ANALISE E DISCUSSAO DOS RESULTADOS OBTIDOS NO AO 1008
Analise e discussao dos resultados obtidos no ao 1008
aquecido a 840 C (10 minutos) e resfriado ao ar
aquecido a 840 C (1 hora) e resfriado ao ar
aquecido a 840 C (4 horas) e resfriado ao ar
1. Introduo
O tratamento trmico definido como conjunto de operaes
controladas de tempo, temperatura, resfriamento e aquecimento,
visando modificao da estrutura e, desse modo, das propriedades
dependentes dela [1]. Dessa forma, no artigo ser apresentado um
tratamento trmico que amplamente aplicado nas industrias, o
recozimento.
O recozimento realizado nos materiais tem como objetivo de
resultar em certas mudanas no material, como a remoo de tenses
devidas aos tratamentos mecnicos a frio ou a quente, a diminuio da
dureza para melhorar a usinabilidade do ao, a alterao de certas
propriedades mecnicas, como resistncia e ductilidade, a eliminao de
efeitos de tratamentos trmicos ou mecnicas que o material foi
submetido entre outras [1]. O processo de recozimento envolve
normalmente trs etapas: recuperao, recristalizao e crescimento de
gro, que estaro presentes em maior ou menor intensidade dependendo
de alguns fatores.
Na etapa definida como recuperao ocorrem todas as mudanas que no
envolvem a varredura da estrutura deformada pela migrao de
contornos de gro de alto ngulo. A estrutura deformada no
modificada, apenas a densidade e a distribuio dos defeitos
presentes so alteradas. Contudo, na etapa da recristalizao, a
orientao cristalina de qualquer regio no material deformado
modificada pela passagem de contornos de gro de alto ngulo atravs
do material, pois ocorre uma nucleao (recristalizao primaria),
principalmente nos contornos de gro (regio energtica) e crescimento
atmico que resulta na formao de novos gros menores, sem deformao e
equiaxiais. Com a continuidade do processo, ocorre o crescimento de
gro (recristalizao secundaria), etapa na qual a estrutura j
recristalizada passa a apresentar crescimento anormal de alguns
gros pela continuao do processo de migrao dos contornos de gro.
Normalmente, a realizao desse tratamentos consiste em aquecer a
pea em um forno a uma temperatura acima da zona crtica (cerca de
50C) para os aos hipoeutetoides e acima do limite inferior para os
hipereutetoides, manter o tempo suficiente para que toda a
estrutura transforme-se em austenita (austenitizao) e resfriar
lentamente [1]. Nos aos eutetoides a composio esperada formada por
perlita grossa, nos hipoeutetoides esperada a perlita grossa e
ferrita primaria, e nos aos hipereutetoides se espera a estrutura
formada por cementita primaria e perlita grossa.
Figura 1 Modificao da estrutura celular
O ao utilizado foi o ABNT 1008 (ao carbono). Este pode
considerado um ao de teor baixo de carbono e no tem adio alguma de
elementos de liga. Este tem propriedades que facilitam seu
tratamento trmico. Devido as suas propriedades, como boa
usinabilidade e maleabilidade, tambm chamado de extra doce. Alm
disso, esse ao pode ser facilmente soldado. As aplicaes deste so
diversas: parafusos e usos destinados a usinagem.
Figura 2 - Diagrama TTT de um ao ABNT 1080
A pratica constou na anlise de quatro amostras, uma dessas no
sofreu tratamento trmico algum, ou seja, foi submetida a uma
analise a partir de seu estado de fornecimento. Contudo, as outras
trs amostras foram submetidas ao tratamento trmico descrito
anteriormente, estas apenas tiveram uma variao em seus respectivos
tempos. Uma dessas amostras permaneceu no forno por um tempo de 10
minutos. A outra permaneceu por um tempo de 1 hora. Por fim, a
ltima amostra permaneceu cerca de 4 horas.
