PI 3º Semestre - PDF (1)

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SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL 
FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAI - CIMATEC 
 
 
 
Claudio Torres Ferreira 
João Marins Neto 
Lucas Campos Pimentel 
Luis Henrique Pitangueiras 
Moisés Luz Monteiro 
Ronaldo Augusto Brandão 
 
 
 
 
CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL E AVALIAÇÃO DE PROPRIEDADES 
MECÂNICAS DE CORPOS DE PROVA METÁLICOS. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Salvador 
2012 
 
Claudio Torres Ferreira 
João Marins Neto 
Lucas Campos Pimentel 
Luis Henrique Pitangueiras 
Moisés Luz Monteiro 
Ronaldo Augusto Brandão 
 
 
 
 
 
CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL E AVALIAÇÃO DE PROPRIEDADES 
MECÂNICAS DE CORPOS DE PROVA METÁLICOS. 
 
 
 
 
Relatório técnico do Projeto Integrador 
apresentado à Faculdade de Tecnologia SENAI 
CIMATEC, como exigência de conclusão do 
Modulo Básico III do Curso Superior de Tecnologia 
em Inspeção de Equipamentos e de soldagem. 
 
 
 
 
 
 
 
Salvador 
2012 
 
LISTA DE TABELAS 
 
Tabela 1 – Composição química dos flanges .................................................................. 34 
Tabela 2 – Valores encontrados nos corpos de prova na escala HRC....................... 42 
Tabela 3 – Composição Química do Aço 1536. .............................................................. 44 
Tabela 4 – Propriedades mecânicas do ASTM 1536. .................................................... 50 
Tabela 5 – Limite de resistência à tração das peças. .................................................... 51 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
Figura 1 - Operações de vazamento e de remoção das lingoteiras do lingotamento 
convencional. ............................................................................................................................ 13 
Figura 2 - Máquina de lingotamento contínuo e aspecto geral do corte de placas e dos 
produtos produzidos. ................................................................................................................ 13 
Figura 3 – Diagrama de fases do Aço com 2,5% de Manganês ............................................. 19 
Figura 4 – Representação esquemática dos processos de conformação mecânica ............. 20 
Figura 5 – Operação de esmagamento, deslocamento do material deformado na direção de 
alargamento .............................................................................................................................. 23 
Figura 6 – Tarugo de metal adquirindo a forma da gravura das matrizes .............................. 24 
Figura 7 – Canal ou calha de rebarba...................................................................................... 24 
Figura 8 – Direção de fibramento revelada pelo macroataque. .............................................. 26 
Figura 9 – Macrografia da peça A ............................................................................................ 35 
Figura 10 – Macrografia da peça B .......................................................................................... 36 
Figura 11 – Macrografia da peça C.......................................................................................... 36 
Figura 12 – Macrografia da peça D.......................................................................................... 37 
Figura 13 – Macrografia da peça F .......................................................................................... 37 
Figura 14 – Corpos de prova extraídos da peça ..................................................................... 38 
Figura 15 – Micrografia da peça A. .......................................................................................... 39 
Figura 16 – Micrografia da peça F ........................................................................................... 39 
Figura 17 – Micrografia da peça B ........................................................................................... 40 
Figura 18 – Micrografia da peça E ........................................................................................... 40 
Figura 19 – Micrografia da peça C ........................................................................................... 41 
Figura 20 – Micrografia da peça D ........................................................................................... 41 
Figura 21 – Micrografia de um mesmo material provindo do (a) lingotamento contínuo, (b) 
lingotamento contínuo com agitação de baixa frequência e (c) de alta frequência ................ 45 
Figura 22 – Micrografia de um aço doce laminado.................................................................. 46 
Figura 23 – Direções de fibramento de um material laminado e posteriormente forjado ....... 46 
Figura 24 – Macrografia com presença de estruturas dendriticas e pequena alteração 
promovida pela conformação a quente .................................................................................... 47 
Figura 25 – Micrografias do corpo de prova 2 da peça C. 100X ............................................. 48 
Figura 26 – Micrografias de (a) um aço carbono com 0,5% de Carbono, (b) da Peça B com 
aproximação de 100X e (c) de um aço com cerca de 0,3% de carbono ................................ 49 
Figura 27 – Micrografia da Peça A na posição 2 com aproximação de 1000X. ..................... 49 
 
 
LISTA DE ABREVIATURAS E SIMBOLOGIAS 
 
ASM - American Society of Materials 
ASTM - American Society for Testing and Materials 
SAE - Society of Automobile Engineers 
MEMS - Mold electromagnetic stirrer 
SEMS - Strand electromagnetic stirrer 
FEMS - Final electromagnetic stirrer 
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas 
NBR - Norma Brasileira 
HR - Hardness Rockwell 
HB – Hardness Brinell 
HV – Hardness Vickers 
HK – Hardness Knoop 
kgf - Quilograma-força 
 
 
 
 
 
 
 
Resumo: O presente trabalho tem como objetivo caracterizar a microestrutura e 
analisar as propriedades mecânicas de flanges forjados, os materiais destes são 
provindos de três vias de fabricação distintas: Lingotamento Contínuo, Lingotamento 
Contínuo com Agitação Eletromagnética e Laminação. Para caracterizar a 
microestrutura foi realizado exame Metalográfico e para analisar as propriedades 
mecânicas do material foi efetuado o ensaio de Dureza Rockwell. Após obtenção 
desse resultado foram utilizadas tabelas de conversão de valores de dureza. Esses 
dados foram convertidos com intuito de encontrar o limite de resistência à tração do 
material. 
Palavras-chave; Siderurgia, Forjamento, Metalografia, Dureza Rockwell. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1. Introdução .............................................................................................................................9 
1.1 Justificativa .....................................................................................................................9 
1.2 Problema .........................................................................................................................9 
1.3 Objetivo ........................................................................................................................ 10 
2. Revisão Bibliográfica........................................................................................................ 11 
2.1 Processos de Fabricação .......................................................................................... 11 
2.2 Fabricação do aço ......................................................................................................11 
2.3 Análise Química .......................................................................................................... 16 
2.4 Diagrama de fases ..................................................................................................... 18 
2.5 Conformação Mecânica............................................................................................. 20 
2.6 Usinagem ..................................................................................................................... 26 
2.7 Exame metalográfico ................................................................................................. 28 
2.8 Ensaios Mecânicos .................................................................................................... 30 
3. Procedimentos Experimentais ........................................................................................ 34 
3.1 Análise Química .......................................................................................................... 34 
3.2 Macrografia .................................................................................................................. 35 
3.3 Micrografia ................................................................................................................... 38 
3.4 Ensaio de Dureza ....................................................................................................... 42 
4. Análise dos Resultados ................................................................................................... 44 
5. Conclusões ........................................................................................................................ 52 
6. Referências Bibliográficas............................................................................................... 53 
7. Anexos................................................................................................................................ 56 
 
9 
 
1. Introdução 
 
1.1 Justificativa 
Na indústria metal-mecânica o desenvolvimento de métodos de fabricação 
para os seus produtos, tem como objetivo a obtenção de características desejadas 
com um menor custo de produção. 
 Neste trabalho serão realizadas a caracterização da microestrutura e a 
avaliação das propriedades mecânicas de flanges forjados. Esses flanges são 
produzidos por três vias de fabricação distintas: Lingotamento Continuo, 
Lingotamento Continuo com Agitação Eletromagnética e Laminação. 
Essas vias de fabricação produzem características diferentes nas 
microestruturas que afetam as suas propriedades mecânicas, além de ter custos de 
produção diferentes. 
Para caracterização da microestrutura serão realizados exames 
Metalográficos (Macrografia e Micrografia). A avaliação das propriedades mecânicas 
será realizada com dados obtidos através do ensaio de Dureza Rockwell, esses 
dados serão convertidos através de tabelas normatizadas. 
Ao conhecer as propriedades mecânicas dos flanges provindos de diferentes 
processos de fabricação será possível determinar a melhor aplicação para estes, 
observando além das suas propriedades mecânicas o seu custo de produção. 
 
1.2 Problema 
Correlacionar os resultados obtidos nas pesquisas e nos procedimentos 
experimentais com os diferentes processos de fabricação (Lingotamento Contínuo, 
Lingotamento Contínuo com Agitação Eletromagnético e Laminação) utilizados nos 
flanges. 
 
