Lista de Exercícios sobre Transformações da Austenita em Perlita

5 a LISTA DE EXERCÍCIO 1 Suponha que um aço com composição eutetóide seja resfriado desde 760 C 1400 F até uma temperatura de 550 C 1020 C em menos de 05 s e que então ele seja mantido nessa temperatura aQuanto tempo será necessário para que a reação de transformação da austenita em perlita atinja 50 da sua conclusão E para que atinja 100 da conclusão bEstime a dureza da liga que se transformou completamente em perlita cExplique sucintamente por que a taxa de reação para a transformação da austenita em perlita diminui com o aumento da temperatura em aparente contradição com a equação de Arrenhius Energia de ativação proporcional ao delta T temperatura 2 Usando o diagrama de transformação isotérmica para uma liga ABNT 1080 especifique a natureza da microestrutura final para uma pequena amostra que foi submetida aos seguintes tratamentos térmicos Para cada caso suponha que a amostra se encontra inicialmente a uma temperatura de 760 C e que ela tenha sido mantida a essa temperatura por tempo suficiente para que atingisse uma completa e homogênea estrutura austenítica aResfriamento rápido até 700 C manutenção nessa temperatura por 10000 s e então resfriamento rápido até a temperatura ambiente bResfriamento rápido até 600 C manutenção dessa temperatura por 4 s resfriamento rápido até 450 C manutenção dessa temperatura por 10 s e então resfriamento até a temperatura ambiente cResfriamento rápido até 400 C manutenção dessa temperatura por 2 s e então resfriamento rápido até a temperatura ambiente DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA DISCIPLINA MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA PROFESSOR JOSÉ RUBENS G CARNEIRO dResfriamento rápido até 400 C manutenção dessa temperatura por 20 s e então resfriamento rápido até a temperatura ambiente eResfriamento rápido até 400 C manutenção dessa temperatura por 200 s e então resfriamento rápido até a temperatura ambiente fResfriamento rápido até 575 C manutenção dessa temperatura por 20 s resfriamento rápido até 350 C manutenção dessa temperatura por 100 s e então resfriamento rápido até a temperatura ambiente gResfriamento rápido até 250 C manutenção dessa temperatura por 100 s e então resfriamento em água até a temperatura ambiente Reaquecimento até 730 C e manutenção dessa temperatura por 1h seguido pelo resfriamento rápido em óleo até a temperatura ambiente 3 Usando o diagrama de transformação isotérmica para uma liga ABNT 1050 especifique a natureza da microestrutura final para uma pequena amostra que foi submetida aos seguintes tratamentos térmicos Para cada caso suponha que a amostra se encontra inicialmente a uma temperatura de 845 C e que ela tenha sido mantida a essa temperatura por tempo suficiente para que atingisse uma completa e homogênea estrutura austenítica aResfriamento rápido até 250 C manutenção nessa temperatura por 1000 s e então resfriamento rápido até a temperatura ambiente bResfriamento rápido até 700 C manutenção dessa temperatura por 30 s e então resfriamento rápido até a temperatura ambiente cResfriamento rápido até 400 C manutenção dessa temperatura por 500 s e então resfriamento rápido até a temperatura ambiente dResfriamento rápido até 700 C manutenção dessa temperatura por 105s e então resfriamento rápido até a temperatura ambiente eResfriamento rápido até 650 C manutenção dessa temperatura por 3 s e então resfriamento rápido até 400 C manutenção nessa temperatura por 10 s e então resfriamento rápido até a temperatura ambiente fResfriamento rápido até 450 C manutenção dessa temperatura por 10 s e então resfriamento rápido até a