Materias de Construção2 Cópia

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Instrumentação /Engenharia Mecatrônica
REDE OSI
	Nome Integrante
	Matrícula
	Turma
	Mariana Alvarenga Falconi
	B994CI-3
	EA9P15
UNIP Bauru
26/02/2018
SUMÁRIO
1.	INTRODUÇÃO E FUNDAMENTAÇÃO TEORICA	3
2.	OBJETIVOS	3
3.	METODOLOGIA	4
3.1 Equipamentos Utilizados	4
3.2 Procedimento Experimental.	8
3.3 Formulário.	10
4.	RESULTADOS E DISCUSSÕES	11
5.	CONCLUSÃO	17
6.	REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	17
INTRODUÇÃO E FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
O tratamento térmico é definido como o conjunto de operações que aços são submetidos, sendoaquecimento eresfriamento, isso sob condições controladas de temperatura, tempo, atmosfera e velocidade de resfriamento. Tem o objetivo de alterar as suas propriedades ou conferir aos aços características determinadas.
Entre operações que envolvem tratamento térmico, tem-se a tempera e o recozimento.
A tempera visa aumentar a dureza, resistência e a fragilidade do material, devido passar por um “choque térmico”, ou seja, resfriamento rápido podendo ser por: água, óleos, salmoura, fluxo de ar entre outros meios ligeiramente rápidos. Dando um esfriamento brusco no material, acontece que a austenita é resfriada muito rapidamente não tendo tempo de se transformar em ferrita, cementita ou perlita assim se transformando em um novo constituinte do aço chamado de martensita. Tendo uma tempera bem feita conseguimos um material que não se desgastara e nem se deformara rapidamente.
O processo de recozimento tem como objetivos principais: amaciar o material, aliviar tensões, reduzir a dureza e aumentar a ductilidade, o resfriamento por esse processo é lento, podendo ser no próprio ar. O resfriamento a temperatura ambiente faz com que os grãos do metal se tornem mais finos e menos quebradiços e suscetíveis a rachaduras. Assim sendo o material recozido e melhor para usinagem e trabalhos mecânicos, pois seus grãos se tornam melhores e mais resistentes a trabalhos mecânicos
Para ensaios de tratamento térmico geralmente é utilizado o aço 1045devido seus benefícios com temperabilidade baixa, ou seja, baixa penetração de dureza na seção transversal, além de possuir boa relação entre resistência mecânica e resistência à fratura.
Alguns materiais após passar por tratamento térmico são expostos a ensaios para analise de suas propriedades. 
O ensaio de dureza é bastante utilizado na especificação e comparação de materiais, além disso, é possível, por meio de tabelas, obterem uma correlação aproximada entre os métodos de determinação de dureza Brinell, Rockwell e Vickers e os valores de limite de resistência à tração.
A preparação metalográfica visa analisar a morfologia e estrutura dos metais. Realizaestudo dos materiais metálicos, a plastografia (materiais plásticos ou poliméricos) e a ceramografia(materiais cerâmicos). Para a realização da análise, a amostra é cortada, lixada, polida e atacada com reagente químico, de modo a revelar as interfaces entre os diferentes constituintes que compõe o metal.
A observação do material pode ser por Microscopia, ou seja, analise feita em um microscópio com aumentos que normalmente são 50X, 100X, 200X, 500X, 1000X, 1500X e 2500X.Este tipo de análise é realizado em microscópios específicos, conhecidos como "microscópios metalográficos”. O microscópio possui baixo campo focal, permitindo apenas a observação de superfícies perfeitamente planas e polidas. Em razão disto, a preparação metalográfica tem grande importância na qualidade de uma análise. (CallisterJr. William D.,2011)
OBJETIVOS
O objetivo do experimento é analisar as propriedades mecânicas do aço 1045 utilizando tratamentos térmicos: tempera e recozimento.
METODOLOGIA
3.1 Equipamentos Utilizados
Corpos de prova aço 1045: duas barras de 3/8’’ 150 mm de comprimento cada, máquina de ensaio de tração EMIC modelo DL10000, forno convencional tipo Mufla QUIMIS 0318M24 220 v3720 w, cortadora metalográfica, Durômetro DUROTWIN Mitutoyo, Embutidora metalográfica EM30d TECLAGO, Politriz lixadeira metalográfica PL02, lixa 500 e 600 , pasta diamantada (4-2 µm) e (0,5-1,5 µm), baquelite, Nital 5%
A Figura 1representa as barras do aço 1045 utilizadas no experimento.
Figura 1- Corpos de Prova
Fonte: Próprios Autores
O forno utilizado está representado na Figura 2. 
