperado. As rachaduras destetipo são normalmente dificeis de detectar uma vez que elasnão alcançam à superfície do produto envolvido. Apesar dissotem provado ser possível detecta-las por exame com ultra-som.
0bjetivo da presente invenção é fornecer aço deboro de baixa liga que pode ser temperado por indução esta-ticamente sem ocorrência de rachaduras centrais.
2. Sumário da Invenção
0bjetivo como acima é obtido com aço de boro eeixos de acordo com as reivindicações anexas 1 e 6 obtidas.
Outras vantagens são obtidas pelas quais é especi-ficado nas reivindicações dependentes.
3. Breve Descrição dos Desenhos
A invenção é descrita abaixo em mais detalhe comreferência aos exemplos de modalidades e aos desenhos anexosnos quais
- Figura 1 descreve uma compilação na forma tabe-lar com referência à incidência de rachaduras como uma fun-ção da composição, onde principalmente os teores de molibdê-nio e níquel claramente variam,
- Figura 2 descreve em forma de diagrama a inci-dência de rachaduras como uma função de teores de molibdênioe níquel,
- Figura 3 descreve em uma seção axial' um eixo detransmissão para o qual os experimentos com graus de aço deacordo com a presente invenção foram realizados.
4. Descrição Detalhada das Modalidades PreferidasNa descrição, todas as, figuras de porcentagem de-terminadas para os elementos nos graus de aço indicados sãoem peso.Os graus de aço de acordo com a invenção são açosde boro de baixa liga, e graus de aço de acordo com a inven-ção com a faixa de composição de acordo com a invenção queaparece na Tabela 1 junto com um grau de aço correspondenteconhecido.
0 carbono, que tem uma influência substancial nascaracterísticas de tempera por indução, está presente em te-ores dentre 0,30 e 0,50%, resultando na resistência desejadaapós a tempera. Um teor de carbono equivalente a 0,38-0,45%é preferido.
O silicio está presente em uma quantidade de 0,15-0,40%, preferivelmente mais do que 0,15% até a 0,40%, e éadicionado principalmente como um veiculo para outros ele-mentos de ligação, porém também tem algum efeito de fortale-cimento .
O manganês está presente em uma quantidade de 1,10até 1,50%, preferivelmente mais do que 1,10% até 1,50%, etem efeito de fortalecimento em parte aumentando-se a tempe-rabilidade que, onde há grande profundidade de tempera, podeafetar a profundidade de tempera na tempera por indução. 0manganês é também adicionado a fim de ligar o enxofre que deoutra maneira teria efeitos adversos na força do impacto.
O teor de fósforo, <0, 035%, tem que ser mantidobaixo para prevenir a fragilidade e rachaduras na temperadevido ao enfraquecimento de limite do grão.
O enxofre melhora a usinabilidade por formação desulfeto de manganês (MnS) porém ao mesmo tempo reduz a re-sistência porque MnS se estabelece nas regiões fracas da ma-triz de aço mais forte que podem atuar como corte em racha-dura. 0 teor de enxofre necessita aqui ser mantido dentro dafaixa de 0,020-0,050%.
O cromo está presente em uma quantidade <0,5%,preferivelmente mais do que 0,2% e menos do que 0,5%. O cro-mo aumenta a temperabilidade e reduz o risco de descarbura-ção.O molibdênio em uma quantidade de 0, 030% e até0,15% tem, de acordo com a invenção, provado ser capaz, jun-to com teores certos de niquel como abaixo, de prevenir aocorrência de rachaduras centrais, entre outras coisas emtempera por indução estática. O teor de molibdênio é normal-mente nem mesmo especificado para aço de boro deste tipo.Também é provável que tal adição de molibdênio em combinaçãocom niquel também reduza o risco de rachaduras da tempera emoutros graus. O molibdênio em uma quantidade de 0,05 até0,15% é preferido.
O niquel em uma quantidade de 0,15% até 0,40% temprovado, junto com molibdênio como acima, de acordo com ainvenção, ser capaz de prevenir a ocorrência de rachadurascentrais, entre outras coisas em tempera por indução estáti-ca. 0 teor de niquel é também normalmente não especificado.O niquel é considerado como uma impureza. Também é provávelque tal adição de molibdênio em combinação com niquel tambémreduza o risco de rachaduras da tempera em outros graus. Oniquel em uma quantidade de mais do que 0,20 até 0,40% épreferido.O titânio em certos teores é necessário para man-ter certo teor de boro em solução sólida no aço a fim de me-lhorar as características de tempera. 0 titânio deve, entre-tanto estar presente em uma quantidade de 0,020-0,050%.O alumínio é um desoxidante e está, portanto pre-
sente em teores baixos. O alumínio prejudica a resistência àfadiga formando-se oxido de alumínio, e os teores de alumí-nio devem ser mantidos <0,050%.
O boro em baixos teores melhora as característicasde endurecimento, por exemplo, temperabilidade, que onde hágrande profundidade de dureza pode afetar a profundidade deendurecimento na tempera por indução. O teor desej ável nasolução sólida é pelo menos 0,0005%, ao mesmo tempo em que oteor total deveria ser limitado a menos do que 0,004%.5. Aplicação da invenção
Em circunstâncias normais, o molibdênio e niquelconstituem impurezas que não são nem mesmo especificadas emuma composição padrão. A composição varia para molibdênio eniquel que resulta no efeito de eliminação de rachadura de acordo com a invenção, no entanto compreende teores que cla-ramente excedem os niveis de impureza prevalecentes. Entre-tanto, as referidas faixas correspondem às quantidades rela-tivamente pequenas do niquel e molibdênio de substâncias deliga e provavelmente têm um efeito extremamente marginal no custo do aço dos aços de boro de baixa liga aqui tratados.
