RELATÓRIO TRATAMENTO TÉRMICO EM AÇOS docx (1)

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA
SETOR DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS E DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS
ALBERTO MOURÃO EDUARDO GDLA
GABRIEL BERALDO SCORSIN GABRIEL OLIVEIRA VIATROSKI KAUÃ JUSTUS HORN
RICIERI ALEXANDRE PIANA
RELATÓRIO SOBRE TRATAMENTOS TÉRMICOS EM AÇOS
PONTA GROSSA 2022
ALBERTO MOURÃO EDUARDO GDLA
GABRIEL BERALDO SCORSIN GABRIEL OLIVEIRA VIATROSKI KAUÃ JUSTUS HORN
RICIERI ALEXANDRE PIANA
TRATAMENTOS TÉRMICOS EM AÇOS
Relatório apresentado à disciplina de Ensaio e caracterização de Materiais do curso de Engenharia de Materiais, 3º ano, da Universidade Estadual de Ponta Grossa.
Professor(a): Ricardo Sanson Namur
PONTA GROSSA 2022
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Curva TTT para liga AISI 4140…	8
Figura 2 - Curvas TTT e CTT…	8
Figura 3 – Aço SAE 1020 normalizado, atacado com solução nital 2%, aumento de 500x…	14
Figura 4 – Aço SAE 1020 recozido, atacado com solução nital 2%, aumento de 500x.	15
Figura 5 – Aço SAE 1020 têmpera em óleo, atacado com solução nital 2%, aumento de 500x…	16
Figura 6 – Aço SAE 1080 normalizado com resfriamento ao ar, aumento de 200x…	17
Figura 7 - Aço SAE 1080 recozido com resfriamento lento, aumento de 200x…	18
Figura 8 - Aço SAE 1080 temperado com resfriamento em água, aumento de 500x…	19
Figura 9 - Aço SAE 1080 temperado e resfriado em óleo, aumento de 500x…	20
Figura 10 - Aço 1045 normalizado com resfriamento ao ar, aumento de 500x…	21
Figura 11 - Aço SAE 1045 recozido, aumento de 200x…	22
Figura 12 –Aço SAE 1045 temperado com resfriamento em água, aumento de 500x…	23
Figura 13 – Ferro Fundido Cinzento, resfriamento em água, aumento de 1000x…	24
Figura 14 – Ferro Fundido Cinzento, resfriamento no forno, aumento de 500x…	25
Figura 15 – Ferro Fundido Cinzento, resfriamento no óleo, aumento de 1000x…	26
SUMÁRIO
1- INTRODUÇÃO	4
1.1 Recozimento.	4
1.2 Esferoidização.	5
1.3 Normalização.	6
1.4 Têmpera.	6
1.5 Revenimento.	6
1.6 Curvas TTT e CCT	7
2- OBJETIVO	9
3- MATERIAIS E MÉTODOS	10
3.1 MATERIAIS.	10
3.2 MÉTODOS.	10
4- RESULTADOS E DISCUSSÕES	13
4.1 MICROGRAFIA DOS AÇOS.	13
4.1.1 Aço SAE 1020 – normalizado (resfriamento ao ar).	14
4.1.2 Aço SAE 1020 – recozido (resfriamento no forno).	15
4.1.3 Aço SAE 1020 – têmpera em óleo (sem agitação).	15
4.1.4 Aço SAE 1080 normalizado (resfriamento ao ar).	16
4.1.5 Aço SAE 1080 – recozido (resfriamento no forno).	17
4.1.6 Aço SAE 1080 – têmpera em óleo (sem agitação).	18
4.1.7 Aço SAE 1080 – têmpera em água (sem agitação).	19
4.1.8 Aço 1045 normalizado (resfriamento ao ar).	20
4.1.9 Aço SAE 1045 – recozido (resfriamento no forno).	21
4.1.10 Aço SAE 1045 – têmpera em água (sem agitação).	22
4.1.11 Ferro Fundido Cinzento – resfriamento na água.	23
4.1.12 Ferro Fundido Cinzento – resfriamento no forno…	24
4.1.13 Ferro Fundido Cinzento – resfriamento no óleo.	25
5- CONCLUSÃO	28
REFERÊNCIAS	29
1 INTRODUÇÃO
Os procedimentos convencionais de tratamento térmico para a produção de aços martensíticos envolvem normalmente o resfriamento rápido e contínuo de uma amostra austenitizada em algum tipo de meio de resfriamento rápido (têmpera), tal como a água, o óleo ou o ar. [1]
As propriedades ótimas de um aço que foi temperado e então revenido podem ser obtidas somente se durante o tratamento térmico por têmpera a amostra tiver sido transformada de modo a conter um alto teor de martensita. A formação de qualquer perlita e/ou bainita irá resultar em uma combinação de características mecânicas piores. [1]
