Manual 2013 (1).pdf

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS Instituto Politécnico - IPUC

Belo Horizonte Janeiro de 2013

Ciência dos Materiais

Professor Ubirajara Domingos de Castro

Metalografia, Ensaios Mecânicos e Tratamentos Térmicos Manual de Laboratório

Caderno 01 1a Edição

Editora

FUMARC

Laboratório de Materiais de Construção Mecânica

Engenharias IPUC – PUC Minas

FICHA CATALOGRÁFICA

V 199p

Castro, Ubirajara Domingos Metalografia, Ensaios Mecânicos e Tratamentos Térmicos: Manual de Laboratório – engenharias / Ubirajara Domingos de Castro – Belo Horizonte: FUMARC/PUC-MG, 2010.

Bibliografia. 1. Ciência dos Materiais – Estudo e ensino (superior). 2. Manual de aulas práticas

3

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O professor Ubirajara Domingos de Castro possui graduação em Engenharia Metalúrgica e de Minas (1984) e mestrado em Engenharia Metalúrgica e de Minas na área de concentração de Metalurgia de Transformação (1997) pela Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais – E.E.UFMG. Atualmente, é professor assistente III do Instituto Politécnico da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais – IPUC, onde atua desde 1990. É professor das disciplinas de Ciência dos Materiais, Materiais de Construção Mecânica e da disciplina Laboratório

de

Materiais

de

Construção

Mecânica

do

curso

de

engenharia

Mecânica/Mecatrônica do campus de Belo Horizonte da PUC Minas. Também atua como professor do curso de engenharia Mecânica do campus da PUC Minas-Contagem, onde ocupa a função de Gestor dos Laboratórios. Nos campi da PUC Minas na unidade Barreiro atua como professor da disciplina Ciência e Seleção de Materiais do curso de Engenharia de Produção e coordenador dos Laboratórios do mesmo curso. É coordenador e professor do curso de Pós-graduação lato sensu em Gestão de Processos Industriais de Fabricação IEC-PUC Minas/Centro de Competências da Fiat Automóveis desde 2005. Recentemente, apresentou ao Instituto de Educação Continuada da PUC Minas – IEC um novo projeto de curso intitulado Tecnologia de Materiais Aplicada a Processos de Fabricação. Como profissional, tem experiência na área de Engenharia Metalúrgica e de Materiais com ênfase em Equipamentos Metalúrgicos, Ensaios Mecânicos e Processos de Conformação Mecânica. Atua, principalmente, nas áreas de processos siderúrgicos (alto-forno, e cubilot e aciaria), processamento por trefilação (irregularidades de fluxo), ensaios mecânicos (determinação de propriedades mecânicas), tratamentos térmicos e metalografia.

Sobre esta Obra

Com este trabalho busca-se repassar ao aluno, de forma prática e objetiva, o estudo dos materiais, essencialmente dos metais e ligas metálicas sob o ponto de vista da Metalurgia Física e Mecânica, relacionando os processos de fabricação às propriedades mecânicas, bem como sua utilização e suas inúmeras aplicações na indústria da construção mecânica. A

ementa

desta

disciplina

foi

elaborada

de

forma

a

buscar

uma

interdisciplinaridade, possibilitando ao aluno a interação entre a teoria adquirida nas disciplinas teóricas de Materiais dos cursos de Engenharia Mecânica, Engenharia

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Mecânica com ênfase em Mecatrônica e Engenharia de Produção, seja na Ciência dos Materiais ou em Materiais de Construção Mecânica, com a análise das características dos materiais desenvolvida nas práticas investigativas realizadas nos laboratórios de Materiais. Desta forma, este trabalho está dividido em três partes bem definidas. Na primeira, referente aos ensaios mecânicos, o aluno experimenta procedimentos e testes padronizados que possibilitam a avaliação das propriedades mecânicas dos materiais de forma a prever o comportamento mecânico de um componente de um dado material quando em serviço. Nesta etapa são executados ensaios de dureza pelos métodos Brinell, Vickers e Rockwell, incluindo-se o ensaio de microdureza e suas aplicações. Além disto, são discutidos os ensaios de tração e de impacto para avaliação de propriedades mecânicas especificas, com a utilização de máquinas de tecnologia atual. A segunda parte desta obra refere-se à utilização das técnicas do exame metalográfico

para

caracterização

dos

materiais.

Inicialmente,

são

executados

procedimentos para o exame metalográfico, que buscam a análise do material, sob o ponto de vista visual, a olho nu ou com o auxílio de microscópios, de forma a identificar defeitos de projeto ou de fabricação, tratamentos térmicos que, por ventura, tenham sido executados, controle de processos de soldagem, identificação do processo de fabricação e

caracterização microestrutural. No exame

metalográfico, macro ou

micrográfico, amostras ou fragmentos de peças metálicas são submetidos a uma seqüência de procedimentos como embutimento, lixamento, polimento e ataque metalográfico por reativo adequado. A análise microestrutural é feita através de microscópios ópticos, dotados de sistema para aquisição e tratamento de imagens. Amostras de materiais metálicos são preparadas na área do laboratório destinada a metalografia e são investigadas em microscópios ópticos de alta qualidade. A terceira parte engloba as práticas de tratamentos térmicos, ensaio de temperabilidade Jominy, cementação e recristalização. Com relação às práticas de tratamentos térmicos, o laboratório está aparelhado com fornos resistivos do tipo mufla, automatizados com controladores de temperatura. Amostras de aços comuns são austenitizadas e resfriadas em meios variados. As propriedades mecânicas, bem como a microestrutura dos aços são controladas antes e depois dos tratamentos térmicos. No ensaio Jominy, um dispositivo padronizado foi construído de forma a possibilitar o resfriamento dos corpos de prova de dois aços de mesmo teor de carbono, porém de constituições diferentes em termos de elementos de liga. Ensaios de dureza são

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executados ao longo da direção axial dos corpos de prova de forma a possibilitar a construção da curva de temperabilidade dos materiais em estudo. A prática de recristalização é feita com o cobre comercialmente puro e engloba testes de compressão executados na máquina universal de ensaios, seguidos de ensaios de dureza e recozimento estático, em tempos variados, em fornos do tipo mufla. O tratamento final dos dados obtidos permite a determinação e a comparação das energias de ativação das reações de recristalização do cobre comercialmente puro, empregando-se a equação de Arrhenius. Após cada aula prática, o aluno deverá preparar um relatório técnico, utilizandose das normas PUC Minas, disponíveis em www.pucminas.br/biblioteca.

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Plano de Ensino da Disciplina

1o Semestre de 2013

Período Nome da disciplina: Laboratório de Materiais de Construção Mecânica Curso: Engenharia Mecânica com ênfase em Mecatrônica

Período: 4o Carga Horária: 30 horas

Número de créditos: 01

Disciplina pré-requisito: Ciência dos Materiais Disciplina co-requisio: Materiais de Construção Mecânica

Objetivos:

 Fortalecer e aprimorar os conhecimentos adquirídos nas disciplinas teóricas de Materiais.  Fornecer ao aluno os princípios básicos dos ensaios mecânicos dos materiais metálicos.  Mostrar ao estudante a importância do exame metalográfico na identificação e solução das falhas do material em serviço.  Introduzir o aluno no estudo científico de pesquisa na área da Ciência dos Materiais.

Métodos Didáticos:

- Manual de orientação das práticas de laboratório (texto para orientação das aulas práticas, incluindo metodologia e coleta de dados); - Aula expositiva no início de cada aula para esclarecimentos necessários sobre a prática a ser desenvolvida.

Ementa:



Ensaios Mecânicos: Ensaio de Dureza Brinell; Ensaio de Dureza Vickers; Ensaio de Dureza Rockwell; Ensaio de Microdureza Vickers. O Ensaio de Tração; Ensaio de Impacto Charpy.



O Exame Metalográfico: Macrografia; Micrografia. Tratamentos Térmicos: Recozimento, Normalização, Têmpera e Revenimento; Micrografia de Aços Comuns Tratados Termicamente; Tratamentos Termoquímicos: Cementação. Ensaio de Temperabilidade

Jominy.

Recristalização:

Encruamento;

Recristalização; Tratamento dos Dados. - Aulas de transparências com a utilização do retroprojetor;

Recozimento

de

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Unidade de Ensino

IPUC

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Distribuição da Ementa 1. Ensaio de Dureza Brinell; Ensaio de Dureza Vickers; Ensaio de Dureza Rockwell; Ensaio de Microdureza Vickers. 2. Ensaio de Tração: Levantamento das propriedades mecânicas à tração. 3. Ensaio de impacto. 4. Metalografia: Macrografia e Micrografia de aços. 5. Tratamentos Térmicos dos aços: Recozimento; Normalização; Têmpera em óleo e em água; Revenimento; Micrografia das peças tratadas. 6. Micrografia de ferros fundidos. 7. Tratamentos Termoquímicos: Cementação. 8. Ensaio de Temperabilidade Jominy: Têmpera e levantamento do perfil longitudinal de dureza (curva de temperabilidade). 9. Recristalização: Encruamento; Recozimento de Recristalização; Ensaios de dureza; Tratamento dos Dados. 10. Tratamento de dados obtidos Total

8

Horas Aulas

Pontos (%)

08

20

02

20

02 04 04

20

02 02 02

04 02 32

20

20 100

Bibliografia Complementar

1.

COLPAERT, HUBERTUS, Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns. 3 ed. São Paulo, Edgard Blucher, 1974.

2.

SOUZA, S.A., Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos. São Paulo, Edgard Blucher, 1974.

3.

ASTM Standards. Philadelphia: American Society for Testing Materials.

4.

Normas da ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas.

5.

Metals Handbook, Cleveland: American Society for Metals, 1961.

6.

HILL, ROBERT E. REED, Princípios de Metalurgia Física, 2 ed., Editora Guanabara Dois S.A., Rio de Janeiro - RJ.

7.

GUY, A. G., Physical Metallurgy for Engineers, Addison-Wesley, 1962.

8.

DIETER, G.E., Mechanical Metallurgy. Toko, 2a Ed., McGraw-Hill, 1976.

9.

PEDRAZA, BOTREL e SILVA, Tratamentos Térmicos dos Aços - Depto. de Engenharia Metalúrgica da EE.UFMG - MG – 1979;

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10. CALLISTER, William D. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. 7. ed. Rio de Janeiro: LTC - Livros Técnicos e Científicos. 2008. ISBN: 9788521615958.

11. SHACKELFORD, James F. Ciência dos materiais. 6. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2008. 556 p. ISBN 9788576051602.

12. VAN VLACK, Lawrence H.. Princípios de ciência e tecnologia dos materiais. 2a ed. Rio de Janeiro: Campus. 1988. ISBN: 8570014805.

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Critérios Adotados na Distribuição dos Pontos - Freqüência às aulas e entrega dos relatórios: 100 pontos

Observações: - As práticas e os relatórios serão executados por grupos de dois alunos. - Os relatórios entregues com atraso serão avaliados com uma menor pontuação.

Sugestões para Confecção, Formato e Padronização dos Relatórios

Sugere-se a apresentação dos relatórios no seguinte formato: 

Editor de texto: Word;



Tamanho A4 (210 x 297 mm);



Margens de 2,5 cm;



Letra (tipografia): Times New Romam com tamanho 12;



Espaço entre linhas: automático;

Tamanho Máximo do trabalho: 20 páginas (incluindo figuras e referências bibliográficas). Na primeira página deve constar o logotipo da universidade, o título do trabalho em maiúsculas, negrito e centralizado com letra tamanho 15. Pulando três linhas o nome do autor (alinhado à direita). Na segunda página, inicia-se o texto. 

Os gráficos/desenhos ou figuras não poderão ultrapassar o tamanho A4.



As folhas deverão ser numeradas no alto da página, à direita, iniciando-se a numeração após o SUMÁRIO.



O trabalho deverá conter uma capa na qual conste no início, o nome e o logotipo da universidade, além do curso, todos em letra maiúscula, tamanho 13 (negrito); o título do trabalho em maiúsculas (negrito tamanho 15 – centralizado), seguido do nome do aluno, alinhados à direita e o nome do professor da disciplina (letra normal – tamanho 12).



Abaixo, no pé da página, citar local, dia e ano, cada qual em uma linha e centralizado.

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São partes essenciais do trabalho: 1. Capa 2. Resumo 3. Objetivos da Prática 4. Sumário 5. Introdução (Revisão Bibliográfica) Texto genérico e resumido sobre o assunto tratado na prática; 6. Materiais e Metodologia 7. Resultados e Discussão Apresentação resumida dos resultados obtidos nos ensaios em forma de texto ou sumarizados; Breve discussão dos resultados e comparação destes com dados obtidos na literatura. 8. Conclusões 9. Referências bibliográficas Citação da bibliografia utilizada para consulta conforme normas de indicação bibliográfica da ABNT; Citação

de

normas

brasileiras

ou

outras

emitidas

por

organizações

padronizadoras.

Obs: Para uma informação mais detalhada de como proceder à elaboração do relatório, deve-se consultar o trabalho intitulado Padrão PUC Minas de Normalização no site da PUC Minas, de endereço eletrônico: http://www.pucminas.br/biblioteca/index_padrao.

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A busca pelo conhecimento não é apenas uma obrigação do ser humano, mas uma justificativa para a sua existência. (o autor)

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SUMÁRIO ENSAIOS MECÂNICOS: Prática de Laboratório N0 01 1. Ensaio de Dureza pelo Método Brinell .......................................................

12

Histórico......................................................................................................

12

Os Métodos de Ensaio de Dureza....................................................................

12

1.1. MÉTODO BRINELL.................................................................................. 1.2. Parte Experimental ................................................................................ 1.2.1. Objetivos............................................................................................ 1.2.2. Materiais............................................................................................. 1.2.3. Equipamento.......................................................................................

13 15 15 15

1.2.4. Procedimento......................................................................................

15

1.3. Resultados.............................................................................................

15

1.4. Bibliografia.............................................................................................

16

1.5. Exercícios Propostos................................................................................

17

2. ENSAIOS MECÂNICOS: Prática de Laboratório N0 02 Ensaio de Dureza pelo Método Vickers........................................................

18

2.1. MÉTODO VICKERS................................................................................

18

2.1.1. Irregularidades Encontradas nas Impressões Vickers ................................

19

2.1.2. Objetivos............................................................................................

20

2.1.3. Materiais.............................................................................................

20

2.1.4. Equipamento......................................................................................

21

2.2. Procedimento.........................................................................................

21

2.3. Resultados.............................................................................................

21

2.4. Bibliografia.............................................................................................

21

2.5. Exercícios Propostos................................................................................

21

3. ENSAIOS MECÂNICOS: Prática de Laboratório N0 03

24

Ensaio de Dureza pelo Método de Microdureza Vickers...............................

24

3.1. MÉTODO VICKERS................................................................................

24

3.1.1. Cuidados a Serem Tomados na Execução do Ensaio de Microdureza..

25

3.1.2. Objetivos............................................................................................

25

3.1.3. Materiais.............................................................................................

25

3.1.4. Equipamento.......................................................................................

25

3.2. Procedimento.........................................................................................

25

3.3. Resultados.............................................................................................

26

3.4. Bibliografia.............................................................................................

26

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3.5. Exercícios Propostos................................................................................

26

Ensaio de tração.....................................................................................

28

Metalografia – macrografia e micrografia..................................................

34

Tratamentos Térmicos – micrografia.........................................................

50

Recristalização – Encruamento e recristalização..........................................

60

Ensaio de temperabilidade Jominy............................................................

