INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA

FLUMINENSE

TECNOLOGIA EM MANUTENÇÃO INDUSTRIAL

JONAS DA PENHA MACHADO

MATHEUS BARRETO SANTOS

ESTUDO COMP ARATIVO DA TEMPERABIL IDADE E DUREZA DOS

AÇOS S AE 4140 E 4340 TEMPERADOS AO MAÇ ARICO .

CAMPOS DOS GOYTACAZES – RJ

MARÇO DE 2018

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA

FLUMINENSE

TECNOLOGIA EM MANUTENÇÃO INDUST RIAL

JONAS DA PENHA MACHADO

MATHEUS BARRETO SANTOS

ESTUDO COMP ARATIVO DA TEMPERABIL IDADE E DUREZA DOS

AÇOS S AE 4140 E 4340 TEMPERADOS AO MAÇ ARICO

T r a b a l h o d e c o n c l u s ã o d e c u r s o

a p r e s e n t a d o c o m o r e q u i s i t o

n e c e s s á r i o p a r a o b t e n ç ã o d o t í t u l o d e

T e c n ó l o g o e m M a n u t e n ç ã o I n d u s t r i a l

m i n i s t r a d o n o I n s t i t u t o F e d e r a l

F l u m i n e n s e .

O r ien tado r : P ro f . C léb io de Azevedo Santos , MSc.

CAMPOS DOS GOYTACAZES – RJ

MARÇO DE 2018

JONAS DA PENHA MACHADO

MATHEUS BARRETO SANTOS

ESTUDO COMP ARATIVO DA TEMPERABIL IDADE E DUREZA DOS

AÇOS S AE 4140 E 4340 TEMPERADOS AO MAÇ ARICO .

T r a b a l h o d e c o n c l u s ã o d e c u r s o

a p r e s e n t a d o c o m o r e q u i s i t o

n e c e s s á r i o p a r a o b t e n ç ã o d o t í t u l o d e

T e c n ó l o g o e m M a n u t e n ç ã o I n d u s t r i a l

m i n i s t r a d o n o I n s t i t u t o F e d e r a l

F l u m i n e n s e .

Ap rovado em: ___ de ___________ de 2018

BANCA EXAMINADORA:

___________________________________________

C l é b i o d e A ze v e d o S a n t o s , M S c ( O r i e n t a d o r )

I n s t i t u t o F e d e r a l F l u m i n e n s e

___________________________________________

P r o f . A l z im a r F e r n a n d e s G o m e s , D S c

U n i v e r s i d a d e C â n d i d o M e n d e s

___________________________________________

P r o f . A n í z i o C é s a r S i l v e i r a d e S o u za , M Sc

I n s t i t u t o F e d e r a l F l u m i n e n s e

CAMPOS DOS GOYTACAZES – RJ

MARÇO DE 2018

AGRADECIMENTOS

Agradecemos p r ime i ramente a Deus e a nossos pa is que a

todos os momentos es tão a nos ampara r , p r inc ipa lmente nos

momentos d i f íce is .

Ao nosso o r ien tado r C léb io de Azevedo San tos pe lo apo io

sempre cons tan te duran te a rea l i zação des te t raba lho .

Ao coo rdenador da Engenhar ia Mecân ica da UCAM, p ro fesso r

Fab iano Por ta l pe la d ispon ib i l i zação dos labo ra tó r ios de

meta logra f ia e Ensa ios mecân icos .

Ao técn ico de Labo ra tó r io da UCAM, E r ick Gonça lves R ibe i ro

pe la a juda na aqu is i ção das imagens meta lográ f icas e pe lo apo io

nos ensa ios .

Ao p ro fessor de Manutenção P red i t i va do IFF, F láv io Nassu r

Esp inosa , que a judou nos ensa ios de te rmogra f ia .

Ao bo ls is ta do labo ra tó r io de meta logra f ia do IFF , Joao V i to r

de Carva lho Mota pe lo apo io no p re pa ro das amost ras .

Aos am igos que cu rs aram conosco .

E a todos aque les que d i re ta ou ind i re tamen te f i ze ram pa r te

da nossa fo rmação, o nosso mu i to ob r igado .

Jonas da Penha Machado

Matheus Bar re to San tos

RESUMO

As p rop r iedades mecân icas dos aços podem ser me lho radas

po r me io de t ra tamentos té rm icos , con fo rme já demonst rado em

es tudos ao longo dos anos. O t ra tamen to té rm ico de tê mpera e

reven ido em espec ia l , me lho ra a res is tênc ia mecân ica a t ração e a

res is tênc ia ao desgas te des tes . Neste t raba lho , f o i rea l i zado nos

aços SAE 4340 e 4140 um es tudo compara t i vo d os resu l tados da

l i te ra tu ra , com as cond ições encont radas em campo , em re lação as

p rop r iedades de du reza e temperab i l idade des tes , quando

submet idos a têmpera em ó leo . As amost ras dos do is aços fo ram

d iv id idas em grupos . O grupo 1 fo i aquec ido em fo rno de câmara

com tempera tu ra con t ro lada e temperadas no d ispos i t i v o Jom iny .

Já no g rupo 2 , as amost ras fo ram aquec idas ao maçar i co , cond ição

ma is usua l de campo , tendo s ido es tas também res f r i adas em ó leo .

Ambos os grupos fo ram acompanhados quan to a tempera tu ra de

aquec imento com o uso de uma câmera té rm ica do fab r ican te F l i r

mode lo T -300 pa ra 1200°C . Pa ra aná l ise m ic ro es t ru tu ra l f o i

u t i l i zado um microscóp io óp t i co do fab r i can te O lympus, mode lo

BX51M, já a temperab i l idade a lcançada po r es tes , f o i ve r i f i cada por

du reza no du rômet ro mode lo ISH -R150 , do fabr i can te Ins i ze , após

os co rpos de p rova te rem s ido re s f r iados no d ispos i t i vo Jom iny .

An tes de p roceder a ca rac te r i zação m ic ro es t ru tu ra l da i nspeção de

receb imen to e após tê mpera ao maça r i co , as amost ras receb idas

passa ram pe lo p rocesso de p repa ração meta lográ f ica . Fo ram

montadas tabe las de du reza e cu rvas compara t i vas dos re fe r idos

aços , tan to os temperados po r Jom iny quan to ao maça r ico , no

in tu i to de também comparar o resu l tado des tas com a l i te ra tu ra e

ca tá logos de fabr i can te de aços , na in tenção de ve r i f i ca r em

espec ia l , se a têmpera ao maça r ico p roduz resu l tados con f iáve is .

Pa lavras -chave : Temperab i l idade , du reza , jom iny , aço SAE 4140,

aço SAE 4340 .

ABSTRACT

The mechan ica l p rope r t ies o f s tee ls can be improved by means

o f the rma l t rea tmen ts , as demonst ra ted in s tud ies ove r the years .

Heat t rea tment o f temper and temper ing in par t i cu la r improves

mechan ica l res i s tance to t rac t ion and wear res is tance . In th is wo rk ,

i t was done in the s tee ls SAE 4340 and 4140 a Compara t i ve S tudy

o f the resu l ts o f the l i t e ra tu re , w i th the cond i t i ons found in the f i e ld ,

i n re la t ion to the p rope r t ies o f ha rdness and temperab i l i t y o f these ,

when sub jec ted to temper in o i l . The samp les o f the two s tee ls we re

d iv ided in to g roups . Group 1 was hea ted in a chamber fu rnace wi th

tempera tu re con t ro l led and tempered on the Jom iny dev ice . A l ready

in g roup 2 , the samp les were hea ted to the b lowtorch , the most

usua l cond i t ion o f the f ie ld , hav ing been these a lso coo led in o i l .

Bo th groups were accompan ied by the hea t ing tempera tu re w i th the

use o f a the rma l camera F l i r , mode l T -300 un t i l 1200°C . For m ic ro

s t ruc tu ra l ana lys is an O lympus manufac tu re r 's op t ica l m ic roscope

was used , BX51M mode l , a l ready the temperab i l i t y ach ieved by

these , was ve r i f ied by ha rdness in the mode l ISH -R150 du romete r ,

o f the ins i ze manufac tu re r , a f te r the ev idence bod ies have been

Co lds on the Jom iny dev ice . Be fo re p roceed ing wi th the m ic ro

s t ruc tu ra l cha rac te r i za t ion o f the rece iv ing inspect ion and a f t e r

quench ing the b lowto rch , the samp les rece ived unde rwen t t he

meta l lograph ic p repa ra t ion p rocess . Tab les o f ha rdness and

compara t i ve cu rves o f these s tee ls we re assembled , bo th tempered

by Jominy and b lowto rch , in o rder to a lso compare the resu l t w i th

the l i te ra tu re and s tee l manufac tu re r ca ta logues, in the in ten t ion to

check in pa r t i cu la r whethe r t he quench ing o f the b lowto rch p roduces

re l iab le resu l t s .

Keywords : T emperab i l i t y , ha rdness , Jom iny , SAE 4140 s tee l , SAE

4340 s tee l .

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1 .1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1 .2 OBJETIVO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1 .2 .1 P r inc ipa l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1 .2 .2 Espec í f icos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2 REVIS ÃO BIBLIOGRÁFICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2 .1 AÇOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2 .1 .1 C lasses de aço s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2 .1 .2 Impor tânc ia dos aços SAE 4140 e 4340 na indús t r ia 16

2 .1 .2 .1 Aço SAE 4140 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2 .1 .2 .2 Aço SAE 4340 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2 .2 DIAG RAMA DE EQUIL ÍBRIO FERRO -CARBONO . . . . . . . . . . . 17

2 .3 TRATAMENTO TÉRMICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2 .3 .1 Conce i to . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2 .3 .2 P r inc ipa is t ipos de t ra tamen to té rm ico . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2 .3 .2 .1 Recoz imento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2 .3 .2 .1 .1 Recoz imen to p leno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2 .3 .2 .1 .2 Recoz imen to pa ra es fe ro id i zação . . . . . . . . . . . . . . . 21

2 .3 .2 .2 No rma l i zação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2 .3 .2 .3 A l ív io de tensões . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

2 .3 .2 .4 Têmpera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

2 .3 .2 .5 Reven imento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2 .4 DIAGRAMA DE TRANSFORMAÇÃO TTT e TRC . . . . . . . . . . . . 25

2 .5 ENDURECIB IL IDADE X TEMPERABIL IDADE . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2 .6 ENSAIO DE TEMPERABIL IDADE (JOMINY) . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

2 .7 GRAFICOS DE LAMONT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2 .8 ENSAIOS MECÂNICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2 .8 .1 Conce i to . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2 .8 .2 Ensa io de du reza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2 .8 .2 .1 Método B r ine l l (ASTM E10) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

2 .8 .2 .2 Método Rockwe l l (ASTM E18) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

2 .6 .3 .1 Ca rga e campo de ap l icação de ma io r uso . . . . . 43

2 .8 .2 .3 Método V icke rs (ASTM E92 e ASTM E384 m icro -

du reza ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

3 MATERIAIS E MÉTODOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

3 .1 MATERIAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

3 .2 MÉTODOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

3 .2 .1 Ret i rada de amost ras pa ra inspeção de receb imen to .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

3 .2 .2 Ensa io de du reza ( inspeção de receb imento ) . . . . . . . . . 48

3 .2 .3 M ic roscop ia Ópt ica ( inspeção de receb imen to) . . . . . . . 48

3 .2 .4 Us inagem dos corpos de p rova . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

3 .2 .5 No rma l i zação dos aços pa ra pos te r io r têmpera . . . . . . . 50

3 .2 .6 Têmpera dos co rpos de p rova . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

3 .2 .7 Ensa io de du reza após têmpera dos co rpos de p rova

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

3 .2 .8 Meta logra f ia dos co rpos de p rova temperados ao

maçar i co . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

4 .1 RESULTADOS DO ENSAIO DE DUREZA APÓS INSPEÇÃO

DE RECEBIMENTO DOS AÇOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

4 .2 RESULTADO DA ANÁL ISE MICROSCÓPICA NA

CONDIÇÃO DE COMO FORNECIDO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

4 .3 RESULTADO DO ENSAIO JOMINY DOS AÇOS

RECEBIDOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

4 .4 RESULTADO DO ENSAIO DE DUREZA DOS CORPOS DE

PROVA TE MPERADOS AO MAÇARICO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

4 .5 RESULTADO DA ANÁL ISE MICROSCÓPICA APÓS

TÊMPERA AO MAÇARICO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

5 CONCLUSÕES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

REFERÊNCI AS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

ANEXO I

LISTA DE F IGURAS

FIGURA 1 - CCC – ESTRUTURA CÚBICA DE CORPO CENTRADO

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

F IGURA 2 - CFC - ESTRUTURA CÚBICA DE FACE CENTRADA . . 15

F IGURA 3 - LEGENDA DE CLASSIF ICAÇÃO DOS AÇOS SAE . . . . 15

F IGURA 4 - D IAGRAMA FERRO CARBO NO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

F IGURA 5 - AÇOS HIPOEUTETÓIDE, EUTETÓIDE E

HIPEREUTETÓIDE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

F IGURA 6 - MICROESTRUTURA MARTE NSÍT ICA PROVENIENTE

DA TÊMPERA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

F IGURA 7 – MICROESTRUTURA DA MA RTENSITA APÓS

REVENIMENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

F IGURA 8 - (A) DIAGRAMA DE TRAN SFORMAÇÃO ISOTÉRMICA

(TTT) E (B ) DIAGRAMA DE RESFRIAMENTO CONT ÍNUO

(TRC). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

F IGURA 9 - CURVAS JOMINY PARA A ÇOS COM MESMO TEOR D E

C E D IFERENTES ELEME NTOS DE L IGA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

F IGURA 10 – (A ) D ISPOSIT IVO DE TÊMPERA DO ENSAIO

JOMINY; . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

F IGURA 11 - D IAGRAMA TRC COM AS DIFERENTES

VELOCIDADES DE RESFR IAMENTO AO LONGO DA AMOSTRA:

D IFERENTES DUREZAS COM A DIS TÂNCIA A PARTIR DA S UA

EXTREMIDADE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

F IGURA 12 - (A ) CURVAS JOMINY PA RA AÇOS COM MESMO

TEOR DE C E DIFERENT ES ELEMENTOS DE L IGA ; (B )

MESMOS ELEMENTOS DE L IGA E DIFERENTES TE ORES DE

C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

F IGURA 13 - BANDAS H (EM NEGRITO ) PARA OS AÇOS 4140 E

4340 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

F IGURA 14 - CURVA DE LAMONT PARA BARRAS CIL ÍNDRICAS

DE RAZÃO R/R=0,4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

F IGURA 15 - FOTOGRAFIA DE UM DURÔMETRO UNIVERSAL. . . 39

F IGURA 16 – REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DO ENSAIO

BRINELL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

F IGURA 17 – REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DA REAL IZAÇÃO

DO ENSAIO ROCKW ELL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

F IGURA 18 - REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DO MÉTOD O

VICKERS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

F IGURA 19 – FLUXOGRAMA DAS ETAPA S EXECUTADAS. . . . . . . . . 47

F IGURA 20 - PROCEDIMENTO DE PREP ARO METALOGRÁFICO.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

F IGURA 21 - REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DO DISPOSIT IVO

JOMINY, DIMENSÕES E CORPOS DE PROVA USIN ADOS . . . . 50

F IGURA 22 - CORPOS DE PROVA APÓS A USINAGEM PARA

TÊMPERA AO MAÇARICO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

F IGURA 23 – (A ) AQUECIMENTO NO F ORNO E (B )

AQUECIMENTO AO MAÇAR ICO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

F IGURA 24 – PROCEDIMENTO DE CAPT URA E IMAGEM

CAPTURADA PELA CÂMER A TÉRMICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

F IGURA 25 – RESFRIAMENTO NO DISP OSIT IVO JOMINY . . . . . . . . . 52

F IGURA 26 – RESFRIAMENTO DOS CORPOS DE PROVA EM

ÓLEO APÓS AQUECIMENT O AO MAÇARICO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

F IGURA 27 – ENSAIO DE DUREZA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

F IGURA 28 - MICROESTRUTURAS COM OS RESPECTIVOS

AUMENTOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

F IGURA 29 - (A ) E (B) – COMPROVAÇÃO DAS CURV AS DOS

AÇOS EM ESTUDO COM O CATALOGO DO FABRICAN TE. . . . . 57

F IGURA 30 – MICROESTRUTURA DE AG ULHAS ENTRELAÇADAS

DE MARTENSITA EM AMB OS OS AÇOS TEMPERADO EM

ÓLEO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

1

LISTA DE EQUAÇÕES

EQUAÇÃO 1 – RELAÇÃO ENTRE L IMITE RESISTÊNCIA A

TRAÇÃO E DUREZA BRINELL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

EQUAÇÃO 2 – CÁLCULO DE DUREZA BRINELL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

EQUAÇÃO 3 – CÁLCULO DE DUREZA V ICKERS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

L ISTA DE TABELAS

TABELA 1 – CLASSIF ICAÇÃO DOS AÇ OS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

TABELA 2 - VALORES DE H EM FUNÇ ÃO DO GRAU DE

AGITAÇÃO DOS MEIOS A R, ÓLEO, ÁGUA E SALMOURA. . . . . . 29

TABELA 3 - RELAÇÃO ENTRE ESPESS URA A SER ENSAIADA,

D IÂMETRO DO PENETRAD OR, CARGA APLICADA E T IPO DE

MATERIAL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

TABELA 4 - PRINCIPAIS ESCALAS P ARA REALIZAÇÃO DO

ENSAIO ROCKW ELL NORM AL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

TABELA 5 - DUREZA ROCKW ELL SUPE RFICIAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

TABELA 6 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA F ORNECIDA PELO

FABRICANTE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

TABELA 7 - VALORES DE DUREZA OB TIDOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

TABELA 8 - VALORES MÉDIOS DE DU REZA ROCKW ELL C (HRC)

TOMADOS AO LONGO DA SECÇÃO TRANSVERSAL. . . . . . . . . . . . 59

2

LISTA DE SIGLAS E SIMBOLOS

ABNT - Assoc iação B ras i le i ra de Normas Técn icas

Ac1 - L inha in fe r io r da zona c r í t i ca du ran te

aquec imento

Ac3 - L inha supe r io r da zona c r í t i ca du ran te

aquec imento

ASTM - Amer ican Soc ie t y fo r Tes t ing and Mater ia ls

AISI - Amer ican I ron and Stee l I ns t i tu te

CCC - Cúb ica de Corpo Cent rado

CFC - Cúb ica de Face Cen t rado

C - Ca rbono

CP - Co rpo de P rova

Cr - Cromo

Cu - Cob re

Fe 3 C - Ca rboneto de fe r ro ou cement i ta

Fe -α Fe r ro A l fa

Fe -γ Fe r ro Gama

TCC - Te t ragona l de Corpo Cen t rado

TRC - T rans fo rmação em Resf r iamen to Con t ínuo

HB - Du reza B r ine l l

HRB - Du reza Rockwe l l B

HRC - Du reza Rockwe l l C

HV - Du reza V icke rs

TTT - T rans fo rmação/Tempo/Tempera tu ra

Vc r - Ve loc idade Cr í t i ca de Resf r iamen to

Ms - Mar tens i ta In i c ia l

Mf - Mar tens i ta F ina l

Mn - Manganês

Mo - Mo l ibdên io

13

1 INTRODUÇÃO

1.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS

O aço é uma das l i gas metá l icas de ma io r uso na indús t r ia , e m

espec ia l na fabr ic ação de componentes de máqu ina s e fe r ramenta s .

Os aços de ba ixa e méd ia l i ga , assoc iados ao ba ixo e méd io ca rbono

tem seu des taque dev ido ao ba ixo cus to e a versa t i l idade de

ap resen ta rem me lho r ia de suas p rop r iedades mecân ica s

p r inc ipa lmente quando submet idos a t ra tamentos té rm icos com o

p ropós i to de a l te ra r as mesmas para uma de te rminada ap l icação . O

ap r imoramento des tas p rop r iedades to rna -se poss íve l a t ravés de

con t ro le r i go roso das cond ições de t ra tamen to s té rm icos que

poss ib i l i ta rão mudanças m ic ro es t ru tu ra is s ign i f i ca t i vas e

consequentemen te ganho de ta is p rop r iedades. Deste modo , os

aços so f rem c ic los de aquec imento e res f r iamen t o , ao longo de todo

o t ra tamen to , a pa r t i r da tempera tu ra de aus ten i t i zação .

(CALLISTER, 2013 ) .

Nes te con texto , o conhec imen to da compos ição qu ím ica de um

de te rm inado mater ia l , bem como das p rop r iedades a lcançadas após

t ra tamento té rm ico são de suma impor t ânc ia pa ra os p ro f i ss iona is

de manu tenção no que tange a c r i té r ios de se leção pa ra repo s ição

de componen tes que apresen ta ram fa lhas . Cabe ressa l ta r a inda a

impor tânc ia desses conhec imentos no momen to da ind icação de

uma de te rm inada técn ica de manutenção p red i t i va a ser ap l icada

na inves t igação des te .

1 .2 OBJETIVO

1 .2 .1 P r inc ipa l

O p resen te t raba lho tem por ob je t i vo p r inc ipa l um e s tudo

compara t i vo en t re as cond ições teó r icas e de campo da

14

temperab i l idade e da dureza dos aço s SAE 4340 e 4140,

empregado s na indús t r ia de cons t rução e montagem de

componentes mecân icos quando s ubmet ido à têmpera e

reven imen to .

1 .2 .2 . Espec í f i cos

Ve r i f i ca r se a du reza e temperab i l idade nos aços SAE 4140 e

4340 com 1 ” de d iâmet ro t ra tados po r maça r i co com res f r i amento

em ó leo são capaze s de man te r seus va lo res den t ro das ex igênc ias

dos ca tá logos dos fab r i can tes .

2 REVIS ÃO BIBLIOGRÁFICA

2 .1 AÇOS

O aço é uma l i ga de fe r ro e ca rbono com teo r de ca rbono

va r iando de 0 ,008% a 2 ,11% ( CHIAVERINI – 2008 ) . O mesmo pode

con te r ou t ros e lementos qu ím icos chamados de e lementos de l i ga

ou res idua is .

A in t rodução de e lementos de l i ga nos aços pa ra a cons t rução

mecân ica é fe i ta quando se dese ja aumenta r a p ro fund idade de

endu rec imento po r têmpera e aumento da res is tênc ia mecân ica ,

a lém de con fe r i r un i fo rm idade na res is tênc ia em peças de

d imensões ma io res e aumenta r a res is tênc ia ao desgaste .

(ECHEVERRI , 2012 ) .

O fe r ro e lemen to mat r i z da l i ga fe r ro -carbono em sua

cons t i tu i ção na tu ra l possu i f o rma c r i s ta l i na cúb ica , sendo que , é

possu ido r de ca rac te r ís t icas a lo t róp icas ou po l i f ó rm icas , em função

da va r iação de tempera tu ra , o que s ign i f i ca que e le pode assumi r

f o rmas c r is ta l inas d i f e ren tes em tempera tu ras d i f e ren tes

(CHIAVERINI – 2008 ) . As f i gu ras 1 e 2 most ram as rep resen tações

esquemát i cas das re fe r idas cé lu las un i tá r ias do fe r ro com

respect i vas tempera tu ras .

15

F I G U R A 1 - C C C – EST R U T U R A C Ú B I C A D E C O R P O C E N T R AD O ( D A

T E M P E R AT U R A A M BI E N T E AT É 9 0 8 ° C ) .

F O N T E : C A L L I ST E R , 2 0 0 8 ( A D A PT A D O ) .

F I G U R A 2 - C F C - EST R U T U R A C Ú B I C A D E F A C E C E N T R A D A ( D A

T E M P E R AT U R A D E 9 0 8 ° C A 1 4 0 0 ° C )

F O N T E : C A L L I ST E R , 2 0 0 8 ( A D A PT A D O ) .

2 .1 .1 C lasses de aços

A Assoc iação Bras i le i ra de Normas Técn icas – ABNT,

c lass i f i ca os aços -ca rbono e os de ba ixo teo r em l i ga segundo os

c r i té r ios ado tados pe la SAE e A IS I (CHIAVERINI – 2008 ) . A f i gu ra

3 most ra a legenda de c lass i f i cação dos aços SAE.

F I G U R A 3 - L E G E N D A D E C L A S S I F I C AÇ Ã O D O S AÇ O S S A E

F O N T E : N A S C I M E N T O 2 0 1 5 ( A D A PT AD O ) .

16

A tabe la 1 most ra os aços de ba ixo e méd io ca rbono e ba ixa

l i ga con fo rme c lass i f i cação SAE/AISI . Ne la pode -se ve r um s is tema

de c lass i f i cação t íp i co de qua t ro a lgar i smos, sendo os do is

p r ime i ros rep resen tando a famí l i a do aço , quanto à p resença ou não

de e lementos de l i ga e os do is ú l t imos o teor de ca rbono méd io em

pe rcen tua l .

T A B E L A 1 – C L A S S I F I C A Ç ÃO D O S A Ç O S

Aços carbono

10xx Aço carbono

11xx Aço carbono ressulfurado (corte fácil)

12xx Aço carbono ressulfurado e refosforado (corte fácil)

Aços de baixa liga (construção mecânica)

13xx Mn 1,75%

23xx Ni 3,5%

25xx Ni 5,0%

31xx Ni 1,25%, Cr 0,65%

33xx Ni 3,50%, Cr 1,55%

40xx Mo 0,25%

41xx Cr 0,50% ou 0,95%, Mo 1,12% ou 0,20%

43xx Ni 1,80% ou 0,50%, Mo 0,80% ou 0,25%

46xx Ni 1,55% ou 1,80%, Mo 0,20% ou 0,25%

47xx Ni 1,80%, Cr 0,45%, Mo 0,20%

48xx Ni 3,50%, Mo 0,25%

50xx Cr 0,80% ou 0,45%

51xx Cr 0,80 a 1,05%

5xxxx Cr 0,80 ou 1,00% ou 1,45%, C 1,00%

61xx Cr 0,80% ou 0,95%, V 0,10% ou 0,15% mínimo

86xx Ni 0,55%, Cr 0,50% ou 0,65%, Mo 0,20%

87xx Ni 0,55%, Cr 0,50%, Mo 0,20%

92xx Mn 0,85%, Si 2,00%

93xx Ni 3,25%, Cr 1,20%, Mo 0,12%

98xx Ni 1,00%, Cr 0,80%, Mo 0,25%

F O N T E : C O L P A E R T 2 0 1 2 ( A D A PT AD O ) .

2 .1 .2 Impor tânc ia dos aços SAE 4140 e 4340 na indús t r ia

2 .1 .2 .1 Aço SAE 4140

O aço SAE 4140 é um aço de méd ia temperab i l idade com boas

p rop r iedades mecân icas em seções g randes, que possu i como

e lementos de l i ga p r inc ipa is o c romo e o mo l ibdên io . Es te é

u t i l i zado na fabr icação de componentes que ex i jam e levada du reza ,

boa res is tênc ia e boa tenac idade como v i rabrequ ins , b ie las , e i xos ,

17

engrenagens , a rmas , pa ra fus os e equ ipamen tos pa ra pe t ró leo

(CATÁLOGO DE AÇOS VILLARES).

