Prática 3 Ensaio Jominy (1)

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Centro Universitário UNA
Engenharia Mecânica
 Prof. Diego
Laboratório de Materiais de Construção Mecânica
Aula Prática – Temperabilidade - Ensaio Jominy
Alunos: Ana Cláudia, Cristian Maciel, Davi Braga, Fernanda Carolina, Gesiel Silva, Josielly Aparecida
Introdução
A temperabilidade é a capacidade de um aço transformar, parcialmente ou completamente, da austenita em alguma percentagem de martensita a uma dada profundidade, quando resfriado abaixo de algumas condições especificadas. A temperabilidade é definida, também, como a susceptibilidade ao endurecimento por resfriamento rápido, ou como a propriedade, em ligas ferrosas, que determina a profundidade e distribuição de dureza produzida na têmpera.
Um método importante para avaliação da temperabilidade é o Jominy. Este método tem a grande vantagem de caracterizar a temperabilidade em uma única operação. Nele, um corpo-de-prova cilíndrico de dimensões padronizadas é austenitizado e, em seguida, resfriado em um dispositivo apropriado por um jato de água dirigido sobre uma das suas extremidades. A Figura 1 mostra a forma e dimensões de um corpo-de-prova Jominy e o esquema de fixação do mesmo em um sistema de resfriamento.
(a)	(b)
Figura 1 - (a) Corpo de prova para o ensaio Jominy; (b) Dispositivo Jominy.
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O corpo-de-prova é usinado a partir de uma barra forjada ou laminada de diâmetro igual a 32mm. A barra laminada ou forjada deve ser normalizada antes da usinagem final. O aço deve ser mantido na temperatura de austenitização por 1 hora e resfriado ao ar. Torna-se importante que a atmosfera do forno (Figura 2) seja adequada, no sentido de ser evitar a formação de carepa ou descarbonetação na superfície do corpo-de-prova.
Figura 2 - Forno tipo mufla utilizado no aquecimento dos corpos de prova.
A seguir, o corpo-de-prova deve ser colocado em um dispositivo (Figura 3) de modo que uma coluna de água, na temperatura entre 5 a 30°C, possa ser direcionada contra a sua extremidade inferior. O tempo entre a remoção do corpo-de-prova do forno e o começo do resfriamento não deve exceder a 5 segundos. A amostra deve permanecer no dispositivo por 10 minutos, no mínimo, de forma a atingir a temperatura ambiente. O corpo-de-prova experimenta um resfriamento para uma severidade que se encontra entre aquelas associadas à água e ao ar.
Após o resfriamento, as extremidades opostas do corpo-de-prova são usinadas e leituras de durezas são feitas a distâncias regulares de 1/16’’ da extremidade temperada até o topo do corpo de prova. A profundidade usinada deveria ser de 0,38mm ao longo do comprimento inteiro do corpo-de-prova. Nessa operação de usinagem, a profundidade de corte não deve exceder 0,013 mm por passe e, simultaneamente, deve-se evitar o aquecimento na amostra, mantendo-se uma boa refrigeração na operação de corte.
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Figura 3 - Dispositivo Jominy de resfriamento.
A máquina de ensaio de dureza deve ser aferida contra blocos de teste padrão antes do teste de temperabilidade. A determinação da distância da extremidade temperada ao centro da primeira impressão e a verificação da distância de centro a centro das impressões que se sucedem deve ser feita utilizando-se microscópio. As variações permissíveis dessas impressões devem ser menores que 0,075mm . As leituras de dureza em distâncias idênticas deveriam ser medidas nas duas faces, e o valor médio resultante utilizado no gráfico de dureza versus distância da extremidade temperada.
Um aspecto muito interessante do ensaio Jominy é que cada posição do corpo-de-prova corresponde a uma taxa de resfriamento bem conhecida. A escala de topo da figura 4 mostra taxas de resfriamento aproximadas correspondendo a posições no corpo-de-prova Jominy. Esta taxa de resfriamento é que determina a quantidade de martensita e, assim, a dureza que se desenvolve em um dado ponto do corpo-de-prova. Pode-se a partir do conhecimento dessas velocidades de resfriamento obter perfis de dureza em peças de diferentes geometrias e em diferentes meios de resfriamento.
O método Jominy é, também, padronizado pelas normas ASTM A-255 e SAE J406. A temperabilidade de um aço é tanto maior quanto maior for o seu período de incubação, determinado no diagrama TTT. Todos os fatores que aceleram a nucleação de perlita causam um decréscimo na temperabilidade do aço (Figura 5). Dentre estes fatores, podem ser citados: granulação fina da austenita, inclusões não dissolvidas na austenita e falta de homogeneidade na composição química da austenita.
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Figura 4 - Curva de temperabilidade característica de um aço.
Com os dados da dureza em função da distância da extremidade temperada, obtêm-se a curva Jominy de temperabilidade. A curva de temperabilidade de um aço comercial pode variar dentro de uma faixa relativamente ampla, em função dos limites permissíveis de especificação de sua composição química.
Figura 5 – Correlação de informações sobre a temperabilidade e o resfriamento contínuo para uma liga Fe-C com composição eutetóide.
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Questões
Material de estudo: Aço 4140
Na literatura, a composição química dos aços em estudo.
Aço 4140
	C
	SI
	Mn
	Smáx
	Pmáx
	Cr
	Mo
	0,38 - 0,43
	0,15 - 0,35
	0,75 - 1,00
	0,040
	0,030
	0,8 – 1,10
	0,15 – 0,25
Aço 1045
	C
	SI
	Mn
	Smáx
	Pmáx
	0,43 – 0,50
	0,10 – 0,60
	0,60 – 0,90
	0,050
	0,040
Na realização do ensaio Jominy dos aços ABNT 4140 e ABNT 1045 qual a temperatura e o tempo de austenitização utilizados?
Aço 4140
Temperatura de austenitização – 850°C
Tempo de austenitização – 2 horas
Aço 1045
Temperatura de austenitização – 850°C
Tempo de austenitização – 2 horas
Explique como a temperatura de austenitização destes aços foi obtida. 
O aço 4140- Austenitizar em temperatura entre 840 – 870ºC. Aquecer por 1 hora para cada 25 mm de espessura e adicionar 1 hora para cada 25 mm adicionais. 
Como o aço 1045 possui composição menor do que a eutetóide (0,76%pC) a temperatura de austenitização é a temperatura crítica superior obtida no diagrama ferro-carbono acrescida de 55°C. 
Qual dos dois apresenta maior temperabilidade?
Entre os aço 1045 e 4140 o aço que apresenta maior temperabilidade é o aço 4140 porque o aço 4140 possui em sua composição elementos de liga (Mn,Mo,Cr) que aumentam a temperabilidade dos materiais, pois funcionam como elementos estabilizadores, retardando as curvas de formação de ferrita e bainita.
Porque as durezas máximas dos dois aços têm valores próximos?
Porque o valor da dureza máxima está associado ao teor de Carbono, onde o aço 1045 está na mesma faixa do teor de carbono do aço 4140 (0,39-0,42%) e a dureza máxima é associada à dureza da Martensita, que depende apenas do teor de C.
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RESULTADOS E DISCUÇÕES.
Após desbastarmos o corpo de prova e realizarmos o ensaio de dureza em toda a extensão do corpo, obtivemos os seguintes resultados de dureza de acordo com a distância da ponta do corpo de prova em milímetros.
Resultados do ensaio JOMINY	
	 
