Your SlideShare is downloading. ×
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Aços
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Thanks for flagging this SlideShare!

Oops! An error has occurred.

×
Saving this for later? Get the SlideShare app to save on your phone or tablet. Read anywhere, anytime – even offline.
Text the download link to your phone
Standard text messaging rates apply
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total Views
4,741
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
197
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

Report content
Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
No notes for slide

Transcript

  • 1. CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBRE OS AÇOS FEVEREIRO DE 2009FERNANDA MITKE MARIA DE LACERDA ROCHA HOPPE ROCHA
  • 2. ESTAGIÁRIA DO 5º PERÍODO DO CURSO DE ENGENHARIA METALÚRGICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSEÍNDICE1-INTRODUÇÃO.............................................................................................................................................................32-NOÇÕES PRELIMINARES.........................................................................................................................................42.1- AÇOS .......................................................................................................................................................................42.1.1- AÇO AO CARBONO............................................................................................................................................42.1.2- AÇOS LIGA...........................................................................................................................................................42.1.3-AÇOS INOXIDÁVEIS...........................................................................................................................................42.1.3.1- AÇO INOX MARTENSITICO...........................................................................................................................42.1.3.2- AÇO INOX FERRITICO....................................................................................................................................52.1.3.3- AÇO INOX AUSTENITICO..............................................................................................................................52.2- INFLUÊNCIA DOS ELEMENTOS DE LIGA........................................................................................................62.3- DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO DAS LIGAS FERRO-CARBONO......................................................................72.3.1-NOÇÕES PRELIMINARES...................................................................................................................................72.3.2 -INTERPRETAÇÃO DO DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO DEFASES............................................................................................................................................................................102.3.2.1- FASES PRESENTES........................................................................................................................................102.3.2.2- COMPOSIÇÃO DAS FASES PRESENTES...................................................................................................102.3.2.3- DETERMINAÇÃO DAS QUANTIDADES DAS FASES.............................................................................112.4- CONSTITUINTES PROVENIENTES DO RESFRIAMENTO CONTÍNUO.......................................................132.4.1- PERLITA..............................................................................................................................................................132.4.2- FERRITA.............................................................................................................................................................132.4.3- CEMENTITA.......................................................................................................................................................142.5- DIAGRAMA DE SHEAFFLER.............................................................................................................................153- TRATAMENTOS TÉRMICOS.................................................................................................................................163.1-NOÇÕES PRELIMINARES....................................................................................................................................163.1.1-CRESCIMENTO DOS GRÃOS...........................................................................................................................163.1.2- RECRISTALIZAÇÃO DOS GRÃOS DEFORMADOS A QUENTE...............................................................163.1.3- DEFORMAÇÃO A FRIO. ENCRUAMENTO..................................................................................................163.1.4- TRANSFORMAÇÕES ESTRUTURAIS NA RECRISTALIZAÇÃO E NO CRESCIMENTO DOSGRÃOS...........................................................................................................................................................................173.2- CURVAS DE TRANSFORMAÇÃO CONTÍNUA PARA OS AÇOS..................................................................183.2.1- INTERPRETAÇÃO DA CURVA T.T.T.............................................................................................................183.2.2- FATORES QUE DESLOCAM A CURVA TTT.................................................................................................183.2.2.1- COMPOSIÇÃO QUÍMICA.............................................................................................................................193.2.2.2- TAMANHO DE GRÃO AUSTENÍTICO.......................................................................................................193.2.2.3- HOMOGENEIDADE DA AUSTENITA........................................................................................................193.3- TRATAMENTOS TÉRMICOS COMUNS DOS AÇOS.....................................................................................203.3.1- RECOZIMENTO.................................................................................................................................................203.3.1.1- NOÇÕES PRELIMINARES............................................................................................................................203.3.1.2- TEMPERATURA DE RECOZIMENTO.........................................................................................................203.3.1.3- AQUECIMENTO ATÉ A TEMPERATURA..................................................................................................213.3.1.4- TEMPO DE PERMANÊNCIA NA TEMPERATURA...................................................................................213.3.1.5- RESFRIAMENTO............................................................................................................................................213.3.1.6- MICROESTRUTURAS E PROPRIEDADES..................................................................................................223.3.1.7- RECOZIMENTO SUBCRÍTICO E ALIVIO DE TENSÕES...........................................................................223.3.1.8- ESFEROIDIZAÇÃO / COALESCIMENTO....................................................................................................233.3.1.9- NORMALIZAÇÃO...........................................................................................................................................233.3.2- TÊMPERA DOS AÇOS ......................................................................................................................................233.3.2.1- NOÇÕES PRELIMINARES.............................................................................................................................233.3.2.2- ESTRUTURA MARTENSÍTICA.....................................................................................................................243.3.2.3- PROPRIEDADES DA MARTENSITA............................................................................................................243.3.2.4- DUREZA X % CARBONO X % MARTENSITA...........................................................................................243.3.2.5- TEMPO..............................................................................................................................................................243.3.2.6- TAMANHO DAS PEÇAS...............................................................................................................................253.3.2.7- RESFRIAMENTO............................................................................................................................................25 2
  • 3. 3.3.4- TRATAMENTOS ISOTÉRMICOS DOS AÇOS...............................................................................................253.3.4.1- MARTÊMPERA...............................................................................................................................................253.3.4.2- MARTÊMPERA CONVENCIONAL...............................................................................................................263.3.4.3- MARTÊMPERA MODIFICADA....................................................................................................................263.3.4.4-AUSTÊMPERA.................................................................................................................................................263.3.5- TÊMPERA SUPERFICIAL.................................................................................................................................273.3.5.1- NOÇÕES PRELIMINARES.............................................................................................................................273.3.5.2- TÊMPERA POR INDUÇÃO............................................................................................................................273.3.5.3- AQUECIMENTO POR CHAMA....................................................................................................................273.3.6- REVENIMENTO DOS AÇOS............................................................................................................................283.3.6.1- NOÇÕES PRELIMINARES.............................................................................................................................283.3.6.2- TRANSFORMAÇÕES DE FASE DURANTE O REVENIMENTO...............................................................283.3.6.3- EFEITO DO REVENIMENTO SOBRE AS PROPRIEDADES DOS AÇOS................................................283.3.7- TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS..............................................................................................................293.3.7.1- NOÇÕES PRELIMINARES.............................................................................................................................293.3.7.2- CEMENTAÇÃO...............................................................................................................................................293.3.7.3- NITRETAÇÃO..................................................................................................................................................303.3.8- ENDURECIMENTO POR PRECIPITAÇÃO.....................................................................................................303.3.8.1- SOLUBILIZAÇÃO SEGUIDA DE ENVELHECIMENTO............................................................................303.4- CONSTITUINTES PROVENIENTES DO RESFRIAMENTO DESCONTINUO...............................................323.4.1- CONSTITUINTES DOS AÇOS