Relatório Tratamento Termico Vergalhão

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INSTITUTO FEDERAL DO ESPIRITO SANTO 
IFES
TRATAMENTO TÉRMICO
Vitória
2014
INSTITUTO FEDERAL DO ESPIRITO SANTO 
IFES
TRATAMENTO TÉRMICO
Corpo de Prova - Vergalhão
SARANA DANIELLE TAVEIRA
	Trabalho apresentado à disciplina de Tratamento Térmico do curso de Metalurgia do Instituto Federal do Espírito Santo - IFES, como requisito de avaliação do 4° Período. Professor Antonio Carlos Guimarães de Queiróz.
Vitória
2014
Sumário
 
2. Objetivos ........................................................................................................ 4
3. Introdução ...................................................................................................... 5
4. Desenvolvimento ........................................................................................... 9
4.1 Verificações Elementares ................................................................. 9
4.2 Técnica Micrográfica ......................................................................... 9
4.3 Materiais e Métodos Utilizados ....................................................... 11
5. Resultados e Discussões ............................................................................. 12
6. Conclusão .................................................................................................... 14
7. Referencias .................................................................................................. 15
Objetivo
Este relatório tem por objetivo principal a apresentação do tipo de tratamento térmico do corpo de prova estudado, levando em consideração a analise micrográfica e sua microestrutura, relacionadas diretamente ao tipo de matérias primas usado e o acabamento final do c.p, como por exemplo, forjamento ou laminação, exemplos de processos que podem ser usados para a formação do produto final analisado que se trata de um Vergalhão, possivelmente C50, e se for o caso, onde e o porquê do material ter falhado em seu trabalho, no caso do vergalhão, como estrutura de resistência para construção civil.
Introdução
Como é visível o crescimento populacional, e a necessidade de construção cada vez mais rápida de casas e prédios, há um aumento ainda maior do uso vergalhões, a principal estrutura de reforço na construção civil. Na indústria siderúrgica, mudanças tecnológicas têm ocorrido de maneira sistemática. Recentemente, foi iniciada a produção incipiente de vergalhões para concreto armado, com composições químicas modificadas e com menores custos de fabricação, buscando a melhoria das propriedades mecânicas do aço. As propriedades mecânicas do aço são definidas através do controle da sua microestrutura e das fases que as constituem. Isto pode ser conseguido através da escolha adequada da composição química e de tratamentos termomecânicos. A microestrutura final depende da sua composição e da sua história termomecânica. A história pode envolver somente o tratamento térmico, somente o tratamento mecânico ou uma combinação de ambos (ROTHE, 2005). Os tratamentos térmicos podem modificar as microestruturas dos aços por processos tais como: recuperação, recristalização, crescimento de grãos e transformação de fases. Diversas publicações como por exemplo, Tempcore(1975), One Steel(2003), Gerdau(2006), Thermex (2006 – 2007) e Belgo(2007), Nagasaka et. al.(1993), indicam a possibilidade da obtenção de barras estruturais, com boas condições de resistência mecânica e de fácil soldagem, através de processos de controle da temperatura, durante a laminação, que resultam na produção de barras, com estruturas metalúrgicas modificadas, pelo tratamento térmico, obtendo-se, desta forma, as propriedades desejadas. Surge daí a necessidade de se obter um estudo mais detalhado do efeito no comportamento mecânico, decorrente da aplicação do processo de laminação controlada, na produção de vergalhões para concreto armado, através de projetos de pesquisa aplicada, em aços com baixo teor de carbono, que atendam às especificações da indústria da construção civil, e que, ao mesmo tempo, respondam às necessidades desse setor, fortemente marcado pela questão do desperdício (excessivo descarte de pontas). 
As barras destinadas a armaduras para concreto armado, dependendo da sua categoria de resistência mecânica, podem ser produzidas por algum dos seguintes processos:
Laminação a quente, com resfriamento ao ar, de barras de aço comum ao carbono.
Laminação a quente, resfriamento ao ar e posterior torção para aumentar a resistência.
Laminação a quente, com resfriamento ao ar, de barras de aço com teor médio de carbono, com ou sem a adição de alguns elementos de liga.
Laminação a quente, com resfriamento controlado, a partir de aços com baixos teores de carbono e manganês, com ou sem a adição de elementos de liga, para a fabricação de produtos com maior resistência, boa ductilidade e com mais fácil soldabilidade.
Esta última alternativa que emprega na realidade um tratamento térmico com água, durante o processo de laminação, para a melhoria das propriedades mecânicas dos vergalhões, vem se consolidando como um processo de fabricação na maioria das usinas siderúrgicas atuais. Com o sistema de tratamento térmico provocado pelo resfriamento instalado logo após a saída do último cilindro do trem acabador, a barra laminada em contato com a água sofre brusco resfriamento e, nestas condições, ocorrem transformações de fases. As barras a serem conformadas são aquecidas num forno de reaquecimento e laminadas, através de uma sequencia de passes, em conjuntos de laminadores, os quais progressivamente reduzem o lingote ao seu tamanho e forma final da barra. A barra é sujeita a um tratamento térmico em três etapas sucessivas, denominadas de têmpera, revenimento e resfriamento ao ar.