 
10 
 
 
1.3 Objetivo 
Geral: Caracterizar a microestrutura e as propriedades mecânicas dos materiais dos 
flanges. 
Específico: Identificar o processo de fabricação de cada flange, buscando uma 
compatibilidade entre as características fornecidas pelas diferentes vias de 
fabricação e os resultados dos procedimentos experimentais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
11 
 
 
2. Revisão Bibliográfica 
 
2.1 Processos de Fabricação 
Os processos de fabricação são realizados quando o material, normalmente, 
sem forma ou de geometria simples é transformado em um componente útil, tal 
produto apresenta-se na maioria das vezes, geometria complexa com: forma, 
tamanho, precisão, tolerâncias, aparência e propriedades bem definidas (Altan, 
1999). 
Os processos de fabricação e montagem de componentes metálicos podem 
ser classificados em cinco grupos: 
 Processos para formas primárias em metais que inclui a fundição, 
Lingotamento Contínuo, Coquilhamento e Metalurgia do Pó; 
 Processos de conformação dos metais como a Laminação, Extrusão, 
Forjamento a Frio e a Quente, Dobramento e Repuxo; 
 Processos de Usinagem dos metais como o corte em serra, Fresamento, 
Brochamento e Torneamento; 
 Processos de tratamento dos metais como tratamento térmico, Anodização e 
Endurecimento superficial; 
 Processos de união incluindo a união física, por exemplo : a Soldagem, e a 
união mecânica, como o Rebitamento (Altan, 1999). 
 
2.2 Fabricação do aço 
A transformação do ferro gusa em aço, onde o carbono e as impurezas 
normais (Si, Mg, P e S, principalmente as duas primeiras) se encontram em teores 
elevados, ambos possuem processos de oxidação com objetivo de obter valores 
desejados destes elementos, utilizando “agentes oxidantes”, os quais podem ser de 
natureza gasosa (processo pneumático), como: ar e oxigênio, ou de natureza sólida. 
Processo Siemens-Martin, elétrico e duplex, como: minérios na forma de óxidos 
(Chiaverini, 1986). 
12 
 
 
O principal processo mundial de fabricação do aço é através dos fornos 
conversores a oxigênio LD (Linz-Donawitz), devido às suas características de alta 
produtividade, custos adequados, grande flexibilidade metalúrgica, podendo fabricar 
a maior parte dos tipos de aços, principalmente aço estrutural, caldeira, alto-
carbono, arame, mola baixa-liga para revenido, alta resistência e baixa-liga (Mourão, 
2007). 
Para se obter melhor qualidade das propriedades do aço utilizam-se os fornos 
elétricos a arco (FEA), que é outro processo bastante utilizado na fabricação do aço, 
tendo como matéria predominante a sucata. Alguns aspectos importantes deste 
forno são: 
 Reciclagem de sucata; 
 Emissão de CO2 é quatro vezes menor; 
 Utilização de DRI (ferro diretamente reduzido) e outros substitutos de 
sucata; 
 Dependendo do preço da energia elétrica, a produção do aço se torna 
mais barato (Mourão, 2007). 
De acordo com Mourão (2007), o aço é uma liga composta de geralmente de 
0,002% à 2,0% do peso em carbono, além de outros elementos de liga com 
percentuais variados. Vale ressaltar que outros elementos químicos são encontrados 
na composição do aço, mas, apenas em quantidades residuais. 
O refino é a eliminação de impurezas, no caso dos aços, o oxigênio, o 
enxofre, o nitrogênio, o hidrogênio e o fósforo, podem ser na maioria das vezes 
prejudiciais para as propriedades mecânicas do aço, mas, em alguns casos 
desejados, como exemplo: 
 Diminuição da plasticidade; 
 Diminuição da tenacidade; 
 Formação de trincas; 
 Formação de defeitos superficiais; 
 Melhor usinabilidade; 
 Maior dureza. 
13 
 
 
No caso do hidrogênio, quando encontrado dentro de um metal, pode causar 
abertura de trinca (Mourão, 2007). 
 
2.2.1 Lingotamento Contínuo 
É o último estágio em aciaria onde se trabalha com o metal ainda em estado 
líquido. Seu objetivo é solidificar o aço em forma desejável, para ser utilizado nas 
etapas seguintes da cadeia produtiva (Mourão, 2007). 
O lingotamento consiste na solidificação do aço com o objetivo de produzir lingotes 
para os processos de conformação mecânica. Existem duas variantes: 
 Lingotamento Convencional – Processo em que o aço líquidoé solidificado 
em lingoteiras estáticas; 
 
Figura 1 - Operações de vazamento e de remoção das lingoteiras do lingotamento convencional 
(Fonte; Moreira, 2008). 
 
 Lingotamento Contínuo – Processo em que o metal líquido é solidificado em 
lingoteiras refrigeradas de maneira a produzir placas ou tarugos contínuos 
(Moreira, 2008). 
 
Figura 2 - Máquina de Lingotamento Cont ínuo e aspecto geral do corte de placas e dos produtos 
produzidos (Fonte: Moreira, 2008). 
14 
 
 
Segundo Mourão (2007), alguns produtos (tarugos, blocos) ao serem cortados 
na máquina de corte podem ser enviados para a linha de laminação. A amostra da 
seção transversal do produto é colhida para que seja verificada a sua qualidade 
interna através de um método denominado ensaio de Baumann1. Este ensaio 
permite encontrar defeitos no interior dos produtos lingotados, via Lingotamento 
Contínuo, obtendo o resultado da classificação dos defeitos (trincas internas de 
canto, trincas horizontais, trincas centrais, segregação central, porosidade, poros 
subsuperficiais e etc.), a equipe pode manipular os parâmetros de produção a fim de 
corrigir o processo de fabricação. Caso os defeitos sejam graves, estes produtos 
serão aproveitados para aplicações de menores exigências. 
 
2.2.2 Lingotamento Contínuo com Agitação Eletromagnética 
A agitação eletromagnética em um metal líquido durante o processo de 
lingotamento contínuo aumenta à proporção de grãos equiaxiais no centro do lingote 
evita a formação de rechupes e segregações que se formam quando a estrutura de 
solidificação é colunar (Toledo, 1995). 
Devido à agitação eletromagnética o líquido se movimentará, quebrando as 
pontas das dendritas2 na frente de solidificação, interrompendo o crescimento da 
zona colunar (Tancredo). 
Araújo (2005) descreve que o objetivo da agitação eletromagnética é elevar a 
qualidade: melhoria da estrutura interna, da limpeza do aço, da superfície, da 
uniformidade da composição e das propriedades mecânicas. Sua aplicação pode 
ser: 
 
_____________ 
1
 O método de Baumann é uma imagem impressa em papel fotográfico através de uma reação 
química, que registra no papel as descontinuidades e defeitos (Mourão, 2007). 
2
 Dendritas – As baixas taxas de resfriamento produzem a formação de dendritas e altas taxas de 
resfriamento provocam a formação de um grande número de centro de solidificação, originando 
dendritas de pequenas dimensões (Colpaert, 1974). 
15 
 
 
 No molde (MEMS), melhorando a qualidade da superfície e da parte central. 
A escória superficial, os “furos de alfinetes” e as bolhas que se formam, 
especialmente, quando se permite o contato do aço líquido com a atmosfera 
estes serão reduzidos com a agitação no veio. Com o uso da movimentação 
magnética no molde, a multiplicação dos cristais em processo de solidificação 
reduz a segregação e a porosidade central; 
 A agitação no veio, durante o resfriamento secundário (SEMS) é uma boa 
alternativa, especialmente para blocos. A agitação magnética aumenta o 
número de cristais equiaxiais e propicia uma estrutura densa e com menos 
segregação central; 
 Para evitar a formação “pontes” entre cristais sedimentados e dendritas 
alongadas que possibilitam a formação de cavidades e aumenta a 
segregação central, um agitador final (FEMS), deve ser usado em 
combinação com um dos anteriores. A agitação final impedirá a formação de 
pontes e melhorará a alimentação de aço líquido, compensando a contração 
de solidificação, sendo especialmente importante ao vazar aços de alto teor 
de carbono ou alta liga, para reduzir a formação de cementita e martensita. 
 
