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Pirassununga 2017
GABRIEL DOS SANTOS LONGO
ANÁLISE DAS CARACTERÍSTICAS DE UM AÇO SAE 1020 PARA UTILIZAÇÃO EM PROJETOS MECÂNICOS
Pirassununga
2017
ANÁLISE DAS CARACTERÍSTICAS DE UM AÇO SAE 1020 PARA UTILIZAÇÃO EM PROJETOS MECÂNICOS
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Centro Universitário Anhanguera, como requisito parcial para a obtenção do título de graduado em Engenharia Mecânica.
Orientador: Cesar Campos
GABRIEL DOS SANTOS LONGO
GABRIEL DOS SANTOS LONGO
ANÁLISE DAS CARACTERÍSTICAS DE UM AÇO SAE 1020 PARA UTILIZAÇÃO EM PROJETOS MECÂNICOS
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Centro Universitário Anhanguera, como requisito parcial para a obtenção do título de graduado em Engenharia Mecânica.
BANCA EXAMINADORA
Prof(ª). WILLIAM FERNANDO ORMIERES
Prof(ª). MARCOS GUILHERME SOARES PEREIRA DE GODOY
Prof(ª). MARCO ANTONIO FAVARO
Pirassununga, 2017
Dedico este trabalho...
A todos que me ajudaram nessa caminhada
AGRADECIMENTOS
Agradeço a todos os envolvidos em todos esses anos e principalmente aos
professores que trouxeram grande conhecimento a todos nós nesse período.
LONGO, Gabriel dos Santos. Análise das características de um aço SAE 1020 para utilização em projetos mecânicos. 2017. Número total de folhas. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) – Centro Universitário Anhanguera, Pirassununga, 2017.
RESUMO
O Engenheiro, assim como todos que desejam elaborar um projeto que envolva
aço, necessita estar bem preparado para fazer uma escolha inteligente e essa
escolha sempre será um desafio. É necessário um entendimento de como são
compostos e quais utilidades de cada tipo de aço no decorrer do projeto, incluindo
saber como ele surgiu até o ponto em que ele se rompe devido às tensões que
serão aplicadas, sendo isso essencial para o sucesso do trabalho. Baseado em
uma revisão de literatura com fontes concisas para conhecer o aço desde seu
nascimento até ensaios, como o de tração, que trazem os seus detalhes mais
particulares e cruciais. Este estudo disponibilizará ao leitor um entendimento
amplo do assunto.
Palavras-chave: Aço, História, Características, Classificações
LONGO, Gabriel dos Santos. Analysis of the characteristics of a SAE 1020 steel for use in mechanical projects. 2017. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) – Centro Universitário Anhanguera, Pirassununga, 2017.
ABSTRACT
The engineer, like everyone else who wants to elaborate a project which involves
steel, needs to be well prepared to make an intelligent choice and this choice will
always be challenging. It is necessary an understanding of how they are
composed and the utilities of each type of steel during the project, including the
knowledge of how it has emerged up to the point when it breaks due to the strains
that will be applied to it, being essential to the success of the assignment. Based
on a review of literature with concise sources to know the steel since its birth until
the trials, like the ones with traction, which brings more particular and crucial
details about it. This study will provide to the readers a broad understanding of the
subject.
