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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS
RELATÓRIO DE ESTÁGIO CURRICULAR I PERÍODO: 08/09/2008 A 19/12/2008
Luiz Henrique Justo Matrícula: 07237035
Supervisor: Ivan Hubert Orientadora: Fernanda da Costa Rodrigues
Marlon Marques Corradi Alexandre de Souza
“Concordamos com o conteúdo do relatório”
___________________________________
Ivan Hubert
Blumenau 2008
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ELECTR0 AÇO ALTONA
Rua Eng. Paul Werner, 925
Bairro Itoupava Seca CEP: 88030-900 Blumenau – SC
Fone: (047) 3321 7788 / 3321 7799 www.altona.com.br
3
Agradecimentos
Primeiramente à Electro Aço Altona, por abrir suas portas para o sistema de
estágios e por contribuir para o meu crescimento profissional.
À Universidade Federal de Santa Catarina e em especial a coordenação do
curso de Engenharia de Materiais pelo auxílio e orientação. À coordenação de estágios do
curso de Engenharia de Materiais da UFSC Berend Snoeijer, Germano Riffel e Pedro
Novaes pela dedicação e comprometimento para o sucesso do sistema de estágios do curso.
Ao supervisor Ivan Hubert, a orientadora Fernanda da Costa Rodrigues pela
confiança depositada nos trabalhos realizados e ensinamentos passados durante o período
de estágio. Aos engenheiros Marlon Marques Corradi e Alexandre de Souza, pela confiança
depositada nos trabalhos realizados e ensinamentos.
Aos Srs. Almerindo Romanus, Vilson Martello e Marcelo Franco dos
Santos, do Laboratório Metalúrgico, pela paciência, amizade e ensinamentos.
Aos Srs. Darlan Pressi e Jaime, pela paciência, amizade e ensinamentos.
Aos colegas de estágio Daniel Brigentti Bortoluzzi, Diego Fernandes
Paulino, Pablo Vinícius de Sousa Lia Fook, Rodrigo Ulmann Corrêa e Sandra Dalla Lana,
pela amizade e companhia durante todo o período de estágio.
A todos os colaboradores que de alguma forma participaram na realização
deste estágio, aliando prática a teoria.
À minha namorada e família por tornar tudo isso possível.
Muito obrigado!
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1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................ 4
2. ANÁLISE DE FALHAS ................................................................................................... 6
2.1. Introdução .................................................................................................................... 6 2.2. Fratura prematura de uma pista de rotor. ..................................................................... 7
2.2.1 Objetivos ................................................................................................................ 7 2.2.2. Metodologia .......................................................................................................... 7 2.2.3. Análise dos dados ................................................................................................. 7 2.2.4. Conclusão ............................................................................................................. 9
2.3. Trincas em peças de montagem de eixo .................................................................... 10 2.3.1. Objetivos ............................................................................................................. 10 2.3.2. Metodologia ........................................................................................................ 10 2.3.3. Análise dos dados ............................................................................................... 10 2.3.4. Conclusão ........................................................................................................... 13
2.4. Desgaste segmento de mesa (ferro branco alto cromo) ............................................. 14 2.4.1. Objetivos ............................................................................................................. 14 2.4.2. Metodologia ........................................................................................................ 14 2.4.3. Análise dos dados ............................................................................................... 14 2.4.4. Conclusão ........................................................................................................... 16
3. TRATAMENTO TÉRMICO ........................................................................................ 17 3.1. Introdução .................................................................................................................. 17 3.2. Normalização, têmpera e revenimento. ..................................................................... 18
3.2.1. Normalização ...................................................................................................... 18 3.2.2. Têmpera .............................................................................................................. 18 3.2.3. Revenimento ....................................................................................................... 19
4. DESENVOLVIMENTO DE TRATAMENTOS TÉRMICOS ................................... 23
4.1. Introdução .................................................................................................................. 23 4.2. Desenvolvimento CA15 modificado ......................................................................... 24
4.2.1. Objetivos ............................................................................................................. 24 4.2.2. Metodologia ........................................................................................................ 24 4.2.3. Resultado e discussão ......................................................................................... 25
5. CONCLUSÃO ................................................................................................................. 28
6. REFEÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................ 29
ANEXO A – HISTÓRICO DA ALTONA ........................................................................ 30
ANEXO B – CRONOGRAMA DE ESTÁGIO ............................................................... 32
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1. INTRODUÇÃO
Este relatório é referente ao primeiro estágio supervisionado do curso de Engenharia
de Materiais da Universidade Federal de Santa Catarina, realizado na empresa Electro Aço
Altona S.A. no terceiro trimestre de 2008. Estágio este realizado no setor de Engenharia de
Processos, sob a supervisão do Engenheiro Ivan Hubert e orientação dos Engenheiros
Fernanda da Costa Rodrigues, Marlon Marques Corradi e Alexandre de Souza.
No período integral de estágio, de 15 semanas, foram realizadas diversas
atividades no setor de engenharia de processos. Dentre elas se destacaram as análises de
falha, onde foi possível aprimorar e acrescentar conhecimentos referentes a microestrutura
dos materiais, os tipos de falhas existentes e maneiras de evita-las, a influência de cada
componente químico nas características do material. Outro destaque foi a aprendizagem em
fundamentos de tratamento térmico que tem como objetivo atingir as características
mecânicas exigidas pelos clientes, bem como a seleção do material mais adequado para tais
características. Foi possível a realização do curso “Processos de Fundição” uma associação
da Electro Aço Altona junto ao SENAI-SC, curso este realizado on-line, com o objetivo de
ensinar aos colaboradores todo o processo produtivo executado pela empresa.