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Lista de Figuras

Figura 1- Parâmetros básicos num teste Brinell. ...................................................... 21 Figura 2. Ângulo das tangentes à esfera, para a relação d/D = 0,375 na dureza Brinell. 25 Figura 3 - Procedimento para a determinação da diagonal em uma impressão obtida por penetrador de diamante. ..................................................................... 26 Figura 4 - (a) Impressão Vickers perfeita; (b) Impressão defeituosa; afundamento; (c) Impressão defeituosa; aderência. ......................................................... 28 Figura 5 - a) Comparação entre os tamanhos das impressões Knoop e Vickers para uma mesma carga; b) Detalhe de uma impressão Knoop; c) Penetrador Knoop 31 Figura 6 - Variação de HK e HV com a carga no ensaio de microdureza. ..................... 32 Figura 7 - Micrômetro óptico para medição das diagonais da impressão no método de microdureza Vickers. .......................................................................... 33 Figura 8 - Seqüência de operações do método de ensaio de dureza Rockwell (esquemático). .................................................................................. 36 Figura 9 - Durômetro Rockwell instalado no laboratório de Materiais de Construção Mecânica do depto. de Engenharia Mecânica da PUC MG. ........................ 38 Figura 10 - Aspecto do corpo de prova para o ensaio de tração. ................................ 41 Figura 11. – Curva característica de Carga (Kgf) versus Alongamento (mm) obtido no ensaio de tração. ............................................................................... 42 Figura 12 - Curva típica tensão-deformação convencional, obtida no ensaio de tração. 43 Figura 13. – Curva tensão/deformação verdadeiras. ................................................ 44 Figura 14. – Curva de tração apresentando um patamar de escoamento. ................... 45 Figura 15. – heterogeneidade de deformação durante o patamar de escoamento. ....... 46 Figura 16 - Ocorrência de banda de Lüders em corpos de prova de tração. ................. 46 Figura 17. – Procedimento para avaliação do limite de escoamento a x% de deformação. ........................................................................................................ 47 Figura 18. – Método para determinação do valor de l para o alongamento. ................. 48 Figura 19 - Avaliação gráfica do alongamento percentual após ruptura. ..................... 49 Figura 20 - Influência da posição do corte de uma barra sobre seu aspecto macrográfico. ........................................................................................................ 55 Figura 21-Deformação da superfície do material durante o processo de desbaste. ....... 56 Figura 22- Representação esquemática do procedimento utilizado na lixamento de amostras metalográficas. .................................................................... 56 Figura 23- Aspectos macrográficos diversos decorrentes da posição do corte em relação a barra original de que foram estampadas essas porcas. Ataque: iodo. 1,5 X. ........................................................................................................ 57

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Figura 24 - O trilho da figura rompeu em serviço e a fratura acompanhou o contorno da zona segregada. Ataque: iodo.............................................................. 58 Figura 25 - Impressão de Baumann da peça da figura anterior. (Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns – Vicente Chiaverini) ............................... 58 Figura 26 - Solda oxiacetilênica de duas barras laminadas de aço doce. Ataque: iodo. . 59 Figura 27 - Diferença brusca de granulação em aço extradoce posta em evidência pelo ataque com reativo de ácido nítrico seguido de um ataque por oxidação. 50 x. ..................................................................................................... 60 Figura 28 - Encruamento intenso por martelamento a frio, de um aço meio duro. Grãos fortemente deformados. ...................................................................... 60 Figura 29- Aspecto comum de aço meio duro, moldado no estado bruto de fusão. Ataque: nítrico. 75 x (Metalografia dos Produtos . .................................. 61 Figura 30- Aço com aproximadamente 0,5%C esfriado lentamente. Grãos de perlita e rede de grãos de ferrita. Ataque Nital 2% - 160xm (laboratório de Materiais – PUC Minas) ..................................................................................... 61 Figura 31 - Região de um aço eutetóide esfriado muito lentamente a partir do campo austenítico. Notam-se bem visíveis as lamelas de perlita. Ataque nital 2% 200x................................................................................................. 62 Figura 32 - Aço hipereutetóide. Grãos de perlita envoltos por uma rede de cementita. Ataque: Pícrico - 200x. ....................................................................... 62 Figura 33 - Processo moderno de fixação de pequenas ou fragmentos em resinas sintéticas para seu polimento e exame micrográfico. .............................. 63 Figura 34- Aço extra-doce sem ataque - 500 x........................................................ 64 Figura 35 - Sistema de vídeo microscopia do Laboratório de Materiais de Construção Mecânica do Instituto Politécnico da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais............................................................................................... 65 Figura 36 - Aço hipereutetóide. Ataque: picrato de sódio. 200 X. .............................. 65 Figura 37 - Região assinalada na figura anterior, com maior ampliação. Ataque: picrato de sódio. 730 x. ................................................................................. 66 Figura 38 - Aço com cerca de 0,5% de carbono esfriado lentamente. Ataque: nítrico. 160 x. ..................................................................................................... 66 Figura 39 - Aspecto com maior aumento da área delimitada na figura anterior. Ataque: nítrico. 800 x. .................................................................................... 66 Figura 40 - Mapas de relação de orientação entre grãos para as amostras de aço ABNT 1006,

secção

transversal,

nas

condições:

(a)

encruada;

tratada

termicamente por (b) 5 minutos, (c) 10 minutos, (d) 30 minutos; (e) recozida. Note-se que as imagens foram obtidas com aumentos diferentes

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entre si. (artigo técnico Evolução da microestrutura e da Textura de Recristalização, após Baixos Graus de Deformação a Frio, em dois Aços Ferríticos com Baixo Teor de Carbono, Liana Maria Ferezim Guimarães de Lima e outros, 17º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, 15 a 19 de Novembro de 2006, Foz do Iguaçu, PR, Brasil.) . 70 Figura 41- Representação esquemática do ciclo de recozimento. São observadas as etapas de recuperação, recristalização e crescimento de grão. A diminuição da resistência mecânica e o gradual aumento da ductilidade são aspectos evidenciados...................................................................................... 71 Figura 42 - Diagrama de equilíbrio das ligas ferro-Fe3C. ........................................... 72 Figura 43 - Tratamento térmico de esferoidização ou coalescimento. ......................... 73

Lista de Tabelas

Tabela I. Parâmetros de aplicação do método de dureza Brinell. ................................ 22 Tabela II- Valores de dureza Brinell obtidos no ensaio para diversos materiais. ........... 23 Tabela III- Valores de dureza Vickers obtidos para diversos materiais em estudo. ....... 29 Tabela IV - Valores de dureza microdureza Vickers obtidos ao longo da camada de uma peça que sofreu cementação e têmpera. ................................................. 34 Tabela V - Escalas de dureza Rockwell normal. ........................................................ 36 Tabela VI - Escalas superficiais do método Rockwell. ................................................ 37 Tabela VII – Dados obtidos no ensaio de dureza Rockwell. ........................................ 39 Tabela VIII. - Dados dos corpos de prova a serem ensaiados. ................................... 50

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PRÁTICA DE LABORATÓRIO N0 01 ENSAIOS MECÂNICOS - Ensaio de Dureza pelo Método Brinell  NBR NM 187-1 - Materiais metálicos – Dureza Brinell - Parte 1: Medição da dureza Brinell - Maio/1999- NBR NM 187-2  NBR 6443 - Bloco Padrão para Ensaio de Dureza Brinell

Histórico O ensaio de dureza é, juntamente com o ensaio de tração, um dos mais empregados na seleção e controle de qualidade dos metais. Intrinsecamente, a dureza é uma condição da superfície do material e não representa nenhuma propriedade fundamental da matéria. Dois procedimentos são convencionalmente usados na sua avaliação baseiam-se na: 1. Resistência à penetração de uma ponta rígida, com geometria pré-definida e sob condições de carregamento padronizadas; 2. Resistência ao risco que envolve um processo de corte de um metal pelo outro e, conseqüentemente, está relacionada à plasticidade de camadas superficiais muito finas. A resistência à penetração está relacionada à tensão média de escoamento do material numa faixa estreita de deformação. Este ensaio é muito simples de ser executado

e

particularmente

útil

na

avaliação

dos

diferentes

componentes

microestruturais do material. Os métodos empregados na medição da dureza se distinguem basicamente pela forma do penetrador empregado e pelas condições de aplicação da carga. A escolha do método depende, dentre outros fatores, da natureza e dimensões da amostra além da espessura da camada a ser analisada. De acordo com a velocidade de aplicação da carga os procedimentos de medição se classificam em estáticos e dinâmicos, sendo que os métodos mais usuais empregam a penetração estática. Certos cuidados de validade do ensaio devem ser observados para os diferentes métodos de medição de dureza e a camada superficial observada deve ser representativa das condições do restante do material. Assim, os defeitos superficiais (trincas, poros,

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óxidos, carepa, etc.) podem interferir no resultado. O acabamento superficial está intimamente relacionado com a carga e a forma do penetrador empregado, bem como com o procedimento de medição utilizado no ensaio.

Métodos de Ensaio de Dureza O ensaio de dureza é largamente utilizado na especificação e comparação de materiais. Intrinsecamente, é uma característica referente à superfície do metal, entretanto, para materiais homogêneos, é tomada como uma propriedade global e representativa deste. O termo dureza assume diversos significados face à existência de uma grande divergência de opiniões entre os estudiosos das mais diversas áreas, sendo que, portanto, não é possível encontrar um conceito único para esta característica. Ainda assim, o ensaio é utilizado para que se possam efetuar comparações entre os mais distintos materiais. Em geral, para os metais, a dureza implica em uma resistência à deformação plástica. A definição de dureza como a resistência que o material oferece ao risco é utilizada pelos mineralogistas como mais uma ferramenta na identificação dos diversos minerais. Para tanto utiliza-se um método que emprega uma escala à qual foram atribuídos números de 0 a 10, denominada escala Mohs, e que consiste na padronização de 10 minerais arranjados na ordem decrescente da capacidade de serem riscados. Essa escala não é muito adequada para avaliação da dureza de metais, uma vez que os intervalos não são suficientemente espaçados na faixa de durezas mais altas e sendo que a maioria das ligas metálicas se encaixa nesta faixa. Para a avaliação da dureza de materiais metálicos alguns métodos são mais comumente utilizados dentre os quais podem ser citados: Método Brinell; Vickers, Rockwell, Meyer, Knoop, Shore, dentre outros.

1.1 Método Brinell Nascido em 21 de novembro de 1849 e falecido em 17 de novembro de 1925, o sueco J. A Brinell estudou muitos aspectos do ferro e de sua produção. Seu trabalho mais importante foi sobre as transformações do aço que ocorrem durante o aquecimento e o resfriamento. Suas descobertas sobre o controle de carbono contido nas fases contribuem até hoje para novas descobertas a respeito de propriedades do aço. Por volta de 1900, este sueco propôs um método para avaliar a dureza, que consistia na impressão de uma

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superfície metálica com uma esfera de aço de 10 mm de diâmetro, empregando-se uma carga de 3000 Kgf. O número de dureza Brinell (HBN) foi, então, expresso pela carga P dividida pela área superficial da impressão:

BHN 

Kgf/mm 

P S

(1)

2

Sendo S a área da calota impressa no material: (2)

S  Dh

Após determinação de uma relação entre o diâmetro da esfera do penetrador (D) e o diâmetro da projeção da impressão no plano (d), têm-se:

2P

BHN 

(3)

D(D  (D 2  d 2 ))

A fim de se obter o mesmo número de dureza Brinell (HBN) com uma carga ou um diâmetro da esfera variado é necessário produzir impressões geometricamente similares, o que pode ser alcançado desde que se mantenha o ângulo 2 (fig. 1) constante. A equação 4 mostra que para se manter o ângulo 2 e o número de dureza HBN constantes, a carga e o diâmetro da esfera devem variar, mantendo-se a razão constante:

P1 D1

2



P2 D2

2



P3 D3

(4)

2

Alguns inconvenientes são encontrados neste método para avaliação da dureza de metais

ou

ligas

metálicas.

Dentre

estes

inconvenientes

podem

ser

citados

a

impossibilidade de se avaliar a dureza de aços muito duros (temperados, por exemplo), uma vez que este é o material da esfera do penetrador o que provocaria uma deformação desta e, portanto, a obtenção de resultados errôneos. Por outro lado, o tamanho da impressão torna o método inconveniente para pequenos objetos ou partes de peças que poderão ser criticamente tensionadas, o tornaria a impressão mais um concentrador de tensões. Brinell desenvolveu uma relação entre o limite de resistência a tração do material e o número de dureza HB, para aços e ferros fundidos, definida por:

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 RT  k  HB

21

(5)

Onde: k = constante para cada material; RT = Limite de resistência, Kgf/mm2

P

D/2 

d/2

h

Figura 1- Parâmetros básicos num teste Brinell.

1.2 Parte Experimental

1.2.1. Objetivos  Avaliar a dureza de diversos materiais metálicos pelo método Brinell.  Avaliar a resistência mecânica do material, conhecendo-se a sua dureza Brinell. 1.2.2. Materiais Aços, ligas de cobre (latão e bronze) e liga de alumínio. 1.2.3. Equipamento Durômetro:__________________________________ Marca:______________________________________ Modelo:_____________________________________

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1.2.4. Procedimento Pelo método Brinell podem ser ensaiados materiais com durezas desde HB8 até HB450. Para materiais mais duros a esfera poderá sofrer uma deformação, tendo alterações nas suas dimensões cuja grandeza excede a tolerância especificada pela norma. Para se obter o mesmo valor de dureza HB, no ensaio de uma mesma amostra, com esferas de diferentes diâmetros, torna-se necessário manter constante a relação P/D2 (condição de semelhança geométrica das impressões). Entretanto, na prática, é impossível conseguir tal invariabilidade. Um ensaio é considerado satisfatório se o diâmetro da impressão d se mantém em torno de 0,25D < d < 0,5D, qualquer que seja a carga empregada. Na tabela I são indicados valores adequados de P, D, e d, além do tempo de aplicação de carga para diferentes metais de uso corrente.

Tabela I. Parâmetros de aplicação do método de dureza Brinell.

Diâmetro D

Diâmetro d da

(mm)

impressão (mm)

10 5 2,5 1

2,0 1,0 0,5 0,2

-

6,0 3,0 1,5 0,6

Tempo de aplicação (s) Condições de emprego recomendadas

Cargas (Kgf) P= 30D2

P = 10D2

P = 5D2

P = 2D2

3000 750 187,5 30

1000 250 62,5 10

500 125 31,25 5

200 50 12,5 2

10 - 30

30

30 - 60

60

Aços, ferros fundidos, bronzes especiais

Cobre, Latões, ligas duralumínio, de Mg zinco e suas (HB31 - 130) ligas

Estanho, chumbo

1.3. Resultados Antes da execução dos ensaios de dureza, preencher a tabela a seguir de acordo com as condições selecionadas para cada material. Os resultados obtidos deverão ser listados nas linhas e colunas conforme se pede.

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Tabela II- Valores de dureza Brinell obtidos no ensaio para diversos materiais.

Condições Material

Grau de Carga

Diâmetro da esfera (mm)

Resultados Carga (Kgf)

Diâmetro da impressão

RT Média

Dureza

0,36HB (Kgf/mm2)

Aço comum

Aço inoxidável

Latão

Bronze

Alumínio

1.4. Bibliografia 1. NBR 6394 - Jul/1981 - Determinação da Dureza Brinell de Materiais Metálicos 2. NBR 6443 - Bloco Padrão para Ensaio de Brinell 3. SOUZA, S.A., Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos. São Paulo, Edgard Blucher, 1974.

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4. ASTM Standards. Philadelphia: American Society for Testing Materials. 5. Normas da ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas. 6. Metals Handbook, Cleveland: American Society for Metals, 1961. 7. PEDRAZA, BOTREL e SILVA, Tratamentos Térmicos dos Aços - Depto. de Engenharia Metalúrgica da EE.UFMG - MG – 1979;

1.5. Exercícios Propostos 1) Qual a dureza que mais interessa: a) ao mineralogista? b) ao engenheiro mecânico?

2) Ao se ensaiar um aço pelo método Brinell empregou-se uma carga de 750 Kgf e obteve-se um diâmetro da impressão igual a 2,00 mm. Pergunta-se: a) Qual o diâmetro da esfera do penetrador utilizado? b) O ensaio pode ser considerado válido? c) Qual o valor da dureza HB? d) Qual a resistência mecânica deste aço? e) Se a carga empregada fosse de 3000 Kgf, qual deveria ser o diâmetro da esfera do penetrador a ser utilizada?

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PRÁTICA DE LABORATÓRIO N0 02 ENSAIOS MECÂNICOS - Ensaio de Dureza pelo Método Vickers 

NBR 6672 - Jul/1981 - Materiais Metálicos - Determinação da Dureza Vickers

 NBR 6672 - Tabelas de Valores da Dureza Vickers (HV) Para Materiais Metálicos

2.1. MÉTODO VICKERS

Este método de ensaio de dureza foi desenvolvido, em 1925, pelos pesquisadores Smith e Sandland e leva este nome devido a Vickers Armstrong Company Ltda, que adquiriu os direitos dos autores e fabricou as primeiras máquinas de ensaio. O método consiste na aplicação de uma carga estática no material através de um penetrador de diamante na forma de uma pirâmide de base quadrada que possui um ângulo de ataque de 136 (formado pelas alturas de duas faces opostas). Este ângulo produz valores de impressões semelhantes à dureza Brinell, porque para d/D = 0,375 (relação ideal no método Brinell), as tangentes à esfera partindo dos cantos da impressão fazem entre si exatamente um ângulo de 136, como mostrado na figura 1 (veja anotações em sala). Quando são utilizadas pequenas cargas o processo recebe o nome de microdureza Vickers e é muito indicado, de uma forma geral, quando se deseja a determinação da dureza de constituintes individuais de certa estrutura, ou ainda de materiais frágeis e peças pequenas ou de pequena espessura.

p

D d

 =  MATERIAL Figura 2. Ângulo das tangentes à esfera, para a relação d/D = 0,375 na dureza Brinell.

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Como o penetrador de diamante é indeformável, as impressões tornam-se bastante uniformes independentemente de seu tamanho. A aplicação da carga é feita através de uma alavanca, sendo mantida sobre a peça durante um tempo mínimo de 30 segundos, após o que esta é retirada. O aparelho para ensaio de dureza é dotado de um dispositivo óptico de medição (vernier), com uma precisão suficiente (cerca de 1 mícron) para possibilitar a medição das diagonais da impressão. A medida é feita em duas posições ortogonais entre si, sendo a diagonal tomada como a média das medidas das diagonais, conforme mostrado na figura 3.

