DISCURSIVA TOPICOS DE ENGEHARIA

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Atividade Discursiva
Segundo texto da disciplina Tópicos Complementares de Engenharia Mecânica:
Ao longo dos tempos, conforme estruturas atômicas, moleculares e cristalinas dos materiais foram desvendadas, foi observado que o calor era capaz de modificar essas estruturas e modificar o comportamento mecânico dos materiais. Aplicando o tratamento térmico ao processo de fabricação, obtemos materiais com menor valor agregado e mais segurança de uso, por um tempo maior. “Temperabilidade é um conceito importante e consiste na capacidade de o aço sofrer transformação martensítica (têmpera) após ser resfriado rapidamente num determinado meio a partir do campo austenítico. Depende muito da composição química: enquanto aços com teores de carbono e de outros elementos de liga relativamente baixos só temperam em água, outros um pouco mais ligados temperam ao ar, enquanto alguns muito ligados (ex.: aços-ferramenta) temperam ao ar. Podemos considerar que um metal foi temperado quando apresentar ao menos 50% de martensita no seu núcleo.
O eixo de um automóvel de competição BAJA é feito de aço SAE 4340, em seu projeto original. Uma revisão de projeto prevê redução de peso e de custo para vários componentes. Elabore um pequeno projeto, argumentando se é ou não possível trocar este aço por outro, levando em consideração a redução de custo e dimensional. Utilize todos os tratamentos térmicos que você aprendeu até o momento para este reprojeto.
Sim é possível trocar pelo aço 4140 é um aço para beneficiamento com temperabilidade média, o aço SAE 4140 é um aço Cromo Molibdênio que possui composição química com aproximadamente 0,40% de carbono (ou teor de carbono).O Cromo e o Molibdênio melhoram a resposta do aço ao tratamento térmico (temperado e revenido) e possibilitam maior resistência mecânica, resistência a fadiga, impacto e abrasão. O aço AISI 4140 é uma liga metálica bastante usada em aplicações industriais, principalmente em indústrias de forjamento. A capacidade de encruar e a elevada tenacidade deste tipo de aço estão em função dos elementos de liga adicionados, como o Cr e o Mo. Deste modo, o aço AISI 4140 tornou um dos metais mais importantes para as aplicações onde requer resistência à deformação. Tratamentos térmicos ou termoquímicos são comumente usados para melhorar as propriedades mecânicas desse aço
Aplicações dos aços SAE 4140
Este aço tem como aplicação: Engrenagens, eixos, parafusos ASTM A193 (B7 ou B7M), estojos, porcas ASTM A194 e até como aço ferramenta. Utilizado em rolamentos, cilindros, engrenagens, eixos hidráulicos, eixos furados, anéis, porcas e parafusos, tirantes, etc.
Composição Química
 http://www.materiais.gelsonluz.com/2017/10/aco-sae-4140-propriedades-mecanicas.html
Tratamento térmico
 Os tratamentos térmicos são um conjunto de operações que têm por objetivo modificar as propriedades dos aços e de outros materiais através de um conjunto de operações que incluem o aquecimento e o resfriamento em condições controladas. Desta maneira conseguimos obter uma variada gama de propriedades que permitem que tenhamos materiais mais adequados para cada aplicação, sem que com isto os custos sejam muito aumentados. Como o aço é o material mais comumente utilizado em engenharia todo o enfoque dado aqui residirá sobre este tipo de material, embora os tratamentos térmicos aqui descritos possam ser aplicados a outros tipos 
No geral um tratamento térmico respeita 3 etapas, que são:
          1-    Aquecimento
          2-    Mantenimento da temperatura
          3-    Resfriamento
Com essas informações adquiridas do aço 4140 vamos fazer um tratamento térmico nesse material, seguindo essas etapas:
Recozimento
Normalização
Têmpera
Revenimento
Nitretação
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Recozimento
Recozimento é definido como o aquecimento de ligas metálicas a uma temperatura acima da zona crítica (a temperatura pode variar de 723°C a 910°C, de acordo com o teor de carbono da liga) com a permanência por certo tempo nesta temperatura para completar a homogeneização da microestrutura, seguido por um resfriamento lento, normalmente dentro do forno. O recozimento objetiva reduzir a dureza, aliviando as tensões internas originadas durante os processos de fabricação, como a fundição, a soldagem, as operações de conformação mecânica (forjamento, laminação, etc) a frio ou a quente e, com isso, homogeneizar a microestrutura dos materiais, alterando as suas propriedades mecânicas, como o aumento da ductilidade, tornando os materiais mais deformáveis É possível recozer totalmente este material na temperatura de 872°C  seguindo-se de resfriamento dentro do forno.
Normalização
Define-se normalização como um processo térmico a uma temperatura elevada acima da zona crítica (na faixa de 750°C a 950°C) onde ocorre a transformação da estrutura cristalina para a fase austenítica. A permanência nesta faixa de temperatura, durante certo tempo, garante a homogenização da microestrutura, com um resfriamento gradual subsequente, normalmente exposto ao ar. A normalização consiste em diminuir a granulação grosseira da peça, de modo que os grãos fiquem numa faixa de tamanho considerada normal, e reduzir as tensões residuais induzidas pelas operações de fabricação, como o forjamento, a solidificação, a soldagem e, com isso, assegurar uma uniformização da estrutura do material.