Durante o tratamento por têmpera, é impossível resfriar toda a amostra a uma taxa uniforme – a superfície irá sempre resfriar mais rapidamente do que as regiões no interior. Portanto, a austenita irá se transformar em uma faixa de temperaturas, acarretando uma possível variação na microestrutura e nas propriedades em função da posição na amostra. [1]
O sucesso do tratamento térmico em aços para produzir uma microestrutura predominantemente martensítica depende principalmente de três fatores: da composição da liga; do tipo e da natureza do meio de resfriamento e do tamanho e formato da amostra. [1]
1.1 Recozimento
É o tratamento térmico realizado com o fim de alcançar os seguintes objetivos: remover tensões devidas ao tratamentos mecânico a frio ou a quente, diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade do aço, alterar as propriedades mecânicas como resistência, ductilidade etc., modificar os característicos elétricos e magnéticos, ajustar o tamanho de grão, regularizar a textura bruta, remover gases, produzir uma microestrutura definida, eliminar enfim os efeitos de quaisquer tratamento térmicos ou mecânicos a que o aço tiver sido anteriormente submetido. [2]
O tratamento térmico genérico recozimento abrange os seguintes tratamentos específicos:
 (
10
)
· Recozimento total ou pleno: que constitui no aquecimento do aço acima da zona crítica, durante o tempo necessário e suficiente para se ter solução do carbono ou dos elementos de liga no ferro gama, seguindo de um resfriamento lento, realizado ou mediante o controle da velocidade de resfriamento do forno ou desligando-se o mesmo e deixando que o aço resfrie ao mesmo tempo que ele. Os microconstituintes que resultam do recozimento pleno são: perlita e ferrita para aços hipoeutetóides, cementita e perlita para aços hipereutetóides e perlita para os aços eutetóides. [2]
Recozimento para alívio de tensões: que consiste no aquecimento do aço a temperaturas abaixo do limite inferior da zona crítica. O objetivo é aliviar as tensões originadas durante a solidificação ou produzidas em operações de endireitamento, corte por chama, soldagem ou usinagem. Essas tensões começam a ser aliviadas a temperaturas logo acima do ambiente; entretanto, é aconselhável aquecimento lento até pelo menos 500ºC para garantir os melhores resultados. De qualquer modo, a temperatura de aquecimento deve ser a mínima compatível com o tipo e as condições da peça, para que não se modifique sua estrutura interna, assim como não se produzam alterações sensíveis de suas propriedades mecânicas. [2]
1.2 Esferoidização
Consiste num aquecimento e resfriamento subsequente, em condições tais a produzir uma forma globular ou esferoidal de carboneto no aço. Há várias maneiras de produzir tal estrutura, como descritas abaixo:
· Aquecimento a uma temperatura logo acima da linha inferior de transformação, seguido de esfriamento lento; [2]
· Aquecimento por tempo prolongado a uma temperatura logo abaixo da linha inferior de zona crítica. Este tratamento é também chamado de “recozimento subcrítico”; [2] - Aquecimento e resfriamento alternados entre temperaturas que estão logo acima e logo abaixo da linha de transformação inferior. [2]
A esferoidização objetiva melhorar a usinabilidade de aços de alto carbono. [2]
1.3 Normalização
Consiste no aquecimento do aço a uma temperatura acima da zona crítica, seguido de resfriamento no ar. [2]
A normalização visa refinar a granulação grosseira de peças de aço fundido principalmente; frequentemente, 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 obtêm na normalização são ferrita e perlita fina ou cementita e perlita fina. Eventualmente, dependendo do tipo de aço, pode-se obter a bainita. [2]