Figura 2- Forno Convencional tipo Mufla
Fonte: Próprios Autores
As figuras 3 e 4 mostram o processo de teste de tração realizado nos corpos de prova.
Figura 3- Máquina Ensaio Tração
Fonte: Próprios Autores
Figura 4- Ensaio de tração no corpo de prova
Fonte: Próprios Autores
Na figura 5 está representado o equipamento utilizado para cortar parte da amostra para estudo de sua dureza.
Figura 5- Equipamento para corte
Fonte: Próprios Autores
As figuras 6 e 7 mostram o equipamento utilizado para teste de dureza do material.
Figura 6- Equipamento medição dureza Figura 7- Escala de dureza
Fonte: Próprios AutoresFonte: Próprios Autores
Para estudo metalográfico foi necessário embutimento de parte da amostra. A figura 8 representa a baquelite utilizada.
	
Figura 8- Baquelite
Fonte: Próprios Autores
Ao passar pela baquelite, a amostra foi exposta a embutidora, para fixação do material. A figura 9 retrata a máquina utilizada para embutimento.
Figura 9- Embutidora Metalográfica EM30d
Fonte: Próprios Autores
Após embutimento, as amostras ficaram do jeito que mostra a figura 10, apenas pequenos discos do material no centro da baquelite.
Figura 10- Discos do aço 1045 embutidos
 Fonte: Próprios Autores
Antes de passar pela análise microscópica a amostra deve passar por lixamento sob refrigeração por água, conforme a figura 11. 
 Figura 11- Lixamento com lixas 500 e 600
	Fonte: Próprios Autores
Depois de lixar o material é submetido ao polimento através da Politriz, com prato giratório, nesse prato é colocado abrasivo (pasta diamantada), as figuras 12 e 13, mostram o processo e o material utilizado.
Figura 12- Politriz Figura 13- Pasta Diamantada para Polimento
Fonte: Próprios Autores 	Fonte: Próprios Autores
Para ter a microestrutura do material revelada é necessário ataque químico, faz-se a imersão da amostra por um tempo de aproximadamente 20 segundos, assim tendo a amostra pronta para estudo de sua microestrutura. A figura 14 representa o material (Nital 5%) usado para ataque químico.
Figura 14- Nital 5%
	Fonte: Próprios Autores
A figura 15 mostra o equipamento utilizado para estudo microscópico da amostra.
 Figura 15- Equipamento p/ estudo metalográfico 
	 Fonte: Próprios Autores
3.2 Procedimentos Experimental
No laboratório de MCM, o primeiro experimento de tratamento térmico foi aquecer os corpos de prova.
Iniciou-se o aquecimento dosaços SAE 1045, no forno convencional tipo Mufla a uma temperatura acima da zona crítica (850ºC), quando os aços dentro do forno, a temperatura caiu para 815º C.
Esperou-se 50 minutos para aquecer os materiais completamente. 
Retirou-se os aços SAE 1045 da mufla com auxílio de um pegador (pinça). 
Esfriou-se rapidamente uma das barras em água, até a mesma alcançar a temperatura de 20ºC aproximadamente.
O outro corpo de prova foi resfriado lentamente pelo ar, até alcançar a temperatura ambiente.
Após as barras estarem frias, foi realizado o teste de tração em ambas.
Primeiramente realizou-se o teste e tração na barra recozida (demorou mais para esfriar).
Após a ruptura da primeira barra, realizou-se o mesmo teste para segunda barra que havia passado pelo processo de tempera (choque térmico). 
Para estudo da dureza de cada corpo de prova, foicortado um disco de amostra para cada tratamento realizado, utilizando a cortadora metalográfica.
Com os discos cortados os mesmos foram colocados no Durômetro para análise da dureza.
Para ensaio de penetração do material foi utilizada a escala B (100 kgf) e C (150 kgf).
Cada corpo de prova foi analisado três vezes, sendo: medida central, intermediaria e lateral.
Após realização do ensaio de dureza, foi realizada a preparação metalográfica para análise microscópica.
Primeiramente foi untada a prensa ( Embutidora metalográfica) para o baquelite não grudasse.
Após isso, centralizou-se a amostra do aço na prensa e colocou se o baquelite.
Ligou-se a embutidora até a temperatura necessária para que a baquelite amoleça e com pressão ficasse compactada com o corpo de prova.
O processo de embutimento foi necessário para que o manuseio dos corpos de prova fosse fácil, pois sem a baquelite não seria simples trabalhar com o material devido o diâmetro ser pequeno.
Após embutimento, fez-se o lixamento com granulação de lixas variadas de 500 e 600 grãos.
