RELATÓRIO DE ESTÁGIO CURRICULAR I

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS RELATÓRIO DE ESTÁGIO CURRICULAR I PERÍODO: 08/09/2008 A 19/12/2008 Luiz Henrique Justo Matrícula: Supervisor: Ivan Hubert Orientadora: Fernanda da Costa Rodrigues Marlon Marques Corradi Alexandre de Souza Concordamos com o conteúdo do relatório Ivan Hubert Blumenau 2008

2 ELECTR0 AÇO ALTONA Rua Eng. Paul Werner, 925 Bairro Itoupava Seca CEP: Blumenau SC Fone: (047) /

3 Agradecimentos Primeiramente à Electro Aço Altona, por abrir suas portas para o sistema de estágios e por contribuir para o meu crescimento profissional. À Universidade Federal de Santa Catarina e em especial a coordenação do curso de Engenharia de Materiais pelo auxílio e orientação. À coordenação de estágios do curso de Engenharia de Materiais da UFSC Berend Snoeijer, Germano Riffel e Pedro Novaes pela dedicação e comprometimento para o sucesso do sistema de estágios do curso. Ao supervisor Ivan Hubert, a orientadora Fernanda da Costa Rodrigues pela confiança depositada nos trabalhos realizados e ensinamentos passados durante o período de estágio. Aos engenheiros Marlon Marques Corradi e Alexandre de Souza, pela confiança depositada nos trabalhos realizados e ensinamentos. Aos Srs. Almerindo Romanus, Vilson Martello e Marcelo Franco dos Santos, do Laboratório Metalúrgico, pela paciência, amizade e ensinamentos. Aos Srs. Darlan Pressi e Jaime, pela paciência, amizade e ensinamentos. Aos colegas de estágio Daniel Brigentti Bortoluzzi, Diego Fernandes Paulino, Pablo Vinícius de Sousa Lia Fook, Rodrigo Ulmann Corrêa e Sandra Dalla Lana, pela amizade e companhia durante todo o período de estágio. A todos os colaboradores que de alguma forma participaram na realização deste estágio, aliando prática a teoria. À minha namorada e família por tornar tudo isso possível. Muito obrigado! 3

4 1. INTRODUÇÃO ANÁLISE DE FALHAS Introdução Fratura prematura de uma pista de rotor Objetivos Metodologia Análise dos dados Conclusão Trincas em peças de montagem de eixo Objetivos Metodologia Análise dos dados Conclusão Desgaste segmento de mesa (ferro branco alto cromo) Objetivos Metodologia Análise dos dados Conclusão TRATAMENTO TÉRMICO Introdução Normalização, têmpera e revenimento Normalização Têmpera Revenimento DESENVOLVIMENTO DE TRATAMENTOS TÉRMICOS Introdução Desenvolvimento CA15 modificado Objetivos Metodologia Resultado e discussão CONCLUSÃO REFEÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXO A HISTÓRICO DA ALTONA ANEXO B CRONOGRAMA DE ESTÁGIO

5 1. INTRODUÇÃO Este relatório é referente ao primeiro estágio supervisionado do curso de Engenharia de Materiais da Universidade Federal de Santa Catarina, realizado na empresa Electro Aço Altona S.A. no terceiro trimestre de Estágio este realizado no setor de Engenharia de Processos, sob a supervisão do Engenheiro Ivan Hubert e orientação dos Engenheiros Fernanda da Costa Rodrigues, Marlon Marques Corradi e Alexandre de Souza. No período integral de estágio, de 15 semanas, foram realizadas diversas atividades no setor de engenharia de processos. Dentre elas se destacaram as análises de falha, onde foi possível aprimorar e acrescentar conhecimentos referentes a microestrutura dos materiais, os tipos de falhas existentes e maneiras de evita-las, a influência de cada componente químico nas características do material. Outro destaque foi a aprendizagem em fundamentos de tratamento térmico que tem como objetivo atingir as características mecânicas exigidas pelos clientes, bem como a seleção do material mais adequado para tais características. Foi possível a realização do curso Processos de Fundição uma associação da Electro Aço Altona junto ao SENAI-SC, curso este realizado on-line, com o objetivo de ensinar aos colaboradores todo o processo produtivo executado pela empresa. Junto a todas as atividades realizadas no estágio, o contato direto com o ambiente empresarial foi um dos maiores aprendizados adquiridos durante o estágio. Ter a oportunidade de conhecer, na íntegra, o funcionamento interno de uma empresa como a Altona, foi uma experiência que somou muito para o meu crescimento profissional. Algumas informações não foram passadas aqui em decorrência do sigilo industrial, servindo apenas para o conhecimento pessoal e interno da empresa. As atividades descritas aqui não demonstram a íntegra das atividades realizadas durante todo o período de estágio, sendo as atividades relatadas selecionadas dentre as várias realizadas. 5