A pea na situao de estado de fornecimento era esperado uma
estrutura com os gros direcionados, pois provavelmente o material
sofreu um trabalho a frio, desse modo, nessa situao, o material
tende a aumentar sua dureza (figura 3), mas sua ductilidade tende a
diminuir[2]. Por causa dessa situao, o recozimento /foi
realizado.
Figura 3- Grfico com a dureza do AO 1080 [3]
As outras peas por terem sido submetidas ao tratamento teriam
que ter durezas menores obrigatoriamente menores que a do estado de
fornecimento, pois com os fenmenos que ocorrem no recozimento
(recuperao, recristalizao e crescimento de gro) a tendncia uma
diminuio efetiva na dureza. Para um a obteno de mnima dureza em um
ao hipereutetoide, o material deve permanecer no forno por um longo
tempo (cerca de 10 a 15 horas). [2]
Figura 4 Grfico apresentando a dureza (mnima) de um material
totalmente Recozido [4]
2. Materiais e mtodos
Para a prtica, foram usadas amostras em forma de semi-cilindro,
originarias de pregos de ao SAE 1008 fornecidas. O material
utilizado adequado para o estudo dos efeitos do recozimento, pois a
fabricao destes pregos envolveu etapas de trabalho a frio, como o
torneamento, procedimentos que formam tenses internas e deformam os
gros, condies necessrias para a recristalizao. Por terem a mesma
origem, esperado que a composio qumica e a quantidade de trabalho a
frio das amostras seja igual.As amostras foram obtidas com o corte
do pregos em duas partes longitudinalmente e transversalmente,
formando amostras de dimenses aproximadas de dimetro de 5 mm e
comprimento de 20 mm, com o uso de Cortadeira Metalogrfica Modelo
Labotom. O tratamento trmico foi feito no Laboratrio de Tratamentos
Trmicos da UTFPR/ Campus Curitiba- Pr. As amostras foram envolvidas
por uma "gaiola" de arame, para facilitar o manuseio na introduo e
na retirada do forno, evitando alteraes microestruturais no
previstas. O forno, da marca Jung, foi aquecido e mantido na
temperatura constante de 820, temperatura acima do limite inferior,
como dito anteriormente, do ao SAE 1008. Trs amostras foram
tratadas, retiradas aps 10 minutos, 1 hora e 4 horas,
respectivamente, e resfriadas ao ar, para evitar a tmpera.
Foi realizado o embutimento a quente num termofixo (baquelite),
para a preparao metalografica. Aps posicionada com sua face plana
voltada para o embolo da embutidora, cada amostra foi coberta pelo
termofixo em p e selada, e o conjunto foi submetido a presso de 35
kgF, e alta temperatura, condies mantidas por 30 minutos, formando
um corpo nico.
Figura 5 Maquina Embutidora Figura 6 Baquelite
Procedimentos
1- Realizar a limpeza com um pano mido do embolo inferior (para
a Baquelite no ficar presa ao embolo) e do embolo superior
2- Colocar a amostra com a face que se quer analisar para
baixo
3- Baixar o embolo lentamente
4- Colocar a baquelite
5- Colocar o embolo superior
6- Colocar a tampa
7- Definir presso(30 a 35 kgf)
8- Ligar a embutidora
9- Esperar a embutidora desligar
10- Abrir a vlvula de presso
11- Remover a tampa da prensa
12- Fechar a vlvula de presso
13- Erguer o embolo at ser possvel pegar o corpo de prova
14- Retirar o corpo de prova da prensa de embutimento
Aps o embutimento, foi realizado o lixamento, com o intuito de
reduzir a rugosidade e as impurezas da superfcie das amostras,
preparando-as para a metalografia. As amostras foram lixadas em
lixadeiras rotativas Struers, de progressiva granulometria. Aps
completo o lixamento, as amostras foram polidas com suspenso de
alumina de 1 micrometro em gua, com o uso disco de polimento,
removendo riscos e uniformizando a superfcie.
