identificação componentes atraves tratamentos termicos

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MIEM – Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Materiais de Construção Mecânica I 2º Ano - 2° Semestre – 2012/2013 Relatório de Trabalho Prático Identificação de Componentes Fábio Jorge Gonçalves Neto – 201105461 Inês Figueiredo Baptista – 201107890 Ricardo Coelho Salvado – 201106746 Grupo de Trabalho: M12.92 Docente: Lucas Filipe Silva 22 de Maio de 2013

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Este relatório tem como objectivo a identificação de componentes de um dado material, nomeadamente na análise de uma peça de aço utilizada na suspensão de um Peugeot.Ao longo do trabalho foram feitos diversos tratamentos térmicos e ensaios mecânicos, de modo a obter microestruturas e durezas, que, após uma análise dos resultados obtidos, permitirão saber a percentagem aproximada de carbono e elementos de liga do aço e, se possível, com estas informações, determinar o aço em questão.

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  • MIEM Mestrado Integrado em Engenharia Mecnica

    Materiais de Construo Mecnica I

    2 Ano - 2 Semestre 2012/2013

    Relatrio de Trabalho

    Prtico

    Identificao de Componentes

    Fbio Jorge Gonalves Neto 201105461

    Ins Figueiredo Baptista 201107890

    Ricardo Coelho Salvado 201106746

    Grupo de Trabalho: M12.92

    Docente: Lucas Filipe Silva

    22 de Maio de 2013

  • ndice de Contedos

    Agradecimentos i

    ndice de Figuras... ii

    ndice de Grficos. iii

    ndice de Tabelas..... iii

    1. Introduo 1

    2. Informaes Sobre o Material Escolhido 2

    3. Anlise do Estado Fornecido 5

    4. Ensaio Dilatomtrico. 8

    5. Reviso Bibliogrfica de Possveis Aos 10

    a) Ao Norma DIN CK45 10

    b) Ao Norma DIN ST 52.3 .. 11

    c) Ao Norma DIN ST 37.3 .. 12

    6. Tratamentos Trmicos Aplicados.... 13

    a) Recozido. 13

    Planeamento. 13

    Anlise de Resultados. 15

    b) Tmpera. 17

    i. Tmpera em gua 18

    Planeamento. 18

    Anlise de Resultados. 18

    ii. Tmpera em leo ... 21

    Planeamento. 21

    Anlise de Resultados. 22

    7. Concluso.. 24

    8. Anexos.... 25

    a) Preparao Microgrfica das Amostras.. 25

    b) Ensaio de Dureza Vickers 29

    c) Ao CK 45 (Norma DIN) .. 31

    d) Ao ST 52-3 (Norma DIN) .. 32

    e) Ao ST 37-2 K (Norma DIN) .. 33

  • f) Ao XC 42 (Norma AFNOR) 34

    g) Ao XC 55 (Norma AFNOR) 35

    h) Ao XC 48 (Norma AFNOR) 36

    i) Ao XC 70 (Norma AFNOR) 37

    j) Ao XC 32 (Norma AFNOR) 38

    k) Ao 36 M 6 (Norma AFNOR) 39

  • i

    Agradecimentos

    Agradece-se a todos os que contriburam para a realizao deste trabalho prtico,

    principalmente ao professor Lucas Filipe Martins da Silva, pelo apoio, orientao e

    valiosas informaes e dicas dadas.

    Ao professor Viriato Teixeira de Abreu e Antunes, pelas importantes informaes

    apresentadas nas aulas tericas.

    Ao professor Jos Ferreira Duarte, por fornecer documentos necessrios ao melhor

    conhecimento de componentes automveis e os aos neles utilizados.

    assistente tcnica Emlia do Rosrio Rocha Soares, por se disponibilizar a

    preparar amostras e por realizar os tratamentos trmicos requeridos.

    Ao tcnico Rui Antnio Martins da Silva, por se mostrar sempre disponvel para

    realizar os ensaios de dureza necessrios.

    E a todos aqueles que directa ou indirectamente colaboraram para que este

    trabalho se realizasse.