6 2. ANÁLISE DE FALHAS 2.1. Introdução O principal motivo da análise de falhas está em descobrir o que gerou esta falha para que, ao realizar o processo produtivo novamente, isto não volte a ocorrer. Entretanto, a análise de falhas representa uma ferramenta importante na manutenção da qualidade dos produtos produzidos pela empresa. A seguir estão descritas três atividades desenvolvidas relacionadas a análise de falhas, um caso de fratura prematura em uma pista de rotor de um aço ASTM A 532 III A, um caso de falha (trincas) em ponteiras de caminhões de um aço SAE-4140 e por último um caso de falta de rendimento, em relação ao desgaste da peça, de segmentos de mesa, utilizados na produção de cimento. Neste relatório estará descrito apenas três atividades desenvolvidas relacionadas a análise de falhas, sendo que, durante o estágio outras análises foram realizadas. Todas elas foram acompanhadas por engenheiros e técnicos metalúrgicos. 6

7 2.2. Fratura prematura de uma pista de rotor Objetivos Identificar a causa da fratura de uma pista de rotor, de composição equivalente ASTM A 532 III A (ferro fundido branco alto cromo) Metodologia Para encontrarmos a causa raiz da fratura prematura da pista, foi realizada a análise química, metalográfica e macrográfica da mesma Análise dos dados O cliente encaminhou um pedaço da peça onde ocorreu à falha. Ressaltaram a presença de uma mancha escura no local da falha. Relataram que após um curto espaço de tempo em operação a peça partiu-se em três pedaços.não foi possível a análise da mancha escura relatada pelo cliente, sendo que apenas um pedaço da peça foi enviado para análise. Essa liga tem a característica de ter uma excelente resistência ao desgaste, porém, são necessários cuidados em relação a variações bruscas de temperatura e choques mecânicos, pois é um material extremamente frágil. A espectometria (análise química) obtida na amostra demonstra que a peça está com a composição química de acordo com a norma ASTM A 532 III A. Da amostra retirada do local da falha foram feitas análises metalográficas e de dureza, para possível constatação da falha que gerou a ruptura da peça. Uma das regiões onde ocorreu a falha coincide com o rasgo do pino de tração, conforme fotos enviadas pelo cliente (figura 2).Durante o processo produtivo foi efetuado o ensaio de líquido penetrante (LP) na peça, em inspeção interna, e não foram encontrados trincas ou outros tipos de defeitos. 7

8 Figura 1: Local onde ocorreu falha. Pedaço retirado para análise metalográfica. Figura 2: Local onde ocorreu falha. Pedaço retirado para análise metalográfica. Figura 3: Região central da amostra.com nível de inclusões entre 2 e 3 ASTM, não há alinhamento de inclusões. Aumento 100x. Sem ataque. Figura 4: Região central da amostra.com nível de inclusões entre 2 e 3 ASTM, não há alinhamento de inclusões. Aumento 100x. Sem ataque. Figura 5: Região central da amostra.com matriz martensítica e com presença de aproximadamente 20% de carbonetos. Aumento 100x. Atacada com cloreto de cobre. Figura 6: Região central da amostra.com matriz martensítica e com presença de aproximadamente 20% de carbonetos. Aumento 400x. Atacada com cloreto de cobre. 8

9 Conclusão A partir dos dados adquiridos pode-se constatar que a composição química está dentro dos padrões, do mesmo modo, a análise metalográfica constatou que a amostra possui uma microestrutura normal a liga ASTM A 532 III A. Como relatado anteriormente, não foi detectado ao líquido penetrante, defeitos/imperfeições na peça. O que descarta a possibilidade da fratura em função de trincas e ou outros defeitos superficiais. Descartando-se a hipótese de falha em função do material, pois o mesmo está dentro dos padrões. A hipótese de que no momento da montagem da pista a profundidade do rasgo do pino de tração era menor que o especificado e ou as dimensões do mesmo era maior que o especificado, torna-se a mais provável causa raiz da falha, pois em função da divergência no pino de tração, a base do anel não ficou completamente apoiada, e após o equipamento entrar em operação o anel engastado não resistiu a carga aplicada pelo rolo de moagem. 9

10 2.3. Trincas em peças de montagem de eixo Objetivos Encontrar o motivo pelo qual ocorreram as trincas nas peças, de composição equivalente a SAE Metodologia Foram fabricadas quinze peças de uma mesma corrida (1), ou seja, que possuem a mesma composição química, e quinze peças de outra corrida (2). Dessas trinta peças, oito da corrida (1) e duas da corrida (2) apresentaram trincas que se concentravam em sua grande maioria na mesma região. Para uma análise detalhada foram retiradas amostras da parte sã e da parte com trinca, de ambas as corridas, e nelas realizaram-se análises químicas, metalográficas e de dureza. Apenas na corrida (2) foi realizado o ensaio mecânico. Todos os registros internos do processo de produção das peças foram recolhidos para que sejam analisadas todas as causas possíveis da falha Análise dos dados As análises químicas realizadas nas amostras não demonstraram divergências entre as composições da amostra sã e da amostra com trinca (tabela 1). Porém, foi constatado um alto teor de alumínio nas amostras corrida (1), mas não há indícios de que isso tenha alguma relação com a falha, pois, corrida (2) também apresentou falha, porém o seu teor de alumínio estava normal. Realizada as metalografias nas amostras com trinca, foi constatado que nessa região houve descarbonetação, o que sugere que a falha tenha surgido anteriormente ao tratamento térmico. A microestrutura das amostras estava de acordo com o esperado. O ensaio mecânico da corrida (1) não mostrou nenhum desvio (tabela 2). 10

