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Tempera e Revenimento Aço 1050
Tipologia: Notas de estudo
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UFP – 3.01 Faculdade SENAI de Tecnologia “ Félix Guisard”
Superior em Tecnologia de Fabricação Mecânica
Rony Anderson da Silva Taubaté – SP Agosto de 2012
UFP – 3.01 Faculdade SENAI de Tecnologia “ Félix Guisard”
Superior em Tecnologia de Fabricação Mecânica
1 Introdução............................................................................................................ 4
2 Aço Carbono......................................................................................................... 4
3 Têmpera ............................................................................................................... 5
4 1.2.1 Têmpera superficial:..................................................................................... 5
4.1 É aplicada à peças de máquinas, e é mais conveniente que seu endurecimento total pela têmpera normal,visto que,nessas aplicações,se obje�va apenas a criação de uma super�cie dura e de grande resistência ao desgaste e à abrasão...................................... 5
5 1.2.2 Têmpera por chama: ................................................................................... 5
6 1.2.3 Têmpera por indução: ................................................................................. 6
Em diversas aplicações os materiais fornecidos por processos de produção convencionais possuem características inadequadas que podem influenciar negativamente o seu desempenho e até mesmo comprometê-lo. Empenamentos, tensões internas e estruturas indesejadas surgem com frequência e afetam as propriedades do material. Para solucionar esses problemas alguns tratamentos térmicos podem ser empregados, envolvendo aquecimento e resfriamento subsequente, dentro de condições controladas de temperatura, tempo, ambiente de aquecimento e velocidade de resfriamento. Na maioria dos casos os tratamentos térmicos são aplicados a ligas Fe-C, em especial aos aços.
Com 0,5% de carbono em sua composição, o aço SAE 1050 é classificado como aço de médio teor de carbono com boas propriedades mecânicas e tenacidade bem como boas usinabilidade e soldabilidade quando laminado a quente ou normalizado. As suas aplicações compreendem eixos, peças forjadas, engrenagens comuns, componentes estruturais e de máquinas, virabrequim, entre outros.
Sistemas de classificação dos aços – dada a grande variedade de tipos de aços, foram criados sistemas para sua classificação, os quais periodicamente são submetidos a revisões.
Os aços podem ser classificados em grupos, em base de propriedades comuns:
a- Composição, como aços-carbono e aços-liga;
b- Processo de acabamento, com aços laminados a quente ou aços laminados a frio;
c- Forma do produto acabado, como barras, chapas grossas, chapas finas, tiras, tubos ou perfis estruturais.
Há ulteriores subdivisões desses grupos, como aços-carbono de baixo, médio ou alto teor de carbono. Os aços-liga são frequentemente classificados de acordo com o principal ou principais elementos de liga presentes.
Uma das classificações mais generalizadas – e que, inclusive, serviu de base para o sistema adotado no Brasil – é a que considera a composição química dos aços e, dentre os sitemas conhecidos, são muito usados os da “American Iron and Steel Institute – AISI” e da Society of Automotive Engineers – SAE”.
Consiste no resfriamento rápido do aço de uma temperatura superior à sua temperatura crítica (temperatura de austenização) em um meio como óleo, água, salmoura ou mesmo ar .Como na têmpera o constituinte final desejado é a martensita, o objetivo, o objetivo dessa operação, sob o ponto de vista de propriedades mecânicas, é o aumento da dureza deve verificar-se até uma determinada profundidade.Resultam também da têmpera redução da ductilidade (baixos valores de alongamento e estricção), da tenacidade e o aparecimento de apreciáveis tensões internas. Tais inconvenientes são atenuados ou eliminados pelo revenido. Os tipos de têmpera são:
É aplicada à peças de máquinas, e é mais conveniente que seu endurecimento total pela têmpera normal,visto que,nessas aplicações,se objetiva apenas a criação de uma superfície dura e de grande resistência ao desgaste e à abrasão.
