Manual 2013 (1).pdf

Belo Horizonte

Janeiro de 2013

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS

Instituto Politécnico - IPUC

Ciência dos Materiais

Professor Ubirajara Domingos de Castro

Metalografia, Ensaios Mecânicos e Tratamentos Térmicos

Manual de Laboratório

Caderno

01

1a Edição

Editora

FUMARC

Laboratório de Materiais de Construção Mecânica

3 Engenharias

IPUC – PUC Minas

FICHA CATALOGRÁFICA

Castro, Ubirajara Domingos V 199p Metalografia, Ensaios Mecânicos e Tratamentos

Térmicos: Manual de Laboratório – engenharias /

Ubirajara Domingos de Castro – Belo Horizonte:

FUMARC/PUC-MG, 2010.

Bibliografia.

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


4 Engenharias

IPUC – PUC Minas

O professor Ubirajara Domingos de Castro possui graduação

em Engenharia Metalúrgica e de Minas (1984) e mestrado em

Engenharia Metalúrgica e de Minas na área de concentração de

Metalurgia de Transformação (1997) pela Escola de Engenharia da

Universidade Federal de Minas Gerais – E.E.UFMG. Atualmente, é

professor assistente III do Instituto Politécnico da Pontifícia

Universidade Católica de Minas Gerais – IPUC, onde atua desde 1990. É professor das

disciplinas de Ciência dos Materiais, Materiais de Construção Mecânica e da disciplina

Laboratório de Materiais de Construção Mecânica do curso de engenharia

Mecânica/Mecatrônica do campus de Belo Horizonte da PUC Minas. Também atua como

professor do curso de engenharia Mecânica do campus da PUC Minas-Contagem, onde

ocupa a função de Gestor dos Laboratórios. Nos campi da PUC Minas na unidade Barreiro

atua como professor da disciplina Ciência e Seleção de Materiais do curso de Engenharia

de Produção e coordenador dos Laboratórios do mesmo curso. É coordenador e professor

do curso de Pós-graduação lato sensu em Gestão de Processos Industriais de Fabricação

IEC-PUC Minas/Centro de Competências da Fiat Automóveis desde 2005. Recentemente,

apresentou ao Instituto de Educação Continuada da PUC Minas – IEC um novo projeto de

curso intitulado Tecnologia de Materiais Aplicada a Processos de Fabricação. Como

profissional, tem experiência na área de Engenharia Metalúrgica e de Materiais com

ênfase em Equipamentos Metalúrgicos, Ensaios Mecânicos e Processos de Conformação

Mecânica. Atua, principalmente, nas áreas de processos siderúrgicos (alto-forno, e cubilot

e aciaria), processamento por trefilação (irregularidades de fluxo), ensaios mecânicos

(determinação de propriedades mecânicas), tratamentos térmicos e metalografia.

Sobre esta Obra

Com este trabalho busca-se repassar ao aluno, de forma prática e objetiva, o

estudo dos materiais, essencialmente dos metais e ligas metálicas sob o ponto de vista

da Metalurgia Física e Mecânica, relacionando os processos de fabricação às propriedades

mecânicas, bem como sua utilização e suas inúmeras aplicações na indústria da

construção mecânica.

A ementa desta disciplina foi elaborada de forma a buscar uma

interdisciplinaridade, possibilitando ao aluno a interação entre a teoria adquirida nas

disciplinas teóricas de Materiais dos cursos de Engenharia Mecânica, Engenharia


5 Engenharias

IPUC – PUC Minas

Mecânica com ênfase em Mecatrônica e Engenharia de Produção, seja na Ciência dos

Materiais ou em Materiais de Construção Mecânica, com a análise das características dos

materiais desenvolvida nas práticas investigativas realizadas nos laboratórios de

Materiais.

Desta forma, este trabalho está dividido em três partes bem definidas. Na

primeira, referente aos ensaios mecânicos, o aluno experimenta procedimentos e testes

padronizados que possibilitam a avaliação das propriedades mecânicas dos materiais de

forma a prever o comportamento mecânico de um componente de um dado material

quando em serviço. Nesta etapa são executados ensaios de dureza pelos métodos Brinell,

Vickers e Rockwell, incluindo-se o ensaio de microdureza e suas aplicações. Além disto,

são discutidos os ensaios de tração e de impacto para avaliação de propriedades

mecânicas especificas, com a utilização de máquinas de tecnologia atual.

A segunda parte desta obra refere-se à utilização das técnicas do exame

metalográfico para caracterização dos materiais. Inicialmente, são executados

procedimentos para o exame metalográfico, que buscam a análise do material, sob o

ponto de vista visual, a olho nu ou com o auxílio de microscópios, de forma a identificar

defeitos de projeto ou de fabricação, tratamentos térmicos que, por ventura, tenham

sido executados, controle de processos de soldagem, identificação do processo de

fabricação e caracterização microestrutural. No exame metalográfico, macro ou

micrográfico, amostras ou fragmentos de peças metálicas são submetidos a uma

seqüência de procedimentos como embutimento, lixamento, polimento e ataque

metalográfico por reativo adequado. A análise microestrutural é feita através de

microscópios ópticos, dotados de sistema para aquisição e tratamento de imagens.

Amostras de materiais metálicos são preparadas na área do laboratório destinada a

metalografia e são investigadas em microscópios ópticos de alta qualidade.

A terceira parte engloba as práticas de tratamentos térmicos, ensaio de

temperabilidade Jominy, cementação e recristalização. Com relação às práticas de

tratamentos térmicos, o laboratório está aparelhado com fornos resistivos do tipo mufla,

automatizados com controladores de temperatura. Amostras de aços comuns são

austenitizadas e resfriadas em meios variados. As propriedades mecânicas, bem como a

microestrutura dos aços são controladas antes e depois dos tratamentos térmicos. No

ensaio Jominy, um dispositivo padronizado foi construído de forma a possibilitar o

resfriamento dos corpos de prova de dois aços de mesmo teor de carbono, porém de

constituições diferentes em termos de elementos de liga. Ensaios de dureza são


6 Engenharias

IPUC – PUC Minas

executados ao longo da direção axial dos corpos de prova de forma a possibilitar a

construção da curva de temperabilidade dos materiais em estudo. A prática de

recristalização é feita com o cobre comercialmente puro e engloba testes de compressão

executados na máquina universal de ensaios, seguidos de ensaios de dureza e

recozimento estático, em tempos variados, em fornos do tipo mufla. O tratamento final

dos dados obtidos permite a determinação e a comparação das energias de ativação das

reações de recristalização do cobre comercialmente puro, empregando-se a equação de

Arrhenius.

Após cada aula prática, o aluno deverá preparar um relatório técnico, utilizando-

se das normas PUC Minas, disponíveis em www.pucminas.br/biblioteca.

http://www.pucminas.br/biblioteca


7 Engenharias

IPUC – PUC Minas

Plano de Ensino da Disciplina

Objetivos:

Fortalecer e aprimorar os conhecimentos adquirídos nas disciplinas teóricas de

Materiais.

Fornecer ao aluno os princípios básicos dos ensaios mecânicos dos materiais metálicos.

Mostrar ao estudante a importância do exame metalográfico na identificação e solução

das falhas do material em serviço.

Introduzir o aluno no estudo científico de pesquisa na área da Ciência dos Materiais.

Métodos Didáticos:

- Manual de orientação das práticas de laboratório (texto para orientação das aulas

práticas, incluindo metodologia e coleta de dados);

- Aula expositiva no início de cada aula para esclarecimentos necessários sobre a prática a

ser desenvolvida.

Ementa:

Ensaios Mecânicos: Ensaio de Dureza Brinell; Ensaio de Dureza Vickers; Ensaio

de Dureza Rockwell; Ensaio de Microdureza Vickers. O Ensaio de Tração; Ensaio de

Impacto Charpy.

O Exame Metalográfico: Macrografia; Micrografia. Tratamentos Térmicos:

Recozimento, Normalização, Têmpera e Revenimento; Micrografia de Aços Comuns

Tratados Termicamente; Tratamentos Termoquímicos: Cementação. Ensaio de

Temperabilidade Jominy. Recristalização: Encruamento; Recozimento de

Recristalização; Tratamento dos Dados.

- Aulas de transparências com a utilização do retroprojetor;

- Questionários para avaliação do aprendizado;

Período 1o Semestre de 2013

Nome da disciplina: Laboratório de Materiais de

Construção Mecânica Período: 4o

Curso: Engenharia Mecânica com ênfase em

Mecatrônica

Carga Horária:

30 horas

Número de

créditos: 01

Disciplina pré-requisito: Ciência dos Materiais

Disciplina co-requisio: Materiais de Construção Mecânica


8 Engenharias

IPUC – PUC Minas

Bibliografia Complementar

1. COLPAERT, HUBERTUS, Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns. 3 ed.

São Paulo, Edgard Blucher, 1974.

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

Blucher, 1974.

3. ASTM Standards. Philadelphia: American Society for Testing Materials.

4. Normas da ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas.

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

6. HILL, ROBERT E. REED, Princípios de Metalurgia Física, 2 ed., Editora Guanabara

Dois S.A., Rio de Janeiro - RJ.

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

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

9. PEDRAZA, BOTREL e SILVA, Tratamentos Térmicos dos Aços - Depto. de

Engenharia Metalúrgica da EE.UFMG - MG – 1979;

Unidade de

Ensino

Distribuição da

Ementa

Horas

Aulas

Pontos

(%)

IPUC

1. Ensaio de Dureza Brinell; Ensaio de Dureza Vickers;

Ensaio de Dureza Rockwell; Ensaio de Microdureza Vickers.

08 20

2. Ensaio de Tração: Levantamento das propriedades mecânicas à tração.

02 20

3. Ensaio de impacto. 02

4. Metalografia: Macrografia e Micrografia de aços. 04

20

5. Tratamentos Térmicos dos aços: Recozimento;

Normalização; Têmpera em óleo e em água;

Revenimento; Micrografia das peças tratadas.

04

6. Micrografia de ferros fundidos. 02

7. Tratamentos Termoquímicos: Cementação. 02

20 8. Ensaio de Temperabilidade Jominy: Têmpera e

levantamento do perfil longitudinal de dureza (curva

de temperabilidade).

02

9. Recristalização: Encruamento; Recozimento de

Recristalização; Ensaios de dureza; Tratamento dos

Dados.

04 20

10. Tratamento de dados obtidos 02

Total 32 100


9 Engenharias

IPUC – PUC Minas

10. CALLISTER, William D. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. 7. ed.

Rio de Janeiro: LTC - Livros Técnicos e Científicos. 2008. ISBN: 9788521615958.

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

12. VAN VLACK, Lawrence H.. Princípios de ciência e tecnologia dos materiais. 2a ed. Rio

de Janeiro: Campus. 1988. ISBN: 8570014805.


10 Engenharias

IPUC – PUC Minas

Critérios Adotados na Distribuição dos Pontos

- Freqüência às aulas e entrega dos relatórios: 100 pontos

Observações: - As práticas e os relatórios serão executados por grupos de dois alunos.

- Os relatórios entregues com atraso serão avaliados com uma menor

pontuação.

Sugestões para Confecção, Formato e Padronização dos Relatórios

Sugere-se a apresentação dos relatórios no seguinte formato:

Editor de texto: Word;

Tamanho A4 (210 x 297 mm);

Margens de 2,5 cm;

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

Espaço entre linhas: automático;

Tamanho Máximo do trabalho: 20 páginas (incluindo figuras e referências

bibliográficas).

Na primeira página deve constar o logotipo da universidade, o título do trabalho em

maiúsculas, negrito e centralizado com letra tamanho 15. Pulando três linhas o nome

do autor (alinhado à direita). Na segunda página, inicia-se o texto.

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

As folhas deverão ser numeradas no alto da página, à direita, iniciando-se a

numeração após o SUMÁRIO.

O trabalho deverá conter uma capa na qual conste no início, o nome e o logotipo

da universidade, além do curso, todos em letra maiúscula, tamanho 13 (negrito);

o título do trabalho em maiúsculas (negrito tamanho 15 – centralizado), seguido

do nome do aluno, alinhados à direita e o nome do professor da disciplina (letra

normal – tamanho 12).

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

centralizado.


11 Engenharias

IPUC – PUC Minas

São partes essenciais do trabalho:

1. Capa

2. Resumo

3. Objetivos da Prática

4. Sumário

5. Introdução (Revisão Bibliográfica)

Texto genérico e resumido sobre o assunto tratado na prática;

6. Materiais e Metodologia

7. Resultados e Discussão

Apresentação resumida dos resultados obtidos nos ensaios em forma de texto ou

sumarizados;

Breve discussão dos resultados e comparação destes com dados obtidos na

literatura.

8. Conclusões

9. Referências bibliográficas

Citação da bibliografia utilizada para consulta conforme normas de indicação

bibliográfica da ABNT;

Citação de normas brasileiras ou outras emitidas por organizações

padronizadoras.

Obs: Para uma informação mais detalhada de como proceder à elaboração do

relatório, deve-se consultar o trabalho intitulado Padrão PUC Minas de Normalização

no site da PUC Minas, de endereço eletrônico:

http://www.pucminas.br/biblioteca/index_padrao.


12 Engenharias

IPUC – PUC Minas

A busca pelo conhecimento não é apenas uma

obrigação do ser humano, mas uma justificativa para a

sua existência. (o autor)


13 Engenharias

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SUMÁRIO

1.

ENSAIOS MECÂNICOS: Prática de Laboratório N0 01

Ensaio de Dureza pelo Método Brinell .......................................................

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

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

1.1. MÉTODO BRINELL..................................................................................

1.2. Parte Experimental ................................................................................

1.2.1. Objetivos............................................................................................

1.2.2. Materiais.............................................................................................

1.2.3. Equipamento.......................................................................................

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

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

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

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

12

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2. ENSAIOS MECÂNICOS: Prática de Laboratório N0 02

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

18

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20

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21

3. ENSAIOS MECÂNICOS: Prática de Laboratório N0 03

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

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

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

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

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

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

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

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

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

24

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IPUC – PUC Minas

3.5. Exercícios Propostos................................................................................ 26

Ensaio de tração..................................................................................... 28

Metalografia – macrografia e micrografia.................................................. 34

Tratamentos Térmicos – micrografia......................................................... 50

Recristalização – Encruamento e recristalização.......................................... 60

Ensaio de temperabilidade Jominy............................................................ 80


15 Engenharias

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Lista de Figuras

Figura 1- Parâmetros básicos num teste Brinell. ...................................................... 21

Figura 2. Ângulo das tangentes à esfera, para a relação d/D = 0,375 na dureza Brinell. 25

Figura 3 - Procedimento para a determinação da diagonal em uma impressão obtida por

penetrador de diamante. ..................................................................... 26

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

Impressão defeituosa; aderência. ......................................................... 28

Figura 5 - a) Comparação entre os tamanhos das impressões Knoop e Vickers para uma

mesma carga; b) Detalhe de uma impressão Knoop; c) Penetrador Knoop 31

Figura 6 - Variação de HK e HV com a carga no ensaio de microdureza. ..................... 32

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

microdureza Vickers. .......................................................................... 33

Figura 8 - Seqüência de operações do método de ensaio de dureza Rockwell

(esquemático). .................................................................................. 36

Figura 9 - Durômetro Rockwell instalado no laboratório de Materiais de Construção

Mecânica do depto. de Engenharia Mecânica da PUC MG. ........................ 38

Figura 10 - Aspecto do corpo de prova para o ensaio de tração. ................................ 41

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

ensaio de tração. ............................................................................... 42

Figura 12 - Curva típica tensão-deformação convencional, obtida no ensaio de tração. 43

Figura 13. – Curva tensão/deformação verdadeiras. ................................................ 44

Figura 14. – Curva de tração apresentando um patamar de escoamento. ................... 45

Figura 15. – heterogeneidade de deformação durante o patamar de escoamento. ....... 46

Figura 16 - Ocorrência de banda de Lüders em corpos de prova de tração. ................. 46

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

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

Figura 18. – Método para determinação do valor de l para o alongamento. ................. 48

Figura 19 - Avaliação gráfica do alongamento percentual após ruptura. ..................... 49

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

........................................................................................................ 55

Figura 21-Deformação da superfície do material durante o processo de desbaste. ....... 56

Figura 22- Representação esquemática do procedimento utilizado na lixamento de

amostras metalográficas. .................................................................... 56

Figura 23- Aspectos macrográficos diversos decorrentes da posição do corte em relação

a barra original de que foram estampadas essas porcas. Ataque: iodo. 1,5 X.

