Relatório Materiais para Construção Mecânica

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ 
CAMPUS DE ITAJUBÁ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO DAS AULAS EXPERIMENTAIS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Guilherme Soares -2016014234 
Lucas Carvalho Meirelles - 2017000529 
Melina Faria Brito -30881 
Thiago Pinto Fonseca - 28553 
 
 
 
 
 
 
MCM003P – MATÉRIAS PARA CONSTRUÇÃO MECÂNICA 
23 DE MAIO DE 2017 
ITAJUBÁ-MG 
1 Introdução 
Desde o início da civilização, os matérias e energia são utilizados para 
melhorar a condição de vida da espécie humana. A transformação de matérias 
em bens acabados é uma das atividades mais importantes na economia 
moderna. Por conta disso é indispensável uma etapa de planejamento do 
processo de produção, selecionando diversos matérias, satisfazendo as 
necessidades técnicas exigidas. 
A natureza e comportamento dos matérias estão basicamente 
associados aos tipos de átomos e seus respectivos arranjos. Ou seja, a forma 
com que os elementos se arranjam no espaço determinará as características 
do material, sendo constituído por um ou mais elementos químicos. 
Os matérias metálicos possuem uma estrutura cristalina, tendo os 
átomos arranjados de maneira ordenada. Estes, geralmente são bons 
condutores elétricos e térmicos. São formados por um ou mais elementos 
metálicos, podendo também conter elementos não metálicos na liga, como o 
carbono no aço. 
O estudo dos matérias visa conhecer suas composições, estruturas 
internas e propriedades, e também a regularidade de suas alterações sobre 
influencia térmica, química ou mecânica. Não só revelando a estrutura interna e 
as propriedades, como também estabelece a dependência entre elas, 
determinando o processo de fabricação e a composição ideal para obter as 
características físicas e mecânicas desejadas. 
Para isso podem serem utilizadas técnicas de usinagem e tratamentos 
variados, além da adição de elementos específicos, satisfazendo as 
necessidades exigidas à cada peça. Tais como dureza, tenacidade, resistência 
à corrosão, ductilidade, maleabilidade, entre outros. É possível com isso fazer 
um melhor aproveitamento dos matérias, proporcionando uma economia na 
fabricação ou criando ligas mais adequadas para cada situação. 
Com o conhecimento das técnicas de usinagem e suas consequências 
na estrutura interna, atrelado com as propriedades de cada microestrutura é 
possível identificar a composição de uma amostra. 
2 Objetivo 
Estudar e observar o comportamento de uma amostra metálica a partir 
dos processos de têmpera, laminação, normalização, recozimento e 
revenimento, e também através de ensaios de dureza. Determinar 
quantitativamente os microconstituintes da amostra utilizada. 
3 Materiais e Métodos 
Os matérias utilizados foram uma máquina para embutimento (EMP-30), 
máquina para o lixamento e polimento, forno elétrico de 6 tubos, máquina DDP 
e Ema Nexus3200 para medir durezas. 
 
Figura 1 – Forno Elétrico de 6 tubos 
O experimento foi feito a partir de o recebimentos de amostras, em que 
efetuamos o processo de têmpera, laminação, normalização, têmpera com 
revenimento e o recozimento. Na primeira amostra foi feito apenas o 
embutimento para a finalidade de um melhor manuseio, utilizando a máquina 
EMP-30, processo que demora em média 15 minutos. Em seguida foi efetuado 
o processo de lixamento na amostra para remover as impurezas utilizando as 
lixas p200, p400, p600, p800, p1200, em seguida o processo de polimento em 
velocidade alta. Com a amostra já polida foi feito o ataque com nital durante 3 
segundos. Assim levando a amostra para o microscópio para sua análise final 
com uma ampliação de até 200 vezes. 
 
Figura 2- Máquina EMP-30 
A têmpera foi realizada de modo que se aqueceu a amostra no forno em 
temperaturas acima da zona crítica do aço e logo depois se jogou a amostra na 
água para efetuar sua têmpera e depois o processo de revenimento onde a 
amostra foi aquecida para diminuir suas tensões internas. 
No recozimento, a amostra como recebida foi aquecida no forno em uma 
temperatura acima de sua zona crítica e depois resfriada dentro do mesmo.A 
normalização se deu através do aquecimento da amostra como recebida no 
forno em uma temperatura acima de sua zona crítica e resfriada ao ar.A última 
amostra foi laminada e nela foram efetuados 2 cortes, um na vertical e outro na 
horizontal, para uma visão melhor da orientação dos grãos. Logo depois foram 
efetuados os processos de embutimento, lixamento, polimento, ataque com 
nital e a análise do microscópio de todas as amostras. 
Na amostra como recebida foi feito o processo de medir dureza na 
escala Brinell onde foi efetuado 3 testes usando a máquina máquina DDR. 
 