Keywords: Steel, History, Characteristics, Classifications
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Funcionamento de um Alto-Forno .......................................................... 13
Figura 2 – Máquina Universal de Ensaio..................................................................18
Figura 3 – Gráfico Tensão-Deformação...................................................................19
Figura 4 : Corpo de prova aço SAE 1020.................................................................23
Figura 5: Curva tensão-deformação aço SAE 1020.................................................23
Figura 6: Análise metalográfica do aço SAE 1020...................................................24
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Lista da denominação norrmativa ABNT, AISI/SAE ............................... 16
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
AISI American Iron and Steel Institute
SAE Society of Automotive Engineers
NBR Norma Brasileira
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO.................................................................................................11
1. CONHECENDO O AÇO.........................................................................12
1.1 PROCESSO DE FABRICAÇÃO............................................................13
1.1.1 As classificações do aço........................................................................15
2. ENSAIOS MECÂNICOS.......................................................................17
2.1 ENSAIO DE TRAÇÃO...........................................................................17
2.1.1 As propriedades mecânicas..................................................................19
3. O AÇO SAE 1020..................................................................................22
3.1 ENSAIOS NO AÇO SAE 1020...............................................................22
3.1.1 Aplicabilidades em projetos...................................................................25
CONSIDERAÇÕES FINAIS.............................................................................27
REFERÊNCIAS...............................................................................................28
11
INTRODUÇÃO
Sempre que se necessita produzir algo, deve-se saber quais passos seguir
antes de começar, e é assim, analisando as características do material que será
envolvido na fabricação e desenvolvimento de um projeto que terá a certeza que se
está no caminho certo, no caso do aço, saber se aquele que você deseja aplicar é
compatível com o que se espera do produto final é de grande importância.
Atualmente o mercado oferece uma infinidade de tipos de aços e as
características deles variam muito de acordo com o processo em que é submetido
na sua produção, portanto um trabalho no qual haverá um estudo baseado em
referências de ensaios já produzidos com o aço, onde se permitiu saber
precisamente as propriedades e até onde esse aço pode chegar com tensões e
cargas aplicadas, é de extrema relevância quando tratamos de mecânica aplicada.
Eis que um engenheiro se depara com uma situação na qual precisa saber se
um aço SAE 1020 pode ser usado um projeto mecânico no qual ele está trabalhando
e, se depara com o seguinte problema: como saber quais as propriedades do aço
SAE 1020 para implantação em projetos?
Portanto, o objetivo geral deste trabalho foi, analisar dados e especificações
de um aço SAE 1020, e os três objetivos específicos são, primeiro, saber como
surge o aço, segundo, entender os ensaios a que são submetidos, e terceiro,
apresentar as características do aço SAE 1020.
O capitulo 1 abordará um estudo da fabricação do aço e suas aplicações, no
capítulo 2, os ensaios de tração e seus métodos e, por fim, o capitulo 3 trará a
análise completa das propriedades mecânicas do aço SAE 1020 quando submetidas
a tensões, finalizando o ciclo de conhecimento necessário para resolver o problema
descrito.
A metodologia utilizada para desenvolvimento do trabalho foi a revisão de
literaturas de especialistas quando o assunto é aço, ator principal do estudo. Utilizou-
se informações precisas e que são atuais de autores como Costa e Mei (1998), Marriot
(2015), Callister (2007) e Pfeil (2009) além de consultas em websites como da ABNT
(Associação Brasileira de Normas Técnicas), artigos publicados em revistas científicas
e fabricantes de aço, onde foram coletadas informações diversas.
12
1 CONHECENDO O AÇO
A matéria prima que faz o aço acontecer é o ferro e a história conta como foi a
evolução desse processo, e primeiramente para dominar o assunto aço, não se deve
olhar apenas o que já se tem, é preciso conhecer a história do que você quer trabalhar
para poder, aí sim, ter amplo conhecimento sobre o que está querendo falar.
Segundo consta na literatura de Marriot (2015), em tempos remotos os
primeiros povos que fizeram uso do minério de ferro que se encontrava em forma de
pedras sob a terra foram os Hititas, na região do Cáucaso, fazendo nele um
aquecimento com carvão onde ali já se formava uma massa ferrosa que era forjada a
seguir e usada para fabricação de ferramentas e objetos embora de forma arcaica. Ali
já estava nascendo nosso objeto de estudo, pois foi a partir do uso continuo desse
método que a produção de ferro evoluiu.
Com o passar dos séculos houve uma grande busca em desenvolver melhor
um método que esse ferro pudesse se tornar algo mais refinado e para melhor
utilização. Já na idade média haviam fornos mais desenvolvidos que possuíam a
capacidade de produzir grandes quantidades de ferro a partir da combustão e uso de
um sopro de ar que aumentava essa combustão e fazia o ferro absorver mais carbono
e seguiu-se assim por muito tempo.
