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UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO
FACULADE DE ENGENHARIA E ARQUITETURA
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
RELATÓRIO DE LABORATÓRIO DE MATERIAIS
Disciplina: MEC 008- Laboratório de Materiais
Acadêmicos: Douglas Alves e Jean Becker
Professor: Luiz Airton Consalter
Data: 23/06/2009
1- Introdução/ objetivo
Este trabalho tem o objetivo de avaliar o efeito de diferentes
velocidades de resfriamento sobre a transformação da austenita nas
amostras de aços ABNT 1020, ABNT 1045, ABNT 8640 e VC131*, que serão
aquecidos em torno de 50 a 80 ºC acima da temperatura de
austenitização (727 ºC), durante quinze minutos e submetidos a
diferentes velocidades de resfriamento, entre elas: têmpera em água,
salmoura (água e sais), óleo, ar e também através do ensaio de
temperabilidade Jominy. Após isso as amostras serão lixadas e
submetidas ao teste de dureza superficial em um durômetro, e também
será feita a análise metalográfica de outras amostras buscando avaliar
e identificar suas microestruturas.
* (VC131 será aquecido por volta de 180 ºC acima da temperatura
de austenitização, por causa de seus elementos de liga que deslocam a curva
de inicio da formação da austenita para cima.)
2 – Materiais
Os seguintes tipos de aços foram estudados: aços do tipo ABNT 8640,
ABNT 1020, ABNT 1045, aço liga do tipo VC 131, ferro fundido branco,
nodular, cinzento e maleável, cujas composições químicas são apresentadas
na tabela 1.
"Aço "C "Mn "S "
" "Como fornecido "215 / 205 / 210 "210,00 "
"ABNT 8640 " " " "
" "Água "500 / 450 / 460 "470,00 "
" "Água+Sal "440 / 430 / 460 "443,33 "
" "Óleo "410 / 400 / 410 "406,66 "
" "Ar "245 / 235 / 217 "232,33 "
" "Como fornecido "200 / 205 / 210 "205,00 "
"VC 131 " " " "
" "Água "660 / 640 / 640 "650,00 "
" "Água+Sal "660 / 660 / 660 "660,00 "
" "Óleo "660 / 660 / 660 "660,00 "
" "Ar "600 / 640 / 600 "613,33 "
" "Como fornecido "250 / 250 / 245 "248,33 "
"ABNT 1070 " " " "
" "Água "560 / 550 / 550 "553,33 "
" "Água+Sal "580 / 560 / 580 "546,66 "
" "Óleo "530 / 580 / 530 "546,66 "
" "Ar "245 / 245 / 240 "243,33 "
Tabela 2 – Resultados de dureza obtida nos ensaios.
A tabela 3 apresenta os resultados de dureza obtidos para as amostras dos
dois diferentes tipos de aços ABNT 1020 e ABNT 1045 submetidos as
diferentes velocidades.
" Aço "Meio de " Valores de "Média de "
" "resfriamento "resfriamentos "dureza "
" " "(escala HV) " "
"ABNT 1020 "Normalizada (ar) "138 / 133 / 130 "133,66 "
" "Tempera em óleo "185 / 200 / 200 "195,00 "
" "Tempera em água "300 / 260 / 260 "273,33 "
" "Tempera em sais "272 / 280 / 260 "270,66 "
"ABNT 1045 "Normalizada (ar) "190 / 210 / 205 "201,66 "
" "Tempera em óleo "470 / 481 "475,50 "
" "Tempera em água "600 / 550 / 550 "566,66 "
" "Tempera em sais "580 / 580 / 520 "560,00 "
Tabela 3 – Resultados de dureza das amostras.
A tabela 4 apresenta os resultados de dureza obtidos para as amostras
dos diferentes tipos de aço ABNT 8640, ABNT 1045 e ABNT 1020 submetidas ao
resfriamento pelo método Jominy.(Ver gráfico 1).
Material (mm) "1,58 "3,2 "4,75 "6,32 "7,9 "9,5 "12,64 "15,8 "18,96 "22,12
"25,28 "28,44 " "ABNT 1020 "250 "235 "230 "200 "180 "165 "160 "155 "155
"145 "135 "135 " "VC 131 "680 "680 "640 "620 "620 "600 "580 "580 "560 "560
"550 "520 " "ABNT 8640 "550 "530 "520 "550 "500 "490 "440 "375 "295 "280
"270 "255 " "ABNT 1045 "620 "580 "480 "272,5 "245 "240 "235 "225 "220 "218
"- "- " "
Tabela 4 – Resultados de dureza obtida nos ensaios Jominy, transformados
para Vickers já com suas devidas correções.
