Propriedades SAE 8620-UCS-2015-Trabalho final

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UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL 
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA 
LABORATÓRIO DE MATERIAIS E METALOGRAFIA 
PROF. GILMAR TONIETTO 
 
ANDREI VERLINDO DRUM 
GABRIEL PISTORELLO 
ROGER ANTÔNIO MISTURINI 
 
 
 
 
 
 
 
 
PROPRIEDADES AÇO SAE 8620 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAXIAS DO SUL 
2015 
2 
 
ÍNDICE 
 
1 OBJETIVO GERAL .................................................................................... 3 
2 INTRODUÇÃO ............................................................................................ 4 
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ...................................................................... 5 
4 NORMAS ADOTADAS ............................................................................... 9 
5 MATERIAL UTILIZADO ........................................................................... 10 
6 PROCEDIMENTOS E RESULTADOS ..................................................... 11 
6.1 TRATAMENTOS TÉRMICOS E ENSAIOS MECÂNICOS.........................11 
6.2 ANÁLISE METALOGRAFICA...................................................................14 
7 ANEXOS .................................................................................................... 16 
8 CONCLUSÃO ............................................................................................ 19 
9 BIBLIOGRAFIA ......................................................................................... 21 
 
 
 
 
3 
 
1 OBJETIVO GERAL 
 
Verificar e analisar as propriedades mecânicas e estruturais do material SAE 
8620, quando exposto a diferentes tratamentos térmicos, e comparar os resultados do 
Ensaio de impacto Charpy, do Ensaio de Tração, dos Ensaios de Dureza Rockwell B, 
Rockwell C e da Análise Metalográfica com as especificações teóricas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 
2 INTRODUÇÃO 
 
No trabalho que segue, serão apresentadas as diferentes propriedades do 
material SAE 8620. Foram utilizadas quatro amostras no procedimento, sendo uma 
normalizada, uma cementada a 930°C, uma cementada e temperada a 840°C e uma 
cementada, temperada e revenida a 300°C. 
Após os tratamentos térmicos citados acima, as amostras foram devidamente 
preparadas e expostas aos ensaios de impacto Charpy, de Tração, de Dureza 
Rockwell B, de Dureza Rockwell C. Por fim foram feitas análises metalográficas. 
Todos estes procedimentos foram realizados conforme as normas exigidas. 
Pretende-se, a partir destes procedimentos, comparar resultados teóricos e 
práticos, e verificar se o material atende as exigências especificadas pelas normas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 
 
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
 
O aço 8620 é um aço para cementação e beneficiamento ligado ao níquel, 
cromo e molibdênio, o que lhe possibilita melhor temperabilidade. 
A cementação é usada para aumentar a resistência ao desgaste em um núcleo 
de boa resistência, tanto mecânica quanto a fraturas. Após o processo de 
cementação, a dureza pode alcançar até 62 HRC. 
 
Aplicação: 
 
Muito utilizado em componentes como: pinos guia, cruzetas, capas, eixos, 
coroas, engrenagens em geral. 
 
Tratamento Térmico: 
 
 Recozimento: O tratamento deve ser feito na temperatura entre 820 – 
840ºC por no mínimo 1 hora para cada 25 mm. Resfriar no forno. Normalização: O 
tratamento deve ser feito na temperatura próxima de 910 – 930ºC por no mínimo 1 
hora para cada 25 mm. Resfriar ao ar. Em casos especiais pode se utilizar ar forçado. 
 Cementação: Podem ser utilizados os processos de cementação em 
caixa, a gás ou em banho de sal. A temperatura deve estar entre 900 – 925ºC. O 
tempo de cementação deve ser controlado em função do potencial de carbono e 
da profundidade de endurecimento especificados. A cementação deve ser seguida 
pelo beneficiamento. 
 Têmpera: A têmpera quando realizada diretamente após a cementação, 
diminuir a temperatura até 840 – 860ºC, manter pelo tempo necessário para 
homogeneizar a temperatura na seção transversal e resfriar em óleo ou água 
dependendo da seção e geometria. Para têmpera convencional utilizar a temperatura 
de 840 – 870ºC com o mesmo procedimento descrito. 
 Revenimento: Deve ser realizado imediatamente após a têmpera 
quando a temperatura atingir cerca de 70ºC. O revenimento é realizado em 
temperaturas entre 150 – 200ºC. No revenimento não há queda significativa da 
dureza, mas se garante uma melhor resistência à fratura e a formação de trincas 
superficiais na retífica. As informações contidas neste catálogo são orientativas, 
6 
 
 Dependendo da característica da matéria prima e das condições de 
teste. 
 Têmpera Superficial: Este aço não responde satisfatoriamente, pois 
possui teor de carbono muito baixo. 
 
