REFINO DE GRÃO ATRAVÉS DE TRATAMENTO TÉRMICO SEM MOVIMENTAÇÃO DE MASSA

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1 1 FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAI NADIR DIAS DE FIGUEIREDO LAIZ OLIVEIRA DOS REIS REFINO DE GRÃO ATRAVÉS DE TRATAMENTO TÉRMICO SEM MOVIMENTAÇÃO DE MASSA OSASCO 2011

2 2 LAIZ OLIVEIRA DOS REIS REFINO DE GRÃO ATRAVÉS DE TRATAMENTO TÉRMICO SEM MOVIMENTAÇÃO DE MASSA EM UMA LIGA SAE 1049 Projeto de Iniciação Científica apresentado à Faculdade de Tecnologia SENAI Nadir Dias de Figueiredo em Processos Metalúrgicos para inscrição do Trabalho de Conclusão de Curso sob a orientação técnica do (a) Prof. Paulo Eduardo e orientação metodológica do Prof. Roberto Sanches Cazado OSASCO 2011

3 3 RESUMO Este trabalho objetiva testar tratamentos térmicos cíclicos para refinar grãos sem que se faça necessária à movimentação de massa, economizando assim despesas com descartes de produtos prontos. A metodologia utilizada será um estudo de caso a partir da amostra de eixo ferroviário forjado em aço SAE 1049 que será objeto de estudo deste processo industrial. Testaremos o tratamento térmico sugerido por diferentes autores, que afirmam que com um tratamento cíclico que alterne entre a temperatura de austenitização e temperatura crítica, seja possível alcançar tamanhos de grãos da ordem de aproximadamente 1µm sem a necessidade de movimentar massa através de conformação mecânica. Espera-se com isto ter maior economia na produção, pois materiais que antes estavam fora de especificação e seria descartado, com este novo processo estarão novamente dentro dos padrões aceitáveis. Palavras chave: Refino de grão. Tratamento térmico cíclico. Temperatura de austenitização. Temperatura crítica.

4 4 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA COM SINTESE DA BIBLIOGRAFIA FUNDAMENTAL OBJETIVO GERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS PLANO DE TRABALHO E CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO MATERIAIS E MÉTODOS FORMAS DE ANÁLISE DOS RESULTADOS... 8 REFERÊNCIAS... 9

5 5 1. INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA COM SINTESE DA BIBLIOGRAFIA FUNDAMENTAL Atualmente na linha de produção de diversas empresas, normalmente determinados produtos ao chegarem para a inspeção final são reprovados devido as suas propriedades mecânicas fora do especificado. Essas propriedades dependendo da relação solicitado x encontrado ocasionam na inutilização dos produtos, na perda de tempo de produção e de matéria prima, na geração de sucata, além de prejuízos de ordem financeiras. Discutimos aqui o descarte de material devido à estrutura grosseira e baixas propriedades mecânicas, o tamanho de grão esta diretamente ligado às propriedades obtidas, dependendo de suas condições e seus objetivos é possível realizar tratamentos comuns como normalização e recozimento ou até mesmo a recristalização. Uma maneira de diminuir o tamanho dos grãos é através de processos com movimentação de massa, porém quando falamos de peças em estágio final de produção isso se torna inviável, visto que a essa altura esse processo inutilizaria as peças produzidas. Conforme citado anteriormente é possível realizar tratamentos simples para a melhoria de algumas características, mas nem sempre as propriedades são melhoradas de forma satisfatória visto que é possível alcançar um tamanho de grão da ordem de 10µm. Porém existem estudos realizados com ligas de aço carbono com o objetivo de avaliar a influência do mesmo nas ligas tratadas, que sugere ciclos alternados que variam entre as temperaturas de austenitização e temperatura crítica de 2 a 6 ciclos consecutivos (ADEBIYI, ADEWUYI E AFONJA, 2009). Com tal método seria possível alcançar um tamanho de grão da ordem de 1µm sem que seja necessária a movimentação de massa (FURUHARA end at, 2008). Esta experimentação torna-se importante, para verificar se é possível apenas com o tratamento térmico de refino de grão não convencional, seguindo um padrão pré-estabelecido ocorre a melhoria significativa dessas propriedades atreladas ao refino dos grãos. Dessa forma conseguiremos a redução de custos com descarte de produto pronto reprovado, devido a propriedades mecânicas, é certo que em situações como essa a perda financeira é inevitável. Sugerimos então, que ao invés de sucatearmos as peças e fazermos uso de novos recursos com a finalidade de produzirmos um novo

6 6 lote, utilizarmos de recursos de tratamento térmico para melhorarmos as propriedades mecânicas dos itens reprovados. Bibliografia fundamental e Revisão bibliográfica: A realização de refino de grãos em aço carbono é de interesse porque possibilita uma melhora significativa das propriedades mecânicas, tais como, aumento da resistência a tração e limites de escoamento e melhora significativa da ductilidade ao mesmo tempo (ADEBIYI, ADEWUYI E AFONJA, 2009). O caminho convencional usando recristalização estática, normalmente não produz tamanhos de grão com menos de 10 µm, uma recristalização dinâmica poderia ser eficaz para alcançar maior aperfeiçoamento (FURUHARA, at all, 2008). O tratamento térmico mais eficiente, embora não haja uma descrição prévia para o refino de grão é a ciclagem térmica. O método consiste em ciclos repetidos de aquecimento próximo a temperatura de austenitização e resfriamento rápido (ADEBIYI, ADEWUYI E AFONJA, 2009). Ciclos térmicos produzem um acentuado refinamento de grãos em aços carbono, porém após o quarto ciclo o refinamento de grão se torna pouco perceptível, melhorando apenas a distribuição dos grãos (ADEBIYI, ADEWUYI E AFONJA, 2009). 2. OBJETIVO GERAL Comprovar a eficiência do refino de grão por meio de tratamento térmico sem movimentação de massa em uma liga SAE OBJETIVOS ESPECÍFICOS Realizar o tratamento térmico cíclico sugerido por ADEBIYI, ADEWUYI E AFONJA, (2009) e FURUHARA, at all (2008). Aplicar o processo para agregar propriedades mecânicas, diminuindo custos com descartes.

7 7 3. PLANO DE TRABALHO E CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO Cronograma: Etapas do TCC Ago Set Out Nov Dez Pesquisa bibliográfica Análise dos dados Metodologia Elaboração do trabalho Revisão gramatical e ortográfica Revisão final Defesa da monografia Correção final

8 8 4. MATERIAIS E MÉTODOS Baseado nos estudos de A. Borisov e D.I. Adebiyi, que consiste no refino de grãos através de ciclos térmicos, pretendemos realizar o estudo a partir de uma amostra de eixo ferroviário forjado em aço SAE 1049, que propositalmente será aquecido a 1200 C por 48 horas, em que pretendemos visar o aumento do tamanho de grão. Em seguida o eixo será cortado em duas secções distintas, onde da primeira porção serão retirados amostra e corpos de prova para a comprovação, com auxilio de análise metalográfica, o aumento do tamanho de grão. Também realizaremos ensaios de tração e impacto, onde os resultados serão relatados em gráficos e tabelas. A próxima fase do projeto consistirá na elaboração dos ciclos de tratamento térmico baseada na literatura dos autores citados, e em seguida a realização dos ciclos, na segunda porção, em um forno Lindberg controlado pelo software Contemp View, assim pretendemos ter uma comparação fiel do ciclo planejado versus executado. Com o ciclo executado iremos retirar amostra para metalografia e mensurar o tamanho de grão obtido, também serão retirados corpos de prova para tração e impacto. Com os dados obtidos, poderemos comparar, através de gráficos e tabelas, a eficiência dos ciclos térmicos e melhora das propriedades mecânicas do material. 5. FORMAS DE ANÁLISE DOS RESULTADOS Para fundamentar este estudo, partiremos da análise de uma massa propositalmente modificada no seu tamanho de grão através do aquecimento continuo em temperatura elevada acima da temperatura de austenitização do material. Parte dessa massa sofrerá o tratamento de refino de grãos por ciclos térmicos sucessivos utilizando forno controlado por software onde as temperaturas e os tempos serão programados de acordo com método proposto pela pesquisa. Para a análise dos resultados obtidos, serão retirados corpos de prova da massa empobrecida e a massa tratada ciclicamente para avaliação metalográfica, dimensionamento do tamanho de grão conforme norma ASTM E-112, ensaio de tração realizada conforme norma ASTM A370, avaliação da propriedade de

9 9 tenacidade através da aplicação de ensaio de impacto Charpy e ensaio de medição de microdureza HV1. Os ensaios serão realizados utilizando-se equipamentos apropriados para cada aplicação, à análise metalográfica e medição do tamanho de grão será feita em microscópio óptico, o ensaio de tração será feito em máquina universal de ensaios KRATO s, o ensaio de Impacto / Charpy será feita em maquina de charpy de 30 Joules e o ensaio de microdureza será feita em microdurômetro HV1000 da DIGEMESS. Com os resultados obtidos nos ensaios poderá ser verificado a eficiência do tratamento térmico de refino de grãos, e a melhoria das propriedades mecânicas do material tratado. REFERÊNCIAS ADEBIYI, D.I., ADEWUYI, B.O. e AFONJA, A.A., Effect of Carbon Content on the Grain Refinement of Locally Produced Plain Carbon Steel by Thermal Cycling, Journal of Applied Sciences Research, BORISOV, I.A., Austenite Grain Refining in Large Forgings of Steel 25KhN3MFA, Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov, 2-5p. (N 2), FURUHARA, T., AT ALL, Phase Transformation from Fine-grained Austenite, ISIJ International, p, Vol. 48.

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