Junto a todas as atividades realizadas no estágio, o contato direto com o
ambiente empresarial foi um dos maiores aprendizados adquiridos durante o estágio. Ter a
oportunidade de conhecer, na íntegra, o funcionamento interno de uma empresa como a
Altona, foi uma experiência que somou muito para o meu crescimento profissional.
Algumas informações não foram passadas aqui em decorrência do sigilo
industrial, servindo apenas para o conhecimento pessoal e interno da empresa. As
atividades descritas aqui não demonstram a íntegra das atividades realizadas durante todo o
período de estágio, sendo as atividades relatadas selecionadas dentre as várias realizadas.
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2. ANÁLISE DE FALHAS
2.1. Introdução
O principal motivo da análise de falhas está em descobrir o que gerou esta falha
para que, ao realizar o processo produtivo novamente, isto não volte a ocorrer. Entretanto, a
análise de falhas representa uma ferramenta importante na manutenção da qualidade dos
produtos produzidos pela empresa.
A seguir estão descritas três atividades desenvolvidas relacionadas a análise de
falhas, um caso de fratura prematura em uma pista de rotor de um aço ASTM A 532 III A, um
caso de falha (trincas) em ponteiras de caminhões de um aço SAE-4140 e por último um
caso de falta de rendimento, em relação ao desgaste da peça, de segmentos de mesa,
utilizados na produção de cimento.
Neste relatório estará descrito apenas três atividades desenvolvidas relacionadas a
análise de falhas, sendo que, durante o estágio outras análises foram realizadas. Todas elas
foram acompanhadas por engenheiros e técnicos metalúrgicos.
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2.2. Fratura prematura de uma pista de rotor.
2.2.1 Objetivos
Identificar a causa da fratura de uma pista de rotor, de composição equivalente
ASTM A 532 III A (ferro fundido branco alto cromo).
2.2.2. Metodologia
Para encontrarmos a causa raiz da fratura prematura da pista, foi realizada a análise
química, metalográfica e macrográfica da mesma.
2.2.3. Análise dos dados
O cliente encaminhou um pedaço da peça onde ocorreu à falha. Ressaltaram a
presença de uma mancha escura no local da falha. Relataram que após um curto espaço de
tempo em operação a peça partiu-se em três pedaços.Não foi possível a análise da mancha
escura relatada pelo cliente, sendo que apenas um pedaço da peça foi enviado para análise.
Essa liga tem a característica de ter uma excelente resistência ao desgaste, porém,
são necessários cuidados em relação a variações bruscas de temperatura e choques
mecânicos, pois é um material extremamente frágil.
A espectometria (análise química) obtida na amostra demonstra que a peça está com
a composição química de acordo com a norma ASTM A 532 III A.
Da amostra retirada do local da falha foram feitas análises metalográficas e de
dureza, para possível constatação da falha que gerou a ruptura da peça.
Uma das regiões onde ocorreu a falha coincide com o rasgo do pino de tração,
conforme fotos enviadas pelo cliente (figura 2).Durante o processo produtivo foi efetuado o
ensaio de líquido penetrante (LP) na peça, em inspeção interna, e não foram encontrados
trincas ou outros tipos de defeitos.
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Figura 3: Região central da amostra.Com nível de inclusões entre 2 e 3 ASTM, não há alinhamento de inclusões. Aumento 100x. Sem ataque.
Figura 4: Região central da amostra.Com nível de inclusões entre 2 e 3 ASTM, não há alinhamento de inclusões. Aumento 100x. Sem ataque.
Figura 2: Local onde ocorreu falha. Pedaço retirado para análise metalográfica.
Figura 1: Local onde ocorreu falha. Pedaço retirado para análise metalográfica.
Figura 5: Região central da amostra.Com matriz martensítica e com presença de aproximadamente 20% de carbonetos. Aumento 100x. Atacada com cloreto de cobre.
Figura 6: Região central da amostra.Com matriz martensítica e com presença de aproximadamente 20% de carbonetos. Aumento 400x. Atacada com cloreto de cobre.
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2.2.4. Conclusão
A partir dos dados adquiridos pode-se constatar que a composição química está
dentro dos padrões, do mesmo modo, a análise metalográfica constatou que a amostra
possui uma microestrutura normal a liga ASTM A 532 III A.
Como relatado anteriormente, não foi detectado ao líquido penetrante,
defeitos/imperfeições na peça. O que descarta a possibilidade da fratura em função de
trincas e ou outros defeitos superficiais.
Descartando-se a hipótese de falha em função do material, pois o mesmo está dentro
dos padrões. A hipótese de que no momento da montagem da pista a profundidade do rasgo
do pino de tração era menor que o especificado e ou as dimensões do mesmo era maior que
o especificado, torna-se a mais provável causa raiz da falha, pois em função da divergência
no pino de tração, a base do anel não ficou completamente apoiada, e após o equipamento
entrar em operação o anel “engastado” não resistiu a carga aplicada pelo rolo de moagem.
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2.3. Trincas em peças de montagem de eixo
2.3.1. Objetivos
Encontrar o motivo pelo qual ocorreram as trincas nas peças, de composição
equivalente a SAE-4140.
2.3.2. Metodologia
Foram fabricadas quinze peças de uma mesma corrida (1), ou seja, que possuem a
mesma composição química, e quinze peças de outra corrida (2). Dessas trinta peças, oito
da corrida (1) e duas da corrida (2) apresentaram trincas que se concentravam em sua
grande maioria na mesma região.
Para uma análise detalhada foram retiradas amostras da parte sã e da parte com
trinca, de ambas as corridas, e nelas realizaram-se análises químicas, metalográficas e de
dureza. Apenas na corrida (2) foi realizado o ensaio mecânico.
Todos os registros internos do processo de produção das peças foram recolhidos
para que sejam analisadas todas as causas possíveis da falha.
2.3.3. Análise dos dados
As análises químicas realizadas nas amostras não demonstraram divergências entre
as composições da amostra sã e da amostra com trinca (tabela 1). Porém, foi constatado um
alto teor de alumínio nas amostras corrida (1), mas não há indícios de que isso tenha
alguma relação com a falha, pois, corrida (2) também apresentou falha, porém o seu teor de
alumínio estava normal.
Realizada as metalografias nas amostras com trinca, foi constatado que nessa região
houve descarbonetação, o que sugere que a falha tenha surgido anteriormente ao tratamento
térmico. A microestrutura das amostras estava de acordo com o esperado. O ensaio
mecânico da corrida (1) não mostrou nenhum desvio (tabela 2).
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Após análise dos registros internos (não podem constar no relatório) não foram
encontrados desvios no processo de produção. Com exceção ao registro de tratamento
térmico, as peças saíram da têmpera na temperatura esperada, porém, o revenimento foi
efetuado muito tempo após o tempo máximo recomendado, pois, a peça poderia não
agüentar tanto tempo tencionada em decorrência da têmpera.
Figura 7: Local onde ocorreu falha.
Figura 8: Local onde ocorreu falha. Pedaço retirado para análise metalográfica.
Figura 9: Região central da amostra. Com nível de inclusões 3 ASTM, não há alinhamento de inclusões. Aumento 100x. Sem ataque. Amostra (1).
Figura 10: Região da trinca. Presença de oxidação. Aumento 100x. Sem ataque. Amostra (1).
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Figura 11: Região central da amostra. Com matriz martensítica. Aumento 100x. Atacada com cloreto de cobre. Amostra (1).
Figura 12: Região da trinca. Com matriz martensítica e presença de descarbonetação Aumento 200x. Atacada com cloreto de cobre. Amostra (1).
Figura 13: Região central da amostra. Com nível de inclusões 3 ASTM, não há alinhamento de inclusões. Aumento 100x. Sem ataque. Amostra (2).
Figura 14: Região da trinca. Presença de oxidação. Aumento 100x. Sem ataque. Amostra (2).
Figura 15: Região central da amostra. Com matriz martensítica. Aumento 100x. Atacada com cloreto de cobre. Amostra (2).
Figura 16: Região da trinca. Com matriz martensítica e presença de descarbonetação Aumento 200x. Atacada com cloreto de cobre. Amostra (2).
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2.3.4. Conclusão
Uma das hipóteses para que tal falha tenha ocorrido foi o alto teor de alumínio, que
fragiliza o material, presente na amostra 1, porém, logo foi descartada, pois a amostra 2
também apresentou a falha e não possuía um alto teor de alumínio.
Outra hipótese plausível é que a luva exotérmica colocada na parte da peça onde
ocorreram a maioria das falhas, por possuir nitreto de alumínio pudesse fragilizar aquela
região, gerando a trinca.
A provável causa das trincas nas peças é o tempo que as peças aguardaram ate o
revenimento pos têmpera, tempo esse que ultrapassou o tempo especificado. A trinca pode
ter surgido em decorrência do tempo que a peça ficou tencionada após a têmpera.
Analisando os registros internos não foi encontrado nenhum desvio no processo de
produção. Para um controlo minucioso de todas as etapas do processo para que não ocorra
falha, seria necessário o completo acompanhamento da peça.
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2.4. Desgaste segmento de mesa (ferro branco alto cromo)
2.4.1. Objetivos
Foram recolhidos todos os dados, referentes ao processo de produção das peças, que
pudessem interferir nas propriedades das peças. Os dados coletados foram: dureza,
espessura final das peças, gráficos de tratamento térmico e metalografia.
2.4.2. Metodologia
Foram produzidos 15 segmentos de mesa (peça utilizada na produção de cimento),
desses apenas um apresentou uma boa resistência ao desgaste. Para análise da causa do
problema foram realizadas análises químicas, metalográficas e de dureza, e foram reunidas
informações sobre o processo de produção das peças (gráficos de tratamento térmico).
Para realização das análises, foram retiradas amostras da peça com superior
resistência ao desgaste e de uma peça com uma resistência inferior.
2.4.3. Análise dos dados
As durezas encontradas nas peças foram todas inferiores ou equivalentes ao mínimo
esperado (600 HB), apenas a peça com boa resistência ao desgaste possuía uma dureza
satisfatória de 683 HB. A espessura final de cada peça depende diretamente de sua dureza,
ou seja, as peças que possuíam maior dureza apresentaram um desgaste inferior à aquelas
com menor dureza, sendo que a peça boa apresentou uma espessura final de 180 mm e a
média de espessura das peças ruins foi de 147 mm (tabela 2).
A metalografia não evidenciou nenhuma característica microestrutural fora do
esperado para o tipo de liga utilizado na produção das peças.
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Figura 24- Nível de inclusões: 2-3 ASTM E 45 Aumento 100x.
Figura 25- Nível de inclusões: 2-3 ASTM E 45 Aumento 100x.
Figura 26- Matriz martensítica com presença de carbonetos. Aumento 100x. Ataque Vilella.
Figura 27- Matriz martensítica com presença de carbonetos. Aumento 100x. Ataque Vilella.
Figura 28- Matriz martensítica com presença de carbonetos. Aumento 400x. Ataque Vilella.
Figura 29- Matriz martensítica com presença de carbonetos. Aumento 400x. Ataque Vilella.
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2.4.4. Conclusão
Após análise dos dados obtidos notamos que a microestrutura do material está
dentro dos padrões da liga (ferro branco alto cromo), evidenciando uma matriz martensítica
com presença de carbonetos, em ambas as amostras, tanto na amostra da peça com desgaste
superior quanto na peça inferior.
Analisando os gráficos de tratamento térmico pode-se constatar que a peça boa foi
tratada separadamente das outras 14 peças, principalmente no revenimento, pois, a taxa de
resfriamento de ambas as cargas foi diferente. Porém, ao discutir com o engenheiro
responsável pela análise, chegamos a conclusão de que esta não foi a causa da grande
diferença de resistência ao desgaste.
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3. TRATAMENTO TÉRMICO
3.1. Introdução
Tratamento térmico é o conjunto de operações de aquecimento e resfriamento a que
são submetidos os aços, sob condições controladas de temperatura, tempo, atmosfera e
velocidade de resfriamento, com o objetivo de alterar as suas propriedades ou conferir-lhes
características determinados.
As propriedades dos aços dependem, em princípio, da sua estrutura. Os
tratamentos térmicos modificam, em maior ou menor escala, a estrutura dos aços ,
resultando, em conseqüência na alteração mais ou menos pronunciada, de suas
propriedades.
Cada uma das estruturas obtidas apresentam suas características próprias,
que se transferem ao aço, conforme a estrutura ou combinação de estrutura ou
combinação de estruturas presentes. Pelo exposto, pode-se perfeitamente avaliar a
importância dos tratamentos térmicos, sobretudo nos aços de alto carbono e nos que
apresentam também elementos de liga.
Os principais objetivos dos tratamentos térmicos são os seguintes :
• Remoção de tensões internas (oriundas de esfriamento desigual, trabalho mecânico
ou outra causa) ;
• Aumento ou diminuição da dureza;
• Aumento da resistência mecânica;
• Melhora da ductilidade;
• Melhora da usinabilidade ;
• Melhora da resistência ao desgaste;
• Melhora das propriedades de corte;
• melhora da resistência à corrosão;
• Melhora da resistência ao calor;
• Modificação das propriedades elétricas e magnéticas.
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Em geral, a melhora de uma ou mais propriedades, mediante um determinado
tratamento térmico, é conseguida com prejuízo de outras.
3.2. Normalização, têmpera e revenimento.
3.2.1. Normalização
Consiste no aquecimento do aço a uma temperatura acima da zona crítica,
seguindo de resfriamento ao ar. Para os aços hipoeutetóides, pode-se admitir que a
temperatura de aquecimento ultrapasse a linha A3 e para os hipereutetóides a linha
Acm.
A normalização visa refinar a granulação grosseira de peças de aço fundido
principalmente; freqüentemente, e com o mesmo objetivo, a normalização é aplicada em
peças depois de laminadas ou forjadas. A normalização é ainda usada como tratamento
preliminar à têmpera e ao revenido, justamente para produzir estrutura mais uniforme do
que a obtida por laminação .
Os constituintes que se obtém na normalização são ferrita e perlita fina ou
cementita e perlita fina. Eventualmente, dependendo do tipo de aço, pode-se obter a
bainita.
3.2.2. Têmpera
Consiste no resfriamento rápido do aço de uma temperatura superior à sua
temperatura crítica ( mais ou 50ºC acima da linha A1 nos hipereutetóides) em um meio
como óleo, água, salmoura ou mesmo ar ).A velocidade de resfriamento, nessas condições,
dependerá do tipo de aço, da forma e das dimensões das peças.
Como na têmpera o constituinte final desejado é a martensita, o objetivo dessa
operação, sob o ponto de vista de propriedades mecânicas, é o aumento da dureza, deve
verificar-se até uma determinada profundidade.
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Resultam também da têmpera redução da ductilidade (baixos valores de
alongamento e estricção), da tenacidade e o aparecimento de apreciáveis tensões internas.
Tais incovenientes são atenuados ou eliminados pelo revenido.
Para que a têmpera seja bem sucedida vários fatores devem ser levados em conta.
Inicialmente, a velocidade de esfriamento deve ser tal que impeça a transformação da
austenita nas temperaturas mais elevadas, em qualquer parte da
peça que se deseja endurecer.