1.4Têmpera
Consiste no resfriamento rápido do aço de uma temperatura superior à sua temperatura crítica 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. [2]
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 que deve verificar-se até uma determinada profundidade. [2]
Resultam também da têmpera redução da ductilidade (baixosvalores de alongamento e estricção), da tenacidade e o aparecimento de apreciáveis tensões internas. Tais inconvenientes são atenuados ou eliminados pelo revenido. [2]
1.5 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 o remover as tensões internas, corrige as excessivas dureza e fragilidade do material, aumentando sua ductilidade e resistência ao choque. [2]
O aquecimento na martensita permite a reversão do reticulado instável ao reticulado estável cúbico centrado, produz reajustamento 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. [2]
1.6 Curvas TTT e CTT
Tendo em vista que nos tratamentos térmicos primeiramente é realizado a solubilização dos elementos de liga na matriz através do aquecimento, ou seja, solubilizando elementos de liga na austenita, os resultados refletidos nas propriedades mecânicas serão decorrentes dessa boa solubilização através de uma velocidade de resfriamento adequada. (3)
Quando se fala em velocidades de resfriamento, tem-se envolvidas as curvas TTT (Temperature-Transformation-Time) e CTT (Continuous Cooling Transformation), essas curvas têm como objetivo auxiliar na previsão de quais transformações de fase o material irá sofrer, e sendo assim prever propriedades e também microestrutura após o resfriamento. (3)
A construção do diagrama TTT é feito através de experimentos com corpos de provas, que são mantidos por vários tempos em diversas temperaturas entre os pontos de transformação microestrutural. [4]
O procedimento requer o aquecimento até o campo austenítico por tempo suficiente para que ocorra a homogeneização, e uma vez que essa austenitização esteja completa, as diversas amostras são resfriadas rapidamente em banhos até uma determinada temperatura de transformação isotérmica. [4]
As amostras mantidas em tempos curtos, transformam-se completamente em martensita, devido a falta de tempo para a transformação controlada por difusão. Já as amostras mantidas por períodos mais longos, acabam se transformando em Ferrita, Cementita, Perlita e Bainita, e a percepção das primeiras pequenas quantidades dessas fases combinadas com a Martensita restante indicam o início da transformação para uma determinada temperatura, possibilitando assim que plota-se no gráfico. [4]
Na Figura 1 abaixo, temos uma representação de uma curva TTT, onde é possível visualizar as linhas que indicam as fases formadas para a relação temperatura x tempo
Figura 1 - Curva TTT para liga AISI 4140
Fonte: O. F. Van Der Voort, Atlas of time-temperature diagrams for irons and steels, (ASM Edition, 1991). p20
Já a Figura 2 abaixo, mostra um diagrama onde é possível observar tanto as curvas TTT (em preto) como também as curvas CTT (em vermelho)
Figura 2 - Curvas TTT e CTT
Fonte: O. F. Van Der Voort, Atlas of time-temperature diagrams for irons and steels, (ASM Edition, 1991).
2.OBJETIVO
O objetivo da prática realizada em nosso experimento é analisar as diferentes microestruturas dos aços 1020, 1045, 1080 e Ferro Fundido Cinzento, a partir dos resfriamentos de óleo, ar, água e também da temperatura decrescente ao forno.
3. MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 MATERIAIS
Os materiais utilizados para o ensaio de tratamentos térmicos foram: amostras SAE 1020, aço SAE 1045, SAE 1080 e aço FoFo cinzento, com tratamentos térmicos de recozimento pleno (resfriamento no forno), normalização (resfriamento ao ar), têmpera em água (sem agitação) e têmpera em óleo (sem agitação). Lixadeiras; lixas de SiC de diferentes granulometrias 320, 400, 600 e 1200 mesh (Número médio de partícula em uma polegada linear); Solução de Nital 2% (2 ml de HNO3 + 98 mL de etanol); Suspensão de alumina 1 e 0,3 µm; vidro de relógio; Apotec S.A. PRO-30; Politriz Arotec Aropol S; luvas.
3.2 MÉTODOS
A princípio as 4 amostras de cada aço SAE 1020, 1045, 1080 e aço FoFo cinzento foram submetidas a uma certa temperatura antes de serem realizados os tratamentos térmicos, cada amostra de aço recebeu um tratamento térmico diferente foram estes foram: recozimento pleno (resfriamento no forno), normalização (resfriamento ao ar), têmpera em água (sem agitação) e têmpera em óleo (sem agitação).
Depois dividiram-se as 16 amostras (4 amostras de SAE 1020, 4 amostras de SAE 1045, 4 amostras de SAE 1080 e 4 amostras de FoFo cinzento). O lixamento das amostras, começou na lixa de maior granulação, 320 mesh, nos quais para cada troca de lixa as amostras deveriam ser lixadas em 90º em relação a lixa anterior, também fez-se necessário a limpeza da amostra, lavando-se com água corrente e álcool, para posteriormente secar a amostra e trocar a lixa para uma granulação menor, encerrando o procedimento na lixa de menor granulação, 1200 mesh.
O processo ocorreu de acordo com a norma ASTM E3-01 Standard Guide for Preparation of Metallographic Specimens, a qual afirma que deve acontecer o alinhamento dos riscos, na amostra, em uma lixa e, quando alinhados, troca-se de lixa e se gira a amostra em 90º, fazendo com que os novos riscos fiquem perpendiculares aos da lixa anterior. Existindo suportes para prender a amostra na hora do lixamento, diminuindo o arredondamento.
A prática se iniciou com o polimento, o processo ocorreu de acordo com a norma ASTM E3-11 Standard Guide for Preparation of Metallographic Specimens, a qual diz que o polimento da amostra deve ser feito com o movimento circular no sentido contrário a de rotação da politriz, o polimento das amostras foi feito através da politriz de acordo com a norma, colocando um pequeno fio de água em sua base giratória, em que a amostra seria polida, após a devida limpeza do local.
Seguindo com o procedimento adicionou-se uma pasta diamantada de granulometria primeiramente de 1 µm para retiradas dos riscos maiores, aplicando-se uma força de aproximadamente 3 kg sobre a politriz, até notar que a amostra não apresentava mais nenhum risco em sua superfície, passando-se para próxima suspensão de 0,3 µm para retirar os riscos mais finos que sobraram nas amostras repetindo o mesmo procedimento e aplicando-se álcool regularmente durante o polimento no tecido da politriz para ele não ficar seco, e aplicando água corrente e álcool no final de cada polimento das amostras e secando com secador para uma melhor análise das existências de riscos nas amostras.
Deve-se rotacionar a amostra na etapa de polimento, a fim de evitar a formação de “cometas” pelas partículas indesejáveis presentes na amostra. Para isso, devemos aplicar rotações sempre maiores que 90º.
Para realizar o ataque no qual as amostras foram mergulhadas por um breve momento, e depois secadas com o secador possibilitaram a revelação da microestrutura das amostras trabalhadas. Para a formação dessa solução, observou-se os cuidados para o manuseio dos seus reagentes de acordo com as informações do MSDS Material Safety Data Sheet.
Além disso, necessitou-se o uso de EPIs adequados, estes como luvas, sapatos fechados, calças compridas e jalecos de manga comprida. Atentou-se também ao local utilizado, já que este deveria possuir uma boa ventilação para evitar possíveis problemas respiratórios, digestivos e irritação da pele e olhos.