TEMPERADOS...............................................................................................323.4.2- CONSTITUINTES DOS AÇOS TEMPERADOS E REVENIDOS....................................................................333.4.2.1- MARTENSITA REVENIDA ( TEXTURAS SORBITICAS)..........................................................................345- PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS.............................................................................................355.1- CONSIDERAÇÕES GERAIS................................................................................................................................355.2- PRINCIPAIS ENSAIOS MECÂNICOS DOS MATERIAIS...............................................................................355.2.1- ENSAIO DE TRAÇÃO.......................................................................................................................................355.2.2- ENSAIOS DE DUREZA.....................................................................................................................................375.2.2.1- ENSAIO DE DUREZA BRINNEL..................................................................................................................375.2.2.2- ENSAIO DE DUREZA ROCKWELL..............................................................................................................385.2.3- ENSAIO DE IMPACTO......................................................................................................................................395.3- ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS..........................................................................................................................425.3.1- LIQUIDOS PENERANTES.................................................................................................................................426- FTSA..........................................................................................................................................................................446.1- INTRODUÇÃO.......................................................................................................................................................446.2- CORTE DE CANAIS..............................................................................................................................................446.3- GOIVAGEM...........................................................................................................................................................446.4- REBARBA..............................................................................................................................................................446.5- JATO DE GRANALHA.........................................................................................................................................456.6- ACABAMENTO.....................................................................................................................................................456.7- INSPEÇÃO PRELIMINAR....................................................................................................................................456.8- TRATAMENTO TÉRMICO...................................................................................................................................456.8.1- AÇOS CARBONO (ASTM-27 e ASTM-216).....................................................................................................456.8.2- AÇO INOX MARTENSITICO (ASTM-217)......................................................................................................456.8.3- AÇO INOX AUSTENÍTICO (ASTM-351)........................................................................................................466.8.4- AÇO CARBONO FERRITICO MARTENSITICO (ASTM-352, AÇOS PARA TRABALHAR EM BAIXASTEMPERATURAS.)......................................................................................................................................................466.9- JATO DE GRANALHA..........................................................................................................................................466.10- INSPEÇÃO FINAL...............................................................................................................................................466.11- RECUPERAÇÃO..................................................................................................................................................46BIBLIOGRAFIA............................................................................................................................................................47 3
  • 4. 1-INTRODUÇÃO Este trabalho tem como objetivo abordar algumas questões básicas a respeito dosmateriais metálicos, dando maior ênfase aos aços. Falaremos a respeito dos tipos de aço, da influência dos elementos de liga naspropriedades dos materiais, das propriedades e ensaios mecânicos, dos tratamentos térmicosmais comuns, entre outras coisas. 4
  • 5. 2-NOÇÕES PRELIMINARES2.1- AÇOS O aço é um dos materiais mais importantes utilizados na indústria mecânica. É usado nafabricação de peças com grandes solicitações mecânicas, principalmente, alongamento. O teor de carbono do aço varia em ter 0,05 e 1,7%.2.1.1- AÇO AO CARBONO São os aços que contém pequenas porcentagens de carbono, silício, manganês, enxofre efósforo. O elemento mais importante é o carbono. O manganês e o silício melhoram a qualidadedo aço e o enxofre e o fósforo são elementos deletérios. Elementos residuais: nos aços ao carbono o teor desses elementos não pode passar de1% ex: molibdênio, níquel, cromo, cobre...2.1.2- AÇOS LIGA Com a necessidade surgiu a descoberta dos aços liga que apresentam melhorespropriedades que os aços ao carbono mediante a adição de outros elementos como níquel,cromo, molibdênio, cobre, entre outros.2.1.3-AÇOS INOXIDÁVEIS Os aços inoxidáveis são aços de baixo teor de carbono, ligados principalmente aocromo, níquel e molibdênio. Têm como principal característica a resistência a corrosão, mesmo em ambientes de altatemperatura. Isso se deve à presença do cromo, em teores maiores que 11%. Corrosão: é a destruição de um corpo sólido a partir da superfície por processosquímicos e/ou eletroquímicos. O processo mais freqüente que provoca essa destruição é oataque do metal pelo oxigênio da atmosfera. Porém o material pode ser atacado e destruído poroutras substâncias, tais como ácidos e outras soluções químicas. O cromo em contato com o oxigênio permite a formação de uma película finíssima deoxido de cromo sobre a superfície do aço, que é impermeável e insolúvel em meios corrosivosusuais. Os aços inox são classificados de acordo com a estrutura cristalina predominante na ligaà temperatura ambiente. Cromo equivalente: o conjunto de elementos que estabilizam a fase ferrita de uma liga Níquel equivalente: o conjunto de elementos que estabilizam a fase austenita de umaliga.2.1.3.1- AÇO INOX MARTENSITICO Essencialmente uma liga binária ferro-cromo com 12 a 17% de cromo. 5
  • 6. São endureciveis por têmpera, têm maior resistência mecânica e dureza, têmpropriedades magnéticas e apresentam baixa resistência a corrosão quando comparados com osaços inox ferriticos e austeniticos2.1.3.2- AÇO INOX FERRITICO Essencialmente uma liga binária ferro-cromo com 12 a 30% de cromo. Sua estrutura mantém-se totalmente ferritica (CCC, do tipo ferro α) após tratamentostérmicos normais. São relativamente baratos porque não têm grande teor de níquel e boa resistência aocalor e à corrosão.2.1.3.3- AÇO INOX AUSTENITICO Ligas ternárias ferro-cromo-niquel com 16 a 25% de cromo e 7 a 20% de níquel. Sua estrutura permanece austenitica (CFC, tipo ferro ) às temperaturas normais dostratamentos térmicos. A presença do níquel (CFC) permite que a estrutura CFC se mantenha à temperaturaambiente. Têm elevada capacidade de deformação, devido a sua estrutura CFC, melhor resistênciaa corrosão que os aços inox martensiticos e ferriticos e não são magnéticos. Se forem posteriormente soldados, ou aquecidos lentamente estão sujeitos a corrosãointergranular. Corrosão intergranular: ocorre principalmente ao longo dos contornos de grão.Algumas ligas quando aquecidas formam pequenos precipitados de carboneto de cromo(Cr23C6). Como tanto o cromo quanto o carbono devem se difundir até os contornos de grão paraformar os precipitados, existe uma carência de cromo na zona dos contornos de grão, o que asdeixa suscetível a corrosão. 6
  • 7. 2.2- INFLUÊNCIA DOS ELEMENTOS DE LIGA Carbono: o aumento do teor de carbono é a maneira mais barata para obter a resistênciamecânica nos aços. Por outro lado, prejudica a ductilidade e a tenacidade do material. Teoreselevados de carbono comprometem a soldabilidade e diminuem a resistência a corrosãoatmosférica. Manganês: é usado em praticamente todo aço comercial. O aumento do teor demanganês é uma maneira segura de melhorar a resistência mecânica, além de atuarpositivamente na resistência mecânica e na resistência à fadiga. Silício: é usado como desoxidante do aço. Favorece sensivelmente a resistênciamecânica e a resistência à corrosão, porém reduz a soldabilidade. Cobre: aumenta sensivelmente a resistência à corrosão atmosférica do aço, mas reduzde forma discreta a ductilidade, a tenacidade e a soldabilidade. Níquel: aumenta a resistência mecânica, a tenacidade e a resistência à corrosão. Cromo: aumenta a resistência à corrosão atmosférica e à abrasão. Reduz porém, asoldabilidade. Melhora o desempenho do aço a temperaturas elevadas. Nióbio: eleva a resistência mecânica e melhora a soldabilidade. Em teores baixíssimosjá notamos uma melhora no limite de escoamento e na resistência mecânica. Melhora atenacidade, mas pode diminuir a ductilidade. Titânio: aumenta o limite de resistência e a abrasão melhorando o desempenho atemperaturas elevadas. 7
  • 8. 2.3- DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO DAS LIGAS FERRO-CARBONO2.3.1-NOÇÕES PRELIMINARES Este diagrama é obtido experimentalmente por pontos e apresenta as temperaturas emque ocorrem as diversas transformações dessas ligas em função do seu teor de carbono. De 0 a2.0% de C temos os aços e de 2,0 a 6,7% de C temos os ferros fundidos. Fases: fase é a porção homogênea de um sistema que tem características físicas equímicas definidas. Todo metal puro é considerado uma fase. Uma fase é identificada pelacomposição química e microestrutura. A interação de duas ou mais fases em um materialpermite a obtenção de propriedades diferentes. É possível alterar as propriedades do materialalterando a forma e distribuição das fases. Equilíbrio de fases: - Termodinamicamente o equilíbrio é descrito em termos de energialivre. Um sistema está em equilíbrio quando a energia livre é mínima. O equilíbrio de fases é oreflexo da constância das características das fases com o tempo. Fases de equilíbrio: suas propriedades ou características não mudam com o tempo. Fases metaestáveis: suas propriedades ou características mudam lentamente com otempo, ou seja, o estado de equilíbrio nunca é alcançado. No entanto, não há mudanças muitoperceptíveis com o tempo na microestrutura das fases metaestáveis. Fases metaestáveis nãoaparecem no diagrama de fases. Aqui será abordada apenas a parte do diagrama que se refere aos aços. Os componentes fundamentais dos aços carbono são o ferro e o carbono. O carbono secombina com uma parte do ferro, formando o carboneto de ferro Fe3C, que contem 6,7% de C. 8