3.2.3. Revenimento
O revenido é o tratamento térmico que normalmente sempre acompanha a têmpera,
pois elimina a maioria dos inconvenientes produzidos por esta, além de aliviar ou remover
as tensões internas, corrige as excessivas dureza e fragilidade do material, aumentando sua
ductibilidade e resistência ao choque.
O aquecimento na martensita permite a reversão do reticulado instável ao reticulado
estável cúbico centrado, produz reajustamentos internos que aliviam as tensões e, além
disso, uma precipitação de partículas de carbonetos que cresce e se aglomeram de acordo
com a temperatura e o tempo .
Conforme a temperatura de revenido, verificam-se as seguintes transformações:
• Entre 25º e 100ºC , ocorre segregação ou uma redistribuição do carbono em direção a
discordância; essa pequena precipitação localizada do carbono pouco afeta a dureza. O
fenômeno é predominante em aços de alto carbono;
• Entre 100º a 250ºC, as vezes chamado primeiro estágios do revenido - ocorre precipitação
de carboneto de ferro do tipo epsilon, de fórmula Fe2-3C , e reticulado hexagonal; este
carboneto pode estar ausente em aços de baixo carbono e de baixo teor em liga; a dureza
Rockwell começa a cair, podendo chegar a 60;
• Entre 200º a 300ºC, as vezes chamado de segundo estágio do revenido - ocorre
transformação de austenita retida em bainita; a transformação ocorre somente em aços-
carbono de médio e alto teor de carbono; a dureza Rockwell continua a cair ;
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• Entre 250º a 350ºC, as vezes é chamado de terceiro estágio do revenido - forma-se um
carboneto metaestável, de fórmula Fe5C2 ; quando ocorre esta transformação, verifica-
se em aços de alto carbono; a estrutura visível ao microscópio é uma massa escura, que era
chamada “troostita” , denominação não mais utilizada; a dureza Rockwell continua caindo,
podendo atingir valores pouco acima a 50;
• Entre 400º a 600ºC, ocorre uma recuperação da subestrutura de discordância; os
aglomerados de Fe3C passam a uma esferoidal, ficando mantida uma estrutura de ferrita
fina acicular; a dureza Rockwell cai para valores de 45º a 25º;
• Entre 500º a 600ºC, somente noa aços contendo Ti, Cr, Mo, V, Nb ou W, há precipitação
de carboneto de liga; a transformação é chamada “endurecimento secundário” ou quarto
estágio do revenido;
• Finalmente, entre 600º a 700ºC , ocorre recristalização de crescimento de grão; a
cementita precipitada apresenta forma nitidamente esferoidal; a ferrita apresenta forma
equi-axial; a estrutura é freqüentemente chamada “esferoidita” e caracteriza-se por ser por
muito tenaz e de baixa dureza, variando de 5 a 20 Rockwell C.
Pelo que acaba de ser exposto, percebe-se que a temperatura de revenido pode ser
escolhida de acordo com a combinação de propriedades mecânicas que se deseja no aço
temperado.
Diversos aços, principalmente aço-liga de baixo teor em liga, caracterizam-se por
adquirirem fragilidade, quando são aquecidos na faixa de temperaturas 375- 575ºC, ou
quando são resfriados lentamente através dessa faixa . Este fenômeno é conhecido com o
nome de “fragilidade de revenido”. A fragilidade ocorre mais rapidamente na faixa 450-
475ºC. Os aços-carbono comuns contendo manganês abaixo de 0,30% não apresentam o
fenômeno. Contudo, aços contendo apreciáveis quantidades de manganês, níquel e cromo,
além de uma ou mais impurezas tais como fósforo, estanho ou arsênio, são suscetíveis ao
fenômeno.
Não se tem uma explicação clara desse fato, embora se tenha observado
concentração de impurezas nos contornos dos grãos o que comprova que é necessária a
presença dessas impurezas, juntamente com um elemento de liga, para provocar esta
fragilidade. Esta é somente revelada no ensaio de resistência ao choque, pois as outras
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propriedades mecânicas e própria microestrutura não são afetadas. A não ser que se utilize
matérias-primas muito puras, os aços Cr-Ni são mais suscetíveis aos fenômenos.
Aparentemente, o molibdênio, em teores 0,5 a 1,0% retarda a suscetibilidade à
fragilidade de revenido. Os aços que se tornaram frágeis, devido às causas apontadas,
podem voltar ao seu normal e ter a tenacidade por assim dizer restaurada, pelo aquecimento
em torno de 600ºC ou acima, seguido de resfriamento rápido, abaixo de aproximadamente
300ºC.
Mencione-se, mais uma vez, o fato de que a eliminação de impurezas indutoras do
fenômeno evita a fragilidade. Como o antimônio é aparentemente o elemento mais
prejudicial ele deve ser evitado a qualquer custo. Na prática, tanto o antimônio como o
arsênio não estão comumente presentes. Desse modo, a maior atenção de ser dirigida ao
estanho e ao fósforo, cujas quantidades não devem ultrapassar 0,005% e 0,001%
respectivamente.
Uma última prática para reduzir a severidade da fragilidade de revenido e manter o
aço por longo tempo numa faixa de temperaturas entre Ac1 e Ac3. Contudo, esse
tratamento, também chamado “inter-crítico” , só deve ser aplicado em caso específico.