 
Figura 3 - máquina DDR 
Já na amostra laminada foi feito o processo de medir dureza na escala 
Vickers onde foi efetuado 3 testes usando a máquina NEXUS 3200, usando as 
configurações do fabricante. 
 
Figura 4 - máquina NEXUS 3200 
4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
4.1 Os aços SAE 1020 
Os aços carbonos são ligas metálicas constituídas basicamente de ferro, 
carbono, silício e manganês, apresentando também outros elementos inerentes 
ao processo de fabricação, em percentuais controlados. O aço SAE 1020 é um 
aço hipoeutetóide, constituído de perlita e ferrita, com teor de carbono de 0,2%. 
 
 
 Figura 5 – O Aço 1020	
  
O aço carbono SAE 1020 é um dos aços mais utilizado, devido a sua 
baixa temperabilidade, excelente forjabilidade e soldabilidade, porém sua 
usinagem é relativamente pobre. Este tipo de aço pode ser aplicado em 
cementação com excelente relação custo beneficio comparado com aços 
utilizados para o mesmo propósito. A microestrutura presente neste aço no seu 
estado normalizado é perlita fina e ferrita. 
Este aço é indicado para parafusos, trefilados duros, chassis, discos de 
roda, peças em geral para máquinas e veículos submetidos a esforços 
pequenos e médios. É um aço altamente tenaz, particularmente indicado para 
fabricação de peças que devam receber tratamento superficial para aumento 
de dureza, principalmente cementação. Utilizado ainda para eixos em geral, 
forjados. As principais aplicações do aço 1020 são na indústria ferroviária, 
automobilística, naval e aeronáutica, fabricação de chapas, placas para 
produção de tubos, construção civil, latas de folhas de flandres (Branco, 2007). 
 Segundo o Manual dos Aços Gerdau, a dureza Brinell (HB) do aço SAE 
1020 seria: 
 
	
  
Figura 6 – dureza do aço SAE 1020 
Entre os materiais de construção, o aço tem uma posição de relevo, pois 
combina resistência mecânica, trabalhabilidade, disponibilidade e baixo custo. 
Assim sendo, é fácil compreender a importância e a extensão da aplicação dos 
aços em todos os campos da engenharia, nas estruturas fixas, como de edi 
fícios, ponte, como nas móveis, na indústriaferroviária, automobilística, naval, 
aeronáutica,etc.(Rodrigues,2014). 
4.2 Tratamentos Térmicos 
Entende-se por tratamento térmico como um conjunto de operações de 
aquecimento e resfriamento a que são submetidos os metais, sob condições 
controladas de temperatura, tempo, atmosfera e velocidade de resfriamento, 
com o objetivo de alterar as propriedades destes metais ou conferir-lhes certas 
características pré-determinadas, adequando-os a determinadas aplicações na 
engenharia. (Chiaverini, 1996) 
Os principais objetivos dos tratamentos térmicos são os seguintes: 
- remoção de tensões internas, oriundas de resfriamento desigual, 
trabalho mecânico, etc; 
- aumento ou diminuição da dureza; 
- aumento da resistência mecânica; 
- melhora da ductibilidade; 
- melhora da usinabilidade; 
- melhora da resistência ao desgaste; 
- melhora da resistênciaà corrosão; 
- modificação das propriedades elétricas e magnéticas. 
Os tratamentos térmicos podem ser classificados da seguinte forma: 
-Tratamentos térmicos que atuam em todo o volume do material, cujos 
principais são: recozimento, normalização, têmpera, revenido e tratamentos 
subzero. 
-Tratamentos que atuam somente na superfície dos materiais, sendo 
este grupo de tratamentos térmicos subdivididos em dois grandes grupos, o 
grupo onde ocorre transformação estrutural no material e o grupo onde ocorre 
difusão termoquímica. 
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO 
5.1 Análise Metalográfica 
Para efeito de comparação inicia-se esta seção com a microscopia da 
amostra como recebida após passar por um polimento, mas ainda sem ataque 
disposta abaixo na Figura 7 com aumento de 200x. 
 