 PROPRIEDADES DO MATERIAL NORMALIZADO: 
 
Physical Properties Metric 
Density 7.85 g/cc 
Mechanical Properties Metric 
Hardness, Brinell 183 
Hardness, Knoop 204 
Hardness, Rockwell B 89 
Hardness, Vickers 192 
Tensile Strength, Ultimate 635 MPa 
Tensile Strength, Yield 360 MPa 
Elongation at Break 26% 
Reduction of Area 60% 
Modulus of Elasticity 205 GPa 
Bulk Modulus 160 GPa 
Poissons Ratio 0.29 
Machinability 65% 
Shear Modulus 80.0 GPa 
Izod Impact 98.0 J 
Electrical Properties Metric 
Electrical Resistivity 0.0000234 ohm-cm 
Thermal Properties Metric 
Specific Heat Capacity 0.475 J/g-°C 
Thermal Conductivity 46.6 W/m-K 
Component Elements Properties Metric 
7 
 
Carbon, C 0.18 - 0.23 % 
Chromium, Cr 0.40 - 0.60 % 
Iron, Fe 96.895 - 98.02 % 
Manganese, Mn 0.70 - 0.90 % 
Molybdenum, Mo 0.15 - 0.25 % 
Nickel, Ni 0.40 - 0.70 % 
Phosphorous, P <= 0.035 % 
Silicon, Si 0.15 - 0.35 % 
Sulfur, S <= 0.040 % 
 
 PROPRIEDADES DO MATERIAL CEMENTADO, TEMPERADO A 845º E 
REVENIDO A 230º: 
 
Density 7.85 g/cc 
Mechanical Properties Metric 
Hardness, Brinell 341 
Hardness, Knoop 369 
Hardness, Rockwell B 89 
Hardness, Rockwell C 61 
Hardness, Vickers 361 
Tensile Strength, Ultimate 1157 MPa 
Tensile Strength, Yield 833 MPa 
Elongation at Break 14.3 % 
Reduction of Area 53.2 % 
Modulus of Elasticity 205 GPa 
Bulk Modulus 160 GPa 
Poissons Ratio 0.29 
Machinability 65% 
Shear Modulus 80.0 GPa 
Electrical Properties Metric 
8 
 
Electrical Resistivity 0.0000234 ohm-cm 
Thermal Properties Metric 
Specific Heat Capacity 0.475 J/g-°C 
Thermal Conductivity 46.6 W/m-K 
Component Elements 
Properties 
Metric 
Carbon, C 0.18 - 0.23 % 
Chromium, Cr 0.40 - 0.60 % 
Iron, Fe 96.895 - 98.02 % 
Manganese, Mn 0.70 - 0.90 % 
Molybdenum, Mo 0.15 - 0.25 % 
Nickel, Ni 0.40 - 0.70 % 
Phosphorous, P <= 0.035 % 
Silicon, Si 0.15 - 0.35 % 
Sulfur, S <= 0.040 % 
 
9 
 
4 NORMAS ADOTADAS 
 
Ensaio de Dureza Rockwell: Norma NBR ISO 6508/09 
 
Ensaio de Tração: Norma NBR ISO 6892/13 
 
Ensaio de Impacto: Norma ASTM E-23 
 
Preparação das Amostras: Norma ASTM E-112 
 
Micro Inclusões: Norma NBR 9208 
 
Análise de Inclusões: Norma ASTM E-45-87 
 
Ataque químico: Norma NBR 8108 
 
Análise de Metalografia e Foto micrografia: Norma ASTM E-112 
 
10 
 
5 MATERIAL UTILIZADO 
 
Tratamento Térmico: 
 Forno para tratamento térmico; 
 Composto para cementação; 
 
