Tratamento térmico de esferoidização do aço AISI 1090

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO PAULO - UNIFESP
INSTITUTO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA - ICT
Tratamento térmico de esferoidização do aço AISI 1090
São José dos Campos, 2021
João Vinícius F. da Rosa
Lucca Paixão
Maria Victória Siqueira
Samir R. Salim
Relatório técnico apresentado como requisito parcial
para obtenção de aprovação na disciplina Tratamentos
Térmicos, turma IA, no Curso de Engenharia de
Materiais, na Universidade Federal de São Paulo
Profa. Dra. Aline Capella de Oliveira
São José dos Campos, 2021
RESUMO
Este relatório experimental se propõe a estudar o processo do tratamento térmico de
esferoidização e suas consequências no aço AISI 1090. O objetivo é realizar da melhor
maneira possível as etapas de análise da composição química, tratamento térmico
(esferoidização) e análise metalográfica, visando extrair dados importantes para o
entendimento do tratamento empregado.
Palavras-chave: Relatório experimental. Tratamento térmico. Esferoidização. Aço AISI 1090.
Composição química. Análise metalográfica.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO 4
2 OBJETIVO GERAL 5
2.1 Objetivos específicos 5
3 METODOLOGIA 5
4 RESULTADOS e DISCUSSÃO 6
5 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES 7
REFERÊNCIAS 10
1 INTRODUÇÃO
O aço é composto por ferro e carbono e é muito utilizado nas indústrias e na construção civil
para a produção de veículos, materiais de construção e eletrodomésticos. Outro motivo que faz
com que o aço seja bastante utilizado nas indústrias e na construção civil é as ótimas propriedades
mecânicas que ele possui. Existem vários tipos de de aço, onde a variação na quantidade de
carbono e ferro faz com que vários tipos diferentes de aços possam existir. Porém, às vezes é
necessário que o produto tenha características que só o carbono e o ferro não conseguem atingir.
Então, para que o produto consiga atingir as características necessárias são adicionados à
composição do aço os elementos de liga manganês, níquel, cromo, molibdênio, vanádio,
tungstênio e silício [1].
O aço AISI 1090 tem em sua composição 0,85 - 0,98 de carbono, 0,60 - 0,90 de manganês,
0,04 de fósforo, 0,05 de enxofre e é usado ferro para completar a composição [2]. Além disso, o
aço AISI 1090 possui um percentual de carbono acima de 0,76, portanto ele pode ser chamado de
aço hipereutetóide. Os aços hipereutetóides possuem pouca porcentagem de ferrita, o que faz com
que ele possua uma dureza maior, já os aços hipoeutetóides, possuem uma porcentagem mais alta
de ferrita, deixando o aço mais dúctil [3]. A Tabela 1 apresenta as propriedades físicas e mecânicas
do aço AISI 1090.
Tabela 1- Propriedades do Aço carbono AISI 1090 estampado a frio.(AZO MATERIALS, 2021)[]
Propriedades Valor
Resistência à tração 696 MPa
Limite de escoamento 540 MPa
Módulo de compressibilidade cúbica (bulk
modulus)
140 GPa
Módulo de cisalhamento (shear modulus) 80 GPa
Módulo elástico 190 - 210 GPa
Coeficiente de Poisson 0,27-0,30
Elongação após ruptura (em 50 mm) 10%
Dureza Brinell 197
Quando queremos alterar as propriedades do aço, o jeito mais eficiente é usando tratamentos
térmicos. Os tratamentos térmicos são usados com o objetivo de obter características específicas
para o material, além disso existem diferentes tipos de tratamentos térmicos. A esferoidização é
um tipo de tratamento térmico de recozimento feito em aços que contém um alto teor de carbono e
tem como objetivo alcançar a máxima ductilidade do aço. O processo de esferoidização consiste
em fazer um aquecimento subcrítico e após isso deixar o aço durante um longo período de tempo
no forno para que ocorra a aglomeração dos carbonetos em partículas esféricas, além disso é
preciso que ocorra um resfriamento lento [4].