Figura 7 Lixadeira metalografica Figura 8 Politriz
Procedimento
1- Verificar da presena de todas as lixas necessrias; se o
equipamento a ser utilizado est funcionando; presena de agua
2- Preparar a lixadeira automtica, colocando a lixa de maneira
apropriada (geralmente necessrio cortar a lixa no formato do
suporte)
3- Ligar a lixadeira e o registro hidrulico
4- Comear o lixamento
5- Terminar apenas quando formar face espelhada
6- Trocar de lixa no fim do processo
7- Repetir esse processo at gerar uma face mais espelhada
possvel, geralmente, ocorre medida que se troca de
granulometria.
Completo o polimento, foi realizado o ataque qumico com Nital
(cido nitrico), definindo os contornos de gro e as fases da
microestrutura. As amostras foram imersas por aproximadamente 6
segundos, em Nital dissolvido em lcool, lavadas com gua corrente, e
secas com secador de ar quente. Foi feita a limpeza da superfcie
com o uso de algodo embebido em lcool. Na secagem, a amostra foi
posicionada com a face paralela ao fluxo do ar, para evitar a
formao de manchas do lcool, que dificultam a interpretao das
imagens microestruturais.
A microestrutura do material foi obtida com o uso de microscpios
digitais do laboratrio, de ampliao mxima de 1000x. As imagens foram
comparadas com a microestrutura esperada, analisando o tamanho e
forma dos gros.
Foi tambm feito o teste de dureza Vickers, com carga de 20000g.
Foram feitas cinco impresses com o uso do penetrador piramidal em
cada amostra, e foram obtidas as imagens das impresses com o uso do
microscpio, possibilitando a medio das dimenses diagonais, assim
calculando a dureza Vickers de acordo com a norma. Os resultados
foram comparados para o esperado do material, para determinao das
etapas do recozimento.
Figura 9 Durometro WPM (Escala Vickers e Brinell)
3. Resultados e Discusses
No material que no sofreu nenhum tratamento trmico, a durezas
obtidas variaram, desse modo, obteve-se os valores: 250,6 HV, 172
HV, 225,7 HV, 236,1 HV e 192,9 HV. Calculando-se a mdia entra
estas, obtm-se o valor de 215,46 HV que para se fazer uma comparao
ser convertido para Dureza Brinell, chegando num valor prximo de
203 HB. Desse modo, mostra que o material est dentro do esperado
(mximo 220 HB Figura3)
Figura 10 Variao de Dureza (HV)
A anlise microestrural do material, revelou que este estava
encruado, pois a organizao dos seus gros estava orientao em uma
certa direo e o formato do gro est de certo modo achado (Figura
11). A dureza comentada anteriormente confirma essa situao, pois o
encruamento faz o material possuir uma dureza elevada.
Figura 11 Orientao dos gros em determinada direo
No material que sofreu tratamento a 820 C e permaneceu cerca de
10 minutos no forno. As durezas diminuram se comparadas com o
material anteriormente citado, essas foram 129.3 HV, 125.8 HV,
131.3 HV, 127.7 HV e 124.6 HV. A mdia destas foi de 127,74 HV. Essa
mudana na dureza j era esperada, pois nesse pouco perodo de tempo
aconteceu a recuperao do material e incio de uma recristalizao,
apresentada na figura 13 e 14.
Figura 12 Variao de Dureza (HV)
Figura 13 Microestrura Aumento: 1000 Figura 13 Microestrura
Aumento: 200
Ataque: Nital Ataque:Nital
No material que sofreu tratamento a 820 C e permaneceu cerca de
1 hora no forno, as durezas foram de 129.3 HV, 132.6 HV, 128.8 HV,
132.2 HV, e 132.3 HV. A mdia foi de 131.14 HV. Se pode notar que
essa mdia superior a mdia da amostra que permaneceu 10 minutos
(127,74 HV), porm no podemos afirmar que houve aumento na dureza,
pois a mdia muito prxima ao valor mnimo da amostra de 1 hora. Este
erro pode ser atribudo medio de dureza, ou a no uniformidade na pea
fornecida, e ser discutido posteriormente neste artigo.
