Caracterização de Aço SAE 1016 Após Tratamentos Térmicos

257 Contribuição técnica ao 72º Congresso Anual da ABM Internacional e ao 17º ENEMET Encontro Nacional de Estudantes de Engenharia Metalúrgica de Materiais e de Minas parte integrante da ABM Week realizada de 02 a 06 de outubro de 2017 São Paulo SP Brasil CARACTERIZAÇÃO DE UM AÇO SAE 1016 APÓS TEMPERA TEMPERA INTERCRÍTICA E NORMALIZAÇÃO Dyego Irineu Silva de Almeida1 Gilvania Katia Cruz Pinheiro2 Yanka Maria Araújo Torres3 Mário José Maia Leitão4 Marcelo José Gomes da Silva5 Resumo O presente trabalho foi proposto em sala de aula na disciplina de tratamento térmico de ligas metálicas do curso de Engenharia Metalúrgica da Universidade Federal do Ceará e teve como objetivo comparar as diferenças entre microestruturas e propriedades de um aço SAE 1016 após os tratamentos térmicos de normalização têmpera e têmpera intercrítica Três amostras do mesmo material foram tratadas termicamente Uma amostra foi normalizada outra temperada e outra temperada na zona intercrítica e após as análises metalográficas e ensaios de dureza foi possível concluir que a amostra normalizada apresentou uma microestrutura ferrítica com ilhas de perlita a amostra temperada a 930ºC apresentou microestrutura martensítica e a amostra temperada na zona intercrítica formou microestrutura bainítica em uma matriz ferrítica Palavraschave Normalização Têmpera SAE 1016 CHARACTERIZATION OF A SAE 1016 STEEL AFTER QUENCHING INTER CRITICAL QUENCHING AND NORMALIZATION Abstract The present work was proposed in the classroom of the metal alloys thermal treatment course of the Metallurgical Engineering course of the Federal University of Ceará and aimed to compare the differences between microstructures and properties of a SAE 1016 steel after the thermal treatments of Normalization tempering and intercritical tempering Three samples of the same material were heat treated A sample was normalized another tempered and another tempered in the intercritical zone After the metallographic analysis and hardness tests it was possible to conclude that the normalized sample had a ferritic microstructure with perlite islands the sample tempered at 930ºC showed martensitic microstructure and Sample tempered in the intercritical zone formed bainitic microstructure in a ferritic matrix Keywords Quenching Normalization SAE 1016 1 Engenharia Metalúrgicagraduando bolsista de iniciação científica Departamento de Engenharia Metalúrgica e Materiais Universidade Federal do Ceará Fortaleza Ceará e BrasilEmail sodyegogmailcom 2 Engenharia Metalúrgicagraduando voluntário de iniciação científica Departamento de Engenharia Metalúrgica e Materiais Universidade Federal do Ceará Fortaleza Ceará e Brasil E mail gilvaniakatiagmailcom 3 Engenharia Metalúrgicagraduando voluntário de iniciação científica Departamento de Engenharia Metalúrgica e Materiais Universidade Federal do Ceará Fortaleza Ceará e Brasil E mail yankaaraujo11gmailcom 4 Engenharia Metalúrgicagraduando bolsista de iniciação científica Departamento de Engenharia Metalúrgica e Materiais Universidade Federal do Ceará Fortaleza Ceará e Brasil Email maialeitaogmailcom 5 Engenharia Metalúrgica Doutor Professor Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Universidade Federal do Ceará Fortaleza Ceará Brasil Email mgsilvaufcbr 17º Enemet Anais do Enemet Encontro Nacional de Estudantes de Engenharia Metalúrgica de Materiais e de Minas ISSN 25944711 vol 17 num 1 2017 258 Contribuição técnica ao 72º Congresso Anual da ABM Internacional e ao 17º ENEMET Encontro Nacional de Estudantes de Engenharia Metalúrgica de Materiais e de Minas parte integrante da ABM Week realizada de 02 a 06 de outubro de 2017 São Paulo SP Brasil 1 INTRODUÇÃO O aço SAE 1016 é considerado um aço com baixo teor de carbono e por isso possui baixa temperabilidade Temperabilidade é a influência da composição da liga sobre a habilidade de um aço se transformar em martensita para um tratamento de têmpera específico 1 Dessa forma fica difícil endurecelo por tratamento térmico tendo em vista que seria necessário um meio