RELATÓRIO DE ATIVIDADE PRÁTICA: TRATAMENTOS TÉRMICOS NO AÇO ABNT 1060

Ana Gabriela Texeira, Dylan Ciriaco Oliani, Fernanda Dias de Ornelas, Fernanda Pavelski, Guilherme Henrique Schwab Antunes

UTFPR – ME05E – T51

1. IntroduçãoO relatório apresentado refere-se às atividades práticas com o aço 1060: resfriamento

em água, óleo e ar e análise das microestruturas e propriedades apresentadas pelas amostras tratadas. A análise de tratamentos térmicos hoje é de suma importância pra toda a área mecânica, pois são desses tratamentos que pode se obter determinadas propriedades desejadas para um material que desempenhará uma função específica. Através da análise, é possível compreender e correlacionar as microestruturas obtidas com a propriedades da amostra tratada. A importância desse processo de análise é de tamanha grandeza que hoje é possível encontrar trabalhos acadêmicos e relatórios sobre quase todos os aços usados em grande escala na indústria.

2. Materiais e métodosPara os tratamentos que se desejava realizar com o aço ABNT 1060 foram cortadas

três amostra, com seção circular e 20 a 25 mm de comprimento. Então, cada uma dessas foi levada ao forno à temperatura de 800°C (temperatura de austenitização desse aço) e permaneceu 20 minutos sob essa temperatura. Então cada amostra passou por um tipo de resfriamento diferente: uma em água, uma em óleo e uma ao ar. Nos resfriamentos em água e óleo, tomou-se o cuidado de girar a amostra dentro do líquido para que esse não aqueça muito em uma área específica, o que comprometeria o tratamento. Como as amostras foram colocadas “soltas” no forno, ocorreu descarbonetação na superfície, então as mesmas foram cortadas novamente, mais ou menos na metade do comprimento. As amostras foram, então, lixadas e embutidas, usando uma resina termoendurecível chamada baquelite. Isso é feito com uma temperatura de 160°C a 170°C e o procedimento deve ser realizado tomando os cuidados necessários (retirando restos de resina que sobraram do processo anterior, tampando corretamente, utilizando a força certa etc). O embutimento tem como objetivo facilitar a manipulação das amostras durante o lixamento, o polimento e a análise. Posteriormente, as amostras foram lixadas, de modo a remover a camada superficial transformada e obter uma superfície plana para análise. O lixamento foi realizado de forma progressiva, respeitando a ordem de lixas da mais grossa até a mais fina (220, 330, 400 e 600). O resultado final antes do polimento deve ser uma superfície plana e uniforme. O objetivo do polimento é a obtenção de uma camada “espelhada”, sem riscos, para que possa ser feita a análise em microscópio. Depois de polidas as peças foram ao microscópio para verificar se não havia riscos na peça. Caso fossem constatados esses riscos, a peça voltava para o polimento. Caso contrário, a peça sofria ataque químico e voltava para a análise em microscópio. Essa foi realizada de lente em lente, focando em cada uma delas a procura de qualquer detalhe que possa revelar algo sobre a microestrutura. Em alguns casos, foi necessário tirar várias fotos do mesmo local e juntá-las para obter uma imagem focada (programa utilizado para tirar as fotos e juntá-las: Image Pro Plus®). A análise foi realizada em vários pontos da peça, para observar se havia diferença de microestrutura dentro da própria peça. Após a análise da imagem, as amostras sofreram ensaio de dureza (durômetro: EMCOTEST M4C 025 G3M – carga: 30kg). A medição foi feita em 5 pontos diferentes da peça, afim de obter o valor de dureza mais preciso possível. Os resultados podem ser observados na análise de cada amostra.

3. Resultados e discussões3.1.Água:Após o procedimentos descrito anteriormente, a amostra de Aço ABNT 1060 que foi

resfriada à água, apresentou basicamente martensita, como mostra a fig. 1, e pouca quantidade

de troostita, pois durante o resfriamento atingiu a linha de formação (ou cotovelo) desta, conforme as figuras 2 e 3.

Fig 1. Têmpera em água aço ABNT 1060 Fig 2. Representação esquemática (Ampliação 1000X) têmpera aço 1060, com base em um diagrama CRC de um aço SAE 1035.

A obtenção da martensita, devido à têmpera, foi possibilitada pelo rápido resfriamento da amostra em água, permitindo que esta se forme. Esse rápido resfriamento impossibilita que o carbono, que se encontravam dentro de uma célula austenítica, sofressem difusão, caracterizando o processo da têmpera, que é adifusional. O ferro fica supersaturado de carbono, deformando-a, formando uma estrutura tetragonal de corpo centrado, que é resistente a tração e a compressão, porém frágil., que é a martensita.