Como conta Campos (1995), foi no período da revolução industrial que as
inovações surgiram em todos os setores, surgindo as indústrias e o ferro que já era
produzido amplamente em altos-fornos ganhou uma importância que mudaria os
rumos da história moderna. Surgiram teóricos como Reáumur, que estudou a redução
do ferro-gusa em aço e experiências bem-sucedidas como a de Huntsgman que
conseguir obter o aço em cadinho. A partir disso em meados de 1800, Bessemer,
trouxe um processo industrial que pela primeira vez permitiu produzir o aço de fato e
em grande escala pelo refino do ferro-gusa em um convertedor, que usava o sopro de
uma corrente de ar que atravessava o banho de ferro-gusa e o convertia em aço
liquido através da oxidação, eis então que de fato a liga de ferro que sempre foi usada
ganha esse capítulo importantíssimo que é o surgimento de uma liga mais resistente
que o ferro comum devido ao maior teor de carbono que obtinha após o processo de
fabricação desenvolvido tornando muito mais viável a construção de novos
13
equipamentos, máquinas, ferramentas, enfim, tudo mudou com esse material
revolucionário.
1.1 PROCESSO DE FABRICAÇÃO
O processo industrial responsável pela fabricação do aço é um fator de
conhecimento muito importante e interessante, pois essa transformação de minério
de ferro em aço embora pareça algo banal para a maioria das pessoas, é na verdade
o que define progresso de uma sociedade.
Conforme literatura de Pfeil (2009), inicialmente é retirado o minério de ferro do
solo, e o Brasil é sem dúvida nenhuma um grande protagonista pois é rico nas
reservas de minerais em seu território, gerando um grande fluxo de produção e
exportação. Nas indústrias siderúrgicas o processo se dá através do processo de alto-
forno conforme figura 1.
Figura 1 - Funcionamento de um Alto-Forno
Fonte: Pfeil (2009, p.06)
O principal meio de se produzir aço se dá na mistura inicial do minério de ferro
que é jogado no forno pela parte superior, misturado com calcário e coque e pela parte
14
de baixo do forno produz-se grande quantidade de ar quente, chegando a 1400ºC e o
coque é queimado gerando monóxido de carbono, então o óxido de ferro é reduzido
a ferro liquido com altíssimo teor de carbono enquanto o calcário ajuda na formação
da escória, tendo como resultado o ferro-gusa.
A partir daí, usando como fonte de informação documento disponível no site da
Gerdau, uma das maiores indústrias siderúrgicas do Brasil, o ferro-gusa ou também
chamado de ferro-fundido é transportado até o conversor da aciaria, e ali ocorre
novamente o refino desse metal que é convertido em aço através de um processo
onde é reduzida a quantidade de carbono e removida uma boa parte das impurezas
ali presentes, respeitando um limite que já é pré-determinado. Tudo isso é conseguido
graças a adição de oxigênio dentro de toda a massa ferrosa que queima o carbono,
além disso são adicionados também manganês, silício e fósforo que por fim ficam
sobre o aço líquido.
Esse momento é onde são feitas as misturas e reações que tornam o aço com
a composição desejada, é então que ele é levado até uma espécie de panela, e a
escória é descartada em outro local.
Basicamente o que se faz nessa etapa é um tratamento do aço na panela, pois
aço liquido se superaquece e começa então absorver gases e oxigênio contidos na
atmosfera e conforme é resfriado ele vai liberando esses gases lentamente até chegar
ao ponto próximo a solidificação, porém nesse momento deve-se ter grande cuidado
pois podem se formar grandes “buracos” no aço. Para evitar é feito a desgaseificação
do mesmo através da adição de elementos como alumínio e silício. Feito isso faz-se
um refinamento onde são excluídas partes de óxidos que não se diluem para não
haver influência nas características mecânicas desse material.
