Experimento 1 Tratamento termico Finalizado

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Materiais de construção mecânica aplicada / Engenharia Mecânica
TRATAMENTO TÉRMICO E ENSAIO DE TRAÇÃO AÇO 1045.
	Nomes dos integrantes
	Matrícula
	Turma
	Elton Otavio Limoni
	B9785H-8
	EM5R15
	Eric Maximo Takahashi
	C17IFI-0
	
	Lucas Goes do Nascimento
	C09977-5
	
	Luis Augusto Lopes Junior
	C190GD-3
	
	Paulo Geraldo Pataro Junior
	C10ECD-4
	
	Paulo Roberto Alves Filho
	C09976-7
	
Prof. Fábio Bossoi
Prof.ª Janaine Sereguetti
Bauru
06/09/2016
ELTON OTAVIO LIMONI RA: B9785H-8
ERIC MAXIMO TAKAHASHI RA: C17IFI-0
LUCAS GOES DO NASCIMENTO RA: C09977-5
LUIS AUGUSTO LOPES JUNIOR RA: C190GD-3
PAULO GERALDO PATARO JUNIOR RA: C10ECD-4
PAULO ROBERTO ALVES FILHO RA: C09976-7
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA APLICADA: “Perda de carga distribuída”.
Trabalho apresentado aos Prof. Fabio Bossoi e Prof.ª Janaine Sereguetti como requisito para aprovação na disciplina Materiais de construção mecânica aplicada do 6º Semestre do curso de Engenharia Mecânica. (Turma: EM6R15)
Bauru – 2016
INTRODUÇÃO E FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
		Dentro do estudo de materiais de construção mecânica, muitos se diferenciam quanto a suas características e assim podem ser selecionados de maneira a se obter o melhor aproveitamento em função de seu uso final. Podemos por exemplo dentro de um tipo específico selecionar aquele que melhor desempenhará a característica que buscamos e que tenha melhor custo benefício ou até, optar por aquele que atenderá com menor eficiência, mas será degradado de maneira menos prejudicial no meio ambiente. 
		Os metais despontam como os mais importantes materiais da era moderna pois a partir do domínio das técnicas de tratamentos ou forjamento em ligas temos uma enorme gama de materiais com diferentes propriedades.
		O aço é uma liga metálica formada essencialmente por ferro e carbono, este em percentuais que variam de 0,008 a 2,11%.
		Para Callister e Rethwisch (2013, p.271) “Tanto os aços quanto os ferros fundidos, que são os principais materiais estruturais em toda cultura tecnologicamente avançada, são essencialmente ligas ferro-carbono. ”
		O teor de carbono presente em uma liga ferrosa é o que configura se o aço tem caraterísticas de dureza elevada, que é o caso de aços alto carbono (de 0,7 até 2 por cento de seu peso em Carbono), ou uma maior maleabilidade, que é a principal característica dos aços baixo carbono (de 0,04 até 0,3 %’pC).
		O aço SAE 1045 é uma liga ferrosa com teor de carbono intermediário podendo ter 0,43 a 0,48 %’p C. Na figura 1 vemos a composição.
Figura 1 – Composição química do aço 1045.
Fonte: http://www.ggdmetals.com.br/wp-content/Construcao-Mecanica.pdf?56f101
		Por ser considerado aço médio carbono e possuir ductilidade intermediária ele é muito utilizado na fabricação de componentes de uso geral onde seja necessária uma resistência mecânica superior à dos aços de baixo carbono convencionais. 
		Tem sua utilização “Aplicado principalmente em eixos em geral, pinos, cilindros, ferrolho, parafusos, grampos, braçadeiras, pinças, cilindros, pregos, colunas, entre outros. ” Como recomenda a revista eletrônica do distribuidor de aços GGD. (http://www.ggdmetals.com.br) 
		Sua composição química e sua microestrutura ainda permite que este passe por tratamentos térmicos, adquirindo assim caraterísticas antes não evidenciadas em seu estado “natural”.
		Basicamente, tratamentos térmicos visam alterar a propriedade do aço em vários processos em que é aquecido e resfriado em diferentes condições. Podemos citar como tratamentos térmicos:
Alívio de Tensão;
Austêmpera;
Beneficiamento;
Carbonitretação;
Cementação;
Ferritização;
Nitretação;
Normalização;
Recozimento;
Revenimento;
Solubilização;
Têmpera.
		O resultado apresentado por cada tratamento, é diferente assim como a sua execução.
		Recozimento é um termo genérico indicativo de um tratamento que consiste no aquecimento e manutenção a uma temperatura adequada, seguindo-se um resfriamento numa taxa determinada, visando principalmente à diminuição de dureza do aço.
 A temperatura deve ser tal que não ocorra nenhuma transformação de fase.
		Já a têmpera é um processo de resfriamento rápido de uma peça de aço, previamente austenitizada, até a temperatura ambiente, resultando na transformação estrutural da austenita em martensita e o consequente endurecimento da peça. O processo de têmpera gera tensões internas na peça.
		O Revenimento é um tratamento após a têmpera aplicado nos aços para corrigir a tenacidade e a dureza excessiva. Basicamente, revenimento é o reaquecimento das peças temperadas, a temperaturas abaixo da linha inferior de transformação do aço.
		
