TT SAE 1045

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ESTUDO DO TRATAMENTO TRMICO SOBRE A CONFORMAO DO AO 10451Buerger, G. R.; Domingues, T. G.; Jos, D. R.; Manske, G. A.; Oliveira, R. D.; Vieira, L. N.2

Universidade do Estado de Santa Catarina - UDESC/CCT C P 631 CEP 89223-100 Joinville- SC Resumo Este trabalho tem por objetivo estudar o comportamento da conformao do ao 1045 quando submetido diversos tratamentos trmicos. Diversas amostras foram submetidas aos seguintes tratamentos: normalizao, recozimento, tmpera leo e tmpera a salmoura. Atravs dos ensaios mecnicos de compresso e dureza, suas propriedades foram comparadas entre si e com as propriedades das amostras no-tratadas. Metalografias foram realizadas para caracterizar a micro-estrutura das amostras a fim de validar os tratamentos trmicos realizados e analisar as amostras no estado psconformadas. As amostras temperadas obtiveram alta dureza, e a tmpera a leo apresentou uma taxa de compresso de 22%. A amostra no tratada e as amostras recozidas e normalizadas plenamente apresentaram taxas de compresses similares, em torno de 75%. Palavras chaves: tratamento trmico, conformao mecnica, ao SAE 1045.

Abstract This paper has the objective to study the behavior of 1045 steel when submitted to several heat treatments. Several samples were submitted to the following heat treatments: normalizing, full annealing, oil tempering and brine tempering. Through mechanical tests of compression and hardness, the specimens properties were compared among each other and with the non-treated samples. Metallographies were made to characterize their micro-structures, in order to validate the heat treatments made and to analyze the post-conformed specimens state. The tempered samples have shown high hardness, and the oil tempering process influenced the deformation significantly, yielding a compression rate of 22%. The non-treated sample and the annealed and normalized samples presented similar compression rates, around 75%. Key-words: heat treatment, metalworking processes, 1045 SAE steel.

(1) Trabalho apresentado na disciplina de Processos de Fabricao, do curso de graduao em Engenharia Mecnica da Fundao Universidade do Estado de Santa Catarina. (2) Alunos do curso de graduao em Engenharia Mecnica da Fundao Universidade do Estado de Santa Catarina.

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1) INTRODUO: Em diversas aplicaes os materiais fornecidos por processos de produo convencionais possuem caractersticas inadequadas que podem influenciar negativamente o seu desempenho e at mesmo compromet-lo. Empenamentos, tenses internas e estruturas indesejadas surgem com frequncia e afetam as propriedades do material. Para solucionar esses problemas alguns tratamentos trmicos podem ser empregados, envolvendo aquecimento e resfriamento subsequente, dentro de condies controladas de temperatura, tempo, ambiente de aquecimento e velocidade de resfriamento [1]. Na maioria dos casos os tratamentos trmicos so aplicados a ligas FeC, em especial aos aos. Com 0,45% de carbono em sua composio, o ao SAE 1045 classificado como ao de mdio teor de carbono com boas propriedades mecnicas e tenacidade bem como boas usinabilidade e soldabilidade quando laminado a quente ou normalizado [2]. As suas aplicaes compreendem eixos, peas forjadas, engrenagens comuns, componentes estruturais e de mquinas, virabrequim [3]. O objetivo do presente trabalho o estudo dos efeitos de diferentes tratamentos trmicos, a saber, tmpera, recozimento e normalizao no ao SAE 1045. A realizao dos tratamentos trmicos exige o conhecimento da curva TTT do material, que relaciona as principais variveis deste com o comportamento da microestrutura; conforme exibido na Figura 1.1.

Figura 1.1: Diagrama TTT do Ao SAE 1045 A tmpera consiste em resfriar o ao, aps austenitizao, a uma velocidade suficientemente rpida para evitar as transformaes perlticas e bainticas na pea em questo. Deste modo, obtm-se a estrutura metaestvel martenstica. Uma clula unitria dessa estrutura cristalina consiste simplesmente em um cubo de corpo centrado que foi alongado em uma das suas dimenses. Muito diferente da ferrita CCC, todos os tomos de carbono permanecem como impurezas intersticiais na martensita, restringindo dessa maneira o movimento de discordncias [4].

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Enquanto a tmpera consiste em realizar um resfriamento rpido para obteno de um novo arranjo cristalino, o recozimento visa eliminar quaisquer tratamentos mecnicos e trmicos a que o material tenha sido anteriormente submetido. A temperatura de recozimento pode variar de acordo com a sua finalidade que so: recozimento total, recozimento para alvio de tenses e esferoidizao. Os principais objetivos alcanados so remoo de tenses, diminuio da dureza, melhora da ductilidade, ajuste do tamanho de gro, produo de estruturas definidas entre outras. De modo geral, em todos os processos de recozimento o material submetido a uma temperatura elevada por um perodo de tempo prolongado, sendo ele ento resfriado lentamente. A normalizao um tratamento muito semelhante ao recozimento, pelo menos quanto aos seus objetivos. A diferena consiste no fato de que o resfriamento posterior menos lento ao ar, por exemplo, resultando assim numa estrutura cristalina mais fina do que a produzida no recozimento, e consequentemente propriedades mecnicas superiores [1]. Tem-se que a normalizao geralmente obtida a temperaturas de 55 a 85 C acima da temperatura crtica superior e mantido por tempo suficiente at que a liga seja completamente transformada em austenita. O tratamento ento encerrado pelo resfriamento, normalmente ao ar [4]. Neste trabalho o ao SAE 1045 foi submetido aos tratamentos de tmpera, recozimento e normalizao e aps caracterizao seus valores de dureza foram determinados. Realizaram-se tambm ensaios de compresso para verificar o comportamento aos tratamentos trmicos realizados mediante comparao.

