Temperabilidade Ensaio Jominy

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UNIVERSIDADE DO VALE DO RIO DOS SINOS 
ENGENHARIA MECÂNICA 
MATERIAIS MECÂNICOS II 
Prof.: Giovanni Rocha dos Santos 
 
Relatório de Temperabilidade 
 Ensaio Jominy. 
Rômulo Eduardo Kaeiski / Roque Alfredo Ávila 
Turma: 63 
São Leopoldo, 18 de Maio de 2012 
Introdução 
No relatório será visto que durante o processo de tratamento térmico de 
tempera alguns tipos de aços endurecem mais do que outros e que a dureza no 
interior do material pode ser diferente dependendo da composição do material. 
Será analisado os diferentes graus de dureza ao longo da barra de teste 
através do ensaio Jominy, onde foi submetida ao tratamento térmico e logo depois 
ao resfriamento por água somente em uma só das extremidades da barra. 
Para constatar estas informações, o ensaio Jominy se caracteriza por 
levantar informações relacionadas as transformações metalúrgicas sofridas por 
ligas metálicas como o aço. Este ensaio é utilizado para levantar também as 
propriedades mecânicas que os matérias possuem, recomendar aplicações 
específicas para cada material respeitando estas características levantadas no 
ensaio. 
O relatório tem como principal finalidade mostrar os diferentes graus de 
dureza que uma peça pode ter quando submetidas ao ensaio Jominy. Neste 
mesmo trabalho além de mostrar as características que uma peça pode ter ao 
receber este tipo de ensaio de Temperabilidade, vai mostrar também todos os 
procedimentos necessários para a pratica correta deste tipo de ensaio, desde o 
preparo da peça a ser trabalhada, até o maquinário necessário para ser realizado. 
 
Objetivo 
O relatório tem como principal finalidade mostrar os diferentes fases 
presentes na estrutura ao longo de um tratamento térmico de tempera, definindo 
assim a Temperabilidade do material através ensaio Jominy. 
Fundamentação 
A Temperabilidade é habitualmente definida como sendo a capacidade de 
um aço para formar martensita na têmpera. É neste contexto que a 
Temperabilidade é normalmente entendida no estudo de aços-ferramenta. O 
conceito de Temperabilidade também pode ser entendido como à capacidade de 
endurecer um aço através de um arrefecimento partindo do domínio austenítico, 
neste caso as microestruturas finais visadas tanto podem ser a bainita como até 
mesmo a perlita fina. Temperabilidade é caracterizada pela capacidade em evitar 
a formação de agregados de F+C em diferentes níveis de temperaturas 
decrescentes. 
Neste caso o melhor método para definir a Temperabilidade é através do 
ensaio Jominy, este caracterizado pelo aquecimento de uma barra com 
dimensões já pré-estabelecidos por normas padronizadas SAE. Trata-se de um 
corpo de prova cilíndrico de 1" (25,4mm) de diâmetro e 4" (101,mm) de 
comprimento é aquecido até a temperatura austenítica, em seguida é colocado no 
dispositivo Jominy onde dirige-se um jato de água com pressão, temperatura e 
quantidade de água controlados, contra uma das extremidades. 
 
Figura 1 – Modelo de dispositivo Jominy 
O ensaio Jominy pode ser determinado, usando apenas um único corpo de 
prova. A distribuição da Martensita foi analisado ao longo do comprimento do 
corpo de prova, visto a presença das microestruturas e micro constituintes do aço. 
 O tempo de permanecia do corpo de prova ao forno depende do tipo de 
material a ser estudado mas em geral dura aproximadamente 30 minutos para 
aços. 
 
Figura 2 – Forno de Tratamento Térmico 
Os corpos de prova foram produzidos em aço SAE 1045 e SAE 4340 que 
possuem a seguinte constituição química que os diferencia e que vai influenciar 
diretamente nos resultados. 
 