temperatura ambiente gResfriamento rápido até 625 C manutenção dessa temperatura por 1 s resfriamento rápido até a temperatura ambiente hResfriamento rápido até 625 C manutenção dessa temperatura por 10 s e então resfriamento rápido até a temperatura 400 C e manutenção dessa temperatura por 5 s seguido pelo resfriamento rápido até a temperatura ambiente 4a Cite duas diferenças principais entre as transformações martensíticas e perlítica bCite duas diferenças importantes entre os diagramas de transformação por resfriamento contínuo para aços carbono e aços liga cCite os produtos microestruturais de amostras de aço ABNT 4340 que são em primeiro lugar completamente transformadas em austenita e depois resfriadas até a temperatura ambiente de acordo com as seguintes taxas de resfriamentoa 10 Cs b 1 Cs c 01 Csd 001 Cs dCite duas razões pelas quais a martensita é tão dura e frágil 5 O aço ABNT 8655 tem a seguinte faixa de composição química C Mn Si P S Cr Ni Mo 051059 075100 015035 0035 0040 040060 040070 015025 5aVocê usaria esse aço com a composição química no limite superior para um eixo de diâmetro 2 que vai ser resfriado em óleo H 080 com dureza crítica no centro Justifique a resposta 5bCompare a soldabilidade desse aço com o ABNT 1055 Justifique a resposta Discuta a posição das linhas Mi desses dois aços 6 Uma peça de aço ABNT 4320 depois de usinada é submetida aos seguintes tratamentos térmicos aÉ aquecida a 800 C e resfriada a 600 C em banho de sal em 1s mantida um tempo de 2 h nessa temperatura e em seguida resfriada no forno até a temperatura ambiente bÉ reaquecida a 700C por 1 h resfriada a 400 C em banho de sal em 05 s mantida nessa temperatura durante 20 min e em seguida resfriada até a temperatura ambiente em óleo cFinalmente é reaquecida a 850 C e novamente resfriada em fornoPedese dizer 6aO gráfico tensão versus deformação para os três primeiros tratamentos térmicos 6bVocê usaria esse aço com a composição química do gráfico para um eixo de diâmetro 3 que vai ser resfriado em óleo H 080 com dureza crítica no centro Justifique a resposta 6cCompare a soldabilidade desse aço com o ABNT 1017 Justifique a resposta 7 Considere uma liga de ferro com 035 C Descreva a sua microestrutura indicando as porcentagens das fases e dos constituintes 7aQuando o metal é lentamente resfriado do campo austenítico até a temperatura ambiente 7b Qual é a razão entre a espessura das lamelas de ferrita e cementita se o metal fosse resfriado a velocidade moderada de maneira que a quantidade de perlita na microestrutura fosse de 80 7c Trace um diagrama TTT para esse aço ABNT 1035 e ABNT 4335 Justifique a resposta Qual a diferença desse aço ABNT 4335 para o aço ABNT 4335H Explique 8 Os aços ABNT 8620 e 8650 têm a seguinte composição química C Mn Si P S Cr Ni Mo 018 070 015 0000 0000 040 040 015 023 090 035 0035 0040 060 070 025 C Mn Si P S Cr Ni Mo 048 075 015 0000 0000 040 040 015 053 100 035 0035 0040 060 070 025 8aVocê usaria qual desses aços com a composição química no limite superior para um eixo de diâmetro 4 que vai ser resfriado em óleo H 080 com dureza crítica no centro Justifique a resposta 8bCompare a soldabilidade desse aço com o ABNT 1050 Justifique resposta Discuta a posição das linhas Mi desses dois aços 8cSempre uma peça apresenta dureza superficial mais elevada do que o núcleo ele passou pelo processo de têmpera Justifique 9aCite duas diferenças principais entre as transformações martensíticas e perlíticas bCite duas diferenças importantes entre os diagramas de transformação por resfriamento contínuo para aços ao carbono e açosliga cExplique sucintamente por que não existe uma região de