2)METODOLOGIA EXPERIMENTAL:

2.1 Tratamentos Trmicos Os tratamentos trmicos foram realizados em um forno mufla convencional no Laboratrio de Tratamentos Trmicos da UDESC/Joinville. Para tal, as amostras foram envolvidas em arame e submersas em um granulado com pequeno teor de carbono, a fim de evitar a descarbonetao da superfcie. A tmpera foi realizada a 880 C, com 20C/min de taxa de aquecimento e 40 min no patamar de temperatura mxima, respeitando a recomendao de 1h por polegada de seo transversal de material [2]. Foram utilizados dois meios de resfriamento: leo e salmoura. O resfriamento em leo apresenta menor taxa de resfriamento, ao passo que a salmoura o meio mais severo dentre os comumente usados [1], fato que se deve reduo dos primeiro e segundo estgios da tmpera, no qual h formao de filme e bolhas de vapor sobre a pea, respectivamente [5]. No meio de salmoura foi utilizado 10% de massa de sal de cozinha. Para o recozimento a temperatura usada foi 830 C, com taxa de aquecimento de 20 C/min e 40 min sob a temperatura de recozimento. O resfriamento lento dentro do forno atende s recomendaes, com um valor na ordem de 25C/h [5]. O tratamento de normalizao utilizou temperatura de 880C na qual as amostras permaneceram por 40 min aps aquecimento de 20 C/min. Depois de retiradas do forno, as amostras foram resfriadas ao ar sobre uma base de concreto.

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2.2 Amostras As amostras foram usinadas de uma barra cilndrica laminada a quente, comumente comercializada, de modo a ficar com 10 mm de dimetro e 20 mm de comprimento. A composio avaliada por espectroscopia em uma amostra com dimetro maior revelou a seguinte composio, apresentada na Tabela 2.1: Tabela 2.1: Composio qumica das amostras, Elemento % C 0,45618 Si 0,20512 Mn 0,55030 P 0,02658 S 0,01522 2.3 Conformao Dois grupos de amostras foram formados. Ambos foram submetidos aos tratamentos trmicos mencionados, mas apenas um deles foi conformado, para posterior comparao dos resultados. Foi utilizada uma mquina universal de ensaios mecnicos (Figura 2.3.1) para conformar as amostras, sendo que a carga utilizada foi de 300 kN com uma taxa de deslocamento de 5 mm/min. Empregou-se lubrificante slido nas faces dos corpos de prova para garantir uma melhor qualidade nas conformaes.

Figura 2.3.1: Mquina de ensaios universais

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As dimenses das amostras foram medidas antes e depois da conformao e foi calculada a taxa de conformao para cada amostra com a seguinte equao:

=

l l0

sendo a taxa do conformao, l a variao de comprimento no ensaio de compresso e l0 o comprimento inicial da amostra. 2.4 Metalografia Com a concluso dos processamentos trmicos e mecnicos, as amostras foram embutidas em baquelite, lixadas e polidas (0,3 m) e atacadas com Nital 1%. Foram tiradas fotos das microestruturas reveladas atravs de microscopia tica. A metalografia das amostras conformadas foi feita na sua seo transversal a fim de mostrar a orientao dos gros devido ao trabalho a frio. A metalografia das amostras restantes foi feita na sua face circular. 2.5 Ensaios de Dureza Ensaios de dureza Rockwell foram realizados nas amostras a fim de analisar o efeito dos tratamentos trmicos e da conformao mecnica.

3) RESULTADOS E DISCUSSO 3.1 Taxa de conformao Para cada amostra foi calculado a taxa de conformao, como mencionado anteriormente. Os resultados esto contidos na tabela 3.1. Tabela 3.1: Taxas de conformao das amostras estudadas, Amostra Bruta Recozida Normalizada Tmpera Salmoura Tmpera leo Taxa de Conformao 65,60% 69,00% 66,50% 12,20% 22,00%

A tabela 3.1 mostra que as amostras temperadas em salmoura e em leo sofreram pouca deformao, se comparadas s outras. Observa-se um fenmeno interessante na amostra temperada a leo: apesar de apresentar uma dureza comparvel amostra temperada em salmoura [Tabela 3.2], sua taxa de conformao foi muito superior. Houve rompimento, inclusive, desta mesma amostra ao final do ensaio, mostrada na Figura 3.1.1.

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Figura 3.1.1: Rompimento da amostra temperada em leo durante a conformao realiz