METALOGRAFIA TRATAMENTO TRMICO E ENSAIO DE DUREZA

JLIO BUSSOLI N 21 1C31

JLIO BUSSOLI N 21 1C3 JLIO BUSSOLI N 21 1C3 JLIO BUSSOLI N 21 1C3Introduo

TRATAMENTO TRMICO DE TMPERA: O tratamento trmico de tmpera nos aos tem como objetivo a obteno de uma microestrutura que proporcione propriedades de dureza e resistncia mecnica elevadas. Neste processo, a regio a ser temperada inicialmente aquecida temperatura de austenitizao e em seguida, submetida a um resfriamento rpido. A microestrutura resultante composta predominantemente de martensita, uma fase que apresenta elevada dureza. Durante o processo de resfriamento, a queda da temperatura promove transformaes estruturais que acarretam o surgimento de tenses internas. O desenvolvimento destas tenses internas, por sua vez, influencia a cintica das transformaes de fase, alterando as temperaturas em que estas transformaes ocorrem. Desta forma, necessrio conhecer o comportamento termomecnico do ao durante todo o processo para descrever adequadamente um tratamento trmico como a tmpera. A tmpera em aos , portanto, um problema complexo que envolve o acoplamento entre fenmenos trmicos, de transformao de fase e mecnicos.

ENSAIO DE DUREZA: Num contexto de Qualidade Total devemos considerar que a Matria Prima um requisito bsico para a manufatura de componentes mecnicos de alta qualidade ou qualquer outro produto que dependa da qualidade da matria prima para a sua obteno. Dentro do universo da manufatura mecnica, aps o processo siderrgico de obteno das matrias primas, a verificao de suas qualidades em propriedades mecnicas obtida pela medio de sua dureza e os mtodos de medio mais usuais so o Rockwell, Vickers e Brinell. A dureza a propriedade mecnica de um material apresentar resistncia ao risco ou formao de uma marca permanente quando pressionado por outro material ou por marcadores padronizados. Caractersticas geomtricas da impresso ou marca (rea superficial ou profundidade) so medidas e correlacionadas com um valor numrico que representa a dureza do material. Tal correlao baseada na tenso que o penetrador necessita para vencer a resistncia superficial do material. A dureza de um material depende diretamente das foras de ligao entre tomos, ons ou molculas, assim como da resistncia mecnica. Uma importante caracterstica da dureza, em especial para a engenharia mecnica, a sua correlao com o limite de resistncia e o limite de escoamento dos metais.

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1- Tmpera:Objetivo: Aumento da dureza, resistncia mecnica (limites de escoamento e resistncia) e resistncia ao desgaste. Entretanto, a ductilidade e a tenacidade dos aos temperados nula. Microestrutura objetivada: 100% de martensita com dureza entre 60 a 67 HRC A martensita uma soluo slida supersaturada em carbono com reticulado CCC (cbico de corpo centrado). Processo: Resfriamento da austenita em gua, salmoura, leo ou ar forado.

A diferena entre as velocidades de resfriamento da superfcie e ncleo, comuns em peas de grandes dimenses, provoca um atraso na transformao do ncleo. Como existe uma expanso volumtrica decorrente da transformao martenstica, o ncleo acaba por apresentar tenses de compresso e as partes mais externas sob trao. Tais tenses so as principais razes para a ocorrncia de trincas em componentes temperados.

Os aos para tmpera devem apresentar teores de carbono acima de 0,4%. A distoro provocada no reticulado CFC para formar o TCC maior quanto maior for o teor de carbono. Os aos com teores inferiores 0,4%C temperados apresentam

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microestrutura martenstica, entretanto, esta no apresenta dureza elevada devido s pequenas diferenas entre os parmetros a e c da estrutura TCC resultante. O aumento do teor de C e / ou a adio de elementos de liga (exceto o Co) deslocam as curvas TTT para a direita, possibilitando o uso de meios de tmpera menos severos para a obteno da microestrutura martenstica. Entretanto, este deslocamento acompanhado pelo abaixamento das temperaturas de incio e final de transformao martenstica (Mi e Mf), favorecendo a ocorrncia de austenita retida nos casos em que Mf ficar negativa.

1.2- Meios de Tmpera:

1.2.1- Tmpera em gua:

A gua o meio de tmpera mais antigo, mais barato e o mais empregado. O processo de tmpera em gua conduzido de diversas maneiras: por meio de imerso, jatos, imerso ou jatos com gua aquecida, misturas de gua com sal (salmoura), ou ainda, misturas de gua e aditivos polimricos

Os valores mais elevados de dureza so obtidos por meio de imerso, mantendose a temperatura da gua entre 15 e 25C e agitao com velocidades superiores 0,25 m/s. A temperatura, agitao e quantidade de

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contaminantes da gua ou o teor de aditivos so parmetros controlados periodicamente.

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1.2.2- Tmpera em salmoura:

O termo salmoura ("brine quenching") refere-se soluo aquosa contendo diferentes quantidades de cloreto de sdio (NaCl) ou cloreto de clcio (CaCl). As concentraes de NaCl variam entre 2 25%, entretanto, utiliza-se como referncia a soluo contendo 10% de NaCl. As taxas de resfriamento da salmoura so superiores s obtidas em gua pura para a mesma agitao. A justificativa que, durante os primeiros instantes da tmpera, a gua evapora com contato com a superfcie metlica e pequenos cristais de NaCl depositam-se nesta. Com o aumento da temperatura, ocorre a fragmentao destes cristais, gerando turbulncia e destruindo a camada de vapor.