11 Após análise dos registros internos (não podem constar no relatório) não foram encontrados desvios no processo de produção. Com exceção ao registro de tratamento térmico, as peças saíram da têmpera na temperatura esperada, porém, o revenimento foi efetuado muito tempo após o tempo máximo recomendado, pois, a peça poderia não agüentar tanto tempo tencionada em decorrência da têmpera. Figura 7: Local onde ocorreu falha. Figura 8: Local onde ocorreu falha. Pedaço retirado para análise metalográfica. Figura 9: Região central da amostra. Com nível de inclusões 3 ASTM, não há alinhamento de inclusões. Aumento 100x. Sem ataque. Amostra (1). Figura 10: Região da trinca. Presença de oxidação. Aumento 100x. Sem ataque. Amostra (1). 11

12 Figura 11: Região central da amostra. Com matriz martensítica. Aumento 100x. Atacada com cloreto de cobre. Amostra (1). Figura 12: Região da trinca. Com matriz martensítica e presença de descarbonetação Aumento 200x. Atacada com cloreto de cobre. Amostra (1). Figura 13: Região central da amostra. Com nível de inclusões 3 ASTM, não há alinhamento de inclusões. Aumento 100x. Sem ataque. Amostra (2). Figura 14: Região da trinca. Presença de oxidação. Aumento 100x. Sem ataque. Amostra (2). Figura 15: Região central da amostra. Com matriz martensítica. Aumento 100x. Atacada com cloreto de cobre. Amostra (2). Figura 16: Região da trinca. Com matriz martensítica e presença de descarbonetação Aumento 200x. Atacada com cloreto de cobre. Amostra (2). 12

13 Conclusão Uma das hipóteses para que tal falha tenha ocorrido foi o alto teor de alumínio, que fragiliza o material, presente na amostra 1, porém, logo foi descartada, pois a amostra 2 também apresentou a falha e não possuía um alto teor de alumínio. Outra hipótese plausível é que a luva exotérmica colocada na parte da peça onde ocorreram a maioria das falhas, por possuir nitreto de alumínio pudesse fragilizar aquela região, gerando a trinca. A provável causa das trincas nas peças é o tempo que as peças aguardaram ate o revenimento pos têmpera, tempo esse que ultrapassou o tempo especificado. A trinca pode ter surgido em decorrência do tempo que a peça ficou tencionada após a têmpera. Analisando os registros internos não foi encontrado nenhum desvio no processo de produção. Para um controlo minucioso de todas as etapas do processo para que não ocorra falha, seria necessário o completo acompanhamento da peça. 13

14 2.4. Desgaste segmento de mesa (ferro branco alto cromo) Objetivos Foram recolhidos todos os dados, referentes ao processo de produção das peças, que pudessem interferir nas propriedades das peças. Os dados coletados foram: dureza, espessura final das peças, gráficos de tratamento térmico e metalografia Metodologia Foram produzidos 15 segmentos de mesa (peça utilizada na produção de cimento), desses apenas um apresentou uma boa resistência ao desgaste. Para análise da causa do problema foram realizadas análises químicas, metalográficas e de dureza, e foram reunidas informações sobre o processo de produção das peças (gráficos de tratamento térmico). Para realização das análises, foram retiradas amostras da peça com superior resistência ao desgaste e de uma peça com uma resistência inferior Análise dos dados As durezas encontradas nas peças foram todas inferiores ou equivalentes ao mínimo esperado (600 HB), apenas a peça com boa resistência ao desgaste possuía uma dureza satisfatória de 683 HB. A espessura final de cada peça depende diretamente de sua dureza, ou seja, as peças que possuíam maior dureza apresentaram um desgaste inferior à aquelas com menor dureza, sendo que a peça boa apresentou uma espessura final de 180 mm e a média de espessura das peças ruins foi de 147 mm (tabela 2). A metalografia não evidenciou nenhuma característica microestrutural fora do esperado para o tipo de liga utilizado na produção das peças. 14

15 Figura 24- Nível de inclusões: 2-3 ASTM E 45 Aumento 100x. Figura 25- Nível de inclusões: 2-3 ASTM E 45 Aumento 100x. Figura 26- Matriz martensítica com presença de carbonetos. Aumento 100x. Ataque Vilella. Figura 27- Matriz martensítica com presença de carbonetos. Aumento 100x. Ataque Vilella. Figura 28- Matriz martensítica com presença de carbonetos. Aumento 400x. Ataque Vilella. Figura 29- Matriz martensítica com presença de carbonetos. Aumento 400x. Ataque Vilella. 15

