RelatorioTratamentoTérmico dos Aços

RelatorioTratamentoTérmico dos Aços



PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO PARANÁ
CAMPUS TOLEDO
ENGENHARIA DE PRODUÇÃO

Franciele C. Dos Santos

TRATAMENTOS TÉRMICOS

Toledo 05/05/2011

Franciele C. Dos Santos

TRATAMENTOS TÉRMICOS

Toledo 05/05/2011.
Sumário

Introdução 3
1.0Fundamentos teóricos 4
Para o experimento em questão foram utilizados os equipamentos abaixo: 13
3.1 Procedimentos experimentais 13
4.0 Resultados 16
5.0 Conclusão 17
6.0 Referências Bibliográficas 18


Introdução
Este trabalho apresentará o estudo sobre a experiência do Tratamento Térmico do aço 1045, demonstrando as principais características desse tratamento.
No presente trabalho apresentaremos as principais propriedades do aço 1045, conforme as normas regentes, e demonstraremos as diferenças das propriedades tabeladas e das obtidas através do tratamento térmico realizado em laboratório.
Muitos materiais usados nas indústrias hoje passam pelo tratamento térmico, e muitas vezes esses acabam apresentando falhas quando sujeitos a algumas situações de trabalho, no qual se torna necessário conhecer o tratamento térmico realizado no material, assim buscando entender a causa da falha, sendo tudo realizado através de experiências e análises do material, tendo grande importância para eventuais questionamentos sobre a falha ocorrida.
Tem como objetivo demonstrar o que ocorre com o aço 1045 antes e depois do tratamento térmico, onde relacionaremos e entenderemos as influências do tratamento térmico nas propriedades mecânicas do material.
Para tanto, tornou-se necessário a realização de diversas etapas, desde a preparação das amostras, até as definições dos parâmetros relacionados ao tratamento térmico, e para podermos analisar e concluir sobre dos resultados obtidos no experimento.

1.0 Fundamentos teóricos

Tratamento Térmico dos Aços
1.1 Generalidades

Há muitos séculos atrás o homem descobriu que com aquecimento e resfriamento podia modificar as propriedades mecânicas de um aço, isto é, torná-los mais duro, mais mole, mais maleável, etc.
Mais tarde, descobriu também que a rapidez com que o aço era resfriado e a quantidade de carbono que possuía influía decisivamente nessas modificações.
O processo de aquecer e resfriar um aço, visando modificar as sua propriedades, denomina-se tratamento térmico.
1.1.1 Finalidade
A finalidade do tratamento térmico é alterar as microestruturas e como conseqüência as propriedades mecânicas das ligas metálicas
1.1.2 Objetivo
Os objetivos são:
- Remoção de tensões internas
- Aumento ou diminuição da dureza
- Aumento da resistência mecânica
- Melhora da ductilidade
- Melhora da usinabilidade
- Melhora da resistência ao desgaste
- Melhora da resistência à corrosão
- Melhora da resistência ao calor
- Melhora das propriedades elétricas e magnéticas

1.1.3 Fatores que influenciam

Temperatura
Tempo
Velocidade de resfriamento

1.1.3.1 Tempo:
O tempo de tratamento térmico depende muito das dimensões da peça e da microestrutura desejada.
Quanto maior o tempo:
maior a segurança da completa dissolução das fases para posterior transformação .
maior será o tamanho de grão
Mas tempos longos facilitam a oxidação

1.1.3.2 Temperatura:
Depende do tipo de material e da transformação de fase ou microestrutura desejada.
1.1.3.3 Velocidade de Resfriamento:
Depende do tipo de material e da transformação de fase ou microestrutura desejada
É o mais importante porque é ele que efetivamente determinará a microestrutura, além da composição química do material
1.1.4 Fases do tratamento

Um tratamento térmico é feito em três fases distintas:
1 - aquecimento
2 - manutenção da temperatura
3 – resfriamento

1.1.4.1 Principais meios de resfriamento:
Ambiente do forno (+ brando)
Ar
Banho de sais ou metal fundido (+ comum é o de Pb)
Óleo
Água
Soluções aquosas de NaOH, Na2CO3 ou NaCl (+ severos)
1.2 Tipos de tratamentos térmicos

Existem duas classes de tratamentos térmicos:
1 - Os tratamentos que por simples aquecimento e resfriamento, modificam as propriedades de toda a massa do aço, tais como:
a - Têmpera
b - Revenimento
c – Recozimento
2 - Os tratamentos que modificam as propriedades somente numa fina camada superficial da peça. Esses tratamentos térmicos nos quais a peça é aquecida juntamente com produtos químicos e posteriormente resfriado são:
a - Cementação
b - Nitretação
1.2.1 Têmpera

É o tratamento térmico aplicado aos aços com porcentagem igual ou maior do que 0,4% de carbono.
O efeito principal da têmpera num aço é o aumento de dureza.
1.2.1.1 Objetivos:
Obter estrutura matensítica que promove:
Aumento na dureza
Aumento na resistência à tração
redução na tenacidade

Figura 1: Estrutura martensítica
1.2.1.2 Fases da têmpera

1ª Fase:
Aquecimento – A peça é aquecida em forno ou forja, até uma temperatura recomendada. (Por volta de 800ºC para os aços ao carbono).
2ª Fase:
Manutenção da temperatura – Atingida a temperatura desejada esta deve ser mantida por algum tempo a fim de uniformizar o aquecimento em toda a peça.
3ª Fase:
Resfriamento – A peça uniformemente aquecida na temperatura desejada é resfriada em água, óleo ou jato de ar.

Figura 2: Diagrama esquemático de transformação para têmpera e revenido.

1.2.1.3 Efeitos da Têmpera

1 - Aumento considerável da dureza do aço.
2 - Aumento da fragilidade em virtude do aumento de dureza. (O aço torna-se muito quebradiço).
Reduz-se a fragilidade de um aço temperado com um outro tratamento térmico denominado revenimento.

Observações:
1 - A temperatura de aquecimento e o meio de resfriamento são dados em tabelas:

Tabela 1: temperatura de aquecimento e o meio de resfriamento .

2 - O controle da temperatura durante o aquecimento, nos fornos, é feito por aparelhos denominados pirômetros.
Nas forjas o mecânico identifica a temperatura pela cor do material aquecido.

3 - De início o aquecimento deve ser lento, (pré-aquecimento), afim de não provocar defeitos na peça.

4 - A manutenção da temperatura varia de acordo com a forma da peça; o tempo nesta fase não deve ser além do necessário.

Figura 4: Ensaio Jominy- curvas a partir da extremidade temperada
1.2.2 Tratamentos Térmicos

É o tratamento térmico que se faz nos aços já temperados, com a finalidade de diminuir a sua fragilidade, isto é, torná-lo menos quebradiço.

O revenimento é feito aquecendo-se a peça temperada até certa temperatura resfriando-a em seguida. As temperaturas de revenimento são encontradas em tabelas e para os aços ao carbono variam entre 210ºC e 320ºC.

2.0 ENSAIO JOMINY

O ensaio Jominy é um dos ensaios que e é utilizado para avaliar a temperabilidade do aço.
Temperabilidade é capacidade que um aço tem de formar martensita, que é uma fase dura e frágil. Quanto maior a fração volumétrica de martensita, mais duro será o aço. Quanto maior o teor de carbono também será maior a temperabilidade do aço (a adição de elementos de liga também pode favorecer um aumento da temperabilidade do aço, acentuando o efeito do carbono). A temperabilidade de um aço pode também ser avaliada pelo valor da dureza HRC ou pelo valor da dureza ao longo de uma dada distância no ensaio Jominy.
A norma ASTM A 255 descreve todo o procedimento para a realização do ensaio Jominy. O corpo de prova de ensaio Jominy é colocado no forno em uma temperatura em torno de 900° C por cerca de 30 minutos. Após esse tempo o corpo de prova é retirado rapidamente do forno e colocado em um dispositivo onde ocorrerá o resfriamento do mesmo. Esse dispositivo é composto por um suporte para o corpo de prova na parte superior e por um sistema de resfriamento com água na parte inferior. Esse dispositivo de resfriamento propicia que as diferentes regiões do corpo de prova tenham também diferentes taxas de resfriamento.
A base do corpo de prova será resfriada rapidamente pela água o que não ocorre com o topo do mesmo. Após o resfriamento do corpo de prova, este é retificado e são feitas medidas de dureza ao longo de seu comprimento. A medida de dureza feita é Rockwell C (HRC). A dureza é sempre maior junto à base do corpo de prova, onde as taxas de resfriamento são mais elevadas. Se o aço apresentar dureza elevada, mesmo em taxas de resfriamento mais baixas, significa que o aço apresenta elevada temperabilidade. Os resultados do ensaio permitem comparar a temperabilidade de diferentes aços e também servem como uma maneira de avaliar o aço recebido (controle de qualidade). A figura 16 mostra esquematicamente o dispositivo para Jominy. A figura 17 ilustra o corpo de prova de ensaio Jominy e o que ocorre ao longo do corpo de prova.produzir um corpo de prova de ensaio

Figura 16: Dispositivo para produzir um corpo de prova de ensaio Jominy.

Figura 17: Curvas de resfriamento contínuo,com diferentes taxas de resfriamento em um corpo de prova de ensaio Jominy.

3.0 Teste de Temperabilidade em um aço 1045
Para o experimento em questão foram utilizados os equipamentos abaixo:
- Aparelho para ensaio de temperabilidade Jominy;
-Esfera de Rolamento
- Forno tipo mufla;
-Duas peças aço 1045 de mesmo material( uma temperada outra não).
↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
ABNT 1045
0,4 - 0,5
0,6-0,9
0,05
0,03
-
-
-
-
-
-
Tabela 1 – Composição química dos aços (% em peso).

3.1 Procedimentos experimentais

Inicialmente é necessário ligar o forno e configurá-lo para atingir 900°C.

Assim que atingir a temperatura, colocar o corpo de prova dentro do forno. Aguardar ele atingir 900ºC novamente

Passado esse tempo foi retirada a amostra e foi resfriadas com água.

Após atingir a temperatura ambiente, foram realizadas análises visuais.

A amostra foi então retirada onde seria realizada as medições de dureza mas infelizmente não foi possível faze-la pois não havia o equipamento chamado Durômetro no qual a medição seria efetuada.
As duas peças com o mesmo material com apenas uma diferença uma temperada e a outra não foram colocadas individualmente juntamente com a esfera de rolamento em uma presa hidráulica a um peso de aproximadamente 10 toneladas.




Após realizado este procedimento ambas foram retiradas e foram realizadas análises visuais.

Podemos observar que a deformação da peça não temperada foi maior do q a temperada.

4.0 Resultados

Quanto maior for a velocidade de resfriamento maior será a dureza do material, devido a formação de uma estrutura puramente martensítica, quando a velocidade de resfriamento é lenta a estrutura transforma-se basicamente em perlita, velocidades de resfriamento muito altas podem ocasionar conseqüências sérias, como tensões internas excessivas, empenamento das peças e até mesmo aparecimento de trincas. Assim, o conhecimento da temperabilidade dos aços é essencial, porque o mais importante objetivo do tratamento térmico do aço é obter a maior dureza e a mais alta tenacidade, em condições controladas de velocidade de esfriamento, a uma profundidade determinada ou através de toda a sua secção e de modo a reduzir ao mínimo as tensões de esfriamento.
5.0 Conclusão

Com o ensaio Jominy foi possível observar que os pontos que resfriaram-se mais rápido ( base do corpo de prova) apresentaram uma dureza mais elevada.
Verifica-se que o aço 1045 apresenta menor temperabilidade. Pode-se fazer uma analogia do ensaio Jominy com outros processos de tratamento térmico em que a região externa esfria mais rápido que a interna e conseqüentemente há variação de dureza, e que deformação da peça não temperada foi maior do q a temperada

6.0 Referências Bibliográficas

Tratamentos Térmicos – Mecânica. Apostila SENAI. SENAI - ES, 1997

CHIAVERINI, V. A¸cos e Ferros Fundidos. 4. ed. S˜ao Paulo: Associa¸c˜ao Brasileira de Metais, 1977.

CALLISTER, Willian D. Ciência e Engenharia de Materiais: uma introdução. Salt Lake City. Utah:Ltc, 1999.

Comentários