Como já se viu, dependendo da composição do aço, pode-se ter à temperatura
ambiente uma certa de quantidade “austenita retida” ou “austenita residual” que, ao se
transformar posteriormente, pode ocasionar o fenômeno de instabilidade. A transformação
dessa austenita residual é realizada por intermédio de diversos procedimentos. Um deles é o
revenido. Como se viu, o chamado “segundo estágio de revenido” - entre 200º e 300ºC -
transforma a austenita retida em bainita. Esta reação do revenido prevalece somente em
aços de médio ou alto carbono. Na realidade, no revenido, para a obtenção de certo grau de
estabilidade dimensional, seria necessário emprega-se a máxima temperatura de
aquecimento permissível, tendo em vista a dureza desejada, de modo a desenvolver-se a
contração máxima possível. Em alguns tipos complexos de aços - como os aços rápidos -
surge a necessidade de mais de uma revenido, visto que no resfriamento posterior ao
primeiro revenido, forma-se martensita que deve, em conseqüência, ser revenida, o que se
faz através de um segundo aquecimento do aço. Outro método para transformar a austenita
retida seria um artifício que se poderia chamar de “sazonamento”, ou seja, manuntenção
das peças tratadas em estoque por um determinado período de tempo ou submetendo-as
22
repetidamente aos extremos de temperaturas esperadas em serviço. Procura-se, assim,
forçar a ocorrência das modificações dimensionais antes de se utilizar as peças, o que,
entretanto, raramente se consegue. Outro método que possibilita a transformação da
austenita retida é a promoção de um certo grau de encruamento nas peças, o que,
obviamente, não serve para garantir a estabilidade dimensional. Choque mecânico tem sido
usado como o mesmo objetivo com resultados limitados, contudo, devido à dificuldade do
seu controle. Finalmente, freqüentemente têm sido usados ciclos acelerados de
envelhecimento, com resultados aproximadamente idênticos aos obtidos do revenido
comum.
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4. DESENVOLVIMENTO DE TRATAMENTOS TÉRMICOS
4.1. Introdução
O tratamento térmico consiste, basicamente, na variação da taxa de aquecimento e
ou de resfriamento, temperatura e tempo de patamar. Portanto, a definição das variáveis de
tratamento térmico é de fundamental importância para obtenção de um dado conjunto de
propriedades.
Antes do início do tratamento térmico o especialista deve fazer um estudo de quais
propriedades quer obter. Após este estudo determinar as variáveis existentes para a
obtenção das propriedades mecânicas desejadas.
Importante ressaltar que as dimensões da peça produzida influenciam diretamente
nas variáveis do tratamento térmico. Entretanto, a seleção da liga mais apropriada também
é de suma importância para a realização do tratamento.
A seguir será relatado o desenvolvimento de uma liga ASTM A 743 Grade CA15
modificada para que esta possa suprir as exigências do cliente. Um aço com boa resistência
a corrosão e ao desgaste devido principalmente a porcentagem de cromo em sua
composição.
24
4.2. Desenvolvimento CA15 modificado
4.2.1. Objetivos
Este desenvolvimento tem como principal objetivo a obtenção das propriedades
mecânicas especificadas pelo cliente. Será realizado em uma liga CA15 modificada com
níquel e molibdênio que será apenas temperado e revenido.
4.2.2. Metodologia
Foram tratados 6 blocos do tipo quilha (conforme ASTM A 781), variando-se de um
bloco para outro, em cada tratamento, a temperatura de patamar e o tipo de resfriamento, e
mantendo igual a taxa de aquecimento e o tempo de patamar.
Tratamento Taxa de
aquecimento ºC/hora
Temperatura Tempo de patamar Resfriamento Bloco
1 2 3 4 5 6
Normalização A B+30 D Lento x Ok
Normalização A B D Lento x Ok
Normalização A B+30 D Rápido x x Ok
Normalização A B D Rápido x x Ok
Revenimento A C E Muito lento x x x x Ok
Revenimento A C+20 E Lento x x Ok
Com a quilha que sobrar dos blocos 1, 2, 3 e 5 mesmo após de já o primeiro revenimento
Revenimento A C+20 E Rápido x x x x
Com a quilha que sobrar dos blocos 4 e 6 mesmo após o primeiro revenimento
Revenimento A C+40 E Lento x x
Tabela 2: Programação do tratamento térmico aplicado na experiência
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Os blocos foram numerados de 1 a 6, o bloco 1 foi normalizado com uma taxa de
aquecimento de A ºc/hora até uma temperatura de B+30 ºC manteve-se essa temperatura
durante D horas e posteriormente resfriou-se de maneira lenta. O bloco 2 foi normalizado
com uma taxa de aquecimento de A ºC/hora até uma temperatura de
B ºC manteve-se essa temperatura durante D horas e posteriormente resfriou-se de maneira
lenta. Os blocos 3 e 4 foram normalizados com uma taxa de aquecimento A °C/hora até
uma temperatura de B+30 ºC manteve-se essa temperatura durante D horas e
posteriormente resfriou-se de maneira rápida. Os blocos 5 e 6 foram normalizados com uma
taxa de aquecimento A °C/hora até uma temperatura de B ºC manteve-se essa temperatura
durante D horas e posteriormente resfriaram-se de maneira rápida. Realizadas as
normalizações os blocos 1, 2, 3 e 6 foram revenidos com uma taxa de aquecimento de A
ºC/hora até uma temperatura de C °C manteve-se essa temperatura durante E horas e
posteriormente resfriou-se de maneira muito lenta. Os blocos 4 e 6 foram revenidos a uma
taxa de aquecimento de A °C/hora até uma temperatura de C+20 °C manteve-se essa
temperatura durante E horas e posteriormente resfriou-se em de maneira lenta. Após o
primeiro revenimento foi retirado corpos de provas de tração e impacto para a realização
dos ensaios mecânicos.