Para o ataque químico trabalhou-se com a norma ASTM E 7 Terminology Relating Metallography e ASTM E 407 Test Methods for Microetching Metals and Alloys para o ataque químico da micrografia. Determinando a solução que permite o revelamento da microestrutura dos materiais ferrosos, descobrindo-se que a solução
de Nital 2% (2% ácido nítrico e 98% etanol) estaria dentro da norma para este trabalho.
Por último sobrepôs-se às amostras no microscópio óptico para a captura das imagens da microestrutura de cada material, seguindo os processos adequados para sua operação. Ajustando para a primeira lente, deixando-se a intensidade da luz no mínimo antes de ligar o equipamento, colocando a amostra sobre o feixe de luz, aumentandoo zoom do equipamento até achar o foco, escolhendo a melhor captura, que proporciona a melhor análise da microestrutura do material, capturando-se várias fotos consecutivas dos eixos de foco e montando uma imagem focada por inteiro, posicionando uma escala na fotografia que não atrapalhasse a análise.
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 MICROGRAFIA DOS AÇOS
Ao atacar amostras de aços austenitizados (1020, 1045 e 1080) preparados a com respectivos tratamentos térmicos recozimento pleno (resfriamento no forno), normalização (resfriamento ao ar), têmpera em água (sem agitação) e têmpera em óleo (sem agitação). São obtidos diferentes resultados com o mesmo reagente. Portanto, é importante definir os objetivos da metalografia e o tipo de tratamento térmico que será utilizado para definir o tipo específico de tratamento.
Microestruturas encontradas para o Fe-C:
Ferrita α: Solução sólida de carbono no ferro CCC, ocorre até temperatura de 912ºC, (solubilidade muito baixa, máxima de 0,020% a 723ºC). (Callister Jr, 2006) Austenita γ: Solução sólida de carbono em ferro CFC, ocorre entre temperaturas de 727 e 1495ºC, (solubilidade máxima 2,11% em massa a 1148ºC). (Callister Jr, 2006) Cementita: É um carboneto de ferro com estrutura ortorrômbica e de alta dureza. Dá origem a um eutetóide de extrema importância, a perlita. É uma liga apenas metaestável, isto é, à temperatura ambiente, ela permanece indefinida como um composto. No entanto, se ela for aquecida entre 650 e 700ºC durante vários anos, irá gradualmente se transformar em ferro α e carbono, na forma de grafita, os quais irão permanecer após um resfriamento subsequente até a temperatura ambiente. (Callister Jr, 2006)
Perlita: Intermediária entre a ferrita (mole e dúctil) e cementita (dura e frágil), em forma de lamela. Com o resfriamento, a austenita, que possui uma concentração de carbono intermediária, se transforma em uma fase ferrita, que possui um teor de carbono muito mais baixo, e também em cementita, com uma concentração de carbono muito mais elevada. A temperatura desempenha um papel importante na taxa de transformação da austenita em perlita. (Callister Jr, 2006)
Martensita: Solução sólida supersaturada de carbono (não se forma por difusão), tem forma acicular de agulhas, é dura, frágil, com estrutura tetragonal cúbica (fase metaestável, por isso não aparece no diagrama). (Callister Jr, 2006).
Martensita revenida: Obtida pelo reaquecimento da martensita (fase alfa + cementita), com diminuição da dureza, precipitação dos carbonetos, apresenta forma de agulhas. (Callister Jr, 2006).
4.1.1 Aço SAE 1020 – normalizado (resfriamento ao ar)
Na figura 3, podemos observar a imagem de um aço SAE 1020, o qual passou pelo um processo térmico de normalização onde esse possui em sua composição cerca de 0,18% à 0,23% de carbono e outros constituintes como o 13 Manganês, entre 0,30% à 0,60%, Fósforo 0,04% e Enxofre 0,05%. Com uma ampliação de 500x.
Figura 3 – Aço SAE 1020 normalizado, atacado com solução nital 2%, aumento de 500x
Fonte: Os autores
Na imagem pôde-se observar uma estrutura perlitica do metal e grãos de ferrita proeutetóides. Isso por conta da quantidade de carbono apresentada na sua composição. Pode-se também observar que os procedimentos de preparação da amostra apresentam resultado por conta da amostra não apresentar muitos riscos.
