Encruamento e envelhecimento por deformação

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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
CAMPUS DE GUARATINGUETÁ
DEPARTAMENTO DE MATERIAIS E TECNOLOGIA
ENcruamento e envelhecimento por deformação
Carolina Murdocco – c.dmurdocco@gmail.com
Igor Mattos - igor.mattos15@hotmail.com
UNESP - Guaratinguetá, Departamento de Materiais e Tecnologia, 
Turma 322 
 
Resumo: O comportamento mecânico de um material reflete a relação entre sua resposta ou deformação a uma carga ou força que esteja sendo aplicada. Para avaliar as diversas propriedades mecânicas de um material, o ensaio de tensão-deformação por tração é o mais executado. Quando deseja-se aumentar a resistência em metais, existem várias técnicas que podem ser utilizadas como o encruamento e o envelhecimento por deformação, sendo cada uma indicada para cada caso e tipo de material. Sendo assim, este experimento teve como objetivo estudar os efeitos das técnicas de encruamento e envelhecimento por deformação em um aço SAE 1045 por meio da análise dos resultados obtidos nos ensaios de tração, possuindo como conclusão o fato de que ambos os processos aumentam consideravelmente a resistência do material, embora para isso sacrifique a ductilidade do material.
Palavras-chave: Encruamento, Envelhecimento por Deformação, Aço 1020 REC.
1.	INTRODUÇÃO
	O comportamento mecânico de um material reflete a relação entre sua resposta ou deformação a uma carga ou força que esteja sendo aplicada. Algumas propriedades mecânicas importantes são a dureza, a ductilidade, a rigidez e a resistência (UNIOESTE, 2019). Considerada a mais importante propriedade dos materiais estruturais, a resistência mecânica pode ser definida como a resistência do material à ação de determinados tipos de esforços, como a tração e a compressão (UNISANTA, 2019).
	Para avaliar as diversas propriedades mecânicas de um material, o ensaio de tensão-deformação por tração é o mais executado. Este consiste na deformação de uma amostra, geralmente até sua fratura, mediante uma carga de tração gradativamente crescente, que é aplicada uniaxialmente ao longo do eixo mais comprido de um corpo de prova. Durante os ensaios, a deformação fica confinada a região central, mais estreita do corpo de prova, que possui uma seção reta uniforme ao longo do seu comprimento. O corpo de prova é preso pelas suas extremidades nas garras de fixação do dispositivo de testes e a máquina de ensaios de tração alonga o corpo de prova a uma taxa constante, medindo contínua e simultaneamente a carga e os alongamentos resultantes. Os resultados são anotados em um gráfico de tensão x deformação (UNIOESTE, 2019). 
Figura 1 – Ilustração do ensaio de tração
	
	Quando deseja-se aumentar a resistência em metais, existem várias técnicas que podem ser utilizadas, sendo cada uma indicada para cada caso e tipo de material. É importante ressaltar que os mecanismos de aumento de resistência estão diretamente ligados com o movimento das discordâncias e o comportamento mecânico dos metais (CALLISTER, 2011).
	Entre um dos mecanismos de aumento de resistência, encontra-se o Encruamento. Este caracteriza-se pela alteração das propriedades mecânicas do material causada por uma deformação plástica que ocorre a uma temperatura “fria” em relação a temperatura de recristalização. Durante o procedimento ocorre a multiplicação das discordâncias (aumento no volume das mesmas) e, consequentemente, a distância média de separação entre elas diminui dificultando o movimento entre as mesmas e aumentando a resistência do material. Vale ressaltar que, para eliminar ou diminuir os efeitos deste procedimento pode-se submeter o material a um tratamento térmico, o Recozimento (CALLISTER, 2011).
	Outro tratamento para o aumento de resistência utilizado é o Envelhecimento por Deformação. Este fenômeno é caracterizado aquecimento da peça de aço ou outro material a uma temperatura relativamente baixa, durante certa quantidade de tempo e depois o resfriamento da mesma. Seus resultados podem ser explicados pela ordenação de uma solução sólida desordenada, a formação de soluções sólidas, o aparecimento de novas fases ou a precipitação de uma solução sólida supersaturada. A formação de uma solução, com teores crescentes de soluto, provoca o endurecimento e a precipitação de partículas de segunda fase vai também dificultar o movimento das discordâncias, sendo que o endurecimento vai depender, principalmente, das distâncias entres essas partículas. Após a formação de solução sólida, o envelhecimento pode ser provocado de duas formas: permanência à uma temperatura ambiente ou conveniente por um determinado tempo (ANAZAWA et all, 2008).
	