O lixamento foi realizado em ângulo de 90º, para que não ficasse com superfície muito irregular.
Depois de lixar manualmente as amostras, fez-se polimento utilizando a Politriz, onde foi colocada uma camada de pasta diamantada no disco do equipamento, para facilitar o ataque químico ao metal.
Finalizou-se o processo de polimento.
Atacou-se o material com uma solução ácida de Nital 5% por aproximadamente 20 segundos, a fim de revelar a microestrutura do material.
Após ataque químico foi realizada a análise de cada corpo de prova utilizando microscopia ótica.
Para cada corpo de prova foi realizada quatro leituras óticas, sendo: 5x;10x;20x e 50x.
O experimento de tratamento térmico pode ser entendido segundo o Gráfico 1.
Gráfico 1
Fonte: Próprios Autores
No eixo “y” do gráfico 1 está representada a temperatura inicial e máxima atingida pelos corpos de prova, já no eixo “x”, está à representação do tempo de permanência do material dentro do forno. A linha verde reflete o material que passou por tempera teve o resfriamento quase que instantâneo e a curva em azul mostra o material que foi recozido, resfriou-se lentamente.
3.3 Formulário
Para conhecer as propriedades mecânicas ganhas ou perdidas por cada corpo de prova, são necessários cálculos referentes ao módulo elástico, limite de escoamento, limite de resistência a tração e ductilidade de cada barra.
Dessa maneira é possível comparar ambos os materiais e relacionar seus comportamentos nos ensaios realizados.
O cálculo do módulo elástico é feito segundo a Lei de Hooke, se tem a Equação 1.
E= 1
Onde E é o módulo de elasticidade medido em unidades de pressão (Pa), σ é a tensão aplicada dada em Pa e Ɛ é a deformação elástica longitudinal do corpo de prova (adimensional).
A tensão referente ao ensaio é dada segundo a Equação 2.
 = 2
Por ser uma grandeza de pressão, a tensão tem que F é unidade de força dada em Kgf/mm2, σ é a tensão aplicada dada em Pa e A é a área da seção transversal inicial antes de aplicação de carga é dada em mm2.
A deformação é representada pela Equação 3.
 = 3
Desse modo Ɛ é a deformação elástica longitudinal do corpo de prova (adimensional), △l é a variação do comprimento em mm e L é o comprimento dado em mm.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Após a conclusão dos ensaios foram obtidos diferentes aspectos para cada corpo de prova. As figuras 16 e 17 demonstram como ficou cada barra após os distintos processos.
Figura 16- Barra Aço 1045 Tratamento Recozimento
Fonte: Próprios Autores
Figura 17- Barra Aço 1045 Tratamento Tempera
Fonte: Próprios Autores
Observando-se as imagens nota-se que os materiais devido ao tipo de resfriamento, apresentam diferentes quebras apesar de ser o mesmo material um tornou-se mais elástico que o outro.
Com o ensaio de tração realizado, o mesmo resultou em valores expressos no Gráfico 2.
Gráfico 2- Relatório de Ensaio
Fonte: Material Fornecido pelo Professor
O próprio gráfico descreve o desempenho da tensão x deformação de cada corpo de prova, como por exemplo,a linha vermelha mostra o desempenho do material que sofreu recozimento, e a linha em preto reflete o material que sofreu tempera.
Com os dados do gráfico e com as equações de cada propriedade é possível realizar os cálculos para ambas as barras.
Nomeando que a linha vermelha seja a barra “A” e a linha preta a barra “B”, calcula-se o modulo elástico, o limite de escoamento, limite de resistência a tração e ductilidade de cada corpo.
Então utilizando a equação 1, temos que:
EA= 
EA= 9,37GPa
EB= 
EA= 18,8GPa
Com esses valores temos que a rigidez do corpo “B” que sofreu choque térmico é maior que o corpo “A”.
Para análise do limite de escoamento temos o valor da tensão de cada corpo fornecida pelo gráfico. Desse modo, como os valores já são fornecidos não necessita realiza cálculos.
σAl= 20x107 Pa ou 250 Mpa
σBl= 94x107 Pa ou 940 Mpa
O limite de resistência à tração é fornecido também pelo próprio gráfico, assim temos que:
σAmáx= 37x107 Pa ou 370 Mpa
σBmáx= 94x107 Pa ou 940 Mpa
Observando os resultados nota-se que o corpo “A” tem menos resistência do que o corpo “B”, desse modo podendo ser mais tracionado.
Analisando assim que o corpo “B” apresenta uma resistência perceptível em relação ao corpo “A”.
