Análise de propriedades e metalografia de rodas ferroviárias microligadas

Abstract

RESUMO: A confiabilidade aliada à redução de custo dos materiais é atualmente um dos fatores mais avaliados pelas Operadoras Ferroviárias. A roda ferroviária, por exemplo, onera a manutenção ferroviária com seu alto custo e frequência de reposição, seja por defeitos, desgaste ou fim de vida útil. Nos últimos anos materiais microligados estão sendo desenvolvidos e testados a fim de aumentar a confiabilidade e o desempenho. O objetivo deste trabalho é avaliar as propriedades das rodas ferroviárias microligadas de diferentes processos de fabricação. Para isso foram realizadas análises em laboratório, por meio de metalografia (análise do tamanho de grão, microestrutura e superfície da fratura) e ensaios mecânicos (dureza, tração, impacto e tenacidade à fratura). Foram selecionadas quatro rodas fundidas e três rodas forjadas, com composições similares de aços variando em torno de 0,7% de carbono. As rodas microligadas possuem diferentes adições de vanádio e nióbio, além de cromo e molibdênio, e foram retiradas de lotes específicos de desenvolvimento dos fabricantes. Os resultados apontaram que as melhores condições para produção de rodas microligadas é através do forjamento com a adição de nióbio e molibdênio, sendo a única que atendeu plenamente a norma AAR M-107/ M-108. Na faixa das composições estudadas, para a fabricação de rodas é indispensável o processo de forjamento para uma melhora significativa das propriedades mecânicas, dentre elas a tenacidade a fratura. Já o processo de fundição mostrou-se não ser o mais adequado, pois ocorreu a fragilização do material com a adição de microligantes, apesar da melhora da resistência mecânica.

ABSTRACT: The combined reliability to reduce cost of materials is currently one of the factors evaluated by Railway Operators. The train wheel, for example, levied on railway maintenance with its high cost and replacement frequency, either for defects, wear or end of life. In recent years microalloyed materials are being developed and tested in order to increase reliability and performance. The objective of this study is to evaluate the properties of microalloyed railway wheels of different manufacturing processes. For this analysis were conducted in the laboratory, through metallography (analysis of grain size, microstructure and fracture surface) and mechanical tests (hardness, tensile, impact and fracture toughness). Four cast wheels were selected and three forged wheels, with similar compositions of steels ranging around 0.7% carbon. The microalloyed wheels have different additions of vanadium and niobium, in addition to chromium and molybdenum, and they were withdrawn specific development batches manufacturers. The results showed that the best conditions for production microalloyed wheels is by forging with the addition of niobium and molybdenum and is the only fully met the AAR standard M-107 / M-108. In the range of compositions studied for the wheel manufacturing is essential to forging process for a significant improvement in mechanical properties, among them the fracture toughness. But the casting process proved not to be the most suitable as it was the weakening of the material with the addition of microalloying, despite improvements in mechanical strength.