  • ii

    ndice de Figuras

    Figura 1 Fotografia do veio usado. 2

    Figura 2 Peas novas da suspenso traseira de um Peugeot 206 (Veio,

    rolamentos de agulhas e retentor). 2

    Figura 3 Peas novas da suspenso traseira de um Peugeot 206 (Veio,

    rolamentos de agulhas e retentor). 3

    Figura 4 Desenho de vista explodida de parte da suspenso traseira. 4

    Figura 5 Fotografia da suspenso traseira montada num Peugeot 206. 4

    Figura 6 Diagrama de equilbrio Ferro-Carbono. 5

    Figura 7 Microestrutura da amostra no estado fornecido. Ampliao 400x. 6

    Figura 8 Microestrutura da amostra no estado fornecido.com Ampliao

    40x. 6

    Figura 9 Microestrutura da amostra aps recozido. Ampliao 400x. 15

    Figura 10 Microestrutura da amostra aps recozido. Ampliao 30x. 16

    Figura 11 Microestrutura do ao aps tmpera em gua. Ampliao 400x. 19

    Figura 12 Microestrutura do ao aps tmpera em leo. Ampliao 400x. 22

    Figura 13 Mquina de corte com disco abrasivo refrigerado. 24

    Figura 14 Amostra da pea de ao montada em resina. 25

    Figura 15 Mquina de polir com discos abrasivos de granulometria de 80 e

    180, respectivamente da esquerda para a direita. 25

    Figura 16 Mquina de polir com discos abrasivos de granulometria de 320 e

    800, respectivamente da esquerda para a direita. 26

    Figura 17 Mquina de polir com disco feltro para polimento de acabamento

    com alumina. 26

    Figura 18

    Amostra da pea de ao aps polimento e ataque qumico, j com

    as impresses deixadas pelo penetrador aquando da medio da

    dureza.

    27

    Figura 19 Microscpio ptico e computador utilizados na observao de

    microestruturas. 27

    Figura 20 Esquematizao do penetrador Vickers e a impresso deixada. 28

    Figura 21 Mquina de mediao de durezas. 29

  • iii

    ndice de Grficos

    Grfico 1 Curvas dilatomtricas do ao analisado. 9

    Grfico 2 Planeamento do recozido. 14

    Grfico 3 Planeamento da tmpera em gua. 18

    Grfico 4 Relao Dureza / Percentagem de Carbono. 19

    Grfico 5 Planeamento da tmpera em leo. 21

    ndice de Tabelas

    Tabela 1 Normalizao do ao CK 45. 10

    Tabela 2 Composio qumica do ao CK 45. 10

    Tabela 3 Normalizao do ao ST 52-3. 11

    Tabela 4 Composio qumica do ao ST 52-3. 11

    Tabela 5 Normalizao do ao ST 37-2 K. 12

    Tabela 6 Composio qumica do ao ST 37-2 K. 12

    Tabela 7 Resultados experimentais das tmperas. 23

  • 1

    1. Introduo

    Este relatrio, efectuado no mbito da Unidade Curricular de Materiais de

    Construo Mecnica 1, tem como objectivo a identificao de componentes de um

    dado material, nomeadamente na anlise de uma pea de ao utilizada na suspenso

    de um Peugeot.

    Ao longo do trabalho foram feitos diversos tratamentos trmicos e ensaios

    mecnicos, de modo a obter microestruturas e durezas, que, aps uma anlise dos

    resultados obtidos, permitiro saber a percentagem aproximada de carbono e

    elementos de liga do ao e, se possvel, com estas informaes, determinar o ao em

    questo.

    De seguida apresenta-se o esquema de todo o trabalho realizado:

  • 2

    2. Informaes Sobre o Material Escolhido

    A pea escolhida para analisar foi um veio em ao pertencente ao eixo traseiro

    da suspenso de um Peugeot 206. Uma pea j usada que foi substituda de um

    automvel, uma vez que j apresentava um grande desgaste na sua superfcie,

    provocado pelos rolamentos de agulhas que trabalham inseridos neste veio, como se

    pode observar pela diferena entre as figuras 1 e 2.

    Figura 1 Fotografia do veio usado.

    Figura 2 - Peas novas da suspenso traseira de um Peugeot 206 (Veio, rolamentos de agulhas e retentor). 1

    O Peugeot 206 um dos modelos de automveis que usa uma suspenso

    traseira com barras de toro, duas barras presas fora a fora entre os braos de

    1 http://www.platformpecas.com.br/eixo-traseiro/kit-ponta-do-eixo-e-rolamento-tras-peugeot-306.html

  • 3

    suspenso direito e esquerdo que fazem a ligao com a respectiva roda. Estas barras

    que permitem a toro, absorvem os impactos das rodas ao deformarem-se

    separadamente, o que provoca uma independncia de reaces da suspenso a

    oscilaes entre as duas rodas traseiras. Evita que, por exemplo, um ressalto na roda

    esquerda interfira na da direita, esta ligao substitui as molas helicoidais

    caractersticas de um outro tipo de suspenso.