Figura 1- Esquema que relaciona o tratamento térmico de esferoidização e a microestrutura do aço de alto
carbono.[]
2 OBJETIVO GERAL
Essa pesquisa teve como objetivo geral o estudo do tratamento térmico de esferoidização no
aço AISI 1090, analisando o processo e seus resultados.
2.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
A realização efetiva das etapas de análise da composição química, da esferoidização
(tratamento térmico empregado) e análise metalográfica. Espera-se obter uma considerável
variação tanto na microestrutura quanto no comportamento mecânico do material após ser
submetido a esferoidização.
3 METODOLOGIA
Para a realização do experimento em questão, foram feitas três etapas: análise da composição
química e tratamento térmico (esferoidização), análise metalográfica.
A composição química do aço AISI 1090 é descrita abaixo na Tabela 2.
Tabela 2- Composição química do aço AISI 1090 (% em peso)
C Mg P S
Aço AISI 1090 0,85-0,98 0,60-0,90 0,04 0,05
Para o tratamento térmico, o aço AISI 1090 foi submetido a esferoidização, sendo aquecido a
temperatura subcrítica cerca de 700 °C (abaixo de A1) seguido por longo tempo no forno, cerca de
20 a 25 horas, para a aglomeração dos carbonetos em partículas esférica. Após seu aquecimento,
as amostras foram resfriadas lentamente dentro do forno desligado, garantindo que o resfriamento
ocorra de forma lenta e uniforme.[4]
As amostras termicamente tratadas são então preparadas para a análise metalográfica feita em
microscópio óptico.
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
A esferoidização, proporcionou uma variação microestrutural quando comparado com o aço
AISI 1090 sem o tratamento térmico. A figura 1 abaixo, mostra a alteração da microestrutura do
aço hipoeutetóide ao longo do tratamento térmico.
Figura 1- Diferença microestrutural ao longo do tratamento térmico.[]
A partir da figura acima é possível verificar a mudança da microestrutura, que inicialmente a
perlita era envolvida por uma rede de lamelas de carbonetos (cementita). Ao decorrer da
esferoidização, as lamelas passam a se fragmentar, se tornando unidades menores e ao final do
tratamento térmico, elas assumem formatos arredondados e globulares conferidos na
microestrutura final, sendo classificadas como esferoiditas, associadas agora a uma matriz
totalmente ferrítica, desse modo, eliminando a presença de perlita na microestrutura e a rede de
carbonetos lamelares e fazendo com que a redução da área interfacial, favorecendo o aumento da
usinabilidade do aço.[5][6][7]
Além disso, houve uma variação significativa no comportamento mecânico do aço AISI 1090
após o tratamento térmico de esferoidização. Esse tratamento induz a produção de cementita
esferoidal em uma matriz de ferrita, eliminando a presença de perlita e a rede de carbonetos frágeis
anteriormente existentes na microestrutura. Assim, esta nova estrutura confere mínima dureza e
máxima ductilidade(objetivo desejado).Ademais, esse tratamento também confere um aumento da
usinabilidade e facilita o trabalho a frio.[4]
O tratamento térmico de esferoidização pode ocorrer de duas formas, a primeira aquecendo o
aço a temperaturas subcríticas por um longo período de tempo e depois resfriando o material no
forno até a temperatura ambiente. A segunda forma é variar a temperatura do forno entre um
pouco a cima e um pouco a baixo da temperatura de austenitização do aço.Ambos processos são
bastante longos e demandam muitas horas no forno. Para o experimento em questão, o tratamento
térmico foi feito da primeira forma, ou seja, não houve variação nos parâmetros empregados,
devido ao fato de que o primeiro método é o mais comum para esta prática.[8]
5 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
Nesta seção são descritas claramente as conclusões retiradas das discussões e dos
experimentos realizados no decorrer da pesquisa, e finalizada a parte textual do
trabalho. Recomendações são declarações concisas de ações, julgadas necessárias a
partir das conclusões obtidas, a serem usadas no futuro.