_ l l l  2 1

l1

2

l2 Figura 3 - Procedimento para a determinação da diagonal em uma impressão obtida por penetrador de diamante.

O número de dureza Vickers é calculado a partir da relação:

HV = 1,8544 

P l2

(1)

Onde: HV: Número de dureza Vickers em Kgf/mm2 P: Carga nominal do ensaio em Kgf l: Diagonal média em mm O método apresenta algumas vantagens em relação a outros métodos de ensaio de dureza quanto ao seu emprego em trabalhos científicos, a saber: - Escala contínua. - Impressões pequenas que não inutilizam a peça. - Grande precisão de medida. - Deformação nula do penetrador. - Existência de apenas uma escala de dureza. - Aplicação para toda a gama de materiais, os quais apresentam os mais diversos níveis de dureza.

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- Aplicação em qualquer espessura de material, podendo, portanto, medir também durezas superficiais. Entretanto, este método de ensaio de dureza exige muito cuidado na preparação da superfície da amostra de forma a tornar as impressões bastante nítidas. Desta forma, a preparação do corpo de prova deve ser feita empregando técnicas metalográficas. O polimento eletrolítico pode ser utilizado para evitar o encruamento do metal na superfície, o que afetaria o resultado. Este tipo de polimento torna a impressão mais nítida para a medida das diagonais. É necessário também um polimento mecânico prévio, de forma a remover algum mícron da camada superficial encruada devida ao corte. A amostra, usualmente, é embutida em uma resina de baquelite, a fim de tornar o seu manuseio mais fácil. Na prática são empregadas tabelas previamente calculadas para a determinação do número de dureza a partir da diagonal média e da carga empregada. Durante o processo de medição de dureza por penetração, desenvolve-se na região do material próximo à impressão, um estado complexo de tensões de compressão, particularmente favorável a obtenção de deformação plástica. Por isto, este processo é empregado a uma grande gama de materiais, desde os mais dúcteis até os mais frágeis. Existem certos cuidados em relação aos diversos processos de medição de dureza, os quais devem ser levados em consideração nos procedimentos de análise. Abaixo são citados alguns: 

A camada superficial deve ser na medida do possível, representativa das condições em que se encontra o resto do material.



Deverão ser eliminados todos os defeitos superficiais como trincas, riscos, poros e também manchas.



Materiais depositados na camada superficial, tais como óxidos e carepas.



A distância das impressões em relação às bordas da peça deve ser tal de forma a que a ausência de material nesta região não interfira nos resultados.



As impressões devem manter uma distância entre si, de forma a evitar o efeito do encruamento, devido à deformação plástica próxima às bordas destas.

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2.2. Irregularidades Encontradas nas Impressões Vickers As irregularidades que podem ocorrer nas impressões Vickers estão apresentadas na figura 4. Estas anomalias estão relacionadas com possíveis irregularidades de fluxo que surgem durante a deformação plástica devido ao ensaio, e estão associadas às características do material. O primeiro caso (figura. 4.b.) ocorre em metais recozidos e tem origem no afundamento do metal em torno das faces do penetrador, resultando um valor de L maior que o real. No segundo caso (figura 3.c.) ocorre uma aderência do material às faces do penetrador, e frequentemente é encontrado em materiais encruados. A diagonal da impressão medida é menor do que o valor real. Em metais de grande anisotropia1, obtêm-se impressões de tal forma irregular que torna-se necessário tomar a média das diagonais medidas ortogonalmente entre si.

MATERIAL MATERIAL

l1

l

l2

l1 >l

(a)

(b)

l2 < l

(c)

Figura 4 - (a) Impressão Vickers perfeita; (b) Impressão defeituosa; afundamento; (c) Impressão defeituosa; aderência.

2.1.2. Objetivos  Avaliar a dureza de diversos materiais metálicos pelo método Vickers.  Comparar os valores de dureza Vickers para um mesmo material, obtidos a partir de cargas variadas.

2.1.3. Materiais  Aço comum, aço ferramenta, cobre ou liga de cobre, alumínio ou liga de alumínio.

1

Anisotropia é uma característica que os materiais apresentam de terem suas propriedades alteradas de acordo com a direção de observação.

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2.1.4. Equipamento Durômetro Universal de Dureza - Marca:_______________Modelo:_________________

2.2. Procedimento Conforme procedimentos descritos na Norma ABNT - NBR 6672.

2.3. Resultados Tabela III- Valores de dureza Vickers obtidos para diversos materiais em estudo.

Condições Material

Carga (Kgf) P1

Aço comum

Aço Inoxidável

Aço VC 131

Latão

Bronze

Alumínio

P2

Resultados Diagonal impressão Dureza l (mm)

HV1

l (mm)

Média (Kgf/mm2) HV2

HV1

HV2

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2.4. Bibliografia

1) Norma Brasileira - ABNT NBR 6672 - Jul/1981 - Materiais Metálicos - Determinação da Dureza Vickers. 2) Norma Brasileira - ABNT NBR 6672 - Tabelas de Valores da Dureza Vickers (HV) para Materiais Metálicos. 3) SOUZA, S. A. Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos - Fundamentos Teóricos e Práticos Ed. Edgard Blucher Ltda - SP - 1982; 4) Princípios de Ciência dos Materiais Lawrence H. Van Vlack - Ed. Edgard Blucher Ltda - SP - 1970; 5) Princípios de Metalurgia Física Robert E. Reed - Hill - Ed. Guanabara Dois S.A. - Rio de Janeiro - RJ - 1982;

2.5. Exercícios Propostos

1) O que garante a condição de independência do valor de dureza Vickers com relação a carga de ensaio? Explique. 2) Por que cargas muito pequenas podem levar a erros na avaliação da dureza de um metal? 3) Como se explica a utilização do método Vickers na avaliação da dureza de diversos materiais? 4) Ao se avaliar a dureza de uma amostra metálica pelo método Vickers empregando-se uma carga P obteve-se uma diagonal l. a) Se a carga for triplicada qual será o valor da nova diagonal? b) Se a carga for duas vezes menor que a inicial, qual será o valor da diagonal? 5) Determine a área superficial de uma impressão Vickers cuja diagonal é L, como função do ângulo . 6) Cite as irregularidades que podem ocorrer nas impressões Vickers. Comente sobre cada uma delas.

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PRÁTICA DE LABORATÓRIO N0 03 ENSAIOS MECÂNICOS - Ensaio de Microdureza Dureza Vickers 

NBR 6672 - Jul/1981 - Materiais Metálicos - Determinação da Dureza Vickers

 NBR 6672 - Tabelas de Valores da Dureza Vickers (HV) para Materiais Metálicos

3.1 MICRODUREZA VICKERS

Várias das aplicações da dureza Vickers estão voltadas para o ensaio de microdureza. Este método está associado à determinação da profundidade de superfícies carbonetadas,

temperadas

ou

que

sofreram

algum

processo

de

endurecimento

superficial, além da determinação da dureza de constituintes individuais de uma microestrutura, de materiais frágeis, de peças muito pequenas ou extremamente finas. As cargas de ensaio são baixas, variando desde algumas gramas até alguns poucos quilos. Dois penetradores são empregados, caracterizando assim dois tipos de microdureza: A microdureza Vickers emprega a mesma técnica do processo de dureza Vickers e a microdureza Knoop utiliza um penetrador na forma apresentada na figura 5.

17 o

2

30 `

130 o (a)

(b)

(c)

Figura 5 - a) Comparação entre os tamanhos das impressões Knoop e Vickers para uma mesma carga; b) Detalhe de uma impressão Knoop; c) Penetrador Knoop

3.1.1. Cuidados a Serem Tomados na Execução do Ensaio de Microdureza O corpo de prova deve ser preparado por técnicas metalográficas, uma vez que face as pequenas cargas empregadas no ensaio, quaisquer irregularidades superficiais (riscos, carepas, pontos de oxidação, etc) podem levar a resultados errôneos. O polimento eletrolítico evita o efeito do encruamento superficial muitas vezes ocorrente

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nos processos usuais de preparação metalográfica. Um método muito utilizado para peças pequenas consiste em fazer um embutimento desta com uma resina epoxi ou baquelite, o que facilita o manuseio. Para cargas muito baixas (em geral menores do que 300 gf), além de produzirem impressões muito pequenas, o efeito da recuperação elástica é grande em relação a deformação plástica provocada, o que também pode ser uma fonte de erro. Torna-se então, comum realizar uma pesquisa da carga ideal para se ensaiar determinado material. Em virtude disto, verifica-se que as dureza Knoop e Vickers aumentam quando a carga diminui conforme mostrado na figura 6.

1200

1000

HK

800

HV

600 Seqüência1 HV Seqüência2 HK

400

200

0 0

200

400

600

800

1000

Carga (gf)

Figura 6 - Variação de HK e HV com a carga no ensaio de microdureza.

Face ao formato do penetrador Knoop, este tipo de microdureza é mais sensível à orientação da superfície da amostra (anisotropia). O tempo de manutenção da carga deve ser por volta de 18 a 30 segundos e a velocidade de aplicação da carga deve estar entre 1 e 20 m/segundo. Velocidades maiores dão valores de dureza mais baixos. Erros maiores nas medidas de microdureza são ocasionados por erros nas medidas das diagonais (devido ao seu pequeno tamanho quando são empregadas cargas muito pequenas).

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3.1.2 Objetivos  Avaliar o perfil de microdureza da camada superficial de uma engrenagem pelo método Vickers.

3.1.3 Material  Engrenagem de aço, cementada superficialmente e temperada.

3.1.4 Equipamento

Durômetro Universal de Dureza - Marca:________________ Modelo:________________ Condições de ensaio: Carga_____________________ Ampliação ___________________

3.2 Procedimento

Conforme procedimentos descritos na Norma ABNT - NBR 6672. As medidas das diagonais serão feitas através do micrômetro óptico ou vernier, cujo desenho esquemático é apresentado na figura 7.

Figura 7 - Micrômetro óptico para medição das diagonais da impressão no método de microdureza Vickers.

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3.3 Resultados

Tabela IV - Valores de dureza microdureza Vickers obtidos ao longo da camada de uma peça que sofreu cementação e têmpera.

Distância (mm) 0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1 2,4 2,7 3,0

Diagonal (mm)

HV

Distância (mm) 3,3 3,6 3,9 4,2 4,5 4,8 5,1 5,4 5,7 6,0 6,3

Diagonal (mm)

HV

3.4 Bibliografia 1) Norma Brasileira - ABNT NBR 6672 - Jul/1981 - Materiais Metálicos - Determinação da Dureza Vickers 2) Norma Brasileira - ABNT NBR 6672 - Tabelas de Valores da Dureza Vickers (HV) Para Materiais Metálicos 3) Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos - Fundamentos Teóricos e Práticos Sérgio Augusto de Souza - Ed. Edgard Blucher Ltda - SP - 1982;

3.5 Exercícios Propostos

1) Faça um gráfico representativo do perfil de microdureza da camada superficial da engrenagem. 2) Qual a espessura aproximada desta camada? 3) Como podem ser explicadas as variações de dureza ao longo da camada? 4) Quais as causas de erro no método de ensaio de microdureza? 5) Faça uma pequena pesquisa sobre cementação.

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PRÁTICA DE LABORATÓRIO N0 04 ENSAIOS MECÂNICOS - Ensaio de Dureza pelo Método Rockwell NBR NM 146 -1 - Materiais metálicos - Dureza Rockwell Parte 1: Medição da dureza Rockwell (escalas A, B, C, D, E, F, G,H e K) e Rockwell superficial (escala 15N,30N,45N,15T,30T e 45T) - Dez/1998

4.1 DUREZA ROCKWELL

Este método de ensaio de dureza foi desenvolvido em 1922 por Rockwell, e por apresentar certas vantagens, tem grande emprego a nível internacional. Tecnicamente, o ensaio elimina o tempo necessário para a medida de qualquer dimensão da impressão, uma vez que a dureza é lida diretamente numa escala, previamente preparada em função da profundidade de penetração. O ensaio é por isto mais rápido e isento de erros pessoais. A rapidez do ensaio torna-o propício tanto para uso em linhas de produção quanto para uso em laboratório. Existem dois tipos de dureza Rockwell que diferem entre si pela pré-carga empregada. A dureza Rockwell normal, que emprega uma pré-carga de 10 Kg, e a dureza Rockwell superficial, que utiliza uma pré-carga de 3 Kg. Estes tipos de dureza têm aplicações específicas, sendo o primeiro mais aplicado ao controle e verificação de tratamentos térmicos, e o segundo mais apropriado ao controle de tratamentos térmicos superficiais. O ensaio é baseado na profundidade de penetração de uma ponta sobre um material, quando esta é submetida a uma carga nominal, proveniente da soma de uma pré-carga e uma carga maior (após recuperação elástica devido à retirada da carga maior). Os penetradores utilizados são do tipo esférico (esfera de aço temperado) ou cônico (cone Brale, com uma conicidade de 120o). A pré-carga (carga menor) é utilizada para fixar a amostra e serve como referencia inicial para o ensaio. A seguir uma carga maior é então adicionada completando a carga nominal do ensaio. A leitura do número de dureza é lida diretamente no relógio após a retirada da carga maior. A figura 8 ilustra a sequência de etapas do método.

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Carga total P0 + P1

Pré carga, relógio em “0” 95

0

95

5 10

90

80

WILSON

85 20

75

80

25

55

50

0

5 10

90

15 85

WILSON

20

20

25 30

70

35

35

65 40 55

50

P0 h0

40

60

45

P1

PEÇA

WILSON

75

30

60

45

80

25

65

40

60

95

10

70

35

65

5

75

30

70

Retirar a carga e fazer a leitura

15

15 85

0

90

36

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55

50

45

P1

P1

P0

P0 h1

PEÇA

h

PEÇA

Figura 8 - Seqüência de operações do método de ensaio de dureza Rockwell (esquemático).

O método de ensaio de dureza Rockwell emprega várias escalas que são independentes entre si. Cada escala é obtida em função da pré-carga, carga nominal e do tipo de penetrador empregados. O relógio indica o número de dureza por analogia com a profundidade que a ponta penetra no material. Um número alto de dureza corresponde a uma pequena profundidade de penetração e vice-verso. Os manuais de operação das máquinas de ensaio são fornecidos pelos fabricantes e indicam como efetuar a medida em cada escala. Além disto, tabelas de aplicação do método podem ser facilmente localizadas nos manuais. A tabela V apresenta as condições que determinam as escalas do método normal. O método superficial é mais comumente empregado para em corpos de prova de pequena espessura, como lâminas, e materiais que sofreram algum tratamento superficial, como cementação, nitretação e etc.

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Tabela V -. Escalas de dureza Rockwell normal.

Escala

Penetrador

Carga (Kgf)

Posição da escala no relógio

B

Esfera 1/16”

100

Interna

C

Cone Brale

150

Externa

A

Cone Brale

60

Externa

D

Cone Brale

100

Externa

E

Esfera 1/8”

100

Interna

F

Esfera 1/16”

60

Interna

G

Esfera 1/16”

150

Interna

Aços finos e aços endurecidos superficialmente. Aços com características entre os dois citados acima. Ligas de Al e Mg, metais para mancais. Ligas de cobre recozidas e chapas finas de metais moles. Liga Cu-Ni-Zn

H

Esfera 1/8”

60

Interna

Alumínio, zinco, chumbo.

K

Esfera 1/8”

150

Interna

L

Esfera 1/4”

60

Interna

M

Esfera 1/4”

100

Interna

P

Esfera 1/4”

150

Interna

R

Esfera 1/2”

60

Interna

S

Esfera 1/2”

100

Interna

V

Esfera 1/2”

150

Interna

Aplicações Ligas de cobre, aços moles, ligas de alumínio, etc. Aço duro, perlítico, etc.

Metais para mancais e outros metais muito moles ou finos.

A tabela VI, a seguir, mostra as escalas do método Rockwell superficial que utiliza pré-carga de 3 kgf.

Tabela VI - Escalas superficiais do método Rockwell. Carga (Kgf)

Penetrador

15 30

Escala 15 N

Cone Brale

30 N

45

45 N

15

15 T

30

Aplicação

Esfera 1/16”

45

30 T

Metais similares aos usados pelas escala A, C e D

Metais similares aos usados pelas escala B, F e G

45 T

Para determinar a profundidade em mm do penetrador, empregam-se as seguintes fórmulas: a) Para penetrador de diamante

HR Normal h  0,002  (100  HR) HR Superficial  h  0,001  (100  HR)

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38

b) Para penetrador esférico

HR comum h  0,002  (130  HR) HR superficial  h  0,001  (100  HR)

Figura 9 - Durômetro Rockwell instalado no laboratório de Materiais de Construção Mecânica do departamento de Engenharia Mecânica da Pontifícia Universidade católica de Minas Gerais – PUC MG.

4.1.1 Objetivos  Avaliar a dureza de metais pelo método Rockwell.  Executar verificações empregando padrões de dureza.

4.1.2 Material

 Aços, latão, bronze e liga de alumínio.