  • 9. Quando o aço está no estado de fusão, o carbono se encontra totalmente dissolvido noferro, em solução homogênea. Ao esfriar-se é possível verificar que existe, para cada aço, de acordo com o seu teor decarbono, uma certa temperatura à qual começa a solidificação. Esta prossegue à medida que atemperatura cai até atingir uma outra temperatura, que também é definida onde termina oresfriamento. O lugar dos pontos de inicio da solidificação chama-se linha do liquidus, porque acimadessa linha o aço está totalmente liquido. O lugar dos pontos onde termina a solidificaçãochama-se linha do solidus, porque abaixo dessa linha o aço está totalmente sólido. Entre essasduas linhas o aço está em parte liquido e em parte sólido. A perfeita solução que existe no estado liquido ainda existe após a solidificação totalporque o ferro, a essas temperaturas, está sob a forma alotrópica, designada por ferro γ, queforma uma solução sólida com o carbono chamada austenita. AUSTENITA A austenita permanece estável e homogênea até atingir a linha GE’S da figura. Abaixodela, a textura do aço sofre modificações gradativas que terminam com uma transformaçãocompleta 723ºC, assinalada no diagrama por uma linha horizontal. A textura cristalina que os aços apresentam logo abaixo dessa linha se conserva até atemperatura ambiente. A linha GE’S e a horizontal de 723ºC chamam-se linhas de transformação (porquemarcam o inicio e o fim das transformações no estado sólido) e a região delimitada por essaslinhas denomina-se zona critica (parte em cinza na figura). A solubilidade do carbono em ferro γ é limitada e depende da temperatura. A 1130ºC asolubilidade é máxima e corresponde a 2% de carbono. A temperaturas mais baixas, asolubilidade decresce segundo a curva SE’, sendo de apenas 0,8% a 723ºC (ponto E’). Limite de solubilidade: é a concentração máxima de átomos de soluto que podedissolver-se no solvente, a uma dada temperatura, para formar uma solução sólida. Quando olimite de solubilidade é ultrapassado, forma-se uma segunda fase com composição distinta. A linha SE’ assinala o inicio da precipitação do carbono que excede o máximo que oferro gama pode manter em solução sólida na forma de Fe3C. A precipitação ocorre nos contornos de grão da austenita para onde o carbono emexcesso se dirige por difusão. Forma-se assim uma orla de carboneto em torno de cada grão de austenita.Ocasionalmente pode ocorrer também uma precipitação de carboneto no interior do grão deaustenita, ao longo de certos planos cristalográficos. O carboneto de ferro, quando isolado, é designado, na terminologia metalográfica, porcementita. 9
  • 10. Enquanto o esfriamento continua, a precipitação de cementita prossegue gradualmenteaté a temperatura de 723ºC, e, em conseqüência, o teor de carbono da austenita remanescentediminui gradativamente até 0,8%. Ao atingir a referida temperatura, o ferro gama existente na austenita adquire uma novaforma alotrópica: o ferro alfa. Como a solubilidade do carbono no ferro alfa é muito pequena,dá-se nesse momento a separação daquele componente na forma de carboneto. Os doisconstituintes tomam então uma disposição particular, em lamelas ou camadas alternadas. Cadagrão da solução sólida austenita transforma-se, assim, ao passar pela linha horizontal de 723ºC,em grãos lamelares, que recebem o nome de perlita. Vista no microscópio em grande ampliação,a perlita apresenta um aspecto característico. Do que acabamos de falar entendemos que aços com mais de 0,8% de C, esfriadoslentamente, são constituídos, abaixo da zona critica, por grãos de perlita envolvidos por umacamada de cementita. Esta camada é evidentemente menos espessa para aços com teor decarbono pouco acima de 0,8% e inexistente nos aços com teor de carbono igual a 0,8%, que sãoconstituídos apenas de grãos de perlita. GRÃO DE PERLITA Para os aços com teores de carbono inferiores a 0,8% a transformação do ferro gama emferro alfa se desdobra em duas fases: uma gradual e outra brusca e completa. O inicio daprimeira é assinalado pela linha GE’ e o da segunda, pela horizontal de 723ºC. Como o ferro alfa forma uma solução pouco extensa com o carbono chamada ferrita,esta, à medida que vai aparecendo, se isola ou precipita, de preferência junto aos contornos dosgrãos de austenita. Tende, assim, a formar um envólucro contínuo ao redor de cada grão deaustenita, bem como em torno das inclusões, especialmente as de sulfuretos. FERRITA Certas causas fazem a ferrita tomar disposições ou formas especiais como em agulhasisoladas, ou entrecortando-se como lados de um triângulo, ou então, em áreas arredondadas, emfaixas, em forma de espinha de peixe, etc. 10
  • 11. Em conseqüência da separação o teor de carbono da austenita remanescente vaicontinuamente aumentando até atingir 0,8%, o que se dá quando a temperatura do aço passa por723ºC. Como já foi visto, a austenita com 0,8% de C passa por 723ºC e se transforma emperlita. Logo, todo aço com menos de 0,8% de carbono será constituído de ferrita e perlita. Aporcentagem de perlita será cada vez menor se diminuirmos o teor de carbono, chegando a zeroquando o teor de carbono chegar a 0,02%. Os aços com 0,8% de C são chamados de aços eutetóides. Os com menos de 0,8%,hipoeutetóides. Aqueles com mais de 0,8% de C, hipereutetóides. As duas figuras abaixo mostram a microestrutura de aços de baixo (0,2% de C) e médio(0,45% de C) teor de carbono respectivamente. A parte branca é ferrita e a escura, perlita.2.3.2 -INTERPRETAÇÃO DO DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO DE FASES2.3.2.1- FASES PRESENTES Dadas a composição da liga e a temperatura em que se encontra, só precisamos localizarno diagrama o ponto que corresponde às condições dadas. Assim saberemos quais são as fasespresentes em determinada liga a determinada temperatura2.3.2.2- COMPOSIÇÃO DAS FASES PRESENTES Usamos como ponto de partida a posição composição-temperatura da liga no diagramade fases. Se apenas uma fase estiver presente, o procedimento é trivial: a composição desta faseé a mesma que a composição global da liga. Para uma liga que possui composição e temperatura localizadas em uma região bifásicaa situação é mais complicada. Em toda região bifásica podemos imaginar uma série infinita delinhas horizontais, uma para cada temperatura. Cada uma dessas linhas é conhecida como linhade amarração, ou algumas vezes como isoterma. Essas linhas de amarração se estendem atravésda região bifásica e terminam nas curvas de fronteira entre fases em ambas as extremidades daregião bifásica. Para calcular as concentrações das duas fases em equilíbrio, usamos o seguinteprocedimento: 1º construímos a linha de amarração no ponto composição-temperatura da liga. 2º são anotadas as interseções da linha de amarração com as fronteiras entre as fases emambas as extremidades da linha. 11
  • 12. 3º a partir dessas interseções são traçadas linhas perpendiculares à linha de amarraçãoaté o eixo horizontal das composições, onde pode ser lida a composição para cada uma dasrespectivas fases.2.3.2.3- DETERMINAÇÃO DAS QUANTIDADES DAS FASES As quantidades relativas (como fração mássica ou como porcentagem) das fasespresentes em equilíbrio também podem ser calculadas com o auxílio do diagrama de fases. A solução é obvia para uma região monofásica: uma vez que apenas uma fase estápresente, a liga é composta inteiramente por aquela fase; isto é, a fração da fase é de 1 e aporcentagem é de 100%. Se a posição composição-temperatura estiver localizada em uma região bifásica, acomplexidade será maior. A linha de amarração deverá ser utilizada em conjunto com umprocedimento chamado freqüentemente de regra da alavanca (ou regra da alavanca inversa).Aplicamos o procedimento da seguinte maneira: 1º construímos a linha de amarração; 2º a composição global da liga é localizada sobre a linha de amarração; 3º a fração de uma fase é calculada tomando-se o comprimento da linha de amarraçãodesde a composição global da liga até a fronteira de fases para a fase oposta, dividindo-se essevalor pelo comprimento total da linha de amarração; 4º a fração da outra fase é determinada de maneira análoga; 5º se forem desejadas as porcentagens das fases, a fração de cada fase é multiplicada por100. Quando o eixo da composição tem sua escala em porcentagem em peso (como o diagramaFe-Fe3C) as frações das fases calculadas usando a regra da alavanca são as frações mássicas – amassa ou peso de uma fase específica dividida pela massa ou peso total da liga. A massa decada fase é calculada a partir do produto entre a fração de cada fase e a massa total da liga. No emprego da regra da alavanca, os comprimentos dos seguimentos da linha deamarração podem ser determinados pela medição direta no diagrama de fases usando umarégua, ou subtraindo as composições a partir da leitura das mesmas no eixo das composições. 12
  • 13. Exemplo: uma liga de ferro com 2,0% de C, á 910ºC está representada pelo ponto vermelho nafigura. Qual a fração mássica de austenita e qual a fração mássica de cementita presente na ligaa essa temperatura?Solução: A linha de amarração é a linha vermelha desenhada no diagrama. Considere que acomposição global da liga está localizada ao longo da linha de amarração e é identificada comoCo. As frações mássicas estão representadas por Wa e Wc, respectivamente, para as fasesaustenita e cementita. Do gráfico tiramos que: Ca= 1,2 Cc= 6,7 Co= 2.0 R= 2 - 1,2 = 0,8 S= 6.7 – 2 = 4,7 A partir da regra da alavanca o valor de Wa pode ser calculado de acordo com a fórmula ou , pela subtração das composições . Logo, temos: ou O resultado de ambas as equações é 0, 854545... de fração mássica de austenita, ouaproximadamente 85%. 13
  • 14. Novamente usando a regra da alavanca, o valor de Wc pode ser calculado de acordocom a fórmula , ou pela subtração das composições ,portanto: ou As duas equações deram o mesmo resultado novamente: 0, 145454... de fração mássicaou aproximadamente 15% de cementita, resultado esse que somado ao Wa é igual a um ou100%.2.4- CONSTITUINTES PROVENIENTES DO RESFRIAMENTO CONTÍNUO2.4.1- PERLITA A 723ºC o ferro γ presente na austenita adquire uma nova forma: o ferro α. Asolubilidade do carbono em ferro α é muito pequena; logo, ele se separa em forma de carboneto.O carboneto de ferro (Fe3C) e o ferro α formam lamelas alternadas muito finas. Cada grão deaustenita ao passar por 723ºC se torna um grão lamelar e recebe o nome de perlita. A perlita existe como grãos chamados freqüentemente de colônias. Dentro de cadacolônia, as camadas estão orientadas essencialmente na mesma direção, a qual varia de umacolônia para outra. Mecanicamente a perlita apresenta propriedades intermediarias entre aferrita, que é macia e dúctil, e a cementita, que é dura e frágil. As camadas de perlita e ferro α e cementita se formam como tal porque a composiçãoda fase inicial - neste caso, a austenita (0,76%p C) - é diferente de ambas as fases geradas eporque a transformação de fase exige uma redistribuição do carbono por difusão. 14
  • 15. 2.4.2- FERRITA É uma solução sólida de ferro α que se origina na zona crítica por transformaçãoalotrópica (mesmo elemento que se recristaliza com outra estrutura cristalina ferro α é CCC eferro γ é CFC) do ferro γ. É uma forma estável à temperatura ambiente. A 723ºC tem nomáximo 0, 025% de C. A ferrita se precipita ao redor dos grãos de austenita tomando a forma de agulhas, ladosde um triângulo, ou ainda de espinhas de peixe. Quando a austenita passa por 723ºC, ela se transforma em perlita. Logo, todo aço commenos de 0.8% de C, abaixo da temperatura de 723ºC, esfriado lentamente, será constituído deferrita e perlita. Quanto menor a porcentagem de carbono, menos perlita e mais ferrita teremos. Em relação aos outros constituintes, a ferrita é pouco dura e pouco resistente. Alémdisso, ela é muito dúctil e fortemente atraída pelo imã (o ferro γ não possui propriedadesmagnéticas). FERRITA (BRANCA) E PERLITA (ESCURA)2.4.3- CEMENTITA É o nome dado ao carboneto de ferro (Fe3C). É de grande dureza e muito quebradiça.Dos constituintes é o mais duro, devido ao seu teor de carbono (6,7 %p de C). Forma-sequando o limite de solubilidade do carbono é ultrapassado. Se cristaliza no sistemaortorrômbico (com 12 átomos de Fe e 4 de C por célula unitária) e é um composto intermetálicometaestável, embora a velocidade de decomposição em ferro α e C seja muito lenta. A adição de Si acelera a decomposição da cementita para formar grafita Abaixo as figuras esquematizam o processo de resfriamento de duas ligas. A primeirahipoeutetóide e a segunda hipereutetóide. 15