Figura 7 – Amostra como Recebida sem Ataque com aumento de 200x 
Pode-se observar inúmeras inclusões no aço porém ainda não é 
possível observar sua microestrutura, portanto foi realizado um ataque com 
Nital com 4% de ácido nítrico para que sua microestrutura seja observável na 
microscopia. Após o ataque a amostra foi secada e então levada ao 
miscroscópio. Na Figura 8 com aumento de 200x abaixo pode-se observar a 
microestrutura da amostra como recebida, nota-se uma quantidade alta de 
perlita com ferrita em seus sítios. Pela análise da microestrutura observada 
pode-se sugerir que se trata de um aço hipoeutetóide devido a presença de 
perlita e ferrita apenas. 
 
Figura 8 – Amostra como Recebida com Ataque com aumento de 200x 
Ao aumentar a ampliação para 500x pode-se observar a textura lamelar 
da perlita compostas de cementita e ferrita como pode ser observado na Figura 
9 abaixo. 
 
 
Figura 9 – Amostra como Recebida com Ataque com aumento de 500x 
Ao realizar o tratamento mecânico de laminação seccionou-se o aço 
transversalmente e longitudinalmente. 
Abaixo estão dispostas nas Figuras 10 e 11 com aumentos de 200x e 
500x respectivamente a seção longitudinal do aço laminado a frio: 
 
Figura 10 – Seção Longitudinal da Amostra Laminada com Ataque com 
aumento de 200x 
 
Figura 11 – Seção Longitudinal da Amostra Laminada com Ataque com 
aumento de 500x 
A seguir estão dispostas nas Figuras 12 e 13 com aumentos de 200x e 
500x respectivamente a micrografia da seção transversal da amostra laminada: 
 
Figura 12 – SeçãoTransversal da Amostra Laminada com Ataque com aumento 
de 200x 
 
Figura 13 – Seção Transversal da Amostra Laminada com Ataque com 
aumento de 500x 
Ao confrontar as diferentes seções fica evidente o aspecto alongados 
nas Figuras 10 e 11 os quais foram causados pelo trabalho mecânico a frio que 
encruou os grãos da amostra na direção da aplicação da laminação. 
Em outra amostra foi realizado o tratamento de normalização que 
consiste em levar a amostra ao forno aquecê-la a 900 C para austenitiza-la por 
inteiro e então deixa-se a peça resfriar ao ar. Este tratamento diminui a 
granulação do material resultando em propriedades melhores quando 
comparada ao recozimento. Conforme a literatura esperava-se uma estrutura 
mais homogênea e refinada. 
 
Figura 14 –Amostra Normalizada com Ataque com aumento de 200x 
 
Figura 15 –Amostra Normalizada com Ataque com aumento de 500x 
Neste caso as imagens registradas não ficaram elucidativas devido ao 
baixo contraste, mas ainda assim é possível perceber uma maior 
homogeneização da microestrutura. 
Em outra amostra foi realizado o tratamento de recozimento, que é 
utilizado quando se deseja apagar as texturas ou aliviar tensões resultantes de 
tratamentos térmicos ou mecânicos aos quais o material pode ter sido 
submetido anteriormente. Neste tratamento a peça é levada ao forno e 
austenitizada por inteiro. Após isso, desliga-se o forno e deixa-se a peça 
resfriando junto a ele. Neste tratamento os grãos esperados são maiores do 
que o tratamento de normalização devido ao material passar mais tempo no 
forno ocasionando o crescimento dos grãos. Nas Figura 16 e 17 abaixo 
observa-se a microestrutura da amostra recozida nos respectivos aumentos 
200x e 500x: 
 
Figura 16 –Amostra Recozida com Ataque com aumento de 200x 
 
Figura 17 –Amostra Recozida com Ataque com aumento de 500x 
É notável na peça observada o contraste entre uma região a qual ficou 
com uma granulação mais refinada e outra com uma granulação bem mais 
grosseira. 
Em outro ensaio temperou-se uma das amostras, neste tratamento a 
peça é levada ao forno austenitizada por completo e resfriada rapidamente, 
neste ensaio foi realizado uma têmpera em água. Ao resfriar a peça recém 
saída do forno rapidamente em água, o aço que estava em uma estrutura CFC 
passa rapidamente para uma estrutura CCC resultando no aprisionamento do 
carbono e em uma microestrutura diferente, a mastensita que é extremamente 
dura e com muitas tensões internas resultantes do resfriamento. 
Para que se alivie estas tensões é realizado o tratamento térmico de 
revenimento ao qual leva-se a peça ao forno em uma temperatura abaixo da 
zona crítica fornecendo aos átomos de carbono energia cinética para que 
aliviem tensões excessivas. O aspecto da microestrutura que se é esperado 
são lamelas retilíneas que se dão em diversas direções gerando um aspecto 
bem singular. 
Nas Figuras 18, 19 e 20 dispostas abaixo observa-se a amostra sem 
ataque, com ataque e aumento de 500x e com ataque e aumento de 200x 
respectivamente: 
 
