TCC finalizado[3466]

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CENTRO UNIVERSITÁRIO DA FUNDAÇÃO EDUCACIONAL DE BARRETOS
LAÍS STOCCO BANDINI
WILSON ALVES SILVA JUNIOR
 A INFLUÊNCIA DA TÊMPERA NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DO AÇO INOXIDÁVEL AUSTENITICO 304
BARRETOS
2017
LAÍS STOCCO BANDINI
WILSON ALVES SILVA JUNIOR
A INFLUÊNCIA DA TÊMPERA NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DO AÇO INOXIDÁVEL AUSTENITICO 304 
Monografia apresentada como exigência parcial para obtenção do título de Bacharel ou Licenciado em Engenharia Mecânica do Centro Universitário da Fundação Educacional de Barretos (FEB).
Orientador: Prof. MSc. Gabriel Inácio Pontin
BARRETOS
2017
LAÍS STOCCO BANDINI
WILSON ALVES SILVA JUNIOR
A INFLUÊNCIA DA TÊMPERA NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DO AÇO INOXIDÁVEL AUSTENITICO 304 
Monografia apresentada como exigência parcial para obtenção do título de Bacharel ou Licenciado em Engenharia Mecânica do Centro Universitário da Fundação Educacional de Barretos (FEB).
Data da aprovação: ____/____/_____.
BANCA EXAMINADORA
___________________________________________
Prof. MSc. Gabriel Inácio Pontin
UNIFEB
___________________________________________
Prof. Dr 				
UNIFEB
___________________________________________
Prof. Esp. Rogério Dezem Silva
UNIFEB
AGRADECIMENTOS
Agrademos inicialmente a Deus, pois sem o mesmo nada seria possível. E agrademos também a todos que nos incentivaram e nos deram suporte para a realização desse sonho. 
RESUMO
O presente trabalho de conclusão de curso buscou realizar um estudo a respeito da influência da têmpera sobre as propriedades mecânicas do aço inoxidável austenitico 304, para tanto, foram utilizados ensaios mecânicos, tais como de dureza e de tração. Como consequência, obteve-se o comportamento do material citado, quando sujeito a esforços mecânicos. Atualmente, considerando o avanço da ciência e o surgimento de novas tecnologias referentes à utilização de materiais metálicos, torna-se imprescindível a busca por novos conhecimentos na área. Dessa forma, analisar as características dos metais a partir dos referidos ensaios mecânicos e térmicos é de suma importância para a determinação da melhor aplicação dos mesmos.
Palavras-chave: Tratamento Térmico. Dureza. Tração. Ensaios Mecânicos. 
ABSTRACT
This present final work for the graduation sought to realize a study about the influence of the quenching under stainless steel Austenitic 304 mechanic properties, for this porpose, were used mechanic tests, such as hardness and traction. As a consequence, the material mentioned attained performance when subjected to a mechanic effort. Currently, taking into account the advance of science and the development of new tecnologies corresponding to metallic materials, becomes vital for the search of new knowledgement in the area. This way, it’s extremely important to assess the metal features from the related mechanic and termic trials for the resolution of the best enforcement.
Keywords: Heat treatment. Toughness. Traction. Mechanical tests.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO
A têmpera é um processo de tratamento térmico utilizado em aços para amplificar a dureza e a resistência dos mesmos. Desde a antiguidade utiliza-se a têmpera como meio de endurecimento de materiais, o primeiro artefato temperado, foi datado em 1100 aC, o mesmo foi encontrado em ruínas arqueológicas, na ilha de Chipre. O processo foi descoberto de modo casual por ferreiros que após martelarem suas ferramentas a quente esfriavam-nas em agua para que as mesmas não ficassem quentes dentro da oficina. Após esse processo verificava-se que havia uma elevação na dureza da mesma. Desse modo, os povos antigos passaram a utilizar a tempera como modo de endurecimento de armas brancas, como espadas, facas entre outras (TSCHIPTSCHIN, 2017).
	De forma geral, a utilização de tratamento térmico se faz imprescindível, visto que o mesmo pode proporcionar mudanças favoráveis nas propriedades mecânicas dos materiais como, aumento da dureza, redução da fragilidade, diminuição das tensões internas entre outras, visando sempre o melhor tratamento para determinada aplicação. 
	O tema abordado para a pesquisa destina-se analisar a influencia causada pela têmpera nas propriedades mecânicas do aço inoxidável 304. Aço esse que é amplamente utilizado na indústria em aplicações de grande responsabilidade como, equipamentos hospitalares, indústrias químicas, farmacêuticas, petroquímicas entre outas, visto que o mesmo evita a ferrugem, cujos particulados podem alterar a composição dos produtos no momento da produção. Torna-se então, imprescindível o estudo e analise das características pertinentes ao mesmo, assegurando dessa forma sua aplicação e viabilidade na execução de determinados projetos. Após analise das variáveis do material é possível determinar qual o comportamento do mesmo quando submetido a esforços mecânicos.
	Visto que a têmpera provoca muitas mudanças nas propriedades mecânicas dos materiais, é de suma importância a analise e estudo da influência das mesmas mediante o material, para assegurar que determinado produto cumpra de forma esperada o seu papel. 
	As analises são empregadas de tal modo que é possível atingir uma melhor relação de custo-beneficio de acordo com as características inerentes do projeto. Logo, a partir da dureza e resistência a tração é possível estabelecer outras propostas de melhoria do processo como mudança da faixa de temperatura de trabalho, modificação do projeto entre outras. Consequentemente aumentando a vida útil do equipamento, diminuição dos gastos com manutenção e assim por diante. Sendo assim de extrema relevância o estudo e análise do comportamento do aço austenitico 304 temperado quando submetido a esforços.
E a partir das análises das propriedades e microestrutura, podemos observar as principais vantagens e desvantagens da têmpera no aço inoxidável 304 definindo desse modo qual a sua melhor utilização.