4.2.3. Resultado e discussão
Com os blocos de prova foram preparados corpinhos de prova de tração e de
impacto (de acordo com a norma ASTM A 370), foram realizados ensaios destrutivos para
obtenção das propriedades mecânicas adquiridas pelos blocos após o tratamento
mencionado anteriormente. A tabela a seguir mostra os resultados obtidos nesses ensaios.
26
A normalização realizada nas peças pode ser considerada uma têmpera, pois, a
velocidade do resfriamento dos blocos é suficientemente alta para a formação da
martensita.
A têmpera é o tratamento térmico mais importante, pois por intermédio dele,
acompanhado de revenimento, que se obtêm as estruturas e as propriedades que permitem o
emprego do aço em peças de maior responsabilidade e em aplicações mais críticas. Por
definição a têmpera consiste em aquecer o aço a uma temperatura em que sua estrutura se
torne austenítica, seguindo-se um resfriamento a uma velocidade tal que não permita a
ocorrência da reação austenítica para ferrita + cementita, tornando-se a austenita em
martensita.
Sendo a têmpera um tratamento térmico que exige geralmente um resfriamento
rápido, a taxa de resfriamento constitui um dos fatores mais importantes para o êxito da
operação. Neste caso em particular as únicas variáveis existente no tratamento é a taxa de
resfriamento e a temperatura de patamar, pois os blocos possuem a mesma composição
química (são da mesma corrida) e possuem dimensões iguais.
Após o tratamento de têmpera, a estrutura resultante é martensita que é uma
estrutura frágil e deve ser transformada em martensita cúbica ou revenida. O revenimento é
realizado dependendo do que se deseja obter e deve ser feita logo após a peça temperada
antingir temperatura inferior a tranformação total de martensita (Mf). Este intervalo de
tempo não deve ser muito grande, pois após a têmpera sendo martensita frágil, estará sujeita
Propriedades Mecânicas LE
(kgf/mm²) LR
(kgf/mm²) A (%) Z (%) Dureza
(HB) Impacto (J) Especificado pelo cliente
U V W X Y Z Bloco 1 U+17 V+9 W-10 X-4 Y+11 Z+7 Bloco 2 U+23 V+9 W+2 X+34 Y+18 Z+5 Bloco 3 U+20 V+10 W+2 X+34 Y+8 Z-1 Bloco 4 U+16 V+13 W+2 X+31 Y52 Z-3 Bloco 5 U+21 V+11 W+2 X+23 Y+10 Z-7 Bloco 6 U+26 V+14 W-2 X+29 Y24 Z-13
Tabela 3: Propriedades mecânicas obtidas nos ensaios (valores não podem ser demonstrados).
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a trincas. Este tratamento consiste no reaquecimento das peças temperadas situadas abaixo
da linha inferior de transformação do aço. Dependendo da temperatura, pequenas ou
grandes transformações na estrutura martensítica resultam.
Analisando os resultados obtidos nos ensaios mecânicos pode-se notar que em todos
os blocos a resistência e a dureza passaram do limite superior estipulado pelo cliente. Cabe
ao próximo estagiário dar continuação a experiência visando a obtenção das características
exigida pelo cliente.
Nota-se que os blocos resfriados rapidamente após a têmpera e lentamente após o
revenimento obtiveram uma dureza superior aos outros blocos. Isso é diretamente
influenciado pela taxa de resfriamento, que por sua vez está relacionada com a estrutura
martensítica obtida. A dureza nos blocos 4 e 6 foram superiores porque foram resfriadas
mais rapidamente após o revenimento, o que mantêm uma martensita mais resistente
evitando sua transformação.
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5. CONCLUSÃO
As análises de falha descritas foram de grande aprendizado, tendo em vista a grande
importância deste processo em uma empresa que preza pela garantia de qualidade dos seus
produtos. Além, é claro, do aprendizado teórico absolvido na realização destas atividades.
No setor de tratamento térmico pude compreender a grande responsabilidade que o
setor possui, pois, esta é uma das principais atividades que garantem a qualidade dos
produtos, sendo que, tem o poder de mudar as características mecânicas dos produtos,
assim atendendo as especificações dos clientes.
No período de estágio tive a oportunidade de conhecer todos os setores de uma
grande empresa, o que serviu para um grande número de conhecimentos adquiridos,
crescimento pessoal e profissional. Tive contato com colaboradores de todos os setores da
empresa, que me fizeram aliar a teoria à prática.
Ao final do estágio uma grande gama de conhecimentos foi adquirida, tanto no
âmbito do curso de Engenharia de Materiais quanto no empresarial. O que serviu para meu
crescimento como futuro Engenheiro e trabalhador.
