Lucas Aléssio Roncasalia ESTUDO DO PROCESSO METALÚRGICO DE FABRICAÇÃO DE RODETES DE MOENDA

Lucas Aléssio Roncasalia ESTUDO DO PROCESSO METALÚRGICO DE FABRICAÇÃO DE RODETES DE MOENDA Centro Universitário Toledo Araçatuba 2015

Lucas Aléssio Roncasalia ESTUDO DO PROCESSO METALÚRGICO DE FABRICAÇÃO DE RODETES DE MOENDA Trabalho de Graduação apresentado ao Curso de Engenharia Mecânica da Instituição Centro Universitário Toledo, como parte dos requisitos necessários para obtenção do título de Engenheiro Mecânico, sob a orientação do Prof. Me. Paulo Sérgio Barbosa dos Santos. Centro Universitário Toledo Araçatuba 2015

AGRADECIMENTOS Agradeço primeiramente a Deus, por sempre estar iluminando meu caminho, me dando força, sabedoria e todas as condições possíveis para a realização desse trabalho. Aos meus pais, Laercio e Vera, meu irmão Gabriel, e minha namorada Isabela, por sempre estarem ao meu lado, me apoiando e incentivando durante todo o curso. Ao meu orientador, Prof. Me. Paulo Sérgio Barbosa dos Santos, pelo incentivo, orientações e amizade, que contribuíram muito para execução desse trabalho. À ZBN Indústria Mecânica Ltda., pelo fornecimento dos materiais, e a todos os colaboradores que me ajudaram e incentivaram nesse trabalho. Enfim, agradeço a toda minha família, meus amigos, e todos os professores que de alguma forma contribuíram para minha formação.

RESUMO Este trabalho apresenta um estudo dos processos metalúrgicos para fabricação de rodetes, que são engrenagens utilizadas para transmitir torque entre eixos de moendas de usinas sucroalcooleiras, com ênfase nos tratamentos térmicos de normalização, têmpera e revenimento, sendo esses, processos metalúrgicos utilizados para alterar a microestrutura de materiais, como metais e ligas metálicas, melhorando assim suas propriedades mecânicas, como aumento da dureza, resistência a tração e ductilidade. Diante disso, foi desenvolvida uma análise sobre a influência desses tratamentos nos rodetes de moenda, fabricados em aço fundido SAE 4340, onde foram estudadas as mudanças ocorridas na microestrutura e propriedades mecânicas do material, através de ensaios de tração, dureza e metalografia, realizados em corpos de prova fornecidos pela empresa ZBN Indústria Mecânica Ltda. Palavras-chave: Ensaios mecânicos, fundição, metalografia, rodetes de moenda, tratamento térmico.

ABSTRACT This work presents a study of metallurgical processes for the manufacture of rodetes, that are pinion gears used to transmit torque between axes of mills of sugar cane, with emphasis on thermal normalization treatment, quenching and tempering, being these metallurgical processes used to alter the microstructure of materials, as metals and metallic alloys, making better mechanical properties, such as increased hardness, tensile strength and ductility. Therefore it was developed an analysis on the influence of these treatments in pinion gears made of cast steel SAE 4340, where we studied the changes in the microstructure and mechanical properties of the material, It was made by traction tests, hardness and metallography, made on pieces of specimen provided by the company ZBN Indústria Mecânica Ltda. Keywords: casting, heat treatment, mechanical testing, metallography, pinion gears.

LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Rodete de Moenda.... 11 Figura 2 - Terno de Moenda.... 12 Figura 3 - Tensões nos dentes de engrenagens.... 13 Figura 4 - Rodetes com dentes desgastados.... 14 Figura 5 - Modelo em madeira.... 15 Figura 6 - Projeto para fundição dos rodetes.... 17 Figura 7 - Moldagem.... 18 Figura 8 - Molde pronto.... 18 Figura 9 - Vazamento do metal líquido.... 19 Figura 10 - Diagrama Fe-C (Ferro Carbono)... 22 Figura 11 - Diagrama esquemático de transformação para normalização... 24 Figura 12 - Diagrama esquemático de transformação para têmpera e revenido.... 25 Figura 13 - Processo de resfriamento dos rodetes temperados.... 26 Figura 14 - Influência do intervalo de tempo no revenimento.... 28 Figura 15 - Figura esquemática de equipamento utilizado para ensaios de tração.... 29 Figura 16- Efeito do alongamento em um corpo de prova.... 30 Figura 17 - Diagrama tensão-deformação.... 30 Figura 18 - Elementos do diagrama tensão-deformação.... 31 Figura 19 - Método Brinell para medida de dureza.... 32 Figura 20 - Cortadora Metalográfica.... 34 Figura 21 - Processo de embutimento.... 34 Figura 22 - Politriz / Lixadeira metalográfica.... 35 Figura 23 - Polimento Mecânico das amostras.... 35 Figura 24 - Ataque químico.... 36 Figura 25 - Microscópio Óptico.... 37 Figura 26 - Corpo de prova bruto.... 45 Figura 27 - Desenho de usinagem do corpo de prova.... 45 Figura 28 - Corpo de prova usinado.... 46 Figura 29 - Ensaios de tração - Máquina EMIC.... 46 Figura 30 - Medição do corpo de prova com paquímetro para o cálculo da estricção.... 47 Figura 31 - Medição do corpo de prova com paquímetro para o cálculo do alongamento.... 47

Figura 32 - Durômetro de bancada King.... 48 Figura 33 - Corpo de prova... 48 Figura 34 - Amostra do corpo de prova para ensaio de dureza.... 49 Figura 35 - Máquina de lixamento.... 49 Figura 36 - Microscópio para análise metalográfica.... 50 Figura 37 - Micrografias com aumento de 100x obtidas das amostras brutas.... 51 Figura 38 - Micrografias com aumento de 100x obtidas das amostras normalizadas e temperadas.... 52 Figura 39 - Micrografias com aumento de 100x obtidas das amostras revenidas.... 52 Figura 40 Ensaio de tração CP1.... 54 Figura 41 Ensaio de tração CP2.... 54 Figura 42 Ensaio de tração CP3.... 55 Figura 43 Ensaio de tração CP4.... 55 Figura 44 Ensaio de tração CP5.... 56 Figura 45 Ensaio de tração CP6.... 56

LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Contração volumétrica de solidificação para alguns metais e ligas.... 15 Tabela 2 - Temperaturas de normalização.... 23 Tabela 3 - Identificação das amostras... 44 Tabela 4 - Propriedades mecânicas das amostras ensaiadas.... 53 Tabela 5 - Dureza das amostras.... 57

SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO... 10 1.1 Rodetes de Moenda... 10 1.1.1 Aplicação... 11 1.1.2 Material de Fabricação... 12 1.1.3 Falhas e Avarias... 12 1.2 Processos de Fabricação dos Rodetes... 14 1.2.1 Fundição... 14 1.2.1.1 Modelação... 15 1.2.1.2 Projeto... 16 1.2.1.3 Moldagem... 17 1.2.1.4 Fusão... 19 1.2.1.5 Vazamento... 19 1.2.1.6 Resfriamento e Solidificação... 20 1.2.1.7 Desmoldagem e Rebarbação... 20 1.2.1.8 Inspeção... 20 1.2.2 Tratamento Térmico... 20 1.2.2.1 Normalização... 21 1.2.2.2 Têmpera... 24 1.2.2.3 Revenimento... 26 1.3 Ensaios Mecânicos... 29 1.3.1 Ensaio de Tração... 29 1.3.2 Ensaio de Dureza Brinell... 32 1.4 Ensaio Metalográfico... 32 1.4.1 Preparação das amostras... 33 1.4.2 Ataque Químico... 36