Nas imagens metalograficas, se pode notar os efeitos da
recristalizao: os gros ferriticos tomam forma menos alongada,
perdendo completamente sua deformao causada pelo trabalho a frio a
qual o material fornecido foi submetido.
Figura 15 Variao de Dureza (HV)
Figura 16 Microestrura Aumento: 1000 Figura 17 Microestrutura
Aumento: 200
Ataque: Nital Ataque:Nital
No material que sofreu tratamento a 820 C e permaneceu cerca de
4 hora no forno, as durezas foram de 135.1 HV, 134.1 HV, 134.5 HV,
132.2 HV, e 123.2 HV. A mdia foi de 131.98 HV. Novamente, a mdia
superior a mdia das outras, porm a variao menor.
As imagens metalograficas indicam os efeitos de aplicao por
tempo prolongado ao nital. Porm, o objetivo desta pesquisa no a
identificao de fases, e mesmo com as manchas do nital, podemos
identificar a pouca variao no tamanho de gro comparado a amostra
recozida por 1 hora.
Figura 18 Variao de Dureza (HV)
Figura 19 Microestrura Aumento: 1000 Figura 20 Microestrutura
Aumento: 200
Ataque: Nital Ataque:Nital
Na figura 21 temos representado num grfico a variao da dureza
com o tempo. Uma escala logartmica foi usada no eixo do tempo, para
melhor visualizao. O grfico mostra uma reduo drstica na dureza da
amostra fornecida para a aquecida por dez minutos. Esta reduo
corresponde s etapas de recuperao e inicio de recristalizao do
metal. Comparando a curva formada com uma curva de referencia, de
cobre com liga de fsforo e ferro [5], e o valor de referencia
mnimo, podemos notar que a queda da dureza por crescimento de gro
muito mais lenta do que a das etapas iniciais do processo de
recozimento; aps uma hora a dureza se aproxima um patamar, e o
aumento de tamanho de gro e maiores redues na dureza s poderiam ser
esperados em uma amostra de mais de 10 horas.
Figura 21 Grafico da variao Figura 22 Grfico de referncia
representando
da dureza obtida com o tempo. a queda da dureza em liga
CuFe1P
4. ConclusesCom esta pesquisa, pode-se confirmar os efeitos do
tratamento de recozimento na reduo da dureza, remoo de tenses
internas e mudana nos gros do ao 1008, assim analisando os efeitos
dos fenmenos da recuperao e do recozimento no material. No foi
possvel a analise dos efeitos do crescimento de gro, pois no foi
preparada amostra com tempo suficiente para tais efeitos serem
facilmente reconhecveis, sem grande influencia das condies de
preparao.
Foi realizado o tratamento, a preparao metalografica, a anlise e
o ensaio de dureza nas amostras, e os resultados foram o esperado:
o ao fornecido submetido ao trabalho a frio de fabricao teve dureza
prxima ao valor de referncia, e aps ser recozido por 4 horas teve
dureza intermediria, pois para aproximar o valor mnimo (88 HV)
seria necessrio mais tempo de recozimento (cerca de 10 a 15 horas)
[2].5. Referencias
[1] CHIAVERINI, Vicente. Aos e ferros fundidos. 7.ed. SO PAULO:
ABM, 1996. 599p[2] Metals Handbook, vol.4, Heat Treating, 9a. ed.,
ASM Int., 1991Metals Handbook, vol.9, vol.9, Metalography and
Microstrutures, 9a. ed., ASM Int., 1991[3]
http://acosvic.com.br/tabela03_br.php[4]
http://www.docstoc.com/docs/119509278/AISI-1008-Steel[5]
http://www.ltpmn.agh.edu.pl/conductivity-app/DATA/CuFe1P.html
CALLISTER, William D. Jr. Cincia e engenharia de materiais: uma
introduo. 5edio. Rio de Janeiro: LTC, 2000Fluncia
Recuperao
Deformao a frio