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4.1.3. Equipamento

Durômetro _________________Marca:____________________Modelo:________________ Condições de ensaio: Penetrador___________________Carga_____________________

4.2 Procedimento

Conforme procedimentos descritos na Norma ABNT - NBR 6671.

4.3 Resultados

Tabela VII – Dados obtidos no ensaio de dureza Rockwell.

Material

Carga (kgf)

Dureza

Média

Material

Aço comum

Bronze

Aço VC 131

Alumínio

Ferro Fundido

Latão

Carga (kgf)

Dureza

Média

4.4 Bibliografia

1) Norma Brasileira - ABNT NBR 6671 - Jul/1981 - Materiais Metálicos Determinação da Dureza Rockwell 2) SOUZA, Sérgio Augusto de. Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos Fundamentos Teóricos e Práticos - Ed. Edgard Blucher Ltda - SP - 1982;

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4.5 Exercícios Propostos

1) Cite algumas vantagens da utilização do método Rockwell em relação aos métodos anteriores. 2) Como deve ser o procedimento para a escolha da escala adequada no método Rockwell.

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5a PRÁTICA DE LABORATÓRIO Ensaios Mecânicos - O ENSAIO DE TRAÇÃO DEM - IPUC - Prof. Ubirajara Domingos de Castro NBR 6152 - Jul/1981 - Materiais Metálicos - Determinação das Propriedades Mecânicas à Tração.

5.1. O ENSAIO DE TRAÇÃO O ensaio de tração possui grande facilidade de execução e reprodutibilidade de resultados. Além disso, o carregamento a tração é a solicitação estática mais severa, à qual um material pode estar submetido. Estes fatores tornam fazem com que este ensaio seja um dos mais importantes na avaliação das propriedades mecânicas dos materiais. Consiste em submeter um corpo de prova de dimensões padronizadas do material a um esforço definido por cargas uniaxiais de mesma direção e de sentidos contrários. O corpo de prova tem o seu comprimento alongado até que ocorra a ruptura. As deformações ocorridas no material podem ser notadas de forma uniforme ao longo do comprimento útil até que seja atingida a carga máxima. Esta uniformidade de deformação permite obter valores característicos da curva tensão-deformação convencional diretamente pelo registro gráfico do ensaio. Este, geralmente, é feito a baixa velocidade de aplicação de carga, sendo classificado como um ensaio estático. Amostras do material são usinadas com dimensões padronizadas pelas várias associações de normas técnicas (ASTM, ISO, ABNT, DIN, dentre outras), denominadas corpos de prova (ver figura 1), facilitando a comparação de resultados. De acordo com a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) o comprimento mínimo do corpo de prova padrão está associado ao seu comprimento pela seguinte relação: A  k So

(1)

Onde, k = 5,65 Parte útil

Cabeça

A  B R Figura 10 - Aspecto do corpo de prova para o ensaio de tração.

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Os corpos de prova apresentam um trecho, denominado de parte útil, com a seção tranversal menor de forma a garantir que a deformação aconteça somente nesta região. O aumento da seção nas extremidades dos corpos de prova permite sua fixação nas garras da máquina de forma a prevenir a ruptura nestes locais. Com a aplicação da carga (F) a barra sofre uma deformação (e), definida pela variação do comprimento (L). Desta forma, obtémse, concomitantemente com o ensaio, uma curva de Carga/Alongamento. A figura 11 mostra

Carga (Kgf)

esta curva com dados obtidos no ensaio hipotético do corpo de prova cilíndrico apresentado. 250 200 150 10

50

100 50 0 0

1

2

3

4

5

Alongamento (mm) Figura 11. – Curva característica de Carga (Kgf) versus Alongamento (mm) obtido no ensaio de tração.

De posse dos valores de carga (Kgf) e alongamento (mm) obtidos, concomitantemente com o ensaio de tração, pode-se esquematizar a curva de tensão convencional ou de engenharia (Mpa) versus a deformação convencional (mm/mm). Esta curva está representada na figura 12. As equações 2 e 3 representam as relações entre a carga e a tensão convencional, bem como entre o alongamento e a deformação convencional.



F S0 Onde: Fi = carga instatânea

S0 = área inicial

(2)

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e

l f  l 0 l  l0 l0

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(3)

Onde: Fi = carga instatânea

Tensão (MPa)

S0 = área inicial

30 25 20 15 10 5 0 0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

Deformação (mm/mm)

Figura 12 - Curva típica tensão-deformação convencional, obtida no ensaio de tração.

As equações 4 e 5 representam as relações entre a carga e a tensão verdadeira, bem como entre o alongamento (l) e a deformação verdadeira ().



Fi Si Onde: v= tensão verdadeira v



(4)

Fi = carga instantâneo. Si = área instatânea

  ln l

  l  0 Onde: = deformação verdadeira f

l0 = área comprimento inicial; lf = comprimento final

(5)

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A figura 13 mostra a curva tensão verdadeira (MPa) versus a deformação verdadeira (mm/mm), traçada a partir de dados obtidos do ensaio anterior. Nota-se o crescimento contínuo da tensão verdadeira até a ruptura do corpo de prova. Isto ocorre, face à redução da seção real a partir do ponto de carga máxima (deformação não uniforme).

Tensão Verdadeira (MPa)

33 28 23 18 13 8 3 -2 0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

Deformação verdadeira (mm/mm) Figura 13. – Curva tensão/deformação verdadeiras.

Os diagramas das figuras 12 e 13 mostram que, inicialmente, a curva é linear e a relação entre a tensão () e a deformação (e) é definida pela equação 6. (lei de Hooke)

  Ee

(6)

Onde: = tensão convencional E = módulo de elasticidade ou módulo de Young e = Deformação convencional O regime de deformação definido nesta região é o elástico e sua principal característica é que o corpo de prova tem a capacidade de as suas dimensões iniciais se o esforço aplicado for retirado. A parte parabólica da curva define o regime de deformação plástica. Este regime se inicia quando a carga aplicada atinge um valor correspondente ao limite de escoamento do material sendo analisado. Neste ponto ocorre uma transição no regime de deformação, e a partir daí, o material não mais recupera as suas dimensões originais quando a solicitação é

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retirada. Esta região caracteriza-se por um aumento significativo na dureza. devido à deformação a frio. denominado encruamento. Usualmente, o ensaio de tração permite a determinação das seguintes características do material:  Tensão no limite de escoamento (e): É a tensão que delimita a transição entre os regimes de deformação elástica e plástica. O limite de escoamento pode ocorrer de duas formas. Na primeira, ocorre um patamar de escoamento na região de transição e neste caso é denominado de limite de escoamento definido, ocorrendo para aços de baixo teor de carbono e macios (no estado recozido), conforme figura 14. 250

Carga (Kgf)

200

150

Patamar de escoamento

100 50 0 0

1

2

3

4

5

6

Alongamento (mm/mm) Figura 14. – Curva de tração apresentando um patamar de escoamento.

Geralmente, o fenômeno do escoamento definido é observado em aços que sofrerão tratamentos mecânicos a quente (temperaturas de trabalho acima de metade da temperatura absoluta de fusão do material). Neste caso, ocorre um fenômeno denominado evelhecimento dinâmico (interação entre átomos de solutos, de carbono e nitrogênio, e deslocações) simultaneamente com a deformação. Durante a ocorrência do patamar de escoamento, observam-se regiões de deformação localizadas, que vão cobrindo toda a parte útil do corpo de prova. Durante a formação súbita de uma banda de deformação. Esta cessa em toda a parte útil do corpo de prova e concentra-se exclusivamente na banda. Desta forma, quanto maior a

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deformação nesta banda, maior será a variação de tensão (como mostrado na figura 15, que explicita o trecho da curva da figura 14 onde ocorre o patamar de

Tensão (MPa)

escoamento.

200

 150

100

50

Bandas de Lüders 0 0

0,5

1

1,5

2

Deformação (e) Figura 15. – Heterogeneidade de deformação durante o patamar de escoamento.

À medida que a região deformada vai aumentando, tem-se uma região deformada, uma outra não-deformada e uma região de transição denominada Banda de Lüders. A deformação passa a ocorrer somente na região de transição. A figura 16 mostra o fenômeno e indica o patamar de escoamento. F Direção de movimento da Banda de Lüders

Região deformada

Banda de Lüders Região nãodeformada F

Figura 16 - Ocorrência de banda de Lüders em corpos de prova de tração.

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A segunda forma do limite de escoamento não aparece tão explicitamente no gráfico quanto à primeira. Neste caso, ele é definido como a relação entre a carga, necessária para promover uma deformação de x%, e a área inicial do corpo de prova. O valor de x é específico para cada material. Para aços, por exemplo, é especificado um valor de para x = 0,2%. A figura 17 mostra um detalhe da figura 12 e ilustra o procedimento para a determinação do limite de escoamento a x% de deformação, considerando que o corpo de prova ensaiado era de aço. r

Tensão (MPa)

25

r'

 0,2 20

r // r' 15

10

5

0 0

0,2

0,5

1

1,5

2

2,5

3

Deformação (%) Figura 17. – Procedimento para avaliação do limite de escoamento a x% de deformação.

 Tensão no limite de resistência (RT): é a máxima tensão que o material suporta. Neste ponto, surge no material um fenômeno denominado de estricção, definido por uma deformação localizada. A deformação é uniforme (eu) e o volume permanece constante até este ponto. A partir daí, a deformação passa a ser não uniforme (e u) e não há mais constância de volume. O limite de resistência é definido pela carga máxima, dividida pela área inicial da seção transversal do corpo de prova.  Resiliência: Capacidade de um material absorver energia quando deformado elasticamente e liberá-la quando descarregado.  Tenacidade: É a capacidade de um material absorver energia na região plástica até a ruptura. Pode ser determinada através do cálculo da área total sob a curva tensãodeformação.

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 Ductilidade: Dois parâmetros são utilizados para avaliar a ductilidade do material. Ambos avaliam a quantidade total de deformação que o material pode suportar até a ruptura. São eles: 1. Alongamento percentual após ruptura (A%): É a deformação linear total que o material suporta até a ruptura do corpo de prova. Define-se como a relação percentual entre a variação no comprimento após ruptura (l) e o comprimento inicial (l0). A equação 7 representa esta relação. A(%) 

l f  l0 l0

x100 

l l0

(7)

x100

A melhor maneira de se medir o comprimento final (lf) é dividir o comprimento útil inicial do corpo de prova em partes iguais, por meio de pequenos riscos transversais. Se a ruptura ocorrer no meio da parte útil, ou próximo dele, juntam-se as partes, contam-se n/2 divisões de cada lado e mede-se o comprimento final (lf) (figura 16b). Caso a ruptura ocorra próximo de um dos terços médios da parte útil, de modo a não ser possível a contagem de n/2 divisões de um dos lados, acrescenta-se ao comprimento de n/2 divisões do lado oposto, o número de divisões que faltar para completar as divisões do lado mais curto. O comprimento final (lf) é a soma do número total de divisões obtidas (l’) mais o comprimento dado pelo número de divisões adicionais juntadas do lado mais longo (l’’) (figura 16c). l0 = 10 divisões (a) d0 Lf B = 10 divisões (b ) df 5 div. 2 div.

3 div.

(c) l’

df

l’’

Figura 18. – Método para determinação do valor de l para o alongamento.

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Uma outra forma de medir o alongamento percentual após ruptura é através do registro gráfico do ensaio (figura 17). O alongamento l’ é obtido pela interseção de uma reta (r’), paralela à reta (r) representativa do regime elástico, com o eixo do alongamento (mm). O valor de l é calculado, dividindo-se o valor de l’ pela ampliação utilizada.

Carga (Kgf)

O alongamento é então calculado, empregando-se a equação 7.

r

r'

200

r'// r

150

df

d0

250

l0

lf

ruptura

100 50

l

0 0

1

2

4l’

3

5

Alongamento (mm)

antes

depois

(x ampliação)

Figura 19 - Avaliação gráfica do alongamento percentual após ruptura.

l 

l '

(8)

ampliação

2. Redução percentual de área ou estricção (Z%): É a relação percentual entre a variação da área da seção transversal útil do corpo de prova após a fratura (S)e a área inicial (So). A figura 16 ilustra a medição do diâmetro final após ruptura e a equação 9 é utilizada para a determinação da redução percentual de área. Z (%) 

S0  S f S0

x100 

S S0

x100

(9)

5.2. Parte Experimental 5.2.1. Objetivos  Avaliar as propriedades mecânicas no ensaio de tração de aços;  Avaliar o efeito do tratamento mecânico nas propriedades mecânicas do aço.

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5.2.2. Materiais 02 corpos de prova de aço ABNT 1020.  Cp1: cabeça clara (laminado a frio);  Cp2: cabeça escura (laminado a quente).

5.2.3. Equipamento Máquina ___________________Marca:_______________________Modelo:_____________ Condições de ensaio: Carga_______________________Ampliação_____________________

5.2.4. Procedimento Conforme procedimentos descritos na Norma ABNT - NBR 6152.

5.3. Resultados Tabela VIII. - Dados dos corpos de prova a serem ensaiados.

Dureza Cp HRB

HB 10/3000

RT d0 (mm)

S0 (mm)

2

(Kgf/mm )

Fmáx. (KN)

1 2 ObS.:Escala da máquina (F.E.)  0,35xHBxS0 (relação de Brinell) Tabela IX. – Propriedades avaliadas no ensaio de tração de cps. de aço ABNT 1045.

Escoamento

RT

S0 Carga Cp 2 (mm ) (KN) definido (Mpa) 0,2% (Mpa) 1 2

Alongamento

Estricção

lf df A(%) Z(%) (mm) (mm)

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5.4. Bibliografia 1) SILVA, E. M. de P. e. at all, Fundamentos de Ensaios Mecânicos de Metais, Editado pro Prof. José M. de Godoy, com o auxílio do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), UFMG, depto. De Engenharia Metalúrgica, Belo Horizonte, 1980. 2) Norma Brasileira - ABNT NBR 6152 - Jul/1981 - Materiais Metálicos - Determinação das Propriedades à tração. 3) SOUZA, S.A., Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos. São Paulo, Edgard Blucher, 1974. 4) DIETER, G.E., Mechanical Metallurgy. Tokyo, 2a Ed., McGraw-Hill, 1976.

5.6. Exercícios Propostos 1) Resultados de um ensaio de tração para um aço 0,5% C e para um latão 70 - 30 forneceram os seguintes resultados: Material

Tu (PSI)

eu (%)

Aço

44800

30

Latão

56000

50

. Considerando que a relação entre T e e é dada pela equação T = ken (equação de Hollomon) e sendo Tu , eu tomados no ponto de carga máxima do ensaio, calcular os valores de K e n para ambos os materiais. 2) Mostrar que o limite de resistência (RT) para um material que obedece à lei  = ken é dado por:



RT

 n   k   2,71 

n

onde 2,71 é a base do sistema de logaritmos naturais. 3) Faça uma pesquisa e sobre a ocorrência do patamar de escoamento no ensaio do corpo de prova recozido.

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4) Uma barra de aço tem um diâmetro de 22,00 mm. Desenhe um corpo de prova padrão a ser usinado a partir desta barra, indicando as medidas essenciais. 5) A partir da curva de Carga versus Alongamento obtida e do alongamento após ruptura medido nos corpos de prova, pede-se determinar a ampliação média utilizada nos ensaios.

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6a PRÁTICA DE LABORATÓRIO O Exame Metalográfico DEM - IPUC - Prof. Ubirajara Domingos de Castro NBR 8653 – Metalografia e tratamentos térmicos e termoquímicos das ligas ferro-carbono - Terminologia NBR 8108 - Ataque com reativos metalográficos em ligas ferrosas. Jul/1983

6. Introdução A metalografia é um dos principais ramos da metalurgia física e busca estudar a constituição, a estrutura e a textura dos metais. O exame metalográfico encara o metal sob o ponto de vista de sua estrutura, procurando relacioná-la às suas propriedades físicas, composição, processo de fabricação, etc., de modo a poder esclarecer, ou prever seu comportamento numa determinada aplicação. A observação das estruturas metálicas sob aumentos convenientes é de importância considerável tanto para os estudantes, engenheiros, como para os pesquisadores. É necessário ressaltar que tão-somente a análise química não permite tecer considerações satisfatórias sobre as propriedades físicas de uma liga metálica (mecânicas, elétricas, magnéticas, etc.) e que a metalografia preenche, pelo menos em grande parte, essa lacuna. O conhecimento da história dos produtos fundidos, dos processos de elaboração das ligas e dos tratamentos térmicos e mecânicos a que foram submetidas serão necessários para desvendar a causa dos incidentes de fabricação e julgar as qualidades técnicas dos produtos obtidos. A metalografia é, hoje, uma ferramenta de suma importância na busca de soluções para problemas e da durabilidade de componentes metálicos quando submetidos às condições de serviço, que, a cada dia, tornam-se mais severas. Esta técnica traz informações acerca da causa dos defeitos, objetivando uma melhoria tecnológica ou de desenvolvimento científico do produto. O exame metalográfico pode ser feito à vista desarmada ou no máximo com o auxílio de uma lupa (exame macrográfico) ou com o auxílio de um microscópio (exame micrográfico). Esses exames são feitos em secções do material, polidas e atacadas com reativos adequados. Em síntese, o exame metalográfico fornece dados sobre como o material e peça foram feitos e também sobre sua homogeneidade.