........................................................................................................ 57


16 Engenharias

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Figura 24 - O trilho da figura rompeu em serviço e a fratura acompanhou o contorno da

zona segregada. Ataque: iodo .............................................................. 58

Figura 25 - Impressão de Baumann da peça da figura anterior. (Metalografia dos

Produtos Siderúrgicos Comuns – Vicente Chiaverini) ............................... 58

Figura 26 - Solda oxiacetilênica de duas barras laminadas de aço doce. Ataque: iodo. . 59

Figura 27 - Diferença brusca de granulação em aço extradoce posta em evidência pelo

ataque com reativo de ácido nítrico seguido de um ataque por oxidação. 50

x. ..................................................................................................... 60

Figura 28 - Encruamento intenso por martelamento a frio, de um aço meio duro. Grãos

fortemente deformados. ...................................................................... 60

Figura 29- Aspecto comum de aço meio duro, moldado no estado bruto de fusão.

Ataque: nítrico. 75 x (Metalografia dos Produtos . .................................. 61

Figura 30- Aço com aproximadamente 0,5%C esfriado lentamente. Grãos de perlita e

rede de grãos de ferrita. Ataque Nital 2% - 160xm (laboratório de Materiais

– PUC Minas) ..................................................................................... 61

Figura 31 - Região de um aço eutetóide esfriado muito lentamente a partir do campo

austenítico. Notam-se bem visíveis as lamelas de perlita. Ataque nital 2% -

200x. ................................................................................................ 62

Figura 32 - Aço hipereutetóide. Grãos de perlita envoltos por uma rede de cementita.

Ataque: Pícrico - 200x. ....................................................................... 62

Figura 33 - Processo moderno de fixação de pequenas ou fragmentos em resinas

sintéticas para seu polimento e exame micrográfico. .............................. 63

Figura 34- Aço extra-doce sem ataque - 500 x........................................................ 64

Figura 35 - Sistema de vídeo microscopia do Laboratório de Materiais de Construção

Mecânica do Instituto Politécnico da Pontifícia Universidade Católica de Minas

Gerais. .............................................................................................. 65

Figura 36 - Aço hipereutetóide. Ataque: picrato de sódio. 200 X. .............................. 65

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

de sódio. 730 x. ................................................................................. 66

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

x. ..................................................................................................... 66

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

nítrico. 800 x. .................................................................................... 66

Figura 40 - Mapas de relação de orientação entre grãos para as amostras de aço ABNT

1006, secção transversal, nas condições: (a) encruada; tratada

termicamente por (b) 5 minutos, (c) 10 minutos, (d) 30 minutos; (e)

recozida. Note-se que as imagens foram obtidas com aumentos diferentes


17 Engenharias

IPUC – PUC Minas

entre si. (artigo técnico Evolução da microestrutura e da Textura de

Recristalização, após Baixos Graus de Deformação a Frio, em dois Aços

Ferríticos com Baixo Teor de Carbono, Liana Maria Ferezim Guimarães de

Lima e outros, 17º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência

dos Materiais, 15 a 19 de Novembro de 2006, Foz do Iguaçu, PR, Brasil.) . 70

Figura 41- Representação esquemática do ciclo de recozimento. São observadas as

etapas de recuperação, recristalização e crescimento de grão. A diminuição

da resistência mecânica e o gradual aumento da ductilidade são aspectos

evidenciados. ..................................................................................... 71

Figura 42 - Diagrama de equilíbrio das ligas ferro-Fe3C. ........................................... 72

Figura 43 - Tratamento térmico de esferoidização ou coalescimento. ......................... 73

Lista de Tabelas

Tabela I. Parâmetros de aplicação do método de dureza Brinell. ................................ 22

Tabela II- Valores de dureza Brinell obtidos no ensaio para diversos materiais. ........... 23

Tabela III- Valores de dureza Vickers obtidos para diversos materiais em estudo. ....... 29

Tabela IV - Valores de dureza microdureza Vickers obtidos ao longo da camada de uma

peça que sofreu cementação e têmpera. ................................................. 34

Tabela V - Escalas de dureza Rockwell normal. ........................................................ 36

Tabela VI - Escalas superficiais do método Rockwell. ................................................ 37

Tabela VII – Dados obtidos no ensaio de dureza Rockwell. ........................................ 39

Tabela VIII. - Dados dos corpos de prova a serem ensaiados. ................................... 50


18 Engenharias

IPUC – PUC Minas

PRÁTICA DE LABORATÓRIO N0 01

ENSAIOS MECÂNICOS - Ensaio de Dureza pelo Método Brinell

NBR NM 187-1 - Materiais metálicos – Dureza Brinell - Parte 1: Medição da dureza

Brinell - Maio/1999- NBR NM 187-2

NBR 6443 - Bloco Padrão para Ensaio de Dureza Brinell

Histórico

O ensaio de dureza é, juntamente com o ensaio de tração, um dos mais

empregados na seleção e controle de qualidade dos metais. Intrinsecamente, a dureza é

uma condição da superfície do material e não representa nenhuma propriedade

fundamental da matéria.

Dois procedimentos são convencionalmente usados na sua avaliação baseiam-se

na:

1. Resistência à penetração de uma ponta rígida, com geometria pré-definida e

sob condições de carregamento padronizadas;

2. Resistência ao risco que envolve um processo de corte de um metal pelo outro

e, conseqüentemente, está relacionada à plasticidade de camadas superficiais

muito finas.

A resistência à penetração está relacionada à tensão média de escoamento do

material numa faixa estreita de deformação. Este ensaio é muito simples de ser

executado e particularmente útil na avaliação dos diferentes componentes

microestruturais do material.

Os métodos empregados na medição da dureza se distinguem basicamente pela

forma do penetrador empregado e pelas condições de aplicação da carga. A escolha do

método depende, dentre outros fatores, da natureza e dimensões da amostra além da

espessura da camada a ser analisada. De acordo com a velocidade de aplicação da carga

os procedimentos de medição se classificam em estáticos e dinâmicos, sendo que os

métodos mais usuais empregam a penetração estática.

Certos cuidados de validade do ensaio devem ser observados para os diferentes

métodos de medição de dureza e a camada superficial observada deve ser representativa

das condições do restante do material. Assim, os defeitos superficiais (trincas, poros,


19 Engenharias

IPUC – PUC Minas

óxidos, carepa, etc.) podem interferir no resultado. O acabamento superficial está

intimamente relacionado com a carga e a forma do penetrador empregado, bem como

com o procedimento de medição utilizado no ensaio.

Métodos de Ensaio de Dureza

O ensaio de dureza é largamente utilizado na especificação e comparação de

materiais. Intrinsecamente, é uma característica referente à superfície do metal,

entretanto, para materiais homogêneos, é tomada como uma propriedade global e

representativa deste. O termo dureza assume diversos significados face à existência de

uma grande divergência de opiniões entre os estudiosos das mais diversas áreas, sendo

que, portanto, não é possível encontrar um conceito único para esta característica. Ainda

assim, o ensaio é utilizado para que se possam efetuar comparações entre os mais

distintos materiais. Em geral, para os metais, a dureza implica em uma resistência à

deformação plástica. A definição de dureza como a resistência que o material oferece ao

risco é utilizada pelos mineralogistas como mais uma ferramenta na identificação dos

diversos minerais. Para tanto utiliza-se um método que emprega uma escala à qual

foram atribuídos números de 0 a 10, denominada escala Mohs, e que consiste na

padronização de 10 minerais arranjados na ordem decrescente da capacidade de serem

riscados. Essa escala não é muito adequada para avaliação da dureza de metais, uma

vez que os intervalos não são suficientemente espaçados na faixa de durezas mais altas

e sendo que a maioria das ligas metálicas se encaixa nesta faixa.

Para a avaliação da dureza de materiais metálicos alguns métodos são mais

comumente utilizados dentre os quais podem ser citados: Método Brinell; Vickers,

Rockwell, Meyer, Knoop, Shore, dentre outros.

1.1 Método Brinell

Nascido em 21 de novembro de 1849 e falecido em 17 de novembro de 1925, o

sueco J. A Brinell estudou muitos aspectos do ferro e de sua produção. Seu trabalho mais

importante foi sobre as transformações do aço que ocorrem durante o aquecimento e o

resfriamento.

Suas descobertas sobre o controle de carbono contido nas fases contribuem até

hoje para novas descobertas a respeito de propriedades do aço. Por volta de 1900, este

sueco propôs um método para avaliar a dureza, que consistia na impressão de uma


20 Engenharias

IPUC – PUC Minas

superfície metálica com uma esfera de aço de 10 mm de diâmetro, empregando-se uma

carga de 3000 Kgf. O número de dureza Brinell (HBN) foi, então, expresso pela carga P

dividida pela área superficial da impressão:

2Kgf/mm S

PBHN (1)

Sendo S a área da calota impressa no material:

DhS (2)

Após determinação de uma relação entre o diâmetro da esfera do penetrador (D)

e o diâmetro da projeção da impressão no plano (d), têm-se:

))((

2

22 dDDD

PBHN

(3)

A fim de se obter o mesmo número de dureza Brinell (HBN) com uma carga ou

um diâmetro da esfera variado é necessário produzir impressões geometricamente

similares, o que pode ser alcançado desde que se mantenha o ângulo 2 (fig. 1)

constante. A equação 4 mostra que para se manter o ângulo 2 e o número de dureza

HBN constantes, a carga e o diâmetro da esfera devem variar, mantendo-se a razão

constante:

2

3

3

2

2

2

2

1

1

D

P

D

P

D

P (4)

Alguns inconvenientes são encontrados neste método para avaliação da dureza de

metais ou ligas metálicas. Dentre estes inconvenientes podem ser citados a

impossibilidade de se avaliar a dureza de aços muito duros (temperados, por exemplo),

uma vez que este é o material da esfera do penetrador o que provocaria uma

deformação desta e, portanto, a obtenção de resultados errôneos. Por outro lado, o

tamanho da impressão torna o método inconveniente para pequenos objetos ou partes

de peças que poderão ser criticamente tensionadas, o tornaria a impressão mais um

concentrador de tensões.

Brinell desenvolveu uma relação entre o limite de resistência a tração do material

e o número de dureza HB, para aços e ferros fundidos, definida por:


21 Engenharias

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D/2

d/2 h

P

HBkRT (5)

Onde: k = constante para cada material;

RT = Limite de resistência, Kgf/mm2

Figura 1- Parâmetros básicos num teste Brinell.

1.2 Parte Experimental

1.2.1. Objetivos

Avaliar a dureza de diversos materiais metálicos pelo método Brinell.

Avaliar a resistência mecânica do material, conhecendo-se a sua dureza Brinell.

1.2.2. Materiais

Aços, ligas de cobre (latão e bronze) e liga de alumínio.

1.2.3. Equipamento

Durômetro:__________________________________

Marca:______________________________________

Modelo:_____________________________________


22 Engenharias

IPUC – PUC Minas

1.2.4. Procedimento

Pelo método Brinell podem ser ensaiados materiais com durezas desde HB8 até

HB450. Para materiais mais duros a esfera poderá sofrer uma deformação, tendo

alterações nas suas dimensões cuja grandeza excede a tolerância especificada pela

norma.

Para se obter o mesmo valor de dureza HB, no ensaio de uma mesma amostra,

com esferas de diferentes diâmetros, torna-se necessário manter constante a relação

P/D2 (condição de semelhança geométrica das impressões). Entretanto, na prática, é

impossível conseguir tal invariabilidade. Um ensaio é considerado satisfatório se o

diâmetro da impressão d se mantém em torno de 0,25D < d < 0,5D, qualquer que seja a

carga empregada. Na tabela I são indicados valores adequados de P, D, e d, além do

tempo de aplicação de carga para diferentes metais de uso corrente.

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

Diâmetro D Diâmetro d da Cargas (Kgf)

(mm) impressão (mm) P =

30D2 P = 10D2 P = 5D2 P = 2D2

10

5 2,5

1

2,0 - 6,0

1,0 - 3,0 0,5 - 1,5

0,2 - 0,6

3000

750 187,5

30

1000

250 62,5

10

500

125 31,25

5

200

50 12,5

2

Tempo de aplicação (s) 10 - 30 30 30 - 60 60

Condições de emprego

recomendadas

Aços,

ferros

fundidos, bronzes

especiais

Latões, ligas

de Mg (HB31 - 130)

Cobre, duralumínio,

zinco e suas

ligas

Estanho,

chumbo

1.3. Resultados

Antes da execução dos ensaios de dureza, preencher a tabela a seguir de acordo

com as condições selecionadas para cada material. Os resultados obtidos deverão ser

listados nas linhas e colunas conforme se pede.


23 Engenharias

IPUC – PUC Minas

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

Material

Condições Resultados

Grau

de Carga

Diâmetro

da esfera (mm)

Carga

(Kgf)

Diâmetro

da impressão

Média Dureza

RT

0,36HB (Kgf/mm2)

Aço

comum

Aço

inoxidável

Latão

Bronze

Alumínio

1.4. Bibliografia

1. NBR 6394 - Jul/1981 - Determinação da Dureza Brinell de Materiais Metálicos

2. NBR 6443 - Bloco Padrão para Ensaio de Brinell

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

Blucher, 1974.


24 Engenharias

IPUC – PUC Minas

4. ASTM Standards. Philadelphia: American Society for Testing Materials.

5. Normas da ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas.

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

7. PEDRAZA, BOTREL e SILVA, Tratamentos Térmicos dos Aços - Depto. de

Engenharia Metalúrgica da EE.UFMG - MG – 1979;

1.5. Exercícios Propostos

1) Qual a dureza que mais interessa:

a) ao mineralogista?

b) ao engenheiro mecânico?

2) Ao se ensaiar um aço pelo método Brinell empregou-se uma carga de 750 Kgf e

obteve-se um diâmetro da impressão igual a 2,00 mm. Pergunta-se:

a) Qual o diâmetro da esfera do penetrador utilizado?

b) O ensaio pode ser considerado válido?

c) Qual o valor da dureza HB?

d) Qual a resistência mecânica deste aço?

e) Se a carga empregada fosse de 3000 Kgf, qual deveria ser o diâmetro da esfera do

penetrador a ser utilizada?


25 Engenharias

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d

D

=

MATERIAL

p


ENSAIOS MECÂNICOS - Ensaio de Dureza pelo Método Vickers

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

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

2.1. MÉTODO VICKERS

Este método de ensaio de dureza foi desenvolvido, em 1925, pelos pesquisadores

Smith e Sandland e leva este nome devido a Vickers Armstrong Company Ltda, que

adquiriu os direitos dos autores e fabricou as primeiras máquinas de ensaio. O método

consiste na aplicação de uma carga estática no material através de um penetrador de

diamante na forma de uma pirâmide de base quadrada que possui um ângulo de ataque

de 136 (formado pelas alturas de duas faces opostas). Este ângulo produz valores de

impressões semelhantes à dureza Brinell, porque para d/D = 0,375 (relação ideal no

método Brinell), as tangentes à esfera partindo dos cantos da impressão fazem entre si

exatamente um ângulo de 136, como mostrado na figura 1 (veja anotações em sala).

Quando são utilizadas pequenas cargas o processo recebe o nome de microdureza

Vickers e é muito indicado, de uma forma geral, quando se deseja a determinação da

dureza de constituintes individuais de certa estrutura, ou ainda de materiais frágeis e

peças pequenas ou de pequena espessura.

Figura 2. Ângulo das tangentes à esfera, para a

relação d/D = 0,375 na dureza Brinell.


26 Engenharias

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Como o penetrador de diamante é indeformável, as impressões tornam-se

bastante uniformes independentemente de seu tamanho. A aplicação da carga é feita

através de uma alavanca, sendo mantida sobre a peça durante um tempo mínimo de 30

segundos, após o que esta é retirada. O aparelho para ensaio de dureza é dotado de um

dispositivo óptico de medição (vernier), com uma precisão suficiente (cerca de 1 mícron)

para possibilitar a medição das diagonais da impressão. A medida é feita em duas

posições ortogonais entre si, sendo a diagonal tomada como a média das medidas das

diagonais, conforme mostrado na figura 3.

2

_

21ll

l

Figura 3 - Procedimento para a determinação da diagonal em

uma impressão obtida por penetrador de diamante.

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

2l

P1,8544 = HV (1)

Onde: HV: Número de dureza Vickers em Kgf/mm2

P: Carga nominal do ensaio em Kgf

l: Diagonal média em mm

O método apresenta algumas vantagens em relação a outros métodos de ensaio

de dureza quanto ao seu emprego em trabalhos científicos, a saber:

- Escala contínua.

- Impressões pequenas que não inutilizam a peça.

- Grande precisão de medida.

- Deformação nula do penetrador.

- Existência de apenas uma escala de dureza.

- Aplicação para toda a gama de materiais, os quais apresentam os mais diversos

níveis de dureza.

l1

l2


27 Engenharias

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- Aplicação em qualquer espessura de material, podendo, portanto, medir

também durezas superficiais.

