Análise de Tratamentos Térmicos em Aço

Prévia do material em texto

ANÁLISE DE TRATAMENTOS TÉRMICOS 
Lucas Simas Brito, lucasbrito@acad.ifma.edu.br 1 
Thyago E. Lopes Barbosa, lopes.thyago@acad.ifma.edu.br² 
Willyam Luís da Silva Ferreira, ferreira.willyam@acad.ifma.edu.br³ 
 
1Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão (IFMA), Av. Getúlio Vargas, N 4, Monte Castelo, 
São Luís - MA 
 
 
Resumo: Foi executado um estudo através de três amostras que passaram por tratmentos térmicos, e então realizando 
ataque de um ácido NitAL para registrar sua superficie através de um microscópio óptico e realizando o teste de 
microdureza. 
 
 
Palavras-chave: Tratamento térmico, Microdureza. Análise Metalográfica. 
1. INTRODUÇÃO 
Este trabalho descreverá os conceitos aplicados na preparação do corpo de prova para o ensaio e análise da estrutura 
microscópica, no qual permitirá a observação de sua microestrutura, podendo-se, desse modo, identificar suas respectivas 
fases ou definir tipos de estruturas encontradas a partir de tal análise, após ser tratado termicamente. 
Este estudo com microscópio, busca à determinação dos constituintes do material estudado, como também sua textura 
e fase. Desta forma, este trabalho, no qual utiliza-se de técnicas metalográficas, alicerça conceitos estudados na teoria em 
sala de aula, exigindo preparação meticulosa para que sejam aplicados, na prática, conceitos até então teóricos. 
As etapas de preparação de amostras para o estudo metalográfico é bastante sistematizada, em que se começa pelo 
corte, embutimento, lixamento, polimento e ataque químico, todas estas etapas citadas anteriormente são descritas 
detalhamento na seção de métodos deste relatório. 
2. MÉTODO 
2.1 Seleção do Corpo de prova – Aço baixo Carbono 
O corpo de prova que será estudado e analisado neste processo de metalografia será o aço de baixo carbono. Para que 
a análise metalográfica seja feita da melhor maneira possível, devemos primeiramente selecionar uma parte da peça que 
seja representativa do todo, para isso, ela deve estar em boas condições. 
2.2 Embutimento do corpo de prova 
O embutimento é de grande importância para o ensaio metalográfico, já que facilita o manuseio de peças pequenas, 
evita que amostras com arestas rasguem a lixa ou o pano de polimento; bem como o abaulamento durante o polimento. 
2.3 Lixamento e polimento do corpo de prova 
Tendo em vista uma alta perfeição no acabamento de uma amostra metalográfica, desta forma, a etapa de lixamento 
e polimento do corpo de prova é indispensável e necessita de bastante atenção para que seja feito um bom trabalho. 
 
 
2.4 Ataque químico 
Esta etapa do procedimento permite a visualização melhorada dos contornos de grão, como também as diferentes 
fases na microestrutura. 
 
2.5 Análise Microestrutural 
A partir de uma análise microscópica, pode-se determinar e identificar os micro-constituintes da textura do aço 
analisado, além da observação de suas proporções, dimensões e como estão distribuídos pela superfície, elementos 
desconhecidos e possíveis anomalias na estrutura. Além de saber com mais precisão as propriedades mecânicas, de acordo 
com os constituintes presentes. 
2.6 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
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 determinadas. 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 
consequência na alteração mais ou menos pronunciada, de suas propriedades. (Chiaverini, 2003). 
O ensaio metalográfico busca relacionar a estrutura íntima do material com suas propriedades físicas, no que diz 
respeito ao processo de fabricação, desempenho de suas funções e testes de qualidade. Este ensaio pode ser tanto 
macroscópico quanto microscópico. Através de análises macroscópicas e das análises microscópicas é possível determinar 
diversas características do material, inclusive a determinação das causas de fratura, desgastes prematuros entre outros 
tipos de falhas. 
2.1.1 TRATAMENTOS TÉRMICOS EXECUTADOS NAS AMOSTRAS 
O recozimento é o processo no qual um metal é aquecido a uma determinada temperatura elevada, e então 
é mantido por um grande intervalo de tempo que pode ser várias horas ou até dias e até deixar arrefecer. Para 
este processo ocorra adequadamente, o resfriamento deve ser lento nos aços e outros metais ferrosos. Outro 
detalhe é que a amostra é recozida a uma temperatura ligeiramente acima do ponto em que ocorre a 
recristalização. 
O recozimento possui vários usos. O recozimento pode aumentar a ductilidade e aliviar os estresses 
internos que eventualmente vão contribuir para a fragilidade. O recozimento também deve aumentar a 
resistência e a homogeneidade dos metais. E mais, os metais podem ser recozidos para se preparar para um 
tratamento térmico adicional, para restaurar sua ductilidade ao metal antes de continuar trabalhando. 
Finalmente, o ambiente em que um material é recozido é crítico. Os aços podem ser recozidos em um 
ambiente rico em carbono para facilitar a carburação, que possui certas vantagens desejáveis. No entanto, se a 
carburação, oxidação ou outros defeitos devem ser evitados, o recozimento deve ser realizado em um ambiente 
livre desses elementos 
 
Figura 1 – Processo de recozimento em andamento. Adaptado de Dustre, Serviço de recozimento de aço, 
disponível em: dustre.com.br/serviços/recozimento/ 
 
 
Ao temperar, um material é aquecido abaixo de sua temperatura crítica. Este processo de aquecimento 
aumenta a ductilidade e a dureza de um material. No entanto, uma vez que a ductilidade e a força são 
inversamente relacionadas, o temperar geralmente reduz a força. Essa perda de força é aceitável porque o 
material resultante geralmente é ainda mais forte do que é necessário. Temperamento aumenta a ductilidade e 
a dureza do aço, minimiza a fissuração e aumenta a capacidade de trabalho. No entanto, também diminui a 
dureza. 
Temperar o aço faz parte de um processo de tratamento térmico de várias etapas. Primeiro, o aço deve ser 
austenizado, resultando em uma solução homogênea de austenite (uma solução de ferro e carbono). Em 
seguida, o aço é rapidamente resfriado em água, óleo, ar ou algum outro fluido não reativo para uma 
temperatura rapidamente mais baixa. Esta rápida queda de temperatura resulta em martensite, uma formação 
quebradiça, mas extremamente forte. Devido à velocidade extrema do resfriamento, as moléculas são 
incapazes de se difundir para fora de sua formação de alta temperatura e permanecerem na temperatura mais 
baixa. Esta formação é centrada no corpo tetragonal. Isso leva a grandes estresses internos, tornando o aço 
quebradiço. 
No último passo do tratamento, o aço é temperado entre 150 a 260 ou 370 a 650 graus Centígrados. O 
intervalo de 370 a 650 graus pode ser evitado, pois pode induzir a fragilidade. O temperamento leva à 
transformação da martensita em bainita ou perlita. Perlita, uma mistura de cementite e ferrite, é assim chamada 
devido à aparência globular de cementite em meio a ferrite tipo agulha. Devido às restrições de tamanho e às 
leis da termodinâmica, alguns martensite devem permanecer após o temperamento. No entanto, a percentagem 
relativa de martensite é suficientemente baixa para que possa ser efetivamente ignorada. 
 
 
 
Figura 2 – Processo de têmpera em andamento. Adaptado de INDA, Tratamento térmico: têmpera, 
disponível em: http://tratamentostermicos.com/pt/produtos-1/revenido-11/ 
Após o tratamento de têmpera, as peças são submetidas a dois revenidos que consistem no aquecimento e 
consequente manutenção durante cerca de duas horas, no núcleo da peça, a uma determinada temperatura (bem 
inferior à que foram sujeitas na têmpera anteriore adequada à composição química do material e à dureza 
pretendida pelo cliente) e posterior arrefecimento controlado. No caso de material para fundição injetada, deve 
ter lugar ainda como primeiro revenido, uma precipitação de carbonetos, seguida dos habituais dois revenidos. 
Quando após a têmpera e revenidos a peça é sujeita a uma intensa maquinação ou a erosão (onde se vão 
novamente criar tensões no aço) sugere-se um revenido final de acabamento depois desses processos. É ainda 
útil, numa peça de grande produção, fazer um revenido aquando de um processo de manutenção do molde pois 
vai aumentar a sua vida e não causa qualquer deformação dimensional. 
 
