A influência da microestrutura e dos tratamentos superficiais na vida em fadiga de aços inoxidáveis martensítico e austenítico usados na fabricação de válvulas para motores a combustão interna

Abstract

A crescente demanda pela redução na emissão de gases provenientes da combustão em motores automotivos e pela diminuição no consumo de combustíveis torna necessária a redução de massa dos componentes além da redução das perdas mecânicas e térmicas nestes motores. Tais requisitos fazem com que os componentes sejam cada vez menores, suportem maiores tensões e que possuam o menor coeficiente de atrito e a maior resistência ao desgaste possível. Por isso, faz-se necessária a combinação de materiais e recobrimentos. Este trabalho tem por objetivo o estudo do comportamento à fadiga de dois aços inoxidáveis, o X45CRSi9 3 e o X55CrMnNiN20 8, utilizados na fabricação de válvulas de admissão e escape, combinados com dois dos mais utilizados tratamentos superficiais, a nitrocarbonetação e a eletrodeposição de cromo duro, comparados com somente retificados. Os materiais combinados com os tratamentos superficiais acima foram testados à fadiga unidirecional e foram realizadas análises em microscópios eletrônicos de varredura e óticos, análises de microdureza e de resistência à tração. As análises micrográficas, tanto da fratura quanto da microestrutura e os comportamentos à fadiga mostraram uma significativa sensibilidade destes materiais a variações microestruturais relativas tanto aos tratamentos térmicos quanto aos superficiais. As resistências à fadiga dos aços na condição cromada foram semelhantes e menores que as demais combinações. Sendo que o material martensítico demonstrou a maior sensibilidade a este recobrimento. As peças nitretadas apresentaram melhores comportamentos à fadiga que as cromadas, mas ainda menores que as peças sem tratamentos superficiais. A causa deste fato pode ser atribuída, no material martensítico, à existência de descarbonetações e, no material austenítico, à presença de fases frágeis subsuperficiais

The increasing demand for reduction in greenhouse gases emission from the combustion in automobile engines and for the decreasing in fuel consumption makes it necessary to reduce weight of components the mechanical and thermal losses in these engines. Such requirements mean that the components are getting smaller, support higher stresses and need to provide the lowest coefficient of friction and the great wear resistance as possible. Therefore, it is necessary the combination of materials and coatings. This dissertation aims to study the fatigue behavior of two stainless steels, the X45CrSi9 3 and the X55CrMnNiN20 8, used in the manufacture of intake and exhaust valves, combined with two of the most used surface treatments, nitrocarburising and electroplated hard chromium, compared to the ground surface. The materials, combined with the above surface treatments were tested in uniaxial fatigue and analyzed in scanning electron and optical microscopes, microhardness and tensile strength. The fracture and microstructure analysis and the fatigue behavior showed a significant sensitivity to microstructural variations in the materials related to the heat and surface treatments. The chrome plated specimens presented the lower fatigue resistance in the both steels compared to the other surface treatments and the martensitic steel showed the highest sensitivity to this coating. The nitrided parts showed better fatigue behavior than the chrome plated, but still smaller than the parts without surface treatments. The cause of this fact can be attributed, in the martensitic steel, to the existence of decarburizing and in the austenitic material, the presence of subsurface brittle phases