Estudo da composição dos banhos compostos por alumínio e borato de sódio no processo de boretação líquida em aço 0,4%C

Abstract

A boretação se destaca em relação aos demais tratamentos termoquímicos principalmente pela obtenção de elevados índices de dureza, resistência ao desgaste e corrosão. Apesar dessas características significantes, esse processamento ainda é pouco utilizado comercialmente no Brasil. Com a realização deste trabalho é possível verificar alguns métodos existentes para realização do processo de boretação líquida. Utilizando fontes de boro distintas, pode-se observar os resultados obtidos de dureza, espessura, formato e fases presentes na camada para as diferentes composições estudadas. Durante a realização desse estudo foram utilizadas amostras de aço SAE 1040. Foram testados banhos compostos por 85% de borato de sódio e 15% de alumínio, além de 70% de borato de sódio e 30% de alumínio, considerando os valores em massa. Os reagentes portadores de boro utilizados para as análises foram borato de sódio anidro (𝐵₄𝑁𝑎₂𝑂₇) para análise (PA), borato de sódio hidratado (𝐵₄𝑁𝑎₂𝑂₇ ∙ 10𝐻₂𝑂) para análise (PA) e borato de sódio hidratado (𝐵₄𝑁𝑎₂𝑂₇ ∙ 10𝐻₂𝑂) comercial. As amostras foram submetidas a temperatura de 950°C durante um período de quatro horas em forno mufla. Após a realização dos tratamentos, as amostras foram sujeitas a testes de dureza, metalografia e microscópio eletrônico de varredura (MEV) para caracterização dos resultados. Através dos resultados finais, ficou evidente que a composição do banho com 30% de alumínio obteve resultados mais significativos em comparação ao banho que utilizou 15% de alumínio. A formação da camada característica dente de serra e também a elevada dureza foram constatadas nos banhos com 70% de borato de sódio e 30% de alumínio. Também foi evidenciada formação de camada bifásica e com espessura de até 136 μm. De modo geral, pode-se verificar que a amostra cujo banho composto por borato de sódio hidratado PA resultou em propriedades mais consistentes.

Boriding stands out in relation to other thermochemical treatments, mainly for obtaining high levels of hardness, resistance to wear and corrosion. Despite these significant characteristics, this processing is still little used commercially in Brazil. With the accomplishment of this work it is possible to verify some existing methods for carrying out the process of liquid boriding. Using different sources of boron, one can observe the results obtained for hardness, thickness, shape and phases present in the layer for the different studied compositions. During this study, SAE 1040 steel samples were used. Baths composed of 85% sodium borate and 15% aluminum, in addition to 70% sodium borate and 30% aluminum, considering the mass values, were tested. The boron-bearing reagents used for the analyzes were anhydrous sodium borate (𝐵₄𝑁𝑎₂𝑂₇) for analysis (PA), hydrated sodium borate (𝐵₄𝑁𝑎₂𝑂₇ ∙ 10𝐻₂𝑂) for analysis (PA) and commercial hydrated sodium borate (𝐵₄𝑁𝑎₂𝑂₇ ∙ 10𝐻₂𝑂) . The samples were subjected to a temperature of 950°C for a period of four hours in a muffle furnace. After carrying out the treatments, the samples were subjected to hardness tests, metallography and scanning electron microscopy (SEM) to characterize the results. Through the final results, it was evident that the composition of the bath with 30% aluminum obtained more significant results compared to the bath that used 15% aluminum. The formation of the characteristic sawtooth layer and also the high hardness were observed in the baths with 70% sodium borate and 30% aluminum. Biphasic layer formation with a thickness of up to 136 μm was also evidenced. In general, it can be seen that the sample whose bath composed of hydrated sodium borate PA resulted in more consistent properties.