Resumen Este trabajo estudia la influencia de variables tales como tiempo y temperatura de sostenimiento durante el austemperado de una fundición blanca al alto cromo con la siguiente composición: Cr, 25 %; C, 3 %; Si, 0.47 %; Mn, 0.74 %, y Mo, 1.02 %. El objetivo del austemperado fue modificar el porcentaje de austenita retenida, y correlacionarlo con la resistencia al desgaste abrasivo bajo diferentes condiciones; los ensayos fueron realizados según los lineamientos de la norma ASTM G65. Las técnicas de microdureza MEB-EDS y DRX fueron realizadas para determinar las propiedades mecánicas, composición química, tipo de carburos y microestructuras presentes, respectivamente. Los resultados mostraron que la mejor resistencia a la abrasión fue alcanzada a una temperatura de austemperado de 450 °C y a 6 horas de permanencia.

Abstract This paper studies the influence of variables such as holding temperatures and times during austempering of High Chromium White Cast Iron (HCWCI), with the following chemical composition: Cr 25 %, C 3 %, Si 0.47 %, Mn 0.74 % and Mo 1.02 %. The aim of the austempering was to modify the percentage of retained austenite and its correlation to abrasive wear resistance under different conditions. Microhardness tests, SEM-EDS and XRD were performed to determine mechanical properties, chemical composition, and type of carbides and microstructures present, respectively. The tests complied with the ASTM G-65 standard. Results showed that the best performance against abrasion was achieved for austempering at 450 °C with holding time of 6 hours.

Resumo Este trabalho estuda a influência de variáveis tais como tempo e temperatura de sustentabilidade durante o austemperado de uma fundição branca ao alto cromo com a seguinte composição: Cr, 25 %; C, 3 %; Si, 0.47 %; Mn, 0.74 %, e Mo, 1.02 %. O objetivo do austemperado foi modificar a porcentagem de austenita retida, e correlacioná-lo com a resistência ao desgaste abrasivo sob diferentes condições; os ensaios foram realizados segundo as diretrizes da norma ASTM G65. As técnicas de microdureza MEB-EDS e DRX foram realizadas para determinar as propriedades mecânicas, composição química, tipo de carbonetos e microestruturas presentes, respectivamente. Os resultados mostraram que a melhor resistência à abrasão foi alcançada a uma temperatura de austemperado de 450 °C e a 6 horas de permanência.

Las fundiciones blancas de hierro al alto cromo son muy usadas en la minería y en la perforación de pozos petroleros, debido a su alta resistencia al desgaste; sin embargo, debido a que en el estado de colada su microestructura es austenítica, es necesario someterlas a un adecuado ciclo de tratamiento térmico. Este trabajo estudia los efectos de los diferentes medios de enfriamiento después de un tratamiento de desestabilización de la microestructura y, por ende, el efecto del grado de endurecimiento sobre el comportamiento a la abrasión de una fundición blanca al alto cromo hipoeutéctica. Los resultados muestran que a pesar de que el enfriamiento al aire, seguido por inmersión en CO2, puede reducir eficazmente la austenita retenida, esto no es suficiente para transformarla completamente en martensita. El bajo porcentaje de austenita retenida incrementa la dureza del material, pero disminuye la resistencia a la abrasión de las fundiciones al alto cromo. La mejor combinación de dureza y resistencia al desgaste se encontró en las muestras enfriadas al aire, debido al porcentaje de austenita retenida y a una moderada precipitación de carburos de cromo.

High-Chromium White Cast Iron is a material highly used in mining and drilling shafts for oil extraction, due to its high wear resistance. However, because of the austenitic matrix found in the as-cast state, an adequate heat treatment cycle is necessary. This paper studies the effects of different cooling media after a destabilization treatment on the microstructure, hardening and abrasion resistance behaviors of a hypoeutectic high chromium white cast iron. The results show that although air cooling followed by immersion in CO2 can effectively reduce the retained austenite, this is not enough to transform completely the retained austenite into martensite. The low retained austenite percentages improve bulk hardness, but they decrease the abrasion resistance of the high chromium cast iron. The best combination of hardness and wear resistance was found in the samples cooled in air, due to the percentage of retained austenite and a moderate precipitation of chromium carbide.

As fundições brancas de ferro ao alto cromo são muito usadas na mineração e na perfuração de poços petroleiros, devido a sua alta resistência ao desgaste; porém, devido a que no estado de lingotamento sua microestrutura é austenítica, é necessário submetê-las a um adequado ciclo de tratamento térmico. Este trabalho estuda os efeitos dos diferentes meios de resfriamento depois de um tratamento de desestabilização da microestrutura e, consequentemente, o efeito do grau de endurecimento sobre o comportamento à abrasão de uma fundição branca ao alto cromo hipoeutética. Os resultados mostraram que apesar de que o resfriamento ao ar, seguido por imersão em CO2, pode reduzir eficazmente a austenita retida, isto não é suficiente para transformá-la completamente em martensita. A baixa porcentagem de austenita retida incrementa a dureza do material, mas diminui a resistência à abrasão das fundições ao alto cromo. A melhor combinação de dureza e resistência ao desgaste encontrou-se nas amostras resfriadas ao ar, devido à porcentagem de austenita retida e a uma moderada precipitação de carbonetos de cromo.