	Como objetivo geral, esta pesquisa foi desenvolvida para determinar a influência do tratamento térmico, nesse caso a têmpera, nas propriedades mecânicas do aço inoxidável austenitico 304. Desse modo o presente trabalho pretende verificar, a partir da utilização dos ensaios de dureza e de tração, quais os parâmetros que foram alterados e analisar seus comportamentos.
	 
2 REFERENCIAL TEÓRICO 
2.1 AÇOS
2.1.1 Histórico do aço.
A ligação tênue entre o homem e os materiais transcorreu de maneira tão significativa que eras diferentes da humanidade passaram a receber o nome do material mais importante em cada uma delas, desde a Idade da Pedra à Era dos Metais. Define-se o início da Idade dos Metais por volta de 4.500/4.000 a.C., quando foi constatado o uso de metais para facilitar a realização de algumas atividades exercidas pelo homem. Como pode observado na figura 1 (NAVARRO, 2006).
Figura 1 - Distribuição cronológica de eras baseadas em seus materiais
Fonte: NAVARRO, 2006
Segundo o instituto Aço Brasil, a revelação de como retirar de maneira rudimentar o ferro de seu minério deu-se com base em analises do desprendimento de partículas luminosas das pedras que estavam nas fogueiras. Entre os anos 1400 e 1500 a.C. ocorreu o uso de fornos primitivos e abaixo do ponto de fusão, com isso, era capaz de retirar algumas impurezas do minério. Nas primeiras ferramentas feitas de ferro não se notava grande diferenças quanto às ferramentas de cobre e bronze. Apenas com o tempo e algumas tecnologias que novos meios foram sendo utilizados quanto ao tratamento do ferro, bem como a produção de materiais mais modernos para se trabalhar com o ferro já fundido.
Ainda de acordo com o instituto Aço Brasil, posteriormente o emprego de fornos dos tipos: lupa, forja catalã e foles mecânicos, surge em 1444 o alto-forno. Forno este que é amplamente utilizado até os dias atuais e possuem grandes capacidades. As temperaturas atingidaspor esses tipos de fornos se sobrepõem as temperaturas de fusão desse modo não só funde o material como também permitem uma maior absorção de carbono vegetal, logo, geram uma maior dureza e resistência do material devido ao maior percentual de carbono envolvido. Mas somente por volta do final do século XVIII que a produção de ferro se torna imprescindível para a humanidade, visto que devido a Revolução Industrial o setor agrário/rural começava a perder forças para a sociedade urbana e mecanizada. Uma grande transformação se deu no ano de 1856, quando se descobriu como fabricar o aço, material esse que possui mais qualidades do que o ferro, como: maior resistência e melhor resistência à corrosão.
2.1.2 Histórico dos Aços Inoxidáveis 
Segundo CARBÓ (2008), a realização de estudos com o objetivo de melhorar os métodos de obtenção do aço e de aperfeiçoar suas defesas contra a corrosão levou a elaboração de muitas ligas, e entre essas ligas uma delas se destacou em virtude da baixa quantidade de carbono (entre 0,032 e 0,0950%) e com pelo menos 10,5% de cromo, atualmente a mesma é reconhecida como aço inoxidável. 
Devido ao custo do dano causado pela corrosão, que em alguns países é considerado cerca de 3% do PIB, há trabalhos que datam há muito tempo a intenção de diminuir estes custos, através da criação de barreiras contra a corrosão para, pelo menos, minimizar estes problemas (CARBÓ, 2008).
O aço inoxidável foi incialmente produzido por Harry Brearley (1871-1948), que começou aos 12 anos seu trabalho numa produtora de aço ao mesmo tempo em que estudava para conseguir o título de especialista em análise de aço e sua produção, na sua terra natal, Sheffield na Inglaterra (CHIAVERINI, 1968).
Ainda segundo Chiaverini (1968) por volta de 1912, Harry passou a estudar a pedido de um fabricante de armas, um meio de desenvolver uma liga metálica que possuísse uma maior resistência ao desgaste que ocorria dentro do interior dos canos de armas de fogo devido ao calor liberado pelos gases. Incialmente sua pesquisa estava voltada a encontrar uma liga resistente ao desgaste, porém quando Harry realizou o ataque químico para expor a microestrutura do material, Brearly constatou que o ácido nítrico (reagente comum para aços) não surtia efeito nenhum em sua nova liga (13% Cr). Deste modo Brearly constatou que obteve uma liga metálica resistente a corrosão e não ao desgaste.
A utilização desse novo material na indústria se deu de maneira imediata na produção de talheres, que anteriormente eram produzidos a partir de aço carbono e por esse motivo eram facilmente corroídos devido aos óxidos presentes nos alimentos. 
Posteriormente na Alemanha, em 1913, Eduard Maurer, estudava uma liga Fe-Cr que possuía além dos elementos de liga de Brearly cerca de 8% de Ni, averiguou que a nova liga resistiu a exposição durante meses à exposição de vapores agressivos em altas temperaturas no laboratório em que trabalhava. Deste modo efetivou-se a tese de que as ligas com maior concentração de cromo são mais robustas quanto à corrosão (TEBECHERANI, 2017).
Atualmente podemos dizer que o aço produzido por Brearly era um aço inoxidável muito próximo ao que hoje chamamos de AISI 420 e, o produzido por Maurer, outro aço inoxidável bastante parecido com o que hoje conhecemos como AISI 302 (TEBECHERANI, 2017).
Os aços inoxidáveis não são como os elementos ouro (Au) e platina (Pt), metais nobres que não reagem com o meio ambiente. Os metais que constituem os aços inoxidáveis reagem com bastante facilidade. Especificamente o Cr, possibilita a formação de filmes que protegem essas ligas de ataques subsequentes. Este fenômeno, pelo qual o metal ou a liga deixam de ser corroídos, quando termodinamicamente deveríamos esperar o contrário, é conhecido como passividade (CARBÓ, 2008).