Material Composição dos aços. 
Aços C Si Mn P S Cr Ni Mob 
1045 0,460 0,000 0,750 0,040 0,050 0,000 0,000 0,000 
4340 0,040 0,220 0,700 0,030 0,040 0,800 1,800 0,250 
Tabela 1 – Composição dos aços fornecidos pela tabela Gerdau 
 
 
Após chegar o ponto de austenitização a peça é rapidamente retirada do o 
forno e é colocada rapidamente para que possa ser resfriada. O tempo de 
resfriamento da peça na estrutura fixadora é de aproximadamente de 10 à 15 
minutos. 
Durante este período de resfriamento a velocidade é cada vez menor, 
sendo esta velocidade maior na superfície que esta em contato diretamente com 
a água e menor na extremidade superior onde o contato com a água não é 
possível. 
A extremidade da tempera é resfriada muito rapidamente e é nesta região 
da peça que será possível observar ao microscópio a presença de martensita. 
 
 
 
Figura 3 – Resfriamento de corpo de prova durante ensaio Jominy 
Depois de esfriado faz-se um corte longitudinal no corpo de prova retifica-
se as duas superfícies paralelas e opostas e mede-se sua dureza a distâncias 
variáveis normalmente com intervalos de 1/16" ou 2mm. Em nosso procedimento 
a medição foi realizada em intervalos de 2mm a partir da extremidade que 
recebeu o jato d'água. 
A medição de dureza Rockwell C segue a norma da ABNT NM 146 – 1, 
esta norma forma substituída pela norma NM ISO 6508 -1:2008 para este tipo de 
ensaio de dureza que faz parte neste relatório de processo de visualização dos 
resultados do ensaio Jominy. 
O medição de dureza em Rockwell C é auxiliar no ensaio Jominy ha 
permitir identificar as diferenças das medidas de dureza ao longo do corpo de 
prova desde a superfície de resfriamento, esta medida de dureza HRC, esta 
obtida com o uso do equipamento chamado de Durômetro. 
 
 
Figura 4 – Durômetro para ensaio Rockwell C 
 Este ensaio é caracterizado pela aplicação de uma pré-carga em etapas, 
ou seja, primeiro se aplica uma pré-carga para garantir um contato firme entre o 
penetrador e o material ensaiado, e depois se aplica a carga do ensaio 
propriamente dita. 
Para auxiliar o ensaio jominy o ensaio de dureza utilizado foi o Rockwell c 
que se caracteriza por usar um penetrador de diamante em formato cônico de 
120º. Ambos os ensaios foram feitos nos laboratórios da Universidade do Vale do 
Rio Dos Sinos, seguindo todas as normas de segurança e também de controle 
para que as informações sejam utilizadas de forma correta para este trabalho. 
Depois de levantar as informações sobre os níveis de dureza de diferentes 
pontos já pré-estabelecidos nas peças é possível saber qual dos materiais tem o 
maior nível de temperabilidade utilizando os valores de dureza e do comprimento 
das leituras de medida é possível formar as chamadas curvas de temperabilidade. 
 
 
 
 
Figura 5.1 – Curva Temperabilidade SAE 1045 Figura 5.2 – Curva 
Temperabilidade SAE 4340 
As curvas de Temperabilidade são utilizadas para conhecer a velocidade 
de resfriamento que as amostras apresentaram durante o ensaio Jominy. E neste 
gráfico é possível identificar a dureza e a sua profundidade alcançada na peça. 
Este estudo da temperabilidade é influenciado por alguns fatores que contribuem 
para a apresentação dos resultados como granulação fina da austenita, inclusões 
não dissolvidas. E para este estudo da temperabilidade as composições dos 
materiais também influenciam, porque aços com elementos de liga com exceção 
do Cobalto aumentam a temperabilidade. 
Os elementos que mais aumentam a Temperabilidade são: Níquel, silício, 
manganês ,cromo, molibdênio, vanádio e boro. 
. 
Resultados e Discussão 
Após todos os procedimentos para a realização deste ensaio foi possível 
constatar diferentes níveis de dureza no interior de cada barra. Foi possível 
observar também que os níveis de dureza da barra SAE 4340 são maiores que as 
leituras de dureza encontradas na amostra SAE 1045 como foi possível observar 
nos valores encontrados nas tabelas montadas com as informações obtidas nos 
laboratórios da universidade.Os materiais estados possuem uma grande 
aplicação industrial. 
Aço SAE 1045 
Profundidade em mm HRC 1 HRC 2 Média 
0 58 60 59 
2 39 39 39 
4 35 36 35,5 
6 30 30 30 
8 27 28 27,5 
10 27 26 26,5 
12 26 25 25,5 
14 24 25 24,5 
16 23 25 24 
18 23 23 23 
20 21 25 23 
22 21 20 20,5 
24 20 20 20 
26 19 19 19 
28 20 19 19,5 
40 
Tabela 2 – Resultados da análise de Temperabilidade SAE 1045 
 
Gráfico 1 - Temperabilidade aço SAE 1045. 
 