OBJETIVO
		O objetivo deste experimento foi realizar em corpos de prova tratamentos térmicos distintos, e realizar testes de tração nos dois corpos para se comprovar os efeitos causados por têmpera e recozimento no aço 1045.
METODOLOGIA	
Equipamento utilizado.
Forno Mufla Quimis, sem controle de atmosfera;
Corpos de prova de aço SAE 1045 cilíndricos;
Máquina EMIC para ensaio de tração modelo DL 1000
Computador com software para registros gráficos;
Paquímetro de precisão 0,5 milímetros;
Procedimento experimental
		Os corpos de prova utilizado no experimento são de aço SAE’’ 1045 e possuem formato cilíndrico com 3/8” diâmetro e 150 mm de comprimento. Foram aquecidos à temperatura de aproximadamente 850º Celsius por aproximadamente 50 minutos em um forno tipo mufla. A figura 2 ilustra o forno utilizado no experimento.
Figura 2 – Forno Mufla. 
Fonte: Foto tirada pelo autor. 
		Para a realização do experimento, uma série de procedimentos foi realizada para a posterior coleta de dados no software da máquina do ensaio de tração, esses procedimentos estão descritos abaixo.
Ligar o forno mufla;
Aquecer até 850ºC;
Pegar os corpos de prova de aço 1045 com a pinça e inseri-los no forno;
Aguardar o aquecimento por 50 minutos;
Abrir o forno e retirar os corpos de prova com a pinça (figura 3);
Figura 3 – Corpos de prova sendo retirados da mufla. 
Fonte: Foto tirada pelos autores. 
Realizar em um dos corpos de prova o resfriamento rápido (Têmpera) em um recipiente com água à temperatura ambiente 23ºC;
Realizar no outro corpo de prova o resfriamento lento (Recozimento) em cima da bancada;
Após o resfriamento das peças, fixar um dos corpos de prova na máquina para o ensaio de tração; (figura 04)
Figura 4 – Máquina para ensaio de Tração. 
Fonte: Foto tirada pelos autores
Aumentar a tensão por tracionamento no corpo de aço até sua ruptura verificando o gráfico da Tensão por Deformação. 
 Repetir o procedimento 9 para o outro corpo de prova
Verificar no gráfico os resultados obtidos.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Resultados recozimento
		Qualquer processo de recozimento consiste em três estágios:
Aquecimento até a temperatura desejada;
Manutenção ou “encharque” naquela temperatura;
Resfriamento, geralmente até a temperatura ambiente.
		Durante esses procedimentos o tempo é um parâmetro de extrema importância e deve haver uma taxa de variação de temperatura que não seja tão elevada ao ponto de produzir tensões internas que podem levar ao empenamento e até mesmo ao trincamento da peça. E também a exposição à temperatura escolhida deve ser longa o suficiente para que ocorram quaisquer reações de transformação necessárias. Callister e Rethwisch (2013, p.360).
		Como resultado de um processo de recozimento uma peça de aço pode apresentar: Alívio de tensões, redução de dureza e consequente aumento de ductilidade e tenacidade e/ou produzir uma microestrutura específica.
		Após alcançar a temperatura de austenitização o corpo de prova é retirado da mufla e resfriado lentamente à temperatura ambiente sobre um descanso de madeira com o objetivo de que os grãos da microestrutura da liga Ferro-Carbono sejam mais finos ao atingira temperatura ambiente. O aço tem sua alteração de microestrutura de acordo om o gráfico TTT (Tempo, Temperatura e Transformação), mostrado na figura 5.
Figura 5 – Gráfico TTT do aço.
Fonte: http://www.joinville.udesc.br
		Como o corpo de prova foi mantido por tempo suficiente em uma temperatura de 850ºC, o resultado esperado era uma melhor ductilidade e redução da dureza causada pela reorganização de sua microestrutura e alívio de tensões internas
Resultados Têmpera
		O aço classificação SAE 1045 possui um teor de carbono não tão elevado, mais ainda assim é passível de endurecimento por têmpera.	