Ainda segundo Cabó (2008), o filme passivo dos aços inoxidáveis é muito fino e aderente, eles se formam e conservam os filmes passivos em uma grande variedade de meios, desse modo explica-se a elevada resistência à corrosão e a grande quantidade de alternativas que existem para a utilização dos mesmos.
2.1.3 Características dos aços
A relevância dos aços se da devido a sua maior resistência, que combinada com suas outras propriedades físicas e químicas, torna possível a deformação deste material nos processos industriais, como por exemplo, nas forjas, laminadores e extrusoras. Os diversos tipos de aços se diferem devido a sua composição química, tamanho e uniformidade do grão, sendo capazes de serem modificados devido a inserção de alguns elementos residuais ou ainda por tratamentos térmicos. Modificando desde modo algumas de suas propriedades para atender determinado projeto mecânico (MIRANDA; PONTIN, 2014).
Segundo Chiaverini (1986), os metais, ao se solidificarem criam “cristais”, ou seja, seus átomos que estavam no estado liquido em movimento e distribuídos de maneira não-uniforme, se redefinem em posições relativamente definidas e ordenadas. Segundo a disposição desses átomos formam-se os chamados “reticulados”. 
Uma propriedade conhecida do ferro se chama alotropia, que é a capacidade de apresentar reticulados cristalinos divergentes, conforme a temperatura. No caso do ferro, quando esse metal é aquecido até seu ponto de fusão, 1538°C, o mesmo apresenta em sua forma cristalizada na estrutura cubica de corpo centrado (CCC), porem quando a temperatura cai para 1394°C ocorre um reposicionamento dos átomos, formando desse modo um novo reticulado cubico de face centrada (CFC). Diminuindo-se ainda mais a temperatura para 912°C, é possível observar um novo rearranjo dos átomos, readquirindo a forma cúbica de corpo centrado (CCC). A figura 2 apresenta os principais reticulados cristalinos. As transformações alotrópicas podem ser observadas no diagrama de fases do sistema ferro-carbono conforme figura 3 (CHIAVERINI, 1986).
Figura 2- Representação esquemática dos principais reticulados cristalinos.
Fonte: CHIAVERINI, 1986.
O arranjo CCC é o reticulado em que os átomos se alocam nos vértices e no centro de um cubo. Já o cristal CFC, os átomos se dispõem nos vértices e nos centros da face de um cubo. As características alotrópica e polimórfica do ferro unidas ao seu fácil processamento explicam a sua ampla utilização (CHIAVERINI, 1986).
. 
2.1.4 Diagrama de fases 
 	Os diagramas de fase são utilizados para salientar alterações de estado físico das ligas metálicas e modificações da microestrutura. O estudo do diagrama de fases ferro-carbono permite compreender a relação entre as variações do teor de carbono e as diferentes propriedades obtidas. 
Figura 3 - Diagrama ferro-carbono para teores até 6,5% de carbono.
Fonte: CIMM – Centro de informação metal mecânica
Como podemos observar no diagrama a primeira parte do gráfico é onde estão dispostos os aços, visto que seu teor de carbono é de até 2%. Desse modo é possível identificar a sua microestrutura de acordo com a sua relação de temperatura x percentual de carbono por peso (CALLISTER, 1997).
O campo ferrítico corresponde à solução solida de carbono no ferro α e possui estrutura atômica CCC (cubica de corpo centrado) pobre em carbono, portanto é mais maleável, é considerada a forma estável do ferro puro e a estrutura com menor dureza nos aços, porém o mais tenaz (CHIAVERINI, 1986).
De acordo com Chiaverini (1986), já o campo austenitico (campo circulado) equivale à solução solida de carbono no ferro γ, possui uma estrutura atômica CFC (cubica de face centrada), é uma solução solida estável a temperatura ambiente, tendo alta elasticidade, baixa dureza e boa resistência ao desgaste. O aço nessa fase tem solubilidade máxima de carbono de 2% à 1130°C. 
O ponto eutético corresponde a composição de 4.3%, trata-se do ponto de mais baixa temperatura de fusão ou solidificação, 1130°C (CHIAVERINI, 1986).
Ainda segundo o autor, o diagrama pode ser dividido em duas faixas de porcentagem de carbono, a faixa correspondente aos aços, de 0,008% até 2% de C, e a faixa correspondente aos ferros fundidos,com porcentagens de carbono acima de 2%. 
Os aços denominados hiper-eutetoides possuem em sua composição níveis acima de 0,83% de carbono, enquanto os hipo-eutetoides dispõem de uma porcentagem de carbono inferior a 0,83%. Já no caso dos ferros fundidos, os que possuem uma concentração de carbono acima de 4,3% são denominados ferros fundidos hiper-eutéticos e os que contem uma porcentagem menor do que 4,3 são chamados de ferros fundidos hipo-eutéticos (CHIAVERINI, 1986).
2.2 AÇOS INOXIDÁVEIS 
Segundo Tebecherani (2017), os aços inoxidáveis apresentam uma maior resistência à corrosão, se comparado a outros tipos de aços liga. Os mesmos possuem também uma maior resistência à oxidação a altas temperaturas. A resistência a esses tipos de intempéries se dá principalmente a presença do elemento químico cromo (Cr), que em certas concentrações e em contato com o oxigênio permite a formação dos filmes passivos sobre a superfície do aço, filmes esses que são impermeáveis e insolúveis em meios corrosivos usuais. Deste modo podemos definir como aço inoxidável o grupo de ligas ferrosas resistentes a corrosão e a oxidação, que possuem pelo menos 12% de cromo em sua composição. 
2.2.1 A influência de outros elementos nos aços inoxidáveis
	Alguns elementos como o Níquel (Ni), Molibdênio (Mo), Nióbio (Nb) e Titânio (Ti), em algumas porções podem estar presentes nos aços inoxidáveis para melhorar algumas propriedades. 