transformação bainítica no diagrama de transformação por resfriamento contínuo para uma liga ferrocarbono com composição eutetóide d Cite duas razões pelas quais a martensita é tão dura e frágil e Explique sucintamente por que a perlita fina é mais dura e mais resistente do que a perlita grosseira que por sua vez é mais dura e resistente do que a cementita esferoidal f Explique sucintamente a diferença entre dureza e temperabilidade 10 Considere uma liga de ferro com 06 C Descreva a sua microestrutura indicando as porcentagens das fases e dos constituintes 10aQuando o metal é lentamente resfriado do campo austenítico até a temperatura ambiente 10bQual é a razão entre a espessura das lamelas de ferrita e cementita se o metal fosse resfriado a velocidade moderada de maneira que a quantidade de perlita na microestrutura fosse de 900 11 Uma peça de aço ABNT 4140 depois de usinada é submetida aos seguintes tratamentos térmicos a É aquecida a 800 C e resfriada a 600 C em banho de sal em 05s mantida um tempo de 2 h nessa temperatura e em seguida resfriada no forno até a temperatura ambiente bÉ reaquecida a 700 C durante 1 h resfriada a 400 C em banho de sal em 10s mantida nessa temperatura durante 20 min e em seguida resfriada até a temperatura ambiente em óleo cFinalmente é reaquecida a 700 C e novamente resfriada em forno Pedese dizer 11a O gráfico tensão versus deformação para os três primeiros tratamentos térmicos 11bVocê usaria esse aço com a composição química do gráfico para um eixo de diâmetro igual a 3 que vai ser resfriado em óleo H 080 com dureza crítica no centro Justifique a resposta 11c Compare a soldabilidade desse aço com o ABNT 1040 Justifique a resposta 12 Uma peça de aço ABNT 4140 depois de usinada é submetida aos seguintes tratamentos térmicos aÉ aquecida a 900 C durante 1 hora a uma taxa de 50 Cs resfriada a 600 C em 10 s e mantida um tempo de 600 h nessa temperatura e posteriormente resfriada no forno até a temperatura ambiente bÉ aquecida a 850 C por 2 h e resfriada a 400 C em 05 s mantida nesta temperatura durante 360 min e resfriada em água até a temperatura ambiente cEm seguida aquece a 800 C durante 5 h e novamente resfria em forno até a temperatura ambiente dFinalmente é reaquecida a 700 C e novamente resfriada em forno até a temperatura ambientePedese 12aO nome de cada tratamento e objetivo do mesmo 12bQual a diferença desse aço para o aço 4140H Explique Compare a soldabilidade desse aço com o ABNT 1040 12cCritique essa seqüência de tratamento térmico 12dSabendo que a cristalização do propileno em 140 C obedece a equação de Avrami calcule o tempo de cristalização para fração transformada de 25 tempo minuto 20 55 85 100 Fração transformada 10 25 65 90 13 Uma peça de aço ABNT 4340 depois de usinada é submetida aos seguintes tratamentos térmicos a É aquecida a 900 C durante 1 h resfriada a 600 C em 10 s mantida um tempo de 600 h nessa temperatura de 600 C e posteriormente resfriada no forno até a temperatura ambiente b É aquecida a 850 C e resfriada a 400 C em 1 s mantida nesta temperatura durante 360 min e resfriada em água até a temperatura ambiente c Em seguida aquece a 800 C por 2 h e novamente resfria em forno até a temperatura a ambiente dFinalmente é reaquecida a 700 C e novamente resfriada em forno até a temperatura ambiente Pedese 13aO nome de cada tratamento e objetivo do mesmo 13bQual a diferença desse aço para o aço 4340H ExpliqueCompare a soldabilidade desse aço ABNT 4340 com o ABNT 1040 13cCritique essa seqüência de tratamento térmico 14 Considere uma liga FeC cujo teor seja de 06 C Descreva a sua microestrutura indicando as porcentagens das fases e dos constituintes 