    Figura 3 - Esquema representativo da suspenso traseira com barras de toro de um

    Peugeot 206. 2

    Atravs da figura 4 consegue perceber-se como que o veio analisado se

    enquadra na estrutura da suspenso traseira. Existe um eixo principal tubular no qual

    se insere, parcialmente em cada extremidade, um veio igual ao analisado, juntamente

    com dois rolamentos de agulhas e um retentor introduzidos em cada um dos veios.

    Estes rodam independentemente um do outro, dentro do eixo principal, de acordo

    com as oscilaes das rodas a que esto ligados atravs de cada um dos respectivos

    braos de suspenso traseiro direito e esquerdo. Essa ligao ao brao feita pelo

    encaixe na extremidade do veio que fica fora do eixo principal.

    2 http://forum.autohoje.com/forum-geral/63264-chassis-vs-suspensao-2.html

  • 4

    Figura 4 - Desenho de vista explodida de parte da suspenso traseira.3

    O desgaste desta pea, visvel na figura 1, uma avaria frequente no Peugeot

    206 e provoca rudos na suspenso traseira durante o andamento do automvel. A

    reparao feita atravs da substituio deste veio por um novo, assim como a

    aplicao de novos rolamentos de agulhas que tambm ficam danificados. de

    esperar que a dureza do ao desta pea seja elevada, uma vez que tem de suportar um

    contacto contnuo dos rolamentos de agulhas na sua superfcie, de forma a no criar

    desgaste no veio.

    Figura 5 - Fotografia da suspenso traseira montada num Peugeot 206.

    3 http://produto.mercadolivre.com.br/MLB-471679481-kit-rolamento-do-eixo-peugeot-_JM

  • 5

    3. Anlise do Material no Estado Fornecido

    Aps a escolha da pea a ser analisada, cortou-se a mesma no sentido de obter

    amostras mais pequenas, para serem efectuados os tratamentos trmicos necessrios.

    Procedeu-se, ento, preparao de uma dessas amostras para examinada

    microscopicamente4 com o objectivo de determinar a sua microestrutura e sua dureza

    no estado fornecido.

    A microscopia revelou uma estrutura formada por ferrite e perlite, sendo esta

    ltima muito lamelar, pelo que a sua percentagem de carbono se encontra entre

    0,03% e 0,86%, de acordo com o diagrama de equilbrio metastvel Fe-C, da figura

    seguinte.

    Figura 6 Diagrama de equilbrio Ferro-Carbono. 5

    4 Ver procedimento de preparao microgrfica da amostra no anexo a). 5 http://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=iron-carbon_phase_diagram

  • 6

    Pde tambm verificar-se que este ao pouco ligado, devido presena da

    perlite lamelar bem definida, e se encontra deformado, visvel pelo alongamento dos

    constituintes do ao na figura 8.

    Figura 7 Microestrutura da amostra no estado fornecido. Ampliao 400x.

    Figura 8 Microestrutura da amostra no estado fornecido. Ampliao 40x.

    Perlite

    Ferrite

  • 7

    Posteriormente microscopia, efectuou-se um ensaio de dureza, tendo-se

    determinado um valor de 173 HV. A escala utilizada foi a Dureza Vickers6 (HV) e a fora

    aplicada foi de 40 kg.

    Estas informaes so cruciais na seleco de possveis aos. ento possvel

    eliminar os que apresentam muitos elementos de liga e que tenham uma percentagem

    de carbono, ou inferior a 0,03% de Carbono ou superior a 0,86% de Carbono, visto que

    estes j no tm uma estrutura formada por ferrite e perlite.

    6 Ver explicao do procedimento no anexo b).

  • 8

    4. Ensaio Dilatomtrico

    A realizao de um ensaio dilatomtrico permite obter as curvas dilatomtricas de

    um dado material e assim ficar a conhecer os seus pontos de transformao. O

    conhecimento destes pontos essencial para identificao do ao estudado, uma vez

    que permite comparar com as informaes sobre possveis aos obtidas na seco 5 e

    nos anexos. Desta maneira possvel chegar a mais uma confirmao do tipo de ao

    escolhido.

    Este ensaio pode ser do tipo absoluto ou diferencial, sendo que o realizado neste

    mbito foi do primeiro tipo.

    Pela observao do grfico 1, na curva mais acima (correspondente ao

    aquecimento) verifica-se inicialmente um aumento linear do comprimento (verificado

    pelo extensmetro LVD7) com o aumento da temperatura at se atingir o ponto

    crtico. Neste ponto a variao do comprimento com a temperatura altera-se. Esta

    temperatura designa-se por Ac1 e tem o valor de 737C e corresponde primeira

    transformao alotrpica. Esta transformao alotrpica corresponde a uma alterao

    da estrutura cristalina de CCC para CFC, o que devido s densidades atmicas das

    mesmas promove uma diminuio do volume, uma vez que a austenite (CFC) tem

    maior factor de ocupao atmica relativamente ferrite (CCC)7.

    A partir deste ponto, o comprimento diminui com o aumento da temperatura at

    ao prximo ponto crtico em que o material j s apresenta uma estrutura cristalina

    CFC. A temperatura correspondente a este ponto designa-se Ac3 e toma o valor de

    775C. Pelo mesmo raciocnio, na curva mais abaixo do grfico (correspondente ao

    arrefecimento), possvel fazer uma estimativa das temperaturas Ar1 e Ar3, que

    tomam os valores de 673C e 724C, respectivamente. As temperaturas Ac1 e Ac3 so

    uma boa aproximao das temperaturas de transio de equilbrio.

    Com estes valores possvel ter um termo de comparao com o conjunto de aos

    possveis. Assim, possvel excluir aqueles cujos pontos de transformao diferem,

    numa proporo considervel, dos valores obtidos.

    7 ANTUNES, Viriato, DUARTE, Teresa e SILVA, Lucas (2012), Problemas e Trabalhos Prticos de Metalurgia, FEUP Edies, Porto.

  • 9

    Grfico 1 Curvas dilatomtricas do ao analisado.

  • 10

    5. Reviso Bibliogrfica de Possveis Aos

    Conforme as informaes disponveis e encontradas, foi possvel chegar a vrios

    aos que podem corresponder ao ao analisado. A informao mais relevante a

    recolher a composio qumica de cada ao, bem como os seus diagramas TRC

    (diagramas de arrefecimento contnuo), que possibilitaro excluir aqueles que no se

    adequam com os resultados obtidos (constituintes presentes e as suas percentagens

    mssicas e valores de dureza).

    Deste modo, seguidamente apresentam-se aos, que dentro da classe Aos de

    Construo ao Carbono, uma vez que no apresentam elementos de liga, eram aqueles

    em que as aplicaes mais se enquadravam na nossa pea. Em anexo encontram-se

    outros possveis aos, que foram seleccionados de acordo com o seu teor de carbono

    (0,03% a 0,86%).

    a) Ao Norma DIN - CK 458

    Classe: Ao de Construo ao Carbono

    Designao:

    EURONORM AISI UNE DIN W. NR

    C 45 E 1045 F-1140K CK 45 K 1.1191

    Tabela 1 Normalizao do ao CK 45.

    Composio Qumica:

    C Si Mn Cr Mo Ni V W Outros

    0.46 mx. 0.40

    0.65 mx. 0.40

    mx. 0.10

    mx. 0.40

    - - (Cr+Mo+Ni)=

    mx. 0.63

    Tabela 2 Composio Qumica do ao CK 45.

    8 http://www.metalravne.com/selector/steels/ck45.html

  • 11

    Temperaturas de Transformao:

    Ac1= 720C

    Ac3= 790C

    Aplicaes:

    Ao ao carbono utilizado em situaes em que so necessrias boa resistncia

    ao desgaste a altas velocidades, dureza e boa preciso dimensional. Tambm

    apresenta boa maquinalidade. Utilizado em componentes automveis, eixos, bielas,

    buchas e ferramentas, como martelos, machados ou facas (entre outras).

    Diagrama de Arrefecimento Contnuo (TRC): ver anexo c).

    b) Ao Norma Din ST 52-39

    Classe: Ao de Construo ao Carbono

    Designao:

    EURONORM AISI UNE DIN W. NR

    S 355 J0 / S 355 J2 S 355 J2

    1024 AE355D St 52.3 1.0553 / 1.0577

    Tabela 3 Normalizao do ao ST 52-3.

    Composio Qumica:

    C Si Mn Cr Mo Ni V W Outros

    0,22 0,55 1,60 - - - - - -

    Tabela 4 Composio Qumica do ao ST 52-3.

    Temperaturas de Transformao:

    Ac1= 735C

    Ac3= 820C

    9 http://www.ramada.pt/index.php?op=18&op2=pesq

  • 12

    Aplicaes:

    Ao de construo no ligado, ideal para estruturas em construo soldada.

    Apresenta boa maquinabilidade. Utilizado em rgos de mquinas.