16 Conclusão Após análise dos dados obtidos notamos que a microestrutura do material está dentro dos padrões da liga (ferro branco alto cromo), evidenciando uma matriz martensítica com presença de carbonetos, em ambas as amostras, tanto na amostra da peça com desgaste superior quanto na peça inferior. Analisando os gráficos de tratamento térmico pode-se constatar que a peça boa foi tratada separadamente das outras 14 peças, principalmente no revenimento, pois, a taxa de resfriamento de ambas as cargas foi diferente. Porém, ao discutir com o engenheiro responsável pela análise, chegamos a conclusão de que esta não foi a causa da grande diferença de resistência ao desgaste. 16

17 3. TRATAMENTO TÉRMICO 3.1. Introdução Tratamento térmico é o conjunto de operações de aquecimento e resfriamento a que são submetidos os aços, sob condições controladas de temperatura, tempo, atmosfera e velocidade de resfriamento, com o objetivo de alterar as suas propriedades ou conferir-lhes características determinados. As propriedades dos aços dependem, em princípio, da sua estrutura. Os tratamentos térmicos modificam, em maior ou menor escala, a estrutura dos aços, resultando, em conseqüência na alteração mais ou menos pronunciada, de suas propriedades. Cada uma das estruturas obtidas apresentam suas características próprias, que se transferem ao aço, conforme a estrutura ou combinação de estrutura ou combinação de estruturas presentes. Pelo exposto, pode-se perfeitamente avaliar a importância dos tratamentos térmicos, sobretudo nos aços de alto carbono e nos que apresentam também elementos de liga. Os principais objetivos dos tratamentos térmicos são os seguintes : Remoção de tensões internas (oriundas de esfriamento desigual, trabalho mecânico ou outra causa) ; Aumento ou diminuição da dureza; Aumento da resistência mecânica; Melhora da ductilidade; Melhora da usinabilidade ; Melhora da resistência ao desgaste; Melhora das propriedades de corte; melhora da resistência à corrosão; Melhora da resistência ao calor; Modificação das propriedades elétricas e magnéticas. 17

18 Em geral, a melhora de uma ou mais propriedades, mediante um determinado tratamento térmico, é conseguida com prejuízo de outras Normalização, têmpera e revenimento Normalização Consiste no aquecimento do aço a uma temperatura acima da zona crítica, seguindo de resfriamento ao ar. Para os aços hipoeutetóides, pode-se admitir que a temperatura de aquecimento ultrapasse a linha A3 e para os hipereutetóides a linha Acm. A normalização visa refinar a granulação grosseira de peças de aço fundido principalmente; freqüentemente, e com o mesmo objetivo, a normalização é aplicada em peças depois de laminadas ou forjadas. A normalização é ainda usada como tratamento preliminar à têmpera e ao revenido, justamente para produzir estrutura mais uniforme do que a obtida por laminação. Os constituintes que se obtém na normalização são ferrita e perlita fina ou cementita e perlita fina. Eventualmente, dependendo do tipo de aço, pode-se obter a bainita Têmpera Consiste no resfriamento rápido do aço de uma temperatura superior à sua temperatura crítica ( mais ou 50ºC acima da linha A1 nos hipereutetóides) em um meio como óleo, água, salmoura ou mesmo ar ).A velocidade de resfriamento, nessas condições, dependerá do tipo de aço, da forma e das dimensões das peças. Como na têmpera o constituinte final desejado é a martensita, o objetivo dessa operação, sob o ponto de vista de propriedades mecânicas, é o aumento da dureza, deve verificar-se até uma determinada profundidade. 18

19 Resultam também da têmpera redução da ductilidade (baixos valores de alongamento e estricção), da tenacidade e o aparecimento de apreciáveis tensões internas. Tais incovenientes são atenuados ou eliminados pelo revenido. Para que a têmpera seja bem sucedida vários fatores devem ser levados em conta. Inicialmente, a velocidade de esfriamento deve ser tal que impeça a transformação da austenita nas temperaturas mais elevadas, em qualquer parte da peça que se deseja endurecer Revenimento O revenido é o tratamento térmico que normalmente sempre acompanha a têmpera, pois elimina a maioria dos inconvenientes produzidos por esta, além de aliviar ou remover as tensões internas, corrige as excessivas dureza e fragilidade do material, aumentando sua ductibilidade e resistência ao choque. O aquecimento na martensita permite a reversão do reticulado instável ao reticulado estável cúbico centrado, produz reajustamentos internos que aliviam as tensões e, além disso, uma precipitação de partículas de carbonetos que cresce e se aglomeram de acordo com a temperatura e o tempo. Conforme a temperatura de revenido, verificam-se as seguintes transformações: Entre 25º e 100ºC, ocorre segregação ou uma redistribuição do carbono em direção a discordância; essa pequena precipitação localizada do carbono pouco afeta a dureza. O fenômeno é predominante em aços de alto carbono; Entre 100º a 250ºC, as vezes chamado primeiro estágios do revenido - ocorre precipitação de carboneto de ferro do tipo epsilon, de fórmula Fe2-3C, e reticulado hexagonal; este carboneto pode estar ausente em aços de baixo carbono e de baixo teor em liga; a dureza Rockwell começa a cair, podendo chegar a 60; Entre 200º a 300ºC, as vezes chamado de segundo estágio do revenido - ocorre transformação de austenita retida em bainita; a transformação ocorre somente em açoscarbono de médio e alto teor de carbono; a dureza Rockwell continua a cair ; 19