Ensaio de DurezaRockwell: 
 Durômetro Rockwell; 
 
Ensaio de Tração: 
 Máquina Universal de Ensaio - Extensômetro (capacidade 20 T); 
 Paquímetro digital (200 mm e precisão de 0,01 mm); 
 Riscador mecânico – escala 5 mm; 
 Tinta para marcação – Metal Traço; 
 
Ensaio de Impacto: 
 Máquina de Ensaio de Impacto – capacidade: 30 kgf x m; 
 Paquímetro digital (200 mm e precisão de 0,01 mm); 
 Dispositivo centralizador; 
 
Preparação das Amostras: 
 Cortadeira Elétrica (com disco de corte abrasivo); 
 Prensa Metalográfica Embutidora; 
 Esmeril; 
 Lixas 150, 240, 320, 400 e 600; 
 Lixadeira Elétrica Circular (com feltro); 
 Álcool e algodão; 
 
Análise Metalográfica: 
 Microscópio óptico de luz refletida e transmitida; 
 
 
11 
 
6 PROCEDIMENTOS E RESULTADOS 
 
6.1 TRATAMENTO TÉRMICOS E ENSAIOS MECÂNICOS 
 
 Os corpos de prova foram usinados de acordo com a norma para os 
ensaios, quatro para tração (cilíndricos) e quatro para impacto (retangulares). As 
amostras foram separadas em quatro pares de tratamentos superficiais distintos. As 
amostras de número 1 foram mantidas normalizadas, as de número 2 foram 
cementadas a 930ºC por 3 horas e resfriadas em água, as de número 3, além de 
cementadas, foram temperadas a 840ºC por 1 hora e resfriadas em água, e, por fim, 
as de número 4, além de cementadas, temperadas e resfriadas em óleo, foram 
revenidas a 300ºC por 2 horas. 
 Após o tratamento, as amostras foram lixadas, para que não houvesse 
interferência nos testes posteriores. 
 As inspeções de durezas foram realizadas no durômetro Rockwell. As 
medidas estão tabeladas abaixo, com a letra T referindo corpos de prova de tração e 
I referindo corpos de prova de impacto. 
 
Identificação 
nº 
Leituras obtidas Unidades de 
Dureza 
 01 02 03 04 05 
01T 83 85 82 81 80 HRB 
02T 37,5 38 34 40 42 HRC 
03T 65 64 63 70 65 HRC 
04T 60 59 56 54 60 HRC 
 
Identificação 
nº 
Leituras obtidas Unidades de 
Dureza 
 01 02 03 04 05 
01I 82 79,5 81 83 84 HRB 
02I 37,5 38 44,5 43,5 46 HRC 
03I 58 57 55,5 57 59 HRC 
04I 58,5 56 61 58 57 HRC 
12 
 
Observações: 
Incerteza dos resultados: ± 0,5%. 
Medidas corrigidas devido a cilindricidade dos corpos de prova de tração. 
 
Após verificada a dureza, os corpos cilíndricos foram preparados para o ensaio 
de tração, segundo a norma NBR ISO 6892/13. Segue os resultados na tabela abaixo: 
 
Resultados: 
 
Dimensões 
Ø (mm) 
Força de 
escoamento 
(kgf) 
Força 
Máxima 
(kgf) 
Comprimento 
Final: l0= 40 
mm 
Diâmetro 
Final 
(mm) 
01T 8,03 1733 2649 52,85 4,11 
02T 7,96 2305 4005 44,8 7,28 
03T 8,01 - 6809 - - 
04T 8,04 - 5642 - - 
 
 
Resultados calculados: 
 
Área 
(mm²) 
Limite de 
escoamento 
(MPa) 
Limite de 
resistência à 
tração (MPa) 
Alongamento 
(%) 
Redução 
de Área 
(%) 
01T 50,64 335,72 513,17 32% 74% 
02T 49,76 454,42 789,57 12% 16% 
03T 50,39 - 1325,59 - - 
04T 50,77 - 1090,17 - - 
Incerteza dos resultados: ± 0,5% 
 
Médias Obtidas 
Identificação 
n º 
Média Unidade 
01T 82,2 HRB 
02T 38,3 HRC 
03T 65,4 HRC 
04T 57,8 HRC 
Médias Obtidas 
Identificação 
n º 
Média Unidade 
01I 81,9 HRB 
02I 41,9 HRC 
03I 57,3 HRC 
04I 58,1 HRC 
13 
 
Observa-se que as amostras 01 e 02 são dúcteis por apresentar escoamento 
do material e já as amostras 03 e 04 não apresentam escoamento, portanto são 
frágeis. Isso também é constatado pela análise do gráfico abaixo: 
Gráfico obtido através do ensaio de tração. 
 
Para os ensaios de impacto, após verificada a dureza, as amostras foram 
lixadas e o ensaio transcorreu segundo a norma ASTM E-23. Segue os resultados na 
tabela abaixo. 
Resultados 
Identificação 
n º 
Dimensões 
(mm x mm) 
Energia 
Absorvida (kgf 
x m) 
01I 8,06x10,00 23,1 
02I 8,06x9,97 2,4 
03I 8,03x9,99 0,8 
04I 8,00x10,04 0,7 
 
 
Resultados Calculados 
Amostra 01 
Amostra 02 
Amostra 03 
Amostra04 
14 
 
Identificação 
n° 
Área 
(cm²) 
Energia 
Absorvida (J) 
Resistência 
ao Impacto 
(J/cm²) 
01I 0,806 226,6 281,14 
02I 0,803 23,54 29,32 
03I 0,802 7,85 9,80 
04I 0,803 6,87 8,56 
Observações: 
1kgf.m = 9,80665 J 
Incerteza: ± 0,5% 
Energia máxima do pêndulo utilizado: 294 J 
Perda máxima de energia do pêndulo por atrito: 1,4 J. 
Entalhe: V2 x 10. 
 
6.2 ANÁLISE METALOGRÁFICA 
 
As amostras cilíndricas foram cortadas com disco abrasivo em seções 
transversais e longitudinais a fim de embuti-las no baquelite. O processo exige 
atenção para evitar queimas no material, prejudicando, dessa forma, a análise 
estrutural do corpo de prova. As seções transversais servem para a análise das 
microestruturas; e as seções longitudinais, para a verificação das inclusões. 
Depois de embutidas em baquelite na prensa metalográfica embutidora, onde 
a pressão deve ficar em no mínimo 150 kgf./cm² , as amostras foram resfriadas em 
água corrente, identificadas, rebarbadas, lixadas, polidas, secadas, e protegidas com 
algodão. 
O processo seguinte foi a realização da análise de Inclusões (com ampliação 
em 100x), nas amostras de secção longitudinal. 
Amostra n º Inclusões 
1 Tipo sulfeto, série fina e nível ½ 
2 Tipo sulfeto, série fina e nível ½ 
3 Tipo globular de óxido, série fina e nível 1 
4 Tipo globular de óxido, série fina e nível 1 
 
15 
 
 Posteriormente, para possibilitar a análise microestrutural, as amostras 
sofreram um ataque químico com a substância Nital (2% de ácido nítrico e 98% de 
álcool), onde observamos que: 
 
Amostra n º Composição da microestrutura 
1 Ferrita, perlita e cementita 
2 Ferrita, perlita e pouca cementita. (0,9 de camada cementada) 
3 Martensita, perlita fina e traços de ferrita 
4 
CAMADA: Martensita revenida e austenita retida 
NÚCLEO: Martensita revenida e ferrita 
 
Por fim, as amostras foram atacadas com Teepol, e com o aumento de 100x 
no microscópio, conforme ASTM E-112, possibilitando a análise dos tamanhos de 
grão onde: 
 
Amostra n º Tamanho de Grão (ASTM E-112) 
1 8 
2 6 
3 7 
4 7 
 
As fotos dessas análises estão apresentadas no tópico ANEXOS. 
 
 
 
 
16 
 
7 ANEXOS 
 
 
Normalizado- Ferrita, perlita e cementita. 
 