    Diagrama de Arrefecimento Contnuo (TRC): ver anexo d).

    c) Ao Norma Din ST 37-2 K10

    Classe: Ao de Construo ao Carbono

    Designao:

    EURONORM AISI UNE DIN W. NR

    - - AE335B St 37-2 K 1.0037

    Tabela 5 Normalizao do ao ST 37-2 K.

    Composio Qumica:

    C Si Mn Cr Mo Ni V W Outros

    0,20 - 1,40 - - - - - -

    Tabela 6 Composio Qumica do ao ST 37-2 K.

    Temperaturas de Transformao:

    Ac1= 725C

    Ac3= 820C Aplicaes:

    rgos de mquinas e construo soldada.

    Diagrama de Arrefecimento Contnuo (TRC): ver anexo e).

    10 http://www.ramada.pt/index.php?cat=45&eb=13

  • 13

    6. Tratamentos Trmicos Aplicados

    Tratamentos trmicos so processos trmicos (aquecimento e arrefecimento)

    realizados nos aos com a finalidade de modificar a estrutura dos mesmos,

    melhorando assim as suas caractersticas mecnicas, sem alterar, contudo, a sua

    composio qumica.

    Existem diversos tratamentos trmicos, mas para o trabalho experimental em

    questo, foram apenas realizados a tmpera com diversos arrefecimentos diferentes e

    o recozimento.

    a) Recozido

    Recozidos so tratamentos que provocam o aparecimento de estruturas de

    ferrite + carbonetos, aps uma passagem por um estado total ou parcialmente

    austentico, possibilitando assim a obteno de um estado prximo do equilbrio

    termodinmico, bastante macio. Para tal, faz-se um aquecimento at ao domnio

    austentico, a uma determinada velocidade, durante um determinado tempo de

    estgio, e um posterior arrefecimento lento, dentro do forno11.

    Planeamento

    Visto este ao j se encontrar num estado deformado, realizou-se este

    tratamento trmico numa amostra, no sentido de ser possvel avaliar as percentagens

    de perlite e ferrite para estimar o seu teor em carbono. Seria arriscado fazer esta

    estimativa a partir da microestrutura do ao no estado fornecido, pois a deformao

    altera a capacidade de avaliao dessas mesmas percentagens.

    O planeamento do tratamento trmico a aplicar baseou-se na determinao da

    velocidade de aquecimento, temperatura de estgio e sua durao e tipo de

    arrefecimento.

    11 BARRALIS, Jean e MAEDER, Grard (2005), Pronturio de Metalurgia Elaborao, Estruturas, Propriedades e Normalizao, Fundao Calouste Gulbenkian.

  • 14

    A velocidade de aquecimento seleccionada foi a mxima permitida pelo forno

    utilizado 800C/hora usada para peas de pequena dimenses e com poucos

    elementos de liga (associado a aos com perlite lamelar, como o caso). A

    temperatura estabelecida foi a correspondente mudana de fase ( + ), pelo

    que se optou pela maior temperatura da linha A1 (900 C) e, para garantir que toda

    pea era aquecida at ao domnio austentico, acrescentou-se uma tolerncia,

    perfazendo uma temperatura de estgio de 1000C. O tempo de estgio a esta

    temperatura foi de 30 minutos, de acordo com a regra geral para este clculo (5

    minutos por 10 mm de espessura12), e adicionando uma tolerncia para garantir a

    austenitizao total da amostra. O arrefecimento foi feito dentro do forno, tendo uma

    durao aproximada de 10 horas.

    Grfico 2 Planeamento do recozido.

    Deste modo, espera-se que, aps este tratamento trmico, a dureza baixe,

    devido ao arrefecimento lento, e que no haja deformao.

    12 SOARES, Joaquim Pinto (2009), Aos Caractersticas, Tratamentos, Rocha Artes Grficas, Porto.

  • 15

    Anlise de Resultados

    A dureza obtida foi de 165 HV. Este valor mais baixo relativamente dureza

    medida no estado fornecido, apesar dessa diminuio de 8 HV no ser significante.

    Este valor muito aproximado da dureza medida no estado fornecido, o que pode

    indicar que a pea vem no estado recozido.

    A partir da figura 9, verifica-se a presena de perlite lamelar e ferrite, estando

    esta ltima numa proporo bem superior de perlite.

    Pode tambm verificar-se, pela observao da figura 10, que a amostra

    continua deformada, no entanto, com um grau de deformao inferior ao obtido na

    anlise do estado fornecido que permite fazer uma estimativa da percentagem

    mssica de perlite e ferrite.

    Figura 9 Microestrutura da amostra aps recozido. Ampliao 400x.

    Perlite

    Ferrite

  • 16

    Figura 10 Microestrutura da amostra aps recozido. Ampliao 30x.