com severidade de têmpera muito alta Além da dificuldade de se temperar o material apresentaria uma martensita de dureza média por conta do baixo teor de carbono A têmpera consiste em resfriar o aço após austenitização a uma velocidade suficientemente rápida para evitar as transformações difusionais na peça em questão Deste modo obtémse estrutura metaestável martensítica 2 Uma tentativa para elevar a dureza de aços desse tipo é fazer uma têmpera na zona intercrítica entre as linhas A1 e A3 do diagrama ferro carbono Na região bifásica coexistiriam ferrita primária e austenita rica em carbono Ao resfriar bruscamente esperase uma microestrutura de matriz ferrítica com ilhas de martensita de alto teor de carbono com dureza elevada A normalização consiste no aquecimento do aço a uma temperatura acima da zona crítica seguido de resfriamento ao ar 3 2 MATERIAIS E MÉTODOS Neste trabalho foram utilizadas três amostras de um aço SAE 1016 A composição química típica do aço e mostrada na Tabela 1 A Tabela 2 apresenta a composição química do aço utilizado nesse trabalho Tabela 1 Composição química típica do aço SAE 1016 em em massa C Mn P S Mín 013 060 Max 018 090 0040 0050 Fonte ASM HANDBOOK4 Tabela 2 Composição química do aço utilizado nesse trabalho analisado em espectrômetro de emissão ótica Shimadzu PDA7000 C Mn P S Composição média 014 067 0021 0017 Fonte Elaborado pelos autores As amostras foram cortadas em seguida colocadas em um forno a 930 ºC por um período de uma hora Após esse tempo uma amostra foi resfriada em água sob agitação outra foi resfriada ao ar calmo e a última permaneceu dentro do forno que teve sua temperatura ajustada para 770 ºC e depois de 10 minutos nessa temperatura foi resfriado em água sob agitação Após tratadas as amostras foram embutidas em baquelite lixadas polidas com alumina e atacadas com NITAL 2 Em seguida foram tiradas as fotos em um microscópio óptico Foram feitas imagens de MEV na amostra temperada na zona intercrítica 17º Enemet Anais do Enemet Encontro Nacional de Estudantes de Engenharia Metalúrgica de Materiais e de Minas ISSN 25944711 vol 17 num 1 2017 259 Contribuição técnica ao 72º Congresso Anual da ABM Internacional e ao 17º ENEMET Encontro Nacional de Estudantes de Engenharia Metalúrgica de Materiais e de Minas parte integrante da ABM Week realizada de 02 a 06 de outubro de 2017 São Paulo SP Brasil Por fim foi realizado ensaio de dureza Vickers em 5 pontos distintos em cada amostra utilizando uma carga de 10Kgf 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO A figura 1 apresenta a microestrutura da amostra normalizada Nela é possível observar uma matriz ferrítica em tom mais claro e ilhas de perlita em tom escuro Figura 1 a Micrografia da amostra normalizada ataque NITAL 2 ampliação 200X b Micrografia da amostra normalizada ataque NITAL 2 ampliação 500X Fonte Elaborado pelos autores Na figura 2 observase a microestrutura da amostra temperada a partir de 930ºC Nessa micrografa vêse uma microestrutura tipicamente martensítica Figura 2 a Micrografia da amostra temperada ataque NITAL 2 ampliação 200X b Micrografia da amostra temperada ataque NITAL 2 ampliação 500X Fonte Elaborado pelos autores 17º Enemet Anais do Enemet Encontro Nacional de Estudantes de Engenharia Metalúrgica de Materiais e de Minas ISSN 25944711 vol 17 num 1 2017 260 Contribuição técnica ao 72º Congresso Anual da ABM Internacional e ao 17º ENEMET Encontro Nacional de Estudantes de Engenharia Metalúrgica de Materiais e de Minas parte integrante da ABM Week realizada de 02 a 06 de outubro de 2017 São Paulo SP Brasil A figura 3 apresenta as micrografias da amostra temperada na zona intercrítica É possível identificar pelo menos três fases distintas ferrita primária martensita e possivelmente bainita Figura 3 a Micrografia da amostra temperada na zona intercritica ataque NITAL 2 ampliação 200X b Micrografia da amostra temperada na zona intercritica ataque NITAL 2 ampliação 500X Fonte Elaborado pelos autores A intenção de realizar esse tratamento foi formar uma matriz ferrítica com ilhas de martensita porém provavelmente