Entretanto, este método de ensaio de dureza exige muito cuidado na preparação

da superfície da amostra de forma a tornar as impressões bastante nítidas. Desta forma,

a preparação do corpo de prova deve ser feita empregando técnicas metalográficas. O

polimento eletrolítico pode ser utilizado para evitar o encruamento do metal na

superfície, o que afetaria o resultado. Este tipo de polimento torna a impressão mais

nítida para a medida das diagonais. É necessário também um polimento mecânico prévio,

de forma a remover algum mícron da camada superficial encruada devida ao corte. A

amostra, usualmente, é embutida em uma resina de baquelite, a fim de tornar o seu

manuseio mais fácil. Na prática são empregadas tabelas previamente calculadas para a

determinação do número de dureza a partir da diagonal média e da carga empregada.

Durante o processo de medição de dureza por penetração, desenvolve-se na

região do material próximo à impressão, um estado complexo de tensões de compressão,

particularmente favorável a obtenção de deformação plástica. Por isto, este processo é

empregado a uma grande gama de materiais, desde os mais dúcteis até os mais frágeis.

Existem certos cuidados em relação aos diversos processos de medição de dureza, os

quais devem ser levados em consideração nos procedimentos de análise.

Abaixo são citados alguns:

A camada superficial deve ser na medida do possível, representativa das

condições em que se encontra o resto do material.

Deverão ser eliminados todos os defeitos superficiais como trincas, riscos,

poros e também manchas.

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

A distância das impressões em relação às bordas da peça deve ser tal de

forma a que a ausência de material nesta região não interfira nos resultados.

As impressões devem manter uma distância entre si, de forma a evitar o efeito

do encruamento, devido à deformação plástica próxima às bordas destas.


28 Engenharias

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2.2. Irregularidades Encontradas nas Impressões Vickers

As irregularidades que podem ocorrer nas impressões Vickers estão apresentadas

na figura 4. Estas anomalias estão relacionadas com possíveis irregularidades de fluxo

que surgem durante a deformação plástica devido ao ensaio, e estão associadas às

características do material. O primeiro caso (figura. 4.b.) ocorre em metais recozidos e

tem origem no afundamento do metal em torno das faces do penetrador, resultando um

valor de L maior que o real. No segundo caso (figura 3.c.) ocorre uma aderência do

material às faces do penetrador, e frequentemente é encontrado em materiais

encruados. A diagonal da impressão medida é menor do que o valor real. Em metais de

grande anisotropia1, obtêm-se impressões de tal forma irregular que torna-se necessário

tomar a média das diagonais medidas ortogonalmente entre si.

Figura 4 - (a) Impressão Vickers perfeita; (b) Impressão defeituosa;

afundamento; (c) Impressão defeituosa; aderência.

2.1.2. Objetivos

Avaliar a dureza de diversos materiais metálicos pelo método Vickers.

Comparar os valores de dureza Vickers para um mesmo material, obtidos a partir de

cargas variadas.

2.1.3. Materiais

Aço comum, aço ferramenta, cobre ou liga de cobre, alumínio ou liga de alumínio.

1 Anisotropia é uma característica que os materiais apresentam de terem suas propriedades alteradas de acordo

com a direção de observação.

l1 l2 l

MATERIAL

l2 < l l1 >l

MATERIAL

(a) (b) (c)


29 Engenharias

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2.1.4. Equipamento

Durômetro Universal de Dureza - Marca:_______________Modelo:_________________

2.2. Procedimento

Conforme procedimentos descritos na Norma ABNT - NBR 6672.

2.3. Resultados

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

Material

Condições Resultados

Carga (Kgf)

Diagonal impressão Dureza

Média (Kgf/mm2)

P1 P2 l (mm) HV1 l (mm) HV2 HV1 HV2

Aço comum

Aço Inoxidável

Aço VC 131

Latão

Bronze

Alumínio


30 Engenharias

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2.4. Bibliografia

1) Norma Brasileira - ABNT NBR 6672 - Jul/1981 - Materiais Metálicos - Determinação

da Dureza Vickers.

2) Norma Brasileira - ABNT NBR 6672 - Tabelas de Valores da Dureza Vickers (HV)

para Materiais Metálicos.

3) SOUZA, S. A. Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos - Fundamentos Teóricos e

Práticos

Ed. Edgard Blucher Ltda - SP - 1982;

4) Princípios de Ciência dos Materiais

Lawrence H. Van Vlack - Ed. Edgard Blucher Ltda - SP - 1970;

5) Princípios de Metalurgia Física

Robert E. Reed - Hill - Ed. Guanabara Dois S.A. - Rio de Janeiro - RJ - 1982;


1) O que garante a condição de independência do valor de dureza Vickers com relação a

carga de ensaio? Explique.

2) Por que cargas muito pequenas podem levar a erros na avaliação da dureza de um

metal?

3) Como se explica a utilização do método Vickers na avaliação da dureza de diversos

materiais?

4) Ao se avaliar a dureza de uma amostra metálica pelo método Vickers empregando-se

uma carga P obteve-se uma diagonal l.

a) Se a carga for triplicada qual será o valor da nova diagonal?

b) Se a carga for duas vezes menor que a inicial, qual será o valor da diagonal?

5) Determine a área superficial de uma impressão Vickers cuja diagonal é L, como função

do ângulo .

6) Cite as irregularidades que podem ocorrer nas impressões Vickers. Comente sobre

cada uma delas.


31 Engenharias

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ENSAIOS MECÂNICOS - Ensaio de Microdureza Dureza Vickers

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

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

3.1 MICRODUREZA VICKERS

Várias das aplicações da dureza Vickers estão voltadas para o ensaio de

microdureza. Este método está associado à determinação da profundidade de superfícies

carbonetadas, temperadas ou que sofreram algum processo de endurecimento

superficial, além da determinação da dureza de constituintes individuais de uma

microestrutura, de materiais frágeis, de peças muito pequenas ou extremamente finas.

As cargas de ensaio são baixas, variando desde algumas gramas até alguns

poucos quilos. Dois penetradores são empregados, caracterizando assim dois tipos de

microdureza: A microdureza Vickers emprega a mesma técnica do processo de dureza

Vickers e a microdureza Knoop utiliza um penetrador na forma apresentada na figura 5.

(a) (b) (c)

Figura 5 - a) Comparação entre os tamanhos das impressões Knoop e Vickers para uma

mesma carga; b) Detalhe de uma impressão Knoop; c) Penetrador Knoop

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

O corpo de prova deve ser preparado por técnicas metalográficas, uma vez que

face as pequenas cargas empregadas no ensaio, quaisquer irregularidades superficiais

(riscos, carepas, pontos de oxidação, etc) podem levar a resultados errôneos. O

polimento eletrolítico evita o efeito do encruamento superficial muitas vezes ocorrente

172 o 30`

130o


32 Engenharias

IPUC – PUC Minas

nos processos usuais de preparação metalográfica. Um método muito utilizado para

peças pequenas consiste em fazer um embutimento desta com uma resina epoxi ou

baquelite, o que facilita o manuseio.

Para cargas muito baixas (em geral menores do que 300 gf), além de produzirem

impressões muito pequenas, o efeito da recuperação elástica é grande em relação a

deformação plástica provocada, o que também pode ser uma fonte de erro. Torna-se

então, comum realizar uma pesquisa da carga ideal para se ensaiar determinado

material. Em virtude disto, verifica-se que as dureza Knoop e Vickers aumentam quando

a carga diminui conforme mostrado na figura 6.

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

Face ao formato do penetrador Knoop, este tipo de microdureza é mais sensível à

orientação da superfície da amostra (anisotropia).

O tempo de manutenção da carga deve ser por volta de 18 a 30 segundos e a

velocidade de aplicação da carga deve estar entre 1 e 20 m/segundo. Velocidades

maiores dão valores de dureza mais baixos.

Erros maiores nas medidas de microdureza são ocasionados por erros nas medidas das

diagonais (devido ao seu pequeno tamanho quando são empregadas cargas muito

pequenas).

0

200

400

600

800

1000

1200

0 200 400 600 800 1000

Carga (gf)

HV

H

K

Seqüência1

Seqüência2

HV

HK


33 Engenharias

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3.1.2 Objetivos

Avaliar o perfil de microdureza da camada superficial de uma engrenagem pelo

método Vickers.

3.1.3 Material

Engrenagem de aço, cementada superficialmente e temperada.

3.1.4 Equipamento

Durômetro Universal de Dureza - Marca:________________ Modelo:________________

Condições de ensaio: Carga_____________________ Ampliação ___________________

3.2 Procedimento

Conforme procedimentos descritos na Norma ABNT - NBR 6672. As medidas das

diagonais serão feitas através do micrômetro óptico ou vernier, cujo desenho

esquemático é apresentado na figura 7.

Figura 7 - Micrômetro óptico para medição das diagonais da

impressão no método de microdureza Vickers.


34 Engenharias

IPUC – PUC Minas

3.3 Resultados

Tabela IV - Valores de dureza microdureza Vickers obtidos ao longo da camada de uma peça

que sofreu cementação e têmpera.

Distância

(mm)

Diagonal (mm)

HV Distância

(mm) Diagonal

(mm) HV

0 3,3

0,3 3,6

0,6 3,9

0,9 4,2

1,2 4,5

1,5 4,8

1,8 5,1

2,1 5,4

2,4 5,7

2,7 6,0

3,0 6,3

3.4 Bibliografia

1) Norma Brasileira - ABNT NBR 6672 - Jul/1981 - Materiais Metálicos - Determinação da

Dureza Vickers

2) Norma Brasileira - ABNT NBR 6672 - Tabelas de Valores da Dureza Vickers (HV) Para

Materiais Metálicos

3) Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos - Fundamentos Teóricos e Práticos

Sérgio Augusto de Souza - Ed. Edgard Blucher Ltda - SP - 1982;

3.5 Exercícios Propostos

1) Faça um gráfico representativo do perfil de microdureza da camada superficial da

engrenagem.

2) Qual a espessura aproximada desta camada?

3) Como podem ser explicadas as variações de dureza ao longo da camada?

4) Quais as causas de erro no método de ensaio de microdureza?

5) Faça uma pequena pesquisa sobre cementação.


35 Engenharias

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ENSAIOS MECÂNICOS - Ensaio de Dureza pelo Método

Rockwell

NBR NM 146 -1 - Materiais metálicos - Dureza Rockwell Parte 1: Medição da dureza

Rockwell (escalas A, B, C, D, E, F, G,H e K) e Rockwell superficial (escala

15N,30N,45N,15T,30T e 45T) - Dez/1998

4.1 DUREZA ROCKWELL

Este método de ensaio de dureza foi desenvolvido em 1922 por Rockwell, e por

apresentar certas vantagens, tem grande emprego a nível internacional. Tecnicamente, o

ensaio elimina o tempo necessário para a medida de qualquer dimensão da impressão,

uma vez que a dureza é lida diretamente numa escala, previamente preparada em

função da profundidade de penetração. O ensaio é por isto mais rápido e isento de erros

pessoais. A rapidez do ensaio torna-o propício tanto para uso em linhas de produção

quanto para uso em laboratório.

Existem dois tipos de dureza Rockwell que diferem entre si pela pré-carga

empregada. A dureza Rockwell normal, que emprega uma pré-carga de 10 Kg, e a

dureza Rockwell superficial, que utiliza uma pré-carga de 3 Kg. Estes tipos de dureza têm

aplicações específicas, sendo o primeiro mais aplicado ao controle e verificação de

tratamentos térmicos, e o segundo mais apropriado ao controle de tratamentos térmicos

superficiais.

O ensaio é baseado na profundidade de penetração de uma ponta sobre um

material, quando esta é submetida a uma carga nominal, proveniente da soma de uma

pré-carga e uma carga maior (após recuperação elástica devido à retirada da carga

maior). Os penetradores utilizados são do tipo esférico (esfera de aço temperado) ou

cônico (cone Brale, com uma conicidade de 120o). A pré-carga (carga menor) é utilizada

para fixar a amostra e serve como referencia inicial para o ensaio. A seguir uma carga

maior é então adicionada completando a carga nominal do ensaio. A leitura do número

de dureza é lida diretamente no relógio após a retirada da carga maior. A figura 8 ilustra

a sequência de etapas do método.


36 Engenharias

IPUC – PUC Minas

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

O método de ensaio de dureza Rockwell emprega várias escalas que são

independentes entre si. Cada escala é obtida em função da pré-carga, carga nominal e

do tipo de penetrador empregados. O relógio indica o número de dureza por analogia

com a profundidade que a ponta penetra no material. Um número alto de dureza

corresponde a uma pequena profundidade de penetração e vice-verso. Os manuais de

operação das máquinas de ensaio são fornecidos pelos fabricantes e indicam como

efetuar a medida em cada escala. Além disto, tabelas de aplicação do método podem ser

facilmente localizadas nos manuais.

A tabela V apresenta as condições que determinam as escalas do método normal.

O método superficial é mais comumente empregado para em corpos de prova de

pequena espessura, como lâminas, e materiais que sofreram algum tratamento

superficial, como cementação, nitretação e etc.

2575

0

50

8020

15

105

WILSON85

70

65

6055 45

40

35

30

90

95

2575

0

50

8020

15

105

WILSON85

70

65

6055 45

40

35

30

90

95

2575

0

50

8020

15

105

WILSON85

70

65

6055 45

40

35

30

90

95

P0

P1

P0 P0

P1 P1

h0 h h1

PEÇA PEÇA PEÇA

Pré carga, relógio em “0”

Carga total

P0 + P1

Retirar a carga e fazer a leitura


37 Engenharias

IPUC – PUC Minas

Tabela V -. Escalas de dureza Rockwell normal.

Escala Penetrador Carga (Kgf)

Posição da escala no relógio

Aplicações

B Esfera 1/16” 100 Interna Ligas de cobre, aços moles, ligas

de alumínio, etc.

C Cone Brale 150 Externa Aço duro, perlítico, etc.

A Cone Brale 60 Externa Aços finos e aços endurecidos

superficialmente.

D Cone Brale 100 Externa Aços com características entre os

dois citados acima.

E Esfera 1/8” 100 Interna Ligas de Al e Mg, metais para

mancais.

F Esfera 1/16” 60 Interna Ligas de cobre recozidas e chapas

finas de metais moles.

G Esfera 1/16” 150 Interna Liga Cu-Ni-Zn

H Esfera 1/8” 60 Interna Alumínio, zinco, chumbo.

K Esfera 1/8” 150 Interna

Metais para mancais e outros

metais muito moles ou finos.

L Esfera 1/4” 60 Interna

M Esfera 1/4” 100 Interna

P Esfera 1/4” 150 Interna

R Esfera 1/2” 60 Interna

S Esfera 1/2” 100 Interna

V Esfera 1/2” 150 Interna

A tabela VI, a seguir, mostra as escalas do método Rockwell superficial que utiliza

pré-carga de 3 kgf.

Tabela VI - Escalas superficiais do método Rockwell.

Carga

(Kgf) Penetrador Escala Aplicação

15 15 N

30 Cone Brale 30 N Metais similares aos usados pelas escala A, C e D

45 45 N

15 15 T

30 Esfera 1/16” 30 T Metais similares aos usados pelas escala B, F e G

45 45 T

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

a) Para penetrador de diamante

)100(001,0 lSuperficia

)100(002,0 Normal

HRhHR

HRhHR


38 Engenharias

IPUC – PUC Minas

b) Para penetrador esférico

)100(001,0 lsuperficia

)130(002,0 comum

HRhHR

HRhHR

Figura 9 - Durômetro Rockwell instalado no laboratório de Materiais de Construção Mecânica do

departamento de Engenharia Mecânica da Pontifícia Universidade católica de Minas

Gerais – PUC MG.

4.1.1 Objetivos

Avaliar a dureza de metais pelo método Rockwell.

Executar verificações empregando padrões de dureza.

4.1.2 Material

Aços, latão, bronze e liga de alumínio.


39 Engenharias

IPUC – PUC Minas

4.1.3. Equipamento

Durômetro _________________Marca:____________________Modelo:________________

Condições de ensaio: Penetrador___________________Carga_____________________

4.2 Procedimento


4.3 Resultados

Tabela VII – Dados obtidos no ensaio de dureza Rockwell.

4.4 Bibliografia

1) Norma Brasileira - ABNT NBR 6671 - Jul/1981 - Materiais Metálicos -

Determinação da Dureza Rockwell

2) SOUZA, Sérgio Augusto de. Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos -

Fundamentos Teóricos e Práticos - Ed. Edgard Blucher Ltda - SP - 1982;

Material Carga

(kgf) Dureza Média Material

Carga

(kgf) Dureza Média

Aço comum

Bronze

Aço VC 131

Alumínio

Ferro Fundido

Latão


40 Engenharias

IPUC – PUC Minas

4.5 Exercícios Propostos

1) Cite algumas vantagens da utilização do método Rockwell em relação aos

métodos anteriores.

2) Como deve ser o procedimento para a escolha da escala adequada no método

Rockwell.