    Com recurso ao programa Matlab, foi possvel obter essas percentagens mssicas

    dos dois constituintes:

    {% = 83,46%

    % = 16,54%

    Conhecendo estes valores, possvel fazer uma estimativa da percentagem de

    carbono presente no ao com recurso regra da alavanca inversa:

    % =% 0,03

    0,86 0,03 100% % = 0,17%

  • 17

    b) Tmpera

    O tratamento trmico tmpera nos aos tem como objectivo a obteno de uma

    microestrutura com uma dureza e uma resistncia mecnica mais elevada. Neste

    processo, a regio a ser temperada inicialmente aquecida temperatura de

    austenitizao e em seguida, submetida a um arrefecimento rpido e conveniente, de

    modo a criar martensite13.

    A tmpera divide-se em 3 fases: aquecimento, estgio e arrefecimento.

    Aquecimento ao proceder-se o aquecimento, a condutibilidade trmica dos

    materiais deve ser tomado em considerao, uma vez que alguns aos

    necessitam de ser aquecidos lentamente para evitar tenses residuais e

    consequentes deformaes. Atendendo a este facto (aos terem temperaturas

    de tmpera elevadas), deve proceder-se a um pr-aquecimento. Este deve

    assegurar um aquecimento uniforme em toda a seco da pea. Outro possvel

    problema encontra-se na oxidao das peas em virtude da atmosfera

    oxidante do forno. A soluo mais simples o empacotamento das peas em

    papel de jornal ou mesmo usar fornos com atmosfera controlada.

    Estgio tem como finalidade a obteno duma estrutura totalmente

    austentica prpria para a operao da tmpera. O tempo de estgio dever ser

    admitido tendo em conta vrios factores: composio qumica, a espessura da

    pea, a temperatura da tmpera, entre outras.

    Arrefecimento - Deve-se utilizar a velocidade de arrefecimento mais lenta

    possvel desde que seja superior velocidade crtica superior de tmpera.

    Este tratamento trmico faz aumentar a dureza, a tenso limite de elasticidade e a

    resistncia ao desgaste do ao, e faz diminuir a tenacidade ao choque, a extenso aps

    rotura e a ductilidade13. Na realizao deste trabalho foram efectuadas duas tmperas,

    uma em gua e outra em leo.

    13 SOARES, Joaquim Pinto (2009), Aos Caractersticas, Tratamentos, Rocha Artes Grficas, Porto.

  • 18

    i. Tmpera em gua

    Planeamento

    Pelas mesmas razes enunciadas no planeamento do tratamento trmico do

    recozido, foi escolhida uma velocidade de arrefecimento livre, at 950C, um estgio

    com uma durao de 30 minutos e um arrefecimento em gua, como se encontra

    esquematizado no grfico 3.

    Grfico 3 Planeamento tmpera em gua.

    Espera-se um aumento significativo da dureza e a formao de martensite.

    Anlise de Resultados

    A dureza obtida aps a realizao deste tratamento trmico foi 383 HV. Pela

    observao da microestrutura da amostra na figura 11, constata-se a presena de

    praticamente 100% de martensite, com pequenas pores de bainite.

  • 19

    Figura 11 Microestrutura do ao aps tmpera em gua. Ampliao 400x.

    O conhecimento da percentagem de martensite e da dureza aps tmpera

    possibilita fazer uma estimativa da percentagem de carbono do ao pelo grfico 4.

    Grfico 4 Relao Dureza / Percentagem de Carbono.14

    14 SOARES, Joaquim Pinto (2009), Aos Caractersticas, Tratamentos, Rocha Artes Grficas, Porto.

  • 20

    De acordo com o grfico acima, a percentagem de carbono do ao de

    aproximadamente 0,12 %, o que est prximo dos resultados obtidos no recozido.

    O facto de a amostra no ser constituda por 100% de martensite, pois contm

    pequenas pores de bainite, cuja dureza inferior da martensite, implica que a

    dureza da pea seja inferior esperada. Se o ao em causa apresentasse 100% de

    martensite, a sua dureza seria superior e, de acordo com o grfico anterior, a sua

    percentagem de carbono seria maior, aproximando-se do valor estimado para o

    recozido: 0,17% de carbono.

