Efeitos da temperatura de austenitização do aço 4140

Efeitos da temperatura de austenitização do aço 4140

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EFEITOS DA TEMPERATURA DE AUSTENITIZAÇÃO DO AÇO 4140

Cássio Becker Sapper Lyon Peixoto Regis Almir Rohde Vilenio Hennig

O presente trabalho visa avaliar os efeitos da temperatura de austenitização em amostras do aço 4140. Foram realizados testes em diversos níveis de temperatura afim de se verificar microestrutura e propriedades do referido material e verificar quais as melhores condições para determinadas situações de utilização.

A princípio seria realizado um comparativo entre o ensaio de dureza com o ensaio de compressão a fim de avaliar as melhores propriedades alcançadas com o tratamento, mas por pequenos problemas apresentados nos ensaios isto não foi possível, foi realizada então a metalografia das amostras para a determinação do tamanho de grão.

O material apresentou uma maior dureza em uma baixa temperatura de austenitização devido ao baixo crescimento de grão.

Não foi feito o revenimento e também não foi levado em conta a descarbonetação para ser avaliado somente o efeito da temperatura de austenitização.

Palavras –chave Aço 4140 – austenitizaçao – temperatura

1 . INTRODUÇÃO

austenitização no material supracitado valendo-se de ensaios de dureza, metalografias

Os aços da série 4140 possuem 0,4 % de carbono em sua estrutura, são materiais considerados de médio carbono. Possui qualidades tais como alta temperabilidade, má soldabilidade e usinabilidade razoável. Boa resistência à torção e à fadiga. Dureza na condição temperada varia de 54 a 59 HRc. Através de nitretação pode-se melhorar suas propriedades mecânicas. É utilizado em peças que exigem elevada dureza, resistência e tenacidade. Usado em automóveis, aviões, virabrequins, bielas, eixos, engrenagens, armas, parafusos, equipamentos para petróleo. Na presente prática verificar-se-á os efeitos da variação da temperatura de I. 2 Métodos

I.2.1 Tratamentos térmicos

Os corpos de prova sofreram o tratamento térmico de têmpera antes dos ensaios mecânicos. O material foi austenitizado durante uma hora em temperaturas que variaram de 850ºC a 1050 ° C. Sendo que, foram usadas duas amostras do metal para cada temperatura. Essas amostras foram temperadas aleatoriamente em água e óleo.

I.2.2 Ensaios Mecânicos

Nos corpos de prova foram feitos ensaio de dureza, usando a escala

Rockwell C. 2. METODOLOGIA

2.1. MATERIAL E AMOSTRAS

O material utilizado no presente experimento foi o aço SAE 4140, fornecido em barras de 6 metros de comprimento por 19 m de diâmetro. Procedeu-se o corte do material utilizando a maquina Policorte marca Pantec e obtendo um corpo de prova de 30mm de comprimento e com o diâmetro original. Este material foi submetido a um aquecimento no forno Quimis conforme tabela abaixo:

0 Sem tratamento----------------

AMOSTRA TEMPERATURA (°C) MEIO DE RESFRIAMENTO 21 900 óleo 2 água 31 850 água 32 óleo 41 950 óleo 42 água 51 1000 óleo 52 água 61 1050 óleo 62 água

Os corpos de prova foram lixados com lixas de 100, 220, 320, 400, 600 e 1200. Posteriormente utilizando-se da Politriz marca Panambra com alumina 05 µm de modo a preparar as amostras para analise microscópica.

Fig 01. Imagem dos corpos de prova utilizados

2.3 ANÁLISE METALOGRÁFICA

O ataque químico realizado em todas as amostras foi com Reativo de Vilela. O tempo de ataque foi em média 01 minuto.