2 .1 .2 .2 Aço SAE 4340

O aço SAE 4340 é um aço da fami l i a méd io ca rbono e ba ixa

l i ga , con tendo os e lementos de l i ga c romo, n íque l e mo l ibdên io em

sua compos ição qu im ica que o to rna capaz de ap resen ta r a l ta

temperab i l idade en t re os aços de cons t rução mecân ica . O mesmo

possu i boa fo r jab i l idade , ba ixa us inab i l idade e so ldab i l idade . É

u t i l i zado p r inc ipa lmente na fabr icação de componen tes mecân icos

que ex igem grandes es fo rços e boas p rop r iedades mecân icas como

v i rab requ ins , t ra to res , engrenagens e componentes ve icu la r em

ge ra l (CATÁLOGO DE AÇOS VILLARES).

2 .2 DIAGRAMA DE EQUI L ÍBRIO FERRO -CARBONO

O d iagrama fer ro -ca rbono mos t ra as t rans fo rmações

a lo t róp icas do fe r ro pu ro e a ação do carbono nes tas

t rans fo rmações , ao qua is , são responsáve is pe las p rop r iedades

mecân icas que se dese ja a lcançar (CHIAVERINI – 2008 ) . O

d iagrama da f i gu ra 4 a segu i r most ra as p r inc ipa is t rans fo rmações

do es tado l i qu ido a té a tempera tu ra amb ien te .

A inse rção de carbono no fe r ro para p rodução do aço , tem um

impor tan te pape l nas mudanças de fase e no equ i l íb r io des tas . As

fo rmas a lo t róp icas p r inc ipa is assum idas pe lo fe r ro em tempera tu ras

d i f e ren tes são o fe r ro a l f a (Fe -α ) e f e r ro gama (Fe-γ ) , cada qua l

com sua capac idade de acomodar o carbono em seus in te rs t íc ios

resu l tando com a queda de tempera tu ra na fo rmaç ão de um

cons t i tu in te denominado cement i ta (FREITAS – 2014) .

A p resença da cement i t a , de aco rdo com a porcen tagem de

carbono, pe rmi te um m ic roconst i tu in te denominado pe r l i ta , sendo

es te fo rmado pe las fases fe r r i ta e ca rboneto de fe r ro (FREITAS –

2014 ) .

18

F I G U R A 4 - D I A G R AM A F E R R O C A R BO N O

F O N T E : D I AG R A M A F e - C A R C E L O R M I T T A L .

As t rans fo rmações que oco r rem com o aço no res f r iamento

len to , a pa r t i r da aus ten i ta , dependem do teo r de ca rbono que va r ia

en t re 0 ,008% a 2 ,11%. Ass im a aus ten i ta com ca rbono en t re 0 ,008%

e 0 ,76% se t rans fo rma em fe r r i ta e pe r l i ta , à 0 ,76% de ca rbono

fo rma apenas a es t ru tu ra pe r l í t i ca , e po r f im com teo r de ca rbono

19

en t re 0 ,76% e 2 ,11% tem -se a fo rmação de per l i ta e cement i ta

(CHIAVERINI – 2008 ) .

A par t i r do campo aus ten í t i co , no p rocesso de res f r i amento ,

de aco rdo com o teor de carbono a aus ten i ta se decompõe em:

fe r r i ta e pe r l i ta , pa ra teo res de carbono en t re 0 ,008% e 0 ,76% os

mesmos são denominados h ipoeute tó ides , pa ra aços con tendo 0 ,7 6

a decompos ição é em pe r l i ta pu ra , sendo os mesmos denominados

aços eu te tó ide e pa ra teo res de carbono ac ima de 0 ,77% a té 2 ,11%

pe r l i ta e cemen t i ta , sendo es tes denominados aços h ipe reu te tó ide s

(FREITAS – 2014 ) . A f i gu ra 5 , most ra as p r inc ipa is m ic roes t ru tu ras

fo rmadas pa ra aços comuns es f r iado len tamente a té a tempera tu ra

amb ien te .

F I G U R A 5 - A Ç O S H I P O E U T ET Ó I D E , E U T ET Ó I D E E H I P E R EU T ET Ó I D E .

H I PO E U T ET Ó I D E E U T ET Ó I D E H I P E R E U T ET Ó I D E

F O N T E : C O L P A E R T , 2 0 1 2 .

2 .3 TRATAMENTO TÉRMICO

2 .3 .1 Conce i to

T ra tamento té rm ico é um con jun to de ope rações envo lvendo

aquec imento e res f r iamen to a que são submet idos os aços , sob

cond ições con t ro ladas de tempera tu ra , tempo , a tmosfe ra e

ve loc idade de es f r i amento , ob je t i vando a l te ra r suas p rop r iedades

mecân icas ou con fe r i r - lhes de te rminadas ca rac te r ís t icas , ta is

como: tena c idade, du reza , res is tênc ia ao desgas te , den t re ou t ras .

(CHIAVERINI , 2005 ) .

20

Du ran te o p rocesso , ope rações de aquec imento e res f r i amento

compreendem d ive rsas fa i xas de tempera tu ras de aquec imento ,

pa tamar de res f r iamento com a f ina l idade de se ob te r a

m ic roes t ru tu ra dese jada e consequen temente p rop r iedades

mecân icas compat íve is com o uso

Os p r inc ipa is ob je t i vos dos t ra tamentos té rm icos são remoção

de tensões in te rnas (o r iundas de es f r iamento des igua l , t raba lho

mecân ico , e tc . ) , aumen to ou d im inu ição da du reza , aumento da

res is tênc ia mecân ica , me lho ra da duc t i l idade , me lhora da

us inab i l idade , me lho ra da res is tênc ia ao desgas te , me lho ra da

res is tênc ia à cor rosão , me lho ra da res is tênc ia ao ca lo r e me lho ra

das p rop r iedades e lé t r icas e magnét i cas ( CHIAVERINI , 2005 ) .

Os t ra tamentos té rm icos ma is usua is pa ra aços e l igas são o

recoz imento , a norma l i zação , a têmpera e o reven imen to ( S ILVA -

2010 ) .

No p resen te t raba lho se rá dado ên fase ao t ra tamento té rm ico

de têmpera e reven imento .

2 .3 .2 P r inc ipa is t ipos de t ra tame n to té rm ico

2 .3 .2 .1 Recoz imento

O t ra tamento té rm ico de recoz imen to tem como ob je t i vos

reduz i r a du reza , aumen ta r a tenac idade , me lhora r a us inab i l idade ,

bem como também o t raba lho a f r io (S ILVA - 2010 ) .

2 .3 .2 .1 .1 Recoz imen to p leno

No t ra tamento té rm ico de recoz imento o aço é levado a

tempera tu ra de aus ten i t i zação em va lo res da o rdem de 50°C ac ima

da l inha Ac 3 pa ra aços h ipoeu te tó ides e ac ima da l inha Ac 1 pa ra

aços h ipe reu te tó ides . O res f r iamento deve se r f e i to no in te r io r do

fo rno dec rescendo a 2 8°C por hora a pa r t i r da tempera tu ra de

aus ten i t i zação ( FREITAS – 2014 ) .

21

2 .3 .2 .1 .2 Recoz imen to pa ra es fe ro id i zação

O aço quando es fe ro id i zado apresen ta boa duc t i l i dade . Es ta

duc t i l idade é necessá r ia aos aços de ba ixo e méd io ca rbono quando

es te fo r submet ido a in tensos p rocessos de con fo rmação a f r io

(FREITAS – 2014) . Aços de méd io e a l to ca rbono que p rec isam em

espec ia l me lho rar sua us inab i l idade passam po r aquec imen to

p ro longado da o rdem 18 a 24ho ras em aprox imadamen te 700° com

o in tu i to de d isso lve r e es fe ro id i za r os ca rbonetos . ( CALLISTER

2008 ) . I s to pe rmi t e um me lho r desbas te do mater ia l du ran te a

us inagem po is os ca rbonetos es tão es fé r icos na mat r i z f e r r í t i ca ,

quando an tes os mesmos es tavam na fo rma lame la r na pe r l i ta .

2 .3 .2 .2 No rma l i zação

A no rma l i zação cons is te no aquec imen to do aço a uma

tempera tu ra ac ima da zona c r í t i ca , reg ião de to ta l aus ten i t i zação ,

segu indo de res f r iamento no a r . A tempera tu ra de aquec imen to pa ra

os aços h ipoeute tó ides deve s i tua r -se ac ima da l inha supe r io r da

zona c r í t i ca e pa ra os h ipe reu te tó ides ac ima do l im i te in fe r io r des ta .

Nesses ú l t imos aços , o es f r iamento ao a r impede o inconven ien te

da fo rmação do invó luc ro f rág i l de ca rbone tos , que o to rna r ia f rág i l

(CHIAVERINI , 2005 ) .

Du ran te a no rma l ização tem-se como foco p r inc ipa l a remoção

de tensões e e fe i tos resu l tan tes de qua isquer t ra tamen tos

mecân icos ou té rm icos que o aço tenha s ido submet ido

an te r io rmente , redução da du reza , aumento da duc t i l idade , re f ino

da g ranu lação g rosse i ra de peças de aço fund ido , a f im de p r oduz i r

uma es t ru tu ra ma is un i fo rme ( CHIAVERINI , 2005 ) .

Segundo (FREITAS – 2014 ) a no rma l i zação v isa a inda

me lho ra r p ropr iedades mecân icas ta is como a us inab i l idade , a

duc t i l idade , p romove a mod i f i cação ou o re f ino dos grãos e p roduz

uma m ic roes t ru tu ra ma is homogênea.

22

O res f r iamento des tes pode ser fe i to ao a r ca lmo ( fo ra do

fo rno ) ou ao a r f o rçado aumen tando dessa fo rma um pouco a

res is tênc ia mecân ica do aço ( FREITAS – 2014) .

2 .3 .2 .3 A l ív io de tensões

O t ra tamento té rm ico de a l ív io de tensões tem como ob je t i vo

a l i v ia r as tensões res idua is que se acumulam no in te r io r dos me ta is

ao se r submet ido as e tapas de con fo rmação e so ldagem du ran te o

p rocesso de p rodução de um aço ou de fabr icação de uma es t ru tu ra

so ldada, us inagem e fund ição ( FREITAS 2014 ) .

Du ran te o t ra tamento de a l ív io de tensões não oco r re a

mudança de fase , po is o aço é aquec ido a tempera tu ra aba ixo da

l i nha c r í t i ca de 727 °C. A tempera tu ra de a l ív io de tensão var ia

en t re 500 e 600 °C. O tempo de aquec imento da peça a té a

tempera tu ra de pa tamar d eve rá ser ma is len to tan to quan to menor

fo r a tenac idade do aço . O res f r iamento da peça rea l i za -se den t ro

do fo rno de fo rma em que es te se ja un i fo rme e vaga roso . Em

re lação ao tempo de pe rmanênc ia à tempera tu ra de pa tamar , es ta

va r ia inve rsamen te em função da p róp r ia tempera tu ra de pa tamar ,

sendo ma io r o tempo de pe rmanênc ia em função da fa i xa de

tempera tu ra ma is ba ixa e v i ce -versa (FREITAS – 2014 ) .

2 .3 .2 .4 Têmpera

A têmpera cons is te no p rocesso de res f r iamen to ráp ido do aço

em um me io como o ó leo , água, sa lmoura ou a r , com o ob je t i vo de

ob te r uma es t ru tu ra mar tens í t i ca ( CHIAVERINI , 2005 ) . A

t rans fo rmação de aus ten i ta pa ra mar tens i ta , se dá pe lo p rocesso

de endurec imento do aço , em que es te deve ser aquec ido a

tempera tu ra de aus ten i t i zação e depo is res f r i ado b ruscamente . A

esco lha do t ipo de res f r iamento depende da compos ição do

23

mate r ia l . No caso do aço , i n f luenc iam em espec ia l pa ra ta l esco lha

o teo r de ca rbono e os e lementos de l i ga ( FREITAS, 2014 ) .

De aco rdo com CHIAVERINI (2005) , a es t ru tu ra mar tens í t i ca

p ropo rc iona ao aço uma ma io r res is tênc ia à t ração e ma io r du reza ,

i sso po rque a mar tens i ta é o cons t i tu in te ma is duro e , também, o

ma is f rág i l dos aços .

A tempera tu ra de aus ten i t i zação do aço va r ia de aco rdo com

o teo r de ca rbono do aço , para aços h ipoe ute tó ides a tempera tu ra

de aus ten i t i zação es tá en t re 30 a 50 °C ac ima da l inha l im i te

supe r io r e para aços h ipereu te tó ides en t re 780 e 820°C um pouco

ac ima da l inha l im i te in fe r io r ( FREITAS , 2014 ) . Na p rá t ica as

va r iáve is tempera tu ra de aus ten i t i z ação , tempo de pe rmanênc ia e

me io de res f r iamento são encon t radas nos ca tá logos dos

fabr i can tes dos re fe r idos aços . A f i gu ra 6 most ra a m ic roes t ru tu ra

da mar tens i ta p roven ien te do t ra tamento té rm ico de têmpera . Ne la

pode -se ver as agu lhas p roven ien tes da a l ta ve loc idade de

res f r iamen to .

F I G U R A 6 - M I C R O EST R U T U R A M A R T EN S Í T I C A P R O V E N I E N T E D A

T Ê M P E R A .

F O N T E : C O L P A E R T , 2 0 1 2 .

2.3 .2 .5 Reven imento

Após a têmpera a du reza a t inge va lo res ex t remamente

e levados p roven ien te da fo rmação do m ic rocons t i tu in te mar tens i ta .

As tensões o r iundas des ta t rans fo rmação f rag i l i zam

excess ivamente o aço .

24

I s to cons t i tu i um inconven ien te que deve se r co r r ig ido ou

a tenuado. Pa ra isso , o aço temperado é submet ido à ope ração de

reven imen to , que ob je t i va a l i v ia r ou e l im ina r to ta lmente as tensões

e reduz i r a du reza e , consequen temente , a f rag i l idade do aço .

Po r tan to , são me lho rados também a duc t i l idade e a ten ac idade do

aço (CHIAVERINI , 20 05 ) .