14aQuando a liga é lentamente resfriada forno 10 C h do campo austenítico até a temperatura ambiente 14bQual é a razão entre a espessura das lamelas de ferrita e cementita se a liga fosse resfriada a velocidade moderada ar 15 Cmin de maneira que a quantidade de perlita na microestrutura fosse de 900 e 10 de ferrita 15 Os aços ABNT 8620 e 8650 têm a seguinte composição química C Mn Si P S Cr Ni Mo 018 070 015 0000 0000 040 040 015 023 090 035 0035 0040 060 070 025 C Mn Si P S Cr Ni Mo 048 075 015 0000 0000 040 040 015 053 100 035 0035 0040 060 070 025 Dois corpos de prova desses aços foram usinados e ensaiados no dispositivo Jominy Pede se 15aA curva de evolução de dureza em função da profundidade destes dois aços num mesmo diagrama justificando o formato 15bÉ possível estes dois aços apresentarem a mesma temperabilidade Explique a resposta 15cEsboce a curva TTT destes dois aços nas mesmas condições de fabricação Explique o formato Discuta a soldabilidade destes dois aços 16 Uma liga FeC contendo 0001 em peso de carbono é aquecida a 723 C e mantida nessa temperatura até atingir o equilíbrio A seguir resfriase em água 16aDetermine o teor de carbono em solução sólida após o resfriamento 16bSeria possível conservar essa amostra indefinidamente em água e manter o carbono em solução sólida Explique 17 Com relação aos três meios possíveis de têmpera ou seja salmoura água e óleo responda às seguintes questões 17aQual meio de resfriamento produzirá a estrutura mais uniforme Explique 17bQual produzirá o menor gradiente de temperatura entre a superfície e o centro durante o tempo em que a austenita está se decompondo 17cDesenhe as curvas de dureza esperada em amostras temperadas nos três meios de resfriamento 18 Dois aços estruturais ASTM A514 grau A e ABNT 8650 Tamanho de grão da austenita 8 para na forma de chapas têm a seguinte composição química C Mn Si P S Cr Ni Mo 015 080 040 0000 0000 050 000 018 021 110 080 0035 0040 080 000 028 C Mn Si P S Cr Ni Mo 048 075 015 0000 0000 040 040 015 054 100 035 0035 0040 060 070 025 18aA diferença de temperabilidade desses dois aços é significativa no que concerne à problemas de têmpera 18bO aço estrutural é normalmente laminado a quente e resfriado ao ar Você espera algum efeito nas resistências relativas desses dois aços ASTM A514 e ABNT 8650 Justifique a resposta 19 Uma companhia de rolamentos faz caixas de rolamento de alta precisão de uma aço ABNT52100 Esses são inicialmente trabalhadosquando ainda inacabados então austenitizados e temperados em óleo depois resfriados a 73 C e aquecidos até a temperatura ambiente em óleo antes da operação final de polimento de precisão O que pode ocorrer se o resfriamento a 73 C for omitido Explique o por quêÉ possível dois aços terem a mesma temperabilidade mas durezas diferentesExplique 20 Esquematize o diagrama TTT para um aço carbono de composição eutetóide que exibe os seguintes aspectos a A 650 C a transformação de 1 e 99 da austenita ocorre respectivamente após 10 e 100 s b A taxa de transformação mais rápida ocorre à 550 C Nesta temperatura a transformação da austenita de 1 e 99 ocorre respectivamente após 1 e 10 s c A 360 C a transformação da austenita de 1 e 99 ocorre respectivamente após 10 e 300 s d A temperatura de início de martensita é 240 C 90 de martensita se transformou à martensita em 100 C A temperatura de final de martensita é 50 CExplique brevemente a forma das linhas tiradas do diagrama TTT 21 Explique o seguinte a A taxa de resfriamento crítica é aproximadamente 700 e 30 Cs para um aço carbono ABNT 1060 respectivamente com grão fino e grosseiro b Um aço inoxidável contendo 18 Cr tem uma estrutura