O resfriamento é uma dos passos mais complexos no caso deste processo. Se por um lado, quanto mais rápido for o resfriamento maiores serão as chances de obtermos martensita, por outro maiores serão também as chances de termos trincas e empenamentos na peça. Além disso, um resfriamento não homogêneo ao longo da superfície da peça pode também causar empenamento e variações na dureza. Como existe uma variação no volume da peça durante o aquecimento e o resfriamento e também devido à transformação da estrutura em martensita, quanto maior a diferença entre as velocidades de resfriamento na superfície e no centro ou em diferentes pontos da superfície maior será o empenamento e a possibilidade de aparecimento de trincas. Note-se que a velocidade de resfriamento inicialmente é baixa, tornando-se alta apenas para valores intermediários de temperatura da peça. Inicialmente temos um estágio em que se forma um envelope de vapor em volta da peça que impede a troca de calor da peça com o líquido, fazendo com que a velocidade seja baixa. Em um segundo estágio existe a formação de bolhas que entram em colapso rapidamente, permitindo que o fluido entre em contato com a peça e produzindo uma agitação bastante grande do fluido, o que faz com que a velocidade de resfriamento cresça rapidamente. Por fim em um terceiro estágio, a temperatura da peça não é mais suficiente para que haja a formação de bolhas e o resfriamento se dá apenas por convecção, fazendo com que a velocidade de resfriamento caia novamente.
Outro fato que ocorre freqüentemente em peças de formato complicado, como é o caso de uma engrenagem, de um eixo com rasgo de chaveta e de outras peças com variações no relevo, pode ocorrer a variação nas condições de resfriamento na superfície. Estas condições irão fazer com que a velocidade de resfriamento seja diferente em cada ponto, conduzindo também ao aparecimento de trincas, empenamentos ou mesmo pontos moles. Outro problema que pode ocorrer, este mais freqüente e mais simples é aquele em que temos pequenas diferenças de velocidade de resfriamento entre a superfície e o centro. Neste caso o que pode acontecer é a formação de 100% de martensita na periferia da peça e um teor menor de martensita juntamente com bainita e/ou perlita nas regiões mais peça, situação esta que nem sempre pode ser evitada. Esta situação pode ser induzida pelo meio de resfriamento ou pelo tamanho da peça.
De acordo com o que foi acima exposto o meio de resfriamento mais adequado é aquele que permite obtermos a maior quantidade possível de martensita na peça. Assim sendo poderemos ter que resfriar a peça em salmoura, em água ou mesmo em óleo e outros produtos sintéticos, estes últimos para aços de construção mecânica. Para aços de alta temperabilidade como aços para matrizes e ferramentas pode-se utilizar até mesmo o resfriamento ao ar em alguns casos. Quanto maior a temperabilidade menos drástico terá que ser o meio de resfriamento utilizado.
Outro problema associado com o resfriamento para a obtenção de martensita é a variação de volume. Sempre que temos transformação martensítica teremos uma variação de volume e esta terá efeitos mais importantes quanto maior for a diferença de temperaturas de um ponto para outro.
A diferença de volume entre a estrutura original e a estrutura final martensítica pode conduzir a empenamentos e até mesmo a trincas se as tensões surgidas como conseqüência da variação de volume ultrapassem o limite de ruptura do material. Quando temos diferenças de velocidade de resfriamento da periferia para o centro, por exemplo, forma-se uma capa de martensita que é dura e frágil e que ao aumentar de volume comprime o núcleo. Quando o núcleo por sua vez se transforma, este expande e provoca o aparecimento de tensões sobre a capa externa endurecida, podendo produzir trincas na peça.
Um dos grandes problemas relacionados com o tratamento térmico de têmpera está relacionado com a baixa ductilidade e a baixa tenacidade do material após o tratamento. Embora tenhamos um significativo ganho na resistência mecânica e na dureza, fatores primordiais quando se quer reduzir o peso da peça ou evitar o desgaste superficial, a ductilidade cai quase a zero. Como a utilização de um aço nestas condições é impossível devido aos riscos de uma falha catastrófica, este problema tem que ser corrigido, o que é conseguido através do tratamento térmico de revenido.
O revenido é um tratamento em que se faz o reaquecimento da peça temperada dentro de uma faixa de temperatura entre 150 °C e 600 °C geralmente. As peças são aquecidas e permanecem durante um intervalo de tempo suficiente para que ocorram as transformações necessárias à recuperação de parte da ductilidade e tenacidade perdidas,
O objetivo do presente trabalho é o estudo dos efeitos de diferentes tratamentos térmicos, no aço SAE 1050.
Temos como meta elevar a dureza das amostras de aço SAE 1050 de 205 HV para 38 HRC, após Tempera e aliviadas as tensões residuais deste tratamento com Revenimento.
A realização dos tratamentos térmicos exige o conhecimento da curva TTT do material, que relaciona as principais variáveis deste com o comportamento da microestrutura; conforme exibido na Figura 1.
As análises metalográficas e as análises de literaturas, curvas e gráficos aço-carbono auxiliaram para a satisfação das atividades. Essas quais, executadas tiveram como objetivo a aprendizagem e conhecimento a ser alcançado sobre análise metalográfica do aço assim como a execução de tratamento térmico específico.