2.2.3 Laminação 
Na laminação, o metal oriundo do processo de lingotamento é forçado a 
passar entre cilindros. Desta forma, tendo o corpo da peça inicial uma dimensão 
maior que à distância entre as superfícies laterais dos cilindros, ele sofre uma 
deformação plástica na passagem, resultando na redução de sua secção transversal 
e no aumento de seu comprimento e largura. 
O processo de laminação pode ser conduzido a frio ou a quente, dependendo 
das dimensões e da estrutura do material da peça especificada, para o inicio e final 
do processo (Mourão, 2007). 
 
16 
 
 
2.2.4 Trabalho a quente 
A temperatura de trabalho se situa acima da temperatura de recristalização do 
metal da peça, afim de reduzir a resistência à deformação plástica em cada 
passagem e permitir a recuperação da estrutura do metal, evitando o encruamento 
para os passes subsequentes. Geralmente é utilizada quando necessária grande 
redução de seções transversais (Mourão, 2007). 
 
2.2.5 Trabalho a frio 
A peça trabalhada a frio provém da laminação a quente. Como a peça está 
com sua temperatura abaixo da temperatura de recristalização, o material possui 
maior resistência à deformação, gerando encruamento na peça, limitando assim, 
sucessivas reduções de seções. Um tratamento térmico de recozimento é utilizado 
entre uma e outra sequência de passes para aliviar as tensões e devolver as 
propriedades anteriores. 
A laminação a frio é aplicada, portanto, em trabalhos finais, quando se deseja 
acabamento superficial superior e de estrutura do metal encruada, com ou sem 
recozimento final (Mourão, 2007). 
 
2.3 Análise Química 
 As propriedades mecânicas dos metais dependem da composição química, 
variando a esta alteram-se as propriedades mecânicas, portanto a análise química 
tem extrema importância para os metais. Um determinado aço deve ter sua 
composição química compatível com sua utilização, ou seja, devemos ter posse de 
algumas informações antes de escolher o aço adequado para uma determinada 
peça, nas quais são: Qual a função deste objeto; Quais esforços mecânicos esta 
peça será submetida; Qual ambiente ela trabalhará. Detendo essas informações, 
devemos escolher o aço adequado para tal utilização, sendo o primeiro passo para 
obtê-lo, selecionar a composição química (Souza, 1989). 
17 
 
 
Tratando-se de metais, no qual é o nosso foco, a análise química é dividida 
em: análise qualitativa e quantitativa. A primeira trata-se de identificar os elementos 
de um determinado material, ou seja, a sua composição química, a segunda tem 
como finalidade quantificar estes elementos químicos. Em casos onde o objetivo é 
determinar porcentagem desses elementos, a análise qualitativa precede à 
quantitativa, a exemplo do nosso projeto (Vogel, 1981). 
Dentre as principais técnicas de análise química, as principais são: 
espectrometria de emissão atômica, espectrometria de emissão ótica, a 
espectrometria de fluorescência de raios x e a combustão, porém daremos ênfase à 
espectrometria de emissão ótica, a qual foi utilizada neste projeto. Segundo Soares 
et al (1988), “os métodos espectroscópicos de análise baseiam-se, principalmente, 
na absorção da energia da radiação eletromagnética”, particularmente no caso da 
espectrometria de emissão ótica, baseia-se no envio de radiação características 
destes elementos em contato com fontes termais ou elétricas. 
Em relação ao aço em estudo, composto basicamente por carbono e os 
quatro elementos residuais, manganês, silício, fósforo e enxofre. Como foi dito, estes 
elementos químicos influenciam nas propriedades mecânicas do aço, descrito em 
seguida: 
Carbono: ele é o elemento que mais influência nas propriedades mecânicas 
de aços de baixa, média e alta resistência é também o principal elemento de 
endurecimento. Quanto maior seu teor, mais dureza e resistência mecânica ele terá, 
por outro lado será menor a ductilidade e a soldabilidade (Souza, 1989). 
Manganês: sua principal função é combinar-se com o enxofre, formandoo 
sulfeto de manganês (MnS), impedindo a formação do sulfeto de ferro (FeS), o qual 
fragiliza o aço, teores em torno de 0,5% Mn já são suficientes para esta finalidade. 
Por não contribuir com a fragilização do aço, este pode ser trabalhado a quente sem 
problemas. Em porcentagens maiores, o manganês que não se formou com o 
enxofre serve para aumentar a resistência mecânica do aço e em teores entre 1% e 
1,35%, o manganês confere boas propriedades ao impacto (Souza, 1989). 
Silício: em altos teores, provoca a grafitização do aço, o qual é prejudicial, 
porém em teores menores, é um excelente desoxidante (Souza, 1989). 
18 
 
 
Fósforo: não é considerado elemento de liga, porém é sempre encontrado nos 
aços como elemento residual. É um estabilizador da ferrita, endurecendo-a 
consideravelmente, com isso, fragiliza muito o material, porém em teores baixos, 
cerca de até 0,04%, pode ser admitido. A fragilização causada por ele é o motivo de 
deixá-lo em teores residuais nos aços, pois em teores maiores causa a fragilização 
devido à excessiva formação de fosfeto de ferro. Quando há a necessidade do aço 
com maior usinabilidade, admiti-se teor mais alto (Souza, 1989). 
Enxofre: é considero um elemento prejudicial para as propriedades mecânicas 
do aço, devido à formação de sulfeto de ferro que ele causa, dando baixa resistência 
ao impacto, baixa ductilidade e baixa resistência à fadiga, pode ser evitado com 
teores consideráveis de manganês, formando o sulfeto de manganês, como foi dito, 
evita a formação do sulfeto de ferro e prejudica a qualidade superficial do aço, 
devido a alta segregação que possui (Souza, 1989). 
O ligamento destes elementos químicos, nas porcentagens encontradas, 
confere ao aço uma boa resistência mecânica, uma considerável resistência ao 
impacto, porém não tão boa soldabilidade e usinabilidade. Com isso, este aço é 
largamente empregado na construção civil, mecânica, indústria de móveis, 
autopeças, tubos e outros segmentos (Apostila Belgo Grupo Arcelor). 
 
2.4 Diagrama de fases 
Diagramas de fases são mapas que permitem antecipar a microestrutura de 
um material em função da composição e temperatura de cada componente. Na liga 
mais semelhante encontrada ao nosso aço em estudo, encontramos as seguintes 
fases: 
19 
 
 
 
Figura 3 – Diagrama de fases do Aço com 2,5% de Manganês (Fonte: ASM Handbook - Alloy Phase 
Diagrams, 1992). 
 
Com aplicação da regra da alavanca inversa sabemos a quantidade de cada 
fase em relação à temperatura, as quais são: 
 Ponto A; A uma temperatura de 800ºC encontramos 100% de austenita. 
 Ponto B; 720ºC: = 1,6 – 0,321 / 1,6 – 0,008 = 80,34% 
 = 0,321 – 0,008 / 1,6 – 0,008 = 19,66% 
 Ponto C; Fase de transformação de Ferrita+M3C para Ferrita+Austenita, 
contendo Ferrita+Austenita+M3C. 
 Ponto D; 600ºC: = 1,6 – 0,321 / 1,6 – 0,02 = 80,95% 
 M3C = 0,321 – 0,02 / 1,6 – 0,02 = 19,05% 
 Ponto E; 410ºC: = 1,6 – 0,321 / 1,6 – 0,0201 = 80,95% 
 M3C = 0,321 – 0,0201 / 1,6 – 0,0201 = 19,05% 
 Das fases encontradas, temos: 
 Austenita ( ); Sua estabilidade se dar acima de 7270 C, onde consta de uma 
solução sólida de carbono no ferro gama e apresenta uma estrutura de grãos 
poligonais e regulares (Batista, 2001). 
 Ferrita ( ); É ferro no estado alotrópico alfa, contendo em solução traço de 
carbono; Apresenta a mesma estrutura da austenita (Batista, 2001). 
20 
 
 
 M3C; É um carboneto formado na solidificação, rico em ferro, onde parte do 
Fe foi substituído por manganês, cromo ou outros elementos e possui 
estrutura cristalina ortorrômbica como a da cementita (Fe3C) (Paula, 2006). 
 
2.5 Conformação Mecânica 
O processo de conformação mecânica se caracteriza em função dos tipos de 
esforços aplicados, entre eles estão: 
 Compressão direta (laminação, forjamento) 
 Compressão indireta (trefilação de fios, extrusão e estampagem profunda) 
 Tração (tracionamento de chapas) 
 Dobramento (aplicação de momentos de dobramento na chapa) 
 Cisalhamento (aplicação de esforços cisalhantes que levam a ruptura do 
material) (Chiaverini, 1986). 
 
