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1ª Questão (5,5 pontos). Para fabricação de um eixo, sujeito a desgaste, com 15 mm, foram indicados três aços e respectivos tratamentos térmicos / termoquímicos (opções I, II e III) objetivando após tratamento térmicos, dureza de 60 HRC na superfície: 1. Descrever a microestrutura original e indicar duas propriedades (ver obs. 2); a. Fase(s): b. Constituinte(s): c. Duas propriedades principais deste aço com essa estrutura: 18,6 %Fe3C com 6,7 %C 81,4 % com 0,008 %C 100 %Esferoidita com 1,25 %C 1. Mínimas dureza, LR, LE; 2. Máxima usinabilidade, dúctil, tenacid. d. Desenhar o ciclo térmico completo a ser aplicado para que a peça atenda a especificação (ver obs. 3). e. Descrever a microestrutura final (se superfície e núcleo forem diferentes, descrever as duas). - Superfície: - Núcleo: - Martensita revenida e carbonetos esferoidizados. - ~5 %Fe3C esferoidizada com 6,7 %C. - ~95 % de Martensita revenida com 0,97 %C. IGUAL a. Descrever a microestrutura original (ver obs. 2) b. Desenhar o ciclo térmico completo a ser aplicado aplicado para que a peça atenda a especificação (ver obs. 3). - Fase(s): - 1,5 %Fe3C com 6,7 %C. - 98,5 %Ferrita com 0,008 %C. c. Constituinte(s): - 12,5 %Perlita com 0,8 %C. - 87,5 % (ferrita pró) com 0,008 %C. d. Descrever a microestrutura final (se superfície e núcleo forem diferentes, descrever as duas). - Superfície: - Núcleo: 100 %Martensita revenida com 0,8 %C. Ferrita e perlita. Como o resfriamento não respeita as condições de equilíbrio, não vale a regra das alavancas, portanto não é possível quantificar com precisão os constituintes. P NOME: G A B A R I T O Assinatura: Prof. Jorge Kolososki Instruções gerais: 1. Prova sem consulta. 2. O rascunho não será considerado. 3. Calculadora alfa-numérica: não permitida. 4. Duração: 70 minutos. Opção I: aço DIN 125 Cr 1 (aço com 1,25%C e 0,21%Cr), com estrutura original esferoidizada e que deverá, após usinagem, ser beneficiado (temperado e revenido); Opção II: aço ABNT 1010, originalmente recozido e que deverá, após usinagem, ser cementado, objetivando 1,0 mm de camada e ferrita e perlita no núcleo; DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS Nº Disciplina: NR 7120 – MATERIAIS METÁLICOS Nº seq.: Data: 19.11.2015 P2 II 2015 Turma A Nota: Têmpera 01h30 T (ºC) Tempo Óleo 0h40 770 Revenimento 160 Cement. 01h30 T (ºC) Tempo Óleo 2h 950 Revenimento 250 a. Descrever a microestrutura original (ver obs. 2). b. Indicar o ciclo térmico completo a ser aplicado para que a peça atenda a especificação (ver obs. 3) 100 %Martensita revenida com 0,2 %C. c. Descrever a microestrutura final (se superfície e núcleo forem diferentes, descrever as duas). - Superfície: - Núcleo: - 100 %Martensita revenida com 0,8 %C Martensita revenida e bainita, ambas com 0,2 %C. Espaço para rascunho (não será considerado na avaliação). Boa prova! Boas férias! Opção III: aço ABNT 4320, originalmente temperado e revenido a 700ºC e que deverá, após usinagem, ser cementado, objetivando 1,0 mm de camada e martensita e bainita no núcleo. Observações: 1. Todos dados retirados deverão ser indicados e mantidos nas respectivas figuras. 2. Microestruturas: não precisa desenhar, mas sempre que possível, identifique, quantifique e indique o teor de carbono das fases / constituintes presentes. 3. Ciclo térmico ou termoquímico: identificar os eixos, as etapa e indicar temperaturas, tempos e resfriamentos. 4. Considere válido o diagrama Fe – C para análise dos aços baixa liga. Figura 1. Diagrama de RV do aço DIN 125Cr1 Resfriamento em óleo. Resfriamento em água. Figura 2. Diagrama de revenimento da camada superficial de aço cementado Fig. 3. Espessura da camada cementada em função do tempo e da temperatura. Cement. 01h30 T (ºC) Tempo Óleo 2h 950 Revenimento 250 60 250 2 60 160 2ª Questão (1,0 pontos). Numa pesquisa didática, usando uma liga Fe- C, deseja-se obter uma microestrutura constituída por ~50 %ferrita e ~50 %martensita. Escolha o aço e o ciclo térmico que permita atingir esse objetivo. Despois preencha o quadro abaixo. a. Indicar o teor de carbono dessa liga Liga Fe - %C b. Desenhar (ao lado) o ciclo térmico que permita obter essa microestrutura. c. Descrever essa microestrutura (ver obs. 2). - ~50 %Martensita com 0,5 %C. - ~50 %Ferrita com 0,00... %C. 3ª Questão (1,5 pontos). Considere os dois materiais ao lado e preencha a tabela abaixo (marque com um “x” a melhor opção). Propriedade: FFC FFN Maior dureza X Maior resistência tração X Maior tenacidade X Maior amortecimento vibrações X Mais barato X Maior ductilidade X Maior condutividade térmica X Material mais indicado para fabricar: - girabrequim X - disco de freio X - base de plaina X Fig. 6. Ferro Fundido Cinzento Perlítico Fig. 5. Ferro Fundido Nodular Ferrítico Fig. 4. Diagrama de equilíbrio Fe-C (região dos aços). T (ºC) Tempo Têmpera em água 0h40 800 4ª Parte (2,0 pontos). Numa pesquisa de laboratório pretende-se realizar vários tratamentos térmicos e/ou mecânicos para obter eixos de 10 mm de aço ABNT 1040 originalmente recozido objetivando, em todos tratamentos, tensão limite de resistência de 800 MPa (ou 232 HV ~232 HB ~23 HRC, já que LR = 3,45 HB). Os tratamentos pretendidos estão na tabela abaixo. Descreva, como esses tratamentos devem ser realizados e identifique as microestruturas obtidas. Tratamento térmico/ mecânico Descrição do processo Microestrutura obtida (identifique e quantifique) Encruamento Barra original com 10,72 mm Trefilar com 13 % redução de área ~ 50 %αpró com 0,008 %C ~ 50 %perlita com 0,8 %C encruadas Normalização Aquecer até 860 °C – 40 minutos Resfriar ao ar calmo ~ 4 %α ~ 96 %perlita fina (não vale a regra das alavancas) Têmpera e revenimento Aquecer até 860 °C – 40 minutos - água Revenir ~600 °C – 1 hora - ar calmo 100 %martensita revenida com 0,4 %C Tratamento isotérmico Aquecer até 860 °C – 40 minutos Resfriar rapidamente até 580 º Manter por t > 2 minutos – resfriar ao ar calmo - ferrita e perlita fina Fig. 8. Curvas de encruamento do aço ABNT 1040, do latão e do cobre. Fig. 7. Curva TRC do aço ABNT 1040 Fig. 9. Diagrama de revenimento do aço ABNT 1040 Fig. 10. Curva TTT do aço ABNT 1040. 13 600 23 23
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