A capacidade de extrao de calor no seriamente afetada pela elevao datemperatura da soluo. De fato, a salmoura pode ser empregada em temperaturas at 90C, entretanto, a capacidade mxima ocorre em aproximadamente 20C.

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1.2.3- Tmpera em leo: Todos os leos de tmpera tm como base os leos minerais, geralmente leos parafnicos. Os leos de tmpera so classificados em: - leos de velocidade normal- para aos de alta temperabilidade; - leos de velocidade mdia - para aos de mdia temperabilidade; - leos de alta velocidade - para aos de baixa temperabilidade; - leos para martmpera - leos lavveis em gua.

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A maior parte dos leos de tmpera apresentam taxas de resfriamento

menores que as obtidas em gua ou em salmoura, entretanto, nestes meios o calor removido de modo mais uniforme, diminuindo as distores dimensionais e a ocorrncia de trincas.

1.2.4- Tmpera em ar: Como a gua, o ar um meio de tempera antigo, comum e barato. A aplicao do ar forado como meio de tmpera mais comum em aos de alta temperabilidade como aos-liga e aos-ferramenta. Aos ao carbono no apresentam temperabilidade suficiente e, conseqentemente, os valores de dureza aps a tmpera ao ar so inferiores aos obtidos em leo, gua ou salmoura. Como qualquer outro meio de tmpera, suas taxas de transferncia de calor dependem da vazo. 8

A tmpera em ar bastante empregada no resfriamento rpido de metais noferrosos, em um tratamento denominado solubilizao.

1.2.5- Tmpera na zona crtica: O aquecimento realizado em temperaturas insuficientes para a austenitizao total (campo + ) ou (campo + Fe3C), regio do diagrama conhecida como zona crtica.

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Caractersticas:

dureza inferior a tmpera convencional devido a presena de ferrita dependendo-se do tamanho de gro a microestrutura pode exibir propriedades heterogneas. Recentemente as indstrias automobilsticas vm empregando uma classe de aos denominada DUAL FASE para fins estruturais (fabricao de chassis, longarinas e componentes da suspenso). Estes aos apresentam tamanhos de gro muito pequenos (endurecimento por refino de gro) e so temperados dentro da zona crtica, durante o ltimo passe de laminao. A microestrutura composta por martensita e ferrita proporciona uma combinao especfica entre de resistncia mecnica e tenacidade.

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2- Ensaio de Dureza Brinell: Em 1900, J. A. Brinell divulgou este ensaio, que passou a ser largamente aceito e padronizado, devido relao existente entre os valores obtidos no ensaio e os resultados de resistncia trao. O ensaio de dureza Brinell consiste em comprimir lentamente uma esfera de ao temperado, de dimetro D, sobre uma superfcie plana, polida e limpa de um metal, por meio de uma carga F, durante um tempo t, produzindo uma calota esfrica de dimetro d.

A dureza Brinell representada pelas letras HB. Esta representao vem do ingls Hardness Brinell, que quer dizer dureza Brinell. A dureza Brinell (HB) a relao entre a carga aplicada (F) e a rea da calota esfrica impressa no material ensaiado (Ac). A dureza Brinell (HB) do material calculada pela frmula:

2.1- Vantagens e Desvantagens: O ensaio Brinell usado especialmente para avaliao de dureza de metais no ferrosos, ferro fundido, ao, produtos siderrgicos em geral e de peas no temperadas. o nico ensaio utilizado e aceito para ensaios em metais que no tenham estrutura interna uniforme. feito em equipamento de fcil operao. Por outro lado, o uso deste ensaio limitado pela esfera empregada. Usando-se esferas de ao temperado s possvel medir dureza at 500 HB, pois durezas maiores danificariam a esfera. A recuperao elstica uma fonte de erros, pois o dimetro da impresso no o mesmo quando a esfera est em contato com o metal e depois de aliviada a carga. Isto mais sensvel quanto mais duro for o metal. O ensaio no deve ser realizado em superfcies cilndricas com raio de curvatura menor que 5 vezes o dimetro da esfera utilizada, porque haveria escoamento lateral do material e a dureza medida seria menor que a real. 11

3- Relatrio dos ensaios laboratoriais: Em laboratrio pudemos colocar em prtica tudo o que aprendemos sobre tratamento trmico e ensaios de dureza. O tratamento trmico escolhido pelo nosso grupo foi Tmpera em Salmoura, logo em seguida realizando um teste de dureza Brinell. O cronograma seguido pelo grupo foi o seguinte: - Corte do material para corpo de prova; - Aquecimento ao forno at a temperatura XXX por XXX minutos; - Aps o aquecimento, o corpo de prova foi mergulhado em salmoura, concluindo assim o processo de Tmpera em Salmoura; - Aps a realizao da Tmpera, o corpo de prova foi embutido para um melhor manuseio; - O corpo de prova passou por um processo de Lixamento e Polimento; - Aps o polimento, o corpo de prova seguiu para o Teste de Dureza, no caso o Brinell; - Aps o teste de dureza e a confirmao do seu endurecimento em relao ao valor obtido antes do tratamento trmico, fizemos a anlise microscpica para constatar visualmente a formao da martensita e os testes foram encerrados.

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