4.1.2 Aço SAE 1020 – recozido (resfriamento no forno)
Na figura 4, podemos observar a imagem de um aço SAE 1020, o qual passou por um processo térmico de recozimento e possui em sua composição cerca de 0,18% à 0,23% de carbono e outros constituintes como o 13 Manganês, entre 0,30% à 0,60%, Fósforo 0,04% e Enxofre 0,05%. Com uma ampliação de 500x
Figura 4 – Aço SAE 1020 recozido, atacado com solução nital 2%, aumento de 500x
Fonte: Os autores
Na imagem pôde-se observar uma estrutura ferrita proeutetóide e colônias de perlita fina. Isso por conta da quantidade de carbono apresentada na sua composição. Pode-se também observar que os procedimentos de preparação da amostra apresentam resultado por conta da amostra não apresentar muitos riscos.
4.1.3 Aço SAE 1020 – têmpera em óleo (sem agitação)
Na figura 5, podemos observar a imagem de um aço SAE 1020, o qual passou por um processo térmico de temperamento em óleo e possui em sua composição cerca de 0,18% à 0,23% de carbono e outros constituintes como o 13 Manganês, entre 0,30% à 0,60%, Fósforo 0,04% e Enxofre 0,05%. Com uma ampliação de 500x.
Figura 5 – Aço SAE 1020 têmpera em óleo, atacado com solução nital 2%, aumento de 500x
Fonte: Os autores
Na imagem pôde-se observar uma estrutura perlítica fina, ferrita proeutetóide acicular, agregados de ferrita com cementita. Isso por conta da quantidade de carbono apresentada na sua composição. Pode-se também observar que os procedimentos de preparação da amostra apresentam resultado por conta da amostra não apresentar muitos riscos.
4.1.4 Aço SAE 1080 normalizado (resfriamento ao ar)
A primeira amostra de aço 1080 passou pelo tratamento térmico de normalização, com resfriamento ao ar, e tem a representação da sua microestrutura mostrada na Figura 6 abaixo.
Figura 6 - Aço SAE 1080 normalizado com resfriamento ao ar, aumento de 200x
Fonte: Os autores
Através da análise da micrografia obtida é possível afirmar que o tratamento térmico teve como resultado o desenvolvimento de perlita fina. Devido ao resfriamento utilizado, a diferença de temperatura entre o forno e o ambiente fornece pouca energia térmica para a transformação do aço. Assim, a difusão de curta distância se tornou mais adequada e formou-se a perlita fina.
4.1.5 Aço SAE 1080 – recozido (resfriamento no forno)
A segunda amostra de aço 1080 passou pelo tratamento térmico de recozimento com um resfriamento lento, e tem sua microestrutura mostrada na Figura 7 abaixo.
Figura 7 - Aço SAE 1080 recozido com resfriamento lento, aumento de 200x
Fonte: Os autores
Sob estas condições, é possível perceber que apenas a perlita foi desenvolvida, sendo ela composta pelas fases de ferrita e cementita na forma de lamelas alternadas.
4.1.6 Aço SAE 1080 – têmpera em óleo (sem agitação)
A próxima amostra de aço 1080 passou pelo processo de têmpera, e teve seu resfriamento em água, sendo possível visualizar sua microestrutura na Figura 8 abaixo.
Figura 8 - Aço SAE 1080 temperado com resfriamento em água, aumento de 500x
Fonte: Os autores
A microestrutura obtida como resultado do processo de têmpera com resfriamento em água gerou apenas martensita, sendo ela apresentada na forma de ripas finas.
4.1.7 Aço SAE 1080 – têmpera em água (sem agitação)
A última amostra de aço 1080 também passou pelo processo de tratamento térmico de têmpera, porém diferente da anterior, ela foi resfriada em óleo, e sua microestrutura está mostrada na Figura 9 abaixo.