Fig.: 02 – CP a 900 ° C em óleo - 21Fig.: 03 – CP a 900°C em água – 2
Fig.: 03 – CP a 850°C em água – 31Fig.: 04 – CP a 850° C em óleo – 32
Fig.: 09 – CP a 1050° C em óleo – 61Fig.:10 – CP a 1050° C em água – 62

Fig.: 1 – CP sem tratamento 2.4 ENSAIO DE DUREZA

Foram realizados ensaios na maquina de Ensaio de Dureza marca Reicherter. 2.5 ENSAIOS DE COMPRESSÃO

As amostras foram ensaiadas até o limite máximo apresentado pela máquina

Emic, de 300KN sem apresentar deformação. As amostras foram então ensaiadas na máquina do laboratório da engenharia civil marca Emic, a qual apresenta um limite máximo de 3000KN. Não foi possível realizar o ensaio, pois as bases utilizadas para o mesmo escoavam antes do corpo de prova, prejudicando o processo.

Fig 12: base utilizada no ensaio de compressão com o referido escoamento

Fig 13: dispositivo utilizado para compensar inclinações da base do fuso da maquina de ensaio de compressão, o qual apresentou o mesmo problema de escoamento;

3. RESULTADOS 3.1 ENSAIO DE DUREZA

Nos ensaios de dureza o material apresentou os seguintes resultados na escala Rockwel.

*Obs: O corpo de prova sem tratamento térmico apresentou uma dureza de 15HRc.

Temperatura(C)

D ur e z a ( H R c ) oleo agua

Gráfico Dureza em função da temperatura de austenitização 3.2 – METALOGRAFIA - ESPECIFICAÇÃO DO TAMANHO DE GRÃO

A tabela abaixo foi montada utilizando as fotos obtidas das amostras, a norma regulamentadora ABNT-1323 / tab.: 03 atraves da metalografia.

21 TG4 900°C Óleo

2 TG4,5 Água

32 TG4 Óleo

41 TG4 950°C Óleo

42 TG4 Água

52 TG3,5 Água

62 TG4,5 Água

de grão menor do que as temperadas em água

Pode-se verificar que as amostras temperadas em óleo apresentaram um tamanho 4. DISCUSSÃO

As altas temperaturas de autenitizaçao por um tempo prolongado acarretam um alto crescimento do tamanho de grão do material. Isso desloca as curvas em C mais para a esquerda, dificultando a formação de martensita não ocasionando um elevado tensionamento no material. Como por exemplo, o material temperado em óleo quando submetido a um ensaio de tração tem maior resistência do que o temperado em água, diante do fato de possuir tamanho de grão menor.

Em alguns aços de média liga (430, 8640, 4140), o resfriamento não pode ser brusco, porque assim o material trincaria. Deve-se usar o óleo, que tem um primeiro estágio de têmpera mais longo.

Devido à brusca transformação de ordem estrutural na retícula cristalização do aço (de austenita para martensita) e porque a martensita ocupa maior volume, ocorre uma conseqüentemente variação nas dimensões da peça, conhecida genericamente por distorção.

O empenamento acontece em tratamentos térmicos porque geralmente se esquece que o material está com baixa resistência mecânica face à temperatura de processo e não se toma na arrumação das peças no forno ou na cesta.

Em função das diferentes velocidades de tratamento entre o núcleo e superfície, ocorrem estruturas e durezas diferentes. (Convém relembrar que a dureza superficial é praticamente função do teor de carbono do aço e a dureza do núcleo vem a ser função da liga do material).

Por isso, às vezes consegue-se melhorar as propriedades mecânicas do material trocando o meio de têmpera. Chega a um ponto, contudo, em que o tratamento térmico não é mais conveniente, porque se torna mais oneroso do que a troca do aço por outro com mais elementos de liga. O inverso também é válido, visto que para determinadas propriedades mecânicas pode-se usar um aço com menores teores de elementos ligas, aplicando, porém o tratamento térmico adequado.

5. CONCLUSÕES

Diante dos resultados obtidos nos ensaios realizados no Aço 4140, pode-se concluir que, a diferença de dureza verificada entre as amostras temperadas em óleo e em água, se da devido ao resfriamento em óleo ser mais brando do que o em água, não ocasionando uma maior tensão residual em sua microestrutura.

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