20 Entre 250º a 350ºC, as vezes é chamado de terceiro estágio do revenido - forma-se um carboneto metaestável, de fórmula Fe5C2 ; quando ocorre esta transformação, verificase em aços de alto carbono; a estrutura visível ao microscópio é uma massa escura, que era chamada troostita, denominação não mais utilizada; a dureza Rockwell continua caindo, podendo atingir valores pouco acima a 50; Entre 400º a 600ºC, ocorre uma recuperação da subestrutura de discordância; os aglomerados de Fe3C passam a uma esferoidal, ficando mantida uma estrutura de ferrita fina acicular; a dureza Rockwell cai para valores de 45º a 25º; Entre 500º a 600ºC, somente noa aços contendo Ti, Cr, Mo, V, Nb ou W, há precipitação de carboneto de liga; a transformação é chamada endurecimento secundário ou quarto estágio do revenido; Finalmente, entre 600º a 700ºC, ocorre recristalização de crescimento de grão; a cementita precipitada apresenta forma nitidamente esferoidal; a ferrita apresenta forma equi-axial; a estrutura é freqüentemente chamada esferoidita e caracteriza-se por ser por muito tenaz e de baixa dureza, variando de 5 a 20 Rockwell C. Pelo que acaba de ser exposto, percebe-se que a temperatura de revenido pode ser escolhida de acordo com a combinação de propriedades mecânicas que se deseja no aço temperado. Diversos aços, principalmente aço-liga de baixo teor em liga, caracterizam-se por adquirirem fragilidade, quando são aquecidos na faixa de temperaturas ºC, ou quando são resfriados lentamente através dessa faixa. Este fenômeno é conhecido com o nome de fragilidade de revenido. A fragilidade ocorre mais rapidamente na faixa ºC. Os aços-carbono comuns contendo manganês abaixo de 0,30% não apresentam o fenômeno. Contudo, aços contendo apreciáveis quantidades de manganês, níquel e cromo, além de uma ou mais impurezas tais como fósforo, estanho ou arsênio, são suscetíveis ao fenômeno. Não se tem uma explicação clara desse fato, embora se tenha observado concentração de impurezas nos contornos dos grãos o que comprova que é necessária a presença dessas impurezas, juntamente com um elemento de liga, para provocar esta fragilidade. Esta é somente revelada no ensaio de resistência ao choque, pois as outras 20

21 propriedades mecânicas e própria microestrutura não são afetadas. A não ser que se utilize matérias-primas muito puras, os aços Cr-Ni são mais suscetíveis aos fenômenos. Aparentemente, o molibdênio, em teores 0,5 a 1,0% retarda a suscetibilidade à fragilidade de revenido. Os aços que se tornaram frágeis, devido às causas apontadas, podem voltar ao seu normal e ter a tenacidade por assim dizer restaurada, pelo aquecimento em torno de 600ºC ou acima, seguido de resfriamento rápido, abaixo de aproximadamente 300ºC. Mencione-se, mais uma vez, o fato de que a eliminação de impurezas indutoras do fenômeno evita a fragilidade. Como o antimônio é aparentemente o elemento mais prejudicial ele deve ser evitado a qualquer custo. Na prática, tanto o antimônio como o arsênio não estão comumente presentes. Desse modo, a maior atenção de ser dirigida ao estanho e ao fósforo, cujas quantidades não devem ultrapassar 0,005% e 0,001% respectivamente. Uma última prática para reduzir a severidade da fragilidade de revenido e manter o aço por longo tempo numa faixa de temperaturas entre Ac1 e Ac3. Contudo, esse tratamento, também chamado inter-crítico, só deve ser aplicado em caso específico. Como já se viu, dependendo da composição do aço, pode-se ter à temperatura ambiente uma certa de quantidade austenita retida ou austenita residual que, ao se transformar posteriormente, pode ocasionar o fenômeno de instabilidade. A transformação dessa austenita residual é realizada por intermédio de diversos procedimentos. Um deles é o revenido. Como se viu, o chamado segundo estágio de revenido - entre 200º e 300ºC - transforma a austenita retida em bainita. Esta reação do revenido prevalece somente em aços de médio ou alto carbono. Na realidade, no revenido, para a obtenção de certo grau de estabilidade dimensional, seria necessário emprega-se a máxima temperatura de aquecimento permissível, tendo em vista a dureza desejada, de modo a desenvolver-se a contração máxima possível. Em alguns tipos complexos de aços - como os aços rápidos - surge a necessidade de mais de uma revenido, visto que no resfriamento posterior ao primeiro revenido, forma-se martensita que deve, em conseqüência, ser revenida, o que se faz através de um segundo aquecimento do aço. Outro método para transformar a austenita retida seria um artifício que se poderia chamar de sazonamento, ou seja, manuntenção das peças tratadas em estoque por um determinado período de tempo ou submetendo-as 21