  • 16. 2.5- DIAGRAMA DE SHEAFFLER Quando falamos de aços ligados, temos um meio de classificá-los de acordo com osconstituintes presentes nele à temperatura ambiente. Com base na composição química do aço em questão, calculamos o cromo equivalentee o níquel equivalente para ele. Depois é só consultar o diagrama para saber em qual categoriaesse material se encaixa.Obs.: o diagrama de Sheaffler só é válido para aços ligados. 16
  • 17. 3- TRATAMENTOS TÉRMICOS3.1- NOÇÕES PRELIMINARES3.1.1- CRESCIMENTO DOS GRÃOS Quando aquecemos o material acima da zona crítica seus constituintes voltam à formade austenita. Se esse aquecimento se prolongar ou atingir temperaturas muito altas (semultrapassar a linha solidus), os grãos de austenita crescem absorvendo os grãos vizinhos menos 17
  • 18. instáveis (quanto maior a temperatura, mais rápido isso acontece) quando seus átomos migramatravés dos contornos de grão. Quando o material volta à temperatura ambiente a austenita se transforma nos devidosconstituintes, mas o tamanho exagerado do grão permanece. O fósforo e o silício também são causadores desse fenômeno e o níquel retarda esseprocesso. Entre materiais de mesma composição química, os que têm uma granulação mais finatêm melhores propriedades. Isso porque os grãos adjacentes possuem, em geral, orientaçõescristalográficas diferentes e um contorno de grão comum. Durante a deformação plástica, oescorregamento ou movimento das discordâncias deve ocorrer através desse contorno de grãocomum. Uma vez que os dois grãos possuem orientações diferentes, uma discordância parapassar de um grão para o outro terá que mudar a direção do seu movimento. Isso se torna cadavez mais difícil mediante o aumento das diferenças nas orientações cristalográficas. Por isso um material com granulação fina apresenta melhores propriedades que ummaterial de granulação grosseira uma vez que, quanto mais fina a granulação, maior é a área doscontornos de grão. Superaquecimento: tem como conseqüência um aço de granulação grosseira devido aotempo ou temperatura excessivos. Com tratamento térmico ele pode se regenerar e voltar àgranulação normal. Queima: quando ocorre o superaquecimento a temperaturas vizinhas à linha solidus oaço fica ainda mais frágil e oxidado no contorno de grão. Neste caso ele não pode serrecuperado.3.1.2- RECRISTALIZAÇÃO DOS GRÃOS DEFORMADOS A QUENTE Trabalho a quente: trabalho mecânico realizado a temperaturas acima da zona critica. Os grãos deformados no trabalho a quente iniciam sua recristalização imediatamentesob a forma de novos pequenos grãos, de modo que, quando o trabalho termina, o material nãoapresenta grãos deformados. Obs.: Se o trabalho a quente terminar a uma temperatura muito acima da zona criticaocorre o crescimento dos grãos, favorecido pela alta temperatura e pela demora ao atingir azona critica.3.1.3- DEFORMAÇÃO A FRIO. ENCRUAMENTO. Trabalho a frio: trabalho realizado a temperaturas abaixo da zona critica ou àtemperatura ambiente. Os grãos são deformados plasticamente pelo trabalho a frio. Obs.: Deformação plástica ocorre quando o material é submetido a esforços superioresao seu limite de escoamento e, quando os esforços cessam o material não volta a sua formaoriginal, permanecendo deformado. Deformação elástica só existe quando o esforço estáatuando; quando o esforço cessa, o material volta ao seu estado original. Encruamento: resultado do trabalho a frio. Os grãos ficam alongados paralelamente aoesforço de tração e perpendicularmente ao de compressão. Evita-se trabalhar com o aço na zona crítica, em virtude da irregularidade de suaspropriedades. 18
  • 19. O encruamento altera quase todas as propriedades do material: aumenta a resistência atração, o limite de escoamento, a dureza, a fragilidade, a resistência elétrica, e diminui oalongamento, a estricção (redução de área), a resistência a corrosão, entre outras. O material encruado recristaliza a uma temperatura mais baixa que o material nãoencruado. O recozimento e conseqüentemente a recristalização revertem o encruamento.3.1.4- TRANSFORMAÇÕES ESTRUTURAIS NA RECRISTALIZAÇÃO E NOCRESCIMENTO DOS GRÃOS Recristalização e crescimento dos grãos são duas etapas do mesmo fenômeno, que é atransformação de cristais deformados e instáveis em cristais mais perfeitos e estáveis. A recristalização exige o aparecimento de pequenos agrupamentos atômicos maisestáveis, ou núcleos, que crescem recebendo átomos de cristais vizinhos mais deformados até setransformarem em grãos. Já no crescimento dos grãos, não há necessidade do aparecimento de núcleos pois osgrãos mais perfeitos atuam como núcleos, recebendo átomos dos vizinhos menos estáveis. O aparecimento de núcleos de recristalização acontece nas regiões mais instáveis daestrutura cristalina: contornos de grão, regiões vizinhas a inclusões e deformadas por trabalho afrio. Por isso, quanto maior for o encruamento do material mais fina será sua granulação no fimda recristalização, porque o numero de zonas com capacidade de produzir núcleos derecristalização é maior. Como a velocidade de formação dos núcleos afeta a recristalização e também avelocidade de seu crescimento, o tempo tem grande influência nesse processo, ou seja, quantomais rápido o aquecimento, mais grosseira será a granulação. Fósforo e silício elevam as temperaturas da zona critica e o manganês abaixa.3.2- CURVAS DE TRANSFORMAÇÃO CONTÍNUA PARA OS AÇOS. As curvas TTT (tempo-temperatura-transformação) dos aços eram obtidas antigamentepelo método metalográfico. Hoje em dia elas são construídas através de um Dilatômetro,equipamento que fornece medidas sensíveis da dilatação ou contração dos corpos de provadurante o resfriamento e mudança de fase.3.2.1- INTERPRETAÇÃO DA CURVA T.T.T. 19
  • 20. EIXO X: Tempo em escala logarítmica. EIXO Y: esquerda (Temperatura °C) e a direita (dureza HRC do constituinte obtidoisotermicamente). LINHAS A1 e A3: Temperaturas correspondentes, dos aços hipoeutetóides, no diagramaFerro Carbono. LINHA Ms: Temperatura de início de transformação da Martensita. LINHA M90: corresponde a 90% de transformação da austenita em Martensita. LINHA Mf: Temperatura de fim de transformação da austenita em Martensita. Quantomaior o teor de carbono e de elementos de liga, esta temperatura pode estar abaixo datemperatura ambiente, levando à formação indesejável da austenita retida. Normalmente, a linhaMf não é indicada nas curvas T.T.T.3.2.2- FATORES QUE DESLOCAM A CURVA TTT. Três são os fatores que influem na posição das linhas de transformação das curvas TTT. - Composição Química. - Tamanho de Grão Austenítico. - Homogeneidade da Austenita.3.2.2.1- COMPOSIÇÃO QUÍMICA. Além do carbono, todos os elementos de liga adicionados aos aços, com exceção docobalto, deslocam as linhas de início e fim de transformação para a direita. Quando os aços sãoaquecidos acima do limite superior da zona crítica, praticamente todos os elementos encontram-se dissolvidos na austenita. No resfriamento, ao passar pela zona crítica, alguns elementos tendem a ficardissolvidos na ferrita e outros a formar carbonetos. As reações que ocorrem são complexas etanto mais numerosas quanto maior o número de elementos de liga e seu teor (até um certo 20
  • 21. limite). O início e término dessas reações ocorrem após um determinado tempo, o qual é funçãodos elementos de liga presentes. Isto explica o deslocamento das linhas de início e de fim detransformação da austenita que ocorrem para os aços, mais intensamente para alguns,facilitando a obtenção da estrutura martensítica. Os elementos de liga deslocam também as linhas de início (Mi ou Ms) e fim detransformação (Mf) da martensita, abaixando-as. Alguns aços ligados, após cementação, têm alinha Mf localizada abaixo da temperatura ambiente, apresentando então uma certa quantidadede austenita não transformada ("austenita retida" ou "austenita residual"). De todos oselementos, o carbono tem maior influência na temperatura Ms. Entre 0,3 e 0,4% C já existe umapequena quantidade de austenita retida. A maioria dos aços contendo mais do que 0,5%C tem oMf abaixo da temperatura ambiente. Em outras palavras, os elementos de liga retardam a formação da perlita.3.2.2.2- TAMANHO DE GRÃO AUSTENÍTICO Como todos os produtos de transformações isotérmicas (ferrita, perlita bainita) sãoprodutos de reações de nucleação e crescimento, e o aparecimento de núcleos de novas fasesocorre preferencialmente nos contornos de grão, com a diminuição do tamanho do grão,aumenta a área dos contornos de grão. Um material com granulação mais fina apresenta umamaior velocidade de nucleação. Portanto os aços de granulação grosseira terão maior temperabilidade do que os degranulação fina. Quanto maior o tamanho de grão austenítico tanto mais para a direita são deslocadas aslinhas de início e fim de transformação. Os produtos de transformação da austenita, ferrita eperlita, iniciam-se nos contornos de grão por nucleação e crescimento. Um aço de granulaçãogrosseira levará mais tempo para transformar-se do que um de granulação fina e homogênea,que pode ser obtida através do tratamento térmico de normalização. Na prática dos tratamentos térmicos, recomenda-se o uso de uma granulação fina. Grão grosseiro desloca a curva, facilita a têmpera, mas nesse caso isto é ruim, poisfragiliza o material. Temperaturas altas aumentam o tamanho do grão, tais como soldagem efundição.3.2.2.3- HOMOGENEIDADE DA AUSTENITA Quanto mais homogênea a austenita tanto mais para a direita são deslocadas as linhas deinício e fim de transformação. Áreas ricas em carbono, impurezas não dissolvidas (inclusões) oua presença de carbonetos residuais atuam como núcleos de formação da perlita, diminuindo atemperabilidade dos aços.3.3- TRATAMENTOS TÉRMICOS COMUNS DOS AÇOS3.3.1- RECOZIMENTO.3.3.1.1- NOÇÕES PRELIMINARES O recozimento consiste no aquecimento e manutenção a uma determinada temperatura,seguido de um resfriamento com velocidade adequada (normalmente no próprio forno), com o 21
  • 22. objetivo de amolecer os materiais metálicos.O recozimento altera as propriedades mecânicas eelétricas, assim como a microestrutura. O recozimento é aplicado quando se deseja melhorar acondição de trabalhabilidade (usinagem, estampagem, etc.), provocada pela queda na dureza eresistência mecânica. É utilizado também para eliminar a estrutura bruta de fusão. O recozimento é composto de três estágios: Recuperação - Este primeiro estágio do recozimento é verificado a temperaturas baixas.Nele ocorre um rearranjo das discordâncias de modo a adquirir configurações mais estáveis,embora não haja, pelo menos aparentemente, mudança na quantidade de defeitos presentes. Nãohá nenhum efeito sensível sobre as propriedades do material. Recristalização – Em temperaturas mais elevadas, verifica-se grande alteração namicroestrutura do metal, com variações nas propriedades mecânicas. A recristalização é umfenômeno de nucleação. Crescimento de Grão – A temperaturas mais elevadas, os grãos recristalizados tendem acrescer, mediante um mecanismo que consiste na absorção, por parte de alguns grãos, dos grãoscircunvizinhos. A força propulsora do crescimento de grão é a energia superficial dos contornosde grão dos grãos recristalizados.3.3.1.2- TEMPERATURA DE RECOZIMENTO. Existem tabelas que indicam as temperaturas de recozimento. Para os aços eutetóides(0,77%C) e hipoeutetóides (0,008%C a 0,77%C) as temperaturas são da ordem de 50°C acimada linha A3 e para os aços hipereutetóides (0,77%C a 2,11%C) é 50°C acima da linha A1(nestes é realizado o recozimento subcrítico). Uma representação esquemática do ciclo de tratamento para o recozimento,comparando-se com o de normalização:3.3.1.3- AQUECIMENTO ATÉ A TEMPERATURA. Devido ao aquecimento provocar dilatação e mudança de fase, ele deve ser homogêneopara evitar empenamentos e trincas. Portanto, sempre que possível, ele deve ser aquecido juntocom o forno.3.3.1.4- TEMPO DE PERMANÊNCIA NA TEMPERATURA. 22