Normalizado- Ferrita, perlita e cementita. 
 
Normalizado- Ferrita, Perlita e Cementita 
17 
 
 
Cementado e normalizado-Ferrita, perlita e pouca cementita. 
 
Cementado e normalizado- Camada cementada de 0,9mm 
 
Cementado e temperado- Martensita, perlita fina e traços de ferrita 
 
18 
 
 
Cementado e temperado- Pequena camada de descarbonetação 
 
Cementado, temperado e revenido- Martensita revenida e ferrita 
 
Cementado, temperado e revenido- Martensita revenida e austenita retida 
 
19 
 
8 CONCLUSÃO 
 
O material SAE 8620 é muito utilizado em diversas industrias justamente por 
esse material ter boa usinabilidade, boa soldabilidade, média resistência mecânica e 
média temperabilidade. É empregado na fabricação de engrenagens, pinos e eixos, 
entre outros que exigem uma boa dureza superficial com um núcleo dúctil e tenaz. 
A primeira análise trata-se do material normalizado. Nos testes foram 
encontrados valores um pouco divergentes com a bibliografia, como a dureza que 
deveria apresentar 89HRB, após o teste foi encontrado uma média de 82,2HRB. 
Devido a essa diferença, com a dureza menor, o alongamento foi um pouco maior, o 
valor encontrado sendo 32%, e constando na bibliografia 26%.O mesmo ocorreu com 
a redução de área, tendo uma diferença percentual de 14 pontos. As divergências nos 
limites de escoamento e força máxima foi de 335 Mpa e 513,17 Mpa na prática contra 
360 Mpa e 635 Mpa da teoria. 
 Na análise da amostra 02, que foi cementada, notamos que houve um aumento 
considerável de dureza chegando a mudar da escala HRB para HRC. Já a camada 
atingiu um bom nível por atender os parâmetros esperados, ficando em 0,9mm de 
camada. Devido ao fato de não haver referências a um material apenas cementado, 
não há comparação de propriedades mecânicas. 
A amostra 03 também não pode ser comparada a nenhuma fonte bibliográfica, 
mas as diferenças entre o material apenas cementado e o mesmo também temperado, 
tiveram expressivos resultados. A dureza praticamente dobrou, indo de 38,3HRC para 
65,4HRC. Como visto na comparação entre as amostras 01 e 02, o aumento de dureza 
ocasionou significativas mudanças no alongamento e na redução de área, e quando 
somado com a dureza superficial proporcionada pela têmpera, eles tenderam a 0, o 
que significa que o material se tornou extremamente frágil. 
A amostra 04 apresenta uma pequena diferença de 57,8 prático contra 61 da 
teoria. Quando comparada com a amostra 03, ela possui elevada deformação elástica, 
apresentando um limite de resistência a tração de 1090MPa, enquanto na bibliografia 
encontra-se 1157Mpa. O material revenido ficou com as tensões aliviadas, 
aumentando a sua tenacidade. 
Ao fim dos testes, podemos concluir que os materiais e os tratamentos térmicos 
a serem aplicados devem ser escolhidos com cautela pois alteram radicalmente as 
20 
 
propriedades, sendo que um mesmo material pode ser útil para diversas aplicações, 
apenas dependendo de sofrer um tratamento térmico diferente. 
 
21 
 
8 BIBLIOGRAFIA 
 
 MATWEB. Disponível em: 
<http://www.matweb.com/search/datasheet.aspx?matguid=fd4eba76fdeb4
a0a9fcbbc0129250761&ckck=1>. Último acesso em 05 de julho 2015; 
 AÇO CONSTRUÇÃO MECÂNICA. Disponível em: 
<http://www.ggdmetals.com.br/aco-construcao-mecanica/sae-8620/>. 
Último acesso em 22 de junho 2015; 
 CALLISTER JR, Willian D. Ciência e engenharia de materiais uma 
introdução, 7ª ed., LTC, 2007; 
 SOUZA, Sérgio Augusto. Ensaios mecânicos de materiais metálicos. 5ª 
ed. São Paulo: Edgard Blucher, 1982.