Para cálculo da ductilidade segue o princípio da Equação 3, desse modo se tem:
 = x100 , assim = x100= 24,8 %
 = x100 , assim = x100= 5 %
Com os valores encontrados, nota-se que o corpo A tem maior propriedade física de suportar deformação plástica em relação ao corpo B.
Realizado o corte da amostra, realizou-se o ensaio de dureza, analisando qual amostra apresentava maior dureza em sua superfície.
Para o material recozido em relação à penetração usou-se a escala Rockwell B (penetrador tipo esfera 1/16 e carga inicial de 100 kgf), e para o material temperado utilizou-se a escala Rockwell C (penetrador tipo cônica e carga inicial de 150 kgf). As tabelas 1 e 2 retratam os valores obtidos no experimento para cada corpo de prova.
Tabela 1
Fonte: Próprios Autores
Tabela 2
Fonte: Próprios Autores
Pode-se observar com os valores obtidos nas tabelas, que o tipo de tratamento térmico altera a estrutura física do material em estudo, sendo que a amostra submetida ao tratamento térmico de tempera apresenta uma maior resistência à penetração, quando comparada com a amostra submetida ao tratamento térmico de recozimento.
Após a preparação do material para análise microscópica, foi utilizado o equipamento de leitura, fazendo-se quatro análises para cada amostra.
As figuras 18,19,20 e 21 representam a análise da amostra recozida em ampliação de 5x, 10x, 20x e 50x.
Figura 18- Ampliação 5x Figura 19- Ampliação 10x 
Fonte: Material Fornecido pelo Professor Fonte: Material Fornecido pelo Professor
Figura 20- Ampliação 20x Figura 21- Ampliação 50x 
Fonte: Material Fornecido pelo Professor Fonte: Material Fornecido pelo Professor
As figuras 22, 23, 24 e 25 representam a microscopia realizada no material temperado com os parâmetros de 5x, 10x, 20x e 50x.
Figura 22- Ampliação 5xFigura 23- Ampliação 10x
Fonte: Material Fornecido pelo Professor Fonte: Material Fornecido pelo Professor
Figura 24- Ampliação 20x Figura 25- Ampliação 50x
Fonte: Material Fornecido pelo Professor Fonte: Material Fornecido pelo Professor
A figura 26 representa o diagrama de fases do material, utilizado para comparação com a amostra.
Figura 26 – O diagrama de fases da liga Fe-C.
Fonte - INFOMET 2008.
A microscopia da peça temperada, de acordo com o diagrama de fases da Figura 26, a amostra após o tratamento térmico realizado encontra-se na fase Martensita, que segundoCallister têm-se duas estruturas:Austenita e Ferrita.
A estrutura possui formação “bagunçada” nas fases, devido ao tempo de resfriamento que foi utilizado, sendo que na temperatura de 850°C, segundo o diagrama o material está na fase Austenita e ao resfriar, o material tende a voltar a sua formação estrutural originária Ferrita, porém como o tempo de resfriamento é curto, a estrutura não retorna completamente, então o material fica com a estrutura bifásica.
Já quando o tratamento térmico de recozimento do corpo, devido ao material ter passado por um resfriamento devagar, sua estrutura pode voltar às condições normais.
CONCLUSÃO
	Conclui-se que o objetivo foi alcançado, a realização do experimento, mostrou que os tratamentos térmicos de tempera e recozimento, influenciam diretamente nas propriedades mecânicas finais do material, podendo ser considerado um aspecto positivo ou negativo dependendo da utilização final. Permitiu à comparação do processo de tempera que o material ficou mais duro e com pouca elasticidade, e no processo de recozimento o material ficou mais maleável e elástico. E em relação à dureza analisou-se que dependendo da forma de transferência de calor o material fica mais duro, e suas superfícies possuem variação de dureza. Além de observar a diferença na microestrutura de cada material, variando de acordo com o resfriamento realizado. Assim pode-se dizer que a tempera é indicada para fins que necessitam de maior resistência a tração onde não é necessário alongamento.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CallisterJr.,William D.,2011,, Fundamentos da Ciência e Engenharia de Materiais - Engenharia de Materiais/ William Callister Jr. - 2ª Ed.,editora LTC.
CALLISTER, W. D., Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. John Wiley& Sons, Inc., 2002
Material fornecido pelo professor.
INFOMET 2008.
Plan1
	Recozido
	Posição	Dureza (HRB)
	Central	82
	Intermediária	85
	Proximo da borda	77
	Média	81
Plan1
	Recozido
	Posição	Dureza (HRC)
	Central	56
	Intermediária	59
	Proximo da borda	56
	Média	57