Os ensaios de resistência à ruptura transversal resultaram no rompimento dos corpos de prova de forma abrupta e sem características de deformação plástica, caracterizando todas as fraturas como do tipo frágil com a superfície irregular. O que está coerente com os resultados da literatura (FERNANDES, 2006; DIETER JUNIOR, 1961; CHONGMIN, JOHNSON e HOSFORD, 1982), uma vez que é um material com elevada dureza e grande concentração de precipitados.
Da Figura 39 a Figura 44, são apresentadas as fractografias das amostras em cada condição.
Porosidades são classificadas de duas formas, porosidades isoladas e interligadas. Porosidades isoladas resultam em deformações mais homogêneas, enquanto que a porosidade interligada provoca um aumento na localização de tensão em regiões sinterizadas relativamente menores entre as partículas. Assim, a porosidade interligada é mais prejudicial que a porosidade isolada e reduz a ductilidade macroscópica do material (CHAWLA e DENG, 2004).
No substrato, em todas as condições, existem porosidades interligadas, as quais facilitam a propagação das trincas.
Nas amostras com camadas de boretos (Figura 39 e Figura 40), é possível observar uma forma de fratura diferente, sem relevos, mais lisa e com praticamente nenhuma porosidade.
Figura 39 – Fractografia obtida em microscópio eletrônico de varredura da amostra com recobrimento TiN - TRS=1310,8 MPa e ρrelativa = 87,4%
Fonte: Produção do próprio Autor.
TiN
Feb/Fe2B
Substrato M2
Figura 40 - Fractografia em microscópio eletrônico da amostra boretada - TRS=1355,1 MPa e ρrelativa = 85% -
superfície da amostra
Fonte: Produção do próprio Autor.
Figura 41 - Fractografia no MEV da amostra Temperada e revenida com jateamento - TRS=1963,67 MPa e ρrelativa =
89,4% - substrato
Fonte: Produção do próprio Autor.
FeB/Fe2B
Substrato M2
Figura 42 - Fractografia em microscópio eletrônico da amostra Normalizada – TRS=1611,53 MPa e ρrelativa=84,5% - substrato da amostra
Fonte: Produção do próprio Autor.
Figura 43 - Fractografia em microscópio eletrônico da amostra como-Sinterizada - TRS=1787,86 MPa e ρrelativa=86,0% - substrato da amostra
Figura 44 - Fractografia em microscópio eletrônico da amostra Temperada e Revenida - TRS=1780,81 MPa e ρrelativa=86,9% - superfície da amostra
Fonte: Produção do próprio Autor.
A teoria de Griffith’s explica que a trinca irá se propagar quando o decréscimo na energia elástica de deformação for igual ou maior que a energia necessária para criar uma nova superfície de fratura (DIETER JUNIOR, 1961). Quando uma ou mais trincas se encontram durante sua propagação, as mesmas não se deparam com nenhuma resistência, dessa forma não é necessário nenhuma energia extra para criar outra trinca, o que aumenta sua velocidade de propagação, levando o material a ruptura mais rapidamente.
A Figura 45, mostra a camada boretada, onde pode-se observar claramente que as trincas tem origem nos poros. Esse fato é predominante na TRS e explica o porquê a alta quantidade de poros no material resulta em menores valores de resistência à ruptura transversal. Esse fator destaca a importância de um controle rigoroso
da porosidade, em relação a resistência à ruptura transversal.
Figura 45 - Formação preferencial de trincas
Fonte: Produção do próprio Autor.
A Figura 46 mostra o preenchimento de um poro na camada boretada, o que resulta na quase nula quantidade de porosidade na camada de boretos formada no material. A camada de boretos não consegue preencher todos os poros quando a quantidade dos mesmos próximo a superfície for alta, como pode ser observado na Figura 39. Ao preencher o poro, esse mecanismo dificulta a propagação da trinca, melhorando a resistência à ruptura transversal.
Figura 46 - Crescimento das fases de boretos na amostra boretada
Fonte: Produção do próprio Autor.
