1. Caracterização dos Materiais

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1 1. Caracterização dos Materiais 1.1. Elementos de Construção do Software Para a criação do software se fez necessário a utilização da norma vigente para o ensaio Jominy que estabelece todos os parâmetros necessários para a realização do ensaio prático com as tabelas e dados para a confecção da Curva Jominy por meio de cálculos. Esta norma foi cedida pela Orientadora deste trabalho a Professora Doutora Ana Beatriz Ramos Moreira Abrahão, em sua versão datada do ano de 2014, intitulada ASTM A255-10: Standard Test Methods for Determining Hardenability of Steel. E ainda a o programa utilizado como plataforma de elaboração foi o Visual Basic 2008, que segundo a Microsoft (2016) é uma linguagem de programação que possibilita a criação de aplicações gráficas para o Windows, de um modo fácil e rápido. O tipo de linguagem de programação utilizada pelo Visual Basic é orientada por eventos. O aplicativo foi adquirido por meio do convênio existente entre o Centro Paula Souza e a Microsoft o DreamSpark, que oferece diversos aplicativos gratuitos da série de desenvolvedores para docentes e discentes das instituições de ensino do Centro Paula Souza (ETEC s e FATEC s) Material para ensaio prático de têmpera O material utilizado para o desenvolvimento dos resultados parciais deste trabalho é o aço SAE Usualmente este aço é utilizado em componentes mecânicos em geral sob a ação de tensão dinâmica, ou seja, para fabricação de peças na indústria automotiva e na indústria petrolífera e construção naval. Com base nas informações da norma de referência do material, a composição química prevista segundo a norma DIN W.Nr é apresentado na Tabela 2: Tabela 1 - Composição Química Prevista do Aço SAE FONTE: DIN W.Nr Composição Química %C 0,37 0,43 %Si 0,15 0,35 %Mn 0,60 0,80

2 %P 0,025 %S 0,025 %Cr 0,70 0,90 %Mo 0,20 0,30 %Ni 1,65 2, Obtenção das amostras O material usado para o ensaio prático foi fornecido pelo professor coorientador deste trabalho Drº. César Alves Da Silva Leandro da instituição FATEC Pindamonhangaba. A porcentagem dos elementos de liga do aço SAE 4340 fornecido, são mostrados na tabela 3, o mesmo era um eixo dianteiro de uma caminhonete que sofreu ruptura. Tabela 2 - Porcentagem de Elementos de Liga do Eixo 4340 utilizado nos ensaios práticos. FONTE: SANTOS, 2017 Composição Química %C 0,40 %Si 0,30 %Mn 0,70 %P <0,025 %S <0,025 %Cr 0,75 %Mo 0,25 %Ni 1, A Usinagem e Fresagem das Amostras A usinagem das amostras foram feitas nas dependências da instituição FATEC Pindamonhangaba, no laboratório de Processos de Fabricação, conforme as dimensões estabelecidas pela norma A255, ilustrada na figura 2 (vide pagina 8), utilizando um Torno Convencional Nardine, com ferramenta de desbaste de metal duro, a 800RPM, e sob refrigeração constante e intensa a fim de se evitar deformações devido ao aquecimento ou a modificação estrutural

3 da amostra. Em decorrência da usinagem foram obtidos seis corpos de prova (CDP). Após a usinagem no Torno, as amostras passaram por uma fresagem em uma Fresadora Convencional também da marca Nardine onde foi feita a pista de teste de dureza, com uma fresa de topo de Aço Rápido (HSS), também sobre refrigeração constante. Ao termino das operações foram obtidos os CDP s ilustrados na figura 5. Figura 1 - CDP's obtidos do eixo de aço SAE FONTE: SANTOS, Tratamento Térmico Segundo Dufour (2002), a microestrutura obtida a partir de um tratamento térmico de têmpera e revenimento dependerá da taxa de resfriamento após austenitização. Se está se dá o suficiente rápido o produto é a martensíta. Caso contrário, produtos de transformação mais macios, tais como a bainíta e a ferríta, são obtidos. A taxa de resfriamento é determinada em grande parte pelo meio de resfriamento utilizado, o qual pode ser salmoura, água, óleo, solução polimérica, sais fundidos ou ar, em ordem decrescente da capacidade de resfriamento. De acordo com Freire (1983), as alterações das propriedades mecânicas são causadas pelas modificações da estrutura interna do aço. O resfriamento brusco impede a transformação normal, de modo que, por exemplo num aço de 0,9% p.p. de C, a austeníta não se transforma em perlíta, mas sim numa solução sólida supersaturada de carbono e ferro chamada Martensíta. No aço SAE 4340, podemos observar conforme a figura 6, que a curva TTT, mostra que devido ao deslocamento da curva de transformação para a

