ANALISE MICROESTRUTURAL E MEDIÇÃO DE DUREZA DAS FASES E CONSTITUINTES PRESENTES NOS AÇOS 1020 E 1045

ANÁLISE MICROESTRUTURAL E MEDIÇÃO DE DUREZA DAS FASES E CONSTITUINTES PRESENTES: AÇO 1020 E AÇO 1045

1 Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR, Avenida Sete de Setembro 3165, Curitiba, Paraná, Brasil,

Resumo: Objetiva-se analisar a microestrutura e a dureza de uma amostra de aço 1020 aquecido acima da temperatura de austenitização e resfriado no ar (normalização), além de duas outras amostras de aço 1045 aquecidas acima da temperatura de austenitização com uma das amostras resfriada na água (têmpera) e outra no ar (normalização). Após realizar estes procedimentos as amostras foram lixadas, polidas e atacadas quimicamente com nital 2% para que, então, houvesse a análise atráves de um microscópio. Foram então obtidas micrografias que quando analisadas mostraram variações nas estruturas e quantidades de fase nas amostras. O aço 1045 normalizado em comparação com o aço 1020 normalizado teve maior formação de perlita devido ao fato deste possuir maior teor de carbono. O aço 1045 temperado por sua vez possui a formação de martensita, perlita fina e austenita retida. Outro objetivo foi a medição da dureza Vickers através de um durômetro de penetradoe de base piramidal com ponta de diamante e comparação destes dados entre os aços do estudo. As durezas obtidas tiveram relção direta entre a concentração de carbono no aço e a forma de tratamento térmico utilizada. O aço 1020 normalizado obteve uma dureza menor que o aço 1045 normalizado devido a menor concentração de carbono. Por sua vez, o aço 1045 normalizado obteve uma dureza menor que o aço 1045 temperado devido a transformação da austenita em martensita que possui maior dureza.

Palavras-chave: microestrutura, têmpera, normalização, aço 1020, aço 1045.

1. INTRODUÇÃO

Os tratamentos térmicos são de grande importância para a indústria mecânica. A partir deles é possível obter significativas alterações das propriedades dos aços tais como: dureza, resistência à tração, ductilidade, dentre outras. No decorrer do trabalho serão abordados dois deles: Têmpera (aço 1045) e a Normalização (aço 1020 e 1045). Após a realização dos procedimentos experimentais nas amostras, com base na análise micro estrutural e a medição de dureza, pretende-se mostrar os efeitos que estes podem causar em um aço.

Como se tratam de procedimentos bem conhecidos, também será realizado uma comparação entre os resultados obtidos e o que a literatura nos diz a respeito destes tratamentos.

Antes de tudo é importante esclarecer alguns conceitos fundamentais para a compreensão dos processos térmicos.

Nomenclatura de aços comum ao carbono: O prefixo 10 refere-se à classe de aços que possuem o carbono como principal elemento de liga. Os dois últimos algarismos referem-se à porcentagem de carbono presente no aço. No caso dos materiais analisados: o aço 1020 contêm 0,20% de carbono, e aço 1045 0,45%.

Aço hipoeutetóide: aço com teor de carbono que varia de 0,008% até 0,77%.

Temperatura de austenitização: É encontrada a partir do diagrama de fases Fe-C. Para uma determinada composição de carbono no aço, traça-se uma linha vertical até atingir linha inferior da região onde existe apenas austenita (Ferro Gama).

Austenitização: Processo no qual o material é aquecido a uma temperatura que se encontra entre 40ºC e 50ºC acima da temperatura de austenitização e mantido na temperatura pelo tempo necessário para a homegeneização da temperatura em toda peça que é de aproximadamente 1 minuto por milímetro de expessura da peça.

Têmpera: Tratamento térmico que leva à formação de martensita. O material deve ser austenitizado e resfriado com velocidade suficiente para formar a microestrutura martensítica. Esse processo confere um aumento da dureza e da resistência à tração do material.

Normalização: Processo que consiste em austenitizar o material e, em seguida, resfriá-lo ao ar. Os microconstituintes esperados são: ferrita e perlita no caso dos aços hipoeutetóides. A normalização tem como principal objetivo refinar a granulação grosseira e produzir uma estrutura mais uniforme na peça.

2. MATERIAIS E MÉTODOS

2.1. Materiais

Os materiais utilizados:

• Uma amostra de aço 1020 de aproximadamente 25mm de comprimento ½" de diâmetro;

• Duas amostra de aço 1045 de aproximadamente 25mm de comprimento ½" de diâmetro;

• Cortadeira metalográfica Struers LABOTOM;

• Forno JUNG 06112;

• Forno QUIMIS;

• Embutidora Struers Predopress;

• Pó de baquelite;

• Lixadeira metalográfica dupla Struers KNUTH ROTOR3;

• Lixas com granulometria: 220, 320, 400 e 600;

• Politriz metalográfica Struers Dapv;

• Polimento com solução de alumina (1μm) e água;

• NITAL 2%;

• Microscópio OLYMPUS – BX51M, com ampliação 10x1000;

• Durômetro EMCO-TEST MAC 025 G3M;

2.2. Métodos

Para analisar a microestrutura e a dureza do aço 1045 normalizado (aquecido acima da temperatura de austenitização e resfriado no ar) foram realizadas as seguintes etapas:

a. Uma barra de aço 1045 trefilada de 1/2” de diâmetro é cortada na cortadeira metalográfica LABOTOM da Struers com disco abrasivo refrigerado e com o comprimento de aproximadamente 25mm;

b. A amostra é levada ao forno na temperatura 850ºC (aproximadamente 40ºC a 50ºC acima da temperatura de austenitização do aço 1045);

c. Retira-se do forno após 22 minutos e resfria-se ao ar;

d. Faz um corte longitudinal e transversal com tamanho desejado para o embutimento;

e. Coloca-se na máquina embutidora Predopress da Struers com pressão de 35KN e com