    Aps esta anlise, possvel excluir a gama de aos que apresentam

    hipoeutectides com percentagens muito diferentes de 0,17% de carbono:

    Ao CK 45 (Norma DIN)

    Ao XC 42 (Norma AFNOR)

    Ao XC 55 (Norma AFNOR)

    Ao XC 48 (Norma AFNOR)

    Ao XC 70 (Norma AFNOR)

    Ao XC 32 (Norma AFNOR)

    Ao 36 M 6 (Norma AFNOR)

  • 21

    ii. Tmpera em leo

    Planeamento

    Do mesmo modo e pelas mesmas razes enunciadas no planeamento dos

    tratamentos trmicos acima referidos, foi escolhida uma velocidade de arrefecimento

    livre, at 950C, um estgio com uma durao de 30 minutos e um arrefecimento em

    leo, como se encontra esquematizado no grfico 5.

    Grfico 5 Planeamento da tmpera em leo.

    Espera-se um aumento de dureza, mas inferir obtida na tmpera em gua,

    devido ao arrefecimento em leo ser menos agressivo.

  • 22

    Anlise de Resultados

    A observao da figura 12, permite depreender a presena de vrios

    constituintes: zonas brancas correspondem a ferrite, zonas pretas correspondem a

    perlite e/ou a bainite e as zonas acastanhadas e martensite.

    Figura 12 Microestrutura do ao aps tmpera em leo. Ampliao 400x.

    A dureza obtida aps este tratamento trmico foi de 310 HV. Tal como se

    esperava, este valor superior dureza obtida no recozido e inferior tmpera em

    gua, uma vez que esto presentes no ao diferentes componentes que tm uma

    dureza inferior da martensite.

    Do conhecimento destes resultados, pode-se afirmar que, para o ao possuir

    estes componentes aps este tratamento trmico, o seu diagrama TRC (diagrama de

    arrefecimento contnuo) est chegado para a esquerda. Assim, conclui-se que possui

    baixa temperabilidade e, portanto muito poucos ou nenhuns elementos de liga.

    Deste modo, procedeu-se anlise dos diagramas TRC, que se encontram em

    anexo, para determinar aqueles que, para o leo como meio de arrefecimento e para

    curvas de arrefecimento correspondentes a peas com tamanho de 5 mm (recorrendo

    a transparncias no caso dos TRC de aos da norma AFNOR), apresentam os

  • 23

    constituintes acima referidos. Nos mesmos diagramas, comparam-se os valores de

    durezas e temperaturas dos pontos de transformao obtidos experimentalmente com

    os esperados pela anlise desses mesmos diagramas.

    Assim, excluem-se da lista de aos possveis, aqueles que no satisfazem

    (aproximadamente) os seguintes requisitos:

    Tratamento Trmico Dureza (HV) Constituintes Presentes

    Tmpera em gua 383 Martensite, (Bainite)

    Tmpera em leo 310 Martensite, Bainite, Perlite,

    Ferrite

    Tabela 7 Resultados experimentais das tmperas.

  • 24

    7. Concluso

    Da anlise do estado fornecido da amostra de ao, obteve-se um estrutura

    formada por perlite lamelar e ferrite, ou seja, o ao hipoeutectide. Este pressuposto

    foi comprovado pela realizao de um recozido completo. Com o recozido foi possvel

    estimar que a percentagem e carbono do ao de aproximadamente 0,17%.

    Aps um ensaio de dureza da amostra no estado fornecido, obtendo-se uma

    dureza de 173 HV, conclui-se que este ao macio, pois a sua dureza bastante

    inferior ao esperado tendo em conta a sua aplicao, e talvez seja uma m escolha da

    Peugeot a utilizao deste tipo de ao para o fabrico deste veio, sendo possivelmente

    por este motivo que se verifica o rpido desgaste da superfcie deste veio e o grande

    nmero de reparaes que posteriormente so realizadas nestes automveis.

    Da tmpera em gua resultou uma microestrutura martenstica com uma

    dureza de 383 HV, possibilitando a determinao de uma aproximao da

    percentagem de carbono: 0,12%.

    A tmpera em gua revelou uma microestrutura diversificada, com martensite,

    bainite, ferrite e perlite, e uma dureza de 310 HV. Estes resultados permitem afirmar

    que o ao em causa tem baixa temperabilidade e , consequentemente, pouco ou

    nada ligado.

    O conhecimento destes parmetros, dos pontos de transformao

    determinados no ensaio dilatomtrico e a anlise dos diagramas TRC, permitiram

    concluir que o ao escolhido foi o ST 37-2 K.

  • 25

    8. Anexos

    a) Preparao Microgrfica das Amostras15

    No sentido de ser possvel observar amostras microscopicamente, necessrio

    realizar vrias operaes. Este procedimento segue os seguintes passos:

    i. Extraco: a amostra cortada numa mquina constituda por um disco

    de corte refrigerado. Isto feito de maneira a evitar que o material

    encrue e modifique a sua estrutura, devido a uma deformao do metal e

    a um aquecimento.