1.4.3 Microscopia... 37 2 OBJETIVO... 38 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA... 39 4 EQUACIONAMENTO... 41 4.1 Tensão... 41 4.2 Limite de resistência... 41 4.3 Limite de escoamento... 41 4.4 Alongamento... 42 4.5 Estricção... 42 4.6 Dureza Brinell... 43 5 MATERIAIS E MÉTODOS... 44 5.1 Materiais utilizados... 44 5.2 Ensaios de tração... 45 5.3 Ensaios de dureza Brinell... 48 5.4 Análise metalográfica... 49 6 RESULTADOS E DISCUSSÕES... 51 6.1 Microestruturas... 51 6.2 Propriedades mecânicas... 53 6.3 Dureza... 57 7 CONCLUSÃO... 58 BIBLIOGRAFIA... 60 ANEXO A - PROPRIEDADES DO AÇO SAE 4340... 63

10 1 INTRODUÇÃO Este trabalho surgiu através da fabricação de rodetes de moenda em material SAE 4340, pela ZBN Indústria Mecânica Ltda., onde foi realizado um estudo sobre seus processos metalúrgicos de fabricação. Os processos metalúrgicos de fabricação são etapas que transformam as matérias primas, como aços, ferros e bronzes, para obtenção de um produto final, contemplando normas e aplicações diversas. Inicialmente, foi realizada uma breve apresentação sobre rodetes de moenda: onde são utilizados, os materiais para fabricação, e as principais falhas e avarias ocorridas. Posteriormente, foram analisados os processos de fabricação, como fundição e tratamento térmico, e também sobre as análises metalúrgicas dos materiais, discutindo os ensaios mecânicos e metalográficos. 1.1 Rodetes de Moenda Os rodetes são grandes engrenagens utilizadas para transmitir torque entre os eixos de moendas de usinas sucroalcooleiras. Segundo Franceschi e Antonello (2014, p. 91) engrenagens são rodas com dentes padronizados internos ou externos, utilizados para transmitir movimento e força entre dois eixos. O processo por meio de engrenamento, dentre outras maneiras de movimentação de peças, é o que apresenta o melhor rendimento, possibilitando a transmissão do movimento entre eixos paralelos, cruzados ou a 90º, assim como a redução, sentido, ou ampliação de rotações, apresentando uma perda de potência muito reduzida (FRANCESCHI e ANTONELLO, 2014). Os rodetes são engrenagens que se diferenciam da maioria, pois seus dentes não possuem usinagem, suas superfícies são brutas de fundição, conforme pode ser visto na Figura 1.

11 Figura 1 - Rodete de Moenda. Fonte: ZBN (2015). 1.1.1 Aplicação Os rodetes, como já informado, são engrenagens utilizadas em moendas de usinas sucroalcooleiras, estando presentes nesses equipamentos desde a época dos primeiros moinhos de cana de açúcar. Sua função é extremamente importante, pois geralmente nas moendas, apenas o eixo superior é acoplado a um motor, fazendo assim com que ele transmita movimento aos demais eixos. As moendas são equipamentos utilizados para moagem da cana de açúcar, podendo possuir de quatro a sete ternos de moagem (Figura 2), sendo eles compostos pelo castelo e quatro rolos: Rolo de Pressão: sua função é direcionar a cana para melhor alimentação do terno; Rolo Superior: é o principal componente do conjunto, onde recebe o maior contato para moagem da cana juntamente com o rolo de saída, e também é nele que o motor é acoplado, transmitindo movimento aos demais rolos através dos rodetes; Rolo de Entrada: sua função, assim como o rolo de pressão, é direcionar a cana para o rolo de saída, porém nele também ocorre uma pequena extração; Rolo de Saída: onde ocorre a maior extração, juntamente com o rolo superior, ocasionando assim um maior desgaste; Castelos: são as estruturas laterais que sustentam os rolos da moenda, geralmente fabricados em aço fundido.