  • 23. Para o recozimento é recomendado manter o aço na temperatura (a partir do momentoem que o núcleo da peça atingir a temperatura) por um tempo adicional para que haja completahomogeneização (difusão do carbono). Em geral é recomendado, para aços-carbono comuns, um tempo de 1 hora por polegadade espessura da peça, tempo este contado quando o núcleo atingir a temperatura desejada. Açoscom elementos de liga exigem maior tempo, principalmente se esses elementos são formadoresde carbonetos (V, Cr, W, Nb, Ti, etc.).3.3.1.5- RESFRIAMENTOGeralmente os aços são resfriados dentro do próprio forno desligado. Em alguns casos podemser resfriados um pouco mais rapidamente sendo mergulhados em areia, cinza ou cal.Peças grandes podem ser resfriadas ao ar, devido à sua baixa velocidade de resfriamento. Oresfriamento deve ser lento na faixa em que a austenita se transforma (730 a 600°C).Para aços-carbono até 0,5%C podem ser utilizadas taxas de até 50°C/h e para aços-carbono acima de0,5%C recomenda-se 15°C/h. Depois que a austenita se transformou, pode resfriar-se o aço mais rapidamente até atemperatura ambiente para reduzir o tempo de tratamento, tomando-se cuidado com o choquetérmico.Constituintes - Recozimento - Ferrita +Perlita Normalização - Ferrita + Perlita Tempera - Martensita3.3.1.6- MICROESTRUTURAS E PROPRIEDADES. 23
  • 24. Os aços recozidos têm como constituintes na temperatura ambiente (estudado nodiagrama Ferro-Carbono): Aços Hipoeutetóides: (0,008-0,77%C) → Perlita Grosseira + Ferrita Aços Eutetóides: (0,77%C) → Perlita Grosseira. Aços Hipereutetóides: (0,77-2,11%C) → Perlita Grosseira + Rede de Cementita3.3.1.7- RECOZIMENTO SUBCRÍTICO E ALIVIO DE TENSÕES Este tratamento visa recuperar a ductilidade do aço trabalhado a frio e elimina tensõesresiduais que podem causar trincas e empenamentos. Consiste em aquecer o aço a uma temperatura abaixo de A1, normalmente na faixa de600 a 680o C, seguido de resfriamento lento. Neste processo não ocorre a transformação da Austenita, pois não chega à temperaturade austenitização.3.3.1.8- ESFEROIDIZAÇÃO / COALESCIMENTO Este é um tratamento que visa produzir uma microestrutura esferoidal constituída depequenas partículas aproximadamente esféricas de carboneto num fundo ou matriz ferrita. Essa estrutura é obtida em aços de médio e alto carbono e caracteriza-se por ser dúctil eao mesmo tempo de alta usinabilidade, de modo que a mesma é muito favorável para asoperações de usinagem a que são submetidas peças de aço de alto teor de carbono antes de suatêmpera. Uma das técnicas mais empregadas, e também rápida, consiste em efetuar-se umaaustenitização parcial ou total e, em seguida, manter o aço logo abaixo da linha A1, ou resfriarmuito lentamente na faixa correspondente a A1 ou mediante aquecimento alternado logo acimae logo abaixo da linha A1.3.3.1.9 - NORMALIZAÇÃO A Normalização é um tratamento térmico que consiste no aquecimento do aço até suacompleta austenitização, seguido de resfriamento ao ar. As temperaturas de tratamento são da ordem de 30°C superiores as de recozimento paraproduzir uma estrutura austenítica mais uniforme. Os aços hipereutetóides são aquecidos acimade 50°C acima da linha Acm, a fim de dissolver a rede de cementita formada no processoanterior. Além da melhor uniformidade da estrutura, o objetivo maior da normalização é ahomogeneização e o refino do tamanho de grão de estruturas obtidas de trabalho a quente(laminação, forjamento), de aços fundidos e soldagem. A Normalização se faz normalmente, para aços com até 0,4% C. Antes do tratamentotérmico de têmpera é recomendada a normalização para evitar o aparecimento de trincas eempenamento. Constituintes Estruturais resultantes Hipoeutetóide → ferrita + perlita fina Eutetóide → perlita fina Hipereutetóide → cementita + perlita fina 24
  • 25. 3.3.2- TÊMPERA DOS AÇOS3.3.2.1- NOÇÕES PRELIMINARES A têmpera consiste em resfriar o aço, a partir de uma temperatura de austenitização, auma velocidade suficientemente rápida (água, salmoura, óleo e ar) para evitar as transformaçõesperlíticas e bainíticas na peça em questão. Deste modo obtêm-se a estrutura martensitica. Essa velocidade de resfriamento dependerá da posição das curvas em C, ou seja, do tipodo aço e da forma e dimensões da peça. Depois da têmpera com a formação da martensita, o material apresenta níveis de tensõesinternas muito altos, devido ao resfriamento drástico e pela brusca mudança de fases. Então,imediatamente após a têmpera, é preciso que essas tensões sejam aliviadas ou eliminadas paradevolver ao aço o equilíbrio necessário. Temperabilidade: capacidade de um aço adquirir dureza por têmpera a uma certaprofundidade. Obs.: A têmpera gera tensões. Por isso deve-se fazer revenido posteriormente.3.3.2.2- ESTRUTURA MARTENSÍTICA Do nome alemão Adolf Martins, que pesquisou a microestrutura encontrada em açosresfriados rapidamente, é que surgiu o nome de MARTENSITA. A perlita se forma por nucleação e crescimento, isto é, por difusão do carbono. Abainita se forma por difusão e cisalhamento, enquanto a martensita se forma apenas porcisalhamento. Pelo fato da martensita não se formar por difusão, os átomos de carbono não sedifundem (migram) para formar a ferrita e a cementita, e são retidos nos interstícios octaédricosda estrutura CCC, produzindo essa nova fase. A solubilidade do carbono na estrutura CCC émuito baixa, então, os átomos de carbono expandem a célula unitária em uma direção, fazendocom que a martensita assuma a estrutura tetragonal de corpo centrado (TCC). Como não ocorrenenhuma reação, a composição química da martensita é a mesma da austenita que lhe deuorigem.3.3.2.3- PROPRIEDADES DA MARTENSITA. A dureza da Martensita é função do seu teor de carbono.A dureza máxima num aço-carbono está associada a uma estrutura completamente martensítica. Os elementos de ligafavorecem a martensita. Porém, a têmpera aumenta a fragilidade do material (o aço se torna quebradiço).3.3.2.4- DUREZA X % CARBONO X % MARTENSITA A figura abaixo mostra a relação entre a dureza, % de carbono e a quantidade demartensita presente. A martensita tem alta dureza, alta resistência mecânica, alta resistência à fadiga e aodesgaste. Esta variação nas propriedades do aço, quando temperado, está relacionada com adistorção que os átomos de carbono provocam na estrutura tetragonal de corpo centrado damartensita. 25
  • 26. 3.3.2.5- TEMPO. O tempo de aquecimento é menos importante, no processo de têmpera, que atemperatura atingida em toda a seção, uniformidade de temperatura, tempo de permanência evelocidade de resfriamento. Aquecimento vagaroso é recomendado para peças de grandesvariações nas suas seções. Independentemente da secção, um tempo de 15 minutos natemperatura é suficiente para realizar a têmpera.3.3.2.6- TAMANHO DAS PEÇAS A massa e o volume das peças têm grande influência na têmpera dos aços, pois duranteo resfriamento existe um gradiente de temperatura do centro para a periferia. Devido às diferentes velocidades de resfriamento nos diversos pontos de uma peça,pode ocorrer que num dado meio a têmpera se dê apenas na superfície, deixando o aço comvalor de dureza baixa no núcleo. Em vista disso, para se escolher o meio ideal para têmpera, deve-se analisar com muitocuidado a temperabilidade do aço.3.3.2.7- RESFRIAMENTO A escolha do banho depende da têmpera que se quer dar e da qualidade do aço a sertemperado, porque certos aços trincam e empenam quando temperados em água, e só suportamtêmpera branda. Água: é bastante eficiente e econômico, mas à medida que a água aquece suacapacidade de tempera diminui consideravelmente. Soluções de cloreto de sódio: acima de 10% não são recomendadas. Depois da têmperaas peças devem ser muito bem enxaguadas, pois o sal acelera a corrosão. Soluções de soda: são igualmente usadas em concentrações baixas. Dão às peças umacor clara e não as enferrujam. Estas soluções devem ser manipuladas com cuidado porque sãocáusticas. Soluções aquosas de glicerina: fornecem banhos de têmpera intermediários entre a águae o óleo. Óleos: são meios de têmpera em geral brandos, empregados quando há perigo de trincase empenamentos e quando a peça apresenta tensões internas excessivas. Dos óleos, os mineraissão os preferidos por não se deteriorarem com o uso. Ao escolher um óleo devemos levar em 26
  • 27. consideração sua capacidade de têmpera, sua estabilidade, sua passividade química em relaçãoao material quente e se não é inflamável. É preciso que o banho esteja em proporções adequadas ao tamanho da peça. É importante agitar a peça no banho durante a têmpera para assegurar um resfriamentomais rápido e uniforme. Se não agitarmos o banho, a pressão do vapor se desenvolve junto àpeça e impede a aproximação de novas camadas líquidas, o que torna o resfriamento mais lento.3.3.4- TRATAMENTOS ISOTÉRMICOS DOS AÇOS. A têmpera convencional (resfriamento, salmoura, água e óleo) gera tensões na peçadevido a dois fatores: superfície e centro contraem em tempos diferentes e superfície e centrotransformam-se em tempos diferentes.3.3.4.1- MARTÊMPERA. A martêmpera é um processo utilizado para eliminar ou minimizar os riscos de trincas eempenamentos em peças que devem ser temperadas. O resfriamento é temporariamente interrompido, criando um passo isotérmico, no qualtoda a peça atinge a mesma temperatura. A seguir o resfriamento é feito de forma que amartensita se forma uniformemente através da peça. A ductilidade é conseguida através de umrevenimento final.3.3.4.2- MARTÊMPERA CONVENCIONAL. Consiste em resfriar o aço austenitizado em um banho de sal ou óleo a uma temperaturaligeiramente superior ou inferior a Mi, e manter nessa temperatura por certo tempo para quehaja uma uniformização da temperatura da peça (superfície e núcleo). A seguir, resfriar a peçaao ar até a temperatura ambiente. Após a martêmpera o aço deve ser revenido.3.3.4.3- MARTÊMPERA MODIFICADA. A diferença é a temperatura do banho, que é bem inferior à da martêmperaconvencional, abaixo da linha Ms. Neste caso obtêm-se maiores velocidades de resfriamentoque no processo convencional, sendo indicado para aços de baixa temperabilidade. A martêmpera limita-se a espessuras de 5 a 8 mm para aços carbono, podendo-se chegara espessuras maiores para aços ligados.3.3.4.4-AUSTÊMPERA. Consiste em austenitizar o aço a uma temperatura adequada e resfriar num banhomantido a uma temperatura de 250 a 400°C dependendo da composição do aço. Manter a peça otempo suficiente para que ocorra isotermicamente a transformação total da austenita em bainita.Resfriar a peça até a temperatura ambiente em ar calmo. A principal vantagem da austêmpera é a obtenção de elevada dureza com boaductilidade e tenacidade. Após a austêmpera o aço não precisa ser revenido. 27
  • 28. A principal limitação do processo se refere às dimensões das peças a serem tratadas.Para aços carbono, limita-se a peças com espessura inferior a 5mm. Em aços de alto teor deelementos de liga, a austêmpera pode ser impraticável em virtude da curva de transformaçãoestar deslocada muito para a direita, o que exigiria um tempo muito longo. Abaixo a curva TTT para austêmpera e martêmpera, respectivamente. :3.3.5- TÊMPERA SUPERFICIAL.3.3.5.1- NOÇÕES PRELIMINARES É utilizado em peças como engrenagens, que necessitam de alta dureza superficial eresistência ao desgaste, e baixa dureza no núcleo para resistir as tensões geradas enquanto apeça trabalha. A têmpera superficial consiste no aquecimento superficial até uma certa profundidade,em temperaturas de austenitização superiores à da têmpera convencional. O tempo deaquecimento é muito pequeno (alguns segundos) e o resfriamento se dá normalmente em água,podendo em certos casos ser utilizado o óleo ou mesmo o ar. Obtêm-se na superfície alta resistência e dureza, melhorando significativamente a fadigae resistência ao desgaste. O núcleo "frio" mantém sua tenacidade geralmente alta. Um exemplo típico é a têmpera superficial de engrenagens onde são obtidas aspropriedades de resistência ao desgaste e à fadiga, na superfície, com um núcleo tenaz. A têmpera superficial pode ser realizada por dois processos: têmpera por indução eaquecimento por chama.3.3.5.2- TÊMPERA POR INDUÇÃO. Uma corrente elétrica alternada de alta freqüência circulando através de um condutor(Bobina) gera ao seu redor um campo magnético. Qualquer condutor elétrico (peça de aço, fofo,etc.) na presença deste campo magnético pode ser aquecido. Uma barra de aço colocada no interior de uma bobina aquece devido a correntessuperficiais induzidas (correntes de Foucault) e perdas por histerese (Ferro ate 768 °C). A profundidade de penetração da corrente é função principalmente da freqüência, alémda potência empregada, espaçamento bobina - peça, tempo de aquecimento e da própria bobina(forma, nº de voltas). A corrente induzida numa peça é máxima na superfície e diminui rapidamente no seuinterior.3.3.5.3- AQUECIMENTO POR CHAMA 28
  • 29. Neste caso, o aquecimento resulta da queima, por meio de um maçarico, de uma misturade oxigênio e gás combustível, usualmente acetileno, gás natural ou propano. O aquecimentopor chama consiste em aquecer superficialmente uma peça ou parte dela, até a temperatura detêmpera. Em seguida o resfriamento é feito com água, óleo ou mesmo ar, dependendo datemperabilidade do aço. As razões da utilização da têmpera por chama são: - Peças muito grandes onde o aquecimento num forno convencional e têmpera setornam impraticáveis ou antieconômicas. - Tratamento térmico em pequenas regiões ou quando o tratamento na peça toda éprejudicial à sua função. - Maior precisão dimensional que num forno de tratamento convencional. - Utilização de materiais mais baratos e obtenção de propriedades adequadas em certoscasos com processo mais barato.3.3.6- REVENIMENTO DOS AÇOS.3.3.6.1- NOÇÕES PRELIMINARES O tratamento térmico de revenimento é um processo de reaquecimento do açotemperado com o propósito de transformar a estrutura martensítica em estruturas maisestabilizadas e tenazes. Um aço com estrutura martensítica é muito frágil, além de estar sujeitoao aparecimento de trincas se deixado à temperatura ambiente nesta condição. O aquecimentodo aço temperado em temperaturas inferiores a A1 (727°C) permitirá a ocorrência de difusãoque produzirá uma estrutura mais estável e mais tenaz. Usualmente fazemos o aquecimento do aço temperado entre 150 e 650 graus. O aço temperado é muito frágil (tenacidade = 0). O revenimento aumenta a tenacidadecom uma pequena diminuição da dureza.3.3.6.2- TRANSFORMAÇÕES DE FASE DURANTE O REVENIMENTO.Costuma-se dividir as transformações que ocorrem durante o revenimento de um aço em quatroetapas:1ª etapa 150- 230°Cè os carbonetos começam a precipitar Estrutura: martensita revenida (escura, preta) Dureza: 65 RC è60-63 RC2ª etapa 230-400°Cè os carbonetos continuam a precipitar em forma globular (invisível aomicroscópio) Estrutura: TROOSTITA Dureza: 62 RC è50 RC3ª etapa 400- 500°Cè os carbonetos crescem em glóbulos, visíveis ao microscópio Estrutura: SORBITA Dureza: 20-45 RC4ª etapa 650-738°Cè os carbonetos formam partículas globulares Estrutura: ESFEROIDITA Dureza: <20 RC 29
  • 30. Fragilidade de revenido: Ocorre em determinados tipos de aços quando aquecidos na faixa detemperatura entre 375-475 °C ou quando resfriados lentamente nesta faixa. A fragilidade ocorremais rapidamente na faixa de 470-475 °C e só é revelada no ensaio de resistência ao choque,pois não causa alteração na microestrutura. Conseguimos minimizar a fragilidade de revenidomantendo os teores de fósforo abaixo de 0,005% e de enxofre menor do que 0,01% ereaquecendo o aço fragilizado a uma temperatura de aproximadamente 600 °C, seguido deresfriamento rápido até abaixo de 300 °C.3.3.6.3- EFEITO DO REVENIMENTO SOBRE AS PROPRIEDADES DOS AÇOS.Uma gradual diminuição da dureza acompanha as modificações que sofre a microestrutura doaço temperado ao ser revenido a temperaturas crescentes. Essa diminuição de dureza éacompanhada por um aumento de plasticidade e da tenacidade do aço (esta pode ser alteradacom a temperatura devido ao fenômeno de fragilidade do revenimento).3.3.7- TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS3.3.7.1- NOÇÕES PRELIMINARES Os tratamentos termoquímicos consistem na introdução de um ou mais elementosquímicos na superfície dos aços a uma dada temperatura (500 a 1000°C) para conferir umacamada superficial fina e dura. O objetivo principal é aumentar a dureza e a resistência aodesgaste na superfície mantendo o núcleo tenaz. Os processos termoquímicos são classificados em: cementação, carbonitretação,cianetação, nitretação, boretação. Após as peças serem tratadas termoquimicamente, temos a camada endurecida com umalto teor de carbono e/ou nitrogênio, elementos absorvidos durante o tratamento, e o núcleo quefica com a mesma composição química inicial do material. Aquecimento da peça e do meio químico pode durar de 1 a 100 horas. 30
  • 31. 3.3.7.2- CEMENTAÇÃO. Cementação é o tratamento termoquímico que consiste na introdução de carbono nasuperfície dos aços de baixo teor de carbono, geralmente até 0,25 % C, com ou sem elementosde liga. Este processo é seguido geralmente por têmpera, que tem seu sucesso proporcional aoteor de carbono do local temperado, obtendo-se na camada o constituinte martensita,proporcionando alta dureza superficial e deixando o núcleo tenaz devido ao seu baixo teor decarbono. A cementação se realiza em meio sólido, líquido ou gasoso em temperaturas deaustenização entre 825°C e 950°C. A figura abaixo pode ser utilizada para operadores detratamento térmico como valores estimativos de profundidade, tempo e temperatura decementação em meios sólidos, líquido ou gasoso.3.3.7.3- NITRETAÇÃO. Nitretação é um tratamento de endurecimento superficial que consiste na introdução denitrogênio atômico na superfície do aço.O tratamento é realizado em temperaturascompreendidas entre 500 e 570 °C, onde o nitrogênio atômico se difunde na fase ferrita. As principais propriedades dos aços nitretados são: alta dureza superficial (86 a 70HRC) e resistência ao desgaste, alta resistência à fadiga, alta estabilidade dimensional eresistência à corrosão melhorada. A profundidade da camada nitretada depende do tempo e da temperatura de tratamento,da atividade do nitrogênio e da composição do aço. Três são os métodos de nitretação: gasoso, líquido (banho de sal) e pó.3.3.8- ENDURECIMENTO POR PRECIPITAÇÃO 31
  • 32. 3.3.8.1- SOLUBILIZAÇÃO SEGUIDA DE ENVELHECIMENTO Este tratamento envolve o aquecimento à tempera adequada, durante um temposuficiente para a dissolução de um ou mais constituintes, seguido de resfriamento bastanterápido para mantê-los em solução, ou seja, consiste na precipitação de outra fase, na forma departículas extremamente pequenas e uniformemente distribuídas, que enrijece a liga. Após o envelhecimento o material terá adquirido máxima dureza e resistência. O envelhecimento pode ser natural, quando a precipitação ocorre à temperaturaambiente, ou artificial quando a precipitação ocorre acima da temperatura ambiente porreaquecimento.3.4- CONSTITUINTES PROVENIENTES DO RESFRIAMENTO DESCONTÍNUO3.4.1- CONSTITUINTES DOS AÇOS TEMPERADOS Quando resfriamos um aço lentamente, ocorrem três transformações estruturaisimportantes: 1ª na zona critica, ocorre a separação da ferrita ou da cementita. 32
  • 33. 2ª todo ferro γ (presente na austenita em solução com o carbono) se transforma em ferroα, o carbono da austenita se precipita em forma de cementita e o teor de carbono da austenitafavorece a nucleação da ferrita. 3ª pelo mesmo mecanismo, o crescimento da ferrita produz uma elevação no teor decarbono na austenita, favorecendo a nucleação da cementita. Esse processo de nucleações e crescimentos alternados dá origem à perlita. Quando o resfriamento é muito rápido, as transformações citadas não se dão porque: 1ª a migração dos elétrons exige tempo para se efetuar; 2ª essa migração é extremamente lenta abaixo de certas temperaturas. O resfriamento brusco transforma a austenita numa solução sólida supersaturada decarbono em ferro α, a martensita. No microscópio, a martensita se apresenta como finas estriasretas entrecortando-se em três direções, como triângulos. Estas três direções são vestígios dostraços dos planos cristalográficos da austenita, que sofrera escorregamento na reaçãomartensitica. MARTENSITA No sistema cristalino do ferro γ (CFC), os átomos de carbono se acomodamperfeitamente e não estorvam os deslizamentos cristalinos quando o aço é deformado. Por isso,a austenita é relativamente dúctil. Mas na martensita (TCC) o ferro está numa forma γmodificada pelo excesso de carbono, cuja presença estorva as deformações plásticas a tal pontoque elas se tornam impossíveis, daí a grande dureza da martensita e o motivo dos materiaistemperados serem revenidos para melhorar sua fragilidade. Quando o resfriamento é menos brusco já é possível um começo de transformação daaustenita a temperaturas superiores. Essa transformação é a transformação de ferro α e do carboneto sob uma textura lamelarultrafina, a troosita. As áreas que não se transformaram em troosita vão se transformar emmartensita a temperaturas mais baixas. A dureza do aço cai rapidamente à medida que a porcentagem de martensita diminui e ade troosita aumenta. 33
  • 34. MARTENSITA E TROOSITA Se diminuirmos ainda mais a velocidade de resfriamento nos aços de até 0,6% de Cnotaremos os primeiros indícios da formação de uma rede de ferrita. Quanto mais próximo doresfriamento lento estivermos, mais ferrita teremos. Nestes casos encontramos grãos demartensita ou de martensita e troosita contornados por redes de ferrita. Quando isso ocorre, atroosita se localiza quase sempre entre a ferrita e a martensita. As bainitas são produtos de transformação isotérmica, que ocorre abaixo do cotovelo dacurva TTT. Somente em certos aços e ferros fundidos com elementos de liga é que se podeobter bainita com resfriamento continuo. As bainitas têm dureza e resistência equivalente à dos aços temperados e revenidos natemperatura de formação da bainita, mas tem ductilidade muito superior a dos produtos obtidospor têmpera e revenido. Essa estrutura também proporciona maior elasticidade no material. A austêmpera, processo utilizado para obtermos uma estrutura bainitica, tem limitaçõesde ordem técnica e econômica. Só deve ser utilizada em aços carbono com até 0,4% de C ou debaixa liga e de pequena espessura (até 10 mm).3.4.2- CONSTITUINTES DOS AÇOS TEMPERADOS E REVENIDOS O revenido até atingir 600ºC não atua na microestrutura do aço. Depois disso eleaumenta a mobilidade dos átomos de tal forma que o aço, antes martensitico, passa a seapresentar com uma estrutura característica chamada sorbita, constituída de pequeninaspartículas de cementita, geralmente tendendo para uma forma esferoidal, sobre um fundo deferrita. 34
  • 35. SORBITA Texturas sorbiticas: ocorrem a temperaturas mais baixas (450ºC) e tem o aspecto damartensita.3.4.2.1- MARTENSITA REVENIDA ( TEXTURAS SORBITICAS) No estado temperado, a martensita, além de ser muito dura, é tão frágil que não podeser empregada para a maioria das especificações. A ductilidade e a tenacidade da martensitapodem ser aprimoradas e as tensões internas podem ser aliviadas pelo tratamento térmico derevenido. Normalmente o revenido é conduzido a temperaturas entre 250 e 650ºC. As tensõesinternas, no entanto, podem ser aliviadas a uma temperatura bem menor (200ºC). Essetratamento térmico de revenido permite, através do processo de difusão, a formação damartensita revenida, de acordo com a reação: Martensita (TCC, monofásica)  Martensita revenida (fases α + Fe3C) Na reação, a martensita monofásica, que é supersaturada de carbono, se transforma emmartensita revenida, composta pelas fases estáveis de ferrita e cementita. A microestrutura da martensita revenida consiste em partículas de cementitaextremamente pequenas e uniformemente dispersas em uma matriz de ferrita. Esta estrutura ésemelhante à da cementita globulizada, exceto pelo fato de que as partículas de cementita sãomuito menores. A martensita revenida pode ser quase tão dura e resistente quanto a martensita, porémtem uma ductilidade e uma tenacidade substancialmente melhoradas. 35