4 direita, o início das transformações ferrítica e bainítica sofrem um retardamento, devido aos elementos de liga, tendo então um maior tempo para se realizar a têmpera e forma martensíta. Para este ensaio foi utilizado um forno elétrico da marca Grion modelo GLOBAR-KANTHAL, com elementos de carbeto de silício que são indicados para altas temperaturas de operação (Máximo 1600ºC). É utilizada fibra cerâmica na isolação térmica, seu controlador de temperatura pode realizar várias rampas e patamares. São utilizadas chaves estáticas para o controle de temperatura que se estabiliza em +2/-2 C do valor do set-point. Figura 2 - Forma ilustrativa o diagrama de transformação de fases por resfriamento continuo o aço AISI FONTE: COSTA, Dureza Os ensaios de dureza realizados tiveram como objetivo avaliar a dureza entre as amostras com tratamento térmico, para verificar a influência que o ensaio Jominy causou na dureza do material. Para isso, foi utilizado o durômetro Panantec ATMI modelo RANS RS Analógico, apresentado na figura 7, que se encontra no laboratório de Ensaios Mecânicos da FATEC Pindamonhangaba, foi utilizada a escala HRC, com um penetrador cônico 120, uma carga aplicada de 150 kgf, e um tempo de penetração de aproximadamente 15s.

5 Figura 3 - Durômetro utilizado em ensaio de Dureza. FONTE: SANTOS, Resultados e Discussões 2.1. Ensaio Jominy Após a usinagem, todos os cinco os CDP s foram submetidos ao ensaio Jominy, utilizando-se dos mesmos paramentos regidos pela norma ASTM A255-10, e com os mesmos equipamentos. O ensaio encontrasse ilustrado nas figuras 8 e Têmpera Segundo a especificação deste tipo de aço SAE 4340, as temperaturas e o resfriamentos, indicados para o tratamento térmico de tempera é: têmpera ( C), seguido por um resfriamento em óleo, para altas resistência (acima de 1350 MPa).

6 Desta maneira, os 5 CDP s disponíveis foram aquecidos a 850 C, por um período de tempo de 45 minutos. Na figura 8 pode-se observar o ensaio sendo feito nas dependências da instituição da FATEC Pindamonhangaba Figura 4 - Tempera em CDP 1, á 850 C. FONTE: SANTOS, Resfriamento Seguindo restritamente a orientação da norma o resfriamento foi feito mediante a um jato de água de distância e vazão específicos, durante um período de 30 minutos como mostre a figura 9.

7 Figura 5 - Ensaio em Equipamento Jominy Sustentável. FONTE: SANTOS, Ensaio de Dureza Após o Ensaio Jominy, foi feita a limpeza de carepas de oxidação decorrentes da tempera dada no maternal, afim de deixar a pista de teste de dureza em condições de executar o ensaio conforme a norma ASTM E18-16 que fala sobre Métodos de Teste Padrão para a Dureza Rockwell de Materiais Metálicos. E posteriormente a marcação dos pontos Jominy de verificação de dureza no Sistema Internncional de Medidas em milímetros Os resultados dos ensaios de dureza dos CDP s encontram-se na tabela 4.