O próximo passo é conduzir o aço até o lingotamento continuo onde é vazado
até um distribuidor que o separa em diversos meios, passando por moldes de
resfriamento para solidificar-se em formas de tarugos onde vão ser cortadas em
condições adequadas a laminação.
Finalizando essa trajetória, temos a laminação que é um processo continuo
onde é feita a conformação mecânica e se inicia no forno de reaquecimento onde os
tarugos obtidos anteriormente no lingotamento para poder passar pelo processo, a
partir disso vai passando por várias gaiolas onde vai sendo moldado até chegar
finalmente aos produtos conhecidos da indústria como barras, perfis entre outros.
15
1.1.1 As classificações do aço
É sempre importante ter certeza que o aço que será empregado em um produto
ou projeto é o ideal, e dentre tantas variáveis de aços que surgem do processo de
fabricação supracitado foi essencial que houvessem padronizações.
Conforme Costa e Mei (2008), as classificações ajudam o comprador e o
produtor a fazer economia de recursos e tempo pois terá a certeza de que o material
comprado segue padrões pré-estabelecidos evitando assim desperdícios e erros de
projeto.
A necessidade de padronização levou entidades a dedicar-se em formalizar
tudo isso e hoje esses padrões são seguidos no mundo todo, temos uma variedade
imensa de classificações, tais como, aços e ligas especiais que são divididos em dois
métodos como classificação por meio de composição química e propriedades
mecânicas, ou então, classificados de acordo com seu uso onde podem ter
denominações como aço ferramenta, ou aço para construção, etc.
As mais conhecidas entidades normativas são a AISI (American Iron and Steel
Institute) e a SAE (Society of Automotive Engineers), além da ABNT (Associação
Brasileira de Normas Técnicas).
Na nomenclatura SAE, da qual inclusive aparece na descrição do aço que
compõe o objeto de estudo, existe a seguinte regra para classificação: são quatro
números que representam o elemento e porcentagem de carbono e mais algum
elemento de uma liga que está predominando no aço.
No primeiro número temos uma classificação por elemento, 1. aço-carbono, 2.
aço-níquel, 3. aço-cromo-níquel, 4. aço-molibdênio, 5. aço-cromo, 6. aço-cromo-
vanádio, 7. aço-tungstênio, 8. aço-níquel-manganês e 9. aço-silício-manganês.
Portanto, no caso do aço seguindo esse padrão é definido que um aço SAE 1020 é
sabido que é um aço-carbono que possui 0,20% de carbono.
16
Tabela 1 –Lista da denominação norrmativa ABNT, AISI/SAE
Fonte: ABNT – NBR NM 87 (2004)
A tabela 1, que é o modelo de classificação seguido pela ABNT por meio da
NBR (Norma Brasileira) 6006, usando como referencial os critérios definidos pela AISI
e SAE e demonstra o que foi dito sobre composição química e classificação, trazendo
detalhamento total de todos os outros tipos de aço.
Essa universalização permite que o mundo esteja conectado em uma só língua
quando se falar em aço e seus tipos, o que se torna extremamente mais simples essa
parte que é tão crucial como a escolha de um material.
17
2. ENSAIOS MECÂNICOS
Os ensaios mecânicos são parte fundamental para quem deseja saber mais
sobre como um material se comporta diante das mais diversas formas de situações.
Conforme conta Souza (1982) quando uma força é aplicada em um material sólido,
há uma deformação nesse material e o que determina em que momento a resistência
a essa força sem se deformar acaba é feito através dos ensaios mecânicos.
Os ensaios podem ser classificados de várias maneiras de acordo com seu
método e objetivo, e estão classificados em dois princípios, os ensaios relativos a
integridade e os ensaios relativos a velocidade. Se enquadra nos ensaios que
apontam integridade os ensaios destrutivos, que são aqueles que provocam
inutilização parcial ou total da peça, por exemplo, o ensaio de tração e os ensaios não-
destrutivos nos quais a peça não tem sua integridade comprometida, um exemplo é o
ensaio feito com raios-x.