O primeiro estágio, de têmpera, começa assim que a barra sai do trem acabador, sendo então rapidamente resfriada por um sistema de pulverizadores de água. Isto transforma a camada superficial da barra numa estrutura endurecida chamada martensita, enquanto o núcleo permanece austenítico. O segundo estágio, de autorevenimento, começa quando a barra deixa a unidade de têmpera, com um gradiente de temperatura do núcleo superior a da superfície, isto faz com que o calor flua do centro para a superfície, resultando no revenimento da superfície, gerando uma estrutura chamada “martensita revenida”, resistente e tenaz. O núcleo ainda permanece austenítico neste estágio. O terceiro estágio, de resfriamento ao ar, acontece no leito de resfriamento, onde o núcleo austenítico é transformado num núcleo dúctil de ferrita-perlita. Então, a estrutura final consiste numa combinação de uma camada externa de alta resistência, de martensita revenida, e um núcleo dúctil de ferrita-perlita. 
Desta forma fica formada uma estrutura combinada, que resulta na melhoria de resistência, ductilidade, tenacidade e algumas características de soldabilidade, exigidas para o produto final. Este é o fundamento dos dois mais tradicionais processos de resfriamento controlado adotados no mundo: o Thermex e o Tempcore, cujos princípios fundamentais são mostrados na Figura. 
Figura 1. Curvas de variação de temperatura da barra para diferentes posições de raio durante o processo de tratamento térmico superficial.
Desenvolvimento
O corpo de prova analisado foi Vergalhão, CA50 usado em construção civil, o que aparentemente não sofreu quebra nem falhas decorrente do seu uso. O C.P aparenta grande dureza, característica apropriada para seu uso, já que o vergalhão é usado como estrutura de reforço para a construção civil. Corte feito em seção transversal do vergalhão.
4.1 Verificações Elementares
Ação da Lima e Esmerilhamento:
O corpo de prova foi analisado primeiramente verificando as centelhas ao esmeril, quando se desbasta ao esmeril uma peça de aço, nota-se que as partículas que se destacam da peça, se inflamam produzindofaíscas ou centelhas. Estas emitem bruscamente ramificações, como se explodissem no seu trajeto, formando estrelinhas. Em seguida verificou-se a dureza propriamente dita do C.P, classificando primeiramente com 0,3%C a partir da observação das fagulhas ao esmeril. 
 Técnica Micrográfica
A metalografia microscópica (ou micrografia dos metais) estuda os produtos metalúrgicos, com o auxílio do microscópio, visando à determinação de seus constituintes e de sua textura. Este estudo é feito em superfícies previamente polidas e, em geral, atacadas por um reativo adequado. A técnica de um ensaio micrográfico corrente pode ser dividida nas seguintes fases:
Escolha e localização da secção a ser estudada.
Realização de uma superfície plana e polida no lugar escolhido.
Exame ao microscópio para a observação das ocorrências visíveis sem ataque.
Ataque da superfície por um reagente químico adequado.
Exame ao microscópio para a observação da textura.
Realização de uma superfície plana e polida no lugar escolhido:
Na realização do polimento na micrografia, são acrescentados alguns cuidados especiais, já que a peça é examinada ao microscópio. Após o corte, a superfície que é feito a análise é limada ou esmerilhada cuidadosamente e depois é lixada sobre folhas de lixas fixas sobre uma base com água corrente. A sequencia de lixamento inicia‐se com uma lixa grossa e, consecutivamente, com lixas mais finas. Por exemplo, utilizar-se lixas com grana de 80, 180, 220, 320, 600 e 1000 (quanto maior o número da grana, mais fina é a lixa). Geralmente utilizam‐se as lixas d’água para metais, constituídas de partículas abrasivas de alumina (Al2O3) ou carbeto de silício (SiC). O lixamento pode ser realizado a seco ou, de preferência, com uma lâmina de água. Já o polimento pode ser feito a mão onde a lixa é aplicada sobre um disco de movimento giratório e o operador apenas comprime o corpo de prova suavemente contra a lixa em movimento. Para se verificar se o polimento já está suficientemente bom, examina-se a superfície ao microscópio, depois de lavá-la em água com o auxilio de um chumaço de algodão e secá-la imediatamente passando na superfície um pouco de algodão com álcool. Quando a superfície estiver praticamente sem riscos perceptíveis com o aumento de 100 a 200 vezes, estará em condições de ser examinada ao microscópio para a observação de trincas, distribuição de perlita e ferrita, ou outras ocorrências visíveis sem ataque. Mas é apenas depois do ataque que se pode ter certeza de que o polimento foi bem feito.