Segundo FREITAS (2014 ) , a fa i xa de tempera tu ra que p romove

o a l ív io das tensões in te rnas é en t re 150 e 250°C. Nes ta fa i xa de

tempera tu ra não oco r re mudança es t ru tu ra l do aço , po rém ob tém -

se um aumento cons ide ráve l de tenac idade, uma leve redução da

du reza e como p rodu to do t ra tamen to té rm ico a mar tens i ta

reven ida .

Em con t rapa r t ida , CHIAVERINI (2005 ) e luc ida que a fa i xa de

tempera tu ra da ope ração de reven imento deve ser esco lh ida de

aco rdo com a comb inação de p rop r iedades mecân icas dese jadas

pa ra o aço temperado.

A fa i xa de tempera tu ra que p romove o a l ív io das tensões

in te rnas é en t re 150 e 250°C ( FREITAS -2014 ) . Nesta tempera tu ra

não oco r re mudança es t ru tu ra l do aço , mas ob tém um aumento

cons ide ráve l de tenac idade , leve redução da dureza sendo a

es t ru tu ra resu l tan te denominada de mar tens i ta reven ida . A f i gu ra 7

mos t ra a m ic roes t ru tu ra da mar tens i ta após reven imento .

F I G U R A 7 – M I C R O EST R U T U R A D A M A R T E N S I T A A P Ó S R E VE N I M E N T O

F O N T E : C O L P A E R T ( 2 0 1 2 )

25

2 .4 DIAGRAMA DE TRANSFORMAÇÃO TTT E TRC

O d iagrama de equ i l íb r io de fe r ro -ca rbono pe rmi te o es tudo do

compor tamento d as fases do fe r ro (Fe α - f e r r i ta ) , e (Fe γ - aus ten i ta )

e da fo rmação da m ic roconst i tu in te lame la r denominado pe r l i ta (Fe α

+ Fe 3 C) e da fo rmação do ca r boneto de fe r ro Fe 3 C denominado

cement i ta a t ravés do aquec imento e res f r iamen to len to , ou se ja , do

equ i l íb r io te rmod inâmico , po is es tes dependem do tempo de

res f r iamen to pa ra oco r re r a d i f usão de á tomos pa ra se fo rmar

(S ILVA – 2010 ) .

Já a mar tens i ta e a ba in i ta , que e levam cons ide rave lmente a

du reza de um aço es tá assoc iada a reações fo ra do equ i l íb r io

te rmod inâm ico , ou se ja , a ve loc idade de t rans fo rmação deve se r

bem supe r io r a fo rmação de es t ru tu ras que dependem do mov imento

d i f us iona l . Ass im sendo, a fo rmação des tes novos cons t i tu in tes ,

são independentes do p rocesso d i f us iona l no es tado de equ i l íb r io

d inâm ico (FREITAS 2014 ) .

A ob tenção des tes m ic roconst i tu in tes , consegu idos a t ravés

dos t ra tamentos té rm icos , que de te rm inam as p rop r iedades

mecân icas de um aço , se o r ig inam po r me io do res f r iamen to

i so té rm ico ( CHIAVERINI – 2008 ) . Es te tóp ico é con f i rmado po r

FREITAS (2014 ) onde a f i rma que as es t ru tu ras mar tens í t i ca e

ba in í t i ca devem ser es tudadas pe lo d iagrama de t rans fo rmação

i so té rm ica , ou se ja , tempo ve r sus tempera tu ra , de f in ido como

d iagrama TTT, ou d iagrama de t rans fo rmaç ão no res f r i amento

con t ínuo TRC. A f i gu ra 8 (a ) e (b ) most ram respe t i vamente os

re fe r idos d iagramas pa ra um aço eu te t ó ide .

Po r me io des tes d iagramas ve r i f i ca -se a t rans fo rmação da

aus ten i ta em ou t ras es t ru tu ras em função do tempo de res f r iamento

a uma tempera tu ra cons tan te , ou se ja , o aço so f re rá uma

t rans fo rmação de es t ru tu ração a tômica em função do tempo em que

pe rmanece r a uma de te rm inada tempera tu ra duran te o

res f r iamen to , tempo es te pa ra in i c ia r e te rm inar uma t rans fo rmação,

26

ou o res f r i amento con t ínuo , onde, mesmo que o p rocesso de

t rans fo rmação es te ja den t ro das l i nhas de in íc io e f im da

t rans fo rmação , é necessá r io que a tempera tu ra es te ja se mpre em

queda (FREITAS – 2014 ) .

Esse d iagrama po r sua vez so f re in f luênc ia de fa to res como

po rcen tagem de ca rbono , e lementos de l i ga e tamanho do s g rãos

o r iundo s da fase aus ten í t i ca que des locam a mesma pa ra a d i re i ta

e pa ra ba ixo quando seus teores aumen tam. Na pa r te da cu rva

p rop r iamente d i ta tem-se t rans formações m ic ro es t ru tu ra is que

dependem de d i fusão . Já a par te in fe r io r pa ra le la ao e ixo dos

tempos, ou se ja , campo mar tens í t i co , t rans formações não

d i f us iona is .

F I G U R A 8 - ( A ) D I AG R A M A D E T R A N S F O R M A Ç ÃO I S O T É R M I C A ( T T T ) E ( B )

D I A G R A M A D E R E SF R I A M E N T O C O N T Í N U O ( T R C ) .

(a ) (b )

F O N T E : C A L L I ST E R 2 0 0 8 ( A D A PT AD O ) .

2 .5 ENDURECIB IL IDADE X TEMPERABIL IDADE

Os componentes mecân icos quando fab r i cados, em espec ia l

os su je i tos a cond ições de es fo rços com ca rgas , ro tação e a t r i to

p rec isam passar pos te r io rmente por t ra tamentos té rm icos pa ra que

27

possam supo r ta r ta i s so l i c i tações . Uma impor tan te p rop r iedade

mecân ica requer ida des tes pa ra uso re fe r e -se a sua

endu rec ib i l idade (capac idade de apresen ta r du reza e levada ) .

Para a lgumas ap l icações , dese ja -se que es ta p rop r iedad e

se ja a ma is e levada poss íve l na supe r f íc ie e que es te ja a inda den t ro

de um de te rm inado va lo r a uma dada d is tânc ia da supe r f íc ie para

que os es fo rços so l ic i tados em pro je tos se jam a tend idos . Po r sua

vez , ve r i f i ca -se que , en t re as vá r ias m ic roes t ru tu ras ob t idas nos

aços a pa r t i r da t rans fo rmação da a us ten i ta por res f r iamento

con t ro lado , aque la que ap resen ta a máx ima du reza ( res is tênc ia ao

r i sco e a penet ração de um co rpo ma is duro ) é a mar tens i ta . Ass im,

ga ran t i r a ma io r quan t idade de m ar tens i ta numa peça pode rá se r

um requ is i to tecno lóg ico bás ico pa ra a sua fabr i cação quando es tas

passam pe lo t ra tamen to té rm ico de têmpera . Po r sua vez a

temperab i l idade que é a p ro fund idade da du reza a lcançada,

dependerá da compos ição qu ím ica do aço , da tempera tu ra , do

tempo de aus ten i t i zação , da quan t idade de e lemen to s de l iga em

so lução nessa fase e da ve loc idade de res f r iamen to da peça ( me io

de têmpera e d imensões da peça) . (ABBASCHIAN e t . a l . , 2010 ) ,

(BROOKS, 1966 ) , (THELNING, 2000 ) .

Ass im, do is aços podem te r a mesma du reza supe r f i c ia l

(assoc iada ao te o r de C) , porém temperab i l idade d i f e ren tes (em

função dos teo res de C, e lementos de l i ga e tamanho de g rão

aus ten í t i co ) . Como exemplo podem ser apresen tados os resu l tados

de dureza de duas peças p roduz idas com os aços SAE 1040 e SAE

4340 , com geomet r ias idên t i cas e submet idos às mesma cond ições

de têmpera (TOTTEN, 2007) .

A f i gu ra 9 a segu i r , most ra que aços de mesmo teo r de carbono

ap resen tam mesma dureza , po rém com a p resença de e lementos de

l i ga nes tes a p ro fund idade de endu rec imen to ou temperab i l idade

va r ia b ruscamente .

28

F I G U R A 9 - C U R V A S J O M I N Y P A R A A Ç O S C O M M E S M O T EO R D E C E

D I F E R EN T E S EL E M E N T O S D E L I G A .

F O N T E : C A L L I ST E R , 2 0 0 8 ( A D A PT A D O ) .

Na p rá t i ca , pa ra se a lcança r f ormação de mar tens i ta e

au tomat icamen te te r aumento da du reza , é necessá r io ap l i ca r

ve loc idades de res f r i amento que cor tem o campo Ms e Mf do

d iagrama TTT/TRC. As pa r tes da peça res f r iada que con te r ão a

ma io r f ração de mar tens i ta se rão aque las res f r iadas com ve loc idade

supe r io r a Vc r , ou se ja , ve loc idade ta l que não co r te o co tove lo da

curva . I s to co r responde à necess idade de um con t r o le do me io de

res f r iamen to e da ag i tação des te , conhec id o como pa râmet ro H da

seve r idade de têmpera con jugado às d imensões da peça a ser

29

temperada (ABBASCHIAN e t . a l . , 2010 ) , (TOTTEN, 2007 ) . A tabe la

2 a segu i r most ra va lo res de H em função do grau de ag i tação dos

me ios a r , ó leo , água e sa lmoura .

T A B E L A 2 - V A L O R ES D E H E M F U N Ç ÃO D O G R A U D E A G I T A Ç Ã O D O S

M E I O S A R , Ó L EO , ÁG U A E S A L M O U R A .

AG I T AÇ ÃO S E V E R I D AD E D E T ÊM P E R A ( H )

AR Ó L EO ÁG U A S AL M O U R A

N E N H U M A 0 , 0 2 0 , 2 5 – 0 , 3 0 0 , 9 – 1 , 0 2 , 0

F R AC A - 0 , 3 0 – 0 , 3 5 1 , 0 – 1 , 1 2 , 0 – 2 , 2

M O D E R AD A - 0 , 3 5 – 0 , 4 0 1 , 2 – 1 , 3 -

B O A - 0 , 4 0 – 0 , 5 0 1 , 4 – 1 , 5 -

F O R T E - 0 , 5 0 – 0 , 8 0 1 , 6 – 2 , 0 -

V I O L E N T A 0 , 0 8 0 , 8 0 – 1 , 1 0 4 , 0 5 , 0

F O N T E : C AT Á L O G O D E A Ç O S V I L L A R ES ( A D A PT A D O ) .

Com a aqu is i ção de conhec imentos ma is avançados sob re as

t rans fo rmações m ic ro es t ru tu ra is dos aços de acordo com as

cond ições que pe rmi tem res f r i amen tos em reg iões de in te resse

como o campo mar tens í t i co que poss ib i l i ta aumentos cons ide ráve is

da du reza , se fez necessá r io a pa dron ização de tes tes capazes de

c lass i f i ca r os aços de acordo co m a sua temperab i l idade . S urg i ram

en tão vá r ias técn icas de ensa ios que p rocu ravam c lass i f i ca r os

aços a pa r t i r de uma p rop r iedade mecân ica (dureza) , a ssoc iando

es ta p rop r iedade as suas compos i ções qu ím icas / tamanho de g rão ,

geomet r ia da peça (d imensão s ign i f i ca t i va - d iâmet ro ) e o me io de

res f r iamen to empregado (seve r idade de têmpera H) . Destes se

des taca ram os ensa ios : Pe r f i l de Dureza Rad i a l ( “U” ) e Método

Grossman , onde são tomados va lo res de du reza ao longo da secção

t ransve rsa l , após o aço ser temperado e o Método Jom iny de grande

s imp l ic idade de execuç ão, sendo es te o ma is empregado

indus t r ia lmen te (TOTTEN, 2007 ) , (BROOKS, 1966 ) .

30

2 .6 ENSAIO DE TEMPERABIL IDADE (JOMINY)

As fa i xas de tempe rab i l idade rep resen tam o resu l tado de

numerosas de te rm inações rea l i zadas a t ravés do ensa io Jom iny . O

mesmo é amp lamen te u t i l i zado na indús t r ia , e tem como van tagens

p r inc ipa is : sua s imp l i c idade , tempo de execução menor quando

comparado aos ou t ros métodos, e menor cus to na sua execução.

Um co rpo de p rova c i l índ r i co (4 ” de compr imen to e 1 ” de d iâmet ro )

do aço em aná l ise é temperado a pa r t i r da sua ext rem idade

u t i l i zando um d ispos i t i vo de ensa io espec ia l , como an te r io rmente

mos t rado esquemat i camente na f i gu ra 10 . Após a têmpera o co rpo

de p rova é p reparado pa ra a rea l ização de ensa ios de du reza em

duas faces long i tud ina is opostas en t re s i de 180 g raus (em re lação

ao ra io da amost ra ) . As med idas de du reza (Rockwe l l C ) são

rea l i zadas nessas faces em pontos de f in i dos . Os resu l tados da

du reza versus d is tânc ia da ex t rem idade res f r i ada em água são

p lo tados num grá f i co HRc x D is tânc ia . As d imensões do co rpo de

p rova , do d ispos i t i vo de res f r iamento e todas as dema is cond ições

ope rac iona is es tão de ta lhadas na Norma ASTM A255.

F I G U R A 1 0 – ( A ) D I S P O S I T I V O D E T Ê M P E R A D O E N S A I O J O M I N Y ;

( B ) M E D I D A S D E D U R E Z A N A A M O ST R A A P Ó S A T Ê M P E R A .

(a ) (b )

F O N T E : C A L L I ST E R , W . D . J , 1 9 9 7 .

31

En t re as p r inc ipa is cond ições pode -se des taca r : d iâmet ro da

tubu lação de água (1 /2 ” ) , d i s tânc ia do ja to de água a amos t ra (1 /2 ” ) ,

cent ra l i zação do ja to de água para que es te toque apenas a face

in fe r io r da amost ra , abe r tu ra do reg is t ro de água pa ra ga ran t i r

con ta to do ja to apenas com a face in fe r io r da amos t ra e tempera tu ra

da água (ap rox imadamen te 25° C) .