por estar antes do resfriamento em uma temperatura de 770 ºC bem menor que os 930 ºC do outro tratamento não se formou apenas martensita e uma parte da austenita se transformou em bainita A figura 4 mostra com mais detalhes os microconstituintes dessa amostra Figura 4 a Micrografia da amostra temperada na zona intercrítica ataque NITAL 2 ampliação 2000X b Micrografia da amostra temperada na zona intercrítica ataque NITAL 2 ampliação 5000X Fonte Elaborado pelos autores 17º Enemet Anais do Enemet Encontro Nacional de Estudantes de Engenharia Metalúrgica de Materiais e de Minas ISSN 25944711 vol 17 num 1 2017 261 Contribuição técnica ao 72º Congresso Anual da ABM Internacional e ao 17º ENEMET Encontro Nacional de Estudantes de Engenharia Metalúrgica de Materiais e de Minas parte integrante da ABM Week realizada de 02 a 06 de outubro de 2017 São Paulo SP Brasil Também foi realizado um ensaio de dureza para fazer uma comparação entre as amostras e os tratamentos A tabela 3 apresenta os valores obtidos no ensaio de ureza Vickers Tabela 3 Resultados obtidos no ensaio de dureza Vickers Normalizada HV Temperda HV Temperada na zona intercrítica HV Ponto 1 13228 30119 22708 Ponto 2 12685 32813 23516 Ponto 3 12554 32272 22708 Ponto 4 12522 34224 21499 Ponto 5 13123 32272 21070 Média 12822 32340 22300 Fonte Elaborado pelos autores A figura 5 mostra um gráfico comparativo entre as médias das durezas das amostas Figura 5 Gráfico comparativo entre as durezas das amostras Fonte Elaborado pelos autores A partir desse gráfico podese verificar que a amostra temperada possui baixa dureza devido ao baixo teor de carbono presente na austenita que originou a martensita A amostra temperada na zona intercrítica possui uma dureza intermediária pois apesar de apresentar uma martensita originada de uma austenita rica em carbono está sobre uma matriz de ferrita primária dúctil e cercada de bainita 4 CONCLUSÃO Com esse trabalho foi possível concluir que a amostra temperada na zona intercrítica apesar de possuir ilhas de martensita proveniente de grãos de austenita mais rico em carbono que a amostra temperada a 930 ºC possui dureza menor pois apresentou bainita em sua microestrutura 32340 22300 12822 000 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 tempera tempera intercritica normalizada Dureza HV 17º Enemet Anais do Enemet Encontro Nacional de Estudantes de Engenharia Metalúrgica de Materiais e de Minas ISSN 25944711 vol 17 num 1 2017 262 Contribuição técnica ao 72º Congresso Anual da ABM Internacional e ao 17º ENEMET Encontro Nacional de Estudantes de Engenharia Metalúrgica de Materiais e de Minas parte integrante da ABM Week realizada de 02 a 06 de outubro de 2017 São Paulo SP Brasil Observouse também as diferentes microestruturas provenientes desses tratamentos a amostra normalizada apresentou uma matriz ferrítica com grãos de perlita A amostra temperada a 930 ºC apresentou uma microestrutura martensítica e a amostra temperada na zona intercrítica apresentou uma matriz ferrítica com grãos de bainita e martensita AGRADECIMNTOS Ao Laboratório de Caracterização de Materiais LACAM UFC pela disponibilidade do forno para os diferentes tratamentos térmicos e microscópio óptico para a obtenção das imagens das microestruturas presentes neste trabalho Ao Laboratório de Pesquisa e Tecnologia em Soldagem LPTS por permitir a utilização do microscópio eletrônico de varredura utilizado na obtenção das imagens de alta magnificação Ao Aluno de Doutorado Emerson Miná pelas imagens de MEV REFERÊNCIAS 1 CALLISTER W D Fundamentos de ciência e engenharia de materiais uma abordagem integrada 2 ed Rio de Janeiro LTC 2006 2 COSTA E SILVA A L MEI P R Aços e ligas especiais 3 ed São Paulo Edgar Blucher 2010 3 CHIAVERINI V Aços e Ferros Fundidos 7ed Livros ABM 1996 4 ASM HANDBOOK Volume 1 Properties and Selection Irons Steels and High Performance Alloys v 2 2009 5 ASM METALS HANDBOOK Volume 4 Heat Treating ASM International1991 17º Enemet Anais do Enemet Encontro Nacional de Estudantes de Engenharia Metalúrgica de Materiais e de Minas ISSN 25944711 vol 17 num 1 2017