Figura. Curva TTT Aço 1050
As analises metalográficas foram realizadas no Laboratório de Metalografia da Faculdade Senai Félix Guisard /Taubaté-SP.
Foi retirado um corpo de prova(1) de 6 mm com corte transversal da barra de Aço SAE 1050 (13mm de diâmetro), que foi embutido em uma Embutidora Metalografica, em um processo que consiste na adição de baquelite e aplicação de pressão (aproximadamente 300 bar) e temperatura (120 ~ 150 °C) para compactação do baquelite e lixamento com lixas de granulometria 180 e 220 para a medição da micro dureza, onde foi obtido os seguinte resultado:
Figura Barra de Aço SAE 1050
Figura (A): Embutidora; (B): Politiz/Lixadeira; (C): Corpo de Prova 1; (D): Equipamento de Micro dureza Vickers; (E): Microscópio Óptico.
O passo seguinte foi o novo lixamento sequencial da amostra com lixas de granulometria 180/220/400/600, e polimento com pasta de diamante e alumina para verificação da microestrutura.
Com a peça espelhada, ataca-se com uma solução de 95% de álcool para 5%de ácido nítrico (Nital 5%). Essa baixa porcentagem é devido à necessidade de pouco ataque da estrutura perlítica para que não corroa o grão inteiro e assim dificulte a observação da estrutura no microscópio. O ataque é rápido (+/-8 segundos) e logo depois a peça é lavada e seca assim torna visível constituintes especiais de estruturas como mostrado na figura 4 feita no Microscópio Óptico com ampliação de 400x.
Figura Macrografia do corpo de prova 1 aumentada 400X - Ferrita e Perlita
Em seguida foram cortadas outras duas partes (corpos de Prova “A” e “B”) deste material com aproximadamente 25 mm de comprimento, que foram submetidas aos tratamentos térmicos.
Os tratamentos térmicos foram realizados em um forno convencional modelo “EDG1800” no Laboratório de Tratamentos Térmicos da Faculdade Senai Félix Guisard /Taubaté-SP.
Ensaio de Dureza Rockwell
O método Rockwell é um método de medição direta da dureza, sendo um dos mais utilizados.
Com o objetivo da tempera alcançado foi realizado o revenimento, para alivio de tensões residuais e baixar a dureza para 39 HRC, seguindo diagrama figura 8.
Figura Os efeitos do tempo e temperatura para um aço carbono SAE 1050. A dureza função da temperatura de revenimento e tempo de forno. Aço SAE 1050 austenizado a 840 °C e temperado em água. Fonte: Pratical Induction Heat Treatment 2001.
O cdp“B” foi levado novamente ao forno pré aquecido a 80ºC, e programado para 430ºC, com taxa de aquecimento 30ºC/min. Para a realização do revenimento com objetivo de baixar a dureza até 39 HRC e alivio das tensões internas. O cdp permaneceu no forno por uma hora após atingir a temperatura programada.
Quando retirado o cdp foi resfriado lentamente ao ar livre deixado sobre um bloco refratário. Após lixamento da superfície com lixa de granulação 220 foi medida a dureza, que apresentou o seguinte resultado:
O objetivo foi atingido, após revenimento a amostra “B”, ficou com a dureza desejada. Uma nova analise da microestrutura foi realizada.
O passo seguinte foi o embutimento e lixamento sequencial da amostra com lixas de granulometria 180/220/400/600, e polimento com pasta de diamante e alumina. Depois de polida a amostra foi submetida a ataque químico com nital 5%, para tornar visível constituintes especiais de estruturas como mostrado nas imagens 9 e 10 obtidas no Microscópio Óptico com ampliações de 100 e 400x.
Figura ampliação de 100X temperada e revenida Aço SAE 1050
Figura ampliação de 400X tempera e revenimento Aço SAE 1050
As imagens mostram que a microestrutura da amostra temperada, ao atingir a temperatura de austenitização, é constituída de martensita refinada, devido ao pequeno crescimento dos grãos austeníticos, com pequena fração volumétrica de ferrita poligonal, e ferrita acicular. A ferrita acicular e poligonal se forma devido à baixa temperabilidade martensítica da austenita com pequeno tamanho de grão.
O tempo e meio de resfriamento, influenciam diretamente no resultado da tempera. Conhecer o material a ser tratado termicamente é fundamental, pois assim será possível verificar as curvas TTT para tempera e revenimento do mesmo.