12 Figura 2 - Terno de Moenda. Fonte: ZBN (2015). 1.1.2 Material de Fabricação Os materiais de fabricação podem variar de acordo com a solicitação de trabalho desejada, onde os mais utilizados são: SAE 8640, SAE 1045 e A148 GRAU 105-85. Segundo a Welding (s. d.), espera-se normalmente uma vida útil de cinco anos para os rodetes, porém existem fatores que podem abreviar esta estimativa, como o material utilizado na sua fabricação. Os aços SAE 4340 não são comuns na fabricação dessas peças, devido ao preço ser superior das demais ligas, porém apresentam melhores propriedades mecânicas (WELDING, s. d.). 1.1.3 Falhas e Avarias Os rodetes, assim como as engrenagens em geral, falham basicamente por dois tipos de solicitação, sendo elas (SANTOS, 2002): Ocorrida no contato: devido à tensão normal; Ocorrida no pé do dente: devido à flexão causada pela carga transmitida.

13 Fadiga no pé do dente pode causar a quebra do dente, porém em conjuntos de transmissão bem projetados não é comum, mas geralmente a primeira falha ocorrida é por fadiga de contato, conforme mostrada na Figura 3 (SANTOS, 2002). Figura 3 - Tensões nos dentes de engrenagens. Fonte: Santos (2002). Segundo Callister (2012), fadiga é uma forma de falha ocorrida nas estruturas que estão sujeitas à tensões dinâmicas e oscilantes. O termo fadiga é usado porque normalmente ocorre esse tipo de falha após um longo período de tensões ou ciclos de deformação repetitivos, sendo ela a maior causadora de falhas nos metais, compreendendo aproximadamente 90% das falhas (CALLISTER, 2012). Para Chiaverini (1986), ocorrem rupturas por fadiga quando estão presentes: Valores suficientemente elevados de tensão máxima de tração; Grande variação ou flutuação da tensão aplicada; Grandes números de ciclos de tensões aplicadas. No processo operacional de trabalho dos rodetes, ocorrem os desgastes dos flancos dos dentes, com isso, seu perfil é descaracterizado, acelerando o desgaste a cada dia. Segundo a Welding (s. d.), o fator mais comum que ocasiona o desgaste está relacionado à abertura de triangulação dos rolos de moenda, onde os rodetes acabam engrenando apenas nas extremidades dos dentes, contribuindo para um desgaste precoce e acentuado. Na Figura 4 pode ser observada a falha após progressão, apresentando superfícies bem desgastadas.

14 Figura 4 - Rodetes com dentes desgastados. Fonte: Próprio autor. 1.2 Processos de Fabricação dos Rodetes Na fabricação, os rodetes passam por diversos processos metalúrgicos, como fundição, tratamento térmico, jateamento, usinagem e têmpera de indução nos dentes. Para este estudo, foram abordados apenas os processos de fundição e tratamento térmico. 1.2.1 Fundição Para Callister e Rethwisch (2013) fundição é um processo de fabricação onde é derramado na cavidade de um molde de forma desejada, um metal totalmente fundido, assim o metal após a solidificação assume a forma do molde, mas sofre certa contração. A fundição se destaca dentre os processos de fabricação por permitir a produção unitária ou seriada de peças com grande variedade de formas e tamanhos (SOARES, 2000). Na maioria dos casos, para se produzir uma peça, a fundição se torna o processo mais simples e econômico, principalmente quando são peças de grande porte, apresentando geometria complexa, muitos canais internos e cavidades (MACHADO, s. d.). Os processos mais comuns de fundição, dentre os vários existentes, são: fundição em areia verde, areia seca, processo shell, cera perdida, sob pressão e por centrifugação, visto que para cada processo, se empregam as exigências de precisão, qualidade, tempo e custo.