Em relação aos ensaios de velocidade, estão subdivididos em três categorias,
são elas, ensaios estáticos, que consistem em aplicação de uma carga lenta sobre o
material em estado de equilíbrio, os ensaios dinâmicos, onde é aplicada uma carga
rápida ou então cíclica afim de testar itens como fadiga e impacto, e por fim existem
os ensaios de carga constante que são feitos através de uma carga aplicada durante
longo período sobre a peça.
O ensaio mais utilizado e que traz resultados mais relevantes é o ensaio de
tração, que conforme Souza (1982) é o mais importante ensaio pela facilidade de
execução e pela sua reprodutividade de seus resultados que são gerados após sua
realização.
2.1 ENSAIO DE TRAÇÃO
O ensaio de tração consiste, conforme conta Callister (2007) em um teste onde
uma amostra (corpo de prova), que tem dimensões padronizadas por normas
especificas, é submetida a uma força aplicada com o intuito de causar a deformação
da mesma para conhecer suas características e como são amostras padronizadas
18
podem, posteriormente, serem comparadas em relação a outros materiais testados
por meio deste ensaio.
No caso dos metais em geral esse ensaio é um importante fator quando se quer
conhecer as suas características por razões das mais diversas, seja técnica ou até
mesmo segurança de uso.
O ensaio é realizado geralmente em uma máquina universal, conforme figura
2, que leva essa denominação por ter a capacidade de oferecer não apenas para o
ensaio de tração, mas muitos outros tipos de ensaios.
Figura 2 – Máquina Universal de Ensaio
Fonte: Telecurso 2000 (Ensaio de Materiais, Cap. 04, pág.4)
Ela geralmente é hidráulica ou eletromecânica e possui uma ligação com um
dinamômetro ou então célula de carga na qual é medida a força que se aplica no corpo
de prova. Possui ainda um extensômetro que, conforme a maquinas realiza os
esforços ele coleta as informações do que está ocorrendo no processo e as manda
diretamente em um computador e com novas tecnologias a precisão é cada vez maior.
Segundo Souza (1982) no teste o corpo de prova é fixado em um local através
da suas pontas, ou seja, as partes mais extremas e é aplicada uma carga na direção
axial e durante o andamento do teste e esforços aplicados, pode-se dizer que toda
essa força aplicada é distribuída uniformemente pelo material até o momento de sua
ruptura, e como a carga que é aplicada pode ser totalmente controlada, o nível de
19
precisão é muito grande, aparecendo essa precisão no gráficos que é disponibilizado
após o teste.
Entre as principais características resultantes do ensaio destacam-se: Limite de Resistência à Tração (σu), Limite de Escoamento (σe), Módulo de Elasticidade (E), Módulo de Resistência (Ur), Módulo de Tenacidade (Ut), Ductibilidade, Coeficiente de Encruamento (n) e Coeficiente de Resistência
(k). (GARCIA, SPIM, SANTOS, 2012).
2.1.1 Propriedades encontradas através do ensaio de tração
A quantidade de propriedades que um ensaio de tração nos apresenta ao seu
final é bem grande, e a partir disso é possível dar andamento com muito mais
segurança e confiança ao trabalho.
O resultado principal de todo o ensaio é o diagrama tensão deformação, que
vem em forma de gráfico, onde a curva nele encontrada serve como parâmetro para
observarmos os diferentes momentos da peça durante o ensaio, conforme mostrado
abaixo.
Figura 3 – Gráfico Tensão-Deformação
Fonte: Souza (1988)
20
De modo simplificado o gráfico da figura 3 nos apresenta de 0 a A o
comportamento elástico do material, enquanto de A a B situa-se a região de
escoamento até entrar em seu intervalo de B a F é mostrada a passagem pela região
plástica chegando até a fratura ou rompimento do material.
Conforme Callister (2007) a deformação elástica é algo reversível, ou seja, o
material quando sofre uma carga se deforma até certo ponto que, caso essa carga
seja retirada, a peça volta a seu estado original. Ainda segundo o autor, o limite que
um material pode se deformar varia de acordo com a relevância da tensão aplicada e
nos metais em sua maioria, há uma correlação de proporcionalidade entre tensão e
deformação.