41 Engenharias

IPUC – PUC Minas

5a PRÁTICA DE LABORATÓRIO

Ensaios Mecânicos - O ENSAIO DE TRAÇÃO

DEM - IPUC - Prof. Ubirajara Domingos de Castro

NBR 6152 - Jul/1981 - Materiais Metálicos - Determinação das Propriedades Mecânicas à Tração.

5.1. O ENSAIO DE TRAÇÃO

O ensaio de tração possui grande facilidade de execução e reprodutibilidade de

resultados. Além disso, o carregamento a tração é a solicitação estática mais severa, à qual um

material pode estar submetido. Estes fatores tornam fazem com que este ensaio seja um dos

mais importantes na avaliação das propriedades mecânicas dos materiais. Consiste em

submeter um corpo de prova de dimensões padronizadas do material a um esforço definido

por cargas uniaxiais de mesma direção e de sentidos contrários. O corpo de prova tem o seu

comprimento alongado até que ocorra a ruptura.

As deformações ocorridas no material podem ser notadas de forma uniforme ao longo

do comprimento útil até que seja atingida a carga máxima. Esta uniformidade de deformação

permite obter valores característicos da curva tensão-deformação convencional diretamente

pelo registro gráfico do ensaio. Este, geralmente, é feito a baixa velocidade de aplicação de

carga, sendo classificado como um ensaio estático. Amostras do material são usinadas com

dimensões padronizadas pelas várias associações de normas técnicas (ASTM, ISO, ABNT,

DIN, dentre outras), denominadas corpos de prova (ver figura 1), facilitando a comparação de

resultados.

De acordo com a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) o comprimento

mínimo do corpo de prova padrão está associado ao seu comprimento pela seguinte relação:

A k So (1)

Onde, k = 5,65

Figura 10 - Aspecto do corpo de prova para o ensaio de tração.

Cabeça Parte útil

A

R

B


42 Engenharias

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Os corpos de prova apresentam um trecho, denominado de parte útil, com a seção

tranversal menor de forma a garantir que a deformação aconteça somente nesta região. O

aumento da seção nas extremidades dos corpos de prova permite sua fixação nas garras da

máquina de forma a prevenir a ruptura nestes locais. Com a aplicação da carga (F) a barra

sofre uma deformação (e), definida pela variação do comprimento (L). Desta forma, obtém-

se, concomitantemente com o ensaio, uma curva de Carga/Alongamento. A figura 11 mostra

esta curva com dados obtidos no ensaio hipotético do corpo de prova cilíndrico apresentado.

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

ensaio de tração.

De posse dos valores de carga (Kgf) e alongamento (mm) obtidos, concomitantemente

com o ensaio de tração, pode-se esquematizar a curva de tensão convencional ou de

engenharia (Mpa) versus a deformação convencional (mm/mm). Esta curva está representada

na figura 12. As equações 2 e 3 representam as relações entre a carga e a tensão convencional,

bem como entre o alongamento e a deformação convencional.

0S

F (2)

Onde: Fi = carga instatânea

S0 = área inicial

50 10

0

50

100

150

200

250

0 1 2 3 4 5

Alongamento (mm)

Ca

rga

(K

gf)


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00

0f

l

l

l

lle

(3)

Onde: Fi = carga instatânea

S0 = área inicial

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

As equações 4 e 5 representam as relações entre a carga e a tensão verdadeira, bem

como entre o alongamento (l) e a deformação verdadeira ().

i

iv

S

F (4)

Onde: v= tensão verdadeira

Fi = carga instantâneo. Si = área instatânea

0

f

l

lln (5)

Onde: = deformação verdadeira

l0 = área comprimento inicial; lf = comprimento final

0

5

10

15

20

25

30

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1

Te

ns

ão

(M

Pa

)

Deformação (mm/mm)


44 Engenharias

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A figura 13 mostra a curva tensão verdadeira (MPa) versus a deformação verdadeira

(mm/mm), traçada a partir de dados obtidos do ensaio anterior. Nota-se o crescimento

contínuo da tensão verdadeira até a ruptura do corpo de prova. Isto ocorre, face à redução da

seção real a partir do ponto de carga máxima (deformação não uniforme).

Figura 13. – Curva tensão/deformação verdadeiras.

Os diagramas das figuras 12 e 13 mostram que, inicialmente, a curva é linear e a

relação entre a tensão () e a deformação (e) é definida pela equação 6.

(lei de Hooke) eE (6)

Onde: = tensão convencional

E = módulo de elasticidade ou módulo de Young

e = Deformação convencional

O regime de deformação definido nesta região é o elástico e sua principal

característica é que o corpo de prova tem a capacidade de as suas dimensões iniciais se o

esforço aplicado for retirado.

A parte parabólica da curva define o regime de deformação plástica. Este regime se

inicia quando a carga aplicada atinge um valor correspondente ao limite de escoamento do

material sendo analisado. Neste ponto ocorre uma transição no regime de deformação, e a

partir daí, o material não mais recupera as suas dimensões originais quando a solicitação é

-2

3

8

13

18

23

28

33

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1

Deformação verdadeira (mm/mm)

Ten

sã

o V

erd

ad

eir

a (

MP

a)


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retirada. Esta região caracteriza-se por um aumento significativo na dureza. devido à

deformação a frio. denominado encruamento.

Usualmente, o ensaio de tração permite a determinação das seguintes características do

material:

Tensão no limite de escoamento (e): É a tensão que delimita a transição entre os

regimes de deformação elástica e plástica. O limite de escoamento pode ocorrer de

duas formas.

Na primeira, ocorre um patamar de escoamento na região de transição e neste caso é

denominado de limite de escoamento definido, ocorrendo para aços de baixo teor de

carbono e macios (no estado recozido), conforme figura 14.

Figura 14. – Curva de tração apresentando um patamar de escoamento.

Geralmente, o fenômeno do escoamento definido é observado em aços que

sofrerão tratamentos mecânicos a quente (temperaturas de trabalho acima de metade

da temperatura absoluta de fusão do material). Neste caso, ocorre um fenômeno

denominado evelhecimento dinâmico (interação entre átomos de solutos, de carbono

e nitrogênio, e deslocações) simultaneamente com a deformação. Durante a

ocorrência do patamar de escoamento, observam-se regiões de deformação

localizadas, que vão cobrindo toda a parte útil do corpo de prova. Durante a

formação súbita de uma banda de deformação. Esta cessa em toda a parte útil do

corpo de prova e concentra-se exclusivamente na banda. Desta forma, quanto maior a

0

50

100

150

200

250

0 1 2 3 4 5 6

Carg

a (

Kg

f)

Alongamento (mm/mm)

Patamar de

escoamento


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F

F

Região

deformada

Direção de

movimento da

Banda de Lüders

Região não-

deformada

Banda de

Lüders

deformação nesta banda, maior será a variação de tensão (como mostrado na

figura 15, que explicita o trecho da curva da figura 14 onde ocorre o patamar de

escoamento.

Figura 15. – Heterogeneidade de deformação durante o patamar de escoamento.

À medida que a região deformada vai aumentando, tem-se uma região

deformada, uma outra não-deformada e uma região de transição denominada Banda

de Lüders. A deformação passa a ocorrer somente na região de transição. A figura 16

mostra o fenômeno e indica o patamar de escoamento.

Figura 16 - Ocorrência de banda de

Lüders em corpos de prova de tração.

0

50

100

150

200

0 0,5 1 1,5 2

Deformação (e)

Te

ns

ão

(M

Pa

)

Bandas de

Lüders


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0

5

10

15

20

25

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

Deformação (%)

Ten

são

(M

Pa)

r r'

r // r'

0,2

0,2

A segunda forma do limite de escoamento não aparece tão explicitamente no gráfico

quanto à primeira. Neste caso, ele é definido como a relação entre a carga, necessária

para promover uma deformação de x%, e a área inicial do corpo de prova. O valor de

x é específico para cada material. Para aços, por exemplo, é especificado um valor de

para x = 0,2%. A figura 17 mostra um detalhe da figura 12 e ilustra o procedimento

para a determinação do limite de escoamento a x% de deformação, considerando que

o corpo de prova ensaiado era de aço.

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

Tensão no limite de resistência (RT): é a máxima tensão que o material suporta.

Neste ponto, surge no material um fenômeno denominado de estricção, definido por

uma deformação localizada. A deformação é uniforme (eu) e o volume permanece

constante até este ponto. A partir daí, a deformação passa a ser não uniforme (eu) e

não há mais constância de volume. O limite de resistência é definido pela carga

máxima, dividida pela área inicial da seção transversal do corpo de prova.

Resiliência: Capacidade de um material absorver energia quando deformado

elasticamente e liberá-la quando descarregado.

Tenacidade: É a capacidade de um material absorver energia na região plástica até a

ruptura. Pode ser determinada através do cálculo da área total sob a curva tensão-

deformação.


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Ductilidade: Dois parâmetros são utilizados para avaliar a ductilidade do material.

Ambos avaliam a quantidade total de deformação que o material pode suportar até a

ruptura. São eles:

1. Alongamento percentual após ruptura (A%): É a deformação linear total que o

material suporta até a ruptura do corpo de prova. Define-se como a relação percentual

entre a variação no comprimento após ruptura (l) e o comprimento inicial (l0). A

equação 7 representa esta relação.

100100(%)00

0x

l

lx

l

llA

f

(7)

A melhor maneira de se medir o comprimento final (lf) é dividir o comprimento útil

inicial do corpo de prova em partes iguais, por meio de pequenos riscos transversais.

Se a ruptura ocorrer no meio da parte útil, ou próximo dele, juntam-se as partes,

contam-se n/2 divisões de cada lado e mede-se o comprimento final (lf) (figura 16b).

Caso a ruptura ocorra próximo de um dos terços médios da parte útil, de modo a não

ser possível a contagem de n/2 divisões de um dos lados, acrescenta-se ao

comprimento de n/2 divisões do lado oposto, o número de divisões que faltar para

completar as divisões do lado mais curto. O comprimento final (lf) é a soma do

número total de divisões obtidas (l’) mais o comprimento dado pelo número de

divisões adicionais juntadas do lado mais longo (l’’) (figura 16c).

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

df

(b

)

Lf = 10

divisões

df

(c)

5 div.

2 div. 3 div.

l’ l’’

d0 B

(a)

l0 = 10 divisões


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Uma outra forma de medir o alongamento percentual após ruptura é através do registro

gráfico do ensaio (figura 17). O alongamento l’ é obtido pela interseção de uma reta

(r’), paralela à reta (r) representativa do regime elástico, com o eixo do alongamento

(mm). O valor de l é calculado, dividindo-se o valor de l’ pela ampliação utilizada.

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

Figura 19 - Avaliação gráfica do alongamento percentual após ruptura.

ampliação

'll

(8)

2. Redução percentual de área ou estricção (Z%): É a relação percentual entre a

variação da área da seção transversal útil do corpo de prova após a fratura (S)e a área

inicial (So). A figura 16 ilustra a medição do diâmetro final após ruptura e a equação 9

é utilizada para a determinação da redução percentual de área.

100100(%)00

0x

S

Sx

S

SSZ

f

(9)

5.2. Parte Experimental

5.2.1. Objetivos

Avaliar as propriedades mecânicas no ensaio de tração de aços;

Avaliar o efeito do tratamento mecânico nas propriedades mecânicas do aço.

0

50

100

150

200

250

0 1 2 3 4 5

Alongamento (mm)

Ca

rga

(K

gf)

l’

ruptura

(x ampliação)

l0

d0

l

lf

df

antes depois

r r'

r'//r


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5.2.2. Materiais

02 corpos de prova de aço ABNT 1020.

Cp1: cabeça clara (laminado a frio);

Cp2: cabeça escura (laminado a quente).

5.2.3. Equipamento

Máquina ___________________Marca:_______________________Modelo:_____________

Condições de ensaio: Carga_______________________Ampliação_____________________

5.2.4. Procedimento


5.3. Resultados

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

Cp

Dureza d0

(mm)

S0

(mm)

RT

(Kgf/mm2)

Fmáx.

(KN)

HRB HB

10/3000

1

2

ObS.:Escala da máquina (F.E.) 0,35xHBxS0 (relação de Brinell)

Tabela IX. – Propriedades avaliadas no ensaio de tração de cps. de aço ABNT 1045.

Cp S0

(mm2)

Carga

(KN)

Escoamento RT

Alongamento Estricção

definido (Mpa) 0,2% (Mpa) lf

(mm)

A(%)

df

(mm) Z(%)

1

2


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5.4. Bibliografia

1) SILVA, E. M. de P. e. at all, Fundamentos de Ensaios Mecânicos de Metais, Editado pro

Prof. José M. de Godoy, com o auxílio do Conselho Nacional de Desenvolvimento

Científico e Tecnológico (CNPq), UFMG, depto. De Engenharia Metalúrgica, Belo

Horizonte, 1980.

2) Norma Brasileira - ABNT NBR 6152 - Jul/1981 - Materiais Metálicos - Determinação das

Propriedades à tração.

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

1974.

4) DIETER, G.E., Mechanical Metallurgy. Tokyo, 2a Ed., McGraw-Hill, 1976.


1) Resultados de um ensaio de tração para um aço 0,5% C e para um latão 70 - 30

forneceram os seguintes resultados:

Material Tu (PSI) eu (%)

Aço 44800 30

Latão 56000 50

.

Considerando que a relação entre T e e é dada pela equação T = ken (equação de

Hollomon) e sendo Tu , eu tomados no ponto de carga máxima do ensaio, calcular os

valores de K e n para ambos os materiais.

2) Mostrar que o limite de resistência (RT) para um material que obedece à lei = ken é dado

por:

n

nk

RT

71,2

onde 2,71 é a base do sistema de logaritmos naturais.

3) Faça uma pesquisa e sobre a ocorrência do patamar de escoamento no ensaio do corpo de

prova recozido.


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4) Uma barra de aço tem um diâmetro de 22,00 mm. Desenhe um corpo de prova padrão a ser

usinado a partir desta barra, indicando as medidas essenciais.

5) A partir da curva de Carga versus Alongamento obtida e do alongamento após ruptura

medido nos corpos de prova, pede-se determinar a ampliação média utilizada nos ensaios.


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O Exame Metalográfico


NBR 8653 – Metalografia e tratamentos térmicos e termoquímicos das ligas ferro-carbono

- Terminologia -

NBR 8108 - Ataque com reativos metalográficos em ligas ferrosas. Jul/1983

6. Introdução

A metalografia é um dos principais ramos da metalurgia física e busca estudar a

constituição, a estrutura e a textura dos metais. O exame metalográfico encara o metal sob o

ponto de vista de sua estrutura, procurando relacioná-la às suas propriedades físicas,

composição, processo de fabricação, etc., de modo a poder esclarecer, ou prever seu

comportamento numa determinada aplicação. A observação das estruturas metálicas sob

aumentos convenientes é de importância considerável tanto para os estudantes, engenheiros,

como para os pesquisadores. É necessário ressaltar que tão-somente a análise química não

permite tecer considerações satisfatórias sobre as propriedades físicas de uma liga metálica

(mecânicas, elétricas, magnéticas, etc.) e que a metalografia preenche, pelo menos em grande

parte, essa lacuna. O conhecimento da história dos produtos fundidos, dos processos de

elaboração das ligas e dos tratamentos térmicos e mecânicos a que foram submetidas serão

necessários para desvendar a causa dos incidentes de fabricação e julgar as qualidades

técnicas dos produtos obtidos. A metalografia é, hoje, uma ferramenta de suma importância

na busca de soluções para problemas e da durabilidade de componentes metálicos quando

submetidos às condições de serviço, que, a cada dia, tornam-se mais severas. Esta técnica traz

informações acerca da causa dos defeitos, objetivando uma melhoria tecnológica ou de

desenvolvimento científico do produto. O exame metalográfico pode ser feito à vista

desarmada ou no máximo com o auxílio de uma lupa (exame macrográfico) ou com o auxílio

de um microscópio (exame micrográfico). Esses exames são feitos em secções do material,

polidas e atacadas com reativos adequados. Em síntese, o exame metalográfico fornece dados

sobre como o material e peça foram feitos e também sobre sua homogeneidade.


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6.1. Histórico da Peça a Ser Investigada

Quando um material ou peça é entregue ao laboratório a fim de ser examinado para

esclarecimento de alguma questão, o encarregado de estudar o assunto precisa, antes de mais

nada, tomar providências no sentido de inteirar-se bem do que se deseja investigar. Uma vez

ciente do que se trata e admitida a viabilidade do que é solicitado fazer, o técnico fará uma

verificação do material entregue e se as informações prestadas são suficientes para poder

delinear e executar o programa de ensaios que o caso requeira. Esse trabalho preliminar de

obtenção de informações se impõe na maioria dos casos, pois raras vezes o histórico do que se

pretender estudar é relatado espontaneamente e com clareza. Outras vezes o material é

enviado ao laboratório apenas acompanhado de um pedido para que sejam executados

determinados ensaios sem maiores esclarecimentos. Se o interessado não especificar as

regiões da peça onde os ensaios devem ser realizados, ou pelo menos para que fins se

destinam, o técnico não deve dar início a qualquer procedimento de ensaio, sem antes discutir

recolher estas informações.

