ANÁLISE MICROESTRUTURAL E MEDIÇÃO DE DUREZA DE AÇOS AO CARBONO

ANÁLISE MICROESTRUTURAL E MEDIÇÃO DE DUREZA DE AÇOS AO CARBONO

Fred..... , [e-mail]        

Lucas Deda, [e-mail]

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Resumo: Processos de aquecimento e resfriamento são os principais conjuntos de operações para garantir propriedades características em aços ao carbono. Fatores como temperatura, tempo, atmosfera e velocidade de esfriamento devem ser previstos para garantir tais características.

Com o objetivo de avaliar a microestrutura e propriedades das amostras resultantes dos tratamentos térmicos aplicados, em especial aos aços 1045 e 1060, utilizou-se metalografia e ensaios de dureza como ferramentas de análise, comparando seus estados de fornecimento com as amostras tratadas termicamente, variando o método de resfriamento.

Palavras-chave: tratamento térmico, aço ao carbono, metalografia, dureza

1. INTRODUÇÃO

Segundo Vicente Chiaverini, as propriedades mecânicas dos aços após serem tratados termicamente estão intrinsecamente ligadas ao modo como esses processos são executados. Esse conjunto de operações é influenciado principalmente pela estrutura do material a ser trabalhado, obtendo-se para cada um destes um comportamento específico de reação a certo tratamento (Chiaverini, 2012).

O foco do trabalho situa-se no modo de resfriamento dos aços observados. Para todos os tratamentos, os estágios de resfriamento em água são: cobertura de vapor, borbulhamento e resfriamento convectivo (Novikov, 1994). Nesse processo, nomeado têmpera, o resfriamento abrupto é responsável pela formação da estrutura martensítica no aço. A dureza da martensita depende do teor de carbono e dos elementos de liga do aço, sendo que um maior teor de carbono resultará em uma martensita de maior dureza (Callister, 2002). Por outro lado, pode ser realizado um resfriamento mais brando, ao ar, que é denominado normalização. Nestas operações, há crescimento de grão e consequente diminuição da dureza do material.

Contudo, a fim de obter fisicamente os resultados que comprovam tais teorias, é necessário que métodos sejam aplicados. Lixamento, polimento, ataques químicos e microscopias devidas são essenciais para observar os corpos de prova sofrendo alterações. Esse conjunto de processos é denominado metalografia, e a boa execução dessas etapas é de grande importância para um resultado satisfatório (Rohde, 2010).

Além disso, é necessário entender duas consequências da presença de carbono em aços. A primeira se deve ao fato de que a dureza do material é diretamente proporcional ao percentual de carbono na liga, tanto pela formação de Fe3C quanto pela presença de outros carbonetos. O segundo questionamento reside no fato de as curvas TTT (um diagrama com uma série de pontos que representam inícios e fins das transformações de fases) são deslocadas para a direita no eixo das abscissas ao passo que há ais carbono na estrutura do aço (Callister, 2002).

Finalmente, o objetivo dos estudos é comparar tanto os tratamentos realizados em uma mesma peça bem como avaliar a reação de amostras com teores diferentes de carbono em sua composição. Desse modo, é possível estabelecer um certo padrão no comportamento das propriedades mecânicas dos aços ao carbono estudados, podendo assim refletir esse conhecimento em posteriores estudos acadêmicos

1. MATERIAIS E MÉTODOS

Foram analisadas duas amostras de aço 1060 e três de aço 1045, com diâmetros de 22,5mm e 24,5mm, respectivamente. Dois corpos de prova de cada aço foram analisados de acordo com seu estado de fornecimento, as demais foram para os fornos, a fim de realizar os devidos tratamentos térmicos.

Realizaram-se os tratamentos de têmpera e têmpera + normalização (Tabela 1).

Tabela 1. Tratamentos térmicos aplicados às amostras avaliadas.

Material	Estado de Fornecimento	Têmpera	Têmpera e normalização
1060	Aplicado	Aplicado	Não aplicado
1045	Aplicado	Aplicado	Aplicado

Para determinar a temperatura do aquecimento, foi utilizado o diagrama Fe-Fe3C. Para temperar um aço hipoeutetoide, é necessário ultrapassar a linha da zona crítica para austenitizar completamente a peça. A temperatura escolhida para o aço 1045 foi 830°C e a temperatura de austenitização escolhida para o aço 1060 foi 800°C. Os meios de resfriamento escolhidos foram água com leve agitação para a têmpera e ar ambiente com temperatura controlada para a normalização.

Após essa etapa, as peças foram seccionadas em comprimentos de 20mm, utilizando o método de corte por abrasão com refrigerante líquido. O corte sem o refrigerante poderia alterar a estrutura da amostra ao elevar abruptamente sua temperatura.

É opcional realizar o embutimento das amostras. Foi optado por não embutir, uma vez que o diâmetro das amostras era aceitável para manuseamento durante as etapas de lixamento e polimento. A técnica de lixamento utilizada foi lixar a amostra sucessivamente com lixas de granulometria cada vez menor (220, 320, 400 e 600), mudando-se de direção ortogonalmente em cada lixa subsequente até desaparecerem os traços da lixa anterior, eliminando os riscos e marcas mais profundas da superfície, dando um acabamento a esta superfície, preparando-a para o polimento.

O polimento visa um acabamento superficial polido isento de marcas. Utiliza para este fim abrasivos como pasta de diamante ou alumina. Antes de realizar o polimento deve-se fazer uma limpeza na superfície da amostra. A operação de limpeza pode ser feita simplesmente por lavagem com água e álcool.

Posteriormente polida, as amostras foram atacadas com solução de Nital 2% (Álcool etílico adicionado à 2% de ácido nítrico) para permitir a identificação dos contornos de grão e as diferentes fases na microestrutura. Com as amostras polidas, planas e sem nenhuma impureza sobre a superfície foi coletada as imagens das microestruturas das amostras, com o auxílio da microscopia óptica aliada ao software de captura de imagens microscópicas.