8 Tabela 3 - Índice de Dureza após ensaio Jominy em todos os CDP's. FONTE: SANTOS, Ponto Jominy Distancia Jominy em mm Dureza HRC em CDP 1 Dureza HRC em CDP 2 Dureza HRC em CDP 3 Dureza HRC em CDP 4 Dureza HRC em CDP ,6 52,7 48, , , ,5 50, , , , , , , , , , , , , , Desenvolvimento do Software O desenvolvimento do software foi realizado de acordo com os parâmetros de cálculo fornecidos pela ASTM A 255, que foram aplicados a lógica programada de Visual Básic Express Os cálculos considerados para esse software são para aços sem teor de Boro em sua composição e todos os parâmetros foram aplicados utilizando a unidade de medidas em milímetros bem como os valores de dureza em HRC, conforme a norma. O software é gerado em um pacote de instalação simplificada, sendo fácil a instalação em qualquer microcomputador pelo próprio usuário Funcionamento do Software

9 O programa inicia-se com a tela de preenchimento do teor de elementos de liga do aço que se deseja ensaiar, como mostra a figura 10. Figura 6 - Tela Inicial do Software para Ensaio em Equipamento Jominy Sustentável. FONTE: SANTOS, Nesta tela, nas caixas de texto ativas o usuário preenche com os dados da porcentagem de liga de cada elemento conforme indicado na lateral esquerda pelos rótulos. Logo abaixo é disponibilizado um botão de Ajuda, representado pelo ponto de interrogação conforme figura 11, como também o botão Limpar, que apaga todos os valores preenchidos, caso seja necessário. Figura 7 - Ícone de Ajuda na tela Inicial. FONTE: SANTOS, Ao se clicar no botão de Ajuda, é exibida uma tela com informações relevantes para a aplicação dos cálculos, visto que a norma determina os percentuais mínimos e máximos de liga para cada elemento químico, conforme representado na figura 12, além de estabelecer também que os cálculos são

10 aplicáveis apenas para um Diâmetro Ideal Químico de no máximo 177mm, acima deste diâmetro os valores obtidos não serão aplicáveis. Figura 8 - Tela de Ajuda do Software para Ensaio em Equipamento Jominy Sustentável. FONTE: SANTOS, Desenvolvimento dos Cálculos

11 Após o preenchimento dos campos, basta clicar no botão indicado por Calcular, a partir daí o Software realiza a rotina de cálculos necessários e demostra na área de Índice de Dureza (HCR) Jominy os valores de dureza que serão obtidos em cada Ponto Jominy (PJ) de verificação. Após todos os valores obtidos, o usuário está apto a gerar o gráfico da Curva Jominy, com o botão Gerar Gráfico, como mostra a figura 13 a seguir. Figura 9 - Gráfico gerado com Software para Ensaio em Equipamento Jominy Sustentável apartir da rotina de calculos para a composção do aço SAE FONTE: SANTOS, Após o gráfico de índices de dureza teóricos ser gerado utilizando os dados do percentual de liga do aço, o usuário pode fazer a comparação entre esses resultados e os resultados experimentais mediante a visualização das duas Curvas Jominy sendo representadas em um mesmo gráfico utilizando o botão Comparação, que ao ser clicado exibe uma nova tela, como mostra a figura 14, onde o usuário já tem disponibilizado os dados teóricos e completa as caixas de texto ativas com os valores de dureza em HRC encontrados atraves dos ensaios práticos no corpo de prova, conforme a indicação nos rótulos, respeitando-se as medidas em milímetros estabelecidas pela norma, feito o preenchimento correto de todos os itens basta clicar no botão Gerar

12 Gráfico que o software apresentará as curvas para comparação, como exibido na figura 15. Figura 10 - Tela de Comparação entre Curvas Jominy do Software para Ensaio em Equipamento Jominy Sustentável. FONTE: SANTOS, Figura 11 - Tela de Comparação entre Curvas Jominy do Software para Ensaio em Equipamento Jominy Sustentável, apresentando as curvas para uma amostra de aço SAE FONTE: SANTOS, 2017.

13 3. Conclusões Conclui-se que o projeto alcançou os objetivos propostos: A lógica de programação necessária foi elaborada e atende as necessidades estabelecidas; O software garante a execução de toda a rotina de cálculos determinados pela norma ASTM A para a construção do gráfico da Curva Jominy; Com a entrada de valores sobre o percentual de elementos de liga do material ensaiado o software gera o gráfico da Curva Jominy, que faz a relação entre a distância de verificação e a dureza HCR; Com a representação da curva teórica pronta, o Software permitiu a entrada de dados do ensaio experimental, e elaborou no mesmo gráfico as duas Curvas Jominy, possibilitando a análise e comparação entre os dados.