Stainless steel samples with 100% austenitic microstructure and alloyed with 0.9 wt-% of nitrogen in solid solution were tested under vibratory cavitation experiments in distilled water to study the cavitation-erosion wear (EC) at grain size level (mesoscale). Fully austenitic samples were obtained by high temperature gas nitriding (HTGN) a commercially available dúplex stainless steel, UNS S31803. The samples were characterized by electron backscattering diffraction, EBSD to obtain the crystalline orientation of individual grains. In addition, mass loss measurements were obtained and surface damage evolution was analyzed by scanning electron microscopy (SEM) at different times of the test. These results were analyzed as a function of the prior crystallographic characterization. For comparison, a conventional austenitic stainless steel, UNS S30403, was also investigated. It was observed that both the nucleation and the growth of damage are heterogeneous at the grain-size scale due to mesoscale plasticity anisotropy, induced during the CE tests. The heterogeneous character of the cavitation damage is related to both the grain boundary character and the microtexture inside the grains.

Muestras de acero inoxidable con estructura austenítica y contenido aproximado de nitrógeno de 0,9% en peso en solución sólida fueron sometidas a ensayos de cavitación vibratoria en agua destilada, con el fin de estudiar la evolución del desgaste erosivo por cavitación (EC) a escala del tamaño de grano (mesoescala). Las muestras fueron obtenidas por medio de nitruración gaseosa a alta temperatura (HTGN) del acero inoxidable dúplex UNS S31803, las cuales fueron caracterizadas por difracción de electrones retroproyectados (EBSD), a fin de obtener información de la orientación cristalina de los granos en la superficie a ser cavitada. La técnica de microscopía electrónica de barrido (SEM), fue usada para acompañar el proceso de desgaste para diferentes tiempos de ensayo. Como resultados de los ensayos de cavitación se determinó la pérdida de masa y se hizo un estudio secuencial de la apariencia superficial de las muestras para determinar los mecanismos de desgaste operantes en cada etapa. Los resultados fueron analizados a la luz de la caracterización cristalográfica previa. Para propósitos de comparación, fue usado el acero austenítico convencional UNS S30403. A partir de los resultados se observó que tanto la nucleación del daño como su evolución se dan de forma heterogénea a escala del tamaño de grano, resultado atribuido a la anisotropía en la deformación plástica. El carácter heterogéneo del daño por cavitación fue atribuido principalmente a las características de los límites de grano y a la microtextura dentro de los granos.

Amostras do aço inoxidável UNS S31803, nitretadas em alta temperatura, com 0,9 % de nitrogênio em solução sólida foram submetidas a ensaios de cavitação vibratória em água destilada. As amostras foram, previamente, caracterizadas por meio de difração de elétrons retroespalhados, EBSD, num microscópio eletrônico de varredura (MEV). Posteriormente, durante os ensaios de cavitação, o dano superficial das amostras foi, periodicamente, avaliado por observação no MEV das superfícies desgastadas. O aço austenítico convencional UNS S30403 foi usado como material de comparação. Nas primeiras etapas dos ensaios de cavitação, ocorreu deformação plástica da superfície, que pôde ser caracterizada como altamente heterogênea na escala do tamanho de grão. Em etapas posteriores, ocorreu perda de massa por desprendimento de partículas de desgaste (debris), como conseqüência de fadiga de baixo ciclo. O início do dano ocorreu tanto no interior dos grãos como nos contornos de grão; os contornos de macla mostraram as regiões mais suscetíveis. Os grãos com planos (101) orientados aproximadamente paralelos à superfície das amostras apresentaram maior resistência ao desgaste que os grãos com outras orientações cristalográficas. A maior resistência ao desgaste dos grãos com textura (101) || superfície foi atribuída a uma menor tensão projetada para deformar, plasticamente, esses grãos. A diminuição da referida tensão se dá em função das tensões impostas na superfície cavitada pela implosão de bolhas de vapor.

Specimens of a UNS S31803 steel were submitted to high temperature gas nitriding and then to vibratory pitting wear tests. Nitrided samples displayed fully austenitic microstructures and 0.9 wt. % nitrogen contents. Prior to pitting tests, sample texture was characterized by electron backscattering diffraction, EBSD. Later on, the samples were tested in a vibratory pit testing equipment using distilled water. Pitting tests were periodically interrupted to evaluate mass loss and to characterize the surface wear by SEM observations. At earlier pit erosion, stages intense and highly heterogeneous plastic deformation inside individual grains was observed. Later on, after the incubation period, mass loss by debris detachment was observed. Initial debris micro fracturing was addressed to low cycle fatigue. Damage started at both sites, inside the grains and grain boundaries. The twin boundaries were the most prone to mass-loss incubation. Grains with (101) planes oriented near parallel to the sample surface displayed higher wear resistance than grains with other textures. This was attributed to lower resolved stresses for plastic deformation inside the grains with (101) || surface texture.