6.2. O Exame Macrográfico

A macrografia consiste no exame do aspecto de uma peça ou amostra metálica,

segundo uma seção plana devidamente polida e, em geral, atacada por um reativo apropriado.

A palavra macrografia também é empregada para designar os documentos que reproduzem a

macroestrutura, em tamanho natural ou com aumento máximo de 10 vezes.Pela macrografia

obtém-se informações de caráter geral, tais como: um aspecto de conjunto sobre a

homogeneidade do material da peça, a distribuição e quantidade de certas impurezas,

processos de fabricação, etc.

6.2.1. Preparação dos corpos de prova para macrografia

1. Escolha e localização da seção a ser estudada: Alguns critérios para esta escolha serão

definidos pela forma da seguir exemplifica a escolha de uma seção mais apropriada

para o estudo.


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

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

a natureza do material: aço, ferro pudlado;

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

segregação;

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

a existência de restos de vazio;

se a peça sofreu cementação, a profundidade e regularidade desta ou a profundidade

da têmpera;

se um tubo é inteiriço, caldeado ou soldado;

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

no caso de ferramentas de corte caldeadas, a espessura e regularidade das camadas

caldeadas (secção perpendicular ao gume);

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

Um corte longitudinal será preferível quando se quer verificar:

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

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

eventuais defeitos nas proximidades de fraturas;

a extensão de tratamentos térmicos superficiais, etc

2. Realização de uma superfície plana e polida no lugar escolhido: A obtenção da

superfície compreende três etapas: a do corte ou do desbaste, a do lixamento e a do

polimento. A etapa do corte é feita com serra ou com cortador de disco abrasivo do tipo

"cut-off" e localiza a superfície a examinar. Quando o corte não é viável, recorre-se ao

desbaste que é praticado com o esmeril comum ou com auxílio da plaina até atingir a

região que interessa. Por meio de uma lixadeira mecânica termina-se esta primeira etapa,

finda a qual, ter-se-à uma superfície plana, bem retificada e com a orientação desejada.

a

a

b

b

a-a b-b


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Todas essas operações deverão ser levadas a cabo com a devida cautela, de modo a evitar

encruamentos locais excessivos (figura 21), bem como aquecimentos a temperaturas acima

de 100ºC em peças temperadas, fenômenos que seriam mais tarde postos em evidência

pelo ataque, perturbando a interpretação da imagem. O lixamento é iniciado sobre lixa, em

direção normal aos riscos já existentes, e é levado até o completo desaparecimento destes.

Figura 21-Deformação da superfície do material durante o processo de desbaste.

Após o lixamento inicial em lixa grossa, é utilizada uma lixa mais fina seguinte, mudando

de 90 graus a orientação do lixamento e continuando-o igualmente até terem

desaparecido todos os riscos da lixa anterior, e assim por diante até a lixa mais fina (600#

a 1200#, dependendo do caso). A figura abaixo ilustra esta operação.

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

Com a superfície nesse estado já se notam, por vezes, algumas particularidades como:

restos do vazio, trincas, grandes inclusões, porosidades, falhas em soldas, etc., mas é

120

(a)

620

(c)

1000

(e)

1000

(d) 320

(b)

90o

Direção

de

lixamento Ponto de referência

Etapa (e): lixamento planetário

a

b

c

a: região de intensa deformação (ferramenta de desbaste)

b: região de média deformação (ferramenta de acabamento)

c: região sem deformação (núcleo do metal)


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indispensável proceder-se a um ataque com reativos químicos para por em evidência outras

heterogeneidades, não visíveis apenas apenas no lixamento.

3. Ataque desta superfície por um reagente químico adequado: Quando uma superfície polida

é submetida uniformemente a ação de um reativo, acontece, quase sempre, que certas regiões

são atacadas com maior intensidade do que outras. Esta diferença de atacabilidade provém

habitualmente de duas causas principais; diversidade de composição química ou de estrutura

cristalina. A imagem assim obtida constitui o "aspecto macrográfico" do material.

Figura 23- Aspectos macrográficos diversos decorrentes da posição do corte em relação

a barra original de que foram estampadas essas porcas. Ataque: iodo. 1,5 X.

O ataque da superfície por reativo adequado pode ser obtido de três modos:

- ataque por imersão, mergulhando a superfície polida numa cuba contendo certo volume de

reagente;

- ataque por aplicação, estendendo uma camada de reativo sobre a seção em estudo com o

auxílio de um pincel ou chumaço de algodão e regularizando-o se for preciso; (a figura 3

ilustra o resultado destes tipos de ataques);

- ataque pelo método de Baumann, de impressão direta, lançando mão de um papel

fotográfico, umedecido com um reagente apropriado, aplicando-o sobre a superfície polida,

e obtendo sobre ele um decalque da maneira como se encontram distribuídos os sulfuretos.

Vários são os reativos empregados no exame macrográfico. Estes reativos são prepardos a

partir de reagentes químicos p.a. (para análise) de alta pureza.

Para o ataque químico são empregados reagentes que são soluções aquosas ou

alcóolicas de ácidos, bases e sais, bem como sais fundidos ou vapores. As condições de

ataque, tais como composição químicq, temperatura e tempo, podem ser variadas para atingir

as mais diversas finalidades de contraste.


58 Engenharias

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Figura 24 - O trilho da figura rompeu em serviço e a

fratura acompanhou o contorno da zona segregada.

Ataque: iodo

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

Baumann2.

Figura 25 - Impressão de Baumann da peça da figura anterior. (Metalografia dos

Produtos Siderúrgicos Comuns – Vicente Chiaverini)

Vários são os reativos empregados no exame macrográfico. Estes reativos são

preparados a partir de reagentes químicos para análise (p.a.) de alta pureza. Para o ataque

químico são empregados reagentes que são soluções aquosas ou alcoólicas de ácidos, bases e

sais, bem como sais fundidos ou vapores. As condições de ataque, tais como composição

2 Impressão de Baumann:


59 Engenharias

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química, temperatura e tempo, podem ser variadas para atingir as mais diversas finalidades de

contraste.

Os reativos mais comuns são:

- reativo de iodo: iodo sublimado 110g, iodeto de potássio 120g, água 100ml;

- reativo de ácido sulfúrico: ácido sulfúrico 120ml, água 1100ml;

- reativo de Heyn: cloreto cupro-amoniacal 110g, água 1120g;

- reativo de ácido clorídrico: ácido clorídrico 150ml, água150ml;

- reativo de Fry: ácido clorídrico 1120ml, água destilada 1100ml, cloreto cúprico 190ml.

6.2.2. Exame e Interpretação de Macrografias

O que macrograficamente se pode constatar, em conseqüência da ação do reativo,

resulta do contraste que se estabelece entre as áreas de composição química diferente ou entre

as de cristalização diferente. O contraste decorre do fato de certas regiões escurecerem muito

mais do que outras.

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

6.3. O Exame Micrográfico

De uma forma geral, a matéria é composta de átomos. Quando os átomos estão

agrupados de uma forma desorganizada em um material este é dito amorfo. Portanto em uma

substância amorfa, a forma na qual os átomos estão arranjados (estrutura atômica) não é

definida. Isto influencia suas propriedades físicas e faz com que estas permaneçam constantes

independentemente da direção de observação (material isotrópico).


60 Engenharias

IPUC – PUC Minas

Outros corpos, como os metais, apresentam seus átomos agrupados de forma bem

organizada e definida. Nestes materiais, as propriedades físicas variam de acordo com a

direção de observação. Estes corpos são ditos anisotrópicos.

Todos os metais e ligas metálicas, independentemente do modo de fabricação ou

trabalho mecânico ao qual foram submetidos, possuem, no estado sólido, uma estrutura

cristalina bem definida. O estudo dos metais e ligas metálicas, com auxílio de microscópio,

busca a determinação de seus constituintes e a avaliação de sua textura. Este estudo também é

feito em superfícies polidas e, em geral, atacadas por um reativo adequado. Convém

esclarecer que os metais, de um modo geral, são agregados cristalinos cujos cristais

(perfeitamente justapostos e unidos) tanto podem ser quimicamente idênticos, como de

composição química diferente. Esses cristais chamam-se geralmente grãos em virtude de sua

conformação, mas quando apresentam formas ou aspectos particulares, podem chamar-se

nódulos, veios, agulhas, glóbulos, etc. Estes elementos podem ser observados nas figuras 27,

28, 29 e 30.

Figura 27 - Diferença brusca de granulação em

aço extradoce posta em evidência pelo ataque

com reativo de ácido nítrico seguido de um

ataque por oxidação. 50 x.

Figura 28 - Encruamento intenso por

martelamento a frio, de um aço meio duro.

Grãos fortemente deformados.

Ataque: nítrico. 200x.


61 Engenharias

IPUC – PUC Minas

Figura 29- Aspecto comum de aço meio duro,

moldado no estado bruto de fusão. Ataque:

nítrico. 75 x (Metalografia dos Produtos .

Com o auxílio da técnica apropriada consegue-se tornar visível a textura microscópica

do material, pondo assim em evidência os diversos grãos de que é formado, bem como os

constituintes presentes. A figura 30 mostra a micrografia de um aço hipoeutetóide, onde grãos

de perlita (regiões escuras e lamelares) estão envolvidos por grãos claros de ferrita.

Figura 30- Aço com aproximadamente 0,5%C

esfriado lentamente. Grãos de perlita e rede de grãos

de ferrita. Ataque Nital 2% - 160xm (laboratório de

Materiais – PUC Minas)

A apreciação da natureza destes, suas respectivas percentagens, suas dimensões,

arranjo e formato, e a interpretação destes dados constituem o escopo do exame micrográfico

dos metais. A importância deste exame decorre do fato de as propriedades mecânicas de um

metal dependerem não só de sua composição química como também de sua textura. Com

efeito, um aço pode ser mais mole, duro, duríssimo, quebradiço, elástico, tenaz, etc., de

acordo com o percentual de carbono (para aços aços comuns), o que determina a presença

constituintes específicos. A figura 31 representa a microfotografia de um aço eutetóide.


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Figura 31 - Região de um aço eutetóide

esfriado muito lentamente a partir do campo

austenítico. Notam-se bem visíveis as lamelas

de perlita. Ataque nital 2% - 200x.

De outra forma, os aços com mais de 0,8%C, esfriados lentamente, são constituídos,

para resfriamentos lentos, abaixo da zona crítica, por grãos de perlita envolvidos por uma

camada de cementita . A fotografia apresentada na figura 12 mostra o aspecto de um aço

hipereutetóide.

Figura 32 - Aço hipereutetóide. Grãos de

perlita envoltos por uma rede de cementita.

Ataque: Pícrico - 200x.

6.3.1. Preparação dos Corpos de Prova para Micrografia

As técnicas de preparação das amostras são semelhantes as da macrografia, apenas

com algumas particularidades em função do aumento ao qual a amostra será submetida e do

objetivo da análise.

Um ensaio micrográfico usual pode ser dividido nas seguintes fases:

a) Escolha e localização da seção a ser estudada;


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b) Realização de uma superfície plana e polida no lugar escolhido;

c) Exame ao microscópio para a observação das ocorrências visíveis sem ataque;

d) Ataque da superfície por um reagente químico adequado;

e) Exame ao microscópio para observação da textura.

f) Escolha e localização da seção a ser estudada:

Escolha e localização da seção a ser estudada; A localização do corpo ou dos corpos de

prova para micrografia em peças grandes é, frequentemente, feita após o exame

macrográfico, porque, se o aspecto for homogêneo, a localização do corpo de prova é em

geral indiferente; se, porém, não for revelar anomalias ou heterogeneidades, o observador

pode localizar corpos de prova em vários pontos, caso julgue de interesse um exame mais

detalhado dessas regiões.

Realização de uma superfície plana e polida no lugar escolhido: Tudo que foi dito na

técnica do polimento para a macrografia aplica-se também à da micrografia, acrescido

evidentemente de alguns cuidados especiais, pois neste caso a superfície se destina ao

exame em microscópio. O polimento pode ser feito a mão, deslizando a peça suavemente

sobre a lixa apoiada numa superfície plana ou então a lixa é aplicada sobre um disco em

movimento giratório e o operador comprime o corpo de prova suavemente contra a lixa em

movimento. O polimento é depois continuado sobre um disco giratório de feltro sobre o

qual se aplica uma leve camada de abrasivo a base de óxido de cromo e/ou óxido de

alumínio (alumina).Quando o material a ser examinado são partículas pequenas faz-se uso

de artifícios de fixação. Com o advento de novos materiais como baquelite e certas

matérias plásticas transparentes, como a lucite, é possível fixar-se como na figura 12. É

uma das melhores formas de fixação para o exame micrográfico.

Figura 33 - Processo moderno de fixação de

pequenas ou fragmentos em resinas

sintéticas para seu polimento e exame

micrográfico.


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g) Exame ao microscópio para a observação das ocorrências visíveis sem ataque: A

superfície polida é observada ao microscópio, antes do ataque, para o exame das

inclusões, trincas, porosidades, veios ou

partículas de grafita, ou outras

ocorrências já visíveis nesse estado. A

seguir, faz-se então necessário para a

continuidade da análise o ataque

químico da superfície.

Figura 34- Aço extra-doce sem ataque - 500 x.

h) Ataque da superfície por um reagente químico adequado: O ataque é feito imergindo,

com agitação, o corpo de prova com a superfície polida mergulhada no reativo posto em

um vidro de relógio. Os reativos mais, usualmente, empregados na micrografia das ligas

ferro-carbono são:

- solução de ácido nítrico a 1% em álcool etílico – NITAL;

- solução de ácido pícrico a 4% em álcool etílico – PICRAL;

- solução de picrato de sódio: água destilada - 100 gramas , soda a 36 graus Baumé- 25

gramas , ácido pícrico - 2 gramas ( ataque oxidante por aquecimento do corpo de

prova polido à temperatura aproximada de 270 graus centígrados ).

De um modo geral os reativos agem: ou dissolvendo superficialmente certos

constituintes, ou certas regiões, como os contornos dos grãos, tirando-lhes as vezes o

brilho dado pelo polimento, ou colorindo-os diversamente, ou ainda depositando um

composto qualquer sobre eles. A escolha do reativo depende da natureza do material e do

fim que se tem em vista.

i) Exame ao microscópio para observação microestrutura do material: O exame é feito

com auxílio de microscópios apropriados geralmente chamados bancos metalográficos

que permitem examinar o corpo de prova e fotografar comodamente as imagens

observadas. No controle estrutural de materiais, o sistema de vídeo imagem (figura 13)

tem uma larga aplicação na observação simultânea de vários grupos de alunos, quer da

micrografia como camadas cementadas, nitretadas, tamanho de grão, microdureza de

fases separadamente, medição de inclusões, etc.


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Figura 35 - Sistema de vídeo microscopia do Laboratório de Materiais de Construção Mecânica do Instituto

Politécnico da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais.

O sistema adaptado ao banco metalográfico Neophot 21 da Carl Zeiss, instalado no

laboratório de Materiais de Construção Mecânica do Departamento de Engenharia

Mecânica da PUC Minas, compõe-se de uma microcâmera de vídeo tipo Color Câmera

CCD, SAC-410NA da SAMSUNG, um monitor de TV da SANSUNG de 21 polegadas,

um monitor de vídeo e um computador pentium, munido de uma placa capturadora de

imagem VideoHighway TR 288, compatível com o sistema windows. A figura 35 ilustra

este sistema.

As figuras 36 e 37, a seguir, representam micrografias de um aço hipereutetóide em

que a segunda mostra, com maior ampliação, a região assinalada na figura 36 de forma a

esclarecer detalhes.

Figura 36 - Aço hipereutetóide. Ataque:

picrato de sódio. 200 X.

Banco metalográfico Zeiss Neophot 21

Microcomputador

Microcâmera Placa de

captura

TV


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Figura 37 - Região assinalada na figura anterior,

com maior ampliação. Ataque: picrato de sódio.

730 x.

Figura 38 - Aço com cerca de 0,5% de carbono

esfriado lentamente. Ataque: nítrico. 160 x.

A figura 39 mostra com mais detalhes a microestrutura da figura 38, uma vez que a

ampliação empregada para observação no microscópio foi maior.

Figura 39 - Aspecto com maior aumento da

área delimitada na figura anterior. Ataque:

nítrico. 800 x.


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6.4. Procedimento Experimental

6.4.1. Exame macrográfico

6.4.1.1. Objetivo

Interpretar macroestruturas de diversas ligas ferro-carbono: aços e ferros fundidos;

6.4.1.2. Material

Amostras de aços comuns e ferros fundidos.