REFERÊNCIAS
[1] Conheça os principais tipos de aço e suas aplicações. Disponível em:
<http://www.grupoacocearense.com.br/blog/vender-mais/principais-tipos-de-aco/> Acesso em: 13 de janeiro
de 2021.
[2] Aço SAE 1090 Propriedades Mecânicas e Composição Química. Disponível em:
<https://www.materiais.gelsonluz.com/2017/10/aco-sae-1090-propriedades-mecanicas.html>Acesso em: 13
de janeiro de 2021.
[3] MARQUES, C. N. Avaliação da Dureza do Aço ABNT 1090 por Tratamento em Tempera. Trabalho
de conclusão de curso, Curso de Engenharia da Produção, Universidade do Rio Verde, Rio Verde, GO.
Disponível em:
<http://www.unirv.edu.br/conteudos/fckfiles/files/AVALIA%C3%87%C3%83O%20DA%20DUREZA%20D
O%20A%C3%87O%20ABNT%201090%20POR%20TRATAMENTO%20EM%20T%C3%8AMPERA%20
%20.pdf> Acesso em: 13 de janeiro de 2021.
[] AISI 1090 Carbon Steel (UNS G10900). AZO Materials. Disponível em:
<https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=6560>Acesso em: 15 de janeiro de 2021.
[4] Coalescimento/esferoidização. Disponível em: <https://aco.com.br/aco/coalescimento/> Acesso em: 15
de janeiro de 2021.
[]Tratamentos Térmicos nos Processos de Aços Especiais. Gerdau S/A. Disponível em:
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/4354027/mod_resource/content/3/Aula%20-%20Tratamentos%20T
%C3%A9rmicos.pdf> Acesso em: 15 de janeiro de 2021.
[5] VALE, Alan. Tratamento Térmico. Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia, Belém- PA,
2011 .Disponível em: <https://www.ufsm.br/app/uploads/sites/413/2018/12/09_tratamento_termico.pdf>
Acesso em: 13 de janeiro de 2021.
[6] FAGUNDES, Edson. Análise de Influência do Ciclo de Recozimento de Esferoidização nas
Propriedades Mecânicas do Aço SAE 1050. Escola de Engenharia Universidade Federal de Minas Gerais,
Belo Horizonte, 2011. Disponível em: <https://ppgem.eng.ufmg.br/defesas/1025M.PDF> Acesso em: 16 de
janeiro de 2021.
[7] SANTOS, Leonardo et al. Estudo da Influência dos Tratamentos Térmicos de Recozimento Pleno e
Esferoidização nas Curvas de Escoamento a Frio do Aço ABNT 1045. Associação Brasileira de
Metalurgia, Materiais e Mineração, São Paulo, 2017. Disponível em: <
https://tecnologiammm.com.br/article/10.4322/2176-1523.1341/pdf/tmm-15-1-75.pdf> Acesso em: 16 de
janeiro de 2021.
[8]H.A. Virginia, et al. Avaliação da Esferoidização sobre o Comportamento de Desgaste Erosivo de
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Disponível em: <http://www.metallum.com.br/22cbecimat/anais/PDF/306-063.pdf> Acesso em: 16 de
janeiro de 2021.
[9] PERUCH, Fábio. Influência do Ciclo de Recozimento para Esferoidização nas Propriedades
Mecânicas do Aço ABNT 5160. Escola de Engenharia Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto
Alegre, 2009. Disponível em:
<https://www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/18589/000730298.pdf?sequence=1> Acesso em: 16 de
janeiro de 2021.
http://www.grupoacocearense.com.br/blog/vender-mais/principais-tipos-de-aco/
https://www.materiais.gelsonluz.com/2017/10/aco-sae-1090-propriedades-mecanicas.html
https://aco.com.br/aco/coalescimento/
https://www.ufsm.br/app/uploads/sites/413/2018/12/09_tratamento_termico.pdf
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https://tecnologiammm.com.br/article/10.4322/2176-1523.1341/pdf/tmm-15-1-75.pdf
https://www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/18589/000730298.pdf?sequence=1