	Material
	Condições
	Resultados
	
	Grau da carga
	Diâmetro da esfera (mm)
	Carga
	Diâmetro da impressão
	Dureza HB
	Desvio da Média
	
	
	
	(Kgf)
	
	
	
	
	
	
	 
	
	
	
	
	
	
	D= Desejada
	
	
	
	
	
	
	U= Utilizada
	
	
	
	4140
	30
	2,5
	D=187,5
	62,5
	0,5
	315,9
	128,9
	
	
	
	
	
	0,6
	217,8
	30,8
	
	
	
	
	
	0,7
	159,1
	27,9
	
	
	
	
	
	0,8
	121,1
	65,9
	
	
	
	
	
	0,8
	121,1
	65,9
	Média
	187
	
	
	
	
	
	
	Desvio Padrão
	40,70
	
	
	
	
	
	
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Conclusão
Através gráfico construído observamos que a dureza média cai de acordo com a profundidade docorpo de prova, isto porque quanto mais se aprofunda o material, mais lenta se torna taxa de resfriamento e como consequência se diminui a formação de martensita e aumenta a formação de ferrita e cementita
Referências
SAE Handbook 1978, Part 1. 
Pedraza, Antonio Juan; Coutinho, Carlos Alberto Bottrel; Silva, Evando Mirra de Paula – 
Tratamentos térmicos dos aços, ed. Engenharia, UFMG – BH-MG.
3)Callister, William D. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. LTC, 5ªed, 2002.