 	A adição de níquel a composição provoca uma mudança na estrutura do material, melhorando sua ductilidade, resistência mecânica a quente e soldabilidade. Devido a esses muitos benefícios adicionar níquel a mistura se torna imprescindível, de modo que a inclusão de outros elementos complementem suas funções. A utilização do molibdênio e o cobre têm por finalidade aumentar à resistência a corrosão via úmida. A junção de silício e alumínio a composição do aço garantem uma melhora na resistência à oxidação a altas temperaturas. Já a adição de titânio e nióbio, nos aços austeníticos, impede o empobrecimento de cromo por intermédio de precipitação em forma de carbonetos durante aquecimento ou resfriamento lento, que ocasionaria uma diminuição da resistência local a corrosão (TEBECHERANI, 2017).
2.2.2. Classificação dos aços inoxidáveis 
 	
	Os aços inoxidáveis podem ser classificados em 5 tipo, entre eles, os mais comuns são: ferríticos, martensíticos e austeníticos. Alem desses grupos principais há também os aços inoxidáveis: duplex e PH.
	A classificação Ferríticos, pertence à família normativa 430, 409 e 410S, em sua composição possuem de 11 a 17% de cromo e em torno de 0,3% de carbono. Por não conter níquel esta classe se tona mais econômica do ponto de vista financeiro e apresenta fácil conformação, porem a mesma não possui grande resistência à corrosão, são magnéticos e necessita de cuidados especiais quanto à soldagem (FARIA, 2017).
	Os aços inoxidáveis Martensíticos, família normativa 420, possuem em sua constituição de 12 a 18% de cromo, e de 1 a 1,5% de carbono. Essas características conferem ao material baixa resistência à corrosão, porém podem adquirir elevadas posições de dureza e resistência mecânica após receberem tratamento térmico de tempera. 
 	Ainda segundo o autor, a classe Austeníticos, família normativa 301, 304, 304L, 306, 306L, dispõem de 17 a 25% de cromo, e de 7 a 20% de níquel. Por apresentar o elemento químico níquel, os aços pertencentes a esta classe são os mais utilizados. Os mesmos possuem propriedades como: alta ductilidade, melhor resistência à corrosão, não são magnéticos e podem ser utilizados para atividades a temperaturas muito baixas ou muito altas (ate 925°C)
	Ademais destes grupos principais existem os aços inoxidáveis duples e PH.O aço duplex possui uma estrutura dupla de matriz ferritica com ilhas e austenita e apresenta como propriedades elevada resistência mecânica e à corrosão. Já o PH é considerado um aço inoxidável endurecível por precipitação, apresenta estrutura martensítica, dispõem de boa ductilidade e tenacidade, desse modo, é amplamente utilizado na indústria aeroespacial, já o duplex é mais voltado para as industrias alimentícias, químicas, papel e celulose dentre outras.
	No quadro 1 é possível estabelecer meios comparativos entre as classificações dos aços inoxidáveis. 
Quadro 1 – Semelhança entre os aços inoxidáveis.
	Microestrutura
	Capacidade de ser tratado termicamente
	Elementos de liga básicos
	Série
	Martensítica
	Endurecível
	Cromo
	400
	Ferrítica
	Não endurecível
	Cromo
	400
	Austenítica
	Não endurecível
	Cromo-Níquel
	300
Fonte: TEBECHERANI, 2017
2.2.3 Aços inoxidáveis austeníticos
É possível transformar a estrutura ferrítica em austenítica a partir da adição de determinas quantidades de níquel como elemento de liga gerando desse modo algumas mudanças nas propriedades do material. Os aços inoxidáveis austeníticos, dos quais o 304(18%Cr-8%Ni) é o mais popular, possui ótima resistência a corrosão e excelente ductilidade e soldabilidade. Eles podem ser utilizados em aplicações à temperatura ambiente, em temperaturas elevadas de ate 1150°C e em baixas temperaturas (CARBÓ, 2008).
Os aços pertencentes a essa classe, normalmente, contém 18% de cromo e 8% de níquel. A grande proporção de cromo agregado a outros elementos de liga como o níquel, molibdênio, vanádio e tungstênio deixa os aços inoxidáveis resistentes à corrosão. Quando aços comuns reagem com o ar, formam uma camada superficial de óxidos de ferro, já nos inoxidáveis isso não ocorre devido ao cromo que quando entra em contato com o oxigênio do ar reage formando uma camada fina (camada passiva) resistente aos óxidos.
Segundo o gráfico da figura 4 apresentado (CHIAVERINI, 2010), pode-se constatar que com o aumento do teor de cromo diminui a tendência à oxidação do aço devido à proteção da camada passiva.
Figura 4 – Gráfico ilustrando a passividade de aços-cromo expostos durante 10 anos a uma atmosfera industrial.
Fonte: CHIAVERINI, 2010.
Os aços inoxidáveis austeníticos são conhecidos pela sua excelente resistência à corrosão em meios muito agressivos. Quando adicionados outros elementos de liga como molibdênio, titânio e nióbio podem melhorar a resistência a corrosão e minimizar a corrosão intergranular por estabilização dos carbonetos presentes (TEBECHERANI, 2017).
Conforme Tebecherani (2017), das três classificações, estes aços são os que possuem maior usabilidade e resistência à corrosão, os mesmos combinam baixo limite de escoamento com alta resistência a tração e bom alongamento, desse modo ocasionando as melhores propriedades para trabalho a frio. Não podem ser endurecido por tratamento térmico (têmpera), porem sua resistência à tração e dureza podem ser ampliadas por encruamento. 
Ainda segundo o autor os aços inoxidáveis austeníticos se dividem em duas séries: série 200 e série 300. A série 200 possui em sua composição química 15% Cr e 7% Mn em peso, porem a série 300 dispõem de 15% Cr e 8% Ni. Na figura 5 é possível observar os dados de composição e propriedades mecânicas da serie 300.
Os aços além de sua classificação quanto a microestrutura apresenta também uma identificação numérica elaborada por algumas empresas, destaca-se comercialmente a SAE (Society of Automotive Engineers) e a AISI (American Iron Steel Institute). 
