ANÁLISE METALOGRÁFICA DO AÇO INOX 304 SUBMETIDO A DIFERENTES ESFORÇOS MECÂNICOS

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1 ANÁLISE METALOGRÁFICA DO AÇO INOX 304 SUBMETIDO A DIFERENTES ESFORÇOS MECÂNICOS Anderson D. L. S. 1, Diego R. Marinho. 1, Francisco P. De Araújo Júnior 1, Lucas N. Horiuchi 1, Hugo Leonardo B. O. S. 1, Matheus H. M. De Oliveira 1. 1 Faculdade de Tecnologia SENAI CIMATEC, Área de Materiais, Salvador-BA, diegormarinho@hotmail.com Resumo O objetivo deste trabalho foi avaliar a estrutura interna da liga de Aço Inox do tipo SAE 304 a ser utilizado na construção de uma comporta segundo projeto interdisciplinar da Faculdade de Tecnologia SENAI Cimatec e atendendo às exigências de esforços mecânicos (de tração e flexão) a serem suportadas pelo material para o controle do nível de água do dique. Para o estudo foram feitas análises através da metalografia e a medição do tamanho dos grãos, tomando como base a amostra em estado inicial, sem ser submetido a esforços mecânicos. O tipo de solicitação mecânica imposta ao material e o seu efeito em termos de mudança do tamanho de grão ou alteração na forma dos grãos (alongamento e achatamento) também foram avaliados. Palavras-chave: Metalografia; micrografia; Tamanho do Grão, INOX 304. INTRODUÇÃO A qualidade de um material metálico pode ser medida de forma dimensional ou estrutural. A primeira controla suas dimensões físicas e é conhecido por metrologia. A segunda forma está relacionada às características como composição química, propriedades físico-mecânicas, estrutura interna (microestrutura) entre outros. Assim o ensaio metalográfico é uma ferramenta importante para se obter informações internas dos aços, e com isso permitir relacionar a estrutura e propriedades físicas de um determinado material, além de seu processo de fabricação e desempenho em aplicação. A metalografia pode ser dividida em ensaio: macrográfico ou micrográfico. Ensaio macrográfico examina a amostra com baixa ampliação de forma a observar o aspecto da superfície do metal devidamente polido e atacado por um determinado reagente químico. Dessa forma é possível ter ideia da homogeneidade do material, da natureza e distribuição de possíveis falhas e impureza contidas. O ensaio micrográfico se dá pelo estudo da estrutura interna do material com auxílio de um microscópio, usualmente óptico ou até mesmo eletrônico, onde 7758

2 procura-se observar as fases presentes, identificando o tamanho e forma dos grãos, quantidade e distribuição de inclusões ou outros elementos presentes. Segundo Gabrieli (2007), o ensaio de tração consiste na aplicação de carga de tração uniaxial crescente em um corpo de prova especifico até a ruptura. Esse esforço mecânico provoca alongamento dos grãos na direção da força criando discordâncias e alterando seu arranjo inicial. O ensaio de flexão também é definido por Gabrieli (2007) como o ensaio onde se tem a aplicação de uma carga crescente em determinados pontos de uma barra geometricamente padronizada, de forma que essa tensão aplicada proporcione a flexão do material seja em um ou dois pontos. A carga parte de um valor inicial igual a zero e aumenta lentamente até a ruptura do corpo de prova ou atingir um valor limite de flexão. Durante o ensaio de flexão a seção do corpo de prova sofre tanto esforços de tração quanto de compressão. Os tempos de relaxação para os metais e suas ligas em temperatura ambiente, em geral são tão longos, que o equilíbrio raramente é atingido e é por isto que apresentam a característica de endurecimento por deformação chamada de encruamento. Assim, durante os ensaios de tração e flexão, a tensão ao atingir o limite de resistência (saturação plástica) e inicio da estricção pode ocasionar modificações tanto nos tamanhos como na orientação dos grãos na amostra. MATERIAIS E MÉTODOS As analises foram feitas utilizando o aço inox 304, liga metálica não magnética composta de ferro-cromo-níquel, com baixo teor de carbono e microestrutura austenítica. Para a realização dos ensaios mecânicos foram utilizados corpos de prova padrão, confeccionados de acordo com as normas para cada ensaio. O processo de usinagem desses corpos de prova foi feito na máquina FANUC ROBOCUT do modelo α-oie por eletroerosão. O ensaio de tração foi realizado com base na norma NBR-6152 utilizando a máquina universal de ensaios EMIC DL-3000, com velocidade de ensaio de 10 milímetros por minuto. O ensaio de flexão realizado segundo as normas ASTM E 812, E 855, utilizando distância dos apoios de 100 mm, em uma chapa com dimensão de 6 mm e velocidade de ensaio de 2 milímetro por minuto. As amostras submetidas ao processo metalografico foram retiradas das sessões de maior tensão sofrida pelos corpos de prova nos ensaios de tração e flexão. A amostra foi 7759

