Efeitos da adição de níquel em ligas ferro-cromo. Parte I: propriedades mecânicas

The aim of this work was to study the influence of Ni additions on the mechanical properties of Fe-Cr alloys. For this purpose, alloys were prepared with an 18%Cr-0.01%C-0.2%Si-0.4%Mn base composition and variable Ni content (0, 10, 20, 40 and 60 weight %). The alloys were characterized by X-Ray diffraction and thermal analyses. Their hardness was determined before and after cold deformation. Tension tests were carried out at room temperature and 350ºC to verify the effect of temperature on the mechanical behavior of the alloys. The mechanical characterization aim was to use these figures to correlate mechanical properties and machinability (results originating from a parallel study).O objetivo desse trabalho é estudar a influência de adições de níquel sobre as propriedades mecânicas de ligas Fe-Cr. Para atender a esse propósito, foram preparadas diversas ligas com a composição básica 18%Cr - 0,01%C - 0,2%Si - 0,4%Mn, variando-se o teor de níquel (0, 10, 20, 40 e 60 % em peso). A caracterização das ligas foi feita por difração de raios X e análise térmica. Foi determinada a dureza das ligas no estado como recebido e após a imposição de deformação a frio. Foram realizados ensaios de tração à temperatura ambiente e a 350ºC, para verificar o efeito da temperatura sobre o comportamento mecânico das mesmas. O objetivo da caracterização mecânica das ligas é o de associar as propriedades mecânicas com as propriedades de usinabilidade, obtidas em estudo que está sendo desenvolvido em paralelo.149154Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq

Effect of temperature and nickel content on the mechanical properties and their correlation with the machinability of Fe-18Cr-Ni alloys

Tensile tests were carried out at room temperature in Fe-18% Cr alloys, with nickel content varying between zero and 60%, and the properties obtained were correlated with the results of machinability previously obtained by the group. The alloys were also tested at 350 and 700°C in order to obtain these properties in the range of temperature compatible with the machining process. The ferritic alloy presented lower elongation and UTS (ultimate tensile strength) than austenitic alloys at room temperature and 350°C, which explains why, in the machining process, the ferritic alloy shows much greater tool life if compared to austenitic alloys (100 against 20 to 50 minutes, respectively). In the test at 350°C, the temperature reached during machining, the increase in nickel content increased the UTS of austenitic alloys, hampering the machining, and also elevated the ductility (elongation) that produces a higher volume of material adhered on the tool. This higher adhesion capacity, allied to a higher mechanical strength, explains the increase of tool wear as a function of increasing nickel content in the alloy with a consequent reduction in the life of the tool.Foram realizados ensaios de tração na temperatura ambiente em ligas Fe-18%Cr, com teor de níquel variando entre zero e 60% e correlacionaram-se as propriedades obtidas com os resultados de usinabilidade obtidos anteriormente pelo grupo. As ligas foram ensaiadas, também, a 350 e 700ºC, de modo a determinar suas propriedades, na faixa de temperatura alcançada, no local da usinagem. A liga ferrítica apresentou alongamento e limite de resistência menores que as ligas austeníticas, tanto à temperatura ambiente, como a 350°C, o que explica porque, na usinagem dessas ligas, a vida da ferramenta foi muito maior que nas ligas austeníticas (100 contra 20 a 50 minutos, respectivamente). No ensaio a 350ºC, temperatura atingida pela peça na região de usinagem, o aumento do teor de níquel elevou, tanto o limite de resistência das ligas austeníticas, o que dificulta a usinagem, como, também, elevou a ductilidade (alongamento), facilitando a adesão da liga sobre a ferramenta de corte e exigindo maior esforço na usinagem, com conseqüente redução da vida da ferramenta.18519

Effect of the temperature on the structure and stability of Fe - 18 Cr - (0 to 60) Ni alloys

The material studied consists of a series of alloys with a basic composition (weight %): 18Cr - 0.01 C - 0.2 Si - 0.4 Mn, and levels of nickel varying from zero to 60%. Alloys in the annealed condition and after deformation at room temperature, 350 and 700°C to simulate the high temperatures achieved during machining were observed by optical microscopy. Equilibrium diagrams were generated by computational thermodynamics (Thermocalc) to predict the behavior of these alloys in a wide range of temperatures. The theoretical thermodynamic equilibrium conditions of the system were compared to the observed microstructures, indicating that the CFC phase in alloys with nickel content between 10% and 30% is, in fact, in a metastable condition at room temperature. Martensitic transformation induced by cold work in the alloy with 10% Ni was observed, validating the computer calculations.O material estudado consiste de uma série de ligas com composição base (% em peso) de 18Cr - 0,01C - 0,2Si - 0,4Mn e teores de níquel variando de zero a 60%. Analisou-se a microestrutura por microscopia ótica das ligas no estado recozido e após deformação à temperatura ambiente, 350 e 700ºC, de modo a simular as altas temperaturas alcançadas na usinagem dessas ligas. Foram também gerados diagramas de equilíbrio das ligas por termodinâmica computacional (Thermocalc) para se prever o comportamento dessas ligas em uma larga faixa de temperaturas. As condições teóricas de equilíbrio termodinâmico do sistema foram comparadas às microestruturas observadas, indicando que a fase CFC nas ligas com teor de níquel entre 10% e 30% em peso está, na realidade, em uma condição metaestável à temperatura ambiente. Foi observada transformação martensítica induzida por trabalho a frio na liga com 10%Ni, validando os cálculos computacionais.455

Efeitos da adição de níquel em ligas ferro-cromo. Parte II: tempo de vida da ferramenta em processo de torneamento

The aim of this work was to study the influence of Ni content on coated cemented carbide tool wear during the machining process of stainless alloys. For this purpose alloys were prepared with an 18%Cr-0.01%C-0.2%Si-0.4%Mn base composition and variable Ni content (0, 10, 20, 40 and 60 weight %). Tests were carried out with coated cemented carbide tools; class M15 with TiC/Al2O3/TiN coating. All alloys were machined under the same process conditions (Vc = 230 m/min, ap = 0.6 mm and f = 0.1 mm/rotation), so the only variation source was the Ni content. Preliminary results indicate that the tool life lowers when Ni content rises.O objetivo desse trabalho foi estudar a influência do teor de níquel na vida da ferramenta em ligas 18Cr-0,01C-0,2Si-0,4Mn (% em peso) com diferentes teores de níquel (0, 10, 20, 40 e 60, % em peso) submetidas à operação de acabamento em torno CNC. Os ensaios foram realizados com pastilhas de metal duro classe M15, revestidas com TiC/Al2O3/TiN. Todas as ligas foram usinadas nas mesmas condições (Vc = 230 m/min, ap = 0,6 mm e f = 0,1 mm/volta), garantindo, assim, como única fonte de variação, o teor de níquel. Observou-se que a elevação do teor de níquel diminuiu o tempo de vida útil das pastilhas de corte, o que pode ser devido ao aumento na resistência mecânica a quente (350ºC) das ligas, causado pelo referido elemento. A rugosidade superficial nas ligas austeníticas (10 a 60 % Ni) foi sempre menor que na liga ferrítica (0 % Ni) e permaneceu praticamente constante durante toda a vida da ferramenta. Na liga ferrítica, os valores de rugosidade aumentaram com o crescente desgaste da ferramenta.7174Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq