Establishing the main Guidelines for Cast Steel to Produce Truck Parts

Este trabalho foi realizado na Scania CV AB e teve como principal objectivo estabelecer uma diretriz sobre a possível utilização de aços vazados. Existe uma grande necessidade na realização deste trabalho, de forma a apoiar os engenheiros de projecto no seu processo de selecção dos materiais mais adequados, para produzir componentes mais leves e de elevado desempenho. Esta diretriz apresenta informação relacionada com propriedades mecânicas, processos de fundição, vazabilidade, tipologia de defeitos, tratamentos térmicos, soldabilidade e tratamentos superficiais dos aços vazados. Este trabalho foi limitado, na seleção de materiais para componentes do camião, a aços vazados que poderiam ser aplicados em dois componentes específicos: um componente estrutural da carroçaria sujeito a esforços de fadiga e a um colector de gases de combustão, sujeito a fluência, oxidação, fadiga por corrosão, fadiga-térmica e fadiga-mecânica. Foi realizado um benchmark focado nestes dois componentes de forma a saber que materiais são utilizados de momento por outras empresas concorrentes. Foi realizada ainda uma análise sobre possíveis materiais que possam ser aplicados em cada componente referido. Foi conduzida uma caracterização no estado bruto de fundição de um aço inoxidável vazado usado para produzir um protótipo do colector de gases. Esta caracterização consistiu numa análise microestrutural e medição de macro e microdurezas. Além da caracterização inicial, foram aplicados um conjunto de tratamentos térmicos, de forma a estudar a possibilidade de eliminar os carbonetos presentes inicialmente nas fronteiras de grão. As principais conclusões deste trabalho são que o aço vazado apresenta potencial para ser uma escolha válida em diversas aplicações, devido a um leque alargado de propriedades apresentadas tipicamente por este material. Relativamente a aplicações estruturais, o aço vazado é vantajoso comparativamente ao ferro fundido, quando são requeridos, por exemplo, soldabilidade e elevada resistência, combinada com elevada tenacidade à fractura. Para componentes sujeitos a elevadas temperaturas de serviço, o aço inoxidável vazado é vantajoso quando usado a temperaturas superiores a 750°C, apesar do seu elevado custo. O tratamento térmico composto por um recozimento de solubilização seguido de envelhecimento, elimina quase na totalidade os carbonetos presentes nas fronteiras de grão e verifica-se um aumento de dureza através de uma precipitação de carbonetos finamente dispersos na matriz, que poderão também aumentar a resistência à fluência.

The present work was conducted at Scania CV AB and has as main goal to produce a cast steel guideline. There is a great need to conduct a cast steel guideline, in order to help designers in their process to choose suitable materials and methods to produce lightweight components and with higher performance. This work contains information related to mechanical properties, casting processes, castability, machinability, defect characterization, heat treatments, weldability and surface treatments of cast steels. This work was limited to cast steels which could be applied on two specific components: bracket, a structural component of chassis subjected to fatigue and turbo manifold, component subjected to creep, oxidation, corrosion, thermal and mechanical- fatigue. A benchmark search was performed focused on these two components. An analysis of possible material solutions for each component was performed. A characterization of a cast stainless steel turbo manifold prototype was performed in the ascast state, which included microstructural analyzes and hardness measurements. Besides this initial characterization, a set of heat treatments were conducted, in order to study the possibility to eliminate the initial grain boundary carbides. The main conclusions of this work are that cast steel has potential to be a material choice in many applications due to its wide range of properties. For structural parts, cast steel is advantageous compared with cast iron when for instance welding and high strength combined with high fracture toughness are requirements. For high temperature resistance components, cast steel or more precisely cast stainless steel, is advantageous for service at temperatures >750oC, besides its higher price. The annealing heat treatment followed by an aging treatment eliminated most of the grain boundary carbides and increase the hardness through a fine dispersion of carbides in matrix, which can also increase the creep resistance.