OBJETIVO
 Estudar os efeitos das técnicas de encruamento e envelhecimento por deformação em um aço 1020 recozido por meio da análise dos resultados obtidos nos ensaios de tração.
MATERIAIS E MÉTODOS 
Para este estudo, utilizou-se um corpo de prova de aço 1020 recozido fixo por roscas, cujo comprimento inicial (L0) era de 50,08 mm e a média do diâmetro inicial era de (D0) 10,15 mm, conforme mostrado na Tabela 1 e ilustrado pela Figura 2. A máquina utilizada foi um Máquina de Tração Universal alemã, com três escalas (40, 20 e 8 toneladas), fabricada pela empresa Mohr e Federhaff, como mostrada nas Figuras 3 e 4. Para o registro dos gráficos, foi utilizado papel milimetrado e caneta. O Envelhecimento foi realizado em um forno especializado e utilizou-se de um balde com água a temperatura ambiente para completar o procedimento.
Tabela 1 – Medidas iniciais
	Medidas
	Diâmetro Inicial (D0 -mm)
	1
	10,15
	2
	10,10
	3
	10,20
	
	Comprimento Inicial (L0- mm)
	1
	50,08
Fonte: Elaborado pelos autores
Figura 2 – Representação do corpo de prova
Figura 3 e 4 – Maquina de Tração Universal
	
Fonte: Fotos tiradas pelos autores
O experimento teve início com a medição inicial do corpo de prova e posteriormente, colocado na Máquina de Tração Universal, sujeito a uma força de tração axial. Ajustou-se então, a escala da máquina e posicionou-se na mesma o papel milimetrado e a caneta para registro das tensões encontradas. Conforme o material era tracionado, a máquina plotava o gráfico com os valores da carga e deformação. Registrou-se, então, o primeiro valor de escoamento e para análise dos efeitos do Encruamento, o ensaio foi interrompido duas vezes, sendo a última quando se atingiu o pico de tensão, e registrou-se os outros dois valores de escoamento encontrados.
Em seguida, deu-se início ao processo de Envelhecimento. O material foi aquecido no forno especializado a 200 °C durante 30 minutos, e em seguida resfriado em água à temperatura ambiente. O corpo de prova foi, então, levado à tração novamente sendo que desta vez foi tracionado até sua ruptura. O comprimento final e o diâmetro final foram mensurados e os resultados comparados.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Durante a realização do ensaio foi anotado valores de carga pontuais utilizados durante o mesmo, esses resultados estão presentes na figura 5.
Figura 5 – Gráfico de carga x deslocamento traçado pela máquina
Inicialmente, na parte 1 do gráfico, o experimento se deu por meio do ensaio de tração do aço 1020 recozido sem haver nenhum tratamento e a curva resultante foi a curva característica do material. Ao interromper o experimento, o material passa por um processo de encruamento e consequentemente apresenta aumento da resistência mecânica. Esse fenômeno é refletido no gráfico da parte 2 onde é possível perceber o aumento da tensão suportada pelo material. 
Por meio da utilização da tabela 1, foi possível calcular a área superficial do corpo de prova utilizando a seguinte fórmula:
Área Inicial (A0) = 80.91mm²
Encontrado o valor da área foi possível calcular as tensões referentes às cargas P1 e P2 por meio da conversão da unidade de kgf/mm² para MPa, cujos valores estão anotados na tabela 3:
Tabela 2 – Tensões das cargas1 e 2
	Tensão 1 (MPa)
	Tensão 2 (MPa)
	286.02
	346.62
Já a parte
3 mostra a alteração das propriedades do material por meio do aquecimento do corpo de prova, ou seja, o processo de envelhecimento por deformação. Neste processo há a diminuição das medidas do corpo de prova, e consequentemente diminuição de sua área superficial. Nesta parte o material foi tensionado até sua ruptura. As medidas de diâmetro e comprimento pré e pós-ruptura encontradas estão disponíveis nas tabelas 3 e 5.
Tabela 3 – Medidas após o aquecimento
	Medidas [mm]
	D1
	D2
	D3
	Dméd
	Lp
	