    Figura 13 Mquina de corte com disco abrasivo refrigerado.

    Aps o corte, a pea, que apresenta uma superfcie de corte muito

    grosseira, necessita de ser polida para se obter uma superfcie plana.

    Caso as amostras sejam de pequenas dimenses, devem ser colocadas

    em resina ou em montagens mecnicas, de maneira a facilitar o seu

    manuseamento.

    15 SILVA, Lucas (2012), Comportamento Mecnico dos Materiais, Publindstria, Porto.

  • 26

    Figura 14 Amostra da pea de ao montada em resina.

    ii. Pr-polimento: a amostra passa por quatro discos abrasivos diferentes,

    os quais giram a uma velocidade da ordem de 150 a 300 rotaes por

    minuto e so constantemente humedecidos com gua para evitar o

    sobreaquecimento da mesma. O desgaste da pea comea no disco mais

    rugoso at ao menos rugoso, durante 30 segundos em cada uma. Na

    mudana de um disco para outro a amostra limpa.

    Figura 15 Mquina de polir com discos abrasivos de granulometria de 80 e

    180, respectivamente da esquerda para a direita.

  • 27

    Figura 16 Mquina de polir com discos abrasivos de granulometria de 320 e

    800, respectivamente da esquerda para a direita.

    iii. Polimento de acabamento: a amostra polida durante 30 segundos em

    discos de pano ou feltro, numa primeira fase, embebidos numa

    suspenso de alumina e na segunda fase em partculas de diamante (1

    m a 3 m). Na mudana de granulometria a amostra lavada e secada

    ao ar quente.

    Figura 17 Mquina de polir com disco feltro para polimento de acabamento

    com alumina.

    iv. Ataque qumico: usa-se nital (soluo de cido-ntrico a 2%) para revelar

    a microestrutura e assim diferenciar a colorao e relevos dos diferentes

    constituintes da pea e ser possvel observ-la ao microscpio ptico. O

    ataque com nital suficiente quando a superfcie perde o brilho. No fim,

    a amostra limpa com lcool.

  • 28

    Figura 18 Amostra da pea de ao aps polimento e ataque qumico, j com

    as impresses deixadas pelo penetrador aquando da medio da dureza.

    Aps a realizao destes passos, a microestrutura das amostras visualizada

    num microscpio ptico, o qual se encontra ligado a um computador, possibilitando

    controlar e guardar a imagem obtida.

    Figura 19 Microscpio ptico e computador utilizados na observao de

    microestruturas.

  • 29

    b) Ensaio de Dureza Vickers

    Este ensaio consiste na penetrao de uma pirmide de diamante com ngulo de

    diedro de 136 graus na superfcie do material durante um determinado intervalo de

    tempo, com uma carga escolhida arbitrariamente, produzindo uma deformao

    permanente16. A amostra de material necessita de ser preparada previamente, de

    maneira a conseguir-se uma superfcie horizontal bem polida.

    Figura 20 Esquematizao do penetrador Vickers e a impresso deixada. 17

    A dureza HV calcula-se a partir da seguinte expresso:

    =

    =

    2 sin (136

    2 )

    2 1,8554

    2

    16 http://paginas.fe.up.pt/~jcouti/8-05%20dureza.pdf 17 http://en.wikipedia.org/wiki/File:Vickers-path-2.svg

  • 30

    Onde a mdia das duas diagonais da impresso deixada no material.

    Geralmente, no necessrio recorrer a esta expresso para o clculo da dureza de

    um material, visto esta vir tabelada, de acordo o comprimento mdio da diagonal da

    impresso.

    O ensaio realizado numa mquina que permite a a utilizao das escalas de

    dureza Vickers, Rockwell C e Brinell e a aplicao de diferentes cargas sobre as

    amostras.

    Figura 21 Mquina de mediao de durezas.

  • 31

    c) Ao CK45 (norma DIN)

  • 32

    d) Ao ST 52-3 (norma DIN) Tabelas AISI

  • 33

    e) Ao ST 37-2 K (Norma DIN) Tabelas AISI

  • 34

    f) Ao XC 42 (Norma AFNOR)

  • 35

    g) Ao XC 55 (Norma AFNOR)

  • 36

    h) Ao XC 48 (Norma AFNOR)

  • 37

    i) Ao XC 70 (Norma AFNOR)

  • 38

    j) Ao XC 32 (Norma AFNOR)

  • 39

    k) Ao 36 M 6 (Norma AFNOR)