Figura 4 – Representação esquemática dos processos de conformação mecânica (Fonte: Chiaverini, 
1986). 
 
Esses processos classificam-se geralmente em função da temperatura 
conhecida por temperatura de recristalização na qual é trabalhada. Uma 
consequência disso pode ser percebida através da variação comportamental dos 
materiais nas diversas temperaturas (Altan, 1983).
21 
 
 
O principal objetivo do trabalho mecânico é conformar peças, entretanto , não 
podemos deixar de lado a sua importante função de romper e refinar a estrutura 
dendrítica presente nos metais e ligas fundidas, contribuindo desta forma para uma 
melhora significativa das propriedades mecânicas do material (Chiaverini , 1986). 
A conformação torna-se uma boa opção quando se trabalha com 
componentes de geometria relativamente complexa e volume de produção grande, 
de maneira que, o custo do ferramental por unidade possa ser mantido baixo (Altan, 
1983). 
O processo de conformação mecânica dos metais caracteriza-se pela 
transformação de um componente, geralmente de geometria simples em um 
complexo por meio da exploração da região de deformação plástica com o intuito de 
obter-se uma configuração final desejada. Ele se baseia no processo em que 
ferramentas guardam a geometria desejada e aplicam pressão ao material em 
deformação através da interface ferramenta-material. Em determinados pesos, os 
componentes produzidos por conformação exibem melhores propriedades 
mecânicas, metalúrgicas e confiabilidade do que aqueles produzidos por fundição ou 
usinagem (Altan, 1983). 
 Segundo Altan (1983), para uma dada operação de conformação (pré- 
conformação ou conformação final), 
 
“O projeto essencialmente consiste em: estabelecer 
as relações cinemáticas (forma, velocidades, taxas de 
deformações, deformações) entre a parte deformada 
e a parte indeformada, isto é, prever o fluxo de metal; 
estabelecer o limite de conformabilidade, ou seja, 
determinar se é ou não possível a conformação sem 
rupturas internas ou na superfície do metal; e prever 
as forças e tensões necessárias para efetuar a 
operação de conformação a fim de que o ferramental 
e equipamento possam ser projetados ou 
selecionados” (Altan, 1983, p.5-6). 
 
 
 
22 
 
 
2.5.1 Forjamento 
“O forjamento é a transformação de metais em uma forma útil por prensagem 
ou martelamento” (Dieter, 1986). 
 O processo consiste na deformação de um billet, moldando-o através da 
utilização de ferramentas ou matrizes. A concepção e o controle do processo 
dependem do entendimento das características dos materiais envolvidos neste, os 
quais vão desde as condições entre a interface (ferramenta/peça), mecanismos de 
deformação plástica (fluxo do material) até o equipamento utilizado e os requisitos 
do produto acabado. Estes fatores influenciam na seleção da geometria da peça 
bem como nas condições do projeto como, por exemplo: a lubrificação e a 
temperatura das matrizes (Semiatin, 1996). 
A conformação mecânica no processo de forjamento pode ser realizada pelo 
martelamento ou prensagem. No primeiro golpes rápidos e sucessivos são aplicados 
no material a ser conformado, produzindo deformações principalmente nas camadas 
superficiais, já no segundo o material fica sujeito à ação da força de compressão a 
baixa velocidade, produzindo alterações mais profundas e a deformação resultante 
torna-se mais regular se comparada ao martelamento (Chiaverini, 1986). 
 
2.5.2 Forjamento em Matriz AbertaForjamento em matriz aberta ou forjamento livre, de acordo com Schaeffer 
(2001): 
“É caracterizado pelo fato de o material ser comprimido entre 
a matriz superior e a matriz inferior movimentando-se 
livremente nas direções de alargamento e alongamento. O 
material a ser forjado é segurado por um manipulador cujo 
movimento é combinado com o movimento da prensa” 
(Schaeffer, 2001, p.159). 
 
Freqüentemente, o forjamento livre é uma operação que visa preparar a forma 
da peça para um forjamento em matriz fechada ou laminação. São utilizadas 
matrizes planas ou de formas simples, sendo a mais aplicada em peças grandes e 
quando não for necessária a fabricação em larga escala (Schaeffer, 2001). 
23 
 
 
 
Figura 5 – Operação de esmagamento, deslocamento do material deformado na direção de 
alargamento (Fonte: Chiaverini, 1986). 
 
2.5.3 Forjamento em Matriz Fechada 
 No forjamento em matriz fechada ou simplesmente forjamento em matriz, 
duas ou mais matrizes são movimentadas para conformar um tarugo de metal a uma 
temperatura adequada (a quente, a morno ou a frio), com o objetivo de dar a forma 
da gravura na matriz à peça, ver figura 2. De acordo com Altan (1999) na matriz 
fechada o material a ser conformado deve atender dois requisitos básicos: 
 “a resistência do material (ou tensão de escoamento) deve ser baixa para que 
a pressão na matriz possa ser mantida abaixo da resistência do material 
empregado na mesma”. 
 “a capacidade de o material deformar sem romper (forjabilidade) deve ser 
suficiente para permitir a quantidade desejada de deformação.” (Altan, 1999).
24 
 
 
 
Figura 6 – Tarugo de metal adquirindo a forma da gravura das matrizes (Fonte: Chiaverini, 1986). 
 
É necessária uma quantidade exata de material para preencher as gravuras 
das matrizes superior e inferior, porém, o cálculo da quantidade exata deste é muito 
complexo, então, emprega-se no processo uma quantidade um pouco maior de 
material para proporcionar uma boa margem de segurança no momento que este for 
ser confeccionado na matriz. Na periferia da gravura, um canal (calha) onde será 
depositado este em excesso e consequentemente deformado, receberá a 
denominação de rebarba (Dieter, 1986). 
 
Figura 7 – Canal ou calha de rebarba (Fonte: Dieter, 1986). 
25 
 
 
2.5.4 Forjamento a quente 
 Forjamento a quente é realizado com o material aquecido acima da 
temperatura de recristalização e abaixo da temperatura de fusão ou o excesso de 
oxidação. Trabalhado a quente o material sofre, facilmente, grandes deformações 
sem o surgimento de trincas, e são eliminadas as heterogeneidades provenientes 
dos lingotes fundidos, também são exterminadas bolhas de gás, porosidades e a 
estrutura dos grãos colunares são quebradas e recristalizadas, produzindo grãos 
equiaxiais. Por produzir essas modificações o trabalho a quente promove o aumento 
da ductilidade e da tenacidade no material se for comparado com o seu estado pós-
fundido (Dieter, 1986). 
 O material trabalhado a quente em contato com o ar sofre oxidação na sua 
superfície, acabando por perder uma quantidade considerável de material. Outro 
fator que deve ser levado em conta na fabricação das matrizes empregadas nesse 
processo é a dilatação que o metal aquecido sofre esses dois fatores comprometem 
o acabamento superficial de peças produzidas a quente (Dieter, 1986). 
 
2.5.5 Matrizes para Forjamento 
 A fabricação das matrizes para o forjamento é parte importante do processo, 
pois a sua viabilidade econômica está relacionada à vida útil da ferramenta (matriz) 
e do custo por peça produzida. Sendo assim, a fabricação das matrizes deve ser 
realizada por métodos modernos, a partir de uma seleção criteriosa dos materiais 
apropriados, visando fornecer uma vida útil aceitável a um custo razoável. De acordo 
com a aplicação da matriz, o material selecionado para sua fabricação depende de 
três variáveis: 
 Variáveis relacionadas ao processo – tamanho da cavidade da matriz, tipo de 
máquina usada e a velocidade de deformação, tamanho inicial do tarugo e 
sua temperatura, temperatura da matriz, lubrificação, razão de produção e 
numero de peças a ser produzido. 
 Variáveis relacionadas ao tipo de carga na matriz – martelamento ou 
prensagem, tempo de contato entre a matriz e o metal que está sendo 
26 
 
 
deformado, temperatura máxima e mínima na matriz e números de ciclos ao 
qual esta última é submetida. 
 Propriedades mecânicas do material da matriz – endurecimento, resistências: 
ao impacto, ao amolecimento térmico, a fadiga térmica e mecânica (Altan, 
1999). 
 
