Ciências e tecnologia dos materiai1 (1)

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Ciências e tecnologia dos materiais
tratamentos térmicos
| engenharia de produção | 18/11/2017
Mariana carvalho, Júlio césar, Guilherme Palácio, Laís passos, Renan Carrijo, Walyson 
Introdução
Para uma melhor utilização do ferro é necessário maior controle sobre suas propriedades mecânicas, para isso o homem desenvolveu diversas técnicas que permitem gerenciar as conformidades mecânicas de acordo com as características desejáveis. Essas técnicas vão possibilitar que o ferro seja conformado de acordo com sua finalidade e, para isso e necessário o total controle e entendimento dos processos que modifica as características originais, esse relatório tem, portanto, a função de exemplificar, e explicar como funciona os processos de conformação do aço.
Revisão bibliográfica
Aqucimento e resfriamento são maneiras de se alterar as propriedades mecanicas do ferro, esses aquecimentos e resfriamentos controlados são denominadas tratamentos térmicos. Os principais objetivos dos tratamentos térmicos são os seguintes: 
Remoção de tensões (oriundas de esfriamento desigual, trabalho mecânico ou outra causa);
Aumento ou diminuição da dureza;
Aumento da resistência mecânica
Melhora da ductibilidade
Melhora na usinabilidade; 
Melhora da resistência ao desgaste;
Melhora das propriedades de corte;
Tipos de tratamento térmico
Têmpera
revenimento
Recozimento
Normalização
Metodologia
Têmpera
A tempera é um tipo de tratamento térmico que tem como finalidade alterar a dureza e resistência se dando através de dois processos aquecimento e resfriamento rápido. O aquecemento tem como objetivo austenitizar o metal, o resfriamento brusco visa obter uma estrutura martensítica A temperatura é acima de 727ºC. O objetivo é conduzir o aço a uma fase, na qual se obtém o melhor arranjo possível dos cristais do aço, para obter a futura dureza. As diversas formas que o aço pode ser resfriado vão interferir diretamente nas características obtidas ao final do processo
Revenimento
O Revenimento consiste no reaquecimento de peças temperadas, a temperaturas abaixo da linha inferior de transformação do aço, abaixo da temperatura de austenitização. Dependendo da temperatura resulta em pequena ou grande transformação da estrutura martensítica. É também um procedimento que corrige inoportunos como trinca e distorções associados à transformação martensítica que podem causar trincas e distorções no aço, dessa forma o Revenimento tem como finalidade a diminuição das tensões do material que aumentam na tempera, de modo que o revenimento, quando ocorre, é sempre após a tempera.
Recozimento
O recozimento pleno é o aquecimento do aço a uma temperatura superior à zona crítica seguido por um resfriamento lento (dentro do forno por exemplo).
A finalidade deste tratamento é restaurar as propriedades alteradas por um tratamento mecânico ou térmico anterior, ou refinar/homogeneizar estruturas brutas de fusão.
Quando o aço é aquecido a uma temperatura superior à temperatura crítica (Ac1), começa a ocorrer a nucleação, e posteriormente o crescimento, de grãos de austenita, modificando a microestrutura anterior do material
Normalização
A normalização é parecida com recozimento, nesse tratamento o aço é austenitizado até a temperatura da zona critica, austenitizado, porém, com resfriamento mais rápido, à temperatura ambiente, resultando em uma estrutura com granulação mais fina, esse tratamento resulta numa resistência mecânica maior e menor ductibilidade
Medição da Dureza
Após os procedimentos acima foi medida a dureza de acordo com a escala Rockwell. O teste de dureza Rockwell consiste em endentar o material sob teste com um cone de diamante ou endentador de esfera de aço endurecido. O endentador é pressionado contra a superfície do corpo de prova com uma pré-carga. O aumento permanente na profundidade da penetração resultante da aplicação e remoção da carga é usado para calcular o valor da dureza Rockwell.
Desenvolvimento
Para cada um dos aços 1020, 1040 1075 foram feitos os seguintes tratamentos térmicos tempera em água, tempera em óleo, normalização e recozimento totalizando 9 amostras.
As amostras foram, inicialmente aquecidas a 900° num forno com um termômetro acoplado como mostra a figura abaixo.
Posteriormente as três primeiras amostras foram retiradas do forno e foram temperadas (resfriadas) em água e separadas conforme sua nomenclatura para serem estudadas posteriormente no microscópio. As subsequentes foram temperadas em óleo, e as demais recozidas sendo que todas as amostras foram devidamente guardadas para posterior estudo.
Após tratadas termicamente as amostras foram trabalhas para serem levadas ao microscópio, para isso foi necessário utilizar uma máquina para auxiliar na lixa dos aços de forma que as amostras sobre um pistão e abaixando em até duas ou três vezes e preenchendo com o polímero, para então seguir para o procedimento de lixa. Logo em seguida as amostras foram lixadas para que então pudessem ser levadas para a avaliação das microestruturas formadas.
As peças foram lixadas na seguinte máquina. Os corpos de prova foram submetidos a desgaste superficial por meio do processo de lixa, com a máquina da figura ao lado que rotacionava seu centro, que tinha uma lixa para atritar a superfície da peça com a superfície do eixo da máquina com intuito de retirar os arranhados da superfície dos corpos de prova Para a melhor visualização da microestrutura no microscópio. Foi utilizado, além do ataque físico (o atrito gerado pela máquina) o ataque químico que consistiu em expor as amostras ao Nital 2% (ácido nítrico) com 98% de álcool por aproximadamente 20 segundos. Após esse tempo as peças foram lavadas para que o ataque não se perpetuasse e houvesse, então, um desgaste excessivo do corpo de prova.
Após a etapa citada acima os materiais foram levados para a visualização e avaliação de sua microestrutura
Feita a realização dos tratamentos térmicos e observação da microscopia das amostras, foi realizado um ensaio de dureza do material, utilizando o medidor Rockwell como instrumento de análise do comportamento do metal após o tratamento. Realizando o procedimento nas amostras com têmpera com aquecimento a 900 ºC e resfriamento, temperado a 900 ºC e resfriado a agua mais revenimento a 600 ºC, temperado a 900 ºC e resfriado a óleo e normalizado a 900 ºC e resfriado ao ar.
Resultados
Foram percebidos no microscópio que fora formada as seguintes estruturas metalográficas. 
Para os aços temperados em água (1000 vezes)
 1020 1040 1075
 
