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