Ataque da superfície por um reagente químico adequado:
O ataque é feito agitando o corpo de prova com a superfície polida mergulhada no reativo posto num Vidro de Relógio mergulhado por cinco segundo em uma solução de Nital (ácido nítrico HNO3) evidenciando assim a ferrita e perlita. Terminado o ataque lava-se imediatamente a superfície com álcool, e em seguida a secagem da peça.
 Materiais e Métodos Utilizados
 Para analise do C.P foram utilizados diversas técnicas e materiais como os descritos abaixo:
Lixamento: nesta etapa lixas de Carbeto de Silício (SiC) foram utilizadas, por terem uma boa resistência ao desgaste e não formar ondulações quando na utilização de água. As seguintes sequencias de lixas foram utilizadas: 80, 180, 220, 320, 600 e 1000. Durante o lixamento as amostras ao serem trocadas de lixas foram lavadas em água corrente e mergulha no ultrassom por alguns segundo, em seguida verifica-se na lupa se a lixa cobriu toda a seção da peça, se sim, troca-se de lixa e repete o mesmo processo até chegar à lixa de 1000.
Polimento: Politrizes rotativas foram utilizadas para realizar o polimento e utilizou-se como abrasivo polidor a alumina (Al2O3), com granulometria de 1µm e 0,3 µm. Durante este processo a peça sofreu movimentos circulares com sentido contrário ao sentido de rotação do disco, a fim de evitar alguns aspectos inconvenientes conhecidos como rabos de cometa, ficando as amostras em um tempo necessário para eliminar completamente os riscos da superfície.
Ataque Químico: tanto para os aços ao carbono (como o caso do C.P), como para os ferros fundidos, o Nital, cuja composição corresponde a 98% de ácido nítrico e 2% de álcool etílico, foi o utilizado. O ataque é feito por imersão da amostra em um recipiente (relógio de vidro) com o reagente, durante um período necessário de dez segundos para que ocorra a revelação da microestrutura do material. Este tempo de contato deverá ser o suficiente para que o aspecto brilhante desapareça, ou seja, que a amostra fique fosca, sem que prevaleça o ataque excessivo (queima), o qual exigirá um novo polimento.
Resultados e Discussões
Para aço ao carbono, o agente químico usado no ataque foi o Nital (HNO3), despejado no recipiente chamando vidro de relógio. Por 10 segundos a peça foi mergulhada para que o ácido evidencie sua microestrutura, constituída no centro por ferrita e perlita, com tamanho de grão 4.0, visualizado a um aumento de 1000x no microscópio metalografico. Apresentaram-se também um tratamento térmico superficial para complemento de boa resistência mecânica, boa ductilidade e boa resistência à compressão, a peça passou por tratamento térmico logo após a sua laminação, apresentando martensita de superfície. O processo de laminação conhecido Thermex é um dos mais utilizados na produção de vergalhões, mediante o tratamento térmico das barras, através de resfriamento com água, na laminação. No sistema Thermex, são utilizados tubos, também denominados canhões, onde a água troca calor com as barras, tendo seu fluxo no mesmo sentido de laminação. Este sistema de troca térmica garante, por sua vez, que a barra tenha um resfriamento homogêneo em sua superfície, para garantir suas propriedades mecânicas ao final do processo. 
Figura 2 e 3. Corte em seção transversal de vergalhão com tratamento térmico superficial. Visualização das regiões afetadas através da transferência de calor. 
Conclusão
Conclua-se que a o estudo a metalografia/micrografia e tratamento térmico do metal é essencial para a boa qualidade do trabalho em siderúrgicas, construção civil, e em todo lugar no qual é aplicado à necessidade de se conhecer melhor um aço para determinada aplicação, suas propriedades e tratamentos específicos para estes. Como o corpo de prova estudado foi um vergalhão usado na construção civil, a necessidade de uma rigorosa inspeção e controle de produção desse material é de estrema importância já que se aplica diretamente a estruturas que comportam esforços mecânicos, químico, desgaste com o tempo, corrosão, e principalmente, fornecer proteção às pessoas que a utilizam. . O C.P é de grande resistência para suportar sua utilização, fazendo com que seja necessário um tratamento térmico específico para ser de sucesso o seu uso. Um aço baixo carbono caracteriza-se pelo seu núcleo de ferrita + perlita, mas nesse caso do Vergalhão, encontra-se também bainita. A Bainita é um microconstituinte dos aços, formada a partir de um condicionamento térmico de resfriamento da austenita, composta por cementita e ferrita em forma de vagem. Apresentam valores de dureza, e resistência a tração, em geral maiores que a perlita, pois suas partículas de ferrita e cementita são menores. Sua principal Característica é a maior tenacidade, quando comparada a martensita. Ideal característica para uso na construção civil.
Referencias
• Titulo: Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns 
Autor: Hubertus Colpaert
Ano: Julho/1951
• Documentos/Artigos/Apresentações de Laminação da empresa ArcelorMittal Tubarão e ArcelorMittal Cariacica
• Artigos sobre Laminação da 50° Seminário de Laminação da ABM
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