No gráfico abaixo se pode analisar melhor a profundidade de têmpera
de cada material.
Gráfico 1: O gráfico apresenta dados referente à variação na
profundidade de têmpera nos aços temperados pelo método Jominy.
Análises Micrográficas
Como se pode ver na figura abaixo, este ferro fundido cinzento
apresenta veios de grafita do tipo E6.
Figura 2 - Ferro fundido cinzento antes do ataque com nital (aumento 200x).
Analisando as demais regiões da amostra pôde-se verificar uma trinca
devido ao possível tipo de grafita E, que favorece o caminho para trinca.
Figura 3 – Ferro fundido cinzento antes do ataque, com uma pequena trinca
(aumento de 100x).
Ferro fundido cinzento após ataque com Nital. Notam-se os
constituintes ferrita (mais claro), perlita, e grafita (em forma de veios).
Figura 4 – Ferro fundido cinzento após ataque com Nital (aumento 1000x).
Aço ABNT 1045 normalizado antes do ataque com Nital.
Figura 5 – Aço ABNT 1045 antes do ataque com Nital (aumento 100x).
Aço ABNT 1045 normalizado após ataque com Nital. Nota-se aos micro
constituintes perlita e ferrita.
Figura 5 – Aço ABNT 1045 normalizado após ataque com Nital (aumento 100x)
4 – Discussão
De acordo com a literatura (Chiaverini, Vicente e Colpaert,
Hubertus), depois de atingida a temperatura de austenitização tem-se uma
total dissolução do carboneto de ferro no ferro gama: essa austenitização é
o ponto de partida para as transformações posteriores desejadas, as quais
ocorrerão em função da velocidade de resfriamento adotada.
Analisando os resultados de dureza da tabela 2 para o aço VC 131 e
ABNT 8640 foi possível observar primeiramente que:
O aço VC 131 resfriado drasticamente torna-se mais duro,
consequentemente mais frágil, devido a essa característica é muito
utilizado na indústria como aço ferramenta. Além disso, percebe-se que no
mesmo pode-se obter uma dureza desejável até mesmo resfriado ao ar. Já o
aço ABNT 8640 apresentou níveis muito inferiores ao aço VC 131, o que lhe
confere maior ductilidade e maior tenacidade sendo menos frágil que o aço
VC 131.
Analisando a tabela 3, sobre os aspectos de dureza dos aços ABNT 1020
e ABNT 1045, pode-se observar que o aço ABNT 1045 sempre obteve uma maior
dureza que o aço ABNT 1020 em todos os meios de resfriamento, sendo
aplicados na indústria de fabricação de eixos, bases para matrizes e na
indústria automobilística.
Analisando a tabela 4 verificou-se que quanto mais longe da
extremidade resfriada menor é a dureza, sendo que a partir da zona de meia
dureza os índices se tornam constantes, com isso na extremidade resfriada
se concentra a maior dureza no material.
Os aços compostos com vários elementos de liga deslocam as curvas
T.T.T. para a direita, aumentando o tempo para a transformação e afetam a
parte isotérmica dos diagramas de transformação como também a reação de
formação da martensita.
Em relação ao tamanho de grão da austenita verifica-se que quanto
maior o tamanho de grão, mais atrasada será a formação de perlita que se
formará nos contornos de grão da austenita.
Analisando as micrografias, percebe-se fato importante em relação ao
ferro fundido cinzento. Onde o qual apresenta tipo de grafita E, que
favorece o aparecimento de trincas, devido suas formas alinhadas. Através
de análises pôde-se verificar que o mesmo continha uma trinca, confirmando
dados da literatura.
5 – Conclusão
Concluiu-se que quanto maior for a velocidade de resfriamento maior
será a dureza do material, devido a formação de uma estrutura puramente
martensítica, quando a velocidade de resfriamento é lenta a estrutura
transforma-se basicamente em perlita, velocidades de resfriamento muito
altas podem ocasionar conseqüências sérias, como tensões internas
excessivas, empenamento das peças e até mesmo aparecimento de trincas.
Assim, o conhecimento da temperabilidade dos aços é essencial, porque o
mais importante objetivo do tratamento térmico do aço é obter a maior
dureza e a mais alta tenacidade, em condições controladas de velocidade de
esfriamento, a uma profundidade determinada ou através de toda a sua secção
e de modo a reduzir ao mínimo as tensões de esfriamento.