6.4.1.3. Metodologia

Identificar o tipo de material e a seção a ser analisada;

Efetuar o corte, longitudinal ou transversal, de acordo com a escolha da seção a ser

analisada;

Efetuar o lixamento da superfície, seguindo a sequência de lixas (#120, #220, #320 e

#400);

Efetuar o ataque da superfície por reagente adequado;

Fazer observação da superfície a olho nu;

Fazer desenhos esquemáticos das amostras ensaiadas indicando as regiões escurecidas

diferentemente pelos reativos.

6.4.2. Exame micrográfico

6.4.3. Objetivos

Estudar o procedimento para preparação de amostras para observação microscópica;

Observar amostras de aços através do microscópio óptico, identificando as microestruturas

presentes;

Avaliar semi-quantitativamente o teor de carbono de um aço comum;

6.4.4. Material

Amostras de aços comuns e ferros fundidos.

6.4.5. Equipamento

Microscópio: Marca:_________________________Modelo:__________________________

6.4.6. Metodologia

Identificar o tipo de material e a seção a ser analisada;


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Efetuar o lixamento da superfície, seguindo a sequência de lixas (#120, #220, #320, #400,

#600 e #1000); (obs: lavar bem a peça após cada lixamento para evitar contaminação da

lixa posterior ou mesmo do pano de polimento);

Efetuar o polimento da superfície com óxido de alumínio (o polimento deverá prosseguir

até que a superfície apresente um aspecto especular, isenta de riscos);

Lavar bem a superfície em água corrente, utilizando um chumaço de algodão, até que toda

a alumína tenha sido retirada);

Secar com álcool no secador na posição quente;

Efetuar o ataque da superfície por reagente adequado;

Lavar a superfície em água corrente;

Secar com álcool no secador na posição quente;

Fazer observação da superfície no sistema de video-microscopia;

Salvar as imagens observadas pelo sistema TR 288, video Highwai.

6.5. Bibliografia

1) COLPAERT, H., Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns. Ed. Edgard Blucher

Ltda, São Paulo, SP, 1951.

2) FAZANO, C. A .T. V.,A prática metalográfica, Ed. Hemus-Livraria Ltda, São Paulo, SP.,

1980.

3) ASTM – E 10 – 80, Standard methods of preparation of metallographic specimens.

4) NBR 8653 – Metalografia e tratamentos térmicos e termoquímicos das ligas ferro-carbono

– Terminologia.


1) Especifique, para cada amostra do exame macrográfico, o tipo de corte realizado.

2) Qual o tipo de reativo empregado em cada caso e o que se pode analisar?

3) Qual o processo empregado em cada peça, identificado pela análise macrográfica?

5) Qual o reativo empregado nos exames realizados?

6) Quais as características dos constituintes observados após ataque?

6) Avalie, quando possível, o percentual de carbono de cada amostra analisada.


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Tratamentos Térmicos e Termoquímicos


NBR NM 136 - Tratamentos térmicos de aço – Terminologia e definições - Out/2000

7. Introdução

Em geral, tratar termicamente um aço significa aquecê-lo lentamente até uma

determinada temperatura, mantê-lo nesta temperatura por um tempo suficiente para que

ocorra a transformação de fase da ferrita para a austenita, num processo denominado de

austenitização, e resfriá-lo em um meio adequado de modo a adquirir as propriedades

mecânicas finais desejadas. Estas etapas têm como principal objetivo alterar as propriedades

do aço pela mudança da microestrutura com ou sem alteração do tamanho e da forma dos

grãos.

O tratamento térmico é uma das etapas finais na confecção de ferramentas.

Normalmente erros anteriores ao tratamento térmico se manifestam nesta etapa. No entanto, a

quebra precoce de uma ferramenta nem sempre está associada ao tratamento térmico. Esta

pode estar associada ao projeto, uso do material incorreto ou não conforme, usinagem

incorreta ou uso inadequado da ferramenta.

Os tratamentos térmicos e termoquímicos são divididos em dois grupos. O primeiro

grupo é denominado de calórico e está associado a processos que envolvem o aquecimento de

peças sem adição de elementos químicos na superfície do aço.

O segundo grupo está associado a processos que envolvem aquecimento e adição de

elementos químicos na superfície do aço e são denominados de tratamentos termoquímicos.

Os tratamentos térmicos podem ser divididos em: recozimento, normalização,

têmpera, revenimeto , martêmpera, austêmpera, solubilização, esferoidização e coalescimento.

7.1. Recozimento

O recozimento é um tratamento térmico que consiste no aquecimento do aço até a

temperatura de austenitização, permanência durante tempo pré-determinado nesta

temperatura, seguido de resfriamento controlado até a temperatura ambiente.

O recozimento visa reduzir a dureza do aço, aumentar a sua usinabilidade, fascilitar o

trabalho a frio ou atingir a microestrutura ou as propriedades finais desejadas.


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O recozimento é composto de três estágios:

1. Recuperação - É o estágio mais sutil do recozimento. Este primeiro estágio é verificado a

temperaturas mais baixas. Nestas temperaturas não ocorrem alterações significativas na

microestrutura do aço. Entretanto a mobilidade atômica permite a redução de defeitos

pontuais e a movimentação das discordâncias3 para posições de menor energia.

O resultado é uma discreta redução da dureza e um aumento considerável da condutividade

elétrica. Este re-arranjo das discordâncias proporciona configurações mais estáveis, embora

não haja, pelo menos aparentemente, mudança na quantidade de defeitos presentes. Não há

nenhum efeito sensível sobre as propriedades mecânicas do material.

2. Recristalização – Em temperaturas mais elevadas, verifica-se grande alteração na

microestrutura do metal, com alterações significativas nas propriedades mecânicas. As

temperaturas nas quais a mobilidade permite alterações, situam-se entre 1/3 e ½ da

temperatura de fusão do aço. A recristalização é um fenômeno onde pequenos núcleos,

isentos de deformação, surgem nos contornos de grãos pré-deformados. Durante o fenômeno,

ocorre uma transformação microestrutural e uma redução significativa da dureza da liga. Esta

etapa é chamada de nucleação.

(a) (b) (c) (d) (e)

Figura 40 - Mapas de relação de orientação entre grãos para as amostras de aço ABNT 1006, secção transversal,

nas condições: (a) encruada; tratada termicamente por (b) 5 minutos, (c) 10 minutos, (d) 30 minutos; (e)

recozida. Note-se que as imagens foram obtidas com aumentos diferentes entre si. (artigo técnico Evolução da

microestrutura e da Textura de Recristalização, após Baixos Graus de Deformação a Frio, em dois Aços

Ferríticos com Baixo Teor de Carbono, Liana Maria Ferezim Guimarães de Lima e outros, 17º CBECIMAT -

Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, 15 a 19 de Novembro de 2006, Foz do Iguaçu, PR,

Brasil.)

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

metais.


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A temperatura de exposição (austenitização) pode ser relacionada a fatores como o percentual

de trabalho a frio. Altos valores percentuais de trabalho a frio, que causam grande

encruamento, requerem temperaturas mais baixas para a recristalização. Em outras palavras,

uma adição menor de energia térmica é capaz de iniciar o processo de modificação da

microestrutura.

3. Crescimento de Grão – A microestrutura desenvolvida na recristalização forma-se

espontaneamente. Ela é mais estável, se comparada com a estrutura original trabalhada a frio.

Entretanto a microestrutura recristalizada contém uma grande quantidade de contornos de

grão. A redução destas interfaces de alta energia pode ampliar ainda mais a estabilidade do

material. À temperaturas mais elevadas, com o passar do tempo, os grãos recristalizados

tendem a crescer, mediante um mecanismo que consiste na absorção por parte de alguns grãos

dos grãos circunvizinhos menores. A força propulsora do crescimento de grão é a energia

superficial dos contornos de grão dos grãos recristalizados. A figura 41 mostra as etapas do

recozimento e o crescimento de grão. Deve ser lembrado que este estágio de crescimento de

grão produz pouco amolecimento adicional na liga.

Figura 41- Representação esquemática do ciclo de recozimento. São observadas as etapas de recuperação,

recristalização e crescimento de grão. A diminuição da resistência mecânica e o gradual aumento da

ductilidade são aspectos evidenciados.


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O recozimento está dividido nos seguintes tipos: recozimento pleno, recozimento subcrítico e

de alívio de tensão.

7.1.1 Recozimento Pleno

Consiste em aquecer o aço até o campo austenítico e resfriar lentamente. A escolha da

temperatura de austenitização deve levar em consideração o percentual de carbono.

Aços hipoeutetódes: 50o C acima da linha A3;

Aços hipereutetóides : 50oC acima da linha A1.

A figura 42 mostra as linhas A1 e A3 no diagrama de equilíbrio de fases ferro –

cementita.

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

7.1.2 Recozimento Subcrítico e Alívio de Tensões

Este tratamento visa recuperar a ductilidade do aço trabalhado a frio. Consiste em

aquecer o aço a uma temperatura abaixo de A1, normalmente na faixa de 600 a 680oC,

seguido de resfriamento lento.

A3 A1


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Neste processo não ocorre a transformação da austenita, pois a temperatura é inferior

à temperatura de estabilidade desta fase.

7.1.3. Esferoidização ou Coalescimento

Este tratamento busca produzir uma microestrutura esferoidal, constituída de

pequenas partículas, aproximadamente esféricas, de carboneto em uma matriz de ferrita.

Isto é possível de se obter em aços de médio e alto carbono, caracterizando-se por

boa ductibilidade a elevada usinabilidade, de modo que a mesma é muito favorável para as

operações de usinagem às quais são submetidas peças de aço de alto teor de carbono antes de

serem temperadas.

Uma das técnicas mais rápidas e comumente empregadas, consiste em efetuar-se

uma austenitização parcial ou total do aço e, em seguida, mantê-lo logo abaixo da linha A1,

ou resfriar muito lentamente na faixa correspondente a A1 ou mediante aquecimento

alternado logo acima e logo abaixo da linha A1, como mostrado na figura 43.

Figura 43 - Tratamento térmico de esferoidização ou coalescimento.


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7.2. Normalização

A normalização consiste na austenitização completa do aço, seguida de resfriamento

ao ar. Tem por objetivo refinar e homogeinizar a estrutura do aço, conferindo-lhe melhores

propriedades do que o recozimento.

É indicado normalmente para homogeinização da estrutura após o forjamento antes

da têmpera ou revenimento.

Se compararmos a estrutura normalizada com a recozida tem-se:

Num aço hipoeutetóide (figura 18a), têm-se na estrutura normalizada, menor quantidade

de ferrita pro-eutetóide e perlita mais fina do que no aço hipoeutetóide de mesma

composição e resfriado no forno (figura 18b). Em termos de propriedades mecânicas, a

dureza e a resistência mecânica mais elevada, ductilidade mais baixa e similar resistência

ao impacto.

(a) (b)

Figura 18. - Micrografias de aços ABNT 1045 austenitizado a 900°C: (a) resfriado ao ar, 17HRC; (b)

resfriado no interior do forno, 3HRC. ataque Nital 2%, 1200x.

Um aço hipereutetóide apresenta menor quantidade de carbonetos em rede ou massivos, e

distribuição mais uniforme dos carbonetos resultantes, devido a dissolução provocada pela

normalização.

A normalização tem várias aplicações, podendo-se citar dentre elas:

a) Refino de grão e homogeinização da estrutura visando obter melhor resposta na têmpera e

revenimento posterior;

b) Melhoria da usinabilidade do aço, devido a redução na dureza;

c) Refino de estruras brutas de fusão (peças fundidas)


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d) Obtenção de propriedades mecânicas desejadas.

Têmpera

A tempera consiste em resfriar o aço, a partir de uma temperatura de austenitização, a

uma velocidade suficientemente rápida (água, salmoura, óleo ou ar), de forma a evitar as

transformações da austenita em perlita e/ou bainíta. A estrutura resultante deste tipo de

resfriamento é a martensita (tetragonal de corpo centrado) (figua 1).

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

A velocidade de resfriamento que resultará na formação da martensita dependerá da

posição das curvas em “C” do diagrama tempo, temperatura e transformação (TTT) e

também, do tipo de aço e da forma e dimensões da peça sob tratamento. A figura 2 mostra a

superposição dos diagramas TTT e de resfriamento contínuo de um aço eutetóide, destacando

duas curvas que representam diferentes taxas de resfriamento e que, no entanto, originam

martensita ao final do tratamento.


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Figura . Diagrama de transformação

isotérmica (TTT) de um aço eutetóide.

Depois da têmpera com a formação da martensita, o material apresenta níveis de

tensões internas muito elevados, devido ao resfriamento drástico e pela brusca mudança de

fases, podendo, em alguns casos, apresentar trincas (figura B). Face a isto, imediatamente

após a têmpera, é preciso que essas tensões sejam aliviadas ou eliminadas, de forma a

devolver ao aço o equilíbrio e a estabilidade necessários à sua aplicação. O tratamento térmico

utilizado para este fim é o revenimento.

Figura b. - Aspecto de uma trinca originada na

têmpera de uma amostra de aço ABNT 1045,

austenitizado a 850oC e resfriada em água.


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Revenimento

Este tratamento consiste em aquecer uniformemente até a temperatura abaixo da

austenitização, mantendo o aço nesta temperatura por tempo suficiente para completa

homogeinização da temperatura.

Pequenas ou grandes alterações nas estruturas martensíticas podem ser provocadas,

conforme a temperatura de revenimento utilizada. A figura 1 que representa a microestrutura

de um aço ABNT 1045 temperado em água, será tomada como referência para avaliação

destas modificações.

Figura 2. Micrografia de aço ABNT 1045,

austenitizado a 860°C e temperado em óleo, 54HRC.

Ataque Nital 2%, 1200x (artigo técnico, CASTRO,

U.D. Revista de Engenharia PUC Minas).

As modificações estruturais, citadas acima,apresentam o seguinte desenvolvimento em

função da temperatura de revenimento:

Entre 100o e 200

oC – Não ocorrem modificações estruturais sensíveis. As estruturas

quando atacadas com nital (2%) apresenatam aspectos mais claros à temperaturas mais baixas

e à temperaturas mais altas, aspectos mais escuros. Num aço com composição próxima

hipoeutetóide, a dureza cai de cerca de 54 HRC para 50HRC. As tensões internas começam a

ser aliviadas.

Entre 200o e 260

oC – O aço começa a

perder mais dureza, embora não se verifique

nenhuma modificação estrutural notável

(figura 2).

Figura 2. - Micrografia de aço ABNT 1045,

austenitizado a 860°C, temperado em água e revenido

a 250°C durante 20 minutos, 45HRC. Ataque Nital

2%, 1200x (artigo técnico, CASTRO, U.D. Revista

de Engenharia PUC Minas).


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Entre 260o e 360

oC – Inicia-se uma precipitação de carbonetos finos, a qual origina

uma estrutura com aparência de um agregado escuro onde ainda se nota a origem

martensítica. A dureza cai, chegando a valores em torno de 50 RC.

Micrografia de aço ABNT 1045, austenitizado a

860°C, temperado em água e revenido a 400°C

durante 20 minutos, 39HRC. Ataque Nital 2%,

1200x (artigo técnico, CASTRO, U.D. Revista de

Engenharia PUC Minas).

Entre 360o e 730

oC – Nesta faixa ocorrem as maiores mudanças estruturais e mecânicas.

Quanto mais elevada a temperatura de revenido, mais grossas se tornam as partículas de

cementita precipitada, as quais ficam perfeitamente visíveis na matriz ferrítica. As estruturas

são normalmente chamadas de “sorbita” e a dureza a RC 30. Nas proximidades da

temperatura correspondente a A1 (720oC

por exemplo), as partículas de cementita

precipitada assumem uma forma esferoidal,

donde o nome da estrutura “esferoidita”. A

dureza cai a valores de ordem de 5 a 8 RC,

a tenacidade torna-se muito boa e o tipo de

estrutura constituída de partículas de

carboneto num fundo de ferrita confere ao

aço, as melhores características de

usinabilidade. A figura D mostra a variação da dureza de um aço eutetóide em função da

temperatura e do tempo de revenimento, após têmpera.

Micrografia de aço ABNT 1045, austenitizado a 860°C, temperado em água e revenido a 600°C, durante 20

minutos, 25HRC. Ataque Nital 2%, 1200x(artigo técnico, CASTRO, U.D. Revista de Engenharia PUC Minas).


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

Austêmpera

O processo consiste em austenitizar o aço, seguindo-se um resfriamento rápido em

banho de sal, óleo ou chumbo, para a região de formação da bainita (temperaturas em torno de

260o a 400

oC), permanecendo nesta temperatura por tempo suficiente para a formação bainita.

Em seguida, dá-se o resfriamento ao ar até a tempera ambiente (figura 12).

A bainita não é tão dura como a martensita, mas é mais tenaz.

HB

(a)

(b)


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

Figura 7 - Microscopias Eletrônicas (METs) mostrando morfologias típicas da fase bainítica,

produzida na temperatura isotérmica (a) de 370ºC. (b) de 500ºC.