22 repetidamente aos extremos de temperaturas esperadas em serviço. Procura-se, assim, forçar a ocorrência das modificações dimensionais antes de se utilizar as peças, o que, entretanto, raramente se consegue. Outro método que possibilita a transformação da austenita retida é a promoção de um certo grau de encruamento nas peças, o que, obviamente, não serve para garantir a estabilidade dimensional. Choque mecânico tem sido usado como o mesmo objetivo com resultados limitados, contudo, devido à dificuldade do seu controle. Finalmente, freqüentemente têm sido usados ciclos acelerados de envelhecimento, com resultados aproximadamente idênticos aos obtidos do revenido comum. 22

23 4. DESENVOLVIMENTO DE TRATAMENTOS TÉRMICOS 4.1. Introdução O tratamento térmico consiste, basicamente, na variação da taxa de aquecimento e ou de resfriamento, temperatura e tempo de patamar. Portanto, a definição das variáveis de tratamento térmico é de fundamental importância para obtenção de um dado conjunto de propriedades. Antes do início do tratamento térmico o especialista deve fazer um estudo de quais propriedades quer obter. Após este estudo determinar as variáveis existentes para a obtenção das propriedades mecânicas desejadas. Importante ressaltar que as dimensões da peça produzida influenciam diretamente nas variáveis do tratamento térmico. Entretanto, a seleção da liga mais apropriada também é de suma importância para a realização do tratamento. A seguir será relatado o desenvolvimento de uma liga ASTM A 743 Grade CA15 modificada para que esta possa suprir as exigências do cliente. Um aço com boa resistência a corrosão e ao desgaste devido principalmente a porcentagem de cromo em sua composição. 23

24 4.2. Desenvolvimento CA15 modificado Objetivos Este desenvolvimento tem como principal objetivo a obtenção das propriedades mecânicas especificadas pelo cliente. Será realizado em uma liga CA15 modificada com níquel e molibdênio que será apenas temperado e revenido Metodologia Foram tratados 6 blocos do tipo quilha (conforme ASTM A 781), variando-se de um bloco para outro, em cada tratamento, a temperatura de patamar e o tipo de resfriamento, e mantendo igual a taxa de aquecimento e o tempo de patamar. Tabela 2: Programação do tratamento térmico aplicado na experiência Tratamento Taxa de aquecimento ºC/hora Temperatura Tempo de patamar Resfriamento Bloco Normalização A B+30 D Lento x Ok Normalização A B D Lento x Ok Normalização A B+30 D Rápido x x Ok Normalização A B D Rápido x x Ok Revenimento A C E Muito lento x x x x Ok Revenimento A C+20 E Lento x x Ok Com a quilha que sobrar dos blocos 1, 2, 3 e 5 mesmo após de já o primeiro revenimento Revenimento A C+20 E Rápido x x x x Com a quilha que sobrar dos blocos 4 e 6 mesmo após o primeiro revenimento Revenimento A C+40 E Lento x x 24

25 Os blocos foram numerados de 1 a 6, o bloco 1 foi normalizado com uma taxa de aquecimento de A ºc/hora até uma temperatura de B+30 ºC manteve-se essa temperatura durante D horas e posteriormente resfriou-se de maneira lenta. O bloco 2 foi normalizado com uma taxa de aquecimento de A ºC/hora até uma temperatura de B ºC manteve-se essa temperatura durante D horas e posteriormente resfriou-se de maneira lenta. Os blocos 3 e 4 foram normalizados com uma taxa de aquecimento A C/hora até uma temperatura de B+30 ºC manteve-se essa temperatura durante D horas e posteriormente resfriou-se de maneira rápida. Os blocos 5 e 6 foram normalizados com uma taxa de aquecimento A C/hora até uma temperatura de B ºC manteve-se essa temperatura durante D horas e posteriormente resfriaram-se de maneira rápida. Realizadas as normalizações os blocos 1, 2, 3 e 6 foram revenidos com uma taxa de aquecimento de A ºC/hora até uma temperatura de C C manteve-se essa temperatura durante E horas e posteriormente resfriou-se de maneira muito lenta. Os blocos 4 e 6 foram revenidos a uma taxa de aquecimento de A C/hora até uma temperatura de C+20 C manteve-se essa temperatura durante E horas e posteriormente resfriou-se em de maneira lenta. Após o primeiro revenimento foi retirado corpos de provas de tração e impacto para a realização dos ensaios mecânicos Resultado e discussão Com os blocos de prova foram preparados corpinhos de prova de tração e de impacto (de acordo com a norma ASTM A 370), foram realizados ensaios destrutivos para obtenção das propriedades mecânicas adquiridas pelos blocos após o tratamento mencionado anteriormente. A tabela a seguir mostra os resultados obtidos nesses ensaios. 25