O módulo de elasticidade, segundo Souza (1982) é a rigidez do material, ou
seja, o valor do módulo quanto maior for, menor será a deformação elástica diante de
uma tensão aplicada, significando assim que o material é mais rígido conforme maior
for seu módulo de elasticidade.
Após a crescente tensão do material no ensaio, chega-se a uma região
chamada região de escoamento, que é definida por Callister (2007) como o nível de
tensão máxima que o material consegue suportar antes de entrar na fase plástica.
Trata-se de uma região intermediária, que o material possui, onde caso a cesse a
tensão ainda poderá ser possível voltar ao estado original, porém já com risco de
haver mudança pequenas na estrutura.
Quando o material rompe a barreira da região de escoamento, entra na região
plástica, o que torna todas as próximas deformações permanentes na peça, é
representada pela curva no diagrama tensão-deformação e nesse momento ocorre
um grande deslocamento dos átomos que compõem o material devido a tensão
aplicada nele em forma de resposta. Após ocorrer esse deslocamento, vão se
formando novas ligações entre esses átomos e é irreversível o retorno dos mesmo a
posição primária, fazendo assim, com que o material deforme permanentemente.
A fratura é o último estágio que o ensaio produz e ela é definida por Garcia;
Spim; Santos (2012) como a fragmentação ou separação de um material sólido após
aplicação de uma tensão sobre ele dividindo-se em duas ou várias partes.
Há dois tipos de classificação de falhas e Pfeil (2012) diz que a fratura dúctil é
aquela que o material é sujeitado a grande deformação plástica e a fratura frágil é o
21
oposto, ou seja, surge de uma trinca podendo partir de diversos agentes como efeitos
térmicos locais causados, por exemplo, por soldagem elétrica.
Nos aços e metais a confiabilidade deve-se toda ao conhecimento que é
adquirido por meio de ensaios como esse, de tração. Fatores como já citados
anteriormente como resistência, que é a capacidade de suportar tensões externas
sem ter nenhuma deformação, elasticidade, que nos indica o quanto o material pode
sofrer de tensão e deformar-se porém voltando ao seu estado original logo após a
retirada da carga e também a plasticidade, que é onde o material já entra em zona de
risco por não ser mais capaz de retornar ao seu estado anterior, são determinantes
para começar um trabalho que deve ser confiável desde o seu princípio.
A tecnologia vem desenvolvendo cada vez mais recursos para descobertas
cada vez mais microscópicas e completas de análise de materiais, porém, com uma
metodologia ainda bem simples se comparada a outras, o ensaio de tração tradicional
ainda se mostra de uma eficácia enorme, e é importantíssimo nos dias atuais para
detecção de características do aço e qualquer outro material.
22
3. AÇO SAE 1020
O aço SAE 1020, denominado assim por seguir os padrões da Society of
Automotive Engineers é produzido na indústria em uma escala muito grande, e tem
como suas principais características a seguinte composição química segundo a
Arcellor Mittal, uma das maiores produtoras do mundo:
Carbono ( C ) – varia entre 0,18% e 0,23%, daí vem a nomenclatura 1020, onde
os dois últimos números representam a quantidade de carbono nele presente.
Manganês (Mn) – presente na faixa de 0,3% a 0,6%, que está presente nos
aços a fim de reduzir óxidos e evitar a fragilização a quente ocasionada pelo sulfeto
de ferro, além disso, aumenta a temperabilidade.
Silício (Si) – quantidade igual ou pouco inferior a 0,1%. O silício atua no aço
dissolvendo-se na ferrita e atuando como elemento endurecedor.
Conforme já se mostrou no capítulo anterior, quando se quer usar um aço para
emprego em determinados projetos, deve-se realizar um estudo em cima do mesmo,
e o ensaio de tração é o que mais traz informações, portanto para conhecer essas
características do aço SAE 1020 é também de suma importância a realização de um
ensaio.