Martêmpera

A martêmpera consiste em aquecer o aço até a temperatura de austenitização, e

então resfriar rapidamente até logo abaixo do joelho da curva TTT, seguindo-se de um

resfriamento mais lento até abaixo da temperatura final de formação da martensita. A

martensita assim obtida apresenta-semais uniforme e homogênea, diminuindo riscos de

ocorrência de trincas. É um tipo de tratamento térmico indicado para aços ligados por que

reduz o risco de empenamento das peças durante o processamento.

Após a martêmpera é necessário submeter a peça a um tratamento de revenimento de

forma a aliviar tensões internas..


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Figura 5. – Martêmpera ou têmpera interrompida.

Os tratamentos termoquímicos são descritos a seguir.

Nitretação

A nitretação é um tratamento termoquímico de endurecimento superficial, baseado na

introdução de nitrogênio na superfície do aço. O processo se realiza, expondo a peça em uma

atmosfera do forno rica deste elemento, em geral NH3. Aços para nitretação possuem teores

de carbono que variam de 0,13 a 0,40%C.

Carbonitretação

Tratamento termoquímico, em que se promove o enriquecimento superficial

simultâneo com carbono e nitrogênio.

Cementação

Tratamento termoquímico de endurecimento superficial, baseado na introdução de

carbono na superfície do aço. O processo é realizado com a exposição da liga em uma

atmosfera rica em carbono livre. A alta temperatura, o carbono se difunde da superfície para o

interior da peça.

Os aços para cementação possuem teores de carbono de até 0,2%, podendo conter Mn,

Al, V, Si e Cr, sendo estes elementos utilizados para facilitar um posterior tratamento térmico

de têmpera.

A profundidade de cementação varia com a temperatura e o tempo de permanância

nesta temperatura. Após cementação, as peças são resfriadas ao ar e podem ser submetidas a

tratamentos térmicos posteriores de recozimento e de têmpera.

A cementação é classificada de acordo com o meio capaz de fornecer carbono em:

1. Cementação Gasosa: O processo é realizado em fornos com atmosfera controlada,

onde o potencial de carbono está acima de 0,5%.

2. Cementação Líquida: O processo é realizado em banhos líquidos, com sais fundidos

(Banho de Sal).


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3. Cementação Sólida (em caixa): O processo é realizado em peças cobertas com

material sólido, rico em carbono.

3. METODOLOGIA

3.1. Material

Corpos de prova (cps) de barras de aços de 10 mm de altura.

ABNT 1005 (01 cp);

ABNT 1010 (02 cps);

ABNT 1020 (2 cps);

ABNT 1045 (08 cps);

ABNT 1060 (02 cps).

3.3. Procedimento

1. Medir a dureza do material no estado como recebido (HRB);

2. Cortar as amostras e coloca-las no forno na temperatura de austenitização (definida pelo

teor de carbono do aço) e resfria-las conforme tabela 1.

Tabela 1 – Programa experimental de tratamentos térmicos.

Amostra Material Dureza

inicial

Meio de

resfriam.

Tratamento

térmico

Dureza

final

Tratamentos posteriores

Temperatura Dureza

01 Aço 1010

---- Como

recebido

------

02 Água Temperar ------- ------

03

Aço 1020

----

Como

recebido

04 Água Temperar

------

------

05

Aço 1045

---- Como

recebido

06 Ar Normalizar ------ ------

07 Forno Recozer

Embutir com epoxi

Embutir com epoxi

Embutir com epoxi

Embutir com epoxi

Embutir com epoxi

Embutir com epoxi

Embutir com epoxi

Embutir com epoxi

Embutir com epoxi


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08 Óleo Temperar

09 Água Temperar

10 Água Temperar 200 oC



13 Aço 1005

---- Como

recebido

14 Aço 1060

----

Como

recebido

15 Ar Normalizar

3. Manter as amostras no forno na temperatura selecionada durante 20 minutos. Observação:

O tempo de permanecia nesta temperatura depende do tamanho da peça e composição

química do material.

4. Retirar as amostras do forno, fazendo resfriamento conforme procedimento descrito na

tabela 1;

5. Avaliar as durezas das amostras submetidas aos diferentes tratamentos térmicos,

respeitando as seguintes escalas:

Tabela 2. - Condições para avaliação da dureza das peças tratadas térmicamente.

Tramento térmico Escala Rockwell Condições de ensaio

Carga

(Kg)

Penetrador

Normalização B 100 Esfera 1/16”

Recozimento

Têmpera àgua C 150 Cone Brale

Têmpera Óleo

6. Fazer embutimento das amostras com resina acrílica ou epóxi;

7. Fazer o preparo metalográfico das amostras para observação através do sistema de video-

microscopia (exame micrográfico);

8. Determinar a ampliação de observação no microscópio, fazer observação e fotografar as

microestruturas antes e após cada tratamento térmico.

Embutir com epoxi

Embutir com epoxi

Embutir com epoxi


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3. RESULTADOS

Preencher a tabela 3 com os valores de dureza levantados e com as observações que

foram feitas no sistema de video-microscopia.

4. BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA

1) CHIAVERINI, V. Aços e ferros fundidos

2) ZAKHAROV, B. Heat Treatment of metals, Foreign Language, Pub. House-Moscow.

3) PEREIRA, R. L. Curso de tratamentos Térmicos dos metais. Esca de Engenharia de São

Carlos, São Carlos, SP, 1963.

4) CASTRO, U. D., Propriedades Mecânicas e Metalografia, Col. Técnico de Contagem,

Contagem, MG, 1988.

5) NBR 8653 – Metalografia e tratamentos térmicos e termoquímicos das ligas ferro-carbono

- Terminologia

6) COUTINHO, C. A., SILVA, E. M. P., VEADO, J. T., Metalografia e ensaios mecânicos –

Práticas de laboratório, Esc. De Engenharia, Belo Horizonte, BH., MG, 1967.

7) VLACK, L. V., Princípios de Ciência dos Materiais, ed. Edgard Blucher Ltda, SP, 1970.

8) HILL R. E. R., Princípios de Metalurgia Física, Ed. Guanabara Dois S.A., Rio de Janeiro

RJ, 1982.

9) W. D. Callister Jr., Ciência e Engenharia de Materiais: uma Introdução. LTC Editora, Rio

de Janeiro (2002).

10) M. P. Campos Filho e G. J. Davies, Solidificação e Fundição de Metais e suas Ligas. LTC

/ EDUSP, Rio de Janeiro (1978).

11) R. A. Higgins, Propriedades e Estrutura dos Materiais em Engenharia. DIFEL, São Paulo

(1992).

12) R. M. Brick, R. W. Pense and R. B. Gordon, Structure and Properties of Engineering

Materials. McGraw-Hill Kogakusha, Tokio (1992).

13) R. W. Honeycombe, Steels: Microstructure and Properties. Edward Arnold, Cambridge

(1992).


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QUESTÕES

1) Esquematize o diagrama TTT de um aço hipereutetóide, indicando nele as curvas de

resfriamento referentes aos tratamentos térmicos de recozimento, normalização, têmpera e

revenimento. Quais as fases presentes após cada um desses tratamentos térmicos?

2) Os tratamentos térmicos podem provocar perda de material devido a oxidação e

conseqüente descarbonetação da superfície do material. Qual o procedimento para evitar

esses inconvenientes?


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Avaliação da Temperabilidade – Método Jominy


NBR 6339 - Aço – Determinação da temperabilidade. (Jominy) - Abr/1989

1. INTRODUÇÃO

A temperabilidade é a capacidade de um aço transformar parcialmente ou

completamente da austenita em alguma percentagem de martensita em uma dada

profundidade quando resfriado abaixo de algumas condições especificadas. A temperabilidade

é definida, também, como a susceptibilidade ao endurecimento por resfriamento rápido, ou

como a propriedade, em ligas ferrosas, que determina a profundidade e distribuição de dureza

produzida por têmpera.

Um método importante para avaliação da temperabilidade é o Jominy. Este método

tem a grande vantagem de caracterizar a temperabilidade em uma única operação. Nele, um

corpo-de-prova cilíndrico de dimensões padronizadas é austenitizado e, em seguida, resfriado

em um dispositivo apropriado por um jato de água dirigido sobre uma das suas extremidades.

A fig. 1 mostra a forma e dimensões de um corpo-de-prova Jominy e o esquema de fixação do

mesmo em um sistema de resfriamento.

Figura 1 – Corpo de prova para o ensaio Jominy.

4” 1”

"2

11

"2

1

"8

1"8

11

Coluna de

água fria

Água 20oC


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O corpo-de-prova é usinado a partir de uma barra forjada ou laminada para um

diâmetro de 32mm que representa a seção transversal do produto obtido. O corpo-de-prova

usinado a partir dessa barra laminada a quente não deveria apresentar superfície

descarbonetada. A barra laminada ou forjada deveria ser normalizada antes da usinagem final.

Afim de que variações na estrutura prévia possa ser controlada tanto quanto possível, as

temperaturas de austenitização para normalização são listadas e devem ser utilizadas para os

diferentes tipos de aço. O aço deve ser mantido nessa temperatura por 1 hora e resfriado ao ar.

É importante que a atmosfera do forno (fig. 2) seja adequada, no sentido de ser evitar a

formação de carepa ou descarbonetação do corpo-de-prova. A seguir, o corpo-de-prova deve

ser colocado em um dispositivo (fig. 3) de modo que uma coluna de água na temperatura entre

5 a 30C possa ser direcionada contra a extremidade inferior do corpo-de-prova. O tempo

entre a remoção do corpo-de-prova do forno e o começo do resfriamento não deve exceder a 5

segundos. A amostra permaneceria no dispositivo por 10 minutos no mínimo. O corpo-de-

prova experimenta uma faixa de taxa de resfriamento entre aquelas associadas com água e ar.

Figura 2 – Forno tipo mufla utilizado no aquecimento dos corpos de prova.

(Laboratório de Materiais – PUC Minas).

Após o resfriamento, extremidades opostas do corpo-de-prova são usinadas e leituras

de durezas são feitas a distância de 1/16’’ da extremidade temperada até o topo do corpo de

prova. A profundidade usinada deveria ser de 0,38mm ao longo do comprimento inteiro do

corpo-de-prova. Nessa operação de usinagem, a profundidade de corte não deveria exceder


88 Engenharias

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0,013 mm por passe e , simultaneamente, deve-se evitar o aquecimento na amostra,

mantendo-se uma boa refrigeração na operação de corte.

Figura 3 – Dispositivo Jominy de resfriamento.

A máquina de dureza deve ser aferida contra blocos de teste padrão antes do teste de

temperabilidade. A determinação da distancia da extremidade temperada ao centro da

primeira impressão e a verificação da distância de centro a centro das impressões que se

sucedem deve ser feita utilizando-se microscópio. As variações permissíveis dessas

impressões devem ser menores que 0,075 mm . As leituras de dureza em distancias idênticas

deveriam ser medidas nas duas faces e o valor médio resultante utilizado no gráfico dureza

versus distância da extremidade temperada.

Um aspecto muito interessante do ensaio Jominy é que em cada posição do corpo de

prova corresponde a uma taxa de resfriamento bem conhecida. A escala de topo da fig. 4

mostra taxas de resfriamento aproximadas correspondendo a posições no corpo-de-prova

Jominy. Esta taxa de resfriamento que determina a quantidade de martensita, e, assim, a

dureza que se desenvolve em um dado ponto do corpo-de-prova. Pode-se a partir do

conhecimento dessas velocidades de resfriamento obter perfis de dureza em peças de

diferentes geometrias e em diferentes meios de resfriamento.

O método Jominy é padronizado pela norma ASTM A-255 e SAE J406. A

temperabilidade de um aço é tanto maior quanto maior for o período de incubação do aço,

determinado no diagrama TTT, e todos os fatores que aceleram a nucleação de perlita causam


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um decréscimo na temperabilidade de um aco, podemos citar: granulação fina da austenita,

inclusões não dissolvidas na austenita e falta de homogeneidade na composição química da

austenita. Com os dados da dureza em função da distância da extremidade temperada, obtêm-

se a curva Jominy. A curva Jominy de temperabilidade de um aço comercial pode variar

dentro de uma faixa relativamente ampla, em função dos limites permissíveis da especificação

de composição química do aço.

.

Figura 4 – Curva de temperabilidade característica de um aço.


90 Engenharias

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QUESTÕES

1- Na realização do ensaio Jominy do aço SAE 4340 qual a temperatura e o tempo de

austenitização utilizados?

2- Construa a curva Jominy para o aço da experiência no mesmo gráfico onde está lançada

a do aço SAE 1040.

3- Qual dos dois apresenta maior temperabilidade ?

0

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60 80

D istâ n c ia d a su p e rfíc ie (m m )

Du

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Ro

ck

we

ll C

A ç o A B N T 1 0 4 0


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4- Porque as durezas máximas tem valores próximos ?

3- BIBLIOGRAFIA

2. SAE Handbook 1978, Part 1.

3. Pedraza, Antonio Juan; Coutinho, Carlos Alberto Bottrel; Silva, Evando Mirra de Paula –

Tratamentos térmicos dos aços, ed. Engenharia, UFMG – BH-MG.


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ÍNDICE REMISSIVO

ALÍVIO DE TENSÕES (STRESS RELIEVING)

Recozimento sucrítico visando a eliminação de tensões internas sem modificação

fundamental das propriedades existentes, realizado após deformação a frio,

tratamento térmico, soldagem, usinagem, etc.

ATMOSFERA (ATMOSPHERE)

Gás ou mistura de gases que se encontram em um recinto.

ATMOSFERA CARBONETANTE OU CEMENTANTE (CARBURIZING ATMOSPHERE)

Atmosfera capaz de fornecer carbono às peças envolvidas.

ATMOSFERA CONTROLADA (CONTROLLED ATMOSPHERE)

Atmosfera cuja composição é controlada.

ATMOSFERA PROTETORA (PROTECTIVE ATMOSFHERE)

Atmosfera que protege contra determinada ação às peças envolvidas.

AUSTÊMPERA (AUSTEMPERING)

Tratamento isotérmico composto de aquecimento até a temperatura de autenitização,

permanência nesta temperatura até completa equalização, resfriamento rápido até a

faixa de formação da bainita, permanência nesta temperatura até completa

transformação da austênita em bainita e resfriamento qualquer até a temperatura

ambiente.

AUSTENITA (AUSTENITE)

Constituinte do sistema ferrocarbono formada por solução sólida de carbono e

eventualmente outros elementos em ferro grama.

AUSTENITIZAÇÃO (AUSTENITIZING)

Transformação da estrutura da matriz em estrutura austenítica através do

aquecimento. Pode ser parcial (aquecimento dentro da faixa de transformação) ou

completa (aquecimento da acima faixa de transformação).

BAINITA (BAINITE)

Termo usado para designar os produtos de transformação da austenita, constituídos

por agregados de ferrita ecementita e formados numa faixa de temperatura situada

entre a de formação da perlita fina e a de formação da martesita. A Bainita tem


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aspecto de penas de aves, se forma na parte superior da faixa de temperatura (bainita

superior), ou acicular, lembrando a martesita revenida, se forma na parte inferior da

faixa (bainita inferiror).

BENEFICIAMENTO (HARDENING AND TEMPERING)

Tratamento térmico composto de têmpera seguida de revenimento em temperatura

adequada, destinado a obtenção de maior tenacidade combinada com certas

propriedades de resistência.

CARBONETO (CARBIDE)

Composto de carbono com ou mais elementos. Em metalografia, o termo é usado

preferencialmente como designação genérica de carbonetos complexos de ferro com

outros elementos metálicos ou de carboneto que não contém ferro.

CARBONITRETAÇÃO (CARBONITRIDING)

Tratamento termoquímico em que se promove o enriquecimento superficial simultâneo

com carbono e nitrogênio.

CAREPA (SCALE)

Camada de óxidos formada na superfície de ligas ferrosas em temperaturas elevadas

e meio oxidante, normalmente destacável em escamas.

CEMENTAÇÃO (CARBURIZING)

Tratamento termoquímico em que se promove o enriquecimento superficial com

carbono.

CEMENTAÇÃO À GÁS (GÁS CARBURIZING)

Cementação realizada em meio gasoso.

CEMENTAÇÃO EM BANHO DE SAL (LIQUID CARBURIZING)

Cementação realizada em meio líquido (sal fundido) .

CEMENTAÇÃO EM CAIXA (BOX CARBURIZING; PACK CARBURIZING)

Cementação realizada em meio carbonetante sólido, dentro de um recipiente fechado,

em cujo interior a peça é levada ao forno.


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CEMENTITA (CEMENTIDE)

Designação metalográfica do carboneto de ferro, de fórmula Fe3C e de teor de

carbono 6,69%. Pode ainda conter pequenos teores de elementos como manganês e

outros.

CIANETAÇÃO (CYANIDING)

Carbonitretação realizada em meio líquido.