6 – Referências Bibliográficas
1- Chiaverini, V. Aços e Ferros Fundidos.
2- Colpaert, U. Metalografia dos produtos Siderúrgicos.
3- ASTM; ASTM Handbook – Vol. 9; ASTM; 1995.
Adendum
Efeito da Velocidade de Resfriamento sobre a transformação da
austenita.
1- Qual o principal efeito do aumento da velocidade de resfriamento sobre
a microestrutura do aço?
R: Se o aço for esfriado rapidamente, não haverá tempo suficiente para
uma completa movimentação atômica e as reações de transformação da
austenita se modificam, podendo mesmo deixar de se formar os
constituintes normais, como a perlita. E surgem novos constituintes de
grande importância para a aplicação dos aços. A estrutura fica dura e
quebradiça (aço duro e frágil).
2- Quais os cuidados que deve se tomar durante o aquecimento das
amostras?
R: Deve-se aquecer no máximo a 50°C acima da linha de transformação da
austenita, não aquecer demais a amostra evita o crescimento de grão,
oxidação e também a descarbonetação do material.
3- Quais os critérios para a escolha da melhor temperatura de
austenitização?
R: Quanto mais longo o tempo à temperatura considerada de austenitização,
tanto mais completa a dissolução de carboneto de ferro ou elementos de
liga no ferro gama, porém resulta em um tamanho de grão maior, o que é
prejudicial. Diante disso é preferível uma temperatura ligeiramente mais
elevada, do que um longo tempo a uma temperatura inferior, devido a maior
mobilidade atômica. Resumidamente, o tempo deve ser pelo menos o
suficiente a se obter uma uniformização através de toda a seção da peça.
4- Quais os inconvenientes de se utilizar uma temperatura muito alta ou
um tempo de permanência excessivo no aquecimento?
R: Pode ocorrer a oxidação, descarbonetação e também o crescimento de
grão na peça.
Análise micrográfica:
1- Qual a microestrutura esperada para os aços hipoeutetóides recozidos?
R: Perlita grosseira
2- Qual a microestrutura esperada para os aços hipoeutetóides normalizados?
R: Ferrita e perlita fina ou cementita e perlita fina.
3- Qual a microestrutura esperada para os aços hipoeutetóides temperados em
água?
R: Martensita, devido a queda brusca de temperatura.
4- Qual a microestrutura esperada para os aços hipoeutetóides temperados em
óleo?
R: Perlita mais Martensita, devido ao resfriamento mais brando.
5- Qual a microestrutura esperada para os ferros fundidos brancos?
R: Perlita e Ledeburita.
6- Qual a microestrutura esperada para os ferros fundidos modulares?R:
Nódulos de grafita esferoidal.
7- Qual a microestrutura esperada para os ferros fundidos cinzentos?
R: A microestrutura predominante é a presença de carbono livre ou grafita
lamelar (quanto maior a quantidade mais mole e menos resistente será o
material).
8- Qual a microestrutura esperada para os ferros fundidos maleáveis?
R: Grafita na forma de nódulos e ferrita.
Tempera – Efeito da Composição Química sobre a transformação da austenita.
1- Qual o principal efeito do aumento do teor de carbono sobre a posição
das curvas T.T.T?
R: As curvas se deslocam para a direita, ou seja, retarda-se o processo
de transformação da austenita.
2- Qual a tendência de distribuição dos elementos de liga no aço VC131?
R: Dissolver-se na ferrita, formar carbonetos, formar inclusões não
metálicas.
3- Qual é o critério para a escolha da temperatura de austenitização dos
aços – carbono hipoeutetóides?
R: Admite-se um aquecimento máximo de 50ºC acima da linha A3, pois com
um aquecimento em temperatura alta e menos tempo o que pode ocorrer
é uma certa quantidade de carbonetos não dissolvidos, o que é menos
prejudicial que o crescimento de grão da austenita.
4- Qual é o critério para a escolha da temperatura de austenitização dos
aços – carbono hipereutetóides?
R: É realizado um aquecimento acima da linha A1 não se devendo atingir ou
ultrapassar a linha ACM, porque no resfriamento lento posterior forma-se
nos contornos de grão da austenita um invólucro contínuo e frágil de
carbonetos, o que iria conferir excessiva fragilidade aos aços.
5- Por quê a temperatura de austenitização do aço VC131 é maior que a dos
aços carbono?
R: Porque o aço VC131 possui mais elementos de liga, ou seja, quanto mais
elementos, mais lento o processo de austenitização.