  • 36. 4- PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS As propriedades mecânicas dos materiais são verificadas pela realização deexperimentos de laboratório cuidadosamente projetados, que reproduzem o mais fielmentepossível as condições de serviço, os ensaios mecânicos. Esses ensaios mecânicos sãopadronizados.4.1- CONSIDERAÇÕES GERAIS Deformação elástica: é uma deformação não permanente, ou seja, é uma deformaçãototalmente recuperada quando a tensão aplicada é liberada. Deformação plástica: é uma deformação permanente, ou seja, que não pode serrecuperada quando a tensão aplicada é liberada. Vem acompanhada de deslocamentos atômicospermanentes. Limite de escoamento: tensão máxima que o material agüenta antes de se deformarplasticamente. Também chamado de limite de proporcionalidade. Ductilidade: uma medida da habilidade de um material em ser submetido a umadeformação plástica apreciável antes de fraturar; pode ser expressa em porcentagem dealongamento (%AL) ou em redução percentual da área (%RA). Dureza: é a medida da resistência de um material à deformação de sua superfície porindentação ou abrasão. Fragilidade: é o oposto de ductilidade. Tenacidade: é a capacidade do material de absorver energia quando submetido a cargade impacto até sua fratura. Resiliência: é a capacidade de um material de absorver energia quando ele é deformadoplasticamente Limite de resistência a tração: a tensão máxima que pode ser suportada por um materialsob tração. Se essa tensão for ultrapassada, o material se rompe.4.2- PRINCIPAIS ENSAIOS MECÂNICOS DOS MATERIAIS4.2.1- ENSAIO DE TRAÇÃO A aplicação de uma força num corpo sólido promove uma deformação do material nadireção do esforço e o ensaio de tração consiste em submeter um material a um esforço quetende a alongá-lo ou esticá-lo. Diagrama tensão-deformação: mostra as tensões que ocorrem durante a aplicação dacarga no material. 36
  • 37. O ensaio de tração normalmente é realizado na máquina universal de ensaios, que temesse nome porque realiza diversos ensaios. Algumas dessas máquinas possuem um registradorgráfico que vai traçando o diagrama tensão-deformação à medida que o ensaio é realizado. Fixamos o corpo de prova na máquina por suas extremidades, numa posição quepermita que o equipamento aplique uma força axial para fora, de modo a aumentar o seucomprimento. O ensaio é realizado em corpos de prova padronizados por normas técnicas comorepresentado na figura abaixo. Os corpos de prova devem ser padronizados para que osresultados obtidos no ensaio possam ser comparados e, se necessário, reproduzidos. A parte indicada por Lo na figura é onde são feitas as medidas para determinar aspropriedades mecânicas do material. E a cabeça do corpo de prova é a parte que fixamos namáquina de ensaio. Depois de realizado o ensaio, fazemos a análise dos resultados. Limite de resistência a tração Onde é a tensão máxima suportada pelo material, Q é a carga máxima que elesuportou antes de se romper e So é a área inicial da sessão transversal do corpo de prova. Limite de escoamento Onde é a tensão de escoamento do material, Q é a carga na qual o material escoou eSo é a área inicial da sessão transversal do corpo de prova. Alongamento (A) 37
  • 38. Onde Lo é o comprimento inicial do corpo de prova e L é o comprimento final, oalongamento é dado em porcentagem. Redução de área ou estricção(Z) Onde So é a área inicial da sessão transversal do corpo de prova e S é a sessão final.Assim como o alongamento, a redução de área também é dada em porcentagem. Obs.: a resistência a tração e o limite de escoamento são diretamente proporcionaisentre si e inversamente proporcionais ao alongamento e à redução de área, que também sãodiretamente proporcionais entre si.4.2.2- ENSAIOS DE DUREZA4.2.2.1- ENSAIO DE DUREZA BRINNEL O ensaio de dureza Brinnel consiste em comprimirlentamente uma esfera de aço temperado, de diâmetro D, sobreuma superfície plana, limpa e polida de um material, por meio deuma carga F, durante um tempo t, produzindo uma calota esféricade diâmetro d. A dureza Brinnel (HB) é a relação entre a carga aplicada(F) e a área da calota esférica impressa no material ensaiado (Ac). Matematicamente falando: HB = A área da calota esférica é dada pela formula: Dp, onde p é a profundidade dacalota. Devido à dificuldade de medir a profundidade da calota esférica, utilizamos uma relaçãomatemática entre o diâmetro e a profundidade da calota para obter a formula que permite ocálculo da HB: 38
  • 39. Quando é aplicada a carga na superficie do metal ele é deformado plasticamente. Ao serretirada a carga, há sempre uma recuperação elástica, de modo que o diâmetro da impressão nãoé o mesmo quando a esfera está em contato com o metal, havendo um aumento no raio decurvatura da impressão. Quanto mais duro for o material, maior será essa recuperação, pois osmateriais duros têm a zona plástica reduzida, sofrendo pouca deformação plàstica. Essarecuperação elástica do material é uma fonte de erros na determinação da dureza. A dureza Brinnel não serve para peças que sofreram tratamentos superficiais para oaumento da dureza (cementação, nitretação, etc.). A dureza Brinnel tem uma relação de proporcionalidade com o limite de resistência atração convencional. Essa relação é dada pela equação: Para aços carbono e aços liga tratados termicamente esse valor cai para 0,34 e 0,33respectivamente. Para durezas maiores que 380 HB essa relação não é válida ,pois nessa faixa adureza tende a aumentar mais rapidamente que o limite de resistência. Obs.: a resistência a tração tem que estar em kgf/mm². Quando a resistência a tração está em Mpa temos: Quando a resistência a tração esta em psi, temos:4.2.2.2- ENSAIO DE DUREZA ROCKWELL O ensaio de dureza Rockwell é atualmente o métodomais utilizado mundialmente, devido à rapidez e à facilidadede execução, isenção de erros humanos, facilidade de detectarpequenas diferenças de durezas e pequeno tamanho da impressão. Este método apresenta algumas vantagens em relação ao ensaio Brinnel, pois permiteavaliar a dureza de metais diversos, dos mais moles aos mais duros. Neste ensaio a carga é aplicada em etapas, ou seja, primeiro se aplica uma pré-carga,para garantir o contato firme entre o penetrador e o material ensaiado, e depois se aplica a cargado ensaio propriamente dita. A leitura do grau de dureza é feita diretamente num mostrador acoplado à máquina deensaio, de acordo com uma escala predeterminada de acordo com a faixa de dureza do material. A escala vermelha é utilizada quando usamos o penetrador esférico (de aço temperado)e a escala preta quando utilizamos o penetrador cônico (cone de diamante com 120º deconicidade). 39
  • 40. A figura acima mostra as etapas do ensaio de dureza Rockwell. O valor indicado na escala do mostrador é o valor da dureza Rockwell. Este valorcorresponde à profundidade alcançada pelo penerador, subtraídas a recuperação elástica domaterial e a profundidade decorrente da aplicação da pré-carga. Obs.: a escala do mostrador é construida de forma que uma impressão profundacorresponde a um valor baixo na escala e uma impressão rasa corresponde a um valor alto naescala. Assim, um valor alto na escala indica que se trata de um material de alta dureza. 40
  • 41. O ensaio Rockwell é realizado em dois tipos de máquina, ambas com a mesma técnicade operação, que diferem apenas pela precisão de seus componentes. A máquina de dureza Rockwell normal é usada para avaliação de dureza em geral. Já amaquina de dureza Rockwell superficial é indicada para a avaliação de dureza em folhas finasou lâminas, ou camadas superficiais de materiais. A diferença entre elas é que, no caso da primeir, cada divisão da escala do mostradorequivale a 0,02 mm e, na segunda, cada divisão equivale a 0,01 mm. Conversão de Dureza É muito desejável poder converter a dureza medida em uma escala para outra. Contudo,uma vez que a dureza não é uma propriedade bem definida dos materiais, e devido às diferençasexperimentais que existem entre as várias técnicas, não foi desenvolvido um sistema deconversão abrangente. Os dados de conversão da dureza foram determinados experimentalente ,tendo sido observado que eles dependem do tipo e das caracteristicas do material. Os dados deconversão mais confiáveis que existem são para os aços. Tabelas de conversão detalhadas paravários outros metais e ligas estão incluídas na Norma ASTM E 140. 4.2.3- ENSAIO DE IMPACTO O ensaio de impacto se caracteriza por submeter o corpo ensaiado a uma força brusca erepentina que deve rompê-lo. As fraturas produzidas por impacto podem ser frágeis ou dúcteis. As fraturas frágeiscaracterizam-se pelo aspecto cristalino e as fraturas dúcteis apresentam aparência fibrosa. Os materiais frágeis rompem-se sem nenhuma deformação plástica, de forma brusca.Por isso, esses materiais não podem ser utilizados em aplicações nas quais sejam comunsesforços bruscos, como em eixos de máquinas, bielas etc. Para estas aplicações são desejáveis materiais que tenham capacidade de absorverenergia e dissipá-la para que a ruptura não aconteça, ou seja, materiais que apresentemtenacidade. Porém, mesmo utilizando ligas dúcteis, com resistência suficiente para suportar umadeterminada aplicação, verificou-se na prática que um material dúctil pode romper-se de formafrágil. A existência de trincas no material, a baixa temperatura e a alta velocidade decarregamento constituem os fatores básicos para que ocorra uma fratura do tipo frágil nosmateriais metálicos dúcteis. Um dos ensaios que permitem estudar os efeitos das cargas dinâmicas é o ensaio deimpacto. Este ensaio é usado para medir a tendência de um metal de se comportar de maneirafrágil. O choque ou impacto representa um esforço de natureza dinâmica, porque a carga éaplicada repentina e bruscamente. No impacto, não é só a força aplicada que conta. Outro fator é a velocidade de aplicaçãoda força. Força associada com velocidade traduz-se em energia. O ensaio de impacto consiste em medir a quantidade de energia absorvida por umaamostra do material, quando submetida à ação de um esforço de choque de valor conhecido. O método mais comum para ensaiar metais é o do golpe, desferido por um peso emoscilação. A máquina correspondente é o martelo pendular. O pêndulo é levado a uma certaposição, onde adquire uma energia inicial. Ao cair, ele encontra no seu percurso o corpo deprova, que se rompe. A sua trajetória continua até certa altura, que corresponde à posição final, onde opêndulo apresenta uma energia final. 41
  • 42. A diferença entre as energias inicial e final corresponde à energia absorvida pelomaterial. A máquina é dotada de uma escala, que indica a posição do pêndulo, e é calibrada demodo a indicar a energia potencial (U = m x g x h). No ensaio de impacto, a massa do martelo e a aceleração da gravidade são conhecidas.A altura inicial também é conhecida. A única variável desconhecida é a altura final, que é obtidapelo ensaio. O mostrador da máquina simplesmente registra a diferença entre a altura inicial e aaltura final, após o rompimento do corpo de prova, numa escala relacionada com a unidade demedida de energia adotada.CHARPY Os corpos de prova Charpy compreendem três subtipos (A, B e C), de acordo com aforma do entalhe. 42
  • 43. As diferentes formas de entalhe são necessárias para assegurar que haja ruptura docorpo de prova, mesmo nos materiais mais dúcteis. Quando a queda do martelo não provoca a ruptura do corpo de prova, o ensaio deve serrepetido com outro tipo de corpo de prova, que apresente entalhe mais severo, de modo agarantir a ruptura. Dos três tipos apresentados, o C é o que apresenta maior área de entalhe, ouseja, o entalhe mais severo. A energia medida é um valor relativo e serve apenas para comparar resultados obtidosnas mesmas condições de ensaio. Isso explica por que os resultados desse ensaio não têmaplicação nos cálculos de projetos de engenharia. Mesmo tomando-se todos os cuidados para controlar a realização do ensaio, osresultados obtidos com vários corpos de prova de um mesmo metal são bastante diversos. Parachegar a conclusões confiáveis a respeito do material ensaiado, é recomendável fazer o ensaioem pelo menos três corpos de prova. Impacto a baixas temperaturas Ao ensaiar os metais ao impacto, verificamos que há uma faixa de temperaturarelativamente pequena na qual a energia absorvida pelo corpo de prova cai apreciavelmente.Esta faixa é denominada temperatura de transição. Temperatura de transição: é aquela em que ocorre uma mudança no caráter da rupturado material, passando de dúctil a frágil ou vice-versa. Como esta passagem, na maioria dos casos, não é repentina é usual definir-se uma faixade temperatura de transição. Faixa de temperatura de transição: é o intervalo de temperatura em que a fratura seapresenta com 70% de aspecto frágil (cristalina) e 30% de aspecto dúctil (fibrosa) e 70% deaspecto dúctil e 30% de aspecto frágil. O tamanho dessa faixa varia conforme o metal. 43
  • 44. Os metais que têm estrutura cristalina CFC, como o cobre, alumínio, níquel, açoinoxidável austenítico etc., não apresentam temperatura de transição, ou seja, os valores deimpacto não são influenciados pela temperatura. Por isso esses materiais são indicados paratrabalhos em baixíssimas temperaturas, como tanques criogênicos, por exemplo. O ensaio de impacto pode ser realizado a qualquer temperatura, dependendo dascondições de trabalho do material a ser ensaiado. O corpo de prova deve ser ensaiado nomáximo 5 segundos depois de resfriado, e esse resfriamento pode ser com gelo seco e álcool,com nitrogênio líquido, entre outros.4.3- ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS4.3.1- LÍQUIDOS PENERANTES O ensaio consiste em aplicar um líquido penetrante sobre a superfície a ser ensaiada.Após remover o excesso da superfície, faz-se sair da descontinuidade o líquido penetranteretido, utilizando-se para isso um revelador. Sua finalidade é detectar descontinuidades abertasna superfície das peças, como trincas, poros, dobras, que não sejam visíveis a olho nu. Aimagem da descontinuidade, ou seja, o líquido penetrante contrastando com o revelador, ficaentão visível. A limpeza da superfície a ser ensaiada é fundamental para a revelação precisa econfiável das descontinuidades porventura existentes na superfície de ensaio. Para começar devemos aplicar, por meio de pincel, imersão, pistola ou spray, umlíquido, geralmente de cor vermelha ou fluorescente, capaz de penetrar nas descontinuidadesdepois de um determinado tempo em contato com a superfície de ensaio. Decorrido o tempo mínimo de penetração, deve-se remover o excesso de penetrante, de modo que asuperfície de ensaio fique totalmente isenta do líquido -este deve ficar retido somente nas descontinuidades. Estaetapa do ensaio pode ser feita com um pano ou papelseco ou umedecido com solvente. Em outros casos, lava-se a peça com água, secando-a posteriormente, ou aplica-se agente pós-emulsificável, fazendo-se depois alavagem com água. 44
  • 45. Para revelar as descontinuidades, aplica-se o revelador, que nada mais é do que umtalco branco. Esse talco pode ser aplicado a seco ou misturado em algum líquido. O revelador atua como se fosse um mata-borrão, sugando o penetrante dasdescontinuidades e revelando-as. Da mesma forma que na etapa de penetração, aqui também se deve prever um tempopara a revelação, em função do tipo da peça, do tipo de defeito a ser detectado e da temperaturaambiente. Geralmente faz-se uma inspeção logo no início da secagem do revelador, e outraquando a peça está totalmente seca. No caso dos líquidos penetrantes visíveis, a inspeção é feita sob luz branca natural ouartificial. O revelador, aplicado à superfície de ensaio, proporciona um fundo branco quecontrasta com a indicação da descontinuidade, que geralmente é vermelha e brilhante. Podemos dizer que a principal vantagem deste método é sua simplicidade, pois é fácilinterpretar seus resultados. Além disso, o treinamento é simples e requer pouco tempo dooperador, não há limitações quanto ao tamanho ou forma das peças a serem ensaiadas nemquanto ao tipo de material, e o ensaio pode revelar descontinuidades extremamente finas, daordem de 0,001 mm de largura, totalmente imperceptíveis a olho nu. Por outro lado, o ensaio só detecta descontinuidades abertas e superficiais, já que olíquido tem de penetrar na descontinuidade. Por esta razão, a descontinuidade não pode estarpreenchida com qualquer material estranho. Defeitos internos da peça não são detectados com oensaio de liquido penetrante. Além dos ensaios aqui citados, existem muitos outros, tais como: ensaio de compressão,cisalhamento, dobramento, flexão, embutimento, torção, fluência, fadiga, partículas magnéticas,ultra-som, entre outros.5- FTSA5.1- INTRODUÇÃO Tomando como ponto de partida a peça logo depois de ser desmoldada e ter o excessode areia removido, esta sessão abordará o caminho da peça até a expedição.5.2- CORTE DE CANAIS 45
  • 46. O corte de canais de alimentação massalotes pode ser feito de dois modos: 1º se a peça for de aço carbono ou aço liga ela sofre o corte de canais por meio dooxicorte (corte com o maçarico). A chama do maçarico quando entra em contato com a peça produz a seguinte reação: 2Fe + O2  2FeO, que por meio da oxidação do ferro presente no material corta oscanais. 2º quando o material é aço inox o oxicorte não é possível, pois o material tem umagrande concentração de cromo que impede essa reação. Quando a chama do maçarico entra emcontato com a peça ela produz a seguinte reação: 4Cr + O2  2Cr2O, além de produzir a reação com o ferro. O problema é que a quantidade de cromo nos aços inox é muito maior que nos açoscomuns e, mesmo que o ferro presente neles reaja, o Cr2O, que é um material refratário,proveniente da reação do cromo impede que o corte aconteça. O corte de canais de aços inox, então, tem que ser feito por outro processo chamadogoivagem (corte com eletrodo de carvão). Obs.: aços inox martensiticos (que são extremamente frágeis) e peças de grandeespessura devem passar pelos tratamentos térmicos de normalização e revenimento antes docorte de canais para evitar trincas e empenamentos.5.3- GOIVAGEM O corte com o maçarico é um corte bruto de canais, e deixa excesso de material na peça.A goivagem é feita então para eliminar as rebarbas deixadas pelo maçarico e facilitar oacabamento da peça.5.4- REBARBA A goivagem, mesmo sendo muito útil para tirar as grandes rebarbas deixadas pelomaçarico, deixa pequenas rebarbas que são removidas da peça com o auxílio de uma lixadeira,também com o objetivo de facilitar o acabamento final e melhorar a peça para a inspeção.5.5- JATO DE GRANALHA Tem o objetivo de remover impurezas superficiais, tais como: areias, materiaissintetizados e qualquer outro material, para facilitar a inspeção visual. Para a inspeção, a peçatem que estar com a superfície o mais limpa possível para a sujeira não “mascarar” possíveisdefeitos.5.6- ACABAMENTO 46
  • 47. Depois de passar pelo jat, a peça está livre de impurezas, o que torna visíveis algunspequenos excessos de matéria, que antes estavam encobertos por essas impurezas. Esteacabamento tem como finalidade deixar a peça ainda mais limpa e livre de todo o excesso dematerial que não foi percebido durante as etapas anteriores.5.7- INSPEÇÃO PRELIMINAR É feita antes do tratamento térmico. Consiste em uma inspeção visual para detectarpossíveis defeitos como trincas, descontinuidades, porosidade, entre outros. Caso algum defeito seja encontrado a peça vai pra a recuperação e, depois de sernovamente inspecionada, se estiver dentro das conformidades, vai para o tratamento térmico.Caso a peça não esteja dentro das conformidades, ela é sucatada.5.8- TRATAMENTO TÉRMICO5.8.1- AÇOS CARBONO (ASTM-27 e ASTM-216) São normalizados para melhorar as propriedades do material. A normalização ocorrenuma taxa de aquecimento de cerca de 200ºC por hora. A temperatura de normalização é entre 860 e 940ºC e o tempo de patamar (encharque) éde uma hora por polegada (1h/in) levando em consideração a parte mais espessa da peça. Oresfriamento é feito ao ar. Caso haja necessidade de se fazer um recozimento para alívio de tensões, ele ocorrenuma temperatura entre 800 e 860ºC, com o tempo de patamar de uma hora por polegada eresfriamento dentro do forno. Se a peça for de grande espessura e precisar ser tratada antes do corte de canais, além denormalizada ela é revenida antes do procedimento. O revenimento ocorre numa temperaturaentre 650 e 750ºC, com o tempo de patamar de uma hora e meia por polegada e resfriamento aoar até a temperatura ambiente. Obs.: caso a peça tenha sido normalizada antes de ser revenida (como no caso dotratamento térmico para corte de canais) o tempo de patamar para o revenimento passa a serde uma hora por polegada. Esta condição só é valida se a peça, após a normalização, aindaestiver com uma temperatura superior a 200ºC.5.8.2- AÇO INOX MARTENSITICO (ASTM-217) São normalizados e revenidos. Tanto a normalização quanto o revenimento ocorrem auma taxa de aquecimento de cerca de 200ºC por hora A normalização é feita a uma temperatura de 950 a 1000ºC, com o tempo de patamar deuma hora por polegada e resfriamento ao ar. Já o revenimento é feito a uma temperatura de 650 a 750ºC, com tempo de patamar deuma hora e meia por polegada. Obs.: assim como no caso dos aços carbono, caso a peça tenha sido normalizada antesde ser revenida o tempo de patamar para o revenimento passa a ser de uma hora por polegada.Esta condição só é valida se a peça, após a normalização, ainda estiver com uma temperaturasuperior a 200ºC. 47
  • 48. Caso ocorra um recozimento para alívio de tensões, o mesmo deve proceder numatemperatura entre 930 e 970ºC, com o tempo de patamar de uma hora por polegada eresfriamento lento dentro do forno.5.8.3- AÇO INOX AUSTENÍTICO (ASTM-351) Sofre o tratamento térmico de solubilização, que ocorre a uma temperatura entre 1050 e1100ºC, com o tempo de patamar de 50 minutos por polegada e resfriamento em água.5.8.4- AÇO CARBONO FERRITICO MARTENSITICO (ASTM-352, AÇOS PARATRABALHAR EM BAIXAS TEMPERATURAS.) Passam pelos tratamentos de normalização, têmpera e revenido. A normalização ocorre a temperaturas entre 880 e 930ºC, com tempo de patamar deuma hora por polegada e resfriamento ao ar. A têmpera ocorre a temperaturas entre 880 e 930ºC, com tempo de patamar de uma horapor polegada e resfriamento em água. O revenimento ocorre em temperaturas entre 640 e 700ºC, com tempo de uma hora emeia por polegada e resfriamento ao ar.5.9- JATO DE GRANALHA Após passar pelo tratamento térmico a peça é jatiada novamente para eliminar possíveisimpurezas aderidas a sua superfície durante o processo.5.10- INSPEÇÃO FINAL Após passar por todas as fases do processo e acabamento e tratamento térmico a peçasofre uma inspeção final. Inspeção essa visual, com o auxílio de ensaios não destrutivos comoos de liquido penetrante, ultra-som e partículas magnéticas. Caso a peça seja aprovada, ela segue para a expedição, e caso seja reprovada ela seguepara a recuperação.5.11- RECUPERAÇÃO As peças reprovadas tanto na inspeção final quanto na preliminar seguem para arecuperação. Após a recuperação a peça é inspecionada novamente. Caso esteja dentro dasconformidades ela segue para expedição e, caso não esteja, ela é sucatada. No caso da recuperação das peças reprovadas na inspeção final, se elas tiverem mais de20% da espessura ou 65cm² da área trabalhada, antes da expedição elas devem passar por umrecozimento para alivio de tensões. As peças reprovadas na inspeção preliminar não precisamser tratadas porque, caso sejam consideradas conformes, ainda vão passar pelo tratamentotérmico. 48
  • 49. BIBLIOGRAFIACALLISTER Jr., William D. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. TraduçãoSérgio Murilo Stamile Soares. Rio de Janeiro : LTC, 2008.COLPAERT, Hubertus. Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns, 3. ed. São Paulo:Edgard Blucher, 1974 49
  • 50. SOUZA, Sergio Augusto de, Ensaios mecânicos de materiais metálicos.São Paulo: EdgardBlucher, 1974 50

×