Uma aná l ise do p rocesso de res f r iamento da amost ra nesse

d ispos i t i vo ind icará que o res f r iamen to con t ínuo da ex t remidade da

amost ra com água (que pe rmanec e numa tempera tu ra p róx imo a

25°C na têmpera ) p roduz i rá taxas decrescen tes de res f r iamen to ao

longo da ba r ra a pa r t i r dessa ex t rem idade, e que es tas ve loc idades

de res f r iamento pode rão se r ca lcu ladas. Ass im, a ba r ra de aço

nesse ensa io se rá submet ida a d i fe ren tes sever idades de têmpera

ao longo do seu compr imento . Assoc iando es tas d i f e ren tes taxas de

res f r iamen to com o d iagrama TRC do aço , ve r i f i ca -se que i sso

cor responde d i f e ren tes caminhos té rm icos a par t i r da Austen i ta a té

a tempera tu ra f ina l de t rans fo rmação: d i f e ren tes mic roes t ru tu ras

assoc iadas a es te d iagrama ao longo da ba r ra e , po r tan to ,

d i f e ren tes va lo res de du reza ao longo des ta . Es ta assoc iação do

d iagrama TRC e o g rá f i co d o Ensa io Jominy es tá rep resen tada na

f i gu ra 11 (SMITH, W .F, 1998 ) .

Po r tan to , a d i s tânc ia Jominy pode se r re fe r ida a uma

ve loc idade de res f r iamento espec í f ica , que por sua vez pode rá ser

re lac ionada a um me io de têmpera a ser empregado (pa râmet ro H)

e às d imensões da peça daque le aço a se r temperada.

Aços de compos ições qu ím icas d i f e ren tes ap resen ta rão

d i f e ren tes d iagramas TRC e po r tan to , ap resen ta rão d i f e ren tes

curvas Jom iny .

32

F I G U R A 1 1 - D I A G R A M A T R C C O M A S D I F E R E N T E S V E L O C I D A D E S D E

R E S F R I A M EN T O AO L O N G O D A A M O ST R A : D I F E R EN T E S D U R E Z A S C O M A

D I ST Â N C I A A P A R T I R D A S U A EX T R E M I D A D E .

F O N T E : S M I T H , W . F . , 1 9 9 8 ( A D A PT AD O ) .

Aços de compos ições qu ím icas d i f e ren tes ap resen ta rão

d i f e ren tes d iagramas TRC e , po r tan to , d i f e ren tes cu rvas Jom iny . Os

g rá f i cos das f igu ras 12 (a ) e (b ) respect i vamente são

rep resen ta t i vos das cu rvas Jom iny de aços de mesmo teo r de C e

d i f e ren tes teo res de e lementos de l i ga e aços teo res de C

d i f e ren tes , mas com os mesmos e lementos de l i ga .

33

F I G U R A 1 2 - ( A ) C U R V A S J O M I N Y P A R A A Ç O S C O M M E S M O T EO R D E C E

D I F E R EN T E S EL E M E N T O S D E L I G A ; ( B ) M E S M O S E L E M EN T O S D E L I G A E

D I F E R EN T E S T EO R E S D E C .

(a ) (b )

F O N T E : C A L L I ST E R , W . D . J , 2 0 0 8 ( A D A PT A D O ) .

Da aná l ise desses g rá f icos pode -se ve r i f i ca r que o va lo r da

máx ima dureza (assoc iada a p resença de 100% de Mar tens i ta )

depende apenas do teo r de C. Cu rvas Jom iny que ap resen tam um

pa tamar de du reza máx ima em grande extensão são rep resen ta t i vos

dos aços de e levada temperab i l idade ( ma io res teores de C e de

e lementos de l i ga ) que des loca ram o co tove lo da cu rva TRC pa ra a

d i re i ta , o que au tomat i camente pe rm i t iu uma ma io r quan t idade de

Mar tens i ta , mesmo quando o aço é submet ido às menores

ve loc idades de res f r i amento (ma io res d is tânc ias Jominy) , como

ve r i f i cado pa ra o aço SAE 4340 da f i gu ra 12 (a ) .

(CALLISTER,2008) .

2 .7 GRAFICOS DE LAMONT

Confo rme d iscu t ido nos pa rágra fos f ina is do i tem 2 .6 conc lu i -

se que a curva Jom iny é represen ta t i va a pa r t i r da face em con ta to

com a água às vá r ias taxas de res f r iamento que po r sua vez pode rá

34

ser re lac ionada a um me io de têmpera a se r empregado (parâme t ro

H) e às d imensões da peça daque le aço a se r temperado.

Comerc ia lmente o s aços são c lass i f i cados po r c lasse de

aco rdo com o teo r de C e os e lementos de l i ga nas suas respect i vas

fa i xas de teores máx imos e m ín imos adm iss íve is con fo rme no rma

de c lass i f i cação . O s aços SAE 4340 e 4140 con tém os mesmos

teores (nomina is ) de C (0 ,4%), mas d i f e rem quanto aos seus

e lementos de l i ga e fa i xas de teo res adm iss íve is .

Tendo em v is ta que essas espec i f i cações dos aços adm i tem

d i fe renças nos teores do C e dos e lementos de l i ga , e cons ide rando -

se os seus e fe i t os sob re a temperab i l i dade dos aços , as cu rvas

Jominy i rão re f le t i r essas d i f e renças de compos ições qu ím icas nos

va lo res de du reza também numa fa ixa , para uma mesma d is tânc ia .

Quanto ma io r a to le rânc ia nos teo res de e lemen tos qu ím icos , ma io r

será a amp l i tude dos va lo res de dureza nessas cur vas pa ra um aço

espec í f ico . A f im de m in im iza r essa d ispe rsão , mu i tos aços são

des ignados com fa i xas ma is es t re i tas nos teores dos seus

e lementos qu ím icos . Os aços com essa ca rac te r ís t ica de con t ro le

de compos ição qu ím ica recebem a des ignação H após sua

espec i f i cação (exemp lo SAE 4340 H) , con fo rme norma ASTM A 304 ,

2011 . As f i gu ras 13 (a ) e (b ) mos t ram respect i vamente as bandas

H dos aços 4140 e 4340.

F I G U R A 1 3 - B A N D AS H ( E M N EG R I T O ) P A R A O S AÇ O S 4 1 4 0 E 4 3 4 0 .

(a ) (b )

F O N T E : M ET A L S H AN D B O O K , A S M , 1 9 6 1

35

No rma lmen te os dados encon t rados na l i t e ra tu ra ou fo rnec idos

pe los fabr i can tes so b re temperab i l idade es tão na fo rma de cu rvas

Jominy . No en tan to , em ge ra l , as peças não ap resen tam es ta

con f igu ração . Na p rá t i ca quando se conhece a fa i xa de

temperab i l idade Jom iny do aço e a seve r idade de têmpera u t i l i zada ,

os g rá f icos de Lamon t são de g rande va l ia . Esses g rá f i cos

cor re lac ionam o d iâmet ro da peça e o me io de res f r iamento

(seve r idade de têmpera ) . A f i gu ra 14 a segu i r mos t ra uma cu rva

t íp i ca de Lamon t pa ra ba r ras c i l índ r icas , onde a razão pon to ex ig ido

de du reza em re lação a supe r f íc ie possu i uma razão 0 ,4 .

F I G U R A 1 4 - C U R V A D E L A M O N T P A R A B A R R A S C I L Í N D R I C A S D E

R A Z Ã O R / R = 0 , 4

F O N T E : C AT A L O G O D E A Ç O S D A V I L L AR E S ( A D A PT A D O ) .

36

A t í tu lo de exemplo , dese ja -se como c r i té r io de p ro je to que um

e ixo de 50mm de d iâme t ro de aço SAE 4140 H tenha a 15mm da

supe r f íc ie uma dureza de 45 HRc após têmpera em ó leo . Dese ja -se

sabe r se usando ó leo com agi tação moderada a cond iç ão

espec i f i cada se rá sa t is fe i t o . Ana l isando : Chamando R ( ra io ma io r )

e r ( ra io ma io r menos a d i s tânc ia em re la ção a supe r f íc ie ) , logo :

R=50/2= 25mm

r= 25 -15= 10mm

r /R=10/25= 0 ,4

O g rá f ico de Lamon t ap l icado se rá o ap resen tado na f i gu ra 14

an te r io r r /R=0 ,4 .

Pa ra ó leo com ag i tação moderad a , a tabe la 2 de seve r idade

de têmpera H=0,35 a 0 ,40 . Adotando o va lo r 0 ,35 . Com esses

va lo res e en t rando no g rá f i co r /R=0,4 com o d iâmet ro do e ixo e

levando a té toca r a cu rva de 0 ,35 descendo na ver t i ca l

encon t ra remos uma p ro fund idade de 11 /16” , ap rox imadamente

17mm. En t rando com os 1 1 /16 ” (~17mm) na cu rva Jominy do aço

SAE 4140 H da f igu ra 13 (a ) ac ima , ve r i f i ca -se que pa ra 11 /16 ” , o

aço ap resen ta uma fa i xa de du reza de 40 a 45 HRc . Como fo i

espec i f i cado no c r i té r io de p ro je to du reza de 45 HRc pa ra o pon to

a 15 mm, a têmpera em ó leo com ag i tação moderada sa t is faz a

cond ição espec i f i cada .

2 .8 ENSAIOS MECÂNICOS

2 .8 .1 Conce i to

Os ensa ios mecân icos têm po r ob je t i vo , ava l ia r o

compor tamento de um dado ma te r ia l , po r exemplo , na cons t rução

mecân ica a um de te rm inado es forço , sendo en tão no rma lmen te

ap l icado du ran te o ensa io um es fo rço ou so l i c i tação mecân ica

s im i la r ao que o mesmo es ta rá su je i to du ran te uso . Mu i tas

37

p rop r iedades mecân icas de impor tânc ia na engenhar ia podem se r

ava l iadas duran te a rea l i zação de um de te rminado ensa io .

Gera lmente esses ensa ios após rea l i zação levam o mate r ia l à

rup tu ra ou inu t i l i zação sendo en tão chamado de ensa ios

des t ru t i vos .

Ao se espec i f i ca r um de te rm inado mater ia l pa ra uso é de suma

impor tânc ia consu l ta r no rmas e ca tá logos de fabr ican tes do p rodu to

ob je t i vando co le ta r o ma io r número de in fo rmações poss íve is a

respe i to do mate r ia l pa ra to rna r sua ap l i c ação con f iáve l . A lgumas

dessas in fo rmações t i radas das normas ou ca tá logos como o va lo r

da tensão de escoamen to pe rm i tem aos p ro je t i s tas de cons t rução

ob te r dados ou e lementos numér icos que poderão se r u t i l i zados no

cá lcu lo da tensão de t raba lho e no p ro je to de um componente

mecân ico ou es t ru tu ra l .

A lgumas ou t ras espec i f i cações des tes ind icam a inda em

mu i tos casos as compos ições qu ím icas , os requ is i tos de

m ic roes t ru tu ra e os t ra tamentos té rm icos necessá r ios para serem

consegu idas as p rop r iedades dese jadas pa ra uso (SOUZA 1982) .

Os ensa ios mecân icos seguem requ is i tos de no rmas. Duran te

a rea l i zação de um ensa io mecân ico a ca rga ap l i cada sob re o

mate r ia l pode rá se r es tá t ica , onde os es fo rços ap l icados se

rea l i zam progress iva e len tamente do zero a té um máx imo

cor respondente à rup tu ra , ou d inâmico onde as ca rgas são

ex t remamente va r iáve is podendo se r cons ide radas como choques

d inâm icos

Os resu l tados ob t idos dos ensa ios a lém de so f re rem in f luênc ia

da ve loc idade, também so f rem in f luênc ia de ou t ros fa to res como a

tempera tu ra (FREIRE , 1983 ) .

2 .8 .2 Ensa io de du reza

Du reza de um mater ia l é a res is tênc ia que e le o fe rece a

pene t ração de um corpo duro , bem como a res is tênc ia ao desgaste

e ao a t r i to (DAVIN E MAGALHÃES – 2010 ) .

38

A du reza do mater ia l pode ser de te rminada a t ravés de

d i f e ren tes métodos , os p r inc ipa is são : po r r i sco , po r rebo te e por

pene t ração (GARCIA et a l . , 2013 ) .

Es ta p rop r iedade mecân ica é bas tan te u t i l i zada na

espec i f i cação de mate r ia is , na comparação en t re d i v e rsos mate r ia is

e também em pesqu isas me ta lú rg icas e mecân icas .

De te rm ina -se a du reza com o aux í l i o de máqu inas espec ia is

chamadas du rômet ros ; e o resu l tado des ta rep resen ta a comb inação

de vá r ias p rop r iedades ine ren tes ao mate r ia l . Es tes med ido res de

du reza podem se r po r tá te is ou de bancada. Ex is tem vár ios métodos:

B r ine l l , Rockwe l l , V icke rs en t re ou t ros . A lém desses , há a esca la

de Mohs, baseada na res is tênc ia ao r isco . Po r in te rméd io da

ve r i f i cação da dureza pode -se te r d i ve rsas in fo rmações sob re os

mate r ia is e den t re es tas pode -se des taca r se o mate r ia l é ou não

t ra tado te rm icamente , va lo r ap rox imado da res is tênc ia mecân ica do

mate r ia l e a un i form idade das p rop r iedades meta lú rg icas em toda a

secção do mate r ia l .

Aços ao ca rbono e aços de méd io teor de l i ga apresen tam

du reza p ropo rc iona l ao l im i te de res is tênc ia à t ração . Ex is te uma

re lação emp í r ica en t re a du reza B r ine l l e a res is tênc ia à t ração

con fo rme descr i t o na equação 1 a segu i r . O va lo r de “k ” pa ra aços

comuns é de ap rox imadamen te 0 ,36 pa ra aços a o ca rbono comuns.