15 Na fundição dos rodetes, devido ao tamanho e peso, se utiliza o processo de fundição em areia silicato, onde se usa a areia de Sílica, que apresenta um teor mínimo de impureza e sua granulometria pode variar entre 30/40 e 40/50. Parecido com o processo de areia verde, que consiste em assentar o modelo na areia para obter a forma da peça a ser fundida, na fundição em areia silicato, a areia é misturada com silicato de Sódio, que reage com o gás carbônico, provocando assim, o endurecimento dos moldes e sua consistência final. 1.2.1.1 Modelação Consiste na confecção do modelo em madeira, sendo uma réplica da peça a ser fundida, aplicando as devidas contrações do material e sobremetal para usinagem: Sobremetal de usinagem: no desenho da peça são indicadas as áreas de usinagem, assim no projeto do fundido são acrescentadas as medidas correspondentes de sobremetal; Contração: durante o processo de resfriamento, a maioria dos materiais se contraem, provocando assim a alteração das medidas após sua solidificação, e até mesmo seu trincamento. Na Tabela 1 estão os valores de contrações para alguns metais. Tabela 1 - Contração volumétrica de solidificação para alguns metais e ligas. MATERIAL CONTRAÇÃO (%) Aço Carbono 2,5 3,5 Alumínio 6,5 Cobre 5 Ferro fundido branco 4,0 5,5 Ferro fundido cinzento 0 2,0 Fonte: VERRAN (s. d.). Na Erro! Fonte de referência não encontrada.pode ser observado o modelo fabricado em madeira, e através desse se inicia todo o processo de fabricação de um rodete, onde se dá sequência para as seguintes etapas: projeto, moldagem, fusão, vazamento, desmoldagem, rebarbação e inspeção.

16 Figura 5- Modelo em madeira. Fonte: Próprio autor. 1.2.1.2 Projeto Primeiramente, em um processo de fundição é elaborado um projeto que contém um estudo de informações sobre o material, visando seu melhor processamento nas etapas de preenchimento do molde e solidificação, para que não ocorra falta de preenchimento de material, falhas por inclusão de gases ou possíveis rechupes. Como representado na Figura 6, o projeto contém dados como, quantidade e posição de canais de vazamento, respiros, machos e massalote, sendo (ROSSITTI, 1993): Canais de vazamento: dutos utilizados para conduzir o metal líquido até a cavidade do molde; Respiros: canais utilizados para permitir a saída do ar e dos gases, pois no processo de vazamento do metal, pode ocorrer a condução de ar para o interior do molde; Machos: moldes de areia utilizados na moldagem de peças que possuem partes internas, como furações e seções ocas; Massalote: reservatório adicionado à peça, contendo um adicional de metal, para compensar a contração na etapa de solidificação.

17 Figura 6 - Projeto para fundição dos rodetes. Fonte: Próprio autor. 1.2.1.3 Moldagem A moldagem consiste em assentar o modelo em caixas com areia, assim obtendo a forma da peça a ser fundida. Essa areia é misturada com silicato de Sódio, que, em contato com o gás carbônico, provoca uma reação, causando o endurecimento e garantindo a consistência final do molde. Depois de retirados os modelos dos moldes, são utilizadas tintas refratárias para garantir uma melhor qualidade superficial da peça fundida e assegurar que não ocorram inclusões de areia no processo de resfriamento do metal líquido. É na moldagem que são inclusos os canais de vazamento, respiros, machos e massalote, conforme analisados no projeto anteriormente. A Figura 7 representa o modelo na caixa, preparado para receber a inclusão de areia.

18 Figura 7 - Moldagem. Fonte: Próprio autor. A Figura 8 ilustra uma parte do molde já pintado e pronto para o processo de vazamento do metal líquido. Figura 8 - Molde pronto. Fonte: Próprio autor.

19 1.2.1.4 Fusão É o processo que ocorre a fusão do metal, obtido através das misturas de sucatas e ligas metálicas, juntamente com elementos de liga aquecidos em fornos de indução elétrica para obtenção do metal líquido desejado. 1.2.1.5 Vazamento O vazamento é a etapa de transferência do metal líquido, obtido no forno de indução, para o enchimento dos moldes (Figura 9), no qual é fundamental o controle (ROSSITTI, 1993): Da temperatura de vazamento: temperaturas muito baixas podem ocorrer falhas na peça, devido a pouca fluidez do metal líquido; e quando muito alta, pode provocar sinterização de areia nas peças. As temperaturas de vazamento para os ferros fundidos variam de 1300 a 1500ºC, e para os aços de 1500 a 1700ºC; Da velocidade de vazamento: caso seja muito baixa, podem aparecer defeitos de expansão da areia, conveniente da irradiação de calor do metal líquido ao preencher o molde; e se muito alta, provocará erosão na areia do molde, ocorrendo inclusões de areia no fundido. Figura 9 - Vazamento do metal líquido. Fonte: Próprio autor.