26 Tabela 3: Propriedades mecânicas obtidas nos ensaios (valores não podem ser demonstrados). LE (kgf/mm²) Propriedades Mecânicas LR (kgf/mm²) A (%) Z (%) Especificado pelo cliente Dureza (HB) Impacto (J) U V W X Y Z Bloco 1 U+17 V+9 W-10 X-4 Y+11 Z+7 Bloco 2 U+23 V+9 W+2 X+34 Y+18 Z+5 Bloco 3 U+20 V+10 W+2 X+34 Y+8 Z-1 Bloco 4 U+16 V+13 W+2 X+31 Y52 Z-3 Bloco 5 U+21 V+11 W+2 X+23 Y+10 Z-7 Bloco 6 U+26 V+14 W-2 X+29 Y24 Z-13 A normalização realizada nas peças pode ser considerada uma têmpera, pois, a velocidade do resfriamento dos blocos é suficientemente alta para a formação da martensita. A têmpera é o tratamento térmico mais importante, pois por intermédio dele, acompanhado de revenimento, que se obtêm as estruturas e as propriedades que permitem o emprego do aço em peças de maior responsabilidade e em aplicações mais críticas. Por definição a têmpera consiste em aquecer o aço a uma temperatura em que sua estrutura se torne austenítica, seguindo-se um resfriamento a uma velocidade tal que não permita a ocorrência da reação austenítica para ferrita + cementita, tornando-se a austenita em martensita. Sendo a têmpera um tratamento térmico que exige geralmente um resfriamento rápido, a taxa de resfriamento constitui um dos fatores mais importantes para o êxito da operação. Neste caso em particular as únicas variáveis existente no tratamento é a taxa de resfriamento e a temperatura de patamar, pois os blocos possuem a mesma composição química (são da mesma corrida) e possuem dimensões iguais. Após o tratamento de têmpera, a estrutura resultante é martensita que é uma estrutura frágil e deve ser transformada em martensita cúbica ou revenida. O revenimento é realizado dependendo do que se deseja obter e deve ser feita logo após a peça temperada antingir temperatura inferior a tranformação total de martensita (Mf). Este intervalo de tempo não deve ser muito grande, pois após a têmpera sendo martensita frágil, estará sujeita 26

27 a trincas. Este tratamento consiste no reaquecimento das peças temperadas situadas abaixo da linha inferior de transformação do aço. Dependendo da temperatura, pequenas ou grandes transformações na estrutura martensítica resultam. Analisando os resultados obtidos nos ensaios mecânicos pode-se notar que em todos os blocos a resistência e a dureza passaram do limite superior estipulado pelo cliente. Cabe ao próximo estagiário dar continuação a experiência visando a obtenção das características exigida pelo cliente. Nota-se que os blocos resfriados rapidamente após a têmpera e lentamente após o revenimento obtiveram uma dureza superior aos outros blocos. Isso é diretamente influenciado pela taxa de resfriamento, que por sua vez está relacionada com a estrutura martensítica obtida. A dureza nos blocos 4 e 6 foram superiores porque foram resfriadas mais rapidamente após o revenimento, o que mantêm uma martensita mais resistente evitando sua transformação. 27

28 5. CONCLUSÃO As análises de falha descritas foram de grande aprendizado, tendo em vista a grande importância deste processo em uma empresa que preza pela garantia de qualidade dos seus produtos. Além, é claro, do aprendizado teórico absolvido na realização destas atividades. No setor de tratamento térmico pude compreender a grande responsabilidade que o setor possui, pois, esta é uma das principais atividades que garantem a qualidade dos produtos, sendo que, tem o poder de mudar as características mecânicas dos produtos, assim atendendo as especificações dos clientes. No período de estágio tive a oportunidade de conhecer todos os setores de uma grande empresa, o que serviu para um grande número de conhecimentos adquiridos, crescimento pessoal e profissional. Tive contato com colaboradores de todos os setores da empresa, que me fizeram aliar a teoria à prática. Ao final do estágio uma grande gama de conhecimentos foi adquirida, tanto no âmbito do curso de Engenharia de Materiais quanto no empresarial. O que serviu para meu crescimento como futuro Engenheiro e trabalhador. 28