	9.89
	9.7
	9.71
	9.77
	54.76
Através da fórmula da área de um cilindro e dos dados da tabela 3 foi possível calcular a área do material:
Área Pós-Aquecimento (Ap) = = 74.92 mm²
Portanto, os valores de tensões encontrados e convertidos para as cargas P3, P4, P5 e P6 estão demonstrados na tabela 4:
Tabela 4 – Tensões das cargas 3, 4, 5 e 6
	Tensão 3 (MPa)
	Tensão 4 (MPa)
	Tensão 5 (MPa)
	Tensão 6 (MPa)
	418.87
	473.85
	496.11
	340.33
Pelo gráfico fica claro o aumento da tensão suportada pelo material, entretanto há diminuição de sua ductilidade, uma vez que essas propriedades são inversamente proporcionais.
Após a ruptura foram medidos os valores do diâmetro e comprimento do material, que foram anotados na tabela 4:
Tabela 5 – Medidas de Ruptura
	Medidas [mm]
	Drup
	Lrup
	
	6.48
	67.61
 Área Final (Af) = = 32.97mm²
Com o uso dos dados das áreas calculadas, foi possível calcular a porcentagem de redução de área do material, através da fórmula presente na figura 6.
Figura 6 – Fórmula para cálculo da redução de área
Fonte: CIMM
 Devido à diminuição dos diâmetros durante o processo, a redução da área do material inicial até a ruptura é de 59%, já a redução de área do material inicial até o pós-aquecimento é de 7% e, por fim, a redução de área do material pós-aquecimento até a ruptura é de 56%.
CONCLUSÕES 
O uso do tratamento térmico de envelhecimento e encruamento geraram aumento considerável da resistência do material, aumentando o limite elástico do mesmo.
Faz-se uso desse método de ensaio devido ao fato de ele ser facilmente realizável e apresentar diversas informações sobre a estrutura do material.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ANAZAWA, R.M. et all. AUMENTO DO LIMITE DE ESCOAMENTO DE UM AÇO MULTIFÁSICO DEVIDO AO ENVELHECIMENTO POR DEFORMAÇÃO E EFEITO TRIP. Revista Brasileira de Aplicações de Vácuo, v. 27, n. 1, 19-23. Publicado em 2008. 
CALLISTER W.D. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. 7 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2011. 
CIMM. Medição de Alongamento e Redução da Área na Fratura. Disponível em: < https://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/6544-medicao-de-alongamento-e-reducao-da-area-na-fratura#.XOrNKhZKjIV>. Acesso em: 26/05/2019.
UNIOESTE. PROPRIEDADES MECÂNICAS DE MATERIAIS. Disponível em < http://www.foz.unioeste.br/~lamat/downmateriais/materiaiscap10.pdf >. Acesso em 22/05/2019.
UNISANTA. Princípios de Engenharia Mecânica. Disponível em < https://cursos.unisanta.br/mecanica/ciclo1/principios_parte2.pdf >. Acesso em 22/05/2019.