INFLUÊNCIA DO RECOZIMENTO NO TAMANHO DE GRÃO DE UM AÇO CONFORMADO

INFLUÊNCIA DO RECOZIMENTO NO TAMANHO DE GRÃO DE UM AÇO CONFORMADO

Resumo

Durante o processo de conformação de materiais metálicos ocorre o encruamento. Ao ser encruado, o material fica mais frágil, até um ponto em que pode ocorrer sua ruptura. Se houver o risco de ruptura, e for necessário conformar mais ainda a peça, deve-se utilizar o tratamento térmico de recozimento para reverter tal efeito. Alem deste propósito, o recozimento pode ser utilizado para alívio de tensões, homogeneização da microestrutura e recristalização. Neste estudo foi realizada a conformação de corpos de prova cilíndricos de aço SAE 1020 com cargas de 100, 150, 200 e 250 kN, e recozidos a 950 °C, em períodos de 1, 6, 12 e 24 horas. Observou-se que para maiores tempos de recozimento ocorreu aumento do tamanho de grão e redução de dureza.

1. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

As diferentes propriedades dos materiais norteiam os processos de fabricação, dentre elas, destacam-se a resistência mecânica, a dureza, a tenacidade, e para fins de processos, a conformabilidade e a usinabilidade.

Pode-se dizer que a resistência mecânica é a capacidade que um material tem em resistir aos esforços mecânicos sem que estes causem deformação plástica. Porém, tornar materiais mais resistentes pode estar associado a uma deterioração de outras características, como por exemplo, na alteração do tamanho dos grãos. Embora o limite de escoamento seja maximizado com a diminuição do tamanho de grão, grãos muito pequenos tornam o material quebradiço. Em geral, o limite de escoamento de um material é um indicador adequado de sua resistência mecânica.

A dureza é uma propriedade mecânica cujo conceito está ligado à resistência que um material apresenta ao risco ou à formação de uma marca permanente ao entrar em contato direto com outro material. A dureza nos metais pode ser aumentada pela adição de soluto, trabalho a frio, endurecimento por precipitação ou também por tratamentos térmicos específicos. Há uma relação próxima entre o limite de escoamento de um material e a sua dureza. A dureza pode ser medida através de ensaios mecânicos específicos, como por exemplo, o de penetração, de choque e o de risco. A partir de um referencial intermediário, esta propriedade pode ser expressa em diversas unidades. É comum usar as seguintes escalas: Brinell (HB), Vickers (HV), Rockwell (HRC, HRB).

A tenacidade é um valor quantitativo da energia total que um material pode absorver antes de fraturar quando uma força de tração ou compressão é aplicada. O tamanho de grão está diretamente relacionado à tenacidade, pois o contorno de grão atua como uma barreira para a mobilidade de discordâncias. Devido à mudança de direção entre planos de escorregamento de grãos adjacentes, o contorno de grão confere ao material maior resistência à deformação. Logo, o ancoramento de discordâncias dado pelo contorno de grão é um mecanismo que aumenta o encruamento do material.

O encruamento consiste na elevação da tensão de escoamento na fase de deformação plástica, ou seja, ocorre aumento de dureza e modificações nas propriedades mecânicas do material. Esse fenômeno é ocasionado pela interação das discordâncias entre si e com outras barreiras, tais como contornos de grão, que impedem o seu movimento através da rede cristalina. A deformação plástica produz também um aumento no número de discordâncias, as quais, em virtude de sua interação, resultam num elevado estado de tensão interna na rede cristalina. Tudo isto resulta macroscopicamente num aumento de resistência e dureza, e num decréscimo da ductilidade do material.

O recozimento é um processo completo, onde há, nesta sequência, as etapas de recuperação, recristalização e aumento do tamanho de grão.

A recuperação é a operação do material em temperaturas na faixa de (0,3 a 0,5)xTF (temperatura de fusão), onde as discordâncias são bastantes móveis. Este processo depende do tempo e, embora não mude a microestrutura, restaura parcialmente as propriedades e alivia as tensões internas, resultando em menor resistência e maior ductilidade.

O processo de formação de novos grãos equiaxiais com baixa densidade de discordâncias e são característicos da condição anterior de trabalho a frio. A força motriz é a diferença de energia entre material deformado e não-deformado e a transformação ocorre pelo aquecimento acima da temperatura de recristalização (em torno de 0,5xTF), restaurando totalmente as propriedades originais, é denominado recristalização.

A temperatura de recristalização depende de algumas variáveis. Ela diminui com: aumento da quantidade de deformação a frio anterior, aumento da pureza do metal, aumento do tempo de aquecimento, aumento do tamanho inicial do grão e com a redução da temperatura de trabalho a frio, não sendo, portanto, uma temperatura fixa tal qual a temperatura de fusão de elementos puros ou de ligas.

A temperatura de 0,5xTF é apenas uma referência aproximada, pois mesmo pequenos teores de elemento de liga podem retardar substancialmente a formação de novos grãos, elevando a temperatura de recristalização.

Se o material for operado a temperaturas elevadas, ocorre o crescimento dos grãos, onde os grãos maiores consomem os grãos menores, devido à redução da área do contorno de grão. Geralmente, o crescimento de grão é indesejável, pois piora as propriedades mecânicas. As etapas de recuperação e recristalização não são necessárias para que o crescimento de grão ocorra.

O recozimento é um tratamento benéfico para a preparação do metal antes da conformação, pois o metal recristalizado possui menor resistência mecânica e alta ductilidade, facilitando o encruamento e a deformação plástica. Mas os parâmetros do tratamento têm que estar de acordo com requerimentos de tenacidade e resistência mecânica.

Conformação é o nome comum dado ao conjunto de processos que exploram a deformabilidade plástica dos materiais. Os processos de conformação mecânica, desenvolvidos para aplicações específicas, podem ser classificados com base em diferentes critérios, como o tipo de esforço que provoca a deformação do material, a variação relativa da espessura da peça, o regime de operação de conformação, o propósito da deformação, etc.

A conformabilidade é um valor qualitativo que descreve a facilidade de uso do material em algum processo de conformação mecânica. Pode ser descrito por várias propriedades, como por exemplo, tenacidade, ductilidade, resistência, ou energia gasta para completar o processo sem que ocorram falhas, fraturas ou perda significativa de qualidade de outra propriedade. Pode ser medida diretamente através dos ensaios de embutimento Erichsen e Olsen ou ensaios de tração, de compressão ou de flexão (onde se mede a ductilidade), ou indiretamente através de ensaios de dureza, análise metalográfica e análise química.