Figura 9 - Aço SAE 1080 temperado e resfriado em óleo, aumento de 500x
Fonte: Os autores
Apesar do mesmo tratamento térmico que a amostra anterior, houveram diferenças na microestrutura desenvolvida nessa amostra devido a diferença do meio de resfriamento. Quando resfriada em óleo, é possível notar a presença de martensita e também uma pequena proporção de austenita retida.
4.1.8 Aço 1045 normalizado (resfriamento ao ar)
A primeira amostra do aço 1045 passou pelo tratamento térmico de normalização, sendo seu resfriamento ocasionado pelo ar, e tem sua microestrutura representada na Figura 10 abaixo.
Figura 10 - Aço 1045 normalizado com resfriamento ao ar, aumento de 500x
Fonte: Os autores
Através	da	imagem	obtida,	nota-se	que	na	microestrutura	foram desenvolvidas a perlita fina e também a ferrita proeutetóide.
4.1.9 Aço SAE 1045 – recozido (resfriamento no forno)
A segunda amostra de aço 1045 passou pelo tratamento térmico de recozimento e tem sua microestrutura mostrada na Figura 11 abaixo.
Figura 11 – Aço SAE 1045 recozido, aumento de 200x
Fonte: Os autores
Através da imagem obtida, nota-se que na microestrutura foram desenvolvidas estrutura ferrita proeutetóide e perlita.
4.1.10 Aço SAE1045 – têmpera em água (sem agitação)
A próxima amostra de aço 1045, passou pelo processo de têmpera, e teve seu resfriamento ocasionado em água, e sua microestrutura é observada na Figura 12 abaixo.
Figura 12 – Aço SAE 1045 temperado com resfriamento em água, aumento de 500x
Fonte: Os autores
A desenvoltura da microestrutura obtida para a amostra temperada e resfriada em água apresenta em sua estrutura a presença de martensita, austenita e retida, e em pequena proporção, e também presente na ferrita proeutetóide.
4.1.11 Ferro Fundido Cinzento – resfriamento na água.
Na figura 13 pode-se observar uma imagem de um Ferro Fundido Cinzento, após passar por um processo de resfriamento em água, o Ferro Fundido possui a composição de 2,5 - 4% de carbono e outros constituintes como a Sílica 1 - 3% entre outros. Com um aumento de 1000x.
Figura 13 – Ferro Fundido Cinzento, resfriamento em água, aumento de 1000x
Fonte: Os autores
Como podemos observar na imagem acima os veio do Ferro Fundido são constituídos de grafita, já as partes que aparecem em alaranjado são constituídas de sustenta e ferrita. Isso ocorre devido ao teor de carbono presente no Ferro Fundido e para a formação de veios é necessário um resfriamento mais lento.
4.1.12 Ferro Fundido Cinzento – resfriamento no forno.
Na figura 14 podemos observar a imagem de um Ferro Fundido, após ser tratado com o resfriamento no forno, com um aumento de 500x.
Figura 14 – Ferro Fundido Cinzento, resfriamento no forno, aumento de 500x
Fonte: Os autores
Como podemos observar na figura 14 temos uma microestrutura com veios de grafita e com umas partes mais escuras que são as cementitas, com algumas lamelas de perlita.
4.1.13 Ferro Fundido Cinzento – resfriamento no óleo.
Na figura 15 podemos observar uma imagem de Ferro Fundido com um aumento de 1000x, após passar pelo resfriamento a óleo.
Figura 15 – Ferro Fundido Cinzento, resfriamento no óleo, aumento de 1000x
Fonte: Os autores
Como podemos observar na figura 15 nós temos novamente veios de grafita com microestrutura de ferrita por toda a amostra. Com o aumento de 1000x podemos observar veios mais finos, isso ocorre devido ao seu tratamento no óleo.
A morfologia assume a aparência de ripas ou de agulha (também conhecida como placas) em função da concentração de carbono (C). Para aços com teor de carbono igual a 1020 a martensita estará na forma de ripas, de aço 1080 na forma de placas, entre aço 1045 há uma mistura entre ripas e placas.