Figura 5- Composição e propriedades mecânicas da serie 300
Fonte: CARBÓ, 2008
De todos os aços austeníticos, o tipo 304 é um dos materiais com grandes possibilidades em suas aplicações, a tal ponto que podemos encontrá-lo em nossas casas (em um garfo ou em uma panela, por exemplo) e também na indústria, em aplicações de grande responsabilidade, sendo recomendado trabalhar a temperatura ambiente. A partir dessa grande utilização no mercado, a equipe decidiu estudar mais a fundo o aço inoxidável austenítico AISI 304.
2.2.4 Propriedades dos aços
Os aços possuem propriedades inerentes que podem ser determinadas e através delas épossível definir a melhor aplicação para o material estudado. Entre elas pode-se destacar a elasticidade como sendo a capacidade do material retornar a forma original quando comprimido ou tracionado, a plasticidade na qual se pode obter a medida da deformação elástica do material e a ductilidade é a capacidade do material deformar-se sem se romper, algumas dessas características são apresentadas no quadro 2, sendo utilizado como auxilio de acordo com as necessidades de projeto, assumindo um papel de grande importância no desenvolvimento de produtos (MIRANDA; PONTIN, 2014).
Quadro 2 - Faixa de composição química e propriedades mecânicas de alguns aços inoxidáveis, segundo AISI.
	Tipo
	Composição % em Massa
	Propriedades Mecânicas
	AISI
	C
	Mn
	P
	S
	Si
	Cr
	Ni
	Mo
	Lim. Res.
(Mpa)
	Lim. Esc.
(Mpa)
	Along.
50 mm
(Mpa)
	Dureza
Rockwell
B
	201
	0,15
	5,6-
7,5
	0,06
	0,03
	1,00
	16-
18
	3,5
-6,5
	-
	-
	-
	-
	-
	202
	0,15
	7,5-
10
	0,06
	0,03
	1,00
	17-
19
	4,0-
6,0
	-
	-
	-
	-
	-
	301
	0,15
	2,00
	0,05
	0,03
	1,00
	16-
18
	6,0-
8,0
	-
	800
	270
	52
	82
	304
	0,08
	2,00
	0,03
	0,03
	0,75
	18-
20
	8,0-10,5
	-
	700
	300
	54
	85
	304 L
	0,03
	2,00
	0,03
	0,03
	0,75
	18-
20
	8,0-
12,0
	
	630
	240
	45
	82
	316
	0,08
	2,00
	0,05
	0,03
	0,75
	16-
18
	10,0-
14,0
	2,0-
3,0
	620
	300
	52
	85
	316L
	0,03
	2,00
	0,05
	0,05
	0,75
	16,0-
18,0
	10,0-
14,0
	2,0-
3,0
	530
	260
	45
	85
Fonte: Adaptado CHIAVERINI, 2010.
2.3 TIPOS DE ENSAIOS
	Segundo CORREIA (2017), conseguimos definir ensaio como um estudo do comportamento de determinado material quando sujeito a intempéries, como esforços e ataques químicos. Proporcionando desse modo não só quantificar as propriedades, mas também criar uma base de comparação entre os materiais, identificar a interferência das condições de fabricação, tratamento e utilização dos materiais. E como resultado dessas analises determinar qual material é mais indicado para determinadas funções. 
	Ainda segundo o autor, os ensaios são realizados sob condições padronizadas, geralmente regidos por normas, assegurando assim que seus resultados sejam consideráveis e que os mesmos possam ser comparados. Os ensaios se dividem em duas grandes áreas: os mecânicos e os químicos.
	Os mesmos são realizados de acordo com a necessidade do produto, como exemplo na área dos ensaios químicos dispõe do ensaio de corrosão que possibilita identificar variáveis relacionadas à estrutura do material. Porém os ensaios mecânicos visam quantificar os aspectos relacionados às propriedades físicas do material, sendo divididos em ensaios destrutivos e não destrutivos. 
	Os ensaios destrutivos são os que o material sofre de algum modo um dano permanente, e a partir desse dano é possível traçar algumas propriedades; dentre eles pode-se destacar os ensaios de tração, compressão e torção. Já os ensaios não destrutivos não causam nenhum dano permanente na peça, desse modo é mais usual quando há a necessidade de se detectar falhas em produtos acabados ou semiacabados; sendo os principais ensaios químicos, liquido penetrante, ultrassom e dureza (CHIAVERINI, 1986). 
	Utilizamos dos ensaios de dureza e tração para definir algumas propriedades importantes como a penetração e a resistência a tração, respectivamente. É importante salientar que os experimentos foram realizados a partir de testes consecutivos, para assim determinar uma relação estatística geral para o material estudado. 
2.3.1 Ensaios Mecânicos 
2.3.1.1 Ensaio de dureza 
	A resistência que um material apresenta ao risco ou a penetração é chamada de dureza. A determinação de dureza nos metais atribui-se ao um método rápido e não-destrutivo (CHIAVERINI, 1986).
	Conforme o Chiaverini, normalmente para a realização do ensaio de dureza, utiliza-se um penetrador, na forma de esfera, pirâmide ou tronco de cone, produzido de metal duro, aço temperado ou diamante. A partir de uma determina carga no penetrador o mesmo é obrigado a penetrar no material que se deseja medir a dureza. O que resulta em uma deformação que acarreta o aparecimento impressões superficiais no material. A partir das dimensões dessas impressões é que se determinam os valores representativos de dureza. Inúmeros são os ensaios de dureza a partir de penetração. Porém os mais comuns são os métodos Brinell e Rockwell.
O ensaio de dureza Brinell foi o primeiro grandemente aceito e padronizado método. Surgiu por volta de 1901 e depressa se tornou o mais usual dada à relação entre os valores resultantes e a resistência a tração. O método consiste em comprimir uma esfera de aço ou um cone de diamante lentamente sobre a superfície do material a ensaiar desse modo marcando-o. Sua medida é dada pela sigla HB, e através do diâmetro da esfera (D) e da marca feita no material (h na vertical e d na horizontal) é capaz de definir seu nível e determinar seu fator de carga. Como pode ser constatado a partir da figura 6.