Por outro lado, um aumento substancial na resis-tência é alcançado por se capaz de aplicar tempera por indu-ção estática sem a ocorrência de rachaduras centrais, o queem si próprio é provável em certos casos significar que omaterial pode ser economizado em partes envolvidas sem afe-tar o desempenho com respeito a tais aspectos como resistên-cia a fadiga.
6. Exemplos e Experiências
Os eixos de transmissão (Fig. 3) feitos de aço deboro TB 1639 com vários teores de molibdênio e niquel foramtemperados por tempera por indução estacionaria como segue:
1. Aquecimento de indução em cerca de 4 0 segundosa uma temperatura de superfície de cerca de 1000°C.
2. Esfriando por mistura de polímero com base emágua (polialquileno glicol).
3. Tempera (reaquecimento, cerca de 90 segundos)por aquecimento estacionário indutivo a uma temperatura desuperfície de cerca de 30 0°C.
A ocorrência de rachaduras foi descoberta por ul-tra-som da superfície da extremidade do eixo -
A tabela na Fig. 1 mostra a incidência de rachadu-ras em um número grande de eixos de transmissão de um númerogrande de cargas com composição quimica de variação mútua.Na tabela, "No." significa o número de eixos nos quais asrachaduras foram detectadas, "Tot.11 o número total eixos e-xaminados para cada carga de aço e "% de Incid." a relaçãoentre "No." e "Tot.", isto é, a proporção de eixos com ra-chaduras descobertas. A Fio. 2 mostra a incidência de racha-duras , "% de Incidência de Rachaduras", como uma função doteor de molibdênio e teor de niquel, embora por razões in-dustriais o efeito do teor de molibdênio ou teor de niquelseja isolado.
Das composições dos eixos (partes do teste) naqual nenhuma rachadura foi descoberta ("0% de Incid." NaFig. 1) , os teores minimos de cerca de 0, 030% de molibdênioe cerca de 0,15% de niquel, para prevenção de rachaduras,podem ser extraídos.
Os teores minimos indicaram que foram aj ustadospor uma margem pequena pelas respectivas combinações de teorde 0,035% de molibdênio/0,167% de niquel e 0,038% de molib-dênio/0,188% de niquel, que resultou em nenhuma rachadura.Os teores minimos preferidos foram fornecidos com uma margemacima relativa aos teores minimos extraídos.
Um limite de teor superior também foi estabelecidopara ambos molibdênio e niquel. Isto é em parte por razõesde custo e para prevenir as desvantagens, por exemplo, usi-nabilidade prejudicada, que ocorre em teores de molibdênio eniquel crescentes.
No escopo da investigação experimental descritaacima, foi também possível verificar tanto por medidas quan-to por cálculos que a tempera por indução estacionaria re-sulta tanto em tensões compressivas mais elevadas na super-fície quanto força de tração mais elevada no centro do que atempera por indução progressiva dos eixos.
7. Composições químicas
O aço de boro Scania TB 1639 como um material debaixa liga é especificado na Tabela 1 abaixo. As composiçõesde baixa liga normalmente são apresentadas sem teores de mo-libdênio e níquel, os quais as substâncias devem ser consi-deradas como impurezas comuns. Uma composição geral de acor-do com a invenção, uma composição preferida e uma composiçãodetalhada que em experimentos resultaram em falta de racha- duras também são especificadas.
Tabela 1. Composição de aço de boro de acordo com
o estado da técnica e com a invenção.
Composição Química <table>table see original document page 10</column></row><table>
Claims (7)
1. Aço de boro, preferivelmente para tempera porindução estacionaria, CARACTERIZADO pelo fato de que compre-ende, em % em peso,-0,30-0,50% de carbono-0,15-0,40% de silicio-1,10-1,50% de manganês<0,035% de fósforo-0,020-0,050% de enxofre<0,50% de cromo-0,030-0,15% de molibdênio-0,15-0,40% de niquel-0,020-0,050% de titânio<0,050% de alumínio<0,0040% de boro total> 0,0005% de boro solúvele o ferro e impurezas restantes.
2. Aço de boro, de acordo com reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que compreendendo em % em peso,-0,30-0,50% de carbonomais do que 0,15 até 0,40% de siliciomais do que 1,10 até 1,50% de manganês<0,035% fósforo-0,020-0,050% de enxofre<0,50% de cromo-0,05-0,15% de molibdênio-0,20-0,40% de niquel-0,020-0,050% de titânio<0,050% de alumínio<0,0040% de boro total> 0.0005% de boro solúvel
3. Aço de boro, de acordo com reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a proporção de carbono é0,38-0,45%.
4. Aço de boro, de acordo com reivindicação 1, 2ou 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a proporção de níquel émais do que 0,20 até 0,40%.
5 Aço de boro, de acordo com reivindicação 1, 2,3 ou 4, CARACTERIZADO pelo fato de que a proporção de cromoé mais do que 0,20 até 0,50%.
6. Eixo, CARACTERIZADO pelo fato de que é feito deum aço de boro de acordo com reivindicação 1, 2, 3, 4 ou 5.
7. Cabo, de acordo com reivindicação 6,* CARACTERIZADO pelo fato de uma camada temperada causada portempera por indução estacionaria.
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