3.1 ENSAIOS NO AÇO SAE 1020
Usando como fonte de informação o artigo “Ensaio de tração e metalografia do
aço SAE 1020” publicado na Revista Engenharia em Ação (2017, pg 70-82) foi
possível trazer ao trabalho o passo-a-passo e também os resultados obtidos de um
ensaio de tração em um aço SAE 1020 complementado por um ensaio metalográfico
no qual pôde-se ter uma completa noção de tudo que se passa no material quando
submetido ao seu limite.
O processo inicia-se com a confecção de um corpo de prova adequado as
normas ABNT para realização do experimento, conforme figura a seguir.
23
Figura 4 : Corpo de prova aço SAE 1020
Fonte: Revista Engenharia em Ação (2017)
Esse corpo de prova apresentado na figura 4 deve, segundo a NBR 6152-1, ser
submetido ao ensaio numa temperatura ambiente, que pode variar de 10ºC a 35ºC, e
ensaios sob condições controladas podem ser executados a temperatura de 23ºC com
variação de 5ºC para mais ou para menos.
A máquina utilizada no processo é uma máquina universal e nessas garras
existem os sensores que são responsáveis por fornecer os dados do ensaio ao
computador conectado, gerando os resultados.
Após a realização do ensaio de tração, que tracionou o corpo de prova até sua
ruptura, obteve-se o gráfico da curva tensão-deformação conforme figura 5.
Figura 5: Curva tensão-deformação aço SAE 1020
Fonte: Revista Engenharia em Ação (2017)
24
O gráfico aliado a outras informações obtidas pelos sensores da máquina e
transmitidas ao computador, apresentam dados que mostram claramente tudo que a
teoria nos mostra, conseguindo identificar onde estão localizados os limites de região
do material, seja ela a região elástica, o limite de escoamento e também a região
plástica.
No caso do aço 1020, conforme dados expressados no artigo pesquisado,
houve um alongamento de 11% no corpo de prova e uma estricção de 52,49%, que é
a redução porcentual da área de seção transversal do corpo de prova no local onde a
ruptura acontece.
O módulo de elasticidade é de 185,27 GPa, enquanto a tensão de resistência
é de 513 MPa e o limite de escoamento é de quase 469 MPa.
De acordo com Souza (1982) um ensaio metalográfico ajuda a avaliar a história
prévia de um material e sua composição exata, aliado a um ensaio mecânico como o
ensaio de tração.
Esse ensaio conforme Callister (2007) é usado para estudar a microestrutura
através de análise microscópica, porém, antes de ser utilizada no microscópio a
amostra deve passar por alguns preparos químicos e físicos também, tais como, lixar
e polir a amostra até obter um acabamento liso e também usar reagentes químicos
apropriados em uma espécie de ataque, que revelará como é a estrutura interna do
aço.
Figura 6: Análise metalográfica do aço SAE 1020
Fonte: Sarruf, Bernardo (2015)
25
Na figura 6 é mostrada a microestrutura do aço 1020 onde a parte mais escura
representa cementita que dispõe de praticamente todo o carbono e no restante em
cor mais clara está a ferrita que é grande maioria no aço.
Conforme Hiibbeler (2004) a cementita é responsável pela dureza do material
e capacidade de oferecer resistência a altas temperaturas, portanto quanto mais teor
de carbono em um aço mais cementita ele terá, ficando com maior dureza e
acarretando em uma maior resistência, porém ela torna o material mais frágil.
Ainda segundo Hiibbeler (2004) existe a compensação dessa fragilidade da
cementita pela ferrita que proporciona uma ductibilidade maior tornando por ser
menos dura e tornando o aço bem mais trabalhável.
Existe ainda a possiblidade de realização de tratamentos térmicos que são
capazes de mudar a microestrutura do aço transformando suas capacidades como
aumento de dureza, por exemplo.
3.1.1 – Aplicabilidade em projetos
O aço é o material que revolucionou a história moderna e sua utilidade é
tamanha que em quase todos os lugares que estamos possui algum objeto, ou então
foi construído com aço.