E Q U A Ç ÃO 1 – R E L AÇ Ã O E N T R E L I M I T E R E S I ST Ê N C I A A T R A Ç Ã O E

D U R E Z A B R I N E L L .

Tt = k. HB (Kgf

mm2)

O ensa io de du reza cons is te na ap l icação de uma carga na

supe r f íc ie do ma te r ia l , u t i l i zando -se um penet rador pad ron izado .

Os ensa ios de pene t ração podem se r dos segu in tes t ipos :

B r ine l l , Meye r , Rockwe l l e V icke rs (SOUZA, 1982 ) . A f i gu ra 15 a

segu i r most ra a fo to de um du rômet ro un ive rsa l .

39

F I G U R A 1 5 - F O T O G R A F I A D E U M D U R Ô M ET R O U N I V E R S A L .

F O N T E : C AT Á L O G O D O F A B R I C A N T E S U S S E N W O L P E R T .

2 .8 .2 .1 Método B r ine l l (ASTM E10)

O ensa io de du reza B r ine l l cons is te em compr im i r len tamente

po r me io de uma carga (P ) uma es fe ra de aço temperado ou de

carboneto de tungs tên io de d iâmet ro (D) , sob re a supe r f íc ie a ser

ensa iada , devendo a super f íc ie de ensa io es ta r p lana , po l ida ou

pe lo menos p repar ada com esmer i l f ino ou com l ima .

A rep resen tação esquemát ica da f i gu ra 16 a segu i r exemp l i f i ca

a de te rminação da dureza pe lo método B r ine l l .

F I G U R A 1 6 – R E P R ES E N T A Ç ÃO E S Q U EM ÁT I C A D O E N S A I O B R I N E L L

F O N T E : C AT Á L O G O D O F A B R I C A N T E S U S S E N W O L P E R T .

Segundo GARCIA (e t .a l . , 2013) , a ca rga ap l i cada é

de te rm inada em função do mater ia l , sendo en tão o g rau de ca rga

uma cons tan te des te que obedece a re lação en t re a carga ap l i cada

(P ) e o quad rado do d iâme t ro da es fe ra do penet rador (D 2 ) .

A tabe la 3 mos t ra os g raus de ca r ga pa ra os d i ve rsos mate r ia is

o que pe rmi te u t i l i za r es fe ras de d iâmet ros d i f e ren tes com ca rgas

40

d i f e ren tes pa ra se ob te r o mesmo va lo r de du reza ( GARCIA , e t .a l -

2013 ) .

T A B E L A 3 - R E L A Ç ÃO E N T R E E S P E S S U R A A S E R EN S A I A D A , D I Â M ET R O

D O P E N ET R AD O R , C A R G A A P L I C A D A E T I PO D E M AT ER I A L .

E S P E S S U R A D A P E Ç A D E E N S AI O

M M

D I ÂM ET R O D A E S F E R A

M M

C AR G A ( k g f )

F E R R O F U N D I D O E

A Ç O P = 3 0 D ²

C O B R E D U R O , L A T Ã O ,

B R O N Z E , E T C . P = 1 0 D ²

M E T A I S M O L E S P = 2 , 5 D ²

M AI S D E 6 1 0 3 0 0 0 1 0 0 0 2 5 0

D E 6 A 3 5 7 5 0 2 5 0 8 2 , 5

M E N O S D E 3 2 , 5 1 8 7 , 5 6 2 , 5 1 5 , 6

F O N T E : F R E I R E , 1 9 8 3 ( AD A PT A D O ) .

Ap l icado a ca rga agua rda -se um in te rva lo de tempo da o rdem

de 30 segundos a té que o penet rado r p roduza a impressão na

supe r f íc ie do co rpo de p rova ( DAVIN E MAGALHÃES – 2010 ) .

A supe r f íc ie após compressão da es fe ra ap resen ta rá uma

impressão permanen te em fo rma de ca lo ta es fé r i ca de d iâmet ro (d ) .

Es te d iâmet ro (d ) deve rá se r med ido sob re a impressão p roduz ida

em duas d i reções de fasadas de 90º . A lupa usada para tomada

des ta med ida , que na ma io r ia das vezes cons is te em acessó r io da

p róp r ia máqu ina , deve rá te r p rec isão ma io r ou igua l a 0 ,1mm.

Após a tomada do d iâme t ro da impressão (d ) p roduz ida e os

va lo res usados da ca rga (P) e do d iâmet ro do penet rado r (D) chega -

se ao resu l tado da du reza do mate r ia l usando a EQUAÇÃO 2 a

segu i r .

E Q U A Ç ÃO 2 – C Á L C U L O D E D U R E Z A B R I N E L L

𝐻𝐵 =2𝑃

𝜋. D. (D − √(D2 − 𝑑2))

Na p rá t i ca pode -se omi t i r o va lo r kgf /mm 2 tendo em v is ta da

du reza cons is t i r de uma man i fes tação combinada de vá r ias ou t ras

p rop r iedades ine ren tes ao mate r ia l .

41

Seu uso é ind icado espec ia lmente pa ra mate r ia is não fe r rosos ,

f e r ros fund idos , aços , p rodu tos s ide rú rg icos em ge ra l e peças não

temperadas. Pe la sua fac i l idade de ap l icação , es te método é

la rgamente empregado , podendo s er e fe tuado em qua lque r máqu ina

de compressão e mesmo po r apa re lhos por tá te is de ba ixo cus to . A

esca la Br ine l l é a ma is usada como re fe rênc ia de du reza .

Pa ra mate r ia is com du reza en t re 450 HB e 650 HB, usa -se

no rma lmente penet rador es fé r i co de ca rbone to d e tungs tên io .

Mesmo à dureza de ce r tas peças temperadas, são exp ressas

na p rá t i ca pe la esca la B r ine l l a té va lo res da o rdem de 450 HB

con fo rme ex igênc ias de no rma.

2 .8 .2 .2 Método Rockwe l l (ASTM E18)

A de te rm inação da du reza pe lo método B r ine l l es tá l im i tada a

de te rm inado número de mate r ia i s , po is ao aumen tar a dureza dos

mesmos às es fe ras so f rem de fo rmações : um exemplo t íp ico são os

aços temperados , cu jo nº B r ine l l é supe r io r a 400HB. Pa ra es tes

casos recor re -se ao método Rockwe l l .

A du reza Rockwe l l é um método de ensa io de du reza

desenvo lv ida nos Es tados Un idos pe la empresa Rockwe l l em 1922.

É um t ipo de ensa io de du reza po r pene t ração .

O método Rockwe l l d i f e re do B r ine l l , em que não se de te rm ina

a dureza em função da supe r f íc ie da impressão p roduz ida e s im em

função da p ro fund idade de penet ração . A du reza Rockwe l l ,

deno tada po r HR, o fe rece como van tagem a i senção de e r ros

humanos, po is o resu l tado é l ido d i re tamente na máqu ina de ensa io

(SOUZA, 1982 ) .

Esse ensa io faz uso da p ro fund idade da impressão gerada

pe lo penet rado r como ind icador da med ida de du reza . O penet r ado r

pode é um cone de d iamante com ângu lo de 120º e pon ta

a r redondada ( ra io de 0 ,2mm), uma es fe ra aço endu rec ido ou ,

p re fe renc ia lmente , u ma es fe ra de ca rboneto de tungs tên io com

d iâmet ro de 1 ,59mm, ge ra lmente . O método Rockwe l l é mu i to usado

42

dev ido a sua rap idez de execução, es te é subd iv id ido em do is

g rupos: Rockwe l l No rma l e Rockwe l l supe r f ic ia l que se d i f e renc iam

de aco rdo com pré -ca rga e ca rga p r inc ipa l ap l icadas, ex is t indo

d ive rsas esca las de ap l i cação (GARCIA e t a l . , 2013 ) .

A ap l i cação da p ré -carga tem como ob je t i vo a e l im inação de

even tua is de fe i tos supe r f ic ia i s e a juda r na f i xação do corpo de

p rova no supo r te . No tes t e de du reza Rockwe l l no rma l a p ré -carga

é de 10 kgf e a s carga p r inc ipa is podem ser 60 , 100 e 150 Kgf , e

pa ra a du reza Rockwe l l supe r f ic ia l u t i l i za -se p ré -ca rga de 3 kgf e

as cargas p r inc ipa is podem se r : 15 , 30 e 45 kgf . En t re as vá r ias

esca las do método pode-se des ta ca r as esca las A , B e C para a

du reza no rma l e pa ra du reza Rockwe l l supe r f ic ia l as esca las 15N,

30N, 45N (SOUZA 1982 ) .

Es tes do is g rupos são a inda decompostos em vá r ias esca las ,

con fo rme a ca rga e o penet rado r usado no ensa io . Es tas esca las

são independentes uma das ou t ras . Ao se esco lhe r o t i po de ensa io ,

deve -se leva r em cons ide ração a lguns fa to res como, mate r ia l ,

cond ições de t ra tamento té rm ico da peça em ensa io , espessu ra do

mate r ia l .

Es te método é baseado na d i f e rença de p ro fund idade de uma

p ré -ca rga e a ca rga p r inc ipa l ap l icada po r um pene t rado r cone de

d iamante ou uma es fe ra de aço , sub t ra ídas a recuperação e lás t i ca

dev ido à re t i rada da ca rga p r inc ipa l em re lação a p ré -ca rga .

T A B E L A 4 - PR I N C I P A I S E S C A L A S P A R A R E A L I Z AÇ Ã O D O E N S A I O

R O C KW EL L N O R M AL

E S C AL A C AR G A

k p P E N ET R AD O R L E I T U R A

C AM P O D E

AP L I C AÇ ÃO

R o c k w e l l A 6 0 C o n e d e

d i a m a n t e

1 2 0 °

P r e t a A ç o

c e m e n t a d o

o u t e m p e r a d o

R o c k w e l l C 1 5 0 P r e t a

R o c k w e l l D 1 0 0 P r e t a

R o c k w e l l B 1 0 0 E s f e r a 1 / 1 6 ” V e r m e l h a A ç o c o m um

F O N T E : F R E I R E , 1 9 8 3 ( AD A PT A D O ) .

43

No método não é necessá r io ap l i ca r f ó rmu la a lguma, po is é

fe i t a a le i tu ra d i re ta no ind icado r da máqu ina . A rea l i zação do

ensa io cons is te b as icamente das e tapas a segu i r :

Submete -se o corpo de p rova a uma p ré -ca rga P1, com o

ob je t i vo de garan t i r um con ta to f i rme do penet rador com a peça em

ensa io . A super f íc ie de ap l icação da ca rga deve es ta r l i v re de

impurezas , óx idos ou o leos idade.

Ap l ica -se a carga , que somado a p ré -ca rga resu l ta na ca rga

nom ina l (PN) do ensa io a té o pon te i ro do most rador pa ra r . PN = (P1

+ P2) .

Re t i ra -se (a l i v ia -se) a ca rga sup lementar (P2 ) e faz -se a

le i tu ra no most rado r da máqu ina .

F I G U R A 1 7 – R E P R ES E N T A Ç ÃO E S Q U EM ÁT I C A D A R E A L I Z A Ç Ã O D O

E N S A I O R O C KW EL L

F O N T E : S O U Z A, 1 9 8 2 ( A D A PT A D O ) .

2 .6 .3 .1 Ca rga e campo de ap l icação de ma io r uso

Confo rme v i s to an te r io rmente , a peça ou co rpo de p rov a deve

ser submet ido a uma pré -ca rga , cu jo va lo r depende do t i po de

du reza Rockwe l l a se r execu tada , con fo rme most rado a segu i r :

Pa ra du reza Rockwe l l No rma l – p ré -ca rga = 10 kgf

Pa ra du reza Rockwe l l Supe r f ic ia l – p ré -ca rga = 3 kgf

44

A tabe la 5 a segu i r most ra a re lação en t re ca rga , pene t rador

e campos de ap l i cação da du reza Rockwe l l super f i c ia l .

T A B E L A 5 - D U R EZ A R O C KW EL L S U P E R F I C I A L

C AR G A k p P E N ET R AD O R C AM P O D E AP L I C AÇ ÃO

1 5 C o n e d e d i a m a n t e

1 2 0 ° A ç o c e m e n t a d o e t e m p e r a d o 3 0

4 5

F O N T E : F R E I R E , 1 9 8 3 ( AD A PT A D O ) .

2.8 .2 .3 Método V icke rs (ASTM E92 e ASTM E 384 m icro -du reza)

A de te rm inação da du reza pe lo método V icke rs é ba seado na

res is tênc ia o fe rec ida à penet ração de uma p i râm ide de d iamante de

base quad rada e ângu lo en t re faces de 136º , quando es te é ap l icado

sob re a supe r f íc ie da peça em inspeção a t ravés de uma ca rga (P ) .

O va lo r da du reza V icke rs é a razão en t re a ca rga ap l icada (P ) e a

á rea da impres são p roduz ida (S) , con fo rme most rado na EQUAÇÃO

3 a segu i r .

E Q U A Ç ÃO 3 – C Á L C U L O D E D U R E Z A V I C K E R S

HV =P

S=

1,8544P

L2 Kgf/mm²

Onde:

P – ca rga ap l icada

L – d iagona l méd ia , ou se ja (𝐿1 + 𝐿2)/2

S – quad rado da méd ia a r i tmé t i ca das d iagona is d 1 e d 2 , con fo rme

f i gu ra 18 , med idas po r me io de um m ic roscóp io acop lado à máqu ina

de ensa io .

45

F I G U R A 1 8 - R E P R ES E N T A Ç ÃO E S Q U EM ÁT I C A D O M ÉT O D O V I C K E R S

F O N T E : S O U Z A, 1 9 8 2 ( A D A PT A D O ) .

A ca rga deve ser ap l i cada levemen te sob re a supe r f íc ie ,

devendo es ta se r mant ida po r um tempo en t re 10 a 15 segundos .