Aço SAE 4340 
Profundidade em mm HRC 1 HRC 2 Média 
0 59 58 58,5 
2 56 55 55,5 
4 54 54 54 
6 55 55 55 
8 54 54 54 
10 54 53 53,5 
12 
14 50 50 50 
16 
18 45 45 45 
20 
22 41 42 41,5 
24 
26 40 40 40 
28 
40 36 36 36 
60 34 34 34 
80 32 33 32,5 
Tabela de análise de Temperabilidade SAE 4340. 
 
Gráfico 2 - Temperabilidade aço SAE 4340. 
 
A seguir será demonstrado figuras referentes a análise microscópica da 
microestrutura dos materiais SAE 1045 e SAE 4340. 
 Aço SAE 1045 
 
Figura 6 - SAE 1045 - 400X análise em 2mm do ensaio Jominy 
 
Figura 7 - SAE 1045 - 400X análise em 4mm do ensaio Jominy 
 
Figura 8 - SAE 1045 - 400X análise em 6mm do ensaio Jominy 
 
Figura 9 - SAE 1045 - 400X análise em 8mm do ensaio Jominy 
 
Figura 10 - SAE 1045 - 400X análise em 10mm do ensaio Jominy 
 
Figura 11 - SAE 1045 - 400X análise em 12mm do ensaio Jominy 
 
Figura 12 - SAE 1045 - 400X análise em 16mm do ensaio Jominy 
 
Figura 13 - SAE 1045 - 400X análise em 20mm do ensaio Jominy 
 
Figura 14 - SAE 1045 - 400X análise em 30mm do ensaio Jominy 
 
Figura 15 - SAE 1045 - 400X análise em 40mm do ensaio Jominy 
 Aço SAE 4340 
 
Figura 16 - SAE 4340 - 400X análise em 2mm do ensaio Jominy 
 
Figura 17 - SAE 4340 - 400X análise em 4mm do ensaio Jominy 
 
Figura 18 - SAE 4340 - 400X análise em 8mm do ensaio Jominy 
 
Figura 19 - SAE 4340 - 400X análise em 12mm do ensaio Jominy 
 
Figura 20 - SAE 4340 - 400X análise em 16mm do ensaio Jominy 
 
Figura 21 - SAE 4340 - 400X análise em 20mm do ensaio Jominy 
 
Figura 22 - SAE 4340 - 400X análise em 24mm do ensaio Jominy 
 
Figura 23 - SAE 4340 - 400X análise em 28mm do ensaio Jominy 
 
Figura 24 - SAE 4340 - 400X análise em 40mm do ensaio Jominy 
 
Conclusões 
O aço 4340 possui uma maior Temperabilidade do que o aço 1045 por 
apresentar elementos de liga e também maior dureza mesmo possuindo em sua 
composição um teor menor de carbono que o aço 1045. 
Os elementos compõe a composição do aço 4340 atuam como 
estabilizadores e permitem que este material tenha a formação de ferrita e bainita 
sejam retardadas. 
O ensaio Jominy é uma ferramenta muito simples e muito prática para que 
seja possível estudar as transformações e comportamentos dos aços. Por isso 
que este tipo de ensaio é recomendado para que seja definido o material ideal 
para a determinada aplicação. Este equipamento permite a comparação de 
materiais, como os usados neste relatório. 
 
 
Referências Bibliográficas 
 APOSTILA TELECURSO 2000, Ensaios mecânicos, Editora Globo, São 
Paulo, 2000. 
 CATALOGO AÇOS GERDAU, Gerdau Aços Finos Piratini, Gerdau, Porto 
Alegre, 2003. 
 CALLISTER Jr,W.D Ciência e engenharia dos materiais:Uma Introdução 
,5ª edição ,LTC,Rio de Janeiro, 2000. 
 NORMA ABNT- Associação Brasileira de Normas técnicas,Materiais 
metálicos- Ensaio de dureza Rockwell, NBR NM ISO 6508-1:2008