 
2.1.2 TESTE DE MICRODUREZA VICKERS 
O teste para verificar a microdureza das amostras foi o teste de Vickers. Para este determinado teste é 
necessário atentar que a dados técnicos para a medição, o material será endentado por um endentador de 
diamante, que possui a forma de uma pirâmide reta de base quadrada e um ângulo de 136 entre as faces que 
estão opostas. A carga utilizada foi de 1961 Newtons, também foi aplicado um tempo de 15 segundos para o 
processo. 
Após a endentação, é medida as duas diagonais feitas pelo diamante na peça com o auxílio de um 
microscópio. Depois de obtidos os valores, se calcula a média aritmética e depois disso se calcula a área da 
superfície inclinada da endentação.[3] 
 
Figura 3 – Aspecto da impressão e posição das medidas. Adaptado de: Como é feito o teste de dureza Vickers?, 
Disponível em: https://www.cursosguru.com.br/como-e-feito-o-teste-de-dureza-vickers/ 
A dureza Vickers será encontrada através da seguinte expressão: 
 
𝐻𝑣 =
2𝐹𝑆𝑒𝑛(136º/2)
𝑑2
= 1,854
𝐹
𝑑2
 
 
onde: 
F= A carga em kgf; 
D= A média aritmética entre as duas diagonais, d1 e d2 em mm; 
Hv= A dureza Vickers. 
3. DESCRIÇÃO 
Após dadas as amostras, foi executado um lixamento grosseiro através de um esmeril, após isto, foram levadas para 
o processo de embutimento expresso na figura 4. Com as amostras já embutidas, foi necessário executar o processo de 
usinagem denominado de lixamento, para que a superfície que será visualizada mais adiante não apresente riscos 
profundos. 
Foi feito o lixamento utilizando lixas de número 100 até o número 2000, sempre sobre um apoio de vidro e com 
constante água corrente para que resíduos oriundos da substância do embutimento não resultasse em riscos indesejáveis. 
Seguindo adiante, foi feito o processo de polimento expresso na figura 5. Através de um tecido para polimento encharcado 
com água e outro líquido*, é necessário que se realize movimentos anti-horário circulares durante três minutos e só então 
é retirado a amostra e levada com água de modo que não se toque de maneira alguma na superfície recém polida e secada 
com um algodão. 
Tendo em mãos as três amostras polidas, é feito o ataque químico com um ácido que possui a composição com 98% 
de álcool etílico e 2% de ácido nítrico e logo em seguida lavado em água corrente e rapidamente para evitar o início da 
 
 
corrosão, foi utilizado um secador de ar quente e algodão para cobrir a superfície. Este processo, foi feito para as três 
amostras, e levadas para um microscópio óptico e verificadas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4. RESULTADOS 
Amostras Medida 1 Medida 2 Medida 3 Medida 4 
Recozida 129 Hv 126 Hv 127 Hv 126 Hv 
Normalizada 182 Hv 187 Hv 192 Hv 200 Hv 
Temperada 604 Hv 586 Hv 554 Hv 586 Hv 
Recebida 1044 Hv 933 Hv 964 Hv 1025 Hv 
 
127
190,25
582,5
991,5
0
200
400
600
800
1000
1200
Recozida Normalizada Temperada Recebida
D
u
re
za
 V
ic
ke
rs
 H
v
Tratamentos Térmicos 
Média 
 
 
5. CONCLUSÃO 
Diante destas constatações, após todo estudo e aprofundamento no ensaio de tratamento térmico e estudo 
metalográfico, possibilita-se à determinação de seus constituintes e de sua textura, no qual é desenvolvido em 
superfícies previamente polidas. Considera-se a metalografia uma análise de importância indispensável para a 
garantia da qualidade de materiais no processo de fabricação, como também na realização de estudos e técnicas 
para a formação de novas ligas de materiais. Os tratamentos realizados alteraram as propriedades do aço, em 
especial para as amostras temperadas e recebidas, como previa a literatura. 
6. REFEERÊNCIAS 
[1] http://tratamentostermicos.com/pt/produtos-1/revenido-11/ 
[2] https://www.mecanicaindustrial.com.br/tratamento-termico-recozimento-e-tempera/ 
[3] https://www.cursosguru.com.br/como-e-feito-o-teste-de-dureza-vickers/ 
[4] WEB ARTIGOS. Análise Metalografia de Metais. Disponível em: 
https://www.webartigos.com/artigos/analise-metalografia-de-metais/57232. 
[5] Metallurgy as a human experience. Cyril Stanley Smith. Metallurgical Transactions, vol. 6A, april, 
(1975) 603-623. 
 
 
 
 
. 
 
https://www.cursosguru.com.br/como-e-feito-o-teste-de-dureza-vickers/