Têmpera
  Para que a têmpera seja realizada, devemos aquecer o material desejado até a temperatura de austenitização dele, deixando por um determinado tempo para que isso se homogeneizar. Desse modo, a estrutura do aço será cúbica de face centrada que contém o menor volume. Após a fonte de calor ser removida, a peça deve ser resfriada rapidamente ou lentamente, dependendo da microestrutura alvo que se quer atingir, e, para isso, existem vários meios em que o material pode ser resfriado. O meio em que conseguiremos um maior resfriamento será a salmoura sendo agitada constantemente.
Revenimento
Revenimento é aplicado nos aços para corrigir a tenacidade e a dureza excessiva, conseguindo aumento da tenacidade dos aços. Revenimento é o reaquecimento das peças temperadas, a temperaturas abaixo da linha inferior de transformação do aço. Dependendo da temperatura resulta em pequena ou grande transformação da estrutura martensítica. Na faixa de 140°C e 20.O Revenimento deve ser executado entre 205 e 649ºC, dependendo da resistência final desejada.
Por exemplo, o Revenimento a 316ºC pode gerar um aço de 225 ksi, enquanto que um revenimento a 538°C pode gerar um aço de 130ksi de resistência mecânica.
Nitretação
A Nitretação é outro processo termoquímico utilizado também em aplicações que requeiram elevadas durezas superficiais e grande resistência ao desgaste. Contudo, ao contrário da cementação, as deformações são mínimas, pois o processo é realizado em baixas temperaturas (350 a 575°C) e não necessita de resfriamento rápido para produzir o endurecimento da camada nitretada.
Tratamento Térmico no eixo do automóvel de competição BAJA.
O aço SAE 4140 pode ser forjado entre 926°C e 1205°C.
Recozimento: deve ser feito na temperatura próxima de 850ºC por no mínimo 1 hora para cada 25 mm. Deixando esfriar lentamente no forno.
Normalização: O tratamento deve ser feito na temperatura próxima de870 – 900ºC por no mínimo 1 hora para cada 25 mm. Resfriar ao ar. Em casos especiais pode se utilizar ar forçado.
Têmpera: Elevar em temperatura entre 820 – 850ºC. Aquecendo por 1 hora para cada 25 mm de espessura. Resfriando em água ou polímero. Para resfriamento em óleo (seções menores do que 10 mm) temperar a partir de 840 – 860ºC.
Resfriar em óleo ou polímero. Resfriando em polímero conduz a menor variação dimensional e maior homogeneidade microestrutural.
Revenimento: Realizar imediatamente após a têmpera quando a temperatura atingir ~ 70ºC. A temperatura de revenimento deve ser selecionada de acordo com a dureza especifica cada no componente. Utilizar a curva de revenimento.Mantendo na temperatura de revenimento por no mínimo 1 hora para cada 25 mm de espessura e utilizar no mínimo por duas horas. Evitar revenir entre 230-370ºC por causa da fragilidade ao revenido.
Nitretação: Este aço pode ser nitretado para elevar a resistência ao desgaste pelo endurecimento superficial. A dureza máxima depende da condição prévia de tratamento térmico. Componentes beneficiados antes da Nitretação terão melhor característica de endurecimento atingindo dureza máxima próxima de 800 HRC. Recomenda-se profundidade de endurecimento entre 0,30 e 0,60 mm.
CONCLUSÃO
Portanto podemos trocar o aço SAE 4340 pelo aço SAE 4140 e fabricarmos o eixo para o automóvel de competição. Observando as propriedades mecânicas do aço SAE 4140 submetido aos diferentes tratamentos térmicos e realizando todas as etapas devidamente teremos um excelente material, pois dentre os aços de mediano teor de liga é o que apresenta melhor dureza. E temos de observar sempre na realização desses tratamentos, a conservação do meio ambiente, evitando a poluição do mesmo.
REFERÊNCIAS 
Aço SAE 4140 Propriedades Mecânicas. Disponível em: <http://www.materiais.gelsonluz.com/2017/10/aco-sae-4140-propriedades-mecanicas.html>Acesso em 27/04/2018
AÇOS. Disponível em:
< http://www.industriahoje.com.br/wp-content/uploads/downloads/2013/04/acos.pdf>Acesso em 27/04/2018
AÇO CONSTRUÇÃO MECÂNICA. Disponível em: <http://www.ggdmetals.com.br/produto/sae-4140/>Acesso em 27/04/2018
CALLISTER JUNIOR.W.D. Fundamentos de ciências e engenharia de materiais; 2 ed. Rio de Janeiro,2006
SILVA, A.L.C; MEI, P.L. Aços e ligas especiais.3 eds. São Paulo; Blucher,2010