Figura 6 – Representação do ensaio de dureza Brinell. 
Fonte: CAZACIUC et. al., 2000.
Mesmo sendo muito utilizado o método Brinell possui algumas limitações como: esse procedimento é limitado a 500HB, já que utiliza-se esferas temperadas e maiores durezas poderiam deformar o penetrador durante a aplicação da carga. Também não podem ser aplicados a peças muito finas. Além disso o método é lento para produção industrial, sendo que a impressão alcançada é relativamente grande para peças acabadas (MARINHO, 2009).
Ainda segundo Marinho (2009), o ensaio de dureza Rockwell é o processo mais utilizado, devido sua facilidade de execução, rapidez, habilidade de distinguir pequenas diferenças de dureza de aços temperados e ainda a capacidade de peças acabadas e prontas conseguirem ser ensaiadas sem danos sensíveis na sua superfície. 
O ensaio possui o mesmo principio do método Brinell, porem o valor de dureza passa a ser proporcional a profundidade de penetração e não mais a relação entre a carga aplicada e área de impressão obtida (CHIAVERINI, 1986). 
Em conformidade com o autor, o ensaio se subdivide em três partes: pré-carga, que assegura o contato entre a superfície e o penetrador, em seguida aplica-se uma carga com aumento gradativo até 100 kgf e por fim retira-se a carga para que seja aferida a impressão na sua superfície, conforme figura 7.
Figura 7 – Representação do ensaio de dureza Rockwell. 
Fonte: CAZACIUC et. al., 2000.
	Os resultados dos ensaios são relacionados de acordo com um padrão do tipo de material, a escala utilizada e o tipo de penetrador (quadro 3). Desse modo pode-se comprar o valor padrão definido pela norma NBR NM 146-1 e os resultados obtidos pelo ensaio. 
Quadro 3 - Escalas de dureza Rockwell normal e aplicações.
Fonte: NBR NM 146-1.
	Com o objetivo de garantir uma maior precisão nos resultados, torna-se imprescindível realizar um levantamento estatístico, assegurando dessa forma uma maior confiabilidade dos resultados obtidos, possibilitando uma menor variação do valor real da dureza. 
2.3.1.2	Ensaio de tração
	Por intermédio da resistência a tração é possível obter algumas características relevantes do material, como: resistência mecânica, ductilidade, limite de resistência à tração, limite de escoamento, módulo de elasticidade e módulo de tenacidade. Tornando-a desse modo uma das propriedades mais importantes dos metais (CHIAVERINI, 1986).
	Ainda conforme o autor, o ensaio de tração compõe-se em submeter um corpo de prova a determinado esforço gradativo uniaxial nas extremidades, que tende a alonga-lo ate a sua ruptura, conforme mostra a figura 8. 
Figura 8 – Desenho esquemático de um corpo de prova submetido à carga de tração. 
Fonte: TEÓFILO, 2014.
	A resistência à tração resulta do teor de elementos de ligas, tipo de metal ou liga, da estrutura cristalina, das condições de fabricação e de diversos outros fatores externos (CHIAVERINI, 1986).
	De acordo com o autor,a relação entre a deformação resultante e a tensão aplicada é facilmente auxiliada com assistência visual, na forma de diagrama “tensão-deformação”. Os valores referentes ao diagrama são obtidos a partir de um “ensaio de tração”, em máquina especifica (fig 9). Maquina está que deve ser construída de modo que proporcione montagem correta da peça a ser ensaiada, assegurando uma maior precisão dos dados a serem estudados. 
Figura 9 – Diagrama esquemático de uma maquina para ensaio de tração. 
Fonte: CHIAVERINI, 1986.
	A Figura 10 a seguir, ilustra um arranjo básico e sem escalas de um ensaio de tração. Na condição inicial, o centro tem um comprimento L0 e área transversal S0. Gradativamente o equipamento aplica, a partir do zero, uma força de tração no corpo de prova. Desse modo a cada valor de força aplicada F corresponde a uma deformação ΔL do corpo, assegurando a lei de Hooke, ou seja, “o aumento de comprimento de cada barra é sempre proporcional à tensão de tração aplicada”. Até que por fim, chega a condição de ruptura, onde ocorre o rompimento do material (CORREIA, 2017).
Figura 10 – Diagrama esquemático de um ensaio de tração: (a) condição inicial; (b) aplicação da força; (c) condição de ruptura.
Fonte: CORREIA, 2017.
Após a realização do ensaio faz necessário a realização do exame de fratura do corpo de prova, visto que a partir do mesmo é possível verificar o comportamento frágil ou dúctil do material e a presença de eventuais falhas oriundas de sua fabricação (CHIAVERINI, 1986).
A ocorrência de uma sensível deformação plástica antes e durante a propagação da trinca é caracterizada como uma fratura dúctil. Já a fratura frágil é reconhecida pela rápida propagação da trinca (TEÓFILO, 2014). Conforme pode ser constatado a partir da figura 11.
Figura 11 – Representação esquemática dos tipos de fraturas observadas em metais submetidos à tensão uniaxial: (a) frágil em poliscristal; (b) frágil em monocristal; (c) muito dúctil; (d) dúctil. . 
Fonte: TEÓFILO, 2014.
	Durante a realização dos ensaios devem ser adotadas algumas precauções, visto que alguns fatores podem afetar os resultados como: copos de prova excêntricos e a velocidade de aplicação da carga (CHIAVERINI, 1986).
	Desse modo faz-se imprescindível a realização de mais de um ensaio, e nesse caso, o uso de analise estatística, garantindo assim uma maior confiabilidade quanto aos resultados. 