Após es te tempo a ca rga é re t i rada e um mic roscóp io é mov ido

manua lmente a té que es te foca l i ze a impressão p roduz ida .

Os ensa ios de dureza V ickers são fe i t os com ca rga va r iando

de 1 a 120 kgf .

O resu l tado do ensa io HV é o mesmo pa ra qua lque r que se ja

a carga ap l i cada . I s to oco r re po rque as impressões p roduz id as são

semelhan tes en t re s i , não impor tando o seu tamanho ( SOUZA

1982 ) .

Ca rgas menores que 1 kgf são usadas nos apa re lhos espec ia is

pa ra m ic ro -du reza . Es tas ca rga s podem va r ia r de 1 a 1000 g sendo

a impressão observada e med ida em um m ic roscóp io ; essa med i da

é , en tão , conve r t ida em número de du reza con fo rme EQUAÇÃO 3

c i tada an te r io rmente (CALLISTER 2008 ) .

O número de du reza V icke rs pode fac i lmen te ser encont rado

u t i l i zando -se tabe las de fabr i can tes das máqu inas (durômet ros ) ,

bas tando pa ra is to conhece r a ca rga ap l icada e loca l i zando -se na

tabe la a impressão p roduz ida .

A ap resen tação do número de du reza V icke rs , deve se r

segu ido pe lo s ímbo lo HV com um su f i xo , em fo rma de número , que

ind ica a ca rga , ou a té um segundo su f i xo , também em fo rma de

número , que ind ica a duração de ap l i caç ão da ca rga . Pode -se c i ta r

46

como exemplo 420 HV 30 /20 – du reza V icke rs de 420 med ida sob

uma ca rga de 30 kgf , ap l i cada por 20 s egundos .

3 MATERIAIS E MÉTODOS

3 .1 MATERIAIS

Os aços ana l i sados no re fe r ido t raba lho são o SAE 4140 e

4340 . O aço SAE 4140 é um aço de méd ia temperab i l i dade , já o

SAE 4340 é cons ide rado um aço de a l ta temperab i l i dade . Os

mesmos fo ram receb idos do fo rnecedo r em fo rma de ba r ras

c i l índ r i cas com compr imento de 1000 mm cada e d iâmet ro de 1 ¼”

no aço 4140 e 1 ½” no aço 4340, ambas sem t ra tam ento té rm ico

(es tado b ru to de lam inação) . A tabe la 6 most ra de mane i ra r esum ida

as re fe r idas compos ições qu ím icas dos aços receb idos .

T A B E L A 6 – C O M P O S I Ç Ã O Q U Í M I C A F O R N E C I D A P E L O F A BR I C A N T E .

COMPOSIÇÃO QUÍMICA %

AÇ O S AE

C S i M n P S C r N i M o A l C u

4 1 4 0 M É D I O

0 , 4 1 0 , 2 5 0 , 8 8 0 , 0 1 8 1 , 0 2 0 , 0 6 0 , 1 7 0 , 0 1 4 0 , 1 2

4 3 4 0 M I N / M A X

0 , 3 8 0 , 1 5 0 , 6 5 0 , 0 0 0 0 , 0 0 0 , 7 0 1 , 6 5 0 , 2 0 0 , 0 0

0 , 4 3 0 , 3 5 0 , 8 5 0 , 0 2 5 0 , 0 2 0 , 9 0 2 , 0 0 0 , 3 0 0 , 3 5

F O N T E : C E R T I F I C AD O D O S F O R N EC E D O R E S ( A D A PT AD O ) .

3.2 MÉTODOS

O p resen te t raba lho ob je t i vando o re fe r ido es tudo compara t i vo

da du reza e temperab i l idade dos aços receb idos fo i rea l i zado

con fo rme a sequênc ia do f luxograma a segu i r ( f igu ra 19 ) . As

amost ras em es tudo f o ram d iv id idas em do is g rupos: g rupo 1

amost ras a se rem temperadas no d ispos i t i vo Jominy e grupo 2

amost ras a serem aquec idas ao maçar i co e res f r iadas em ó leo .

47

F I G U R A 1 9 – F L U X O G R A M A D A S ET A P AS E X E C U T A D A S.

F O N T E : P R Ó P R I A D O S A U T O R E S

3 .2 .1 Ret i rada de amost ras p a ra inspeção de receb imen to .

A inspeção de receb imento teve po r ob je t i vo ve r i f i ca r se os

va lo res de du reza e as m ic roes t ru tu ras dos ma ter ia is receb idos

es tavam de aco rdo com as espec i f i cações so l ic i tadas e de acordo

48

com o ce r t i f i cado de fo rnec imen to do ma te r ia l . Pa ra ve r i f i cação da

du reza , f o ram re t i radas amos t ras dos do is g rupos de aços ,

execu tando co r te abras ivo c om re f r i ge ração pa ra ev i ta r

mod i f i cações m ic ro es t ru tu ra is por aquec imento na supe r f íc ie a ser

ensa iada .

3 .2 .2 Ensa io de du reza ( inspeção de receb imento )

O ensa io de dureza rea l i zado em ambos os g rupos de amost ras

fo i o Rockwe l l B ( HRb) , con fo rme no rma ASTM E 18 . O durômet ro

de bancada u t i l i zado fo i o mode lo ISH -R150, do fab r ican te Ins i ze

do (Labo ra tó r io de Ensa ios mecân icos do IFF) . Fo i usado um

pene t rado r do t ipo es fe ra de aço temperado 1 /16 ” e ca rga de 100

Kgf (~1000N) .

Fo ram execu tadas t rês impressões ao longo da seção

t ransve rsa l de ambos os g rupos . Os va lo res ob t idos no ensa io

Rockwe l l B (HRb) fo ram conve r t idos para va lo res B r ine l l po r tabe la

de comparação en t re os ensa ios de du reza , po r se rem os va lo res

em Br ine l l os ma is comumente in fo rma dos nos ce r t i f i cados dos

fabr i can tes de aços .

3 .2 .3 M ic roscop ia Ópt ica ( inspeção de receb imen to)

Os do is g rupos de amost ras dos re fe r idos aços depo is de

passa r po r p reparo meta lográ f ico fo ram a tacadas qu im icamente

com so lução de N i ta l 2% e obse rvadas a o m ic roscóp io O lympus,

mode lo BX51M, do labo ra tó r io de me ta logra f ia da UCAM

(Un ive rs idade Când ido Mendes) . Fo ram co le tadas imagens com

aumen tos 100X e 500X pa ra ambos os g rupos pa ra ve r i f i ca r se as

m ic roes t ru tu ras des te s es tavam compat íve is com o in fo rmado no

cer t i f i cado de receb imento . A sequênc ia de imagens da f i gu ra 20

mos t ra o p roced iment o de p reparo me ta lográ f ico .

49

F I G U R A 2 0 - P R O C ED I M E N T O D E P R E PA R O M ET A L O G R Á F I C O .

F O N T E : R EG I ST R O P R Ó P R I O D O S A U T O R E S

3 .2 .4 Us inagem dos corpos de p rova

Com o in tu i to de ve r i f i ca r se os aços fo rnec idos se

enquad ravam dent ro da fa i xa de temperab i l idade in fo rmada em

ca tá logo de fabr ican tes , 2 (do is ) co rpos de p rova des tes sendo um

de cada aço , f o ram us inados con fo rme no rma ASTM A255 pa ra

têmpera no d ispos i t i vo Jominy e a f im de ve r i f i ca r a inda se a

têmpera ao maçar i co (cond ição ma is usua l de campo) se

enquad rar ia em va lo res de du reza ace i táve is den t ro da cu rva de

temperab i l idade des tes , 3 ( t rês ) corpos de p rova de cada aço com

d iâmet ro 1 ” x 4 ”de compr imen to , f o ram us inados pa ra

poste r io rmente serem temperados ao maça r ico e res f r i ados em ó leo

com ba ixo teo r de enxo f re . Todas as amost ras fo ram iden t i f i cadas

com punção marcado r e t in ta p rópr ia com re fe r ida numeração do

aço . As f i gu ras 21 (a ) e (b ) most ram a rep resen tação esquemát ica

com d imensões dos corpos de p rova pa ra têmpera no d ispos i t i vo

Jominy e a (c ) , a imagem deste já us inado , e a f i gu ra 22 most ra os

corpos de p rova após a us inagem pa ra têmpera ao maça r i co .

50

F I G U R A 2 1 - R E P R ES E N T A Ç ÃO E S Q U EM ÁT I C A D O D I S PO SI T I VO J O M I N Y ,

D I M E N SÕ E S E C O R P O S D E PR O V A U S I N A D O S

( a ) ( b ) ( c )

F O N T E S : ( A ) E ( B ) : S M I T H , W . F . , 1 9 9 8 .

( C ) : R E G I ST R O P R Ó P R I O D O S A U T O R ES

F I G U R A 2 2 - C O R P O S D E P R O V A A P Ó S A U S I N AG E M P A R A T Ê M P E R A AO

M A Ç A R I C O .

F O N T E : R EG I ST R O P R Ó P R I O D O S A U T O R E S

3 .2 .5 No rma l i zação dos aços pa ra pos te r io r têmpera

Os do is g rupos de co rpos de p rova us inados tan to para ensa io

Jominy como pa ra têmpera pos te r io r ao maçar i co fo ram

no rma l i zados a 870°C com res f r iamento ao a r ca lmo con fo rme

recomendação do fab r i can te . Os co rpos de p rova a se rem

temperados no d ispos i t i vo Jominy fo ram aquec idos con fo rme

recomendação da no rma ASTM A 255 no fo rno de t ra tamen to

51

té rm ico do fabr i can te ZEZIMAQ mode lo 2000 -C da UCAM

(Un ive rs idade Cand ido Mendes) po r 1 ho ra e os co rpos de p rova

pa ra pos te r io r têmpera no maça r ico fo ram aquec idos len tamente a té

870°C no p róp r io maçar i co po r 30 m inu tos , sendo a temper a tu ra de

no rma l i zação des tes acompanhada po r câmera té rm ica do

fabr i can te F l i r mode lo T -300 do ( labo ra tó r io de A ná l i se de v ib rações

do IFF ) . As f i gu ras 23 (a ) e (b ) mos t ram imagens dos co rpos de

p rova duran te os p rocessos de aquec imen to tan to no fo rno quan to

ao maça r i co , já a f i gu ra 24 mos t ra o p roced imento de cap tu ra de

imagem com a câmera té rm ica e imagem cap tu rada pe la mesma,

in fo rmando a tempera tu ra de norma l i zaçã o a t ing ida .

F I G U R A 2 3 – ( A ) AQ U E C I M E N T O N O F O R N O E ( B ) A Q U E C I M E N T O A O

M A Ç A R I C O .

(a ) (b )

F O N T E : R EG I ST R O P R Ó P R I O D O S A U T O R E S

F I G U R A 2 4 – P R O C E D I M E N T O D E C A PT U R A E I M AG E M C APT U R A D A P E L A

C Â M E R A T ÉR M I C A

F O N T E : R EG I ST R O P R Ó P R I O D O S A U T O R E S

52

3 .2 .6 Têmpera dos co rpos de p rova

Os co rpos de p rova do g rupo 1 us inados com d imensões

pad ron izadas con fo rme norma ASTM A 255 , f o ram austen i t i zados a

870°C po r 1 ho ra e pos te r io rmente res f r i ados no d ispos i t i vo Jominy ,

con fo rme cond ições também ex i g idas pe la no rma ( tempo mín imo

ex ig ido 10 m inu tos) . Já os do g rupo 2 a se rem temperados ao

maçar i co fo ram também austen i t i zados po r es te a 870°C por 30

m inu tos (acom panhamento com câmera té rm ica ) sendo

pos te r io rmente res f r i ados em ó leo com ag i tação moderada. A

sequênc ia de f i gu ras 25 , mos t ra o res f r iamen to no d ispos i t i vo

Jominy . Já as f igu ras 26 (a ) e (b ) mos t ra os co rpos de p rova

t ra tados ao maça r i co sendo res f r iados em ó leo .

F I G U R A 2 5 – R E S F R I A M E N T O N O D I S PO S I T I VO J O M I N Y

F O N T E : R EG I ST R O P R Ó P R I O D O S A U T O R E S

53

F I G U R A 2 6 – R E S F R I A M E N T O D O S C O R P O S D E PR O V A E M Ó L E O A P Ó S

A Q U E C I M E N T O AO M A Ç A R I C O .

F O N T E : R EG I ST R O P R Ó P R I O D O S A U T O R E S

3.2 .7 Ensa io de du reza após têmpera dos co rpos de p rova

Após os corpos de p rova te rem s ido temperados, o g rupo 1

res f r iado no d ispos i t i vo Jominy fo i us inado em f resado ra pa ra

desbas te p lano de 3 mm ao longo de seu compr imento (4 ” ) ,

con fo rme ex igênc ia de no rma . Já o g rupo 2 aquec idos ao maça r ico

e res f r iados em ó leo fo ram fa t iados na sua secção t ransve rsa l .

Todos fo ram levados ao du rômet ro Ro ckwe l l para t omada de du reza

Rockwe l l C (HRc) que é o recomendado po r no rma pa ra aços

temperados. Os res f r i ados no d ispos i t i vo Jominy fo ram ensa iados

por du reza a cada 1 /16 ” pa r t indo da face res f r iada na água a té o

compr imento de 2 ” ao longo da secção long i t ud ina l f resada. Já nos

fa t iados na secção t ransversa l temperados ao ma çar i co com

res f r iamen to em ó leo fo ram tomados va lo res de du reza a cada 1 /16”

ao longo da secção t ransve rsa l a té o cen t ro des tes . As tomadas de

du reza fo ram fe i tas no du rômet ro Rockwe l l mode lo ISH -R150, do

fabr i can te Ins i ze com pene t rado r cone d iamante 120° , p ré -ca rga de

10kgf e carga 150kgf . A f i gu ra 27 mos t ra um d os corpos de p rova

na execução do ensa io no durômet ro Rockwe l l .