2.5.6 Direção de Fibramento 
 No forjamento o material é submetido a grande deformação plástica durante o 
processo, a direção do fluxo do material e a taxa de deformação são parâmetros que 
estão diretamente ligados. Durante o forjamento a peça é submetida a uma 
modificação estrutural parcial que dar origem a uma direção final da microestrutura, 
este fenômeno, também é conhecido como direção de fibramento (Milesi, 2010). 
 A figura 8 apresenta uma estrutura fibrosa de uma amostra. Uma 
consequência importante deste fibramento está relacionada às propriedades 
mecânicas, estas podem variar com a orientação do corpo de prova em relação às 
fibras. Já a ductilidade, tenacidade e as propriedades relacionadas à fadiga são 
menores na direção transversal (normal à fibra) do que na direção longitudinal 
(Dieter, 1986). 
 
Figura 8 – direção de fibramento revelada pelo macroataque (Fonte: Chastel, 2006). 
 
 
2.6 Usinagem 
 De forma geral, existem duas classes de manufaturamento de peças. Os 
processos de deformação (conformação mecânica) que produzem as formas nas 
27 
 
 
peças através da deformação plástica, onde o material sofre alteração da sua forma 
sem perder o seu volume de forma significativa. Os processos de usinagem dão 
forma às peças através da remoção de material em áreas selecionadas utilizando 
processos específicos. A maioria destes processos de usinagem é realizada através 
da aplicação da tensão localizada em uma determinada região da peça, utilizando o 
movimento relativo entre a ferramenta e o material (Dieter, 1986). 
 A usinagem é uma operação de processamento secundária, geralmente, 
sendo realizada após o forjamento, laminação ou fundição. E, de acordo com Dieter 
a usinagem “é empregada geralmente para produzir formas com baixa tolerância 
dimensional, bom acabamento superficial e, frequentemente, geometrias 
complexas.” (Dieter, 1986). 
 
2.6.1 Torneamento 
 Neste processo a peça fixada no torno mecânico gira sobre o eixo principal e 
a ferramenta, que deve ter uma dureza superior ao do material trabalhado, se 
movimenta, descrevendo a trajetória necessária para dar a forma desejada a peça. 
Para realizar o processo são necessários três tipos de movimentos relativos entre a 
peça e a ferramenta: 
 Movimento de corte – movimento que permite a retirada do material e é 
realizado pela rotação da peça; 
 Movimento de avanço – realizado pelo deslocamento da ferramenta sobre a 
superfície da peça; 
 Movimento de penetração – a ferramenta é empurrada em direção ao centro 
da peça produzindo a profundidade necessária para a fabricação da peça 
(Chiaverini,1986)(Rosa). 
28 
 
 
2.6.2 Retificação 
 De acordo com Vieira et al (2000) apud Bianchi; 
“o processo de retificação tem entre os seus objetivos 
melhorar o acabamento superficial e garantir a 
integridade superficial dos componentes usinados, 
sejam eles tratados termicamente ou não. Entretanto, 
excessivas temperaturas geradas durante o processo 
de retificação podem causar danos térmicos aoscomponentes.” (Bianchi, 2000, pag. 1) 
 Devidamente limpa a peça é fixada na mesa, sendo assim iniciado o processo 
com o movimento relativo entre a mesa e a esmeratriz, o atrito gerado no contato 
remove material da peça, em quantidades muito pequenas, até chegar ao 
acabamento desejado (Freire, 1978). 
 
2.7 Exame metalográfico 
O exame metalográfico encara o metal sob o ponto de vista de sua estrutura, 
procurando relacioná-lo às propriedades físicas, composição, processo de 
fabricação e outros, de modo a poder esclarecer, ou prever seu comportamento 
numa determinada aplicação. O exame pode ser feito à vista desarmada 
(macrografia) ou com o auxílio de um microscópio (micrografia) (Colpaert, 1974). 
Estes exames são feitos em secções do material, polidas e atacadas com 
reativos adequados (Colpaert, 1974). 
Pela macrografia obtêm-se informes de caráter geral, um aspecto de conjunto 
sobre homogeneidade do material da peça, a distribuição, natureza e quantidade de 
certas impurezas, processos de fabricação e outros (Colpaert, 1974). 
Pela micrografia observar-se a granulação do material, a natureza, 
quantidade, distribuição e forma de diversos constituintes, certas inclusões e etc., 
que em seu conjunto conduzem a uma série de conclusões interessantes e de 
utilidade prática (Colpaert, 1974). 
29 
 
 
2.7.1 Macrografia 
A macrografia consiste no exame do aspecto de uma peça ou amostra 
metálica, segundo uma secção plana devidamente polida e em regra atacada por 
um reativo apropriado. O aspecto, assim obtido, chama-se macroestrutura. O exame 
é feito à vista desarmada ou com auxilio de uma lupa (Colpaert, 1974). 
Por intermédio da macrografia tem-se uma ideia de conjunto, referente à 
homogeneidade do material, a distribuição, natureza de falhas e impurezas 
provenientes do processo de fabricação. Para a macrografia o aço é o material de 
maior interesse. Algumas das heterogeneidades mais comuns nos aços são as 
seguintes: 
 Vazio, causado pelo resfriamento lento; 
 Segregação, causadas pelas impurezas e outros metais; 
 Dendritas, formação de grãos de vários tamanhos; 
 Trincas, devido às tensões excessivas no resfriamento. (Nascimento) 
Conforme Colpaert (1974), a palavra macrografia é também empregada para 
designar os documentos que reproduzem a macroestrutura, em tamanho natural ou 
com ampliação máxima de dez vezes. Para ampliações maiores, emprega-se o 
termo micrografia, porque são, em geral, obtidas com microscópio. 
 
2.7.2 Micrografia 
Segundo Colpaert (1974), a metalografia (microscópica ou micrografia dos 
metais) estuda os produtos metalúrgicos com o auxilio do microscópio, visando a 
determinação de seus constituintes e de sua textura. Este estudo é feito em 
superfícies previamente polidas e, em geral, atacadas por um reativo adequado. 
Com um auxílio de uma técnica apropriada, consegue-se tornar visível a 
textura microscópica do material, pondo assim em evidência os diversos grãos de 
que o formam. A apreciação da natureza destes, suas respectivas porcentagens, 
suas dimensões, arranjo, formato e a interpretação destes dados constituem o 
escopo do exame micrográfico dos metais (Colpaert, 1974). 
30 
 
 
Com a microscopia óptica, o microscópio óptico é utilizado para estudar a 
microestrutura através de sistemas ópticos e de iluminação, os quais são os seus 
elementos básicos. Para materiais opacos à luz visível (todos os metais e muitos 
materiais cerâmicos e poliméricos), apenas a superfície do material está sujeita a 
observação, e o microscópio óptico deve ser usado em uma modalidade de reflexão. 
Os contrastes na imagem produzida resultam das diferenças na refletividade das 
várias regiões da microestrutura (Callister, 1999). 
Quando a microestrutura de uma liga com duas fases é examinada, 
seleciona-se um agente de ataque químico que seja capaz de produzir uma textura 
diferente para cada fase, de modo que as diferentes fases possam ser distinguidas 
uma das outras (Callister, 1999). 
 
2.8 Ensaios Mecânicos 
 São exames que possuem a finalidade de identificar as propriedades 
mecânicas de um determinado material, utilizando um corpo de prova preparado 
segundo uma norma específica de padronização, aplicando neste uma carga de 
modo a perceber o seu comportamento desde o início até o final do ensaio, sendo o 
resultado obtido após o teste através da medição de tensões e/ou deformações 
(Garcia, 2000). 
 
2.8.1 Ensaio de Tração 
 É um tipo de teste cuja finalidade é aplicar uma determinada carga de 
tração uniaxial em um corpo de prova preparado com dimensões regulamentadas 
pela norma ABNT NBR 6892, de modo que, a peça se deforme até os seus limites 
de resistência e cause ruptura, sendo os valores obtidos no momento da aplicação 
da tensão medidos por uma célula de carga e os alongamentos resultantes por um 
extensômetro ambos registrados em um software e interpretados, com o intuito de 
caracterizar as propriedades mecânicas presentes na amostra. Sabendo-se que os 
fatores: composição química, impurezas internas e ambiente de realização do 
ensaio poderão influenciar no comportamento do material no momento da realização 
31 
 
 
do exame, tornando-se necessário adequá-los aos requisitos propostos pela 
normalização (Garcia, 2000). 
 
