O Laboratório de Materiais de Construção Mecânica

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Laboratório de Materiais de Construção Mecânica

Professora: Nathalia Mello

RELATÓRIO METALOGRAFIA

GUSTAVO SARAIVA

HIGOR BASTOS

LUCAS MESQUITA

STEFANY MACEDO

ENGENHARIA MECÂNICA

Belo Horizonte

09 de Abril de 2021

1. OBJETIVO

        Comparar a dureza e a microsestrutura de duas amostras de aço AISI 4340, que foram submetidas a dois diferentes tipos de tratamento térmico, o de normalização e a têmpera.

2. INTRODUÇÃO

Os tratamentos térmicos consistem em aquecer um determinado material e, posteriormente, esfriá-lo. O modo como acontece o resfriamento é muito importante, pois interfere nas propriedades mecânicas do material. Quando se deseja obter um material com uma microestrutura homogênea, ou seja, com uma granulação refinada, uma alternativa é o processo chamado de tratamento térmico de normalização. Nesse processo o aço é aquecido acima da zona crítica, e em seguida é resfriado ao ar.

 A Têmpera é outro tipo de tratamento térmico, seu objetivo é proporcionar alta dureza e elevada resistência ao aço. O diferencial desse processo é o fato de que o aquecimento e o resfriamento devem ser etapas rápidas para submeter as peças de aço a temperaturas diferentes bruscamente. Os tratamentos térmicos em materiais conferem uma série de vantagens e isso varia de acordo com os objetivos que se deseja obter, os principais estão relacionados a dureza.

A dureza consiste numa medida da resistência de um material a uma deformação plástica localizada. A primeira escala usada para se quantificar a dureza é a escala de Mohs. A Escala de Mohs quantifica a resistência que um determinado mineral oferece ao risco. O diamante risca o vidro, portanto, ele é mais duro que o vidro. Esta escala foi criada em 1812 pelo alemão Friedrich Mohs. Esta escala é apenas qualitativa, onde o diamante é o material mais duro. Na indústria utilizam-se os métodos quantitativos para o controle da dureza dos materiais, onde um aparelho chamado durômetro, fornece um número índice do valor de dureza relacionado ao tamanho de uma impressão produzida na superfície do corpo de ensaio.

 Os métodos consistem em aplicar uma carga em um pequeno penetrador esférico ou pontiagudo posicionado na superfície plana do material. O aparelho mede e indica a profundidade ou as dimensões da impressão produzida na peça. As diferentes escalas dependem do tipo de penetrador, da pré-carga e da carga principal aplicada. Um material macio tem uma impressão maior e mais profunda e é menor o número índice de dureza. O ensaio de dureza é muito utilizado na indústria por ser simples e barato, a peça ensaiada ao precisar ser descartada e fornecer uma estimativa da resistência à tração do material.

A determinação e o controle da microestrutura de um material requerem uma análise metalográfica. A metalografia é um processo utilizado para obter as propriedades de um material e através dela conseguimos conhecer a estrutura do material. Para a realização da análise metalográfica, uma amostra é cortada, embutida, lixada, polida e atacada com um reagente químico. Com objetivo de revelar as interfaces entre os diferentes constituintes que compõe o metal. Neste relatório será apresentada a análise metalográfica do aço AISI 4340. O aço AISI 4340 é um aço que possui composição química com cromo, níquel e molibdênio. Possui boas propriedades mecânicas, como tenacidade e alta resistência mecânica após o tratamento térmico. Este aço tem como aplicações: engrenagens, eixos, cilindros entre outros.

Neste relatório, será apresentada a análise metalográfica do aço AISI 4340, e também os resultados do ensaio de dureza Rockwell, para a determinação da dureza por penetração.

3. METODOLOGIA

Na prática foram utilizadas duas amostras com características idênticas descritas na Tabela 1

Tabela 1 - Características das amostras

Material	AISI 4340
Diâmetro	¾ “ou 19,05 mm
Espessura	Cerca de 12 mm

3.1 Tratamento térmico

O primeiro passo da prática foi o tratamento térmico onde ambas as peças foram submetidas às mesmas condições térmicas e intervalo de tempo, mas o processo de resfriamento foi diferente, enquanto uma das amostras foi resfriada ao ar (normalização) a outra foi resfriada ao óleo (têmpera).

Os seguintes materiais foram utilizados para a realização dessa primeira etapa da prática:

• Forno;
• Pinça;
• Suporte de arame para facilitar o processo de têmpera;
• Prato de metal para apoiar a peça a ser normalizada;
• Reservatório com óleo para o procedimento de têmpera;
• EPI’s (Luva, calça, sapato fechado, avental e máscara).

O processo teve início com a abertura do forno e a inserção das duas amostras dentro do mesmo. Em seguida o forno foi programado para chegar a temperatura máxima de 860ºC com uma taxa de aquecimento de 10ºC por minuto. Após o forno chegar a temperatura máxima programada, foi utilizado um tempo de encharque de 20 minutos visando evitar o crescimento excessivo do grão devido ao pequeno tamanho das amostras.

Com a utilização dos EPI’s, ao fim dos 20 minutos de encharque, foi retirada do forno a amostra com o suporte de arame e realizada a têmpera do material no reservatório de óleo previamente preparado. Durante o processo de têmpera a peça foi movimentada constantemente para evitar o surgimento de bolhas que dificultam a troca de calor entre o aço e o óleo. A amostra ficou em contato com o óleo durante 2 minutos e 30 segundos. Após a finalização da têmpera, a segunda amostra foi retirada do forno e posicionada sobre o prato de metal para o processo de resfriamento ao ar.

3.2 Embutimento

Posteriormente ao tratamento térmico das amostras foi realizado o processo de embutimento com o objetivo de facilitar o manuseio da peça durante a etapa de desbaste. O processo de embutimento realizado foi o embutimento a frio utilizando acrílico auto polimerizante e o catalisador para a realização da polimerização do acrílico.

Antes do início da etapa de embutimento foi realizado um desbaste da superfície a ser trabalhada com uma lixa de baixa granulometria visando remover a camada de óxido presente nas duas amostras após o aquecimento.