		“Os procedimentos convencionais de tratamento térmico para a produção de aços martensitíticos envolvem normalmente o resfriamento rápido e continuo de uma amostra austenitizada em algum tipo de meio de tempera, tal como a água, óleo ou ar.” Callister & Rethwisch (2013, p. 362)
		O aumento de dureza esperado deve-se ao fato de que sua microestrutura predominante é martensítica, principalmente no entorno do corpo de prova. Devido ao resfriamento rápido não ser controlado, o que por vezes resulta numa peça com uma dureza externa maior do que o seu interior, o aço pode apresentar fissuras internas.
		O aço temperado apresenta como principal característica um aumento de dureza, mas em consequência torna-se frágil.
Discussões
		O ensaio de tração nos corpos de prova CP1 temperado e CP2 recozido foi registrado e o software originou o gráfico de carga/Tensão (kgf/mm2) versus alongamento/deformação (mm) com os resultados obtidos. (Figura 4)
Figura 6 – Relatório do ensaio. 
Fonte: Foto tirada pelos autores.
		Pode-se notar a diferença entre o comportamento dos dois corpos de prova, no eixo de deformação e no eixo da tensão aplicada. 
		Como era esperado o CP1 teve uma deformação menor, cerca de 10 mm e em compensação seu aumento de dureza, principal caraterística buscada em uma têmpera, permitiu que a tensão chegasse até 98 kgf/mm2. Nota-se também que após o pico de tensão máxima, há um alívio de tensão, que indica ruptura iminente, suas estruturas internas já foram quase todas quebradas, entretanto ainda não houve a ruptura.
		Já no CP2, a deformação foi mais que o dobro do CP1 chegando a alcançar 24 mm, com praticamente metade da tensão máxima que foi observada no corpo temperado.
		Ficou também evidente a estricção sofrida pelo corpo de prova recozido, que é a redução da área de seção transversal do corpo de prova onde irá ocorrer a ruptura, também chamada de “empescoçamento”. Na figura 07 podemos verificar a diferença na deformação no sentido axial quanto a estricção
Figura 7 – Relatório do ensaio. 
Fonte: Foto tirada pelos autores.
CONCLUSÃO
		Os resultados obtidos evidenciam a importância em se conhecer todas as variáveis e elementos utilizados em um tratamento térmico para que se identifique o valor de tensão suportada pelo aço SAE 1045 e assim reduzir os erros na seleção de materiais quando da construção de peças máquinas e também para pesquisas acadêmicas. 
		O tempo de exposição, a temperatura e severidade do resfriamento, para cada tipo de aço resulta em uma melhoria de dureza ou ductilidade dentre outras propriedades que podem ser buscadas e que não foram o objeto de estudo desse relatório.
		O recozimento é um tratamento térmico importante pois assim podemos deixar um aço mais dúctil e com melhor usinabilidade, reduzir sua dureza e também pode ser usado para remover gases dissolvidos e homogeneizar a estrutura dos grãos.
		A têmpera também tem seu valor pois mesmo deixando mais frágil um aço tratado, o resultado obtido no aumento de dureza é expressivo e importante para a indústria e pode ser utilizado para diversas aplicações finais.
		Ainda sobre o tratamento de têmpera, este poderia passar por outro tratamento, o revenimento. A martensita formada, quando é resfriada a austenita sem difusão, pode se tornar mais dúctil e maleável a ponto que se torna passível de usinagem.
		
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	
- Callister, William D., 1940- Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. / William D. Callister Jr., David G. Rethwish; Tradução Sergio Stamile Soares. – Editora LTC, Rio de Janeiro, 2013.
- GGD metals – Catálogo de materiais. [Online], disponível em: http://www.ggdmetals.com.br/wp-content/uploads/2016/01/Construcao-Mecanica.pdf?56f101‎. Acesso em: 25 de setembro de 2016.
- Udesc.- Aula tratamentos térmicos. [Online], Disponível em: http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/daniela/materiais/Aula7a___tratamento_t_rmico.pdf. Acesso em: 25 de Setembro de 2016