CCC à temperatura ambiente enquanto que um aço com 18 Cr mais 8 Ni tem uma estrutura CFC à temperatura ambiente 22 Um eixo de diâmetro 40 mm deve ser endurecido pela austenitização seguido por têmpera em óleo O centro da barra deve ter 100 de martensita A Tabela abaixo fornece a taxa de resfriamento no centro de uma barra resfriada em óleo com função do diâmetro da barra Diâmetro da barramm Velocidade de ResfriamentoCs 500 017 100 25 20 50 5 667 Foi proposto fazer o eixo com um aço CrNiMo As velocidades de resfriamento para estes aços são dadas pela equação empírica log 10 CCR Cs 43 327C MnCrMoNi16 onde o símbolo de cada elemento denota sua porcentagem em peso Aço Composição Química C Mn Cr Mo Ni A 030 180 035 015 050 B 040 060 120 030 150 C 036 070 150 025 150 D 040 060 120 015 150 E 041 085 050 025 055 F 040 065 075 025 085 G 040 060 065 055 255 aRelacione log diâmetro da barra em função log velocidade de resfriamento e ache a equação matemática b Quais dos aços acima podem ser usados na fabricação desse eixo 23 Uma peça de aço ABNT 4150 depois de usinada é submetida aos seguintes tratamentos térmicos C Mn Si Cr Ni Mo 048 055 015 080 020 015 055 075 035 110 040 025 a É aquecida a 850 C e resfriada rapidamente a 550 C em banho de sal em 10 s mantida um tempo de 3 h nessa temperatura e em seguida resfriada no forno até a temperatura ambienteEm seguida aquece a 600 C a taxa de 20 Cs e em seguida mantém em duas horas nessa temperatura resfria em óleo b É reaquecida a 800 C resfriada a 300 C em banho de sal em 05 s mantida nessa temperatura durante 100 s e em seguida resfriada até a temperatura ambiente em água Em seguida aquece a 600 C a taxa de aquecimento de 20 Cs por 2 h e em seguida resfria em óleo c Finalmente é reaquecida a 650 C e novamente resfriada em óleo sendo posteriormente aquecido à temperatura de 700 C em 2 h e resfriado à uma velocidade de 20 Ch até a temperatura ambiente Pedese dizer a O gráfico tensão versus deformação para os tratamentos térmicos Explique a resposta b Esse aço recozido é utilizado como parafuso no estado trefilado e esferoidizado O que você sugeriria para se melhorar a soldabilidade desse aço Você usaria esse aço com a composição química no limite superior para um eixo de diâmetro 2 que vai ser resfriado em óleo H 080 com dureza crítica no centro Justifique a resposta 24 Uma peça de aço ABNT 04C35Ni2Mo depois de usinada é submetida aos seguintes tratamentos térmicos a É aquecida a 800 C e resfriada a 600 C em banho de sal em 1 s mantida um tempo de 2 h nessa temperatura e em seguida resfriada no forno até a temperatura ambiente a uma taxa de 20 Ch Em seguida é reaquecida a 650 C por 10 h e novamente resfriada em forno b É reaquecida a 800 C resfriada a 400 C em banho de sal em 05 s mantida nessa temperatura durante 5 s e em seguida resfriada até a temperatura ambiente em óleo Em seguida aquece até a temperatura de 650 C em 2 h e resfria no forno à mesma taxa do item anterior c Finalmente é reaquecida a 650 C e novamente resfriada em forno Pedese dizer 24a O gráfico tensão versus deformação para os três primeiros tratamentos térmicos justificandoo 25 Defina os tratamentos térmicos de amostras do aço ABNT 4340 que são em primeiro lugar transformadas em austenita e depois resfriadas até a temperatura ambiente de acordo com as seguintes taxas a 10 Cs b 1 Cs c 01 Cs d 001 Cs 26 A dureza mínima requerida no centro de uma barra cilíndrica de aço com 3 de diâmetro temperada em água sem agitação é de 40 HRC Qual ou quais dos seguintes aços pode ser escolhido 4118 4130 4145 e 4135 Utilizar os gráficos e tabela abaixo para responder a questão Detalhar o procedimento