Figura 18 –Amostra Temperada e Revenida com Ataque com aumento de 500x 
 
Figura 19 –Amostra Temperada e Revenida com Ataque com aumento de 200x 
 
Figura 20 –Amostra Temperada e Revenida com Ataque com aumento de 200x 
A Figura 21 é bastante elucidativa e revela a microestrutura da 
martensita com um aspecto bem refinado e parecido com o apresentado por 
COLPAERT, 1974. 
Para determinar o percentual de carbono da amostra foi feito uma malha 
sobre a foto do aço recozido e então contou-se os quantos cruzamentos se 
davam na perlita e quantos se encontravam na ferrita, dado que a densidade 
da perlita e da ferrita são muito semelhantes os resultados obtidos em 
percentual de volume serão praticamente os mesmos da massa. 
A malha está disposta na Figura 21 abaixo: 
 
Figura 21 –Malha da amostra Recozida 
Foram contabilizados 119 cruzamentos dos quais 42 se encontram nas 
perlitas e 77 nas ferritas. Então foi realizada a regra da alavanca para 
determinação do percentual de carbono em massa: 
Perlita = 42/119 = 0,353; Ferrita= 77/119=0,647 
0,353= (X-0,022) / (0,77-0,022) ; X = 0,2420 
Portanto conclui-se por este método que o aço em questão se enquadra 
nas especificações de um SAE 1020. 
5.2 Análise de Dureza 
Foi realizado o ensaio de microdureza nas amostras como recebida e na 
laminada, na amostra original foi encontrado um valor médio de 91,25 HRB, 
enquanto na amostra laminada foi encontrado um valor de 269,25 HV. 
Ao se comparar com os valores apontados na revisão bibliográfica para 
aço 1020 laminado (120 a 170 HB), e realizar a conversão para as escalas 
Rockwell B e Vickers, obtendo-se os valores aproximados 170HV e 85 HRB, 
pode-se observar que os valores obtidos em laboratório, tanto para a amostra 
laminada quanto para a amostra como recebida, foram superiores ao da 
literatura. Isso pode ter acontecido devido a uma possível laminação anterior 
ao recebimento da amostra no laboratório, a qual pode ter levado à elevação 
da dureza do material. 
6 CONCLUSÃO 
Com a análise das imagens podemos concluir que o aço é o SAE 1020 
pela quantidade de perlita e ferrita. 
Os valores de dureza obtidos em laboratório foram superiores aos da 
literatura. Isso pode ter acontecido devido a uma possível laminaçãoanterior 
ao recebimento da amostra no laboratório, a qual pode ter levado à elevação 
da dureza do material. Pode também ter ocorrido um erro causado na medição 
de dureza sendo por mau manuseio do equipamento, má calibração ou algum 
tipo de interferência externa ou interna. 
Podemos concluir pelas imagens que o processo de recozimento 
aumentou os grãos, causando uma maior probabilidade de rachaduras na 
amostra depois de efetuar o processo de têmpera. Já a normalização diminuiu 
o tamanho dos grãos sendo assim perfeita para corrigir erros de cementação 
de peças que ficaram tempo de mais no forno. Além disso, analisando os 
dados percebemos que laminação tem um efeito de encruamento sobre a peça 
aumentando, assim, a sua dureza. 
Em geral, pode-se dizer que o experimento se deu de maneira 
satisfatória, pois foi possível atingir seus objetivos. 
7 REFERÊNCIAS 
 
BRANCO, F. K.. Influência da Microestrutura na Anisotropia de Chapas 
Metálicas de Diferentes Aços Estruturais. 2007. Projeto de Iniciação Científica; 
2007, FEI, Centro Universitárioda FEI, São Paulo, 2007. 
COLPAERT, HUBERTUS – Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns; 
3ª edição, Editora: Edgard Blucher Ltda. 1974. 
PIRATINI, GERDAU–AÇOS FINOS. "Manual do aço." (1998). 
RODRIGUES, Luciano Monteiro et al. Estudo da microestrutura e da 
microdureza dos aços 1020 e 1060. Cadernos UniFOA, v. 1, n. 2, p. 39-44, 
2014.