Como conta o Instituto Aço Brasil em seu site, as aplicabilidades do aço são
realmente extensas, saindo desde a produção de embalagens com funções de
armazenagem e conservação de alimentos, até a produtos químicos e trazem uma
característica muito positiva que é a possibilidade de ser reciclado totalmente. Há
também setores que o aço trouxe a possibilidade de acessibilidade ao progresso,
como no setor de energia, estando presente em hidrelétricas e torres de transmissão
de energia para dar um exemplo vital, e também é destaque na agricultura, onde
desempenha papel importante na preparação da terra através de equipamentos feitos
a partir dele, até a hora da colheita onde a produção é armazenada.
No caso do aço SAE 1020 o seu uso é amplamente visto na indústria em geral
por possuir uma característica extremamente importante, que é a boa forjabilidade e
soldabilidade devido as suas propriedades, que aliam ótimo custo benefício.
26
É quase parte integrante de todos os tipos de projeto e um exemplo muito
importante são as indústrias automotivas que fazem seu uso em uma imensa
quantidade de peças. Uma infinidade de componentes mecânicos é feito com o 1020
como engrenagens, eixos, virabrequim, anéis de engrenagem, além de ser ideal para
parafusos, pregos e muitos outros.
Geralmente seu uso está sempre indicado para fabricação de peças que
necessitam receber algum tratamento na superfície com intuito de aumentar a dureza,
e o principal é a cementação, pois aumenta-se a dureza e o valor agregado ainda é
menor que a opção por um outro tipo de aço com características, conforme contam os
fornecedores em seus sites.
A variedade de forma de aquisição é bem grande, há venda de barras
laminadas, barras trefiladas e barras forjadas além de chapas e outras variadas
formas.
O grande mérito do aço SAE 1020 se dá pelos seus bons valores de tensão de
resistência, módulo de elasticidade e ductibilidade, além de grande valia quando
passa por algum tratamento, tudo isso aliado a um baixo custo, o que o torna o aço
preferido para uso em aplicações que possam demanda-lo como soldagens, mas
sempre devendo ser bem projetado seu uso, respeitando suas propriedades e limites
a esforços e tensões dos projetos.
27
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Foram discutidos no trabalho aspectos importantes relativos ao aço, que é parte
integrante do mundo moderno e sua utilização é vasta. O conhecimento do processo
desde seu início até sua finalização na indústria rende grande bagagem informativa
para quem necessita utilizá-lo, e além disso é sempre necessário saber que há normas
que regulam os diferentes tipos do material existentes.
Quanto aos ensaios mecânicos, o fato de existirem especificações sobre o que
será utilizado pelas pessoas nos processos traz a necessidade de desvendar se o que
foi produzido e comercializado está dentro da normalidade, ou seja, se o aço atendeu
as especificações que a ele foram designadas e esses métodos são imprescindíveis
para controlar o que será usado.
Por fim, a análise de um ensaio de tração e metalográfico publicado em artigo
científico ajudou a desvendar quais as reais características de um aço SAE 1020 que
foi objeto de estudo do trabalho, trazendo resultados concisos e de alta confiabilidade
para submeter tal material a determinadas trações. A aplicação em projetos foi
estudada através das pesquisas em literaturas e constatou-se que é um aço muito
dinâmico e de boa resistência e soldabilidade o que o tornou uma excelente opção a
diversos tipos de projetos, portanto, o trabalho trouxe ao leitor informações que foram
úteis desde o conhecimento mais básico até as características mais únicas de um aço
SAE 1020.
O objetivo proposto pelo trabalho foi alcançado pois foram colhidas através de
diversas fontes informações que levou a um entendimento claro de todas as
características necessárias para usos em diversos projetos que envolvem esse aço.
Para trabalhos futuros o uso do conteúdo para fonte de informações sobre o mesmo
poderá ser aproveitado, gerando uma boa argumentação aos que procurarem um bom
aço a se trabalhar caso as características que foram apresentadas encaixem-se nos
padrões desejados.
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