2.8.2 Ensaios de Dureza 
 São métodos que visam realizar impressões localizadas em um corpo de 
prova por meio da aplicação de carga por um penetrador com o intuito de fazer com 
que este realize uma marcação ou risco em uma amostra que esteja de acordo com 
a norma, sendo a marcação mensurada e convertida em um dado valor, o qual irá 
adequar-se a um determinado índice de dureza e representar o valor final de 
resistência à deformação permanente do material (Garcia, 2000) (Callister, 2002). 
 
2.8.2.1 Dureza Brinell 
 É um método de teste que tem o objetivo de aplicar uma carga utilizando 
uma esfera com 10 mm de diâmetro composta por carboneto de tungstênio ou aço 
temperado, na superfície de uma determinada amostra: polida, lisa, plana e bem 
apoiada por um suporte, de modo a atender, aos requisitos previstos pelas normas 
ABNT NBR 6506, aplicando nesta uma carga constante durante certo intervalo de 
tempo, a depender do tipo de material a ser ensaiado, sendo o valor da deformação 
localizada, obtido pelo diâmetro da marcação feita pelo penetrador, e pelos critérios 
de tempo e carga aplicada, ambos uti lizados no momento do teste e registrados por 
tabela. O valor da dureza obtido após o teste é acompanhado pela escala HB 
(Garcia, 2000) (Callister, 2002). 
 Contudo, a sua limitação baseia-se no fato de que este não pode ser 
utilizado em peças pouco espessas, até porque, a sua deformação gerada é 
consideravelmente grande quando comparada aos dos outros ensaios, tornando-se 
indicada para materiais que possuam estruturas internas não uniformes como, por 
exemplo, os ferros fundidos (Garcia, 2000) (Callister, 2002). 
32 
 
 
2.8.2.2 Dureza Rockwell 
 Este ensaio apresenta-se com a finalidade de realizar uma deformação 
permanente e localizada na superfície de uma determinada amostra preparada 
segundo as normas ABNT NBR 6508. Uma pré-carga é aplicada pelo penetrador 
com o objetivo de eliminar a ação de eventuais defeitos superficiais e ajudar na 
fixação do corpo de prova no suporte. A carga principal produz uma impressão na 
amostra, sendo esta interpretada pelo durômetro, fornecendo, assim, um valor de 
dureza, este valor é sempre acompanhado pela escala HR (Garcia, 2000). 
 Neste teste é permitido ensaiar praticamente todos os tipos de materiais,pois dois métodos podem ser aplicados, no caso: Rockwell superficial e 
convencional, sendo o primeiro destinado a ensaiar perfis de espessura mínima, 
utilizando os penetradores de formatos: esferocônico composto por diamante e 
esféricos com aço endurecido, já o segundo destina-se a testar amostras com 
espessuras convencionais, fazendo o uso de esferas de aço endurecido com 
tamanhos variados, utilizando pré-carga e carga principal, dependendo da extrema 
dureza da amostra torna-se necessário o uso do penetrador de diamante (Brale) e 
cargas semelhantes aos do Rockwell comum. Suas escalas obtidas ficam 
representadas pelos índices de acordo com o tipo de penetrador uti lizado: dureza 
superficial (HRT ou HRW penetradores esféricos e HRN para penetrador de 
diamante) e convencional (HRB, HRE, HRF, HRG, HRH ou HRK esferoidais e HRA, 
HRC, ou HRD para penetradores do tipo Brale) (Garcia, 2000) (Callister, 2002). 
 
2.8.2.3 Microdureza Vickers e Knoop 
 No método Vickers um penetrador de formato piramidal é comprimido em 
uma amostra preparada de forma a apresentar superfície bem lixada e polida 
seguindo os requisitos sugeridos pela NBR-6507, recebendo uma carga constante 
que pode variar de um material para o outro, obtendo-se após a retirada da força de 
compressão uma impressão de formato semelhante a um losango, o qual será 
mensurado pelo microscópio com escala na lente, e o valor achado pela média do 
comprimento das diagonais será interpretado de acordo com a comparação do 
33 
 
 
resultado da tabela do ensaio, obtendo-se, assim, o índice de dureza da amostra 
que deverá vir acompanhada pela escala HV (Garcia, 2000). 
 A sua aplicação na indústria ocorre no levantamento de algumas curvas de 
tratamento termoquímico, sendo a deformação resultante, praticamente nula. Este 
exame atinge uma gama grande de materiais (Garcia, 2000) (Callister, 2002). 
 No ensaio Knoop um penetrador com geometria semelhante a uma 
pirâmide alongada pressiona uma superfície de uma determinada amostra 
preparada segundo a norma ASTM E 384 com uma determinada carga que gera 
uma deformação localizada de geometria microscópica, sendo sua medição feita por 
um equipamento de microscopia cuja lente possui marcações para atender a esta 
finalidade, e o resultado obtido vir acompanhado pela escala HK (Garcia, 2000) 
(Callister, 2002). 
 Suas aplicações ocorrem em peças muito frágeis como vidros, materiais 
cerâmicos ou camadas eletrodepositadas, onde a deformação resultante é 
praticamente nula (Callister, 2002). 
 
2.8.3 Tração x Dureza 
 Torna-se necessário quando possível à conversão das diferentes escalas de 
dureza por meio da tabela de conversão. Esta atitude é tomada na indústria quando 
o ensaio de dureza não consegue fornecer as propriedades desejadas de algumas 
peças, por exemplo: perfis que não conseguem ser ensaiados por tração. 
Justamente, neste momento o uso da tabela será necessário para encontrar e 
transformar um determinado valor da escala Rockwell para a HB (Brinell) que possa 
fornecer um tipo de resultado que se aproxime ao de tração em que se deseja obter 
informações sobre propriedades mecânicas. O ensaio Brinell é semelhante de teste 
com o ensaio de tração, pois, a carga é aplicada de maneira constante em um 
determinado intervalo de tempo e a amostra sofre a ação da força de maneira 
progressiva (Callister, 2002) (Garcia, 1999). 
34 
 
 
3. Procedimentos Experimentais 
3.1 Análise Química 
 
3.1.1 Metodologia 
 Após o corte dos flanges os mesmos foram lixados na lixadeira ToolMix – 
LC421 (anexo I), com a lixa específica para aço-carbono A80, após o preparo dos 
corpos de prova foi realizado a espectrometria de emissão ótica na máquina 
Foundry – Master Pro da empresa Oxford Instruments (Anexo II). Foram realizadas 
quatro aferições sendo que a primeira foi descartada conforme procedimento 
padrão. 
 
3.1.2 Resultados 
 Nos resultados encontrados (ver Tabela 1), pode-se perceber que é um aço 
com um alto teor de Manganês (Mn). 
Tabela 1 – Composição química dos flanges 
Ni Co Sn Cu Nb As V N 
0,088% 0,005% 0,02% 0,153% 0,003% 0,002% 0,10% 0,024% 
Fonte: Equipe 
 
3.1.2 Conclusão 
 Após a verificação do resultado e consultando o ASTM Handbook Of 
Comparative Weld Steel Standards, verificou-se que o material analisado é um aço 
carbono com alto teor de Manganês especificado como ASTM 1536. 
Fe C Si Mn P S Cr Mo 
97,7% 0,321% 0,182% 1,21% 0,026% 0,020% 0,099% 0,013% 
35 
 
 
3.2 Macrografia 
 
3.2.1 Metodologia 
 A preparação do corpo de prova após o corte (ver Anexo III) foi realizada em 
duas etapas, a primeira usinagem para faceamento em seguida a retífica para 
planificar o corpo de prova. O ataque químico foi realizado com o reagente 50% HCl 
e 50% H2O aquecido a aproximadamente 70º C, o corpo de prova foi atacado no 
intervalo de tempo de 5 a 10 minutos. 
 
3.2.2 Resultados 
 A macrografia da peça A apresentou poucas estruturas dendríticas e linhas 
de fibramento pouco visíveis. 
 
 
Figura 09 – macrografia da peça A (Fonte: Equipe). 
 
 
Na peça B a macrografia apresentou fibras finas e recurvadas e ausência de 
estruturas dendríticas. 
36 
 
 
 
Figura 10 – macrografia da peça B (Fonte: Equipe). 
 