COALECIMENTO (SPHERODIZING)

Tratamento térmico de recozimento com a finalidade de se obter os carbonetos sob

forma esferoidal . Usualmente é caracterizado por permanência em temperatura

ligeiramente superior ou inferior ao ponto A1 ou oscilação em torno de A1 e

resfriamento lento. Também denominado esferoidização.

CONSTITUINTE (CONSTITUENT)

Cada uma das fases isoladas ou agregadas que compõem a estrutura de uma liga

metálica, por exemplo, ferrita, austenita, perlita, bainita e outros.

DESCARBONETAÇÃO (DESCARBURIZATION)

Redução de teor de carbono em toda a extensão ou parte do material.

DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO DE FASES (PHASE DIAGRAM)

Diagrama que representa os campos de ocorrência de fases em equilíbrio. Nos

sistemas metálicos, geralmente se representa a ocorrência de fases em função de

temperatura e composição.

ENCHARCAMENTO (SOAKING TIME)

Tempo de manutenção em determinada temperatura após equalização da mesma em

todos os pontos da peça.

ENDURECIMENTO POR ENVELHECIMENTO (AGE HARDENING)

Endurecimento produzido por processo de envelhecimento, geralmente após

solubilização ou trabalho a frio.

ENDURECIMENTO POR PRECIPITAÇÃO (PRECIPITATION HARDENING)

Endurecimento produzido pela precipitação de uma fase de uma solução

supersaturada.


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ENVELHECIMENTO (AGING)

Alteração das propriedades com o tempo, geralmente lento à temperatura ambiente e

mais rápida com a elevação da temperatura.

FASE (PHASE)

Porção fisicamente homogênea e mecanicamente separável de um sistema.

FASE SIGMA (SIGMA PHASE)

Fase encontrada originalmente nas ligas de ferro/cromo-níquel e cromo-níquel.

Estável em temperatura abaixo de 820oC. Atualmente, o termo é utilizado para

designar fase intermediária, não magnética, dura e frágil, de estrutura tetragonal, que

ocorre em ligas dos elementos de transição.

FERRITA (FERRITE)

Solução sólida de carbono em ferro cristalizado no sistema cúbico de corpo centrado.

FERRO ALFA - Ferro a (ALPHA IRON)

Forma alotrópica de ferro, com reticulado cúbico de corpo centrado, que ocorre em

condições de equilíbrio até a temperatura de 912oC. Será ferromagnético até 770oC

(Ponto Curie), e paramagnético entre 770oC e 912oC.

FERRO DELTA -Ferro d (DELTA IRON)

Forma alotrópica de ferro, com reticulado cúbico de corpo centrado, que ocorre em

condições de equilíbrio entre 1400oC e 1538oC (ponto de fusão do ferro). É

paramagnético.

FERRO GRAMA - FerroÃ (GAMA IRON)

Forma alotropica de ferro, com reticulado cúbico de fase centrada, que ocorre entre

912oC e 1394oC. Não é magnético.

FOTOMICROGRAFIA (PHOTOMICROGRAPHY)

Fotografia de microestrutura ou de uma microtextura.

FRAGILIDADE DE REVESTIMENTO (TEMPER BRITTENESS)

Fragilidade que apresenta alguns aços quando resfriados lentamente através de uma

determinada faixa de temperatura ou quando revenidos nessa mesma faixa.


97 Engenharias

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GRAFITA (GRAPHITE)

Forma alotrópica do carbono, de reticulado hexagonal. Constituinte típico de ferro

fundido cinzento, maleável e nodular. Ocorre na forma de veios, nódulos e outros.

GRÃO (GRAIN)

Cristal alotriomórfico de um material policristalino, considerado individualmente.

HOMOGENEIZAÇÃO (HOMOGENIZING)

Manutenção de uma liga a alta temperatura para eliminar ou diminuir, por difusão a

segregação química.

INCLUSÃO (INCLUSION)

Material estranha retido em uma liga metálica que ocorre geralmente sob forma de

partículas não-metálicas, tais como silicatos, óxidos, aluminados e outros.

LEDEBURITA (LEDEBURITE)

Agregados eutéticos do sistema metaestável ferro-carboneto de ferro.

LINDUR

Tratamento termoquímico realizado em meio gasoso, que promove o enriquecimento

superficial, com nitrogênio (ver nitretação a gás) .

LINHA LIQUIDUS (LIQUIDUS)

Em diagrama de equilíbrio, a linha acima da qual o material se encontra totalmente no

estado líquido. No diagrama de equilíbrio ferro-carboneto de ferro, a linha "liquidus"

corresponde à linha ACD .

LINHA SOLIDUS (SOLIDUS)

Em diagrama de equilíbrio, linha abaixo da qual o material se encontra totalmente no

estado sólido. No diagrama de equilíbrio ferro-carboneto de ferro a linha "solidus"

corresponde à linha AHJEF.

MACROGRAFIA (MACROGRAPHY)

Aspecto ou reprodução gráfica de superfície devidamente preparada de peça ou

amostra metálica, com aumento linear, igual ou inferior à dez vezes. É usualmente

empregada para revelar textura de peças deformadas a frio ou a quente, peças

fundidas, de irregularidades internas ou externas e outras. O termo é também

utilizado para designar a técnica macrográfica.


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MALEABILIZAÇÃO (MALLEABLEIZATION)

Tratamento térmico aplicado ao ferro fundido branco, em que o elemento carbono

passa a grafita, na forma arredondada, ou é eliminado. Ambos os fenômenos podem

ocorrer simultaneamente. O elemento de carbono também pode estar presente em

fase ou fases oriundas da transformação da austenita (como por exemplo a perlita).

MARTÊMPERA (MARTEMPERING)

Tratamento isotérmico composto de austenitização seguido de resfriamento brusco até

temperatura ligeiramente acima da faixa de formação de martesita, visando equalizar

a temperatura do material e resfriamento adequado até a temperatura ambiente.

MARTENSITA (MARTENSITE)

Solução sólida metaestável supersaturada da transformação por cisalhamento sem

difusão, de uma alotrópica do solvente estável em temperatura elevada. A martensita

da rede cristalina. Nas ligas ferro-carbono, é a solução sólida intersticial supersturada

de carbono em ferro alfa e possui reticulado tetragonal de corpo centrado, resultante

da distorção do reticulado cúbico provocado pelo excesso de carbono. A martensita ds

ligas ferro-carbono e ferromagnética.

MARTENSITA NÃO REVENIDA (UNTEMPERED MARTENSITE)

Martensita obtida diretamente da têmpera, sem qualquer tratamento subseqüente. No

sistema ferro-carbono, apresenta reticulado tetragonal de corpo centrado.

MARTENSITA REVENIDA (TEMPERED MARTENSITE)

Produto de decomposição resultante do aquecimento da martensita em temperatura

abaixo do A1, em ligas ferro-carbono. Por extensão o termo usado para ligas não

ferrosas.

METALOGRAFIA (METALLOGRAPHY)

Estudo da constituição, estrutura e textura dos metais, ligas e produtos metálicos e de

seu relacionamento com propriedades e processos de fabricação.

MICROGRAFIA (MICROGRAPH)

Aspecto ou reprodução gráfica de uma amostra metálica devidamente preparada, com

aumento linear maior que dez vezes. O termo é também utilizado para designar a

técnica micrográfica.


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NITRETAÇÃO (NITRIDING)

Tratamento termoquímico em que se promove enriquecimento superficial com

nitrogênio.

NITRETAÇÃO A GÁS (GÁS NITRIDIN)

Nitretação realizada em meio gasoso.

NORMALIZAÇÃO (NORMALIZING)

Tratamento térmico caracterizado por aquecimento acima da zona crítica e por

equalização nesta temperatura seguida de resfriamento uniforme ao ar, sem restringi-

lo ou acelerá-lo, até a temperatura ambiente.

PATENTEAMENTO (PATENTING)

Tratamento térmico de arames e tiras, empregado em aços de alto e médio carbono,

caracterizado por aquecimento acima da zona crítica e por resfriamento ao ar ou

banho de sal ou chumbo, com a finalidade obter-se uma microestrutura adequada

para as deformações subseqüentes.

PERLITA (PEARLITE)

Constituinte eutetóide do sistema metaestável ferro-carboneto de ferro,

apresentando-se como uma agragado lamelar de ferrita e cementita. O termo também

é usado para designar constituintes eutetóides de outros sistemas.

PERLITIZAÇÃO (PEARLITIZING)

Tratamento térmico de transformação da austenita em perlita. Termo largamente

usado em tratamento de ferros fundidos.

PONTO CURIE (CURIE POINT)

Temperatura em que, no aquecimento, o ferro perde suas propriedades magnéticas ou

as adquire, no resfriamento.

PONTO EUTÉTICO (EUTETIC POINT)

Em um diagrama de equilíbrio binário, é o ponto representativo da reação eutética,

segundo a qual, no resfriamento, uma fase líquida se solidifica isotermicamente,

produzindo um agregado de duas fases sólidas (constituinte eutético), de composições

diferentes entre si e diferentes da composição original. A liga e a temperatura que

definem o ponto eutético denominam-se, respectivamente, liga eutética e temperatura


100 Engenharias

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eutética. A liga eutética possui o mais baixo ponto de solidificação do sistema a que

pertence. A reação eutética é reversível. No diagrama de equilíbrio ferrocarbono, o

ponto eutético é definido pelos seguintes pelos seguintes valores aproximados:

SISTEMA

TEMPERATURA

EUTÉTICA

(ºC)

LIGA

EUTÉTICA

(ºC) (%C)

SÍMBOLO CONSTITUINTE

EUTÉTICO

Metaestável

ferrocarbo-

neto de ferro

1148 4.,30 C Ledeburita

Estável ferro-

grafita 1154 4,26 C

PONTO EUTETÓIDE (EUTECTOID POINT)

Em um diagrama de equilíbrio binário, é o ponto representativo de reação eutetóide,

segundo a qual, no resfriamento, uma fase sólida se transforma em duas outras fases

sólidas de composições diferentes da composição original. A liga e a temperatura que

definem o ponto eutetóide denomina-se, respectivamente: liga eutetóide e

temperatura eutetóide. A liga eutetóide possui, dentro do sistema a que pertence , o

mais baixo ponto de transformação da fase sólida original. A reação eutetóide é

reversível. No diagrama de equilíbrio ferrocarbono, o ponto eutetóide é definido pelos

seguintes valores:

SISTEMA

TEMPERATURA

EUTETÓIDE

(ºC)

LIGA

EUTETÓIDE

(%C)

SÍMBOLO CONSTITUINTE

EUTETÓIDE

Maestável ferro-

carboneto de ferro

727 0,77 S Perlita

Estável ferro-grafita

736 0,68 S

POTENCIAL DE CARBONO (CARBON POTENCIAL)

Medida da capacidade de um meio, que contém carbono ativo, de alterar ou manter o

teor de carbono de um aço.

PREAQUECIMENTO (PREHEATING)

Aquecimento prévio realizado até uma temperatura do tratamento visado.


101 Engenharias

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PROFUNDIDADE DE CEMENTAÇÃO (CASE DEPTH)

Em uma peça cementada, é a profundidade da camada periférica enriquecida em

carbono.

PROFUNDIDADE DE DESCARBONETAÇÃO (DEPTH OF DECARBONIZATION)

Profundidade a partir da superfície, até o ponto em que o teor de carbono corresponda

ao material original.

PROFUNDIDADE EFETIVA (EFFECTIVE DEPTH)

Distância perpendicular a partir da superfície, até o ponto em que a dureza atinge um

valor convencionado. O termo é usualmente empregado nos tratamentos superficiais.

Como exemplo têm-se: profundidade efetiva de cementação, profundidade efetiva de

carbonitretação.

RECOZIMENTO (ANNEALING)

Termo genérico que indica um tratamento térmico composto de aquecimento

controlado até uma determinada temperatura, permanência nessa temperatura

durante um certo intervalo de tempo e resfriamento regulado para a finalidade em

vista.

RECOZIMENTO AZUL (BLUE ANNEALING)

Recozimento realizado em condições tais que se forme na superfície metálica uma

camada de óxido uniforme e aderente, de cor azulada.

RECOZIMENTO BRILHANTE (BRIGHT ANNEALING)

Recozimento realizado em condições tais que evitem oxidação da superfície metálica.

RECOZIMENTO ISOTÉRMICO (ISOTHERMAL ANNEALING)

Recozimento caracterizado por uma austenitização seguida de transformação

isotérmica da austenita na região da formação da perlita.

RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES (STRESS-RELIEF ANNEALING)

Ver Alívio de tensões.

RECOZIMENTO PARA CRESCIMENTO DO GRÃO (COARSE-GRAIN ANNEALING)

Recozimento caracterizado por permanência em temperatura significativamente acima

da zona crítica; resfriamento lento até temperatura abaixo do ponto A1 e subseqüente

resfriamento arbitrário até a temperatura ambiente, destinado a produzir crescimento

de grão.

RECOZIMENTO PARA HOMOGENEIZAÇÃO (HOMOGENIZING ANNEAL)

Recozimento caracterizado por um aquecimento até uma temperatura

consideravelmente acima do ponto AC3, longa permanência nessa temperatura e


102 Engenharias

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resfriamento adequado ao fim em vista, para eliminação de variações locais de

composição do material.

RECOZIMENTO PARA RECRISTALIZAÇÃO (RECRYSTALLIZATION ANNEALING)

Recozimento caracterizado pela permanência em temperatura dentro da faixa de

recristalização, após deformação realizada abaixo dessa faixa.

RECOZIMENTO PARA SOLUBILIZAÇÃO (FULL ANNELING)

Recozimento em conseqüência do qual um ou mais constituintes entram na solução.

Geralmente caracterizado por um resfriamento rápido destinado a retenção daqueles

constituintes em solução na temperatura ambiente. Também denominado

solubilização.

RECOZIMENTO PLENO (FULL ANNEALING)

Recozimento caracterizado por um resfriamento lento através da zona crítica, a partir

da temperatura da austenitização, geralmente acima de AC1 para os aços

hipoeutetoides e entre AC31 e ACcm para os hipereutetóides.

REFINO DE GRÃO (GRAIN REFINING)

Diminuição do tamanho do grão.

REVENIMENTO (TEMPERING)

Tratamento térmico de uma peça temperada ou normalizada, caracterizado por

reaquecimento abaixo da zona crítica e resfriamento adequado, visando ajustar as

propriedades mecânicas.

SEGREGAÇÃO (SEGREGATION)

Concentração de elementos sob forma de solução sólida ou de compostos em regiões

específicas de uma peça metálica.

TAMANHO DE GRÃO (GRAIN SIZE)

São as dimensões dos grãos ou cristais em um metal policristalino, excluindo as

regiões maciadas e os subgrãos, quando presentes. O tamanho do grão é usualmente

estimado ou medido na seção média de um agregado de grãos. As unidades mais

comuns são:

a) diâmetro médio;

b) área média;

c) numero de grãos por unidade linear;

d) numero de grãos por unidade de área;

e) numero de grãos por unidade de volume.


103 Engenharias

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TÊMPERA (HARDENING)

Tratamento térmico caracterizado pelo resfriamento em velocidade superior à

velocidade crítica de têmpera de uma liga ferro-carbono, a partir de uma temperatura

acima da zona crítica para os aços hipoeutetóides e geralmente dentro da zona crítica

para os aços hiporeutetóides, resultando em transformação da austenita em

martensita.

TÊMPERA EM ÁGUA (WATER HARDENING)

Têmpera em que o agente de resfriamento (meio de têmpera) é a água.

TÊMPERA EM ÓLEO (OIL HARDENING)

Têmpera em o agente de resfriamento (meio de têmpera) é um óleo.

TÊMPERA EM SALMOURA (BRINE QUENCH)

Têmpera em que o agente de resfriamento (meio têmpera) é uma salmoura.

TÊMPERA POR CHAMA (FLAME HARDENING)

Têmpera em que o aquecimento é produzido por chama.

TEMPERABILIDADE (HARDENABILITY)

Propriedade do aço que determina a profundidade e distribuição da dureza pela

têmpera.

TRATAMENTO SUBZERO (SUBZERO TREATMENT)

Tratamento realizado abaixo 0oC. Particularmente, resfriamento de uma aço a uma

temperatura abaixo de 0oC para transformação da austenita retida em martensita.

TRATAMENTO TÉRMICO (HEAT TREATMENT)

Operação ou conjunto de operações realizadas no estado sólido que compreendem

aquecimento, permanência em determinadas temperaturas e resfriamento, realizados

com a finalidade de conferir ao material determinadas características.

TRATAMENTO TERMOQUÍMICO (THERMOCHEMICAL TREATMENT)

Conjunto de operações realizadas no estado sólido que compreendem modificações na

composição química da superfície da peça, em condições de temperatura e meio

adequados.

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Manual 2013 (1).pdf