Durante o tratamento de têmpera, o aço tem sua dureza elevada devido à não ocorrência do fenômeno de difusão, ou seja, o carbono fica retido na martensita, o que aumenta a dureza do material. (Callister Jr, 2006)
Com o revenimento é possível corrigir as durezas, pois neste tratamento térmico ocorre a difusão, ou seja, o carbono é difundido para o material, não ficando retido apenas na martensita, o que permite que a dureza diminua. (Callister Jr, 2006) O tratamento térmico de revenido permite, através de processos de difusão, a formação da martensita revenida, de acordo com a reação: martensita (TCC, monofásica) em martensita revenida (fases α + Fe3C), na qual a martensita encontra se com um alto teor de carbono e se transforma em martensita revenida, composta pelas fases estáveis ferrita e cementita. Sua microestrutura consiste em partículas de cementita extremamente pequenas e igualmente dispersas, encerradas no interior de uma matriz contínua de ferrita. Pode ser quase tão dura e resistente quanto a martensita, mas possuindo uma ductilidade e uma tenacidade substancialmente melhoradas. O tamanho das partículas de cementita influencia o comportamento mecânico da martensita revenida; o aumento no tamanho das partículas diminui a área de contornos entre as fases ferrita e cementita e, consequentemente, resulta em um material mais mole e fraco, porém ainda continua sendo um material mais tenaz e mais dúctil. Além do mais, o revenido determina o tamanho das partículas de cementita. Com o aumento do tempo de revenido a dureza diminui, o que corresponde ao crescimento da cementita. Em temperaturas que se aproximam da região eutetóide e após várias horas, a microestrutura terá se tornado cementita globulizada. A martensita com excesso de revenido é relativamente mole e dúctil.
Os tratamentos com têmpera possuem um maior coeficiente de dureza rockwell pois eles têm uma menor temperatura de início e fim de transformação martensítica, fazendo assim com que sua dureza aumenta em relação aos outros tipos de tratamentos aplicados nos aços.
5 CONCLUSÃO
O uso de tratamentos térmicos se mostrou uma técnica muito importante para a obtenção de microestruturas e componentes microconstituintes em um metal e obtenção de diferentes durezas e tamanhos de grãos. Assim foi possível observar as diferentes características entre as amostras observadas, como a diferença de concentração dos elementos da amostra, o tamanho dos grãos de cada amostra e a estrutura de cada amostra. Essas diferentes características são muito importantes para obter as propriedades do material analisado e verificar uma melhor aplicação para ele.
Com a prática foi possível aprender as principais dificuldades do preparo de amostras para metalografia, principalmente nos tratamentos térmicos das amostras que devem ser tomados vários cuidados. Além disso, foi possível correlacionar os processos de microestruturas e formação de fases com as microestruturas observadas nos materiais ferrosos, de forma a compreender muito mais racionalmente as transformações ocorridas.
REFERÊNCIAS
[1] CALLISTER, WILLIAM D. Ciência e Engenharia de Materiais –Uma Introdução, Editora LTC, 7ª ed, 2006.
[2] Chiaverini, V. Aços e Ferros Fundidos: características gerais, tratamentos térmicos: principais tipos. 7o Ed. Editora Associação Brasileira de Metais, 2002.
[3] ASM	INTERNATIONAL,	1985.	ASM Handbook: Metallographic Techniques, Metallography and Microstructures. 9 ed. Ohio, v. 9, p. 13-273.
[4] American Society for Testing and Materials, ASTM E 407. Test Methods for Microetching Metals and Alloys. West Conshohocken: ASTM, 2007. 22 p.
[5] American Society for Testing and Materials, ASTM E 3-01. Standard Guide for Preparation of Metallographic Specimens. West Conshohocken: ASTM, 2001. 12p.
[6] ASM Metals Handbook. Metallography and Microstructures Of Ferrous
Alloys,	Metallography	and	Microstructure.	Vol.	9,	ASM	Handbook,	ASM International, 2004.