Na peça C percebe-se a existência de algumas linhas de fibramento. 
 
Figura 11 – macrografia da peça C (Fonte: Equipe). 
 
Na peça D a macrografia revelou a presença de estruturas dendríticas e 
linhas de fibramento pouco visíveis. 
. 
37 
 
 
 
Figura 12 – macrografia da peça D (Fonte: Equipe). 
A imagem da peça E, ficou sem foco, sendo inviável para a apresentação. 
Na peça F há a presença de estrutura dendrítica recurvada e linhas de 
fibramento não contínuas. 
 
Figura 13 – macrografia da peça F (Fonte: Equipe). 
3.2.3 Conclusão 
 A macrografia realizada em todas as peças apresentaram problemas tanto na 
revelação, que não atingiu as peças por completo, quanto na captura das imagens 
38 
 
 
que dificultou a observação e análise. Apesar das limitações, conseguimos observar 
a presença de linhas de fibramento continuas (Peça B), não continuas (Peça A) e 
linhas de fibramento pouco visíveis (Peça D). 
Além disso, percebemos a presença de estruturas dendriticas recurvadas 
bem visíveis (Peça F) e pouco visíveis (peça D). 
 
3.3 Micrografia 
 
3.3.1 Metodologia 
 Os corpos de prova 1 e 2 foram extraídos das partes superior e inferior da 
peça, conforme figura 14. Estes foram submetidos ao lixamento com lixas: #120, 
#280, #360, #600 e #1200 e o polimento foi realizado na politriz POLIPAN 2 com 
alumina 1µm e ataque químico com reagente Nital 3%. 
 
Figura 14 – Corpos de prova extraídos da peça (Fonte: Equipe). 
 
3.3.2 Resultados 
 Antes da realização do ataque químico, capturamos imagens que nos 
possibilitaram verificar a existência de inclusões. No caso das peças A e F foram 
revelados um maior número de inclusões entre os materiais em estudo, sendo que 
na primeira peça foram encontradas inclusões alongadas. Após o ataque químico 
39 
 
 
nestas peças, percebemos através da revelação a existência de grãos refinados e 
uniformes em relação ao seu tamanho. 
 
Figura 15 – micrografia da peça A (Fonte: Equipe). 
 
Figura 16 – micrografia da peça F (Fonte: Equipe). 
 Anteriormente ao ataque, a micrografia das peças B e E apresentaram 
poucas inclusões. Com a microestrutura reveada, estas exibiram grãos refinados e 
direcionados em um mesmo sentido. 
40Figura 17 – micrografia da peça B (Fonte: Equipe). 
 
Figura 18 – micrografia da peça E (Fonte: Equipe). 
 
 Nas peças C e D foram revelados grãos de tamanhos variados, mas com a 
predominância de grãos maiores. Nas micrografias sem o ataque químico, os níveis 
de inclusões foram semelhantes. 
41 
 
 
 
Figura 19 – micrografia da peça C (Fonte: Equipe). 
 
Figura 20 – micrografia da peça D (Fonte: Equipe). 
 Como os corpos de prova foram visualizados em toda sua área, percebemos 
o aumento dos grãos a medida que foram visualizadas regiões próximas ao centro 
da peça. 
 
3.3.3 Conclusão 
 Pode-se perceber padrões nas texturas metalográficas das peças, pois estas 
puderam ser relacionadas em pares, por terem características metalográficas 
42 
 
 
semelhantes, além de que percebeu-se nestas a existência do crescimento 
progressivo dos grãos, a medida que a visualização micrográfica fosse saindo do 
raio periférico da peça para o centro desta. 
 
3.4 Ensaio de Dureza 
 
3.4.1 Metodologia 
 Foi realizado o ensaio de dureza Rockwell no durômetro LC-200 RB – Future 
Tech (anexo IV), em um corpo de prova mapeado com nove pontos (anexo V), onde 
foi aplicada uma carga de 150 kgf. Os pontos 1 e 9 foram descartados, já que na 
aplicação da carga nestes pontos o corpo de prova ficou instável. 
 
3.4.2 Resultados 
 As peças A, C, E e F apresentaram valores de dureza próximos aos valores 
médios dos pontos, na peça B foram encontrados valores abaixo da média, já na 
peça D foram encontrados valores acima em todos os pontos. 
 
Tabela 2 – Valores encontrados nos corpos de prova na escala HRC. 
Pontos A B C D E F Média/Pontos 
2 20,52 14,44 19,73 23,86 19,66 19,94 19,69 
3 22,37 16,14 20,72 24,98 20,26 22,62 21,18 
4 21,70 19,45 22,90 25,29 21,02 22,68 22,17 
5 22,30 18,71 20,65 23,78 21,15 23,70 21,71 
6 22,04 17,89 20,01 23,91 20,40 24,06 21,38 
7 22,85 17,28 21,16 25,60 23,38 23,72 22,33 
8 21,24 20,69 20,24 25,23 20,93 23,54 21,97 
Média/Peça 21,86 17,80 20,77 24,66 20,97 22,89 
Fonte: equipe
43 
 
 
3.4.3 Conclusão 
 Concluiu-se que os resultados obtidos apresentaram valores distintos em 
pontos que teoricamente deveriam apresentar resultados semelhantes, por exemplo: 
nos pontos 2 e 8 da peça B, devido a simetria do corpo de prova. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
44 
 
 
4. Análise dos Resultados 
 Posteriormente a realização de uma extensa pesquisa sobre as diferentes 
vias de fabricação do aço (lingotamento contínuo, lingotamento contínuo com 
agitação eletromagnética e laminação), métodos de fabricação dos flanges 
estudados (forjamento), dos ensaios para caracterização da microestrutura (exames 
metalográficos) e análise das propriedades mecânicas (ensaios mecânicos) foram 
realizados através de procedimentos experimentais com o intuito de relacionar as 
características proporcionadas por tais vias de fabricação com as encontradas nos 
ensaios realizados nos materiais. 
 Para determinarmos o material em estudo, foi realizada a espectrometria de 
emissão ótica e obtivemos o resultado encontrado na tabela 1 (pág. 33), 
comparando com os dados encontrados no ASTM - Handbook Of Comparative Weld 
Steel Standards (tabela 3) o material foi identificado como o ASTM 1536. 
Tabela 3 – Composição Química do Aço 1536. 
Norma Classe C Mn P S 
ASTM A29 1536 0,30 – 0,37 1,20 – 1,50 0,04 0,05 
Fonte: ASTM - Handbook of Comparative Weld Steel Standards, 2002. 
 
 Apesar de ter sido encontrado uma grande variedade de elementos químicos 
no material experimentado, os componentes de maior destaque foram o carbono (C) 
e o manganês (Mn) devido aos seus elevados percentuais. Comparando com 
diversos materiais de referência, o único material que apresentou seus elementos 
químicos dentro de uma faixa de tolerância adequada ao resultado foi o ASTM 1536. 
No entanto, os outros elementos não encontrados na tabela, mas que faziam parte 
do material em estudo são considerados como elementos residuais. 
 Os resultados dos procedimentos experimentais apresentaram 
compatibilidade parcial entre as peças A e F. A macrografia da peça A apresentou 
linhas de fibramento pouco visíveis e algumas dendritas, já na peça F observamos 
estruturas dendríticas recurvadas e linhas de fibramento não continuas. 
 As micrografias das peças A e F apresentaram grãos refinados e equiaxiais 
indicando serem provavelmente provenientes do lingotamento contínuo com 
45 
 
 
agitação eletromagnética, nesta via de fabricação o metal ainda líquido é agitado e 
solidificado mais lentamente, se comparado ao lingotamento continuo tradicional. 
Além dos grãos refinados e equiaxiais, a agitação eletromagnética quebra os braços 
das dendritas, interrompendo o crescimento destas, produzindo assim, resíduos de 
estruturas dendriticas. Na figura 21 pode ser visto o tamanho dos grãos de um 
mesmo material que (a) é provindo do Lingotamento continuo tradicional, (b) 
lingotamento continuo com agitação eletromagnética de baixa frequência e (c) de 
alta frequência. 
 
Figura 21 – micrografia de um mesmo material provindo do (a) lingotamento cont ínuo, (b) 
lingotamento contínuo com agitação de baixa frequência e (c) de alta frequência (Fonte: Pataric, 
2008). 
 