A amostra resfriada na água, na qual a martensita está presente em quase sua totalidade, apresenta um valor médio de dureza de 764,4 HV30 (62,66 HRC), pouco abaixo do valor da amostra resfrida ao óleo (como será mostrado na próxima análise). Esse valor é próximo do esperado para um material temperado, pois o principal objetivo desse tratamento é aumentar a dureza.

3.2. ÓleoApós a análise microscópica e fotográfica da peça temperada em óleo, como

representada na Fig.3, a microestrutura obtida após os procedimentos citados anteriormente em 2.0 foi a martensita (1). Este microconstituinte que depende principalmente da temperatura para qual a liga será resfriada, é resultado da taxa de têmpera necessária para prevenir a difusão do C, permanecendo o Fe supersaturado do mesmo. Nesta microestrutura pode-se perceber também, a presença de perlita fina (2) e provável bainita superior e a presença de austenita retida (3), representada nas regiões mais claras, resultado da não transformação da mesma durante o resfriamento rápido.

Fig 3. Microestrutura do aço SAE 1060 após têmpera em óleo (Ampliação 1000X)

2

1

3

Fig.4 Alinhamento de grãos e retirada de grafita (Ampliação 1000X)

Na fig. 4, é possível analisar o alinhamento dos grãos dentro da estrutura martensítica; além disto, podemos verificar alguns pontos pretos (4), sendo estes regiões onde ocorreu a retirada de grafita do aço, através do procedimento de polimento, necessário para retirar riscos da peça, para uma melhor análise posterior. A formação microestrutural descrita acima é representada na Fig. 5, descrevendo o tratamento térmico realizado com a amostra: têmpera.

Fig. 5 Representação esquemática da têmpera do Aço SAE 1060 no diagrama CRC do Aço SAE 1035.

As propriedades esperadas para este aço são: dureza elevada e resistente, porém frágil, devido as tensões internas provocadas pelo C, podendo levar a trincas futuras.

Como a martensita possui uma microestrutura supersaturada de C, sua dureza possui valores superiores das demais amostras, sendo a média de dureza igual a 774,4 HV 30 (63.06 HRC), sendo este valor obtido após o teste de dureza realizado cinco vezes em diferentes regiões da peça.

3.3. ArNo aço 1060 resfriado ao ar ocorreu um tipo de recozimento, denominado

normalização.

4

Figura 1. Aço ABNT 1060 resfriado ao ar Figura 2. Descarbonetação do aço. (ampliação 1000x). (ampliação 1000x).

Figura 3 Descarbonetação superficial do

material.

Este aço apresenta uma granulação mais fina e possui os seguintes microconstituintes: bainita, microestrutura composta por ferrita-α envolvendo grãos de troosto-perlita e uma fina dispersão de cementita (mostrados na figura 1), a perlita possui uma aparência de esboroamento devido o aquecimento dentro da zona crítica.

O aço sofreu descarbonetação (figuras 2 e 3) devido o aquecimento (acima de 700°C) em meio oxidante.

O metal apresentou os tais microconstituintes devido ao tempo de resfriamento, cuja curva passou pelo cotovelo, representado no diagrama (Fig. 4), local de transformação de fase.

No ensaio de dureza neste aço teve como resultado 259,6 HV30 (23,96 HRC), este valor é um pouco acima da de um aço com revenido completo, pois a normalização consiste em um refino de grão e em uniformizar a microestrutura, este efeito tem relação à microestrutura do aço já que a bainita proporciona uma maior dureza ao metal.

4. ConclusãoAtravés das diferentes formas de tratamentos térmicos realizados neste trabalho, como

têmpera, responsável pela formação de martensita, aplicada nas amostras resfriada em óleo e água; e a normalização, empregada para diminuir o tamanho médio dos grãos, aplicada na amostra resfriada ao ar, obteve-se diferentes valores para a dureza, sendo esta ligada ao tipo de microconstituinte formado durante o resfriamento. Para as amostras resfriadas em óleo e água, nas quais houve a predominância de martensita, a dureza obtida foi em torno de 769,4 HV30 (62,86 HRC), sendo superior a obtida no resfriamento ao ar, que foi de 259,6 HV30 (23,96 HRC), evidenciando a influência dos microcontituintes de uma aço nas suas propriedades mecânicas.

Figura 4 Curva TTT representando a normalização.

5. ReferênciasCALLISTER, William D.. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 5. ed.

Rio de Janeiro: LTCCHIAVERINI, Vicente. Tecnologia mecânica. 2. ed. São Paulo: McGraw-Hill, 1986COLPAERT, Hubertus, Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns. 4ª Ed.,  2008