29 6. REFEÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CHIAVERINI, Vicente. Aços e Ferros Fundidos. 6. ed. São Paulo: Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais, CHIAVERINI, Vicente. Tratamentos térmicos das ligas ferrosas. 1. ed. São Paulo: Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais, CALLISTER, William D. Jr. Ciência e Engenharia de Materiais: uma introdução. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, Associação Brasileira de Metais. Análise de fraturas. Editora ABM. 4 impressão. Steel Founder s Society of América and ASM. Steel Castings Handbook. 6 ed. Ohio: ASM International, Gracioso, José Francisco Fradel. Efeito das condições de têmpera na microestrutura e propriedades mecânicas de um aço inoxidável martensítico fundido CA6NM. 29

30 ANEXO A HISTÓRICO DA ALTONA A Electro Aço Altona S.A foi fundada em 8 de março de Completando em 2008 exatos 84 anos de fundação, esta se orgulha em atingir este patamar com mais de 1100 colaboradores. Fundada pelo engenheiro eletricista alemão Richard Paul Werner, o qual imigrou para o Brasil para instalar a primeira central telefônica na cidade de Blumenau, teve seu início com fundação da Auerbach & Werner que iniciou suas atividades com a prestação de serviços mecânicos (fundição de ferro) no antigo bairro Altona, hoje chamado de Itoupava Seca, local este que permanece instalada a Electro Aço Altona. Em 1933, foi instalado o primeiro forno elétrico a arco, com capacidade de produção de 500 kg por carga, iniciando-se assim a produção de aço. Em 1948 e 1958 mais dois fornos a arco foram instalados, cada um com capacidade nominal de kg por carga e em dezembro de 1974, mais um forno elétrico a arco entrou em operação, com capacidade nominal de 4.500kg para capacitar a produção de peças de grande porte. Em 1960 introduziu-se o processo de fundição em casca (Shell Molding), previstas para a produção de peças pequenas e seriadas. Em 1972 foi instalado o Departamento de Usinagem para atendimento à demanda de peças beneficiadas. Já em 1981 foi instalado o processo mecanizado de moldagem para peças de médio porte. Em 1984 foi instalado o primeiro forno elétrico à indução com capacidade para kg. Este forno possibilitou à empresa uma diversificação nas ligas produzidas. Em 1990 foram concluídas as obras de ampliação do prédio industrial para atender aos planos de expansão, modernização e melhoria do processo. Em 2000 a coordenação da produção foi dividida entre produtos repetitivos e produtos sob encomenda. Entre 2003 e 2005 o quadro de funcionários atingiu cerca de 1100 funcionários, dobrando a capacidade produtiva. Além disso, ocorre nova ampliação da unidade fabril. Atualmente com capacidade instalada de toneladas/mês de peças fundidas brutas, usinadas e acabadas. A Electro Aço Altona objetiva fornecer produtos e serviços com alta tecnologia metalúrgica, nas atividades de fundição e usinagem e nos seguintes 30

31 materiais: Aços ligados de baixa, média e alta liga; Aços refratários; Ferros de alta liga para aplicações especiais; Superligas; Aços carbono; Aços manganês. A Electro Aço Altona S.A. atua praticamente em todos os segmentos consumidores de aço fundido: Indústria naval; Máquinas e implementos agrícolas; Bombas, compressores e equipamentos hidráulicos; Papel e celulose; Máquinas e equipamentos mecânicos; Indústrias químicas e petroquímicas; Siderúrgico; Cimento e mineração; Dragagem e geração de energia elétrica. A Altona atende desta maneira, clientes no mercado interno e externo. A empresa também trabalha em regime de encomenda, de acordo com especificações e desenhos de clientes, obedecendo às normas técnicas de uso internacional. Sua participação no mercado pode ser percebida de forma direta ou através de seus clientes, conquistando mercados importantes nos EUA, Canadá, México, Chile, Venezuela, Uruguai, Colômbia, Áustria, França, Bolívia, Argentina, Israel, Bélgica, Alemanha e Holanda. Em todos os casos a participação da Altona é sempre associada à utilização de recursos tecnológicos altamente desenvolvidos. A qualidade está associada à marca Altona e presente em todas as fases da sua atuação, desde a pré-venda, na fabricação, até a pós-venda. A empresa possui o Sistema da Qualidade certificado pela Norma ISO 9001, o que evidencia a padronização da gestão da qualidade e sua competitividade em escala mundial, além de possuir a metodologia de gestão empresarial 6 Sigma; sendo ainda certificada por sociedades classificadoras internacionais como, Lloyd s Register, Germanischer Lloyd, TÜV, DNV e IBQN, além das certificações de clientes. Na preocupação com a preservação e cuidado com o meio ambiente, a Altona possui um sistema de gestão ambiental seguindo a norma ISO Ao longo dos anos a Altona investiu em diversos projetos de prevenção para contribuir com o meio ambiente. 31

32 ANEXO B CRONOGRAMA DE ESTÁGIO 32