 No ensaio de dureza os valores obtidos (ver tabela 1) nas peças A e F estão 
diferentes apenas em 1 HRC. 
 Nas peças B e E apresentaram compatibilidade nos resultados da micrografia, 
onde expuseram grãos refinados e claramente um direcionamento no mesmo 
sentido, estas características indicam que estes materiais são provindos da 
laminação. Nesta via de fabricação o material sofre esforços compressivos que 
resultam neste direcionamento como pode ser visto na figura 22. 
46 
 
 
 
 
Figura 22 – micrografia de um aço doce laminado. (Fonte: Colpaert, 1974) 
 
 A macrografia da peça B (ver figura 10) apresentou linhas de fibramento finas 
e recurvadas que são características de materiais laminados, como pode ser visto 
na figura 23. 
 
Figura 23 – direções de fibramento de um material laminado e posteriormente forjado. (Fonte: 
Colpaert, 2008) 
 
 Os valores obtidos no ensaio de dureza nas peças B e E (ver tabela 01) 
apresentaram uma grande diferença. A peça B apresentou os menores valores por 
pontos ensaiados. Foi realizada uma microdureza na região próxima aos pontos e os 
resultados foram equivalentes aos encontrados no ensaio de dureza. Isso pode ser 
explicado através da quantidade de inclusões encontradas na peça B, onde foram 
encontradas em menor quantidade dentre os materiais ensaiados, pois de acordo 
com Baptísta (2001), as inclusões acarretam alta concentração de tensões e são 
barreiras ao movimento atômico, tornando o metal mais resistente e menos dúcti l, 
por impedirem o descolamento das discordâncias, deixando claro que esta é uma 
47 
 
 
possibilidade, sendo necessário para confirmação desta hipótese, um maior número 
de procedimentos experimentais. 
 Nas peças C e D, obtivemos através da macrografia, linhas de fibramento 
pouco visíveis e também a presença de estruturas dendríticas, semelhantes a vista 
na figura 24. Na micrografia encontramos grãos não uniformes e na sua maior parte 
grandes. Essa microestrutura é característica do processo de lingotamento contínuo, 
onde não há o resfriamento uniforme do material, ocasionando o crescimento 
exagerado dos grãos. 
 
Figura 24 – Macrografia com presença de estruturas dendriticas e pequena alteração promovida pela 
conformação a quente (Colpaert, 2008) 
 
 Nos resultados obtidos do ensaiode dureza das peças C e D, apresentaram 
uma diferença considerável entre elas, sendo a peça D a de maior dureza entre as 
peças ensaiadas. Já em comparação as outras peças, em exceção a B, a qual já foi 
dita ter o menor valor, a peça D não possui essa diferença tão alta. 
 Em todas as peças, as micrografias demonstraram um crescimento 
progressivo dos grãos à medida que se aproximavam do centro da peça, sendo este 
um indicativo que estas peças passaram por um processo de conformação 
mecânica, neste caso o forjamento. Observando a figura 25, percebe-se o 
crescimento progressivo dos grãos da peça C, em (a) os grãos mais próximos a 
48 
 
 
superfície da peça e menores, na (b) o tamanho intermediário e em (c) onde os 
grãos estão mais próximos do núcleo da peça tendo a maior dimensão. 
 
 
Figura 25 – micrografias do corpo de prova 2 da peça C. 100X (Fonte: Equipe). 
 
Nas micrografias das peças foram encontradas uma grande quantidade de 
perlita não compatíveis com a quantidade de carbono do aço em estudo, como pode 
ser visto na figura 26. Na comparação entre os aços (c) com 0,3% de carbono, (b) 
ASTM 1536 e (a) com 0,5% de carbono, pôde-se perceber que o material estudado 
apesar de conter 0,321% de carbono, contêm uma quantidade de perlita semelhante 
à encontrada no aço com 0,5% de carbono. Essa semelhança pode ser explicada 
pela quantidade de manganês contida no ASTM 1536, no qual este elemento, 
segundo o Colpaert (1974), “dificulta a difusão do carbono nos grãos de austenita. 
Mesmo com o esfriamento lento a quantidade de ferrita que se forma é por isso 
menor do que normalmente deveria ser. O aço parece, então, ter um teor de 
carbono mais elevado do que realmente tem”. 
 
49 
 
 
 
 
Figura 26 – micrografias de (a) um aço carbono com 0,5% de Carbono (Colpaert 2008 ), (b) da Peça B 
com aproximação de 100X e (c) de um aço com cerca de 0,3% de carbono (Colpaert, 1974). 
 
 Nas micrografias com a maior aproximação (ver figura 27) as perlitas finas 
(mais claras) apresentam lamelas em alguns pontos. De acordo com Colpaert 
(1974), este constituinte surge quando existe um excesso de ferrita que não se 
separou no devido tempo. 
 
Figura 27 – micrografia da Peça A na posição 2 com aproximação de 1000X (Fonte: Equipe). 
50 
 
 
 
 Conhecendo o material estudado (ASTM 1536) e consultando o ASM Metals 
HandBook - Properties and Selection Irons Steels and High Performance Alloys, 
obtivemos dados referentes as propriedades mecânicas deste material (ver tabela 
4). 
 
Tabela 4 – Propriedades mecânicas do ASTM 1536. 
 
Fonte: ASM Metals HandBook - Properties and Selection Irons Steels and High Performance Alloys 
 
 
Para conversão dos valores encontrados no ensaio de dureza (HRC) foi 
consultada a norma ASTM E 140 – 07 (anexo VI). Os valores médios de dureza das 
peças foram transformados de Rockwell C para Brinell, seguindo a relação 3,45 x 
HB (Callister, 2002), foram encontrados os valores do limite de resistência à tração 
das peças (ver Tabela 5). 
51 
 
 
Tabela 5 – Limite de resistência à tração das peças. 
Peça 
Limite de Resistência a 
Tração (MPa) 
A 812,44 
B 693,93 
C 788,22 
D 860,98 
E 795,81 
F 834,34 
Fonte: Equipe 
 
Os valores encontrados de limite de resistência à tração das peças são 
superiores ao encontrado no material de referência (Ver Tabela 4). Isso é esperado, 
pois o processo de conformação mecânica altera algumas propriedades mecânicas, 
como por exemplo: os aumentos do limite de resistência à tração e dureza, reduções 
da tenacidade e ductilidade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
52 
 
 
5. Conclusões 
 
Este trabalho nos possibilitou relacionar o aprendizado em sala de aula com 
os experimentos realizados no projeto, além disso, nos familiarizarmos com a 
abordagem técnico-científica dos conteúdos necessários para o desenvolvimento do 
projeto. 
De acordo com os resultados dos procedimentos experimentais e das 
características promovidas pelas diferentes vias de fabricação do aço e do processo 
de conformação mecânica, pôde-se constatar a compatibilidade entre alguns 
resultados e particularidades obtidas por estas vias e processo de conformação 
mecânica. 
Os resultados da micrografia permitiram a associação entre as peças de 
modo a perceber a semelhança entre elas com as características promovidas pelas 
diferentes vias de fabricação, contudo, outros resultados (macrografia e ensaio de 
dureza) não permitiram a mesma associação, sendo necessária a realização de 
outros experimentos que possam ser conclusivos. 
 Visto que de acordo com a literatura e a comprovação nos 
procedimentos experimentais, o aço em estudo (ASTM 1536) possui boa resistência 
mecânica, uma considerável resistência ao impacto, porém não tão boa 
soldabilidade e usinabilidade, com isso, este aço poderá então, ser largamente 
empregado na construção civil, mecânica, indústria de móveis, autopeças, tubos e 
outros segmentos. 
 
 
53 
 
 
6. Referências Bibliográficas 
 
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ELECTROMAGNETIC CASTING Al 2024 ALLOY INGOTS. 2008; METALURGIJA 
47; pag. 343-346. 
 
 
 
 
 
56 
 
 
7. Anexos 
Anexo I – Lixadeira ToolMix LC421 
 
 
Anexo II - Foundry – Master Pro da empresa Oxford Instruments 
 
57 
 
 
Anexo III – Cortes do flange para extração dos corpos de prova 
 
 
Anexo IV – Durômetro LC-200 RB da Future Tech 
 
58 
 
 
Anexo V – Corpo de prova para ensaio de Dureza 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
59 
Anexo VI – tabela para conversão dos valores de dureza HRC para HB 
 
Fonte: ASTM E 140 – 07