3 embutida e logo após realizado o processo de lixamento, de forma manual utilizando lixas de carbeto de silício na seguinte ordem: nº 220, 320, 400, 800 e 1200, sempre pressionando as amostras na lixadeira rotatória Arotec Aropol 2V e mudando o ângulo da amostra em 90º para cada numeração de lixa utilizada. A seguir, a amostra foi polida utilizando uma politriz Pantec (Polipan-2) e como elemento abrasivo a pasta de alumina de 3µm. Por fim, a amostra passou por ataque eletroquímico em capela tendo o ácido oxálico como reagente, aplicando-se uma tensão de 16V durante um minuto na superfície da amostra. Para a determinação do tamanho de grão segundo a norma ASTM E112 método dos quadros, foi necessário utilizar as amostras preparadas no processo metalográfico e utilizando microscópio ótico obter imagens da superfície do material, com auxilio da escala para verificar o tamanho dos grãos e determinar seu valor médio. RESULTADOS E DISCUSSÃO A micrografia obtida para amostra de inox 304 não submetida a nenhum esforço mecânico apresentou grãos uniformes e não orientados com presença de pequenas inclusões, conforme pode ser observada na figura 01. Nesta amostra foi feita a medição do tamanho médio dos grãos segundo a norma ASTM E 112, onde foi obtido o resultado de tamanho de 9,36µm. Figura 01 Amostra 1 não submetida a esforços mecânicos (aumento nominal de 100x). Para as análises das amostras subsequentes foram observados os resultados dos ensaios de tração e flexão onde foram obtidos os valores de tensão máxima de 513 MPa e 38 MPa respectivamente. Para a amostra submetida ao ensaio de tração tem-se a micrografia da figura 02 abaixo: Nesta amostra o valor médio de tamanho de grão é 13,25 µm. 7760

4 Figura 02 Amostra 2 submetida ao ensaio de tração (aumento nominal de 1020x). Tendo em vista que o ensaio de flexão existe duas zonas do corpo de prova, onde um lado está submetido ao esforço de tração e outro ao esforço de compressão, tem-se as micrografias das figuras 03 e 04. A figura 03 é o lado que está sendo comprimido e a figura 04 é o lado que está sendo tracionado. Figura 03 Amostra 3 submetida ao esforço de flexão, região comprimida (aumento nominal de 100x). Figura 04 Amostra 3 submetida ao esforço de flexão, região tracionada (aumento nominal de 1020x). 7761

5 O tamanho de grão para a região comprimida foi de 8µm e para a região que foi tracionada foi de 15,89µm. Com base na tabela 1, onde são comparados os valores de tamanhos de grãos, podem-se fazer algumas afirmações no âmbito quantitativo, que o material submetido ao esforço mecânico de tração vai ter seu contorno de grão orientado e alongado consequentemente aumentando seu tamanho, enquanto a amostra submetida ao esforço de flexão sofre o efeito da tração em uma região e compressão em outra região, onde contornos de grãos serão comprimidos, resultando no menor tamanho de grão. Tabela 01: Comparativo do tamanho de grãos. Amostras: 1º- Não submetida a esforços mecânicos 2º - Submetida ao ensaio de tração 3º - Flexão área tracionada 4º-Flexão área comprimida Tamanho do grão em µm 9,36 13,25 15,89 8,33 CONCLUSÕES Com base nesses resultados pode-se demonstrar que para a amostra submetida a esforço de flexão, existe uma diminuição do tamanho de grãos do aço inox 304 na região de compressão e para a região tracionada existe um alongamento do tamanho de grão. Como contexto geral este trabalho tem um caráter cientifico importante para comprovação da mudança dos contornos de grãos conforme o material sofre esforços mecânicos isto serve para entender que a cada situação de aplicação final dos materiais, suas estruturas terão comportamentos diferentes de acordo com esforço sofrido. AGRADECIMENTOS A Faculdade de Tecnologia SENAI CIMATEC, aos professores que ajudaram no nosso trabalho. REFERÊNCIAS [1] Regis Almir Rohde. METALOGRAFIA PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS. UMAABORDAGEM PRATICA Versão-3.0, Outubro de Disponível em: Acesso: 20 de novembro de

6 [2] Elison F. S., Luiz F. C. CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA E METALOGRÁFICA DOS AÇOS INOXIDÁVEIS DE IMPLANTES REMOVIDOS DE PACIENTES, Julho de 2010/pag Disponível em: Acesso: 20 de novembro de [3]. Eng. Leonardo et al. ANÁLISE MICROESTRUTURAL DE AÇOS INOXIDÁVEIS ALTAMENTE LIGADOS: DA AMOSTRAGEM À INTERPRETAÇÃO. Disponível em: Acesso: 22 de novembro de [4] Douglas Ritter. RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS - MECÂNICA DOS MATERIAISDISPONÍVEL. Disponível em: Acesso: 22 de novembro de [5] Eduardo Corassini. INFLUÊNCIA DO GRAU DE ENCRUAMENTO E TRATAMENTOS TÉRMICOS DE RECOZIMENTO NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DO AÇO ABNT Disponível em: Acesso: 22 de novembro de [6]A. Garcia, S.J. Alvares, S.C. Alexandre, ENSAIOS DOS MATERIAIS. 2ºEdição, 181p, editora LTC- Livros Técnicos e Científicos, [7] Gabrieli B. Dalcin. ENSAIOS DOS MATERIAIS, Janeiro de Disponível em: Acesso: 23 de novembro de ABSTRACT ANALYSIS OF STEEL INOX 304 METALLOGRAPHIC SUBMITTED TO DIFFERENT EFFORTS MECHANICS The objective of this study was to evaluate the internal structure of the stainless steel alloy of the type SAE 304 to be used in the construction of a floodgate second interdisciplinary project of the Faculdade de tecnologia SENAI Cimatec and meeting the requirements of mechanical stresses (tensile and bending) to be supported by material for the control of the dam water level. For the study analyzes were performed by metallography and measurement of grain size, based on the sample in the initial state without being subjected to mechanical stress. The type of mechanical stress imposed on the material and its effect in terms of grain size changes or modifications in form of grains (elongation and flatness) were also evaluated. Key-words: Metallography; micrography; Grain size, Inox