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6.1. Histórico da Peça a Ser Investigada Quando um material ou peça é entregue ao laboratório a fim de ser examinado para esclarecimento de alguma questão, o encarregado de estudar o assunto precisa, antes de mais nada, tomar providências no sentido de inteirar-se bem do que se deseja investigar. Uma vez ciente do que se trata e admitida a viabilidade do que é solicitado fazer, o técnico fará uma verificação do material entregue e se as informações prestadas são suficientes para poder delinear e executar o programa de ensaios que o caso requeira. Esse trabalho preliminar de obtenção de informações se impõe na maioria dos casos, pois raras vezes o histórico do que se pretender estudar é relatado espontaneamente e com clareza. Outras vezes o material é enviado ao laboratório apenas acompanhado de um pedido para que sejam executados determinados ensaios sem maiores esclarecimentos. Se o interessado não especificar as regiões da peça onde os ensaios devem ser realizados, ou pelo menos para que fins se destinam, o técnico não deve dar início a qualquer procedimento de ensaio, sem antes discutir recolher estas informações.

6.2. O Exame Macrográfico A macrografia consiste no exame do aspecto de uma peça ou amostra metálica, segundo uma seção plana devidamente polida e, em geral, atacada por um reativo apropriado. A palavra macrografia também é empregada para designar os documentos que reproduzem a macroestrutura, em tamanho natural ou com aumento máximo de 10 vezes.Pela macrografia obtém-se informações de caráter geral, tais como: um aspecto de conjunto sobre a homogeneidade do material da peça, a distribuição e quantidade de certas impurezas, processos de fabricação, etc.

6.2.1. Preparação dos corpos de prova para macrografia 1. Escolha e localização da seção a ser estudada: Alguns critérios para esta escolha serão definidos pela forma da seguir exemplifica a escolha de uma seção mais apropriada para o estudo.

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a b

b a

a-a

b-b

Figura 20 - Influência da posição do corte de uma barra sobre seu aspecto macrográfico.

Um corte, preferencialmente, na seção transversal é feito se o objetivo do ensaio é verificar: 

a natureza do material: aço, ferro pudlado;



se a secção é inteiramente homogênea ou não, bem como a forma e intensidade da segregação;



a posição, forma e dimensões das bolhas e das dendritas;



a existência de restos de vazio;



se a peça sofreu cementação, a profundidade e regularidade desta ou a profundidade da têmpera;



se um tubo é inteiriço, caldeado ou soldado;



certos detalhes de soldas de chapas ( seção transversal da solda);



no caso de ferramentas de corte caldeadas, a espessura e regularidade das camadas caldeadas (secção perpendicular ao gume);



a regularidade e a profundidade de partes coquilhadas de ferro fundido, etc.



Um corte longitudinal será preferível quando se quer verificar:



se uma peça é fundida, forjada, ou laminada, estampada ou torneada;



a solda de barras ou como se processou um caldeamento de topo;



eventuais defeitos nas proximidades de fraturas;



a extensão de tratamentos térmicos superficiais, etc

2. Realização de uma superfície plana e polida no lugar escolhido: A obtenção da superfície compreende três etapas: a do corte ou do desbaste, a do lixamento e a do polimento. A etapa do corte é feita com serra ou com cortador de disco abrasivo do tipo "cut-off" e localiza a superfície a examinar. Quando o corte não é viável, recorre-se ao desbaste que é praticado com o esmeril comum ou com auxílio da plaina até atingir a região que interessa. Por meio de uma lixadeira mecânica termina-se esta primeira etapa, finda a qual, ter-se-à uma superfície plana, bem retificada e com a orientação desejada.

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Todas essas operações deverão ser levadas a cabo com a devida cautela, de modo a evitar encruamentos locais excessivos (figura 21), bem como aquecimentos a temperaturas acima de 100ºC em peças temperadas, fenômenos que seriam mais tarde postos em evidência pelo ataque, perturbando a interpretação da imagem. O lixamento é iniciado sobre lixa, em direção normal aos riscos já existentes, e é levado até o completo desaparecimento destes.

a b c a: região de intensa deformação (ferramenta de desbaste) b: região de média deformação (ferramenta de acabamento) c: região sem deformação (núcleo do metal) Figura 21-Deformação da superfície do material durante o processo de desbaste.

Após o lixamento inicial em lixa grossa, é utilizada uma lixa mais fina seguinte, mudando de 90 graus a orientação do lixamento e continuando-o igualmente até terem desaparecido todos os riscos da lixa anterior, e assim por diante até a lixa mais fina (600# a 1200#, dependendo do caso). A figura abaixo ilustra esta operação. 90o

Direção de lixamento

120 (a)

320 (b)

620 (c)

1000 (d)

1000 (e)

Ponto de referência Etapa (e): lixamento planetário

Figura 22- Representação esquemática do procedimento utilizado na lixamento de amostras metalográficas.

Com a superfície nesse estado já se notam, por vezes, algumas particularidades como: restos do vazio, trincas, grandes inclusões, porosidades, falhas em soldas, etc., mas é

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indispensável proceder-se a um ataque com reativos químicos para por em evidência outras heterogeneidades, não visíveis apenas apenas no lixamento. 3. Ataque desta superfície por um reagente químico adequado: Quando uma superfície polida é submetida uniformemente a ação de um reativo, acontece, quase sempre, que certas regiões são atacadas com maior intensidade do que outras. Esta diferença de atacabilidade provém habitualmente de duas causas principais; diversidade de composição química ou de estrutura cristalina. A imagem assim obtida constitui o "aspecto macrográfico" do material.

Figura 23- Aspectos macrográficos diversos decorrentes da posição do corte em relação a barra original de que foram estampadas essas porcas. Ataque: iodo. 1,5 X.

O ataque da superfície por reativo adequado pode ser obtido de três modos: - ataque por imersão, mergulhando a superfície polida numa cuba contendo certo volume de reagente; - ataque por aplicação, estendendo uma camada de reativo sobre a seção em estudo com o auxílio de um pincel ou chumaço de algodão e regularizando-o se for preciso; (a figura 3 ilustra o resultado destes tipos de ataques); - ataque pelo método de Baumann, de impressão direta, lançando mão de um papel fotográfico, umedecido com um reagente apropriado, aplicando-o sobre a superfície polida, e obtendo sobre ele um decalque da maneira como se encontram distribuídos os sulfuretos. Vários são os reativos empregados no exame macrográfico. Estes reativos são prepardos a partir de reagentes químicos p.a. (para análise) de alta pureza. Para o ataque químico são empregados reagentes que são soluções aquosas ou alcóolicas de ácidos, bases e sais, bem como sais fundidos ou vapores. As condições de ataque, tais como composição químicq, temperatura e tempo, podem ser variadas para atingir as mais diversas finalidades de contraste.

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Figura 24 - O trilho da figura rompeu em serviço e a fratura acompanhou o contorno da zona segregada. Ataque: iodo

A figura (25), a seguir, mostra o trilho da figura anterior após ataque e impressão de Baumann2.

Figura 25 - Impressão de Baumann da peça da figura anterior. (Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns – Vicente Chiaverini)

Vários são os reativos empregados no exame macrográfico. Estes reativos são preparados a partir de reagentes químicos para análise (p.a.) de alta pureza. Para o ataque químico são empregados reagentes que são soluções aquosas ou alcoólicas de ácidos, bases e sais, bem como sais fundidos ou vapores. As condições de ataque, tais como composição

2

Impressão de Baumann:

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química, temperatura e tempo, podem ser variadas para atingir as mais diversas finalidades de contraste. Os reativos mais comuns são: - reativo de iodo: iodo sublimado 110g, iodeto de potássio 120g, água 100ml; - reativo de ácido sulfúrico: ácido sulfúrico 120ml, água 1100ml; - reativo de Heyn: cloreto cupro-amoniacal 110g, água 1120g; - reativo de ácido clorídrico: ácido clorídrico 150ml, água150ml; - reativo de Fry: ácido clorídrico 1120ml, água destilada 1100ml, cloreto cúprico 190ml.

6.2.2. Exame e Interpretação de Macrografias O que macrograficamente se pode constatar, em conseqüência da ação do reativo, resulta do contraste que se estabelece entre as áreas de composição química diferente ou entre as de cristalização diferente. O contraste decorre do fato de certas regiões escurecerem muito mais do que outras.

Figura 26 - Solda oxiacetilênica de duas barras laminadas de aço doce. Ataque: iodo.

6.3. O Exame Micrográfico De uma forma geral, a matéria é composta de átomos. Quando os átomos estão agrupados de uma forma desorganizada em um material este é dito amorfo. Portanto em uma substância amorfa, a forma na qual os átomos estão arranjados (estrutura atômica) não é definida. Isto influencia suas propriedades físicas e faz com que estas permaneçam constantes independentemente da direção de observação (material isotrópico).

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Outros corpos, como os metais, apresentam seus átomos agrupados de forma bem organizada e definida. Nestes materiais, as propriedades físicas variam de acordo com a direção de observação. Estes corpos são ditos anisotrópicos. Todos os metais e ligas metálicas, independentemente do modo de fabricação ou trabalho mecânico ao qual foram submetidos, possuem, no estado sólido, uma estrutura cristalina bem definida. O estudo dos metais e ligas metálicas, com auxílio de microscópio, busca a determinação de seus constituintes e a avaliação de sua textura. Este estudo também é feito em superfícies polidas e, em geral, atacadas por um reativo adequado. Convém esclarecer que os metais, de um modo geral, são agregados cristalinos cujos cristais (perfeitamente justapostos e unidos) tanto podem ser quimicamente idênticos, como de composição química diferente. Esses cristais chamam-se geralmente grãos em virtude de sua conformação, mas quando apresentam formas ou aspectos particulares, podem chamar-se nódulos, veios, agulhas, glóbulos, etc. Estes elementos podem ser observados nas figuras 27, 28, 29 e 30.

Figura 27 - Diferença brusca de granulação em aço extradoce posta em evidência pelo ataque com reativo de ácido nítrico seguido de um ataque por oxidação. 50 x.

Figura 28 - Encruamento intenso por martelamento a frio, de um aço meio duro. Grãos fortemente deformados. Ataque: nítrico. 200x.

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Figura 29- Aspecto comum de aço meio duro, moldado no estado bruto de fusão. Ataque: nítrico. 75 x (Metalografia dos Produtos .

Com o auxílio da técnica apropriada consegue-se tornar visível a textura microscópica do material, pondo assim em evidência os diversos grãos de que é formado, bem como os constituintes presentes. A figura 30 mostra a micrografia de um aço hipoeutetóide, onde grãos de perlita (regiões escuras e lamelares) estão envolvidos por grãos claros de ferrita.

Figura 30- Aço com aproximadamente 0,5%C esfriado lentamente. Grãos de perlita e rede de grãos de ferrita. Ataque Nital 2% - 160xm (laboratório de Materiais – PUC Minas)

A apreciação da natureza destes, suas respectivas percentagens, suas dimensões, arranjo e formato, e a interpretação destes dados constituem o escopo do exame micrográfico dos metais. A importância deste exame decorre do fato de as propriedades mecânicas de um metal dependerem não só de sua composição química como também de sua textura. Com efeito, um aço pode ser mais mole, duro, duríssimo, quebradiço, elástico, tenaz, etc., de acordo com o percentual de carbono (para aços aços comuns), o que determina a presença constituintes específicos. A figura 31 representa a microfotografia de um aço eutetóide.

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Figura 31 - Região de um aço eutetóide esfriado muito lentamente a partir do campo austenítico. Notam-se bem visíveis as lamelas de perlita. Ataque nital 2% - 200x.

De outra forma, os aços com mais de 0,8%C, esfriados lentamente, são constituídos, para resfriamentos lentos, abaixo da zona crítica, por grãos de perlita envolvidos por uma camada de cementita . A fotografia apresentada na figura 12 mostra o aspecto de um aço hipereutetóide.

Figura 32 - Aço hipereutetóide. Grãos de perlita envoltos por uma rede de cementita. Ataque: Pícrico - 200x.

6.3.1. Preparação dos Corpos de Prova para Micrografia As técnicas de preparação das amostras são semelhantes as da macrografia, apenas com algumas particularidades em função do aumento ao qual a amostra será submetida e do objetivo da análise. Um ensaio micrográfico usual pode ser dividido nas seguintes fases: a) Escolha e localização da seção a ser estudada;

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b) Realização de uma superfície plana e polida no lugar escolhido; c) Exame ao microscópio para a observação das ocorrências visíveis sem ataque; d) Ataque da superfície por um reagente químico adequado; e) Exame ao microscópio para observação da textura. f) Escolha e localização da seção a ser estudada:  Escolha e localização da seção a ser estudada; A localização do corpo ou dos corpos de prova para micrografia em peças grandes é, frequentemente, feita após o exame macrográfico, porque, se o aspecto for homogêneo, a localização do corpo de prova é em geral indiferente; se, porém, não for revelar anomalias ou heterogeneidades, o observador pode localizar corpos de prova em vários pontos, caso julgue de interesse um exame mais detalhado dessas regiões.  Realização de uma superfície plana e polida no lugar escolhido: Tudo que foi dito na técnica do polimento para a macrografia aplica-se também à da micrografia, acrescido evidentemente de alguns cuidados especiais, pois neste caso a superfície se destina ao exame em microscópio. O polimento pode ser feito a mão, deslizando a peça suavemente sobre a lixa apoiada numa superfície plana ou então a lixa é aplicada sobre um disco em movimento giratório e o operador comprime o corpo de prova suavemente contra a lixa em movimento. O polimento é depois continuado sobre um disco giratório de feltro sobre o qual se aplica uma leve camada de abrasivo a base de óxido de cromo e/ou óxido de alumínio (alumina).Quando o material a ser examinado são partículas pequenas faz-se uso de artifícios de fixação. Com o advento de novos materiais como baquelite e certas matérias plásticas transparentes, como a lucite, é possível fixar-se como na figura 12. É uma das melhores formas de fixação para o exame micrográfico.

Figura 33 - Processo moderno de fixação de pequenas ou fragmentos em resinas sintéticas para seu polimento e exame micrográfico.

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g) Exame ao microscópio para a observação das ocorrências visíveis sem ataque: A superfície polida é observada ao microscópio, antes do ataque, para o exame das inclusões, trincas, porosidades, veios ou partículas

de

grafita,

ou

outras

ocorrências já visíveis nesse estado. A seguir, faz-se então necessário para a continuidade

da

análise

o

ataque

químico da superfície. Figura 34- Aço extra-doce sem ataque - 500 x.

h) Ataque da superfície por um reagente químico adequado: O ataque é feito imergindo, com agitação, o corpo de prova com a superfície polida mergulhada no reativo posto em um vidro de relógio. Os reativos mais, usualmente, empregados na micrografia das ligas ferro-carbono são: - solução de ácido nítrico a 1% em álcool etílico – NITAL; - solução de ácido pícrico a 4% em álcool etílico – PICRAL; - solução de picrato de sódio: água destilada - 100 gramas , soda a 36 graus Baumé- 25 gramas , ácido pícrico - 2 gramas ( ataque oxidante por aquecimento do corpo de prova polido à temperatura aproximada de 270 graus centígrados ). De um modo geral os reativos agem: ou dissolvendo superficialmente certos constituintes, ou certas regiões, como os contornos dos grãos, tirando-lhes as vezes o brilho dado pelo polimento, ou colorindo-os diversamente, ou ainda depositando um composto qualquer sobre eles. A escolha do reativo depende da natureza do material e do fim que se tem em vista. i) Exame ao microscópio para observação microestrutura do material: O exame é feito com auxílio de microscópios apropriados geralmente chamados bancos metalográficos que permitem examinar o corpo de prova e fotografar comodamente as imagens observadas. No controle estrutural de materiais, o sistema de vídeo imagem (figura 13) tem uma larga aplicação na observação simultânea de vários grupos de alunos, quer da micrografia como camadas cementadas, nitretadas, tamanho de grão, microdureza de fases separadamente, medição de inclusões, etc.

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TV

Microcâmera

Placa de captura Microcomputador

Banco metalográfico Zeiss Neophot 21

Figura 35 - Sistema de vídeo microscopia do Laboratório de Materiais de Construção Mecânica do Instituto Politécnico da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais.

O sistema adaptado ao banco metalográfico Neophot 21 da Carl Zeiss, instalado no laboratório de Materiais de Construção Mecânica do Departamento de Engenharia Mecânica da PUC Minas, compõe-se de uma microcâmera de vídeo tipo Color Câmera CCD, SAC-410NA da SAMSUNG, um monitor de TV da SANSUNG de 21 polegadas, um monitor de vídeo e um computador pentium, munido de uma placa capturadora de imagem VideoHighway TR 288, compatível com o sistema windows. A figura 35 ilustra este sistema. As figuras 36 e 37, a seguir, representam micrografias de um aço hipereutetóide em que a segunda mostra, com maior ampliação, a região assinalada na figura 36 de forma a esclarecer detalhes.

Figura 36 - Aço hipereutetóide. Ataque: picrato de sódio. 200 X.

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Figura 37 - Região assinalada na figura anterior, com maior ampliação. Ataque: picrato de sódio. 730 x.

Figura 38 - Aço com cerca de 0,5% de carbono esfriado lentamente. Ataque: nítrico. 160 x.

A figura 39 mostra com mais detalhes a microestrutura da figura 38, uma vez que a ampliação empregada para observação no microscópio foi maior.

Figura 39 - Aspecto com maior aumento da área delimitada na figura anterior. Ataque: nítrico. 800 x.

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6.4. Procedimento Experimental 6.4.1. Exame macrográfico 6.4.1.1. Objetivo  Interpretar macroestruturas de diversas ligas ferro-carbono: aços e ferros fundidos;

6.4.1.2. Material  Amostras de aços comuns e ferros fundidos.

6.4.1.3. Metodologia  Identificar o tipo de material e a seção a ser analisada;  Efetuar o corte, longitudinal ou transversal, de acordo com a escolha da seção a ser analisada;  Efetuar o lixamento da superfície, seguindo a sequência de lixas (#120, #220, #320 e #400);  Efetuar o ataque da superfície por reagente adequado;  Fazer observação da superfície a olho nu;  Fazer desenhos esquemáticos das amostras ensaiadas indicando as regiões escurecidas diferentemente pelos reativos.

6.4.2. Exame micrográfico 6.4.3. Objetivos  Estudar o procedimento para preparação de amostras para observação microscópica;  Observar amostras de aços através do microscópio óptico, identificando as microestruturas presentes;  Avaliar semi-quantitativamente o teor de carbono de um aço comum;

6.4.4. Material  Amostras de aços comuns e ferros fundidos.

6.4.5. Equipamento Microscópio: Marca:_________________________Modelo:__________________________

6.4.6. Metodologia  Identificar o tipo de material e a seção a ser analisada;

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 Efetuar o lixamento da superfície, seguindo a sequência de lixas (#120, #220, #320, #400, #600 e #1000); (obs: lavar bem a peça após cada lixamento para evitar contaminação da lixa posterior ou mesmo do pano de polimento);  Efetuar o polimento da superfície com óxido de alumínio (o polimento deverá prosseguir até que a superfície apresente um aspecto especular, isenta de riscos);  Lavar bem a superfície em água corrente, utilizando um chumaço de algodão, até que toda a alumína tenha sido retirada);  Secar com álcool no secador na posição quente;  Efetuar o ataque da superfície por reagente adequado;  Lavar a superfície em água corrente;  Secar com álcool no secador na posição quente;  Fazer observação da superfície no sistema de video-microscopia;  Salvar as imagens observadas pelo sistema TR 288, video Highwai.

6.5. Bibliografia 1) COLPAERT, H., Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns. Ed. Edgard Blucher Ltda, São Paulo, SP, 1951. 2) FAZANO, C. A .T. V.,A prática metalográfica, Ed. Hemus-Livraria Ltda, São Paulo, SP., 1980. 3) ASTM – E 10 – 80, Standard methods of preparation of metallographic specimens. 4) NBR 8653 – Metalografia e tratamentos térmicos e termoquímicos das ligas ferro-carbono – Terminologia.

6.6. Exercícios Propostos 1) Especifique, para cada amostra do exame macrográfico, o tipo de corte realizado. 2) Qual o tipo de reativo empregado em cada caso e o que se pode analisar? 3) Qual o processo empregado em cada peça, identificado pela análise macrográfica? 5) Qual o reativo empregado nos exames realizados? 6) Quais as características dos constituintes observados após ataque? 6) Avalie, quando possível, o percentual de carbono de cada amostra analisada.

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7a PRÁTICA DE LABORATÓRIO Tratamentos Térmicos e Termoquímicos DEM - IPUC - Prof. Ubirajara Domingos de Castro NBR NM 136 - Tratamentos térmicos de aço – Terminologia e definições - Out/2000

7. Introdução Em geral, tratar termicamente um aço significa aquecê-lo lentamente até uma determinada temperatura, mantê-lo nesta temperatura por um tempo suficiente para que ocorra a transformação de fase da ferrita para a austenita, num processo denominado de austenitização, e resfriá-lo em um meio adequado de modo a adquirir as propriedades mecânicas finais desejadas. Estas etapas têm como principal objetivo alterar as propriedades do aço pela mudança da microestrutura com ou sem alteração do tamanho e da forma dos grãos. O tratamento térmico é uma das etapas finais na confecção de ferramentas. Normalmente erros anteriores ao tratamento térmico se manifestam nesta etapa. No entanto, a quebra precoce de uma ferramenta nem sempre está associada ao tratamento térmico. Esta pode estar associada ao projeto, uso do material incorreto ou não conforme, usinagem incorreta ou uso inadequado da ferramenta. Os tratamentos térmicos e termoquímicos são divididos em dois grupos. O primeiro grupo é denominado de calórico e está associado a processos que envolvem o aquecimento de peças sem adição de elementos químicos na superfície do aço. O segundo grupo está associado a processos que envolvem aquecimento e adição de elementos químicos na superfície do aço e são denominados de tratamentos termoquímicos. Os tratamentos térmicos podem ser divididos em: recozimento, normalização, têmpera, revenimeto , martêmpera, austêmpera, solubilização, esferoidização e coalescimento.

7.1. Recozimento O recozimento é um tratamento térmico que consiste no aquecimento do aço até a temperatura de austenitização, permanência durante tempo pré-determinado nesta temperatura, seguido de resfriamento controlado até a temperatura ambiente. O recozimento visa reduzir a dureza do aço, aumentar a sua usinabilidade, fascilitar o trabalho a frio ou atingir a microestrutura ou as propriedades finais desejadas.

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O recozimento é composto de três estágios: 1. Recuperação - É o estágio mais sutil do recozimento. Este primeiro estágio é verificado a temperaturas mais baixas. Nestas temperaturas não ocorrem alterações significativas na microestrutura do aço. Entretanto a mobilidade atômica permite a redução de defeitos pontuais e a movimentação das discordâncias3 para posições de menor energia. O resultado é uma discreta redução da dureza e um aumento considerável da condutividade elétrica. Este re-arranjo das discordâncias proporciona configurações mais estáveis, embora não haja, pelo menos aparentemente, mudança na quantidade de defeitos presentes. Não há nenhum efeito sensível sobre as propriedades mecânicas do material. 2. Recristalização – Em temperaturas mais elevadas, verifica-se grande alteração na microestrutura do metal, com alterações significativas nas propriedades mecânicas. As temperaturas nas quais a mobilidade permite alterações, situam-se entre 1/3 e ½ da temperatura de fusão do aço. A recristalização é um fenômeno onde pequenos núcleos, isentos de deformação, surgem nos contornos de grãos pré-deformados. Durante o fenômeno, ocorre uma transformação microestrutural e uma redução significativa da dureza da liga. Esta etapa é chamada de nucleação. (a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 40 - Mapas de relação de orientação entre grãos para as amostras de aço ABNT 1006, secção transversal, nas condições: (a) encruada; tratada termicamente por (b) 5 minutos, (c) 10 minutos, (d) 30 minutos; (e) recozida. Note-se que as imagens foram obtidas com aumentos diferentes entre si. (artigo técnico Evolução da microestrutura e da Textura de Recristalização, após Baixos Graus de Deformação a Frio, em dois Aços Ferríticos com Baixo Teor de Carbono, Liana Maria Ferezim Guimarães de Lima e outros, 17º CBECIMAT Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, 15 a 19 de Novembro de 2006, Foz do Iguaçu, PR, Brasil.) 3

Discordâncias ou deslocações são defeitos de linha (ausência de planos de átomos) na rede cristalina dos metais.

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A temperatura de exposição (austenitização) pode ser relacionada a fatores como o percentual de trabalho a frio. Altos valores percentuais de trabalho a frio, que causam grande encruamento, requerem temperaturas mais baixas para a recristalização. Em outras palavras, uma adição menor de energia térmica é capaz de iniciar o processo de modificação da microestrutura. 3. Crescimento de Grão – A microestrutura desenvolvida na recristalização forma-se espontaneamente. Ela é mais estável, se comparada com a estrutura original trabalhada a frio. Entretanto a microestrutura recristalizada contém uma grande quantidade de contornos de grão. A redução destas interfaces de alta energia pode ampliar ainda mais a estabilidade do material. À temperaturas mais elevadas, com o passar do tempo, os grãos recristalizados tendem a crescer, mediante um mecanismo que consiste na absorção por parte de alguns grãos dos grãos circunvizinhos menores. A força propulsora do crescimento de grão é a energia superficial dos contornos de grão dos grãos recristalizados. A figura 41 mostra as etapas do recozimento e o crescimento de grão. Deve ser lembrado que este estágio de crescimento de grão produz pouco amolecimento adicional na liga.

Figura 41- Representação esquemática do ciclo de recozimento. São observadas as etapas de recuperação, recristalização e crescimento de grão. A diminuição da resistência mecânica e o gradual aumento da ductilidade são aspectos evidenciados.

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O recozimento está dividido nos seguintes tipos: recozimento pleno, recozimento subcrítico e de alívio de tensão.

7.1.1 Recozimento Pleno Consiste em aquecer o aço até o campo austenítico e resfriar lentamente. A escolha da temperatura de austenitização deve levar em consideração o percentual de carbono. Aços hipoeutetódes:  50o C acima da linha A3; Aços hipereutetóides :  50oC acima da linha A1. A figura 42 mostra as linhas A1 e A3 no diagrama de equilíbrio de fases ferro – cementita.

A3

A1

Figura 42 - Diagrama de equilíbrio das ligas ferro-Fe3C.

7.1.2 Recozimento Subcrítico e Alívio de Tensões Este tratamento visa recuperar a ductilidade do aço trabalhado a frio. Consiste em aquecer o aço a uma temperatura abaixo de A1, normalmente na faixa de 600 a 680 oC, seguido de resfriamento lento.

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Neste processo não ocorre a transformação da austenita, pois a temperatura é inferior à temperatura de estabilidade desta fase.

7.1.3. Esferoidização ou Coalescimento Este tratamento busca produzir uma microestrutura esferoidal, constituída de pequenas partículas, aproximadamente esféricas, de carboneto em uma matriz de ferrita. Isto é possível de se obter em aços de médio e alto carbono, caracterizando-se por boa ductibilidade a elevada usinabilidade, de modo que a mesma é muito favorável para as operações de usinagem às quais são submetidas peças de aço de alto teor de carbono antes de serem temperadas. Uma das técnicas mais rápidas e comumente empregadas, consiste em efetuar-se uma austenitização parcial ou total do aço e, em seguida, mantê-lo logo abaixo da linha A1, ou resfriar muito lentamente na faixa correspondente a A1 ou mediante aquecimento alternado logo acima e logo abaixo da linha A1, como mostrado na figura 43.

Figura 43 - Tratamento térmico de esferoidização ou coalescimento.

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7.2. Normalização A normalização consiste na austenitização completa do aço, seguida de resfriamento ao ar. Tem por objetivo refinar e homogeinizar a estrutura do aço, conferindo-lhe melhores propriedades do que o recozimento. É indicado normalmente para homogeinização da estrutura após o forjamento antes da têmpera ou revenimento. Se compararmos a estrutura normalizada com a recozida tem-se: 

Num aço hipoeutetóide (figura 18a), têm-se na estrutura normalizada, menor quantidade de ferrita pro-eutetóide e perlita mais fina do que no aço hipoeutetóide de mesma composição e resfriado no forno (figura 18b). Em termos de propriedades mecânicas, a dureza e a resistência mecânica mais elevada, ductilidade mais baixa e similar resistência ao impacto.

(a)

(b)

Figura 18. - Micrografias de aços ABNT 1045 austenitizado a 900°C: (a) resfriado ao ar, 17HRC; (b) resfriado no interior do forno, 3HRC. ataque Nital 2%, 1200x.



Um aço hipereutetóide apresenta menor quantidade de carbonetos em rede ou massivos, e distribuição mais uniforme dos carbonetos resultantes, devido a dissolução provocada pela normalização. A normalização tem várias aplicações, podendo-se citar dentre elas:

a) Refino de grão e homogeinização da estrutura visando obter melhor resposta na têmpera e revenimento posterior; b) Melhoria da usinabilidade do aço, devido a redução na dureza; c) Refino de estruras brutas de fusão (peças fundidas)

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d) Obtenção de propriedades mecânicas desejadas.

Têmpera A tempera consiste em resfriar o aço, a partir de uma temperatura de austenitização, a uma velocidade suficientemente rápida (água, salmoura, óleo ou ar), de forma a evitar as transformações da austenita em perlita e/ou bainíta. A estrutura resultante deste tipo de resfriamento é a martensita (tetragonal de corpo centrado) (figua 1).

Figura 3. - Fluxograma de transformações de fase de acordo com a velocidade de resfriamento.

A velocidade de resfriamento que resultará na formação da martensita dependerá da posição das curvas em “C” do diagrama tempo, temperatura e transformação (TTT) e também, do tipo de aço e da forma e dimensões da peça sob tratamento. A figura 2 mostra a superposição dos diagramas TTT e de resfriamento contínuo de um aço eutetóide, destacando duas curvas que representam diferentes taxas de resfriamento e que, no entanto, originam martensita ao final do tratamento.

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Figura . Diagrama de transformação isotérmica (TTT) de um aço eutetóide.

Depois da têmpera com a formação da martensita, o material apresenta níveis de tensões internas muito elevados, devido ao resfriamento drástico e pela brusca mudança de fases, podendo, em alguns casos, apresentar trincas (figura B). Face a isto, imediatamente após a têmpera, é preciso que essas tensões sejam aliviadas ou eliminadas, de forma a devolver ao aço o equilíbrio e a estabilidade necessários à sua aplicação. O tratamento térmico utilizado para este fim é o revenimento.

Figura b. - Aspecto de uma trinca originada na têmpera de uma amostra de aço ABNT 1045, austenitizado a 850oC e resfriada em água.

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Revenimento Este tratamento consiste em aquecer uniformemente até a temperatura abaixo da austenitização, mantendo o aço nesta temperatura por tempo suficiente para completa homogeinização da temperatura. Pequenas ou grandes alterações nas estruturas martensíticas podem ser provocadas, conforme a temperatura de revenimento utilizada. A figura 1 que representa a microestrutura de um aço ABNT 1045 temperado em água, será tomada como referência para avaliação destas modificações.

Figura 2. Micrografia de aço ABNT 1045, austenitizado a 860°C e temperado em óleo, 54HRC. Ataque Nital 2%, 1200x (artigo técnico, CASTRO, U.D. Revista de Engenharia PUC Minas).

As modificações estruturais, citadas acima,apresentam o seguinte desenvolvimento em função da temperatura de revenimento:  Entre 100o e 200oC – Não ocorrem modificações estruturais sensíveis. As estruturas quando atacadas com nital (2%) apresenatam aspectos mais claros à temperaturas mais baixas e à temperaturas mais altas, aspectos mais escuros. Num aço com composição próxima hipoeutetóide, a dureza cai de cerca de 54 HRC para 50HRC. As tensões internas começam a ser aliviadas.  Entre 200o e 260oC – O aço começa a perder mais dureza, embora não se verifique nenhuma modificação estrutural notável (figura 2). Figura 2. - Micrografia de aço ABNT 1045, austenitizado a 860°C, temperado em água e revenido a 250°C durante 20 minutos, 45HRC. Ataque Nital 2%, 1200x (artigo técnico, CASTRO, U.D. Revista de Engenharia PUC Minas).

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

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Entre 260o e 360oC – Inicia-se uma precipitação de carbonetos finos, a qual origina uma estrutura com aparência de um agregado escuro onde ainda se nota a origem martensítica. A dureza cai, chegando a valores em torno de 50 RC.

Micrografia de aço ABNT 1045, austenitizado a 860°C, temperado em água e revenido a 400°C durante 20 minutos, 39HRC. Ataque Nital 2%, 1200x (artigo técnico, CASTRO, U.D. Revista de Engenharia PUC Minas).

 Entre 360o e 730oC – Nesta faixa ocorrem as maiores mudanças estruturais e mecânicas. Quanto mais elevada a temperatura de revenido, mais grossas se tornam as partículas de cementita precipitada, as quais ficam perfeitamente visíveis na matriz ferrítica. As estruturas são normalmente chamadas de “sorbita” e a dureza a RC 30. Nas proximidades da temperatura correspondente a A1 (720oC por exemplo), as partículas de cementita precipitada assumem uma forma esferoidal, donde o nome da estrutura “esferoidita”. A dureza cai a valores de ordem de 5 a 8 RC, a tenacidade torna-se muito boa e o tipo de estrutura constituída de partículas de carboneto num fundo de ferrita confere ao aço,

as

melhores

características

de

usinabilidade. A figura D mostra a variação da dureza de um aço eutetóide em função da temperatura e do tempo de revenimento, após têmpera.

Micrografia de aço ABNT 1045, austenitizado a 860°C, temperado em água e revenido a 600°C, durante 20 minutos, 25HRC. Ataque Nital 2%, 1200x(artigo técnico, CASTRO, U.D. Revista de Engenharia PUC Minas).

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HB

Figura

. – Dureza versus temperatura e tempo de revenimento de um aço eutetóide.

Austêmpera O processo consiste em austenitizar o aço, seguindo-se um resfriamento rápido em banho de sal, óleo ou chumbo, para a região de formação da bainita (temperaturas em torno de 260o a 400oC), permanecendo nesta temperatura por tempo suficiente para a formação bainita. Em seguida, dá-se o resfriamento ao ar até a tempera ambiente (figura 12). A bainita não é tão dura como a martensita, mas é mais tenaz.

(b)

(a)

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Figura. 12.- a) Processo de austêmpera; b) Aspecto microscópico da bainita.

Figura 7 - Microscopias Eletrônicas (METs) mostrando morfologias típicas da fase bainítica, produzida na temperatura isotérmica (a) de 370ºC. (b) de 500ºC.

Martêmpera A martêmpera consiste em aquecer o aço até a temperatura de austenitização, e então resfriar rapidamente até logo abaixo do joelho da curva TTT, seguindo-se de um resfriamento mais lento até abaixo da temperatura final de formação da martensita. A martensita assim obtida apresenta-semais uniforme e homogênea, diminuindo riscos de ocorrência de trincas. É um tipo de tratamento térmico indicado para aços ligados por que reduz o risco de empenamento das peças durante o processamento. Após a martêmpera é necessário submeter a peça a um tratamento de revenimento de forma a aliviar tensões internas..

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Figura 5. – Martêmpera ou têmpera interrompida.

Os tratamentos termoquímicos são descritos a seguir.

Nitretação A nitretação é um tratamento termoquímico de endurecimento superficial, baseado na introdução de nitrogênio na superfície do aço. O processo se realiza, expondo a peça em uma atmosfera do forno rica deste elemento, em geral NH3. Aços para nitretação possuem teores de carbono que variam de 0,13 a 0,40%C.

Carbonitretação Tratamento termoquímico, em que se promove o enriquecimento superficial simultâneo com carbono e nitrogênio.

Cementação Tratamento termoquímico de endurecimento superficial, baseado na introdução de carbono na superfície do aço. O processo é realizado com a exposição da liga em uma atmosfera rica em carbono livre. A alta temperatura, o carbono se difunde da superfície para o interior da peça. Os aços para cementação possuem teores de carbono de até 0,2%, podendo conter Mn, Al, V, Si e Cr, sendo estes elementos utilizados para facilitar um posterior tratamento térmico de têmpera. A profundidade de cementação varia com a temperatura e o tempo de permanância nesta temperatura. Após cementação, as peças são resfriadas ao ar e podem ser submetidas a tratamentos térmicos posteriores de recozimento e de têmpera. A cementação é classificada de acordo com o meio capaz de fornecer carbono em: 1. Cementação Gasosa: O processo é realizado em fornos com atmosfera controlada, onde o potencial de carbono está acima de 0,5%. 2. Cementação Líquida: O processo é realizado em banhos líquidos, com sais fundidos (Banho de Sal).

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3. Cementação Sólida (em caixa): O processo é realizado em peças cobertas com material sólido, rico em carbono. 3. METODOLOGIA 3.1. Material Corpos de prova (cps) de barras de aços de 10 mm de altura. 

ABNT 1005 (01 cp);



ABNT 1010 (02 cps);



ABNT 1020 (2 cps);



ABNT 1045 (08 cps);



ABNT 1060 (02 cps).

3.3. Procedimento 1. Medir a dureza do material no estado como recebido (HRB); 2. Cortar as amostras e coloca-las no forno na temperatura de austenitização (definida pelo teor de carbono do aço) e resfria-las conforme tabela 1.

Tabela 1 – Programa experimental de tratamentos térmicos.

Amostra

Material

Dureza Meio de inicial resfriam.

Tratamento térmico

Dureza final

Tratamentos posteriores Temperatura Dureza

----

Como recebido

02

Água

Temperar

03

----

Como recebido

04

Água

Temperar

05

----

Como recebido

Ar

Normalizar

Embutir ------ com epoxi ------

Forno

Recozer

Embutir com epoxi

01 Aço 1010

-----Embutir com epoxi ------- com epoxi -----Embutir Embutir com epoxi

Aço 1020

06 07

Aço 1045

Embutir ------ com epoxi -----Embutir com epoxi

Embutir com epoxi Embutir com epoxi

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08

Óleo

Temperar

09

Água

Temperar

10

Água

Temperar

200 oC

11

Água

Temperar

400 oC

12

Água

Temperar

600 oC

----

Como recebido

Embutir com epoxi

----

Como recebido

Embutir com epoxi

Ar

Normalizar

13

Aço 1005

14 Aço 1060 15

83

Embutir com epoxi

3. Manter as amostras no forno na temperatura selecionada durante 20 minutos. Observação: O tempo de permanecia nesta temperatura depende do tamanho da peça e composição química do material. 4. Retirar as amostras do forno, fazendo resfriamento conforme procedimento descrito na tabela 1; 5. Avaliar as durezas das amostras submetidas aos diferentes tratamentos térmicos, respeitando as seguintes escalas: Tabela 2. - Condições para avaliação da dureza das peças tratadas térmicamente.

Tramento térmico Normalização Recozimento Têmpera àgua Têmpera Óleo

Escala Rockwell B C

Condições de ensaio Carga Penetrador (Kg) 100 Esfera 1/16” 150

Cone Brale

6. Fazer embutimento das amostras com resina acrílica ou epóxi; 7. Fazer o preparo metalográfico das amostras para observação através do sistema de videomicroscopia (exame micrográfico); 8. Determinar a ampliação de observação no microscópio, fazer observação e fotografar as microestruturas antes e após cada tratamento térmico.

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3. RESULTADOS Preencher a tabela 3 com os valores de dureza levantados e com as observações que foram feitas no sistema de video-microscopia. 4. BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA 1) CHIAVERINI, V. Aços e ferros fundidos 2) ZAKHAROV, B. Heat Treatment of metals, Foreign Language, Pub. House-Moscow. 3) PEREIRA, R. L. Curso de tratamentos Térmicos dos metais. Esca de Engenharia de São Carlos, São Carlos, SP, 1963. 4) CASTRO, U. D., Propriedades Mecânicas e Metalografia, Col. Técnico de Contagem, Contagem, MG, 1988. 5) NBR 8653 – Metalografia e tratamentos térmicos e termoquímicos das ligas ferro-carbono - Terminologia 6) COUTINHO, C. A., SILVA, E. M. P., VEADO, J. T., Metalografia e ensaios mecânicos – Práticas de laboratório, Esc. De Engenharia, Belo Horizonte, BH., MG, 1967. 7) VLACK, L. V., Princípios de Ciência dos Materiais, ed. Edgard Blucher Ltda, SP, 1970. 8) HILL R. E. R., Princípios de Metalurgia Física, Ed. Guanabara Dois S.A., Rio de Janeiro RJ, 1982. 9) W. D. Callister Jr., Ciência e Engenharia de Materiais: uma Introdução. LTC Editora, Rio de Janeiro (2002). 10) M. P. Campos Filho e G. J. Davies, Solidificação e Fundição de Metais e suas Ligas. LTC / EDUSP, Rio de Janeiro (1978). 11) R. A. Higgins, Propriedades e Estrutura dos Materiais em Engenharia. DIFEL, São Paulo (1992). 12) R. M. Brick, R. W. Pense and R. B. Gordon, Structure and Properties of Engineering Materials. McGraw-Hill Kogakusha, Tokio (1992). 13) R. W. Honeycombe, Steels: Microstructure and Properties. Edward Arnold, Cambridge (1992).

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QUESTÕES 1) Esquematize o diagrama TTT de um aço hipereutetóide, indicando nele as curvas de resfriamento referentes aos tratamentos térmicos de recozimento, normalização, têmpera e revenimento. Quais as fases presentes após cada um desses tratamentos térmicos? 2) Os tratamentos térmicos podem provocar perda de material devido a oxidação e conseqüente descarbonetação da superfície do material. Qual o procedimento para evitar esses inconvenientes?

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7a PRÁTICA DE LABORATÓRIO Avaliação da Temperabilidade – Método Jominy DEM - IPUC - Prof. Ubirajara Domingos de Castro NBR 6339 - Aço – Determinação da temperabilidade. (Jominy) - Abr/1989

1. INTRODUÇÃO A temperabilidade é a capacidade de um aço transformar parcialmente ou completamente da austenita em alguma percentagem de martensita em uma dada profundidade quando resfriado abaixo de algumas condições especificadas. A temperabilidade é definida, também, como a susceptibilidade ao endurecimento por resfriamento rápido, ou como a propriedade, em ligas ferrosas, que determina a profundidade e distribuição de dureza produzida por têmpera. Um método importante para avaliação da temperabilidade é o Jominy. Este método tem a grande vantagem de caracterizar a temperabilidade em uma única operação. Nele, um corpo-de-prova cilíndrico de dimensões padronizadas é austenitizado e, em seguida, resfriado em um dispositivo apropriado por um jato de água dirigido sobre uma das suas extremidades. A fig. 1 mostra a forma e dimensões de um corpo-de-prova Jominy e o esquema de fixação do mesmo em um sistema de resfriamento. 1 1 " 8

4”

1 " 8

1” 1 1 " Coluna de 2 água fria

Água 20oC 1 " 2 Figura 1 – Corpo de prova para o ensaio Jominy.

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O corpo-de-prova é usinado a partir de uma barra forjada ou laminada para um diâmetro de 32mm que representa a seção transversal do produto obtido. O corpo-de-prova usinado a partir dessa barra laminada a quente não deveria apresentar superfície descarbonetada. A barra laminada ou forjada deveria ser normalizada antes da usinagem final. Afim de que variações na estrutura prévia possa ser controlada tanto quanto possível, as temperaturas de austenitização para normalização são listadas e devem ser utilizadas para os diferentes tipos de aço. O aço deve ser mantido nessa temperatura por 1 hora e resfriado ao ar. É importante que a atmosfera do forno (fig. 2) seja adequada, no sentido de ser evitar a formação de carepa ou descarbonetação do corpo-de-prova. A seguir, o corpo-de-prova deve ser colocado em um dispositivo (fig. 3) de modo que uma coluna de água na temperatura entre 5 a 30C possa ser direcionada contra a extremidade inferior do corpo-de-prova. O tempo entre a remoção do corpo-de-prova do forno e o começo do resfriamento não deve exceder a 5 segundos. A amostra permaneceria no dispositivo por 10 minutos no mínimo. O corpo-deprova experimenta uma faixa de taxa de resfriamento entre aquelas associadas com água e ar.

Figura 2 – Forno tipo mufla utilizado no aquecimento dos corpos de prova. (Laboratório de Materiais – PUC Minas).

Após o resfriamento, extremidades opostas do corpo-de-prova são usinadas e leituras de durezas são feitas a distância de 1/16’’ da extremidade temperada até o topo do corpo de prova. A profundidade usinada deveria ser de 0,38mm ao longo do comprimento inteiro do corpo-de-prova. Nessa operação de usinagem, a profundidade de corte não deveria exceder

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0,013 mm por passe e , simultaneamente, deve-se evitar o aquecimento na amostra, mantendo-se uma boa refrigeração na operação de corte.

Figura 3 – Dispositivo Jominy de resfriamento .

A máquina de dureza deve ser aferida contra blocos de teste padrão antes do teste de temperabilidade. A determinação da distancia da extremidade temperada ao centro da primeira impressão e a verificação da distância de centro a centro das impressões que se sucedem deve ser feita utilizando-se microscópio. As variações permissíveis dessas impressões devem ser menores que 0,075 mm . As leituras de dureza em distancias idênticas deveriam ser medidas nas duas faces e o valor médio resultante utilizado no gráfico dureza versus distância da extremidade temperada. Um aspecto muito interessante do ensaio Jominy é que em cada posição do corpo de prova corresponde a uma taxa de resfriamento bem conhecida. A escala de topo da fig. 4 mostra taxas de resfriamento aproximadas correspondendo a posições no corpo-de-prova Jominy. Esta taxa de resfriamento que determina a quantidade de martensita, e, assim, a dureza que se desenvolve em um dado ponto do corpo-de-prova. Pode-se a partir do conhecimento dessas velocidades de resfriamento obter perfis de dureza em peças de diferentes geometrias e em diferentes meios de resfriamento. O método Jominy é padronizado pela norma ASTM A-255 e SAE J406. A temperabilidade de um aço é tanto maior quanto maior for o período de incubação do aço, determinado no diagrama TTT, e todos os fatores que aceleram a nucleação de perlita causam

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um decréscimo na temperabilidade de um aco, podemos citar: granulação fina da austenita, inclusões não dissolvidas na austenita e falta de homogeneidade na composição química da austenita. Com os dados da dureza em função da distância da extremidade temperada, obtêmse a curva Jominy. A curva Jominy de temperabilidade de um aço comercial pode variar dentro de uma faixa relativamente ampla, em função dos limites permissíveis da especificação de composição química do aço.

. Figura 4 – Curva de temperabilidade característica de um aço.

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QUESTÕES 1- Na realização do ensaio Jominy do aço SAE 4340 qual a temperatura e o tempo de austenitização utilizados? 2- Construa a curva Jominy para o aço da experiência no mesmo gráfico onde está lançada a do aço SAE 1040. 3- Qual dos dois apresenta maior temperabilidade ? 60

D u re z a R o ckw e ll C

50 40 30 20 A ç o A B NT 1040

10 0 0

20

40

60

D i stâ n c i a d a su p e r fí c i e (m m )

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4- Porque as durezas máximas tem valores próximos ? 3- BIBLIOGRAFIA 2. SAE Handbook 1978, Part 1. 3. Pedraza, Antonio Juan; Coutinho, Carlos Alberto Bottrel; Silva, Evando Mirra de Paula – Tratamentos térmicos dos aços, ed. Engenharia, UFMG – BH-MG.

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ÍNDICE REMISSIVO ALÍVIO DE TENSÕES (STRESS RELIEVING) Recozimento sucrítico visando a eliminação de tensões internas sem modificação fundamental

das

propriedades

existentes,

realizado

após

deformação

a

frio,

tratamento térmico, soldagem, usinagem, etc. ATMOSFERA (ATMOSPHERE) Gás ou mistura de gases que se encontram em um recinto. ATMOSFERA CARBONETANTE OU CEMENTANTE (CARBURIZING ATMOSPHERE) Atmosfera capaz de fornecer carbono às peças envolvidas. ATMOSFERA CONTROLADA (CONTROLLED ATMOSPHERE) Atmosfera cuja composição é controlada. ATMOSFERA PROTETORA (PROTECTIVE ATMOSFHERE) Atmosfera que protege contra determinada ação às peças envolvidas. AUSTÊMPERA (AUSTEMPERING) Tratamento isotérmico composto de aquecimento até a temperatura de autenitização, permanência nesta temperatura até completa equalização, resfriamento rápido até a faixa de formação da bainita, permanência nesta temperatura até

completa

transformação da austênita em bainita e resfriamento qualquer até a temperatura ambiente. AUSTENITA (AUSTENITE) Constituinte do sistema ferrocarbono formada por solução sólida de carbono e eventualmente outros elementos em ferro grama. AUSTENITIZAÇÃO (AUSTENITIZING) Transformação

da

estrutura

da

matriz

em

estrutura

austenítica

através

do

aquecimento. Pode ser parcial (aquecimento dentro da faixa de transformação) ou completa (aquecimento da acima faixa de transformação). BAINITA (BAINITE) Termo usado para designar os produtos de transformação da austenita, constituídos por agregados de ferrita ecementita e formados numa faixa de temperatura situada entre a de formação da perlita fina e a de formação da martesita. A Bainita tem

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aspecto de penas de aves, se forma na parte superior da faixa de temperatura (bainita superior), ou acicular, lembrando a martesita revenida, se forma na parte inferior da faixa (bainita inferiror). BENEFICIAMENTO (HARDENING AND TEMPERING) Tratamento térmico composto de têmpera seguida de revenimento em temperatura adequada, destinado a obtenção de maior tenacidade combinada com certas propriedades de resistência. CARBONETO (CARBIDE) Composto de carbono com ou mais elementos. Em metalografia, o termo é usado preferencialmente como designação genérica de carbonetos complexos de ferro com outros elementos metálicos ou de carboneto que não contém ferro. CARBONITRETAÇÃO (CARBONITRIDING) Tratamento termoquímico em que se promove o enriquecimento superficial simultâneo com carbono e nitrogênio. CAREPA (SCALE) Camada de óxidos formada na superfície de ligas ferrosas em temperaturas elevadas e meio oxidante, normalmente destacável em escamas. CEMENTAÇÃO (CARBURIZING) Tratamento termoquímico em que se promove o enriquecimento superficial com carbono. CEMENTAÇÃO À GÁS (GÁS CARBURIZING) Cementação realizada em meio gasoso. CEMENTAÇÃO EM BANHO DE SAL (LIQUID CARBURIZING) Cementação realizada em meio líquido (sal fundido) . CEMENTAÇÃO EM CAIXA (BOX CARBURIZING; PACK CARBURIZING) Cementação realizada em meio carbonetante sólido, dentro de um recipiente fechado, em cujo interior a peça é levada ao forno.

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CEMENTITA (CEMENTIDE) Designação metalográfica do carboneto de ferro, de fórmula Fe 3C e de teor de carbono 6,69%. Pode ainda conter pequenos teores de elementos como manganês e outros. CIANETAÇÃO (CYANIDING) Carbonitretação realizada em meio líquido. COALECIMENTO (SPHERODIZING) Tratamento térmico de recozimento com a finalidade de se obter os carbonetos sob forma esferoidal . Usualmente é caracterizado por permanência em temperatura ligeiramente superior ou inferior ao ponto A1 ou oscilação em torno de A1 e resfriamento lento. Também denominado esferoidização. CONSTITUINTE (CONSTITUENT) Cada uma das fases isoladas ou agregadas que compõem a estrutura de uma liga metálica, por exemplo, ferrita, austenita, perlita, bainita e outros. DESCARBONETAÇÃO (DESCARBURIZATION) Redução de teor de carbono em toda a extensão ou parte do material. DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO DE FASES (PHASE DIAGRAM) Diagrama que representa os campos de ocorrência de fases em equilíbrio. Nos sistemas metálicos, geralmente se representa a ocorrência de fases em função de temperatura e composição. ENCHARCAMENTO (SOAKING TIME) Tempo de manutenção em determinada temperatura após equalização da mesma em todos os pontos da peça. ENDURECIMENTO POR ENVELHECIMENTO (AGE HARDENING) Endurecimento

produzido

por

processo

de

envelhecimento,

geralmente

após

solubilização ou trabalho a frio. ENDURECIMENTO POR PRECIPITAÇÃO (PRECIPITATION HARDENING) Endurecimento supersaturada.

produzido

pela

precipitação

de

uma

fase

de

uma

solução

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ENVELHECIMENTO (AGING) Alteração das propriedades com o tempo, geralmente lento à temperatura ambiente e mais rápida com a elevação da temperatura. FASE (PHASE) Porção fisicamente homogênea e mecanicamente separável de um sistema. FASE SIGMA (SIGMA PHASE) Fase encontrada originalmente nas ligas de ferro/cromo-níquel e cromo-níquel. Estável em temperatura abaixo de 820oC. Atualmente, o termo é utilizado para designar fase intermediária, não magnética, dura e frágil, de estrutura tetragonal, que ocorre em ligas dos elementos de transição. FERRITA (FERRITE) Solução sólida de carbono em ferro cristalizado no sistema cúbico de corpo centrado. FERRO ALFA - Ferro a (ALPHA IRON) Forma alotrópica de ferro, com reticulado cúbico de corpo centrado, que ocorre em condições de equilíbrio até a temperatura de 912oC. Será ferromagnético até 770oC (Ponto Curie), e paramagnético entre 770oC e 912oC. FERRO DELTA -Ferro d (DELTA IRON) Forma alotrópica de ferro, com reticulado cúbico de corpo centrado, que ocorre em condições de equilíbrio entre 1400 oC e 1538oC (ponto de fusão do ferro). É paramagnético. FERRO GRAMA - Ferroà (GAMA IRON) Forma alotropica de ferro, com reticulado cúbico de fase centrada, que ocorre entre 912oC e 1394oC. Não é magnético. FOTOMICROGRAFIA (PHOTOMICROGRAPHY) Fotografia de microestrutura ou de uma microtextura. FRAGILIDADE DE REVESTIMENTO (TEMPER BRITTENESS) Fragilidade que apresenta alguns aços quando resfriados lentamente através de uma determinada faixa de temperatura ou quando revenidos nessa mesma faixa.

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GRAFITA (GRAPHITE) Forma alotrópica do carbono, de reticulado hexagonal. Constituinte típico de ferro fundido cinzento, maleável e nodular. Ocorre na forma de veios, nódulos e outros. GRÃO (GRAIN) Cristal alotriomórfico de um material policristalino, considerado individualmente. HOMOGENEIZAÇÃO (HOMOGENIZING) Manutenção de uma liga a alta temperatura para eliminar ou diminuir, por difusão a segregação química. INCLUSÃO (INCLUSION) Material estranha retido em uma liga metálica que ocorre geralmente sob forma de partículas não-metálicas, tais como silicatos, óxidos, aluminados e outros. LEDEBURITA (LEDEBURITE) Agregados eutéticos do sistema metaestável ferro-carboneto de ferro. LINDUR Tratamento termoquímico realizado em meio gasoso, que promove o enriquecimento superficial, com nitrogênio (ver nitretação a gás) . LINHA LIQUIDUS (LIQUIDUS) Em diagrama de equilíbrio, a linha acima da qual o material se encontra totalmente no estado líquido. No diagrama de equilíbrio ferro-carboneto de ferro, a linha "liquidus" corresponde à linha ACD . LINHA SOLIDUS (SOLIDUS) Em diagrama de equilíbrio, linha abaixo da qual o material se encontra totalmente no estado sólido. No diagrama de equilíbrio ferro-carboneto de ferro a linha "solidus" corresponde à linha AHJEF. MACROGRAFIA (MACROGRAPHY) Aspecto ou reprodução gráfica de superfície devidamente preparada de peça ou amostra metálica, com aumento linear, igual ou inferior à dez vezes. É usualmente empregada para revelar textura de peças deformadas a frio ou a quente, peças fundidas, de irregularidades internas ou externas e outras. O termo é também utilizado para designar a técnica macrográfica.

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MALEABILIZAÇÃO (MALLEABLEIZATION) Tratamento térmico aplicado ao ferro fundido branco, em que o elemento carbono passa a grafita, na forma arredondada, ou é eliminado. Ambos os fenômenos podem ocorrer simultaneamente. O elemento de carbono também pode estar presente em fase ou fases oriundas da transformação da austenita (como por exemplo a perlita). MARTÊMPERA (MARTEMPERING) Tratamento isotérmico composto de austenitização seguido de resfriamento brusco até temperatura ligeiramente acima da faixa de formação de martesita, visando equalizar a temperatura do material e resfriamento adequado até a temperatura ambiente. MARTENSITA (MARTENSITE) Solução sólida metaestável supersaturada da transformação por cisalhamento sem difusão, de uma alotrópica do solvente estável em temperatura elevada. A martensita da rede cristalina. Nas ligas ferro-carbono, é a solução sólida intersticial supersturada de carbono em ferro alfa e possui reticulado tetragonal de corpo centrado, resultante da distorção do reticulado cúbico provocado pelo excesso de carbono. A martensita ds ligas ferro-carbono e ferromagnética. MARTENSITA NÃO REVENIDA (UNTEMPERED MARTENSITE) Martensita obtida diretamente da têmpera, sem qualquer tratamento subseqüente. No sistema ferro-carbono, apresenta reticulado tetragonal de corpo centrado. MARTENSITA REVENIDA (TEMPERED MARTENSITE) Produto de decomposição resultante do aquecimento da martensita em temperatura abaixo do A1, em ligas ferro-carbono. Por extensão o termo usado para ligas não ferrosas. METALOGRAFIA (METALLOGRAPHY) Estudo da constituição, estrutura e textura dos metais, ligas e produtos metálicos e de seu relacionamento com propriedades e processos de fabricação. MICROGRAFIA (MICROGRAPH) Aspecto ou reprodução gráfica de uma amostra metálica devidamente preparada, com aumento linear maior que dez vezes. O termo é também utilizado para designar a técnica micrográfica.

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NITRETAÇÃO (NITRIDING) Tratamento termoquímico em que se promove enriquecimento superficial com nitrogênio. NITRETAÇÃO A GÁS (GÁS NITRIDIN) Nitretação realizada em meio gasoso. NORMALIZAÇÃO (NORMALIZING) Tratamento térmico caracterizado por aquecimento acima da zona crítica e por equalização nesta temperatura seguida de resfriamento uniforme ao ar, sem restringilo ou acelerá-lo, até a temperatura ambiente.

PATENTEAMENTO (PATENTING) Tratamento térmico de arames e tiras, empregado em aços de alto e médio carbono, caracterizado por aquecimento acima da zona crítica e por resfriamento ao ar ou banho de sal ou chumbo, com a finalidade obter-se uma microestrutura adequada para as deformações subseqüentes. PERLITA (PEARLITE) Constituinte

eutetóide

do

sistema

metaestável

ferro-carboneto

de

ferro,

apresentando-se como uma agragado lamelar de ferrita e cementita. O termo também é usado para designar constituintes eutetóides de outros sistemas. PERLITIZAÇÃO (PEARLITIZING) Tratamento térmico de transformação da austenita em perlita. Termo largamente usado em tratamento de ferros fundidos. PONTO CURIE (CURIE POINT) Temperatura em que, no aquecimento, o ferro perde suas propriedades magnéticas ou as adquire, no resfriamento. PONTO EUTÉTICO (EUTETIC POINT) Em um diagrama de equilíbrio binário, é o ponto representativo da reação eutética, segundo a qual, no resfriamento, uma fase líquida se solidifica isotermicamente, produzindo um agregado de duas fases sólidas (constituinte eutético), de composições diferentes entre si e diferentes da composição original. A liga e a temperatura que definem o ponto eutético denominam-se, respectivamente, liga eutética e temperatura

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eutética. A liga eutética possui o mais baixo ponto de solidificação do sistema a que pertence. A reação eutética é reversível. No diagrama de equilíbrio ferrocarbono, o ponto eutético é definido pelos seguintes pelos seguintes valores aproximados:

SISTEMA

TEMPERATU RA

LIGA EUTÉTICA (ºC) (%C)

SÍMBOLO

1148

4.,30

C

1154

4,26

C

EUTÉTICA (ºC)

Metaestável ferrocarbo-

CONSTITUINTE EUTÉTICO

Ledeburita

neto de ferro Estável ferrografita

PONTO EUTETÓIDE (EUTECTOID POINT) Em um diagrama de equilíbrio binário, é o ponto representativo de reação eutetóide, segundo a qual, no resfriamento, uma fase sólida se transforma em duas outras fases sólidas de composições diferentes da composição original. A liga e a temperatura que definem

o

ponto

eutetóide

denomina-se,

respectivamente:

liga

eutetóide

e

temperatura eutetóide. A liga eutetóide possui, dentro do sistema a que pertence , o mais baixo ponto de transformação da fase sólida original. A reação eutetóide é reversível. No diagrama de equilíbrio ferrocarbono, o ponto eutetóide é definido pelos seguintes valores:

SISTEMA

TEMPERATURA EUTETÓIDE (ºC)

LIGA EUTETÓIDE (%C)

SÍMBOLO

CONSTITUINTE EUTETÓIDE

Maestável ferrocarboneto de ferro

727

0,77

S

Perlita

Estável ferrografita

736

0,68

S

POTENCIAL DE CARBONO (CARBON POTENCIAL) Medida da capacidade de um meio, que contém carbono ativo, de alterar ou manter o teor de carbono de um aço. PREAQUECIMENTO (PREHEATING) Aquecimento prévio realizado até uma temperatura do tratamento visado.

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PROFUNDIDADE DE CEMENTAÇÃO (CASE DEPTH) Em uma peça cementada, é a profundidade da camada periférica enriquecida em carbono. PROFUNDIDADE DE DESCARBONETAÇÃO (DEPTH OF DECARBONIZATION) Profundidade a partir da superfície, até o ponto em que o teor de carbono corresponda ao material original. PROFUNDIDADE EFETIVA (EFFECTIVE DEPTH) Distância perpendicular a partir da superfície, até o ponto em que a dureza atinge um valor convencionado. O termo é usualmente empregado nos tratamentos superficiais. Como exemplo têm-se: profundidade efetiva de cementação, profundidade efetiva de carbonitretação. RECOZIMENTO (ANNEALING) Termo genérico que indica um tratamento térmico composto de aquecimento controlado até uma determinada temperatura, permanência nessa temperatura durante um certo intervalo de tempo e resfriamento regulado para a finalidade em vista. RECOZIMENTO AZUL (BLUE ANNEALING) Recozimento realizado em condições tais que se forme na superfície metálica uma camada de óxido uniforme e aderente, de cor azulada. RECOZIMENTO BRILHANTE (BRIGHT ANNEALING) Recozimento realizado em condições tais que evitem oxidação da superfície metálica. RECOZIMENTO ISOTÉRMICO (ISOTHERMAL ANNEALING) Recozimento

caracterizado

por

uma

austenitização

seguida

de

transformação

isotérmica da austenita na região da formação da perlita. RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES (STRESS-RELIEF ANNEALING) Ver Alívio de tensões. RECOZIMENTO PARA CRESCIMENTO DO GRÃO (COARSE-GRAIN ANNEALING) Recozimento caracterizado por permanência em temperatura significativamente acima da zona crítica; resfriamento lento até temperatura abaixo do ponto A 1 e subseqüente resfriamento arbitrário até a temperatura ambiente, destinado a produzir crescimento de grão. RECOZIMENTO PARA HOMOGENEIZAÇÃO (HOMOGENIZING ANNEAL) Recozimento

caracterizado

por

um

aquecimento

até

uma

temperatura

consideravelmente acima do ponto AC3, longa permanência nessa temperatura e

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resfriamento adequado ao fim em vista, para eliminação de variações locais de composição do material. RECOZIMENTO PARA RECRISTALIZAÇÃO (RECRYSTALLIZATION ANNEALING) Recozimento caracterizado pela permanência em temperatura dentro da faixa de recristalização, após deformação realizada abaixo dessa faixa. RECOZIMENTO PARA SOLUBILIZAÇÃO (FULL ANNELING) Recozimento em conseqüência do qual um ou mais constituintes entram na solução. Geralmente caracterizado por um resfriamento rápido destinado a retenção daqueles constituintes

em

solução

na

temperatura

ambiente.

Também

denominado

solubilização. RECOZIMENTO PLENO (FULL ANNEALING) Recozimento caracterizado por um resfriamento lento através da zona crítica, a partir da

temperatura

da

austenitização,

geralmente

acima

de

AC 1

para

os

aços

hipoeutetoides e entre AC31 e ACcm para os hipereutetóides. REFINO DE GRÃO (GRAIN REFINING) Diminuição do tamanho do grão. REVENIMENTO (TEMPERING) Tratamento térmico de uma peça temperada ou normalizada, caracterizado por reaquecimento abaixo da zona crítica e resfriamento adequado, visando ajustar as propriedades mecânicas. SEGREGAÇÃO (SEGREGATION) Concentração de elementos sob forma de solução sólida ou de compostos em regiões específicas de uma peça metálica. TAMANHO DE GRÃO (GRAIN SIZE) São as dimensões dos grãos ou cristais em um metal policristalino, excluindo as regiões maciadas e os subgrãos, quando presentes. O tamanho do grão é usualmente estimado ou medido na seção média de um agregado de grãos. As unidades mais comuns são: a) diâmetro médio; b) área média; c) numero de grãos por unidade linear; d) numero de grãos por unidade de área; e) numero de grãos por unidade de volume.

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TÊMPERA (HARDENING) Tratamento térmico caracterizado pelo resfriamento em velocidade superior à velocidade crítica de têmpera de uma liga ferro-carbono, a partir de uma temperatura acima da zona crítica para os aços hipoeutetóides e geralmente dentro da zona crítica para os aços hiporeutetóides, resultando em transformação da austenita em martensita. TÊMPERA EM ÁGUA (WATER HARDENING) Têmpera em que o agente de resfriamento (meio de têmpera) é a água. TÊMPERA EM ÓLEO (OIL HARDENING) Têmpera em o agente de resfriamento (meio de têmpera) é um óleo. TÊMPERA EM SALMOURA (BRINE QUENCH) Têmpera em que o agente de resfriamento (meio têmpera) é uma salmoura. TÊMPERA POR CHAMA (FLAME HARDENING) Têmpera em que o aquecimento é produzido por chama. TEMPERABILIDADE (HARDENABILITY) Propriedade do aço que determina a profundidade e distribuição da dureza pela têmpera. TRATAMENTO SUBZERO (SUBZERO TREATMENT) Tratamento realizado abaixo 0oC. Particularmente, resfriamento de uma aço a uma temperatura abaixo de 0oC para transformação da austenita retida em martensita. TRATAMENTO TÉRMICO (HEAT TREATMENT) Operação ou conjunto de operações realizadas no estado sólido que compreendem aquecimento, permanência em determinadas temperaturas e resfriamento, realizados com a finalidade de conferir ao material determinadas características. TRATAMENTO TERMOQUÍMICO (THERMOCHEMICAL TREATMENT) Conjunto de operações realizadas no estado sólido que compreendem modificações na composição química da superfície da peça, em condições de temperatura e meio adequados.