20 1.2.1.6 Resfriamento e Solidificação Após o metal líquido ser vazado no molde, ele entra em processo de resfriamento e solidificação, tendo essa operação uma maior atenção, visto que, as velocidades de resfriamento influenciam diretamente nas propriedades mecânicas do material, causando mudanças nas microestruturas, tamanho e uniformidade dos grãos. 1.2.1.7 Desmoldagem e Rebarbação A operação de desmoldagem consiste na retirada da peça resfriada e solidificada de dentro do molde de areia. Após a etapa de desmoldagem ocorre o processo de retirada dos canais de vazamento e massalotes, ficando assim, diversas rebarbas de metal sobre a peça fundida (ROSSITTI, 1993). É denominada como rebarbação a etapa de retirada das rebarbas existentes, onde se utilizam máquinas manuais (como lixadeiras e esmerilhadeiras), fazendo com que a peça apresente um melhor acabamento superficial. 1.2.1.8 Inspeção Após a finalização dos processos de fundição, são realizadas algumas inspeções para garantir a qualidade da peça, efetuando ensaios de inspeção visual, partícula magnética, líquido penetrante e ultrassom. Identificando possíveis defeitos, eles são recuperados através de solda, e são novamente inspecionados até estarem de acordo com as normas contratuais. Além dos ensaios não destrutíveis, são realizados também, após os tratamentos térmicos, os ensaios mecânicos e metalúrgicos, como ensaios de dureza, tração e metalográficos. 1.2.2 Tratamento Térmico Segundo Chiaverini (2012), é definido como tratamento térmico o conjunto de operações de aquecimento pelo qual os aços são submetidos, em condições de temperatura, tempo, atmosfera e velocidades de resfriamento controladas, tendo como objetivo alterar suas propriedades ou conferir-lhes determinadas características.

21 Para Chiaverini (2012), os principais objetivos dos tratamentos térmicos são: Remover as tensões internas (proveniente de resfriamento desigual, trabalho mecânico, entre outros); Aumentar ou diminuir a dureza; Melhorar a ductilidade; Melhorar a usinabilidade; Aumentar a resistência mecânica; Melhora a resistência ao calor; Melhorar a resistência ao desgaste; Melhorar as propriedades de corte; Melhora a resistência à corrosão; Modificar as propriedades elétricas e magnéticas. Os rodetes, após fundidos, passam pelo processo de tratamento térmico para a remoção das tensões internas, aumento da dureza e melhora da ductilidade, podendo essas propriedades serem obtidas através dos tratamentos térmicos de normalização, têmpera e revenimento. 1.2.2.1 Normalização Normalização consiste no tratamento térmico de aquecimento do aço a uma temperatura acima da zona crítica, e resfriado posteriormente ao ar tranquilo (CHIAVERINI, 2012). Considera-se zona crítica por ocorrer grandes transformações estruturais, estando ela limitada entre a linha GSE e linha PSK, em cuja região ocorre cristalização secundária. De acordo com a temperatura processada e o teor de carbono do aço, ocorrem variações de transformações contínuas, entre 723 e 910ºC, como pode ser observado na Figura 10 (CHIAVERINI, 2012).

22 Figura 10 - Diagrama Fe-C (Ferro Carbono). Fonte: UEZO (s. d.). Segundo Callister (2012) utiliza-se o processo de normalização para refinar os grãos, ou seja, diminuir o tamanho médio dos grãos, assim produzindo uma distribuição de tamanhos mais uniformes e desejáveis. Na normalização dos rodetes fundidos em material SAE 4340, a temperatura utilizada para esse processo é aproximadamente 870ºC, com duração de 8 horas, e posteriormente resfriado ao ar tranquilo. Na Tabela 2 estão apresentadas as temperaturas de aquecimento para normalização de alguns aços-carbono e aços-liga comuns.

23 Tabela 2 - Temperaturas de normalização. Aços-carbono e Aços-liga comuns Temperatura ( C) 1015, 1020, 1022