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6. REFEÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CHIAVERINI, Vicente. Aços e Ferros Fundidos. 6. ed. São Paulo: Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais, 1990.
CHIAVERINI, Vicente. Tratamentos térmicos das ligas ferrosas. 1. ed. São Paulo: Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais, 1985. CALLISTER, William D. Jr. Ciência e Engenharia de Materiais: uma introdução. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2002. Associação Brasileira de Metais. Análise de fraturas. Editora ABM. 4 impressão.
Steel Founder´s Society of América and ASM. Steel Castings Handbook. 6 ed. Ohio: ASM International, 1995. Gracioso, José Francisco Fradel. Efeito das condições de têmpera na microestrutura e propriedades mecânicas de um aço inoxidável martensítico fundido CA6NM.
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ANEXO A – HISTÓRICO DA ALTONA
A Electro Aço Altona S.A foi fundada em 8 de março de 1924. Completando em
2008 exatos 84 anos de fundação, esta se orgulha em atingir este patamar com mais de
1100 colaboradores.
Fundada pelo engenheiro eletricista alemão Richard Paul Werner, o qual imigrou
para o Brasil para instalar a primeira central telefônica na cidade de Blumenau, teve seu
início com fundação da Auerbach & Werner que iniciou suas atividades com a prestação de
serviços mecânicos (fundição de ferro) no antigo bairro Altona, hoje chamado de Itoupava
Seca, local este que permanece instalada a Electro Aço Altona.
Em 1933, foi instalado o primeiro forno elétrico a arco, com capacidade de
produção de 500 kg por carga, iniciando-se assim a produção de aço. Em 1948 e 1958 mais
dois fornos a arco foram instalados, cada um com capacidade nominal de 2.300 kg por
carga e em dezembro de 1974, mais um forno elétrico a arco entrou em operação, com
capacidade nominal de 4.500kg para capacitar a produção de peças de grande porte.
Em 1960 introduziu-se o processo de fundição em casca (Shell Molding), previstas
para a produção de peças pequenas e seriadas. Em 1972 foi instalado o Departamento de
Usinagem para atendimento à demanda de peças beneficiadas. Já em 1981 foi instalado o
processo mecanizado de moldagem para peças de médio porte. Em 1984 foi instalado o
primeiro forno elétrico à indução com capacidade para 1.800 kg. Este forno possibilitou à
empresa uma diversificação nas ligas produzidas. Em 1990 foram concluídas as obras de
ampliação do prédio industrial para atender aos planos de expansão, modernização e
melhoria do processo. Em 2000 a coordenação da produção foi dividida entre produtos
repetitivos e produtos sob encomenda. Entre 2003 e 2005 o quadro de funcionários atingiu
cerca de 1100 funcionários, dobrando a capacidade produtiva. Além disso, ocorre nova
ampliação da unidade fabril.
Atualmente com capacidade instalada de 1.200 toneladas/mês de peças fundidas
brutas, usinadas e acabadas. A Electro Aço Altona objetiva fornecer produtos e serviços
com alta tecnologia metalúrgica, nas atividades de fundição e usinagem e nos seguintes
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materiais: Aços ligados de baixa, média e alta liga; Aços refratários; Ferros de alta liga para
aplicações especiais; Superligas; Aços carbono; Aços manganês.
A Electro Aço Altona S.A. atua praticamente em todos os segmentos consumidores
de aço fundido: Indústria naval; Máquinas e implementos agrícolas; Bombas, compressores
e equipamentos hidráulicos; Papel e celulose; Máquinas e equipamentos mecânicos;
Indústrias químicas e petroquímicas; Siderúrgico; Cimento e mineração; Dragagem e
geração de energia elétrica. A Altona atende desta maneira, clientes no mercado interno e
externo. A empresa também trabalha em regime de encomenda, de acordo com
especificações e desenhos de clientes, obedecendo às normas técnicas de uso internacional.
Sua participação no mercado pode ser percebida de forma direta ou através de seus
clientes, conquistando mercados importantes nos EUA, Canadá, México, Chile, Venezuela,
Uruguai, Colômbia, Áustria, França, Bolívia, Argentina, Israel, Bélgica, Alemanha e
Holanda. Em todos os casos a participação da Altona é sempre associada à utilização de
recursos tecnológicos altamente desenvolvidos.
A qualidade está associada à marca Altona e presente em todas as fases da sua
atuação, desde a pré-venda, na fabricação, até a pós-venda. A empresa possui o Sistema da
Qualidade certificado pela Norma ISO 9001, o que evidencia a padronização da gestão da
qualidade e sua competitividade em escala mundial, além de possuir a metodologia de
gestão empresarial 6 Sigma; sendo ainda certificada por sociedades classificadoras
internacionais como, Lloyd’s Register, Germanischer Lloyd, TÜV, DNV e IBQN, além das
certificações de clientes.
Na preocupação com a preservação e cuidado com o meio ambiente, a Altona
possui um sistema de gestão ambiental seguindo a norma ISO 14001. Ao longo dos anos a
Altona investiu em diversos projetos de prevenção para contribuir com o meio ambiente.
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ANEXO B – CRONOGRAMA DE ESTÁGIO