A Figura 47 mostra o recobrimento de TiN sobre a camada boretada. Pode-se afirmar por esta imagem, que a adesão da camada foi adequada, pois mesmo após a fratura permaneceu aderida ao material sem sofrer grandes danos em sua interface. As cavidades apresentadas na imagem (indicadas pelas setas), nas proximidades da interface, podem ser devido ao processo de jateamento, o que deve facilitar a adesão do recobrimento no material.
Figura 47 - Recobrimento TiN sobre a camada boretada
Fonte: Produção do próprio Autor.
Nas Figura 48 a Figura 51, são evidenciadas a fragmentação dos carbonetos em diferentes condições avaliadas. Apesar de fragmentados estes carbonetos permaneceram fortemente ligados a matriz. Característica que é desejável nos aços rápidos, uma vez que, um mau ancoramento dos carbonetos faz com que estes sejam arrancados facilmente do material. Em uma ferramenta de corte, poderia resultar em um desgaste prematuro.
Figura 48 - Fragmentação de carbonetos, amostra Temperada e Revenida
Fonte: Produção do próprio Autor.
Figura 49 - Fragmentação de carboneto, amostra TiN
Figura 50 - Fragmentação de carbonetos, amostra Normalizada
Fonte: Produção do próprio Autor.
Figura 51 - Fragmentação de carbonetos, amostra como- sinterizada
Da Figura 52 a Figura 54, são apresentadas fractografias de uma amostra boretada que obteve densificação de apenas 0,66% na sinterização. É possível observar que a compactação e a sinterização desta amostra não foram adequadas, não formando a matriz, nem mesmo a camada de boretos de forma contínua. Isto pode ser confirmado por não haver uma junção entre as partículas da camada de boretos.
A amostra boretada com densificação de 0,66% sofreu rompimento na pré-carga do ensaio e consequentemente sua resposta a resistência à ruptura foi baixa, não ultrapassando 50 MPa.
Observando a Figura 53, nota-se que a camada boretada apresentou muitos poros, resultando em uma má formação da camada. A Figura 54 mostra que o crescimento da camada de boretos não obteve uma direção linear de crescimento, o que prejudicou o desenvolvimento contínuo da camada.
Figura 52 - Fractografia do substrato da amostra boretada que obteve baixa sinterização
Figura 53 - Fractografia da camada boretada da amostra que obteve baixa sinterização
Fonte: Produção do próprio Autor.
Figura 54 - Fractografia da camada boretada da amostra que obteve baixa sinterização
Fonte: Produção do próprio Autor. Camada
Boretada
A fractografia da camada boretada é mostrada na Figura 55. Na seção 2.4 sobre mecânica da fratura, destacou-se que na literatura são encontrados 3 modos diferentes de fratura, o modo I, II e III, sendo o modo I o modo normal de abertura da trinca e o modo II e III modos deslizantes de cisalhamento. Observando a Figura 55, pode-se notar que na camada de boretos ocorreram 2 modos diferentes de fratura. Esses modos de fratura são destacados na Figura 56. Analisando o módulo de Elasticidade de cada fase, tem-se 600 GPa para o TiN (ODORCZYK, 2011), 590 GPa para o FeB, 285 GPa para o Fe2B e 210 GPa para o substrato de M2 (ASM
INTERNATIONAL, 1991). Essa diferença nos valores do módulo de elasticidade (E), pode ser explicada devido a descontinuidade no módulo de Elasticidade entre as fases FeB e Fe2B. Essa grande variação do módulo de
Elasticidade do FeB para o Fe2B, altera o comportamento
da curva tensão-deformação de forma abrupta, gerando uma grande concentração de tensão na região. É importante ressaltar que esse fenômeno também ocorreu na amostra boretada sem o revestimento TiN, como pode ser observado na Figura 57.
Figura 55 - Fractografia da amostra de Bor + TiN, mostrando modos de fratura na camada boretada
Fonte: Produção do próprio Autor.
Figura 56 - Fractografia da amostra Bor + TiN, destacando os modos de fratura encontrados na camada boretada
Fonte: Produção do próprio Autor.
Modo Normal de Abertura
Modo deslizante de cisalhamento
Figura 57 - Fractografia da amostra boretada, mostrando os modos de fratura. (a) 500x SE e (b) 2000x SE
Fonte: Produção do próprio Autor.
Modo normal de abertura de trinca
Modo normal de abertura de trinca
Modo cisalhante