INSTITUTO FEDERAL DO ESPIRITO SANTO

IFES

TRATAMENTO TÉRMICO

Vitória

2014

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INSTITUTO FEDERAL DO ESPIRITO SANTO

IFES

TRATAMENTO TÉRMICO

Corpo de Prova - Vergalhão

SARANA DANIELLE TAVEIRA

Trabalho apresentado à disciplina de

Tratamento Térmico do curso de

Metalurgia do Instituto Federal do

Espírito Santo - IFES, como requisito

de avaliação do 4° Período. Professor

Antonio Carlos Guimarães de

Queiróz.

Vitória

2014

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1. Sumário

2. Objetivos ........................................................................................................ 4

3. Introdução ...................................................................................................... 5

4. Desenvolvimento ........................................................................................... 9

4.1 Verificações Elementares ................................................................. 9

4.2 Técnica Micrográfica ......................................................................... 9

4.3 Materiais e Métodos Utilizados ....................................................... 11

5. Resultados e Discussões ............................................................................. 12

6. Conclusão .................................................................................................... 14

7. Referencias .................................................................................................. 15

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2. Objetivo

Este relatório tem por objetivo principal a apresentação do tipo de

tratamento térmico do corpo de prova estudado, levando em consideração a

analise micrográfica e sua microestrutura, relacionadas diretamente ao tipo de

matérias primas usado e o acabamento final do c.p, como por exemplo,

forjamento ou laminação, exemplos de processos que podem ser usados para

a formação do produto final analisado que se trata de um Vergalhão,

possivelmente C50, e se for o caso, onde e o porquê do material ter falhado em

seu trabalho, no caso do vergalhão, como estrutura de resistência para

construção civil.

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3. Introdução

Como é visível o crescimento populacional, e a necessidade de

construção cada vez mais rápida de casas e prédios, há um aumento ainda

maior do uso vergalhões, a principal estrutura de reforço na construção civil. Na

indústria siderúrgica, mudanças tecnológicas têm ocorrido de maneira

sistemática. Recentemente, foi iniciada a produção incipiente de vergalhões

para concreto armado, com composições químicas modificadas e com menores

custos de fabricação, buscando a melhoria das propriedades mecânicas do

aço. As propriedades mecânicas do aço são definidas através do controle da

sua microestrutura e das fases que as constituem. Isto pode ser conseguido

através da escolha adequada da composição química e de tratamentos

termomecânicos. A microestrutura final depende da sua composição e da sua

história termomecânica. A história pode envolver somente o tratamento

térmico, somente o tratamento mecânico ou uma combinação de ambos

(ROTHE, 2005). Os tratamentos térmicos podem modificar as microestruturas

dos aços por processos tais como: recuperação, recristalização, crescimento

de grãos e transformação de fases. Diversas publicações como por exemplo,

Tempcore(1975), One Steel(2003), Gerdau(2006), Thermex (2006 – 2007) e

Belgo(2007), Nagasaka et. al.(1993), indicam a possibilidade da obtenção de

barras estruturais, com boas condições de resistência mecânica e de fácil

soldagem, através de processos de controle da temperatura, durante a

laminação, que resultam na produção de barras, com estruturas metalúrgicas

modificadas, pelo tratamento térmico, obtendo-se, desta forma, as

propriedades desejadas. Surge daí a necessidade de se obter um estudo mais

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detalhado do efeito no comportamento mecânico, decorrente da aplicação do

processo de laminação controlada, na produção de vergalhões para concreto

armado, através de projetos de pesquisa aplicada, em aços com baixo teor de

carbono, que atendam às especificações da indústria da construção civil, e

que, ao mesmo tempo, respondam às necessidades desse setor, fortemente

marcado pela questão do desperdício (excessivo descarte de pontas).

As barras destinadas a armaduras para concreto armado, dependendo

da sua categoria de resistência mecânica, podem ser produzidas por algum

dos seguintes processos:

Laminação a quente, com resfriamento ao ar, de barras de aço comum

ao carbono.

Laminação a quente, resfriamento ao ar e posterior torção para

aumentar a resistência.

Laminação a quente, com resfriamento ao ar, de barras de aço com teor

médio de carbono, com ou sem a adição de alguns elementos de liga.

Laminação a quente, com resfriamento controlado, a partir de aços com

baixos teores de carbono e manganês, com ou sem a adição de

elementos de liga, para a fabricação de produtos com maior resistência,

boa ductilidade e com mais fácil soldabilidade.

Esta última alternativa que emprega na realidade um tratamento térmico

com água, durante o processo de laminação, para a melhoria das propriedades

mecânicas dos vergalhões, vem se consolidando como um processo de

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fabricação na maioria das usinas siderúrgicas atuais. Com o sistema de

tratamento térmico provocado pelo resfriamento instalado logo após a saída do

último cilindro do trem acabador, a barra laminada em contato com a água

sofre brusco resfriamento e, nestas condições, ocorrem transformações de

fases. As barras a serem conformadas são aquecidas num forno de

reaquecimento e laminadas, através de uma sequencia de passes, em

conjuntos de laminadores, os quais progressivamente reduzem o lingote ao seu

tamanho e forma final da barra. A barra é sujeita a um tratamento térmico em

três etapas sucessivas, denominadas de têmpera, revenimento e resfriamento

ao ar.

O primeiro estágio, de têmpera, começa assim que a barra sai do trem

acabador, sendo então rapidamente resfriada por um sistema de

pulverizadores de água. Isto transforma a camada superficial da barra numa

estrutura endurecida chamada martensita, enquanto o núcleo permanece

austenítico. O segundo estágio, de autorevenimento, começa quando a barra

deixa a unidade de têmpera, com um gradiente de temperatura do núcleo

superior a da superfície, isto faz com que o calor flua do centro para a

superfície, resultando no revenimento da superfície, gerando uma estrutura

chamada “martensita revenida”, resistente e tenaz. O núcleo ainda permanece

austenítico neste estágio. O terceiro estágio, de resfriamento ao ar, acontece

no leito de resfriamento, onde o núcleo austenítico é transformado num núcleo

dúctil de ferrita-perlita. Então, a estrutura final consiste numa combinação de

uma camada externa de alta resistência, de martensita revenida, e um núcleo

dúctil de ferrita-perlita.

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Desta forma fica formada uma estrutura combinada, que resulta na

melhoria de resistência, ductilidade, tenacidade e algumas características de

soldabilidade, exigidas para o produto final. Este é o fundamento dos dois mais

tradicionais processos de resfriamento controlado adotados no mundo: o

Thermex e o Tempcore, cujos princípios fundamentais são mostrados na

Figura.

Figura 1. Curvas de variação de temperatura da barra para diferentes posições de raio

durante o processo de tratamento térmico superficial.

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4. Desenvolvimento

O corpo de prova analisado foi Vergalhão, CA50 usado em construção

civil, o que aparentemente não sofreu quebra nem falhas decorrente do seu

uso. O C.P aparenta grande dureza, característica apropriada para seu uso, já

que o vergalhão é usado como estrutura de reforço para a construção civil.

Corte feito em seção transversal do vergalhão.

4.1 Verificações Elementares

Ação da Lima e Esmerilhamento:

O corpo de prova foi analisado primeiramente verificando as centelhas

ao esmeril, quando se desbasta ao esmeril uma peça de aço, nota-se que as

partículas que se destacam da peça, se inflamam produzindo faíscas ou

centelhas. Estas emitem bruscamente ramificações, como se explodissem no

seu trajeto, formando estrelinhas. Em seguida verificou-se a dureza

propriamente dita do C.P, classificando primeiramente com 0,3%C a partir da

observação das fagulhas ao esmeril.

4.2 Técnica Micrográfica

A metalografia microscópica (ou micrografia dos metais) estuda os

produtos metalúrgicos, com o auxílio do microscópio, visando à determinação

de seus constituintes e de sua textura. Este estudo é feito em superfícies

previamente polidas e, em geral, atacadas por um reativo adequado. A técnica

de um ensaio micrográfico corrente pode ser dividida nas seguintes fases:

Escolha e localização da secção a ser estudada.

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Realização de uma superfície plana e polida no lugar escolhido.

Exame ao microscópio para a observação das ocorrências visíveis sem

ataque.

Ataque da superfície por um reagente químico adequado.

Exame ao microscópio para a observação da textura.

Realização de uma superfície plana e polida no lugar escolhido:

Na realização do polimento na micrografia, são acrescentados alguns

cuidados especiais, já que a peça é examinada ao microscópio. Após o corte, a

superfície que é feito a análise é limada ou esmerilhada cuidadosamente e

depois é lixada sobre folhas de lixas fixas sobre uma base com água corrente.

A sequencia de lixamento inicia‐se com uma lixa grossa e, consecutivamente,

com lixas mais finas. Por exemplo, utilizar-se lixas com grana de 80, 180, 220,

320, 600 e 1000 (quanto maior o número da grana, mais fina é a lixa).

Geralmente utilizam‐se as lixas d’água para metais, constituídas de partículas

abrasivas de alumina (Al2O3) ou carbeto de silício (SiC). O lixamento pode ser

realizado a seco ou, de preferência, com uma lâmina de água. Já o polimento

pode ser feito a mão onde a lixa é aplicada sobre um disco de movimento

giratório e o operador apenas comprime o corpo de prova suavemente contra a

lixa em movimento. Para se verificar se o polimento já está suficientemente

bom, examina-se a superfície ao microscópio, depois de lavá-la em água com o

auxilio de um chumaço de algodão e secá-la imediatamente passando na

superfície um pouco de algodão com álcool. Quando a superfície estiver

praticamente sem riscos perceptíveis com o aumento de 100 a 200 vezes,

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estará em condições de ser examinada ao microscópio para a observação de

trincas, distribuição de perlita e ferrita, ou outras ocorrências visíveis sem

ataque. Mas é apenas depois do ataque que se pode ter certeza de que o

polimento foi bem feito.

Ataque da superfície por um reagente químico adequado:

O ataque é feito agitando o corpo de prova com a superfície polida

mergulhada no reativo posto num Vidro de Relógio mergulhado por cinco

segundo em uma solução de Nital (ácido nítrico HNO3) evidenciando assim a

ferrita e perlita. Terminado o ataque lava-se imediatamente a superfície com

álcool, e em seguida a secagem da peça.

4.3 Materiais e Métodos Utilizados

Para analise do C.P foram utilizados diversas técnicas e materiais como

os descritos abaixo:

Lixamento: nesta etapa lixas de Carbeto de Silício (SiC) foram utilizadas,

por terem uma boa resistência ao desgaste e não formar ondulações quando

na utilização de água. As seguintes sequencias de lixas foram utilizadas: 80,

180, 220, 320, 600 e 1000. Durante o lixamento as amostras ao serem

trocadas de lixas foram lavadas em água corrente e mergulha no ultrassom por

alguns segundo, em seguida verifica-se na lupa se a lixa cobriu toda a seção

da peça, se sim, troca-se de lixa e repete o mesmo processo até chegar à lixa

de 1000.

Polimento: Politrizes rotativas foram utilizadas para realizar o polimento

e utilizou-se como abrasivo polidor a alumina (Al2O3), com granulometria de

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1µm e 0,3 µm. Durante este processo a peça sofreu movimentos circulares

com sentido contrário ao sentido de rotação do disco, a fim de evitar alguns

aspectos inconvenientes conhecidos como rabos de cometa, ficando as

amostras em um tempo necessário para eliminar completamente os riscos da

superfície.

Ataque Químico: tanto para os aços ao carbono (como o caso do C.P),

como para os ferros fundidos, o Nital, cuja composição corresponde a 98% de

ácido nítrico e 2% de álcool etílico, foi o utilizado. O ataque é feito por imersão

da amostra em um recipiente (relógio de vidro) com o reagente, durante um

período necessário de dez segundos para que ocorra a revelação da

microestrutura do material. Este tempo de contato deverá ser o suficiente para

que o aspecto brilhante desapareça, ou seja, que a amostra fique fosca, sem

que prevaleça o ataque excessivo (queima), o qual exigirá um novo polimento.

5. Resultados e Discussões

Para aço ao carbono, o agente químico usado no ataque foi o Nital

(HNO3), despejado no recipiente chamando vidro de relógio. Por 10 segundos

a peça foi mergulhada para que o ácido evidencie sua microestrutura,

constituída no centro por ferrita e perlita, com tamanho de grão 4.0, visualizado

a um aumento de 1000x no microscópio metalografico. Apresentaram-se

também um tratamento térmico superficial para complemento de boa

resistência mecânica, boa ductilidade e boa resistência à compressão, a peça

passou por tratamento térmico logo após a sua laminação, apresentando

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martensita de superfície. O processo de laminação conhecido Thermex é um

dos mais utilizados na produção de vergalhões, mediante o tratamento térmico

das barras, através de resfriamento com água, na laminação. No sistema

Thermex, são utilizados tubos, também denominados canhões, onde a água

troca calor com as barras, tendo seu fluxo no mesmo sentido de laminação.

Este sistema de troca térmica garante, por sua vez, que a barra tenha um

resfriamento homogêneo em sua superfície, para garantir suas propriedades

mecânicas ao final do processo.

Figura 2 e 3. Corte em seção transversal de

vergalhão com tratamento térmico superficial.

Visualização das regiões afetadas através da

transferência de calor.

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6. Conclusão

Conclua-se que a o estudo a metalografia/micrografia e tratamento

térmico do metal é essencial para a boa qualidade do trabalho em siderúrgicas,

construção civil, e em todo lugar no qual é aplicado à necessidade de se

conhecer melhor um aço para determinada aplicação, suas propriedades e

tratamentos específicos para estes. Como o corpo de prova estudado foi um

vergalhão usado na construção civil, a necessidade de uma rigorosa inspeção

e controle de produção desse material é de estrema importância já que se

aplica diretamente a estruturas que comportam esforços mecânicos, químico,

desgaste com o tempo, corrosão, e principalmente, fornecer proteção às

pessoas que a utilizam. . O C.P é de grande resistência para suportar sua

utilização, fazendo com que seja necessário um tratamento térmico específico

para ser de sucesso o seu uso. Um aço baixo carbono caracteriza-se pelo seu

núcleo de ferrita + perlita, mas nesse caso do Vergalhão, encontra-se também

bainita. A Bainita é um microconstituinte dos aços, formada a partir de um

condicionamento térmico de resfriamento da austenita, composta por cementita

e ferrita em forma de vagem. Apresentam valores de dureza, e resistência a

tração, em geral maiores que a perlita, pois suas partículas de ferrita e

cementita são menores. Sua principal Característica é a maior tenacidade,

quando comparada a martensita. Ideal característica para uso na construção

civil.

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7. Referencias

• Titulo: Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns

Autor: Hubertus Colpaert

Ano: Julho/1951

• Documentos/Artigos/Apresentações de Laminação da empresa

ArcelorMittal Tubarão e ArcelorMittal Cariacica

• Artigos sobre Laminação da 50° Seminário de Laminação da ABM