FRATURA FRAGIL

FRATURA FRÁGIL - DETERMINAÇÃO DA TEMPERATURA DE TRANSIÇÃO DÚCTIL-FRÁGIL DOS AÇOS ABNT 1020 E 1045 NORMALIZADOS

1 INTRODUÇÃO

Este trabalho tem como objetos de estudo os aços ABNT 1020 e ABNT 1045 normalizados, que possuem diferenças no teor de carbono, sendo o 1010 um baixo carbono e o 1045 alto carbono. O objetivo desse trabalho é analisar o comportamento dos aços citados quando tratados termicamente a diferentes temperaturas, verificando a existência de transição dúctil frágil em cada um, nas variadas temperaturas ensaiadas.

Para isso, foram utilizados como material:

- 10 corpos de provas de impacto de cada tipo de aço (1020 e 1045);

- Gelo seco;

- Nitrogênio líquido.

Como equipamentos:

- Durômetro;

- Forno;

- Máquina de ensaio de impacto;

- Máquina para preparação dos corpos de prova para metalografia;

- Microscópio

- Computador para fazer a análise metalográfica.

Com isso, para chegar-se ao objetivo do experimento, serão medidas as propriedades dos materiais a serem analisados, os mesmos serão tratados termicamente. Após isso, irá realizar-se o ensaio de impacto em diferentes temperaturas e, para finalizar, será feita a análise metalográfica.

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1 Aço ABNT 1020 e ABNT 1045

O aço ABNT 1020, é um aço baixo-carbono, possui 0,10% carbono, e tem como características:

• Boa soldabilidade – Pouca transformação da estrutura cristalina na execução da solda;

• Baixa resistência mecânica – Não suporta muitos esforços exercidos por cargas que possam provocar rupturas, esmagamento e quebras;

• Baixa usinabilidade – Difícil de usinar.

Já o aço ABNT 1045, é um aço médio-carbono, possui 0,45% carbono, e como características:

• Boa temperabilidade em água – explicar;

• Boa combinação de tenacidade e ductilidade – explicar;

• Boa usinabilidade – Fácil de usinar.

2.2 Fraturas Dúctil e Frágil

Todos os materiais se rompem quando submetidos a um carregamento no qual a tensão seja maior que aquela da sua resistência mecânica. Contudo, o comportamento ao longo desse processo pode classificar os materiais em dois grandes grupos: há os que fraturam sem ‘ceder’ e os que ‘cedem’ nitidamente antes de se fraturar.

Ao primeiro grupo denominamos materiais frágeis (que apresentam fratura frágil) e, ao segundo, materiais dúcteis.

Resumindo, pode-se dizer que fratura dúctil ocorre apenas após extensa deformação plástica e se caracteriza pela propagação lenta de trincas resultantes da nucleação e crescimento de microcavidades.

Fratura frágil ocorre pela propagação rápida de trincas, acompanhada de pouca ou nenhuma deformação. Nos materiais cristalinos ocorre em determinados planos cristalinos chamados planos de clivagem ou ao longo dos contornos de grão.

2.3 Temperatura de Transição Dúctil Frágil

Para cada metal específico, existe uma temperatura crítica, abaixo da qual a fratura é frágil. O campo de transição define a passagem do comportamento frágil para o dúctil. O conhecimento do comportamento de cada material é essencial para objetivos de projeto.

Tipos de materiais e campos de temperaturas de transição

Pode-se dividir o comportamento da temperatura de transição dos materiais em três grupos básicos, a saber:

• Os metais com estrutura CFC de baixa e média resistência e a maioria dos que possuem estrutura hexagonal compacta, em que tenacidade ao entalhe é alta e portanto não apresentam fratura frágil

• Materiais de elevada resistência, como aços de alta resistência e ligas de alumínio e titânio, que possuem baixa tenacidade ao entalhe e, portanto podem ter fratura frágil dentro do regime elástico em qualquer temperatura e taxa de deformação. Em baixas temperaturas a fratura ocorre por clivagem. Em altas temperaturas a fratura é do tipo ruptura de baixa energia.

• Materiais com estrutura CCC de baixa e média resistência e materiais cerâmicos, que apresentam grande dependência da temperatura. Em baixas temperaturas a fratura é frágil. Em altas temperaturas a ruptura é dúctil. Existe portanto uma transição no comportamento da fratura de frágil para dúctil com o aumento de temperatura. Genericamente pode ser dito que para os metais a transição ocorre para valores entre 10 e 20% da temperatura absoluta de fusão. Para materiais cerâmicos este valor fica entre 50 e 70%.

2.4 Normalização

A normalização visa refinar a granulação grosseira de peças de aço fundido, que são também aplicadas em peças depois de laminadas ou forjadas, ou seja na maioria dos produtos siderúrgicos. É também usada como tratamento preliminar à tempera e ao revenido, visando produzir uma estrutura mais uniforme e reduzir empenamentos.

Consiste em um processo de elevação de temperatura dentro do campo austenítico. O material é deixado nesta temperatura até que toda a microestrutura esteja homogeneizada. Após é removido do forno e resfriado em temperatura ambiente sob convecção natural. A microestrutura resultante é formada por finos grãos de perlita com ferrita e cementita dispostas em finas lamelas. Esta microestrutura é de baixa dureza. O grau de ductilidade depende das condições do ambiente de resfriamento.

Este processo é substancialmente mais barato do que o recozimento pleno, pois não existe o custo adicional de resfriamento no forno.

A diferença principal entre peças recozidas e normalizadas é que as peças recozidas tem propriedades (ductilidade e usinabilidade) uniformes através de todo o seu volume enquanto que as peças normalizadas poderão ter propriedades não uniformes. Isto se dá porque no recozimento pleno, toda a peça fica exposta ao ambiente controlado do