Temperados em óleo (1000 vezes)
 
 1020 1040 1075
Temperados em água e revenidos a 600° (1000 vezes)
 
 1020 1040 1070 
 
posteriormente foram obtidos os seguintes resultados para a medição de dureza das amostras
Aquecimento a 900° e resfriado em água
	Medição
	1°medição
	2°medição
	3°medição
	Média
	ABNT 1020
	55 HRC
	54 HRC
	55 HRC
	54,7 HRC
	ABNT 1045
	68 HRC
	69 HRC
	68 HRC
	68,3 HRC
	ABNT 1070
	72,5 HRC
	72 HRC
	72 HRC
	68,3 HRC
Aquecimento a 900° e resfriado em óleo
	Medição
	1°medição
	2°medição
	3°medição
	Média
	ABNT 1020
	20 HRC
	18 HRC
	15 HRC
	17,6 HRC
	ABNT 1045
	64 HRC
	66 HRC
	66 HRC
	65,3 HRC
	ABNT 1070
	72 HRC
	72 HRC
	73 HRC
	72,3 HRC
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
Temperado a 900 °C e resfriado em água e revenido à 600 °C
	
	Medição
	1
	2
	3
	Média
	ABNT 1020
	32 HRC
	32 HRC
	33 HRC
	32,3 HRC
	ABNT 1045
	40 HRC
	43 HRC
	42 HRC
	41,6 HRC
	ABNT 1070
	54 HRC
	51 HRC
	54 HRC
	53 HRC
 Para os três primeiros aços observou-se a formação da estrutura martensítica.A martensítica se forma quando o resfriamento for rápido o suficiente de forma a evitar a difusãodo carbono, ficando o mesmo retido em solução. Como a martensita não envolve difusão, a sua formação ocorre instantaneamente
É uma solução sólida supersaturada de carbono (não se forma por difusão), contém Microestrutura em forma de agulhas e, além disso É dura e frágil (dureza: 63-67 Rc)
Observou-se da prática que a dureza depende da temperatura de revenimento de forma que maiores temperaturas favorecem a precipitação de carbonetos mais grosseiros na martensita, o que reduz sua dureza. Na têmpera, o aço tem sua dureza elevada devido à não ocorrência do fenômeno de difusão, ou seja, o carbono fica retido na martensita, formando uma estrutura de corpo centrado, o que aumenta a dureza do material. E o modo a qual a amostra foi resfriada influencia diretamente na sua dureza, pois a difusão do carbono que é está interligada à dureza. Colocando na água o resfriamento foi instantâneo e deixou o material mais duro, já para um resfriamento mais lento deixou a peça com menor dureza em relação ao resfriamento mais rápido.
Para o resfriamento a óleo observou-se a formação de baianita para a baianita tem-se a Forma de agulhas, contendo ferrita e cementita, que só podem ser vistas com microscópio eletrônico Dureza: baianita superior 40-45 Rc e baianita acidular 50-60 Rc
Já para o reaquecimento das 3 ultimas amostras a estrutura formada foi a martensita revenida. O aumento da temperatura possibilitou um rearranjo dos grãos e a difusão do carbono na estrutura, sendo assim ocasionou uma dureza menor que a da martensita normal, contudo, ainda é uma dureza maior que a da baianita, resfriada à óleo, que teve um resfriamento considerado moderado.
Conclusão
Inferiu-se da prática que, os tratamentos térmicos influenciam na estrutura final do material, bem como sua dureza. Esses tratamentos térmicos permitem alterar as propriedades mecânicas do aço tal como tenacidade e dureza, de tal forma o controle dos processos que se designam tratamentos térmicos é de fundamental importância para que o seu material de origem tenha seus derivados com as características desejadas. Nesse aspecto a prática foi bem-sucedida, uma vez que ao realizar os procedimentos acima descritos possibilitou a percepção das estruturas, bem como as peculiaridades das estruturas formadas.