54

F I G U R A 2 7 – E N S A I O D E D U R E Z A

F O N T E : R EG I ST R O P R Ó P R I O D O S A U T O R E S

Conforme já c i tado no i tem 3 .2 .4 o ob je t i vo das tomadas de

du reza ao longo da secção t ransve rsa l nos aços temperados ao

maçar i co (cond ição mu i to usua l de t ra tamento de têmpera no

campo) fo i compara r s e os va lo res de du reza a lcançado nes tes a

pa r t i r da supe r f íc ie res f r iada , após têmpera convenc iona l se

enquad rar iam dent ro das ex igênc ias de uso , ou se ja , den t ro das

curvas de temperab i l i dade Jominy dos re fe r idos aços in fo rmado nos

ca tá logos dos fabr i can te s .

3 .2 .8 Meta logra f ia dos co rpos de p rova temperados ao maça r ico .

Após ensa io de du reza os co rpos de p rova aquec idos ao

maçar i co e temperados em ó leo passa ram por p repa ro

meta lográ f i co e fo ram a tacados com N i ta l 2% sendo também

ana l isados po r m ic roscop ia ó t i ca com o in tu i t o de ve r i f i ca r se as

t rans fo rmações mic ro es t ru tu ra is es tavam em compat ib i l idade com

os va lo res de du reza tomados ao longo da secção t ransve rsa l

des tes . Foram tomadas imagens ao m ic roscóp io des tes a 100 e 500

vezes de aumento pa ra ava l iação das t r ans fo rmações m ic ro

es t ru tu ra is .

55

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES

Nes te cap í tu lo são ap resen tados, ana l isados e d i scu t idos os

resu l tados ob t idos duran te o desenvo lv imento des te t raba lho nas

vá r ias e tapas em que se deu a ca rac te r i zação do s aços SAE 4140

e 4340 temperados no d ispos i t i vo Jom iny e temperados ao maça r i co

com res f r iamen to em ó leo , com o ob je t i vo de ve r i f i ca r se aços

temperados ao maçar i co ap resen tam du reza e p ro fund idade de

du reza compat íve l com os va lo res ap resen tados pe la cu rva de

temperab i l idade Jom iny des tes .

4 .1 RESULTADOS DO EN SAIO DE DUREZA APÓS INSPEÇÃO DE

RECEBIMENTO DOS AÇOS .

A tabe la 7 a segu i r most ra os va lo res de du reza Rockwe l l B

ob t idos na inspeção de receb imento com suas re fe r idas conversões

pa ra Br ine l l f e i t as med ian te tabe la compara t i va des tes . Pa ra o aço

SAE 4140 o va lo r méd io encont rado em Br ine l l f o i de 277 HB,

compat íve l com o va lo r in fo rmado em va lo res Br ine l l 240 /350 ,

ca tá logo (Anexo 1 ) . Já pa ra o aço SAE 4340 o va lo r méd io

encont rado em Br ine l l f o i de 293 HB, que também se mos t rou

compat íve l com o va lo r in fo rmado no mesmo ca tá logo de 260 /380 .

T A B E L A 7 - V A L O R ES D E D U R E Z A O BT I D O S .

4 1 4 0 4 3 4 0

H R b

R O C K W EL L

H B

B R I N EL L

H R b

R O C K W EL L

H B

B R I N EL L

P O N T O 1 1 0 3 2 6 2 P O N T O 1 1 0 6 2 9 3

P O N T O 2 1 0 5 2 8 5 P O N T O 2 1 0 6 2 9 3

P O N T O 3 1 0 5 2 8 5 P O N T O 3 1 0 6 2 9 3

M É D I A: 1 0 4 2 7 7 M É D I A: 1 0 6 2 9 3

F O N T E : R EG I ST R O P R Ó P R I O D O S A U T O R E S .

56

4 . 2 RESULT ADO DA ANÁLI SE MICROSCÓPI CA N A CONDI ÇÃO DE

CO MO FORNECI DO.

As m ic rogra f ia s da f i gu ra 28 mos t ram as imagens ao

m ic roscóp io com aumen tos de 100 e 500 vezes . Ao ana l i sa r a

m ic roes t ru tu ras des tes na imagem com aumento de 500 X pode -se

obse rva r g ranu lação g rosse i ra e he te rogênea com m is tu ras de

á reas ac icu la res e rend i lhadas de fe r r i ta e pe r l i t a . Es te resu l tado

es tá de aco rdo com SILVA (2012 ) e COLPAERT (2012 ) que

carac te r i za ram es t ru tu ras b ru tas de fusão após lam inaç ão de aços .

F I G U R A 2 8 - M I C R O E S T R U T U R A S C O M O S R E S P E C T I VO S AU M E N T O S

4140 - 100x 4140- 500x

4340 – 100x 4340 - 500x

F O N T E : R EG I ST R O P R Ó P R I O D O S A U T O R E S

ACICULAR

RENDILHADA

RENDILHADA

ACICULAR

57

4 .3 RESULTADO DO ENS AIO JOMINY DOS AÇOS RECEBIDOS.

Os g rá f icos da f i gu ra 29 (a ) e (b ) most ram respe c t i vamente as

curvas Jominy dos aços SAE 4140 e 4340 do ca tá logo do fabr ican te

(V ILLARES) com seus respect i vos in te rva los na cor p re ta ( l inhas A

e C) e as cu rvas fe i tas nesse es tudo na co r ve rme lha ( l i nha B ) .

Confo rme já c i tado an te r io rmente os co rpos de p rova pa ra

comparação fo ram us inados e res f r iados con fo rme c r i té r ios da

no rma ASTM A 255 . Os va lo res de dureza fo ram tomados a cada

1/16” da face res f r i ada no s corpos de p rova res f r iados no

d ispos i t i vo Jom iny . Pode-se observa nes tes g rá f i cos na co r

ve rme lha , que os re fe r idos aços enquadraram suas cu rvas den t ro

do in te rva lo dos grá f icos do ca tá logo do fab r i can te , p rovando se rem

es tes os aços so l ic i tados pa ra es tudo .

F I G U R A 2 9 - ( A ) E ( B ) – C O M P R O V AÇ ÃO D A S C U R V A S D O S A Ç O S E M

E S T U D O C O M O C AT A L O G O D O F A B R I C A N T E .

( a )

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 18 20 22 24 26 28 30 32

MÁXIMO 61 60 60 60 59 59 58 57 57 56 56 56 55 55 54 54 53 53 52 51 50 49 49 48 47 47 46 46 46 45 45 45

MÍNIMO 53 53 52 52 51 50 50 48 45 42 40 38 37 37 36 35 35 34 34 33 33 33 33 32 32 32 31 31 31 31 31 30

4140 59 58 57 56 56 55 55 55 55 54 52 51 49 46 44 43 42 41 40 39 39 38 38 38 38 38 38 38 38 37 37 36

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

4140

A

B

C

58

( b )

F O N T E : R EG I ST R O P R Ó P R I O D O S A U T O R E S

4.4 RESULTADO DO ENSAIO DE DUREZA DOS CORPOS DE

PROVA TEMPERADOS AO MAÇARICO.

Os co rpo s de p rova dos aços em es tudo após te rem s idos

res f r iados em ó leo fo ram co r tados na secção t ransve rsa l em

cor tade i ra me ta lográ f i ca com re f r i ge ração , no in tu i to de ev i t a r

supe raquec imen to da á rea co r ta da , o que pode r ia in te r fe r i r na

tomada de du reza des tes . Fo ram execu tadas tomadas de du reza

Rockwe l l C ao longo da secção t ransversa l a té o cen t ro dos

mesmos. As tabe las 8 (a ) e (b ) most ram respec t i vamen te os va lo res

de du reza tomados ao longo da secção t ransve rsa l com os

respect i vos va lo res méd ios . Pode -se conc lu i r des tes resu l tados que

para secções de a té 1 ” os aços em es tudo ao se rem t ra tados ao

maçar i co e res f r iados em ó leo , most ra ram-se con f iáve is quanto a

du reza e p ro fund idade de endu rec imento , po is os va lo res tomados

mos t ra ram-se p ra t i camente idên t i cos ao longo da secção pon to a

pon to .

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 18 20 22 24 26 28 30 32

MÁXIMO 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 59 58 58 57 56 56 55 55 54 54 54 54 54 53 53 53 53 53 52 52 51

MÍNIMO 53 53 53 53 53 53 53 53 53 52 52 51 50 49 48 48 48 47 47 46 46 45 45 44 44 43 43 42 42 41 41 40

4340 57 57 57 57 57 56 56 56 55 55 54 54 54 54 53 53 53 53 53 53 53 52 52 52 52 52 51 51 51 51 50 50

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

4340

A

B

C

59

T A B E L A 8 - V A L O R ES M É D I O S D E D U R EZ A R O C KW EL L C ( H R c ) T O M A D O S

A O L O N G O D A S E C Ç Ã O T R A N S V E R S A L .

R O C K W EL L C – AÇ O 4 1 4 0 - Ó L EO

P O N T O S 1 / 1 6 ” 2 / 1 6 ” 3 / 1 6 ” 4 / 1 6 ” 5 / 1 6 ” 6 / 1 6 ” 7 / 1 6 8 / 1 6 ”

A M O ST R A 1 5 6 , 5 5 6 , 5 5 6 5 6 5 6 5 5 , 5 5 6 5 6

A M O ST R A 2 5 6 5 6 , 5 5 6 , 5 5 6 5 6 5 6 5 6 5 6

A M O ST R A 3 5 6 5 6 , 5 5 6 , 5 5 6 5 6 5 6 5 6 5 6

M É D I A 5 6 5 6 5 6 5 6 5 6 5 6 5 6 5 6

( a )

4 3 4 0 - Ó L EO

P O N T O S 1 / 1 6 ” 2 / 1 6 ” 3 / 1 6 ” 4 / 1 6 ” 5 / 1 6 ” 6 / 1 6 ” 7 / 1 6 8 / 1 6 ”

A M O ST R A 1 5 7 5 7 5 7 5 7 5 7 5 7 5 7 5 7

A M O ST R A 2 5 7 5 7 5 6 , 5 5 7 5 7 5 6 , 5 5 7 5 7

A M O ST R A 3 5 7 , 5 5 7 5 7 5 7 5 7 5 7 5 6 , 5 5 7

M É D I A 5 7 5 7 5 7 5 7 5 7 5 7 5 7 5 7

( b )

F O N T E : R EG I ST R O P R Ó P R I O D O S A U T O R E S .

4.5 RESULTADO DA A NÁLISE MICROSCÓPICA APÓS TÊMPERA

AO MAÇARICO.

As f i gu ras 30 (a ) e (b ) mos t ram respec t i vamente as imagens

ao m ic roscóp io com aumentos de 500 vezes dos respec t i vos aços

SAE 4140 e 4340 res f r iados em ó leo . Ao ana l i sa r a s m ic rogra f ias

des tes pode -se obse rva r es t ru tu ra de agu lhas en t re laçadas do

m ic roconst i tu in te mar tens i ta , m ic roes t ru tu ra t íp ica do s aços após

têmpera . Es te resu l tado es tá de aco rdo com COLPAERT (2012 ) que

carac te r i zou es t ru tu ras de aços após têmpera .

F I G U R A 3 0 – M I C R O E S T R U T U R A D E AG U L H A S E N T R E L A Ç AD A S D E

M A R T E N S I T A E M A M B O S O S A Ç O S T EM P E R A D O E M Ó L E O

4 1 4 0 – 5 0 0 X 4 3 4 0 – 5 0 0 X

( a ) ( b )

F O N T E : R EG I ST R O P R Ó P R I O D O S A U T O R E S .

60

5 CONCLUSÕES

Os resu l tados adqu i r i dos dos ensa ios de du reza , dos g rá f i cos

p lo tados e da aná l i se meta lográ f i ca se most ra ram sa t is fa tó r ios para

t i ra r as segu in tes conc lusões:

A m ic roes t ru tu ra ac icu la r e rend i lhada dos aços no es tado

b ru to de fusão (cond ição de apenas lam inado ) in fo rmado na

l i te ra tu ra se most rou ev iden te nas m ic rogra f ias da f igu ra 28 .

O aço SAE 4340 most rou p ro fund idades de endu rec imen to bem

ma io res que o aço SAE 4140, con fo rme most rado nos g rá f i cos ,

o que va i de encon t ro a l i te ra tu ra que fa la sob re essa ma io r

p ro fund idade se r f unção p r inc ipa lmente da p resença e da

quan t idade de e lementos de l i ga .

No t raçado p rá t ico das cu rvas Jom iny dos re fe r idos aços

mos t rados nesse t raba lho f i cou ev iden te nes tas , des tacadas

na co r ve rme lha dos g rá f icos o e fe i to da ma io r po rcen tagem

de e lementos de l i ga do aço SAE 4340 sob re o aço SAE 4140,

onde a p ro fund idade de du reza pe rmaneceu ma io r .

Pa ra comprovação de uma de te rminada dureza a uma dada

p ro fund idade, os g rá f i cos p rá t i cos de Lamont de seve r idade

de têmpera H em função do me io de res f r iamen to e da razão

r /R devem ser usados jun tamen te com as cu rvas de

temperab i l idade do re fe r ido aço pa ra ava l ia r se a du reza

dese jada de p ro je to nessa dada p ro fund idade pode ser

espe rada ao se execu ta r a têmpera do re fe r i do aço naque le

re fe r ido me io .

O t ra tamento té rm ico de têmpera ao maçar i co t rouxe resu l tado

de du reza e p ro fund idade de endu rec imen to compat íve is com

as curvas p ra t icas mos t radas nos ca tá logos d os fabr i can tes

61

REFERÊNCI AS

ABBASCHIAN, R. ; ABBASCHIAN, L . ; Reed-Hi l l , R. E . , Phys ica l

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ANEXO I

T A B E L A D E C A R A C T E R Í ST I C A S M E C A N I C A S D E AÇ O S