2.4 TRATAMENTO TÉRMICO
	Para a realização dos ensaios de tração e dureza, os corpos de prova são submetidos à um determinado tratamento térmico. Procedimento este que reúne um conjunto de operações no qual o material é aquecido e resfriado em ciclos de modo a mudar a sua estrutura. Os mesmos seguem alguns cuidados como: condições controladas de temperatura, atmosfera, tempo, taxa de aquecimento e resfriamento, assegurando assim que ocorram alterações nas propriedades do material. 
	Segundo CUNHA (2001), esses tratamentos têm como finalidade o aumento ou diminuição da dureza e da resistência mecânica, melhora na ductilidade, usinabilidade, remoção de tensões internas, corrosão entre outras, além da alteração das propriedades magnéticas e elétricas do material. 
	O tratamento térmico é realizado em três fases: aquecimento (eleva-se a temperatura do material), tempo de permanência a temperatura de aquecimento (controla-se o ambiente de acordo com necessidades de projeto) e o resfriamento (pode ser feito por água, óleo, ar, cal ou areia). Os principais tratamentos térmicos são: têmpera (aumento da dureza), recozimento (diminuição das tensões internas), revenimento (redução da fragilidade) e normalização (homogeneização de estruturas) (FERRARESI, 2017). 
	
2.4.1 Têmpera
	O processo de têmpera foi descoberto casualmente por ferreiros que após martelarem suas ferramentas a quente, esfriavam-nas em agua. Desse modo os povos antigos passaram a utilizar a têmpera como forma de endurecimento de armas brancas (TSCHIPTSCHIN, 2017).
	Segundo FERRARESI (2017), a têmpera consiste no aquecimento de determinado aço ate a completa austenitização, seguida de um rápido resfriamento com a intenção de causar a formação de uma estrutura martensitica, a fim de aumentar o limite de resistência à tração e a dureza. 
	Ainda segundo o autor, o meio de resfriamento depende de algumas variáveis como: forma e dimensão da peça submetida a têmpera e o teor de carbono presente no aço. A influência da têmpera nas propriedades mecânicas resultam na redução da ductilidade (baixos valores de alongamento e estricção) e o aparecimento de notáveis tensões internas. 
	Dependendo do teor de carbono do aço é capaz de se obter durezas da grandeza de 20HRC ate 67HRC. Já nos aços de altíssimo teor de carbono não é possível obter durezas maiores visto que nem toda austenita se transforma para martensita, conforme no diagrama de fase, ilustrado pela Figura 3, havendo desse modo uma certa retenção de austenita (TSCHIPTSCHIN, 2017). Conforme ilustra o gráfico da figura 12.
Figura 12 – Variação da dureza dos aços temperados de acordo com o teor de carbono.
Fonte: FERRARESI, 2017.
3 METODOLOGIA
Para examinar a influência da têmpera nas propriedades mecânicas do aço com alto teor de carbono 304, foram efetuados diferentes ensaios: dureza e tração.
3.1 PREPARAÇÕES DOS CORPOS DE PROVA
Para a preparação dos quatorzes corpos de prova, foram utilizadas as dimensões e os formatos segundo a norma NBR 146-1 para o ensaio de dureza, e a norma NBR NM 6892 para o ensaio de tração. Para o ensaio de dureza foi adotado o formato cilíndrico, com diâmetro (Ø) 1 pol. x 25 mm de comprimento, já para o ensaio de tração, adotou-se diâmetro (Ø) 8mm x 80 mm de comprimento inicial com adicional de 70 mm para fixação e diâmetro de 9,5 mm.
	O corte da barra de aço inoxidável 304 e o acabamento superficial foram realizados através de um torno mecânico para desse modo, assegurar uma melhor precisão dimensional das amostras. Nos corpos de prova analisados pela câmera de aumento, foram realizados os processos de lixamento e polimento para eliminar quaisquer alterações na microestrutura do material. Nos experimentos foi utilizado a serie de lixas d’água de granulometria 320/400/600/1200 lixadas pela maquina lixadeira universal TECLAGO -2V e polido com politriz universal TECLAGO – 2V utilizando-se alumina em suspensão azul de 1 m para atingir uma superfície sem defeitos. Os equipamentos utilizados podem ser vistos na figura 13.
Figura 13 – Equipamentos utilizados para lixar e polir a superfície do material: (a) lixadeira; (b) politriz. 
Fonte: Acervo dos autores.
 
3.2 TRATAMENTO TÉRMICO
	Os corpos de prova tanto para o ensaio de tração tanto para o ensaio de dureza foram submetidos a este processo, no qual consiste em aquecer o material a uma determinada temperatura por uma faixa de tempo e depois resfria-lo de maneira rápida em óleo ou agua. Para a realização do tratamento foi empregado um forno do tipo túnel, elétrico que atinge até uma faixa de 1200°C. 
	O tratamento continha metade dos espécimes total do experimento para desse modo ser possível a realização da comparação entre as propriedades do aço tratado e as propriedades do aço sem tratamento. A temperatura de tratamento foi definida em 950 °C durante 40 minutos e o meio refrigerante foi à água. Na figura 14 podem ser observados os corpos de prova durante o aquecimento.
Figura 14 – Aquecimento dos corpos de prova. 
Fonte: Acervo dos autores.
 
3.3 ENSAIO DE DUREZA
	Para atingir uma melhor precisão nos resultados foram realizadas 30 coletas de dados por amostra, totalizando 60 ensaios. Sendo que os mesmos foram divididos pelo tratamento térmico. 
	Para a efetuação do ensaio utilizou-se um durômetro da marca pantec (figura 15) de precisão e escolhida a modalidade Rockwell para interpretação das medidas convencionadas a norma NBR NM 461-1. De acordo com as características e aplicações do material em estudo seleciona-se a escala C com um penetrador do tipo cone de 120º e uma carga para aplicaçãode 150 kgf; sendo que esta configuração é utilizada para aço, titânio, aços com camada endurecida profunda e materiais com HBR>100.
Figura 15 – Durômetro de bancada pantec.
 
Fonte: Acervo dos autores.
	Inicialmente efetuou-se a calibração do equipamento a partir de um corpo de prova de teste especifico, o mesmo apresenta dureza de 60 HRC admitindo tolerância de aproximadamente 3 HRC, a unidade adotada para o ensaio de dureza deu-se devido ao tipo de material e o penetrador, os mesmo foram selecionados de acordo com o quadro 3. Em seguida efetuaram-se os testes aplicando a carga estipulada sobre os corpos de prova na tentativa de determinar a influência da têmpera na dureza do material. 
3.4 ENSAIO DE TRAÇÃO
O ensaio de tração foi realizado conforme a norma NBR NM 6892, para assegurar uma maior exatidão nos resultados foram feitas 4 coletas de dados por amostra, totalizando 10 ensaios. 
Para a prática do ensaio empregou-se um máquina de tração TIME INC ate 100 KN para ensaios didáticos convencionais de tração (figura 16). O ensaio de tração foi conduzido à temperatura ambiente e a carga aplicada uniaxialmente ao corpo de prova ate a ruptura, conforme indicações da norma. 
Figura 16 – Máquina de tração TIME INC. 
Fonte: Acervo dos autores.
Inicialmente efetuou-se a fixação do corpo de prova na máquina, de modo que a força atuante na máquina seja axial. Em seguida deu-se inicio aos testes a uma taxa constante de 5mm/min, de modo que a força atue no corpo de prova ate a sua ruptura. Os resultados dos ensaios de tração foram registrados pelo software da própria maquina, na forma de força em função do alongamento. 
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
	Tendo como base as analises dos resultados coletados nos ensaios de dureza e tração é possível comprovar a influência da têmpera na dureza e na resistência a tração do aço inoxidável austenitico 304.
	Logo após a realização do ensaio de dureza foi capaz a verificação de alterações variando em media 30 HRC na dureza com o tratamento térmico, como pode ser observado no quadro 4.
Tabela 1 –Valores médios da dureza escala C do aço 304.
	
	Sem tratamento 
	Com tratamento 
	Dureza em HRC
	91,3
	91,5
Fonte: Acervo dos autores.
	Em relação ao ensaio de tração com o intuito de encontrar as resistências à tração, notou-se um comportamento diferente do material tratado em relação ao material sem tratamento, resultado esse já esperado, visto que a têmpera provoca esse efeito nos materiais. Como pode ser observado no gráfico da Figura 17, onde estão expostas todas as curvas de tensão x deformação obtidas nos ensaios. Os mesmo foram divididos em: os quatro primeiros ensaios sem tratamento (1 a 4), e os quatro últimos com tratamento (5 a 8).
Figura 17 – Curvas de tensão x deformação do aço inoxidável 304.
Fonte: Acervo dos autores.
A partir do software da própria maquina é possível gerar um relatório onde os valores de força máxima aplicada, tensão de resistência, limite de escoamento proporcional, e alongamento total são expostos ao pesquisador. O mesmo é expresso por meio de um quadro que pode ser observado a baixo no quadro 4.
Quadro 4 – Relatório com as propriedades mecânicas, gerado a partir de software. 
	
	Material
	Força Máxima
	Tensão de Resistência
	Limite de Escoamento
	Alongamento Total
	Unidade
	(Nothing)
	kN
	Mpa
	Mpa
	%
	Amostra1
	304
	37.35
	743.09
	444.15
	18.27
	Amostra2
	304
	37.04
	736.88
	437.65
	17.39
	Amostra3
	304
	37.45
	745.05
	443.56
	17.83
	Amostra4
	304
	37.64
	748.83
	450.54
	17.80
	Amostra5
	304 T
	30.13
	599.47
	184.37
	32.45
	Amostra6
	304 T
	29.80
	592.83
	179.10
	36.82
	Amostra7
	304 T
	29.25
	581.99
	177.71
	36.09
	Amostra8
	304 T
	29.33
	583.55
	298.87
	34.48
	Valor máx
	
	37.64
	748.83
	450.54
	36.82
	Valor min
	
	29.25
	581.99
	177.71
	17.39
Fonte: Acervo dos autores.
Já a metalografia foi realizada por uma câmera de aumento de 1600x, e a partir das imagens obtidas é possível observar que o material se comportou de modo esperado, aumentando desse modo o numero de grãos e diminuindo o tamanho dos mesmos. Como pode ser observado nas figuras 18 (a) e 18 (b).
Figura 18 – Microestrutura do aço 304: (a) sem tratamento térmico; (b) com tratamento térmico. 
 
Fonte: Acervo dos autores
.
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
	Após análise dos resultados atingidos a partir da realização do tratamento térmico, ensaio de dureza, de tração e analise da microestrutura, conclui-se que a têmpera altera algumas propriedades mecânicas do material como o limite de escoamento, tensão de resistência entre outras, ainda que outras variáveis possam ser utilizadas para se obter um melhor resultado referente aos ensaios, como a troca do tipo de tratamento térmico, substituição tipo de forno, utilização de outro fluido de resfriamento entre outros aspectos. 
	A partir do ensaio de dureza constata-se que, seu valor não se altera além do limite de tolerância do equipamento. Desse modo, a variação de dureza do material tratado para o sem tratamento é, por assim dizer, quase desprezível.
	Já os resultados obtidos pelos ensaios de tração definem alterações relevantes para o uso e aplicação desse material. Nota-se uma diminuição da tensão de resistência, e de limite de escoamento porem constata-se um aumento do alongamento total, como já esperado visto que os materiais temperados possuem essa característica. 
	Em relação a analise microestrutural, nota-se um comportamento desejado e esperado do metal, que consiste no aumento do numero de grãos e diminuição do tamanho dos mesmos, gerando desse modo uma maior resistência.
	Desse modo conclui-se finalmente que a influência da têmpera no aço inoxidável austenitico é positiva dependendo qual será a aplicação do material. Devendo sempre levar em conta qual será a utilização do mesmo para assim assegurar uma melhor escolha de material para o projeto. 
REFERÊNCIAS
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