aquecimentos por indução 2

8/3/2019 aquecimentos por induo 2

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REDEMATREDE TEMTICA EM ENGENHARIA DE MATERIAIS

UFOP CETEC UEMG

DISSERTAO DE MESTRADO

"Efeito dos Parmetros de Austenitizao sobre aMicroestrutura e as Propriedades do Ao SAE4130

Submetido a Tratamentos Trmicos por InduoEletromagntica"

Autor: Marciano Quites MacedoOrientador: Prof. Fernando Gabriel da Silva Arajo

Co-orientador: Prof. Andr Barros Cota

Maio de 2007


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REDEMATREDE TEMTICA EM ENGENHARIA DE MATERIAISUFOP CETEC UEMG

Marciano Quites Macedo

"Efeito dos Parmetros de Austenitizao sobre a Microestruturae as Propriedades do Ao SAE4130 Submetido a Tratamentos

Trmicos por Induo Eletromagntica "

Dissertao de Mestrado apresentada ao Programa

de Ps-Graduao em Engenharia de Materiais da

REDEMAT, como parte integrante dos requisitos

para a obteno do ttulo de Mestre em Engenharia

de Materiais.

rea de concentrao: Processos de FabricaoOrientador: Prof. Fernando Gabriel da Silva Arajo

Co-orientados: Prof. Andr Barros Cota

Ouro Preto, junho de 2007


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Catalogao:[email protected]

M141e Macedo, Marciano Quites.Efeito dos parmetros de austenitizao sobre a microestrutura e as

propriedades do ao SAE4130 submetido a tratamentos trmicos por

induo eletromagntica [manuscrito] / Marciano Quites Macedo 2007.

82 f.: il., graf., tabs.

Orientador: Prof. Dr. Fernando Gabriel da Silva Arajo.

Dissertao (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Rede

Temtica em Engenharia de Materiais.

rea de concentrao: Processo de fabricao.

1. Induo eletromagntica - Teses. 2. Ao - Teses. 3. Ao -Ferramenta - Teses. I. Universidade Federal de Ouro Preto.

II. Ttulo.

CDU: 669.1


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Dedico este trabalho aos meus pais que

sempre me aliceraram para que euconclusse cada etapa da minha vida com

sucesso. Dedico tambm minha amada

Aracely, que me apoiou durante todo o

trabalho, e ao meu filho Danilo, que tornou a

minha vida mais iluminada.


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AGRADECIMENTOS

Ao Professor Fernando Gabriel pela confiana, ateno e conhecimentos que me

foram passados.Ao Professor Andr Cota que contribuiu enormemente compartilhando seus

conhecimentos;

Ao Eng. Ronaldo Eisele, Diretor de Logstica da Geosol,por todo o apoio que me foi

cedido.

Ao Eng. Carlos Roberto Ferreira, pelos conhecimentos passados durante todo o

trabalho.

Dra. Margareth S. Andrade e aos senhores Thiago Filipe e Francisco Henrique, dosetor de Tecnologia Metalrgica do CETEC, pela realizao dos ensaios de dilatometria;

Ao Eng. Luciano Machado e ao Sr. Fbio Jacob Ferreira, por toda a ajuda na

preparao e execuo do trabalho;

Geosol Ltda e Fundao Victor Dequech pelo incentivo e apoio pesquisa ;

Fundao Gorceix, REDEMAT e Finep que tornaram possvel, atravs do

convnio com a Geosol e a Fundao Victor Dequech, a realizao deste trabalho;

Aos funcionrios do laboratrio do departamento de engenharia metalrgica emateriais, Ivete, Graciliano e Sidney;

Aos funcionrios da oficina da Geosol pela boa vontade em ajudar.


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ndice

Agradecimentos.......................................................................................................................... 2

ndice de tabelas ......................................................................................................................... 9Lista de notaes ...................................................................................................................... 10

Resumo..................................................................................................................................... 12

Abstract .................................................................................................................................... 13

1. Introduo......................................................................................................................... 14

2. Objetivos .......................................................................................................................... 15

3. Reviso Bibliogrfica ....................................................................................................... 15

3.1. Princpios bsicos de aquecimento por induo .................................................... 153.2. Influncia da transferncia de calor e parmetros eletromagnticos......................... 21

3.3. Tmpera e Revenimento .................................................................................... 22

3.4. Os princpios de metalurgia do tratamento trmico por induo eletromagntica ...... 25

3.5. A formao da austenita ..................................................................................... 27

3.6. A martensita e a sua correlao com a austenita .................................................... 35

3.7. O controle do tamanho de gro austentico ........................................................... 38

3.8. Dilatometria...................................................................................................... 414. Materiais e mtodos ......................................................................................................... 43

4.1. Material ........................................................................................................... 43

4.2. Determinao das temperaturas crticas de formao da austenita no aquecimento

contnuo em altas taxas de aquecimento ..................................................................... 43

4.3. Tratamentos trmicos......................................................................................... 44

4.4. Ensaios de dureza .............................................................................................. 44

4.5. Ensaio de trao ................................................................................................ 45

4.6. Determinao do tamanho de gro austentico e quantidade de ferrita no transformada

.............................................................................................................................. 46

5. Resultados e discusses.................................................................................................... 48

5.1. Microestrutura do ao estudado no estado de entrega ............................................ 48

5.2. Temperaturas crticas de formao da austenita no aquecimento contnuo em altas

taxas de aquecimento ............................................................................................... 49

5.3. Avaliao do tamanho de gro austentico prvio e quantidade de ferrita no

transformada ........................................................................................................... 53


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4

5.4. Perfil de dureza Vickers ao longo do comprimento das amostras ............................ 62

5.5. Perfil de microdureza Vickers ao longo da espessura das mostras ........................... 65

5.6. Limite de resistncia, limite de escoamento e alongamento percentual .................... 69

6. Concluses ....................................................................................................................... 77

7. Sugestes para trabalhos futuros ...................................................................................... 79

8. Referncias Bibliogrficas. .............................................................................................. 80


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5

ndice de figuras

Figura 3.1. Sistema convencional de aquecimento por induo constitudo de uma pea

cilndrica envolvida por uma bobina de vrias espiras. [2] ......................................... 16Figura 3.2. Resistividade eltrica de aos (.m) em funo da temperatura [2]. ................ 18

Figura 3.3. Distribuio da intensidade do campo magntico (H) e da permeabilidade

magntica relativa () ao longo de um cilindro homogneo de ao carbono[2]. ............ 19

Figura 3.4. Variao tpica da profundidade de penetrao de corrente durante o aquecimento

por induo em uma pea de ao carbono[2]. ........................................................... 19

Figura 3.5. Distribuio da corrente em barras condutoras devido ao efeito de proximidade [2].

.......................................................................................................................... 20Figura 3.6. Efeito de anel em condutores (a) retangulares e (b) cilndricos. [2] ..................... 21

Figura 3.7. Perdas de calor por conveco e por radiao em aquecimento por induo [6]. .. 22

Figura 3.8. Deslocamento do tomo de ferro devido ao tomo de carbono na martensita[8]. . 23

Figura 3.9. Diagrama esquemtico das operaes de tmpera e revenido[7]. ....................... 24

Figura 3.10. Variao da resistncia a trao e limite de escoamento com a temperatura de

revenimento[11]..................................................................................................... 27

Figura 3.11. Efeito da temperatura de austenitizao na taxa de formao da austenita a partirde uma microestrutura perltica em um ao eutetide[8]. ........................................... 28

Figura 3.12. Diagrama do equilbrio ferro-carbono [2] ..................................................... 29

Figura 3.13. Stios de nucleao da austenita na microestrutura da perlita, onde a ferrita,

cementita e a austenita[8]................................................................................ 30

figura 3.14. Stios de nucleao da austenita na microestrutura constituda de cementita

esferoidizada em matriz ferrtica, onde a ferrita, cementita e a austenita[8]. . 31

Figura 3.15. Taxa de formao da austenita em funo da temperatura, para duas taxas deaquecimento. V a frao volumtrica de austenita e Af a temperatura de incio de

transformao da ferrita em austenita[15]. ................................................................ 34

Figura 3.16. Diviso progressiva de um gro austentico pelas placas de martensita[16] ....... 36

Figura 3.17. Correlao entre tamanho de pacote de martensita e tamanho de gro

austentico[8] ........................................................................................................ 37

Figura 3.18. Aumento na resistncia da martensita com a diminuio do tamanho dos pacotes,

D. A linha superior para martensita com Fe-0,2%C; a linha inferior para martensitacom Fe-Mg [8] ...................................................................................................... 38


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6

Figura 3.19. Tamanho de gro austentico como funo da temperatura de austenitizao para

aos de granulao fina e grosseira[8]...................................................................... 39

Figura 3.20. Efeito da concentrao de alumnio na temperatura de crescimento de gro da

austenita[8]. .......................................................................................................... 40

Figura 3.21. Variao da porcentagem por volume do AlN como funo da temperatura em

ao doce contendo 0,01% de nitrognio e alumnio como mostrado. As temperaturas de

crescimento so indicadas pelas setas[8]. ................................................................. 40

Figura 3.22. Curva de dilatao trmica de um ao baixo carbono (Fe-0,11C-0,50Mn) obtida a

uma taxa de aquecimento de 0,05C/s[18]. ............................................................... 41

Figura 4.1. Esquema mostrando como foram retiradas as amostras para o ensaio de dureza

Vickers. .............................................................................................................. 45

Figura 4.2. Corpo de prova para ensaio de trao. ........................................................... 45

Figura 4.3. Esquema mostrando como foram retirados os corpos de prova para os ensaios de

trao.................................................................................................................. 46

Figura 5.1 Imagem de microscopia tica do ao SAE4130 no estado de entrega; amostra

atacada com nital, com concentrao 2%, durante 20s: a) ampliao de 500x; b)

ampliao de 200x. .............................................................................................. 48

Figura 5.2. Curvas dilatomtricas L=f(T), do ao SAE4130, para o aquecimento contnuo,

para as taxas de 10, 30, 50, 70 e 90C/s. ................................................................ 49

Figura 5.3. Derivadas das curvas dilatomtricas (dL/dT=f(T) ) do ao SAE4130, para o

aquecimento contnuo, e taxas de 10, 30, 50, 70 e 90C/s. ........................................ 50

Figura 5.4. Curva dilatomtrica L=f(T) do ao em estudo para o aquecimento contnuo para

a taxa de 10C/s e sua derivada (dL/dT=f(T) )....................................................... 51

Figura 5.5. Variao das temperaturas Ac1 e Ac3 em funo da taxa de aquecimento, para o

ao SAE4130....................................................................................................... 52

Figura 5.6. Imagem de microscopia ptica do ao SAE4130, aps tratamento trmico detmpera e revenimento por induo eletromagntica; amostras atacadas com soluo

contendo 2g de cido pcrico, 240ml de gua destilada, 2ml de cido clordrico e 10

gotas de teepol, durante 4 minutos: a) 850C durante 15s; b) 850C durante 25s; c)

850C durante 35s; d) 850C durante 45s. .............................................................. 54

Figura 5.7. Imagem de microscopia tica do ao SAE4130, aps tratamento trmico de

tmpera e revenimento por induo eletromagntica; amostras atacadas com soluo

contendo 2g de cido pcrico, 240ml de gua destilada, 2ml de cido clordrico e 10gotas de teepol durante 4 minutos: a) 900C durante 15s; b) 900C durante 25s; c) 900C


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7

durante 35s; d) 900C durante 45s. ........................................................................ 55

Figura 5.8. Imagem de microscopia ptica do ao SAE4130, aps tratamento trmico de



gotas de teepol durante 4 minutos: a) 950C durante 15s; b) 950C durante 25s; c) 950C

durante 35s; d) 950C durante 45s. ........................................................................ 56




gotas de teepol durante 4 minutos: a) 1000C durante 15s; b) 1000C durante 25s; c)

1000C durante 35s; d) 1000C durante 45s. ........................................................... 57

Figura 5.10. Variao do tamanho de gro austentico prvio do ao SAE4130 submetido a

tmpera e revenimento por induo eletromagntica: a) em funo do tempo de induo;

b) em funo da temperatura de austenitizao. ....................................................... 58

Figura 5.11.Imagem de microscopia ptica do ao SAE4130, aps tratamento trmico de

tmpera e revenimento por induo eletromagntica, atacado com nital a 2%, durante

20s, onde indica a ferrita no transformada e M a martensita revenida: a) 850C

durante 15s; b) 850C durante 25s; c) 850C durante 35s; d) 850C durante 45s. ........ 60


tmpera e revenimento por induo eletromagntica, atacado com nital a 2%, durante

20s, onde indica a ferrita no transformada e M a martensita revenida: a) 900C

durante 15s; b) 900C durante 25s. ........................................................................ 61

Figura 5.13. Variao da frao volumtrica de ferrita no ao SAE4130, aps tratamento

trmico de tmpera e revenimento por induo eletromagntica, em funo do tempo de

induo. .............................................................................................................. 61

Figura 5.14. Grficos mostrando o perfil de dureza ao longo do comprimento de amostrastubulares de ao SAE4130, temperados e revenidos por induo eletromagntica, para

cada temperatura, nos tempos de induo de: a) 15s; b) 25s; c) 35s; d) 45s. ................ 63

Figura 5.15. Desvio padro dos valores de dureza, para a regio entre 0,5 e 10cm da

extremidade, das amostras de ao SAE4130 temperadas e revenidas por induo

eletromagntica: a) como funo do tempo de induo; b) como funo da temperatura.

.......................................................................................................................... 64

Figura 5.16. Distribuio de microdureza ao longo da espessura das paredes das amostrastubulares de ao SAE4130, em funo da distncia da parte externa, para a temperatura


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de austenitizao por induo eletromagntica de 850C, nos tempos de induo de: a)

15s; b) 25s; c) 35s; d) 45s ..................................................................................... 65

Figura 5.17. Distribuio de microdureza ao longo da espessura das paredes das amostras

tubulares de ao SAE4130, em funo da distncia da parte externa, para a temperatura


15s; b) 25s; c) 35s; d) 45s. .................................................................................... 66




15s; b) 25s; c) 35s; d) 45s ..................................................................................... 67




15s; b) 25s; c) 35s; d) 45s ..................................................................................... 68

Figura 5.20. Grfico tenso-deformao para amostra do ao SAE4130, austenitizada a 850C

durante 15s, em tratamento de tmpera e revenimento por induo eletromagntica. ... 69

Figura 5.21. Variao do limite de resistncia de amostras tubulares de ao SAE4130

temperadas e revenidas por induo eletromagntica: a) em funo do tempo de induo;

b) em funo da temperatura. ................................................................................ 70

Figura 5.22. Variao do limite de escoamento de amostras tubulares de ao SAE4130



Figura 5.23. Variao do alongamento total de amostras tubulares de ao SAE4130



Figura 5.24. Variao do alongamento uniforme de amostras tubulares de ao SAE4130temperadas e revenidas por induo eletromagntica: a) em funo do tempo de induo;


Figura 5.25. Variao do produto do limite de resistncia pelo alongamento total, em funo

da temperatura de austenitizao, para cada tempo de induo, de amostras tubulares de

ao SAE4130 temperadas e revenidas por induo eletromagntica. .......................... 76


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NDICE DE TABELAS

Tabela 4.1. Composio qumica do ao SAE 4130, % em peso.............................................43

Tabela 5.1. Temperaturas crticas de formao da austenita (Ac1 e Ac3) para o aquecimentocontnuo para diferentes taxas de aquecimento para o ao SAE 4130......................................51

Tabela 5.2. Desvio padro dos valores de microdureza ao longo da espessura das amostras

tratadas termicamente...............................................................................................................69


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LISTA DE NOTAES

Ac1- Temperatura de incio de formao da austenita;

Ac3- Temperatura de final de formao da austenita;Af- Temperatura de incio da transformao da ferrita em austenita;

AL- Alongamento percentual;

D- Tamanho dos pacotes de martensita;

f- Freqncia do campo magntico alternado da bobina;

G- Velocidade de crescimento de gro;

H- intensidade do campo magntico;

HTW- Tipo de haste para sondagem geolgica (H referente ao dimetro externo da hasteque de 91mm, o W referente rosca que do tipo cnica com perfil trapezoidal e o T

para especificar que uma rosca fina (thin));

HV- Dureza Vickers;

I- Intensidade de corrente eltrica;

L0- Comprimento inicial da amostra de dilatometria;

LE- Limite de escoamento;

LR- Limite de resistncia;M- Martensita;

Mf- Temperatura de final de formao da martensita;

Mi- Temperatura de incio de formao da martensita;

N- Taxa de nucleao;

P- Perlita;

r- Raio do primeiro ncleo formado;

R- Resistncia eltrica;tx- Taxa de aquecimento;

Tc- Temperatura de Curie;

V0- Frao volumtrica de ferrita no transformada;

V- Frao volumtrica de austenita;

X- Frao volumtrica da fase nucleada;

- Ferrita;

- Profundidade de penetrao de corrente;L- Dilatao trmica da amostra de dilatometria;


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- Austenita;

- Permeabilidade magntica da pea;

0- Permeabilidade magntica no vcuo;

r- Permeabilidade magntica relativa;- Cementita;

- Resistividade eltrica da pea;


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RESUMO

No tratamento trmico por induo eletromagntica, a correlao entre o tipo de ao

tratado, os parmetros utilizados e as propriedades finais obtidas ainda pouco conhecida.Para fazer tal correlao, no presente trabalho, foram inicialmente determinadas as

temperaturas crticas de incio e fim de formao da fase austenita no aquecimento rpido, de

um ao SAE4130, atravs de ensaios de dilatometria. Foi feita a anlise das variaes da

microestrutura atravs de microscopia ptica e as propriedades mecnicas foram medidas

atravs de ensaios de dureza e trao, de amostras tratadas por induo eletromagntica. As

amostras analisadas foram austenitizadas a 850, 900, 950 e 1000 C, durante 15, 25, 35 e 45 s

de induo, temperadas e revenidas a 500C durante 15s. A temperatura de incio de formaoda austenita (Ac1), praticamente no variou quando a taxa de aquecimento aumentou de 10

C/s para 90 C/s. A temperatura de final de formao da austenita (Ac3) aumentou de 920 C

para 1035 C quando a taxa de aquecimento aumentou de 10 C/s para 90 C/s. O tamanho

mdio dos gros austenticos prvios aumentou em funo do aumento do tempo de induo e

do aumento da temperatura de austenitizao. Para o tratamento trmico por induo

eletromagntica, o tempo de induo de corrente tem uma influncia menor nas propriedades

mecnicas, quando comparado com o aumento da temperatura de austenitizao. O aumentoda temperatura proporcionou uma melhora das propriedades mecnicas, ou seja, para

temperaturas maiores, foram obtidos maiores valores de resistncia a trao, alongamento

total e uniforme, alm de uma distribuio de dureza mais homognea ao longo regio tratada

termicamente das amostras tubulares.


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ABSTRACT

In the heat treatment by electromagnetic induction, the correlation between the type of

treated steel, the parameters utilized and the final properties obtained, are still little known. To

make such a correlation, the present work initially determined the critical temperatures for the

beginning and end of austenite formation of a SAE4130 steel, for high heating rates, by

dilatometric analysis. The evolution of the microstructures of samples treated by induction

heating were examined by optical microscopy and their mechanical properties were measured

by hardness and tensile tests. The samples were quenched after austenitizing by induction at

850, 900, 950 and 1000C, during 15, 25, 35 and 45s, for each temperature, and tempered at

500C during 15s. The temperature for the beginning of austenite formation (Ac1) did not

change when the heating rate was increased from 10C/s to 90C/s. The temperature for the

end of austenite formation (Ac3) increased from 920C to 1035C when the heating rate was

increased from 10C/s to 90C/s. The prior austenite average grain size increased with the

induction time and with the austenitization temperature. For the induction heat treatment, the

time of current induction has less influence on the mechanical properties than the increase in

the austenitization temperature. The temperature increase improved the mechanical properties,

with higher values for the tensile strength, total and uniform elongation, together with a more

homogeneous distribution of the hardness through the length of the heat treated regions of the

tube samples.


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1.INTRODUO

A tecnologia de tratamento trmico por induo eletromagntica de materiais,

utilizada em campos diversos da engenharia, vem sendo aplicada no setor mineral e,especificamente, nas hastes para sondagem geolgica.

Os tratamentos trmicos visam modificar as principais propriedades fsicas e

mecnicas dos materiais metlicos, sendo os aos aqueles que melhor respondem a tais

processos, resultando, mediante processos especficos de tratamento, em produtos mais

resistentes abraso e ao desgaste, alm de uma boa resistncia ao choque.

O aquecimento a alta velocidade proporcionado pela induo eletromagntica altera

sensivelmente as temperaturas de transformao dos aos e, conseqentemente, suasmicroestruturas. Outro fator importante a ser considerado est relacionado ao tipo de ao que

se deseja tratar, uma vez que diferentes microestruturas iniciais e diferentes teores de carbono

e de elementos de liga influenciam a microestrutura austentica produzida, assim como os

produtos de sua tmpera e revenimento.

A correlao entre tipos de aos tratados, parmetros de tratamento trmico por

induo eletromagntica e as propriedades finais obtidas que promover a compreenso

inicial dos fenmenos envolvidos e constitui uma importante investigao para a rea detratamentos trmicos.

Com ensaios que permitam tal correlao, neste trabalho foi dada continuao a

desenvolvimentos tecnolgicos da parceria entre a REDEMAT, a Fundao Gorceix e a

Geosol, nos quais foram estabelecidos os parmetros timos de tratamento trmico por

induo de tubos dos aos SAE1045 e SAE4130, para a fabricao de hastes de sondagem

geolgica.

As amostras para a realizao do trabalho foram retiradas de tubos do ao SAE4130

que possuem as dimenses adequadas para a fabricao das hastes HTW, onde o H referente

ao dimetro externo da haste que de 91mm, o W referente rosca que do tipo cnica

com perfil trapezoidal e o T para especificar que uma rosca fina (thin)


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2.OBJETIVOS

Geral

Correlacionar os parmetros dos tratamentos trmicos de tmpera e revenimento porinduo eletromagntica microestrutura e conseqentemente s propriedades

mecnicas finais do ao SAE4130.

Especficos

Otimizar o tratamento trmico por induo eletromagntica das extremidades de tubos

de ao, para a utilizao como hastes de sondagem do tipo HTW.

Aumentar a vida til de hastes em operaes de sondagem geolgica, uma vez que ahaste termicamente tratada tem durao de quatro a seis vezes maior que a haste no

tratada.

3.REVISO BIBLIOGRFICA

3.1.PRINCPIOS BSICOS DE AQUECIMENTO POR INDUO

Uma corrente eltrica alternada circulando atravs de um condutor produz sempre um

campo magntico volta deste condutor. Se a corrente circula em um condutor em forma de

espiral e introduz-se um corpo metlico no campo magntico no interior do espiral, este

campo cria no metal uma fora eletromotriz induzida que produz uma corrente eltrica

(correntes parasitas ou de Foucault), em sentido tal que produzam, por sua vez, um campo

magntico induzido que se ope variao do fluxo magntico da bobina [1].

A esta corrente podemos associar perdas por efeito Joule (P=I2R), que faro com que a

energia injetada no sistema para criar campo magntico ser, em grande parte, transformada

em calor [1].

Alm deste efeito de aquecimento, devido as perdas por efeito Joule, um outro

fenmeno acontece causado pelas chamadas perdas por histerese. Os elementos

ferromagnticos, possuindo uma permeabilidade magntica relativa >> 1, apresentam este

efeito num campo alternado. Ele resulta do fato do material magntico ser composto por

minsculos ms elementares dispostos ao acaso. No campo magntico alternado da bobina de


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induo estes so obrigados a mudar continuamente a sua orientao, ao ritmo da freqncia

da corrente que circula na bobina. Esta mudana de direo provoca uma quantidade de calor

que aumenta com a elevao da freqncia, mas mesmo para freqncias elevadas este

aquecimento consideravelmente fraco, por comparao com a quantidade de calor devido s

perdas por efeito Joule, pois estas aumentam com o quadrado da freqncia.

As perdas por histerese aparecem at o ponto de Curie. Prximo a este ponto e acima

dele a permeabilidade magntica relativa do material decresce ento para 1, enquanto que em

temperaturas menores que a temperatura de Curie elevada[1].

Um sistema de aquecimento por induo convencional, que consiste em uma pea

cilndrica envolvida por uma bobina de induo de vrias espiras, mostrado na figura 3.1.

Figura 3.1. Sistema convencional de aquecimento por induo constitudo de uma pea

cilndrica envolvida por uma bobina de vrias espiras. [2]

Devido a fenmenos eletromagnticos, a distribuio de corrente dentro do indutor e

da pea no uniforme. Esta no uniformidade da fonte de calor resulta em um perfil de

temperatura no uniforme na pea. Uma distribuio de corrente no uniforme pode ser

causada por fenmenos eletromagnticos complexos, incluindo: efeito superficial, efeito de

proximidade e efeito de anel. Estes efeitos tm um importante papel na compreenso do

fenmeno aquecimento por induo [2].


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3.1.1.EFEITO SUPERFICIAL

Quando uma corrente alternada atravessa um condutor, a distribuio de corrente no

uniforme. O valor mximo da densidade de corrente sempre estar localizado na superfciedo condutor e diminuir da superfcie para o seu interior (em direo ao centro). Este

fenmeno de distribuio de corrente no uniforme dentro de uma seo atravs do condutor

chamado de efeito superficial. Este efeito sempre ocorre em condutores isotrpicos na sua

seo reta, sendo tambm encontrado na pea localizada dentro da bobina (figura 3.1).

Devido ao efeito superficial, aproximadamente 86% da corrente concentra-se na

camada superficial do condutor, em uma regio chamada de camada de referncia ou de

penetrao, de profundidade . Em corrente alternada, o grau do efeito superficial depende da

freqncia da corrente alternada e de propriedades do material aquecido, como resistividade

eltrica e permeabilidade magntica relativa[2].

O efeito superficial pode ser descrito por uma equao diferencial, cuja soluo

demonstra que a corrente induzida em uma superfcie plana reduz exponencialmente em

direo ao centro da pea. A profundidade de penetrao de corrente em determinada pea em

tratamento definida pelo limite no qual a densidade de corrente alcana 37% do valor obtido

na superfcie[3,4], conforme pode ser calculado pela equao 3.1. [5]

=(/ (. 0.. f) )1/2 3.1

sendo:

= profundidade de penetrao.

= resistividade eltrica da pea.

0 = permeabilidade magntica no vcuo.

= permeabilidade magntica da pea.

f = freqncia do campo magntico alternado da bobina.

Para os aos, pode-se considerar que, acima do ponto Curie, a profundidade () de

penetrao da corrente, em mm, aproximadamente:

= 500/f1/2 3.2

onde f a freqncia da corrente em Hertz.

Na camada com essa espessura, dispende-se aproximadamente 87% de toda

energia calorfica. Conseqentemente, a profundidade de penetrao da corrente, , diminui

com a elevao de sua freqncia.


21/85

18

Na utilizao do efeito de superfcie, est baseado o aquecimento por induo de

elevada freqncia para a tmpera superficial.

Nos clculos prticos, a permeabilidade magntica de uma pea no magntica, ,

prxima do ar e assume valor 1. Isto se aplica tambm para aos acima da temperatura de

Curie. A permeabilidade magntica relativa de aos magnticos comumente usada em

aquecimento por induo pode variar de pequenos valores de r (r=2 ou 3)a valores muito

altos de r (acima de 500), dependendo da intensidade do campo magntico H e da

temperatura[2]. A resistividade eltrica () dos materiais uma funo da temperatura, como

ilustrado para aos na figura 3.2. Durante o ciclo de aquecimento, a resistividade eltrica dos

aos pode aumentar o seu valor de 4 a 5 vezes em relao ao valor inicial.

Figura 3.2. Resistividade eltrica de aos (.m) em funo da temperatura [2].

Similar distribuio da corrente, a intensidade do campo magntico apresenta valor

mximo na superfcie da pea com queda exponencial em direo ao centro, como mostradona figura 3.3. A permeabilidade magntica tambm varia dentro do corpo magntico. Com o

aumento da distncia da superfcie, aumenta e, aps atingir seu valor mximo, em H=Hcrtico

(campo magntico), torna a reduzir, como mostra a figura 3.3[2].


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19

R a i o d o c i l in d r o d e a o c a r b o n o

H

H

s u p e r f c i e c e n t r o

Figura 3.3. Distribuio da intensidade do campo magntico (H) e da permeabilidade

magntica relativa () ao longo de um cilindro homogneo de ao carbono[2].

A profundidade de penetrao tambm funo da temperatura. No incio do ciclo de

aquecimento, a penetrao de corrente dentro do ao aumenta, devido ao aumento da

resistividade eltrica do metal com a temperatura, figura 3.4. Prximo da temperatura crtica

Tc (temperatura de Curie) a permeabilidade cai drasticamente, para uma unidade, pois o metal

se torna paramagntico, aumentando ainda mais a profundidade de penetrao. Aps o

aquecimento acima da temperatura crtica Tc, a profundidade de penetrao continuar a

aumentar devido ao aumento na resistividade eltrica do metal, entretanto, a razo de

crescimento no ser to significativa, quanto a que ocorre na transio atravs da

temperatura de Curie[2].

Figura 3.4. Variao tpica da profundidade de penetrao de corrente durante o aquecimento

por induo em uma pea de ao carbono[2].

A variao de em uma pea de ao, durante o tratamento trmico por induo, muda

drasticamente o grau do efeito superficial. Este fator de grande importncia no projeto de


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20

um equipamento de induo para tmpera de ao, onde a diferena de temperatura superfcie-

centro primeiramente um resultado do efeito superficial [2].

3.1.2.E

FEITO ELETROMAGNTICO DE PROXIMIDADE

Quando ocorre um fluxo de corrente em direes opostas, atravs de dois condutores

paralelos, um forte campo magntico se forma na regio entre estes, figura 3.5. As linhas do

campo magntico, que so produzidas nas barras paralelas, tm a mesma direo, fazendo

com que o campo magntico resultante entre as barras seja muito forte. Se as correntes tm a

mesma direo, ento as linhas do campo magntico tm direes opostas na rea entre as

barras, e assim elas se cancelam. O aumento da distncia entre as barras diminui a potncia do

efeito de proximidade[2].

(a) opostas (b) similares

Sentido da corrente

Intensidade docampo magntico

Figura 3.5. Distribuio da corrente em barras condutoras devido ao efeito de proximidade[2].

Os sistemas de induo consistem de dois condutores: um o indutor que transporta a

corrente da fonte e o outro a pea localizada prxima ao indutor. Correntes parasitas so

induzidas na pea por um campo magntico alternado externo. Devido aos efeitos deproximidade, as correntes da bobina e as induzidas na pea se concentraro nas reas faciais

de uma a outra.

3.1.3.EFEITO DE ANEL ELETROMAGNTICO

Se a barra de conduo curva, em forma de anel, como mostrado na figura 3.6,

ocorrer tambm a redistribuio da corrente. As linhas de fluxo magntico se concentrarodentro do anel e assim a densidade do campo magntico ser alta nessa regio. Como


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21

resultado, a maior parte da corrente fluir dentro de uma fina camada superficial interna. Este

efeito de anel similar ao efeito de proximidade e provoca a concentrao da corrente na

superfcie interna da bobina de induo. [2]

(a) (b)

Figura 3.6. Efeito de anel em condutores (a) retangulares e (b) cilndricos. [2]

3.2. INFLUNCIA DA TRANSFERNCIA DE CALOR E PARMETROS

ELETROMAGNTICOS

A natureza do aquecimento por induo uma combinao de dois fenmenos:

transferncia de calor e induo de corrente. Eles esto rigorosamente inter-relacionados,

porque as propriedades fsicas rigorosamente dependem dos dois fenmenos, intensidade docampo magntico e temperatura [6].

No aquecimento por induo, as trs formas de transferncia de calor esto presentes:

conduo, conveco e radiao. Em geral, os problemas de conduo de calor transiente na

pea condutora podem ser descritos pela equao de Fourier. Devido ao fenmeno de

transferncia de calor por conduo, o calor conduzido da regio de alta temperatura da pea

em direo regio de baixa temperatura. A razo de transferncia de calor proporcional ao

gradiente de temperatura e condutividade trmica do material. Devido ao comportamentono constante das propriedades trmicas da pea, tal como condutividade trmica e calor

especfico, o problema de transferncia de calor no linear. O projeto da bobina baseado na

aproximao bruta da condutividade trmica pode conduzir a erros significativos na previso

do perfil de temperatura com a pea [6].

Aproximao no exata do calor especfico pode no somente induzir a perfis de

temperatura incorretos, mas pode tambm criar um erro significante na escolha da potncia

requerida.


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22

Geralmente os problemas de aquecimento por induo so afetados por perda de calor

por conveco e radiao. Perdas de calor pela superfcie da pea so distintamente variveis

devido ao comportamento no constante das perdas por conveco e especialmente as perdas

por radiao. Em anlises feitas para baixa temperatura, de aplicaes de aquecimento por

induo (aquecimento por induo do alumnio, chumbo, zinco, estanho, magnsio, etc),

perdas por conveco so uma parte significante da perda total de calor. Porm, em aplicaes

a alta temperatura (tal como aquecimento por induo do ao carbono, titnio, tungstnio,

nquel, etc) perdas por radiao so a maior parte das perdas de calor.

A figura 3.7 mostra as perdas de calor por conveco e radiao no aquecimento por

induo, com o aumento de temperatura[6].A figura revela que, devido s perdas por radiao,

altas temperaturas diminuem fortemente a eficincia do processo.

Figura 3.7. Perdas de calor por conveco e por radiao em aquecimento por induo [6].

Transferncias de calor por radiao e conveco so usualmente fatores negativos no

processo de aquecimento por induo convencional, porque eles refletem o valor da perda de

calor. Alm disto como um resultado desses fatores, no aquecimento por induo da pea,

ocorre o indesejvel perfil no uniforme de temperatura[6].

3.3.TMPERA E REVENIMENTO

3.3.1.TMPERA

A tmpera do ao visa a obteno da estrutura martenstca, atravs do resfriamentorpido, acima da velocidade crtica de resfriamento, a partir da temperatura de austenitizao.


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23

A martensita de um ao comum uma soluo slida super-saturada de carbono em

ferro alfa, o que provoca uma distoro do reticulado cbico centrado, transformando-o em

tetragonal, gerando discordncias e tenses internas de grande intensidade [7]. Esta distoro

no retculo cristalino do ferro torna o movimento de discordncias muito difcil e

considerada como a maior responsvel pelas altas resistncia e dureza da martensita [8]. A

figura 3.8 mostra esquematicamente um exemplo da distoro do reticulado do cristalino

ferro.

Figura 3.8. Deslocamento do tomo de ferro devido ao tomo de carbono na martensita[8].

A temperatura de austenitizao, o tempo de manuteno e a velocidade de

resfriamento so fatores muito importantes no tratamento trmico de tmpera, pois estes

fatores determinam o xito da operao. A figura 3.9 mostra esquematicamente o tratamento

de tmpera e revenimento. Vrios fatores devem ser considerados neste processo, tais como:

forma da pea; condies externas; potencial de extrao de calor do meio de resfriamento;

etc.


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24

Figura 3.9. Diagrama esquemtico das operaes de tmpera e revenido [7].

3.3.2. REVENIMENTO

A pea temperada possui estrutura martenstica, de alta dureza, mas tenses internas

introduzidas durante a tmpera promovem sua fragilizao[7]. A fragilidade da estrutura

martenstica devida a vrios fatores, como distoro da rede causada pelo tomo de carbonoretido no stio octadrico da martensita, segregao de tomos de impureza nos contornos de

gros prvios da austenita e tenso residual produzida durante a tmpera[8]. A tenacidade e a

ductilidade podem ser melhoradas e as tenses internas reduzidas atravs do revenimento.

A microestrutura martenstica de um ao altamente instvel. Razes para a

instabilidade incluem a super-saturao de tomos de carbono na rede tetragonal do reticulado

de corpo centrado da martensita; a energia de deformao associada com a pequena distoro

ou estrutura de macla da martensita; a energia interfacial associada com a alta densidade decontornos de ripas ou placas; a austenita retida que est presente principalmente em aos de

baixo carbono. A super-saturao de tomos de carbono fornece: fora motriz para a

formao de carboneto; alta energia de deformao, que fora motriz para a recuperao;

alta energia interfacial, que a fora motriz para o crescimento de gro da matriz ferrtica; e

austenita instvel, que a fora motriz para a transformao de ferrita e cementita no

revenimento[8].

Na prtica, revenimento consiste em reaquecer a pea temperada at temperaturasinferiores temperatura de transformao em austenita, como mostrado na figura 3.9,


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25

aliviando as tenses internas provenientes da tmpera e promovendo alteraes estruturais,

tais como: formao de carboneto de transio e reduo da concentrao de carbono na

matriz martenstica; transformao de austenita retida em ferrita e cementita; troca de

carboneto de transio e martensita de baixo carbono por cementita e ferrita[8]. Estas

mudanas estruturais reduzem a fragilidade da estrutura martestica.

A temperatura de revenimento altera consideravelmente as propriedades mecnicas

dos aos, tais como tenacidade, dureza e limite de resistncia. O aumento da temperatura de

revenimento reduz a dureza, sendo que este efeito aumenta com o aumento da concentrao

de carbono[8]. Tanto o limite de escoamento como o limite de resistncia diminuem

continuamente e a ductilidade aumenta com o aumento da temperatura de revenimento [8].

Alguns elementos de liga tambm ajudam a retardar o amaciamento durante o

revenimento. Os elementos mais efetivos a este respeito so fortes formadores de carbonetos

como cromo, molibdnio e vandio. Sem estes elementos, os aos amaciam rapidamente com

o aumento da temperatura de revenimento[8]. Porm, quando presentes em quantidade

suficiente, estes elementos formadores de carbonetos no apenas retardam o amolecimento

como tambm formam carbonetos finos, que provocam um aumento na dureza em altas

temperaturas de revenimento[8].

3.4. OS PRINCPIOS DE METALURGIA DO TRATAMENTO TRMICO

POR INDUO ELETROMAGNTICA

O aquecimento por induo um processo muito rpido. A taxa de aquecimento

excede freqentemente o valor de 100C/s e a alta taxa de aquecimento afeta drasticamente a

cintica da formao da austenita, que desloca esta transformao para as temperaturas maisaltas [2,9]. As temperaturas de tratamento apropriadas para aos dependem no somente da taxa

de aquecimento, mas so funes da microestrutura anterior e tambm da concentrao de

carbono. As microestruturas de amostras que contm perlita fina ou de amostras temperadas e

revenidas so consideradas mais adequadas ao tratamento trmico por induo[2]. Tais

microestruturas, na medida em que permitem reduzir a temperatura requerida para a formao

da austenita, permitem a resposta rpida e consistente da liga ao tratamento, com uma

quantidade mnima de crescimento de gro, menor distoro de forma e tamanho, mnimo de

energia requerida e de superfcie oxidada.


29/85

26

Se a microestrutura inicial de uma pea de ao tiver uma quantidade significativa de

perlita grosseira e, o mais importante, ferrita grosseira com aglomerados ou faixas de ferrita,

ela apresentar maiores dificuldades na obteno de um tratamento trmico de tmpera e

revenimento que resulte em propriedades mecnicas desejadas. As grandes reas, (conjuntos

ou faixas) de ferrita requerem um longo tempo para a homogeneizao da microestrutura e, ao

fim da tmpera, um complexo de microestrutura ferrtica-martenstica poder ser formado.

Pontos macios e duros dispersados caracterizam esta estrutura de austenitizao por induo

no uniforme, o que resulta em propriedades mecnicas indesejadas. Temperaturas mais altas

e tempos mais longos de permanncia so requeridos para austenitizar tais estruturas.

Recomenda-se, portanto, maior cuidado ao tratar as microestruturas zonadas e segregadas das

peas no estado de entrega. Os aos com grandes carbonetos estveis tm tambm resposta

ruim ao endurecimento por induo e implicam na necessidade de ter o aquecimento

prolongado e temperaturas mais altas para a austenitizao. Um tempo mais longo de

fornecimento de calor conduz ao crescimento do gro, ao aparecimento da martensita

grosseira, zona de transio estendida, maior superfcie de oxidao / descarbonetao, alm

de maior distoro da forma[10].

No revenimento, a diferena entre os valores de resistncia trao, obtidos em

amostras revenidas por induo e nas amostras revenidas por banho de sal, relativamente

pequena, para temperaturas de revenimento em torno de 300C, isto comparado com as

diferenas obtidas para temperaturas de revenimento acima de 500C. Isto pode ser atribudo

ao curto tempo no revenimento por induo eletromagntica, que insuficiente para a

aniquilao de discordncias e para a recuperao a altas temperaturas. A figura 3.10 mostra

a variao do limite de resistncia (LR) e limite de escoamento (LE) em funo da

temperatura de revenimento para amostras revenidas por banho de sal (BS) e por induo

eletromagntica(IE)[11].


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27

Figura 3.10. Variao da resistncia a trao e limite de escoamento com a temperatura de

revenimento[11].

3.5.A FORMAO DA AUSTENITA

A formao da austenita em aos se d por nucleao e crescimento com o aumento da

temperatura, que por sua vez aumenta a mobilidade atmica. A fora motriz para o

crescimento de gro a reduo da rea de contorno de gro por unidade de volume,

reduzindo a energia de superfce.

Tanto a fora motriz termodinmica como a mobilidade atmica se tornam maiores

com o aumento da temperatura e com isso tanto a taxa de nucleao como a taxa de

crescimento devero aumentar continuamente com o aumento da temperatura[12]. A figura

3.11 mostra o aumento na velocidade de formao da austenita em um ao perltico com 0,8%

de carbono, quando a temperatura de austenitizao foi aumentada de 730C para 751C [8].


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28

Figura 3.11. Efeito da temperatura de austenitizao na taxa de formao da austenita a partir

de uma microestrutura perltica em um ao eutetide[8].

A concentrao de carbono na austenita aumenta continuamente com o tempo na

medida em que mais carbonetos so dissolvidos, alcanando o valor do equilbrio que dado

pelo limite de solubilidade na temperatura de interesse[12]. A figura 3.12 mostra o diagrama do

equilbrio ferro-carbono. Neste diagrama mostrado o campo de estabilidade da austenita ().


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29

Figura 3.12. Diagrama do equilbrio ferro-carbono [2] .

A presena dos elementos de liga nos aos tambm altera a estabilidade das fases. O

magnsio e o nquel, por exemplo, so estabilizadores de austenita; o silcio, o cromo e o

nibio so estabilizadores de ferrita. Os estabilizadores de ferrita e austenita expandem os

respectivos campos de estabilidade das fases. Os estabilizadores da austenita abaixam a

temperatura eutectide, expandindo a faixa acima da qual a austenita estvel [8]. Para o

aquecimento lento, quase no equilbrio, algumas frmulas empricas, que mostram os efeitos

dos elementos de liga, foram desenvolvidas por anlise de regresso de grande quantidade dedados experimentais, como por exemplo as frmula elaboradas por Andrews para obter as

temperaturas crticas de incio de formao da austenita (Ac1) e de final de formao da

austenita (Ac3)[8]:

WAsCrSiNiMnAc 38,62909,161,299,167,107231 ++++= (3.3)

WMoVSiNiCAc 1,135,311047,442,152039103 ++++= (3.4)

sendo a composio qumica dada em % em peso.


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30

3.5.1. FORMAO DA AUSTENITA A PARTIR DE UMA MICROESTRUTURA

PERLTICA

Para o ao eutetide, a transformao para austenita no aquecimento envolve a reao

ferrita+cementitaaustenita. Ento, podemos esperar que a nucleao da austenita ocorra nainterface ferrita-cementita, que uma nucleao heterognea. Como a perlita tem uma grande

rea superficial de interface ferrita-cementita, espera-se que a nucleao da austenita na

perlita ocorra com taxas extremamente altas[12].

Uma observao mais cuidadosa da microestrutura da austenita formada da perlita

mostra gros de austenita nucleados na interface entre as colnias de perlita e no apenas na

interface ferrita-carboneto

A energia de superfcie uma funo da descontinuidade da rede entre dois cristaisadjacentes e um contorno de alto ngulo pode favorecer a nucleao. Por esta razo ocorre

pouca nucleao na interface ferrita-cementita da microestrutura perltica, ocorrendo uma

maior nucleao nos contornos de alto ngulo entre as colnias de perlita, onde a energia de

superfcie mais favorvel[12]. A figura 3.13 mostra os stios de nucleao da austenita na

perlita.

Figura 3.13. Stios de nucleao da austenita na microestrutura da perlita, onde a ferrita,

cementita e a austenita[8].

3.5.2. A FORMAO DA AUSTENITA A PARTIR DE ESTRUTURAS DE FERRITA

PRIMRIA E PERLITA

A formao da austenita em aos hipoeutetides, a partir de uma microestrutura de

ferrita primria e perlita, bem diferente daquela formada a partir de uma microestrutura toda

perltica. As regies perlticas tornam-se instveis acima da temperatura Ac1, que a


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temperatura de incio de formao da austenita. Ento, no aquecimento para uma temperatura

acima de Ac1, as regies perlticas convertem-se em austenita e a ferrita primria

inicialmente estvel. Os contornos entre a austenita e a ferrita se movem para diminuir a

quantidade de ferrita, at que toda a ferrita seja consumida. Simultaneamente, o carbono nas

regies austenticas estar se difundindo para regies de baixa concentrao de carbono, para

aumentar a concentrao na austenita recm formada (das regies ferrticas)[12].

3.5.3. A FORMAO DA AUSTENITA A PARTIR DE UMA MICROESTRUTURA DE

CEMENTITA ESFEROIDIZADA EM MATRIZ FERRTICA

Em uma microestrutura de cementita esferoidizada em matriz ferrtica, a austenitanucleia-se nas interfaces cementita-ferrita, especialmente para cementita nos contornos de

gro ferrticos. A austenita cresce ao longo da interface, at que a cementita esteja envolvida

por uma camada de austenita. A formao subseqente de austenita depende de difuso de

carbono atravs da austenita, com a dissoluo do carboneto, o que leva a uma taxa de

formao de austenita mais baixa, comparada com aquela que ocorre em um ao perltico,

onde o pequeno espaamento entre as lamelas de ferrita e cementita reduz a distncia de

difuso para a formao da austenita[8]. A continuao da formao da austenita ocorre pelo

movimento da interface ferrita-austenita e tambm pelo movimento da interface cementita-

austenita. Ento as partculas de cementita so reduzidas no tamanho[12]. A figura 3.14 mostra

esquematicamente os stios preferenciais para a formao da austenita em uma microestrutura

de cementita esferoidizada em matriz ferrtica.

figura 3.14. Stios de nucleao da austenita na microestrutura constituda de cementitaesferoidizada em matriz ferrtica, onde a ferrita, cementita e a austenita[8].


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32

3.5.4.CINTICA DA NUCLEAO E DE CRESCIMENTO DE GRO

Para modelar processos de nucleao e crescimento, segundo condies isotrmicas, geralmente usada a equao de Avrami. Considerando-se um ncleo esfrico de raio r, uma

velocidade de crescimento G e o tempo t, tem-se a relao[13]:

r = G.t (3.5)

A variao da frao volumtrica em funo do tempo dada por:

( )XNrdt

dX=

13

4 3 (3.6)

onde X a frao volumtrica e

N a taxa de nucleao, o termo (1-X) foi adicionado ao

segundo termo da equao para compensar a superposio no crescimento de vrios ncleos

prximos[13]. Separando-se as variveis, substituindo r por G.t e integrando ambos os termos

tm-se:

( )

=

dtNtGx

dx 33

3

4

1 (3.7)

43

3)1ln( tNGX

=

(3.8)

ento se obtm a equao:

=

43

3exp1 tNGX

(3.9)

que geralmente apresentada na forma:

)exp(1 nKtX = (3.10)


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33

onde K uma constante para uma dada temperatura, t o tempo e n uma constante,

caracterizando a cintica [14].

Para a formao da austenita, em condies no isotrmicas, necessrio adaptar a

equao de Avrami. Considerando que:

KNG =

3

3

ento substituindo em (3.9):

( )4exp1 KtX = (3.11)

Tomando o logaritmo e a derivada da equao (3.11) para calcular a frao de

austenita formada durante o aquecimento contnuo tem-se[14]:

dtKtX

dX

Xd

3411

1ln =

=

(3.12)

Se for considerada uma taxa constante (tx) para a condio de aquecimento, o tempo

pode ser expresso por:

xt

dTdt=

xt

Tt

= (3.13)

e substituindo na equao (3.12) tem-se:

dTt

TK

X

dX

x

4

3

41

=

(3.14)

Integrando a equao (3.14) nos intervalos [0,X] e [Ac1,T] nos lados esquerdo e

direito respectivamente:


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34

=

=

T

Ac x

T

Ac x

X

dTTGNt

dTt

TK

X

dX

1

334

14

3

0 3

44

1

(3.15)

logo, conclui-se que:

=T

Ac x

dTTGNt

X1

3343

4exp1

(3.16)

onde

N e G so funes da temperatura[14] .

Para o aquecimento contnuo, a taxa de formao da austenita atinge o mximo

aproximadamente temperatura final de dissoluo da perlita, sendo que a taxa de formao

da austenita em funo da temperatura maior para taxas de aquecimento maiores [15], como

mostra a figura 3.15

Figura 3.15. Taxa de formao da austenita em funo da temperatura, para duas taxas de

aquecimento. V a frao volumtrica de austenita e Af a temperatura de incio de

transformao da ferrita em austenita[15].

Do resultados de Oliveira et al.[15], o parmetro K da equao de Avrami, associado

com a cintica de austenitizao, aumenta consideravelmente com a taxa de aquecimento.

Este parmetro representa a influncia da taxa de aquecimento na taxa de nucleao e


38/85

35

crescimento da austenita, alm disto, o parmetro n da equao de Avrami praticamente

independente da taxa de aquecimento.

3.6.A MARTENSITA E A SUA CORRELAO COM A AUSTENITA

Nos aos, a austenita a fase que pode se transformar em martensita no resfriamento

rpido. A transformao martenstica adifusional e, portanto, a martensita possui exatamente

a mesma concentrao de carbono presente na austenita. Assim que a difuso dos tomos de

carbono contida pelo resfriamento rpido, os mesmos no se difundem para formar a ferrita

e cementita, mas so instantaneamente aprisionados nos stios octadricos da estrutura cbicade corpo centrado, produzindo um novo constituinte, a martensita[8].

A temperatura de incio de formao da martensita diminui significantemente com o

aumento da concentrao de carbono nos aos. O carbono em soluo slida aumenta a

resistncia ao cisalhamento da austenita e, portanto, uma grande fora motriz requerida para

iniciar o cisalhamento para a formao da martensita em ligas com alta concentrao de

carbono. Elementos de liga tambm influenciam a temperatura Mi dos aos, sendo que todos

os elementos de liga diminuem a temperatura Mi, exceto o cobalto. A equao desenvolvida

por Andrews, descrita abaixo, fornece bons resultados entre a temperatura Mi calculada e

medida experimentalmente[8].

( ) ))((6,67))((5,71)(2175,9159,16453512 2 CrCMnCCMoCrNiCCMi ++= (3.17)

sendo a composio qumica dada em % em peso.

Com respeito transformao, os contornos de gro austenticos so stios

preferenciais para a nucleao das fases pro-eutetides e perlita. Portanto, se o tamanho de

gro austentico em um ao grosseiro, poucos stios de nucleao esto disponveis e a

transformao por difuso controlada da austenita retardada. Como resultado, a

temperabilidade martenstica aumentada[8].

O tamanho de gro austentico tambm afeta a cintica da transformao martenstica,

pelo seu efeito na temperatura Mi. Em ligas Fe-Ni e Fe-Ni-C, reduo do tamanho de gro

austentico abaixa significantemente a temperatura Mi. O ltimo resultado atribudo alta

resistncia da austenita de granulao fina, a qual aumenta por sua vez a resistncia cisalhante

da transformao austenita-martensita.


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36

A temperatura Mi aumenta com o aumento do tamanho de gro austentico. Para o ao

AISI 4340 pode ser representada pela equao abaixo[16]:

( ) GCMi

= 1,286,526 (3.18)

onde G o nmero ASTM do tamanho de gro[16].

Foi observado tambm que o tamanho de gro austentico afeta a resistncia mecnica

da martensita em aos de baixo carbono. Quando o tamanho de gro da austenita reduzido,

ocorre um aumento significativo da resistncia.

As ripas de martensita formam unidades de martensita em arranjos paralelos,

chamados pacotes, os quais subdividem o gro austentico prvio, e cada pacote

efetivamente um gro [8]. A orientao especfica vem da relao entre austenita e martensita,

que exclui a possibilidade das placas martensticas se estenderem atravs do contorno de gro

da fase austenita. Evidentemente, o tamanho de gro determina o tamanho da primeira placa a

se formar, que quase sempre se estende de contorno a contorno. A primeira placa divide o

gro austentico em duas regies. As placas que se formam nessas regies so pequenas e tem

uma orientao diferente[17], como mostra a figura 3.16.

Figura 3.16. Diviso progressiva de um gro austentico pelas placas de martensita [16]

Como a diviso do gro em regies cresce, o volume mdio das placas decresce[16]. A

Figura 3.17 mostra que tamanho de pacote est diretamente relacionado com tamanho de gro

austentico, e ajuda a explicar porque a resistncia da ripa de martensita pode ser relacionada

com tamanho de gro prvio da austenita ou tamanho de pacote [8].


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37

Figura 3.17. Correlao entre tamanho de pacote de martensita e tamanho de gro

austentico[8]

Desta maneira, tanto o tamanho do pacote de martensita como o tamanho de gro

austentico podem ser correlacionados com propriedades mecnicas. A figura 3.18 mostra o

aumento do limite de escoamento com o decrscimo do tamanho dos pacotes de martensitaem uma liga de Fe-0,2%C. Tamanho dos pacotes (D) representado graficamente no eixo

D-1/2, no qual relacionado para como uma representao grfica de Hall-Petch[8].


41/85

38

Figura 3.18. Aumento na resistncia da martensita com a diminuio do tamanho dos pacotes,

D. A linha superior para martensita com Fe-0,2%C; a linha inferior para martensita com

Fe-Mg [8]

3.7.O CONTROLE DO TAMANHO DE GRO AUSTENTICO

Aos podem ter granulao fina ou grosseira. Aos de granulao fina so geralmente

desoxidados com alumnio e contm partculas finas de nitreto de alumnio, que retm o

crescimento do gro austentico. Aos de granulao grosseira so geralmente desoxidados

com slica, mtodo que no produz disperso efetiva de partculas que inibem o crescimento

do gro austentico[8]. Aos de granulao grosseira coalescem gradualmente com a

temperatura de austenitizao, mas aos de granulao fina no mostram crescimento at que

uma temperatura de austenitizao relativamente alta seja alcanada, como mostra a figura

3.19.


42/85

39

Figura 3.19. Tamanho de gro austentico como funo da temperatura de austenitizao para

aos de granulao fina e grosseira

[8]

.

Em muitos tratamentos trmicos, a temperatura de austenitizao nunca excede 980C.

Aos de gros refinados, portanto, retm um fino tamanho de gro austentico, mas em aos

de granulao grosseira os gros crescem significantemente, especialmente em tratamentos

realizados durante muitas horas a uma faixa de 930C a 955C[8].

O mecanismo de controle de tamanho de gro baseado no fato de o alumnio que no

se combina com o oxignio durante a desoxidao, combinar-se com nitrognio e formar uma

disperso de partculas finas de nitreto de alumnio. Essas partculas se posicionam no

contorno de gro e, deste modo, inibem o crescimento do gro. Contudo, com o aumento da

temperatura, as partculas de alumnio crescem e ou se dissolvem. Quando a distribuio de

partculas se torna muito grossa para conter o crescimento efetivamente, muito rapidamente

ocorre o crescimento de gro[8].

A figura 3.20 mostra o efeito do alumnio na temperatura de crescimento de gro no

ao baixo carbono. Alumnio at 0,08% aumenta a temperatura de crescimento anormal de

gro, mas alta adio causa uma diminuio da temperatura de crescimento [8].


43/85

40

Figura 3.20. Efeito da concentrao de alumnio na temperatura de crescimento de gro da

austenita[8].

A reao Al+N AlN reversvel e a altas temperaturas algumas partculas de AlN

retornam em soluo permitindo o crescimento do gro, especialmente em aos com pouca

quantidade de alumnio. A figura 3.21 mostra a solubilidade do nitreto de alumnio em trs

diferentes concentraes de Al [8].

Figura 3.21. Variao da porcentagem por volume do AlN como funo da temperatura em

ao doce contendo 0,01% de nitrognio e alumnio como mostrado. As temperaturas decrescimento so indicadas pelas setas[8].


44/85

41

O tamanho de gro austentico pode ser controlado por outros elementos sem ser o

alumnio, em particular os metais de transio semelhantes como o titnio, vandio e nibio,

que so fortes formadores de carbonetos e nitretos com comportamento similar ao do

alumnio com respeito produo de disperso de partculas, que inibem o crescimento do

gro austentico. Pequenas quantidades, freqentemente menos de 0,05% de nibio, vandio e

titnio so usados em aos de baixa liga e alta resistncia [8].

3.8.DILATOMETRIA

A dilatometria uma tcnica muito utilizada para estudar a transformao de fases emaos. Esta tcnica permite monitorar em tempo real a evoluo das transformaes em termo

de mudanas dimensionais que ocorrem na amostra com a aplicao de um ciclo trmico. No

caso de pesquisas de transformaes de fases no estado slido, a dilatometria empregada

devido s mudanas no volume especfico das amostras, durante uma transformao de

fase[14,18]. Quando o material sofre uma mudana de fase a estrutura cristalina da rede muda e

isto , em princpio, acompanhado de uma mudana do volume especfico[18]. A

transformao nos aos durante o aquecimento acompanhada de uma mudana no

volume atmico de aproximadamente 1%, a qual associada com uma significante contrao

na curva dilatomtrica[18]. A temperatura de incio da transformao austentica, Ac1,

definida como a temperatura na qual a expanso trmica representada graficamente pela

funo L/L0=f(T), sofre o primeiro desvio da linearidade, como mostrado na figura 3.22.

Figura 3.22. Curva de dilatao trmica de um ao baixo carbono (Fe-0,11C-0,50Mn) obtida a

uma taxa de aquecimento de 0,05C/s[18].


45/85

42

Este efeito causado pela contrao do volume que associada formao da

austenita, que possui a estrutura cristalina CFC a qual mais compacta que a estrutura

cristalina CCC da ferrita. Posteriormente volta a ocorrer a expanso trmica normal do ao

devido ao aumento da temperatura. A localizao deste ponto obtida atravs da extrapolao

da linearidade da curva de expanso trmica. Pelo mesmo caminho, a temperatura de final da

transformao obtida atravs da extrapolao da poro linear aps a transformao[18].


46/85

43

4.MATERIAIS E MTODOS

Foram investigados os efeitos dos parmetros de aquecimento por induo

eletromagntica, para tmpera e revenimento, sobre um ao carbono microligado, paracorrelacionar as microestruturas prvias com as propriedades mecnicas finais, a fim de

conferir previsibilidade ao processo.

4.1.MATERIAL

O material estudado neste trabalho foram amostras tubulares do ao SAE4130,

produzidas pela V&M do BRASIL S.A.

A composio qumica deste ao mostrada na tabela abaixo:

Tabela 4.1. Composio qumica do ao SAE 4130, % em peso.

ELEMENTO C Mn P S Si Ni Cr Cu Mo

% peso Min 0,28 0,40 --- --- 0,15 --- 0,80 --- 0,15

% peso Max 0,33 0,60 0,03 0,04 0,35 0,25 1,10 0,35 0,25

4.2.DETERMINAO DAS TEMPERATURAS CRTICAS DE FORMAO

DA AUSTENITA NO AQUECIMENTO CONTNUO EM ALTAS TAXAS DE

AQUECIMENTO

As temperaturas de crticas de incio e fim de formao da austenita foram

determinadas atravs de ensaio de dilatometria. As temperaturas crticas foram obtidas para astaxas de aquecimento de 10C/s, 30C/s, 50C/s, 70C/s e 90C/s.

Os ensaios foram realizados no setor de tecnologia metalrgica do CETEC (Fundao

centro tecnolgico de Minas Gerais), em um dilatmetro de tmpera do tipo Adamel

Ihomargy LK02, a temperatura de setup foi de 1100C, sendo que o dilatmetro atinge

1200C.

As amostras foram cortadas com 0,6mm de espessura, 2mm de largura e 12mm de

comprimento.


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44

4.3.TRATAMENTOS TRMICOS

Foi utilizado um equipamento de induo eletromagntica fabricado pela empresa

Inductoheat, com ajustes e adaptaes de projeto feitos por tcnicos da Geosol e pela equipede pesquisa. O equipamento de tratamento trmico de tubos por induo eletromagntica tem,

como principais caractersticas, uma potncia mxima de operao de 150kW, freqncia fixa

de 10kHz, operao nos modos contnuo e pulsado, controle do tratamento por definio das

potncias e tempos de operao e monitoramento da temperatura por pirmetro ptico. A

alimentao das amostras nas regies da bobina de aquecimento e do jato de soluo

polimrica feita por controle automtico pneumtico.

Neste trabalho foram utilizadas 64 amostras tubulares, as mesmas foram cortadas com300mm de comprimento e foram confeccionadas roscas internas do tipo HTW, Estas roscas

foram confeccionadas para a fixao em uma haste do tipo HTW, para que ficassem com o

comprimento de 3115mm que a medida para a qual o forno projetado. Tendo como base

os parmetros utilizados por Ferreira et al[20,21], as amostras foram austenitizadas por induo

eletromagntica com a potncia de 97,5kW e 10kHz de freqncia, nas temperaturas nominais

e tempos de induo listados abaixo, sendo 4 amostras em cada parmetro:

1. 850C durante 15s, 25s, 35s e 45s

2. 900C durante 15s, 25s, 35s e 45s

3. 950C durante 15s, 25s, 35s e 45s

4. 1000C durante 15s, 25s, 35s e 45s

Em seguida foram temperadas em soluo polimrica (gua + polmero para

tratamento trmico AQUA QUENCH 251, fornecido pela HOUGHTON BRASIL LTDA) na

temperatura de 30C, durante 15s.

Todas as amostras foram revenidas por induo eletromagntica com a temperatura

nominal de 500C, com 150kW de potncia, durante 15s e depois foram novamente resfriadas

em soluo polimrica.

4.4.ENSAIOS DE DUREZA

As amostras para o ensaio de dureza foram cortadas com 250mm de comprimento e

aproximadamente 10mm de largura, como indicado no esquema da figura 4.1.


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45

Figura 4.1. Esquema mostrando como foram retiradas as amostras para o ensaio de dureza

Vickers.

Em seguida, as amostras foram fresadas e posteriormente foi feito o lixamento em um

plano das amostras com lixas 180, 220, 320, 400, 600 e 800, a fim de obter superfcies

adequadas ao ensaio de dureza Vickers, sendo que neste ensaio foram feitas duas

impresses a cada 10mm ao longo do comprimento das amostras com a carga de 100kgf.

Os ensaios de dureza foram realizados no laboratrio do Departamento de Engenharia

Metalrgica e de Materiais da Escola de Minas, em um durmetro da marca Wolpert.

Para o ensaio de microdureza Vickers as amostras foram cortadas a uma distncia de

50mm da extremidade e embutidas em resina. Posteriormente foi feito lixamento com as

lixas 180, 240, 320, 400, 600, 800, 1000 e 1200. Os ensaios de microdureza Vickers foramrealizados ao longo da espessura da parede da amostra com espaamento de 0,15mm entre

cada impresso com carga de 0,025kgf.

4.5.ENSAIO DE TRAO

As amostras para o ensaio de trao foram confeccionadas em um equipamento de

usinagem automatizado conforme a norma ASTM E8M, com as dimenses indicadas na

figura 4.2.

Figura 4.2. Corpo de prova para ensaio de trao.


49/85

46

Foram retirados 3 corpos de prova em cada uma das amostras tubulares, como

indicado no esquema da figura 4.3, para uma maior confiabilidade no ensaio.

Figura 4.3. Esquema mostrando como foram retirados os corpos de prova para os ensaios de

trao.

Os ensaios foram realizados no laboratrio do Departamento de Engenharia

Metalrgica e de Materiais da Escola de Minas, em um equipamento de trao da marca

Instron modelo 8802, que utiliza uma bomba de leo da marca Instron modelo 3411. Foi

utilizada uma clula de carga para 25000kgf, o programa de operao do equipamento foi

limitado em 5000kgf devido a limitaes da garra de fixao do corpo de prova. A taxa de

deformao aplicada foi de 20mm/min.

4.6. DETERMINAO DO TAMANHO DE GRO AUSTENTICO E

QUANTIDADE DE FERRITA NO TRANSFORMADA

Para a determinao do tamanho de gro austentico e quantidade de ferrita residual,

foram observados os resultados do ensaio de trao e selecionada a amostra maisrepresentativa em cada parmetro de tratamento trmico. As amostras selecionadas foram

embutidas em resina e em seguida foram o lixadas em um plano com lixas 180, 220, 320,

400, 600, 800, 1000 e 1200. Posteriormente, as amostras foram polidas com pasta de

diamante de 6, 3 e 1m. Foram lavadas e atacadas com soluo contendo 2g de cido

pcrico, 240ml de gua destilada, 2ml de cido clordrico e 10 gotas de teepol durante 4

minutos, permitindo assim revelar os gros austenticos prvios. Foram obtidas imagens

de microscopia tica e foram medidos os gros austenticos pelo mtodo de interceptos.Para determinar a quantidade de ferrita residual as amostras foram polidas novamente com


50/85

47

alumina e posteriormente atacadas com nital de concentrao 2% durante 20 segundos.

Novamente foram obtidas imagens de microscopia tica e as quantidades de ferrita no

transformada foram obtidas atravs do software de aquisio de imagens do microscpio

tico.


51/85

48

5.RESULTADOS E DISCUSSES

5.1. MICROESTRUTURA DO AO ESTUDADO NO ESTADO DEENTREGA

A figura 5.1 mostra a microestrutura do ao SAE 4130. A microestrutura constituda

de ferrita, que so os gros claros da figura 5.1 (a), e perlita, que so os gros escuros,

indicadas na figura por e P, respectivamente.

(a) (b)

Figura 5.1 Imagem de microscopia tica do ao SAE4130 no estado de entrega; amostra

atacada com nital, com concentrao 2%, durante 20s: a) ampliao de 500x; b) ampliao de

200x.

A amostra contm uma frao volumtrica de ferrita de )%6,048(V 0 = , com a

estrutura de bandas, que devida aos processos de laminao e trefilao para a fabricao

dos tubos.


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49

5.2. TEMPERATURAS CRTICAS DE FORMAO DA AUSTENITA NO

AQUECIMENTO CONTNUO EM ALTAS TAXAS DE AQUECIMENTO

Utilizando as equaes de Andrews (3.3 e 3.4) os valores de Ac1 e Ac3 para o ao

SAE4130, no aquecimento lento, so: CAc = )4736(1 e CAc = )4793(3 .

Para o aquecimento contnuo e em altas taxas de aquecimento, foram feitos ensaios de

dilatometria para determinar as temperaturas Ac1 e Ac3. A figura 5.2 mostra as curvas

dilatomtricas L=f(T), para o aquecimento contnuo em altas taxas de aquecimento do ao

em estudo .

700 750 800 850 900 950 1000 1050100

110

120

130

140

150

L(

m)

Temperatura(C)

tx=10C/s

tx=30C/s

tx=50C/s

tx=70C/s

tx=90C/s

Figura 5.2. Curvas dilatomtricas L=f(T), do ao SAE4130, para o aquecimento contnuo,

para as taxas de 10, 30, 50, 70 e 90C/s.

A figura 5.3 mostra as derivadas das curvas dilatomtricas dL/dT=f(T), evidenciando

melhor as grandes diferenas entre as temperaturas de final de formao austentica, Ac3,

com a variao das taxas de aquecimento.


53/85

50

600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-0,15

-0,10

-0,05

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

tx=10C/s

tx=30C/s

tx=50C/s

tx=70C/s

tx=90C/s

dL/dT(m/C)

Temperatura(C)

Figura 5.3. Derivadas das curvas dilatomtricas (dL/dT=f(T) ) do ao SAE4130, para o

aquecimento contnuo, e taxas de 10, 30, 50, 70 e 90C/s.

Na figura 5.4, para a taxa de aquecimento mais baixa de 10C/s, possvel identificar

a temperatura de incio da transformao da ferrita em austenita (Afi), que de

aproximadamente de 790C, aps a dissoluo da perlita. Na figura 5.4 tambm esto

indicadas as temperaturas Ac1 e Ac3. Para taxas de aquecimento mais altas, a transformao

da perlita em austenita ocorre em taxas muito altas [15], ento a temperatura Afi no to

facilmente identificada, como mostra a figura 5.3.


54/85

51

600 650 700 750 800 850 900 950 100080

90

100

110

120

130

140

Afi

Ac3

Ac1

L(m)

T (C)

-0,15

-0,10

-0,05

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

d(L)/dT(m/C)

Figura 5.4. Curva dilatomtrica L=f(T) do ao em estudo para o aquecimento contnuo para

a taxa de 10C/s e sua derivada (dL/dT=f(T) ).

Os valores das temperaturas Ac1 e Ac3, para cada taxa de aquecimento no aquecimento

contnuo so listados na tabela 5.1.

Tabela 5.1. Temperaturas crticas de formao da austenita (Ac1 e Ac3) para o aquecimento

contnuo para diferentes taxas de aquecimento para o ao SAE 4130.

tx (C/s) Ac1 (C) Ac3 (C)

10 740 920

30 744 977

50 740 985

70 738 1016

90 740 1035


55/85

52

A figura 5.5 mostra a variao das temperaturas Ac1 e Ac3 em funo da taxa de

aquecimento, para as taxas de 10, 30, 50,70 e 90 C/s.

0 20 40 60 80 100

750

800

850

900

950

1000

1050

Ac1

Ac3Tem

peratura(C)

tx (C/s)

Figura 5.5. Variao das temperaturas Ac1 e Ac3 em funo da taxa de aquecimento, para o

ao SAE4130.

A temperatura de incio de formao da austenita (Ac1), definida como a

temperatura na qual a expanso trmica linear, que funo da temperatura, se desvia da

linearidade[18], praticamente no variou com a taxa de aquecimento, como pode ser visto

tambm nas figuras 5.2 e 5.3. . A formao da austenita a partir de uma microestrutura de

ferrita e perlita se inicia com a dissoluo da perlita, pois a mesma se torna instvel a

temperaturas acima de Ac1. A nucleao da austenita ocorre nas interfaces entre as colnias

de perlita e na interface ferrita-cementita, o que implica em altas taxas de formao, devido s

pequenas distncias para a difuso do carbono. Portanto, mesmo com o aumento da taxa de

aquecimento a fora motriz para o incio da transformao e, conseqentemente Ac1,

permanecem inalteradas. A temperatura final de transformao austentica (Ac3) aumenta com

o aumento da taxa de aquecimento. Este aumento da taxa de aquecimento diminui o tempo


56/85

53

para a formao da austenita, ou seja, reduz o tempo para o processo difusional, o que exige

maior fora motriz para a transformao, e portanto em maior valor de Ac3.

5.3. AVALIAO DO TAMANHO DE GRO AUSTENTICO PRVIO EQUANTIDADE DE FERRITA NO TRANSFORMADA

As figuras de 5.6 a 5.9 mostram os contornos dos gros austenticos prvios atravs de

microscopia ptica, revelados por ataque qumico, das amostras austenitizadas por induo

eletromagntica a 850, 900, 950 e 1000C durante 15, 25, 35 e 45s para cada temperatura. A

evoluo do tamanho de gro austentico prvio das amostras de ao SAE4130, em funo do

intervalo de tempo de induo e da temperatura de austenitizao mostrada na figura 5.10.Os tratamentos trmicos por induo eletromagntica proporcionam altas taxas de

aquecimento, em torno de 100C/s. Isto resulta em tamanhos de gro austentico pequenos e

heterogneos, devido aos curtos intervalos de tempo para a homogeneizao da

microestrutura. Mesmo para os pequenos intervalos de tempo do tratamento trmico por

induo, o tamanho de gro austentico aumentou com o aumento do tempo de induo, para

as temperaturas acima de 850C, e aumentou com o aumento da temperatura para um mesmo

tempo de induo de corrente, como pode ser visto na figura 5.10.


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54

(a) (b)

(c) (d)


tmpera e revenimento por induo eletromagntica; amostras atacadas com soluo contendo2g de cido pcrico, 240ml de gua destilada, 2ml de cido clordrico e 10 gotas de teepol,

durante 4 minutos: a) 850C durante 15s; b) 850C durante 25s; c) 850C durante 35s; d)

850C durante 45s.


58/85

55

(a) (b)

(c) (d)

Figura 5.7. Imagem de microscopia tica do ao SAE4130, aps tratamento trmico de

tmpera e revenimento por induo eletromagntica; amostras atacadas com soluo contendo2g de cido pcrico, 240ml de gua destilada, 2ml de cido clordrico e 10 gotas de teepol


900C durante 45s.


59/85

56

(a) (b)

(c) (d)




950C durante 45s.


60/85

57

(a) (b)

(c) (d)




1000C durante 45s.


61/85

58

15 20 25 30 35 40 453

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

850C900C950C

1000C

Tamanhomdiodegroaustentico(m)

Tempo de induo (s)

(a)

840 860 880 900 920 940 960 980 1000 1020

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

15s25s

35s45s

Tamanhomdiodogroaustentico(m)

Temperatura (0C)

(b)

Figura 5.10. Variao do tamanho de gro austentico prvio do ao SAE4130 submetido a

tmpera e revenimento por induo eletromagntica: a) em funo do tempo de induo; b)

em funo da temperatura de austenitizao.


62/85

59

Para as temperaturas de 850C e 900C foi possvel verificar e quantificar, atravs de

microscopia ptica, a presena de ferrita no transformada. As imagens obtidas nas amostras

austenitizadas a 850 e 900C, atacadas com nital com concentrao 2%, so mostradas nas

figuras 5.11 e 5.12. A ferrita no transformada a parte clara, sendo a parte escura a

martensita revenida. A figura 5.13 mostra a frao volumtrica de ferrita em funo do tempo

de induo de corrente para as temperaturas de 850 e 900C.

Para as temperaturas de 850 e 900C, o aumento do tempo de induo ocasionou uma

diminuio da frao volumtrica de ferrita no transformada, que mostrada na figura 5.13,

e do tamanho dos gros de ferrita, como pode ser notado na figura 5.11 e 5.12. Como foi

verificada no item 5.2, a temperatura Ac3 para a taxa de 90C/s no aquecimento contnuo, para

o ao SAE4130, foi de 1035C. Este fato refora os resultados obtidos, que mostram que

necessrio um tempo maior para as temperaturas de 850 e 900C ou uma temperatura maior

que 900C para a completa austenitizao deste ao, em altas taxas de aquecimento.


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(a) (b)

(c) (d)

Figura 5.11.Imagem de microscopia ptica do ao SAE4130, aps tratamento trmico de

tmpera e revenimento por induo eletromagntica, atacado com nital a 2%, durante 20s,

onde indica a ferrita no transformada e M a martensita revenida: a) 850C durante 15s; b)

850C durante 25s; c) 850C durante 35s; d) 850C durante 45s.


64/85

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(a) (b)


tmpera e revenimento por induo eletromagntica, atacado com nital a 2%, durante 20s,

onde indica a ferrita no transformada e M a martensita revenida: a) 900C durante 15s; b)

900C durante 25s.

15 20 25 30 35 40 450

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

850C

900C

Fraovolumtricadeferritaresidual(%)

Tempo de induo (s)

Figura 5.13. Variao da frao volumtrica de ferrita no ao SAE4130, aps tratamento

trmico de tmpera e revenimento por induo eletromagntica, em funo do tempo de

induo.


65/85

62

5.4. PERFIL DE DUREZA VICKERS AO LONGO DO COMPRIMENTO

DAS AMOSTRAS

No tratamento trmico por induo eletromagntica, a ocorrncia de alguns fenmenos

eletromagnticos torna difcil a previso da distribuio de corrente na pea a ser tratada e,

conseqentemente, a distribuio de temperatura. Uma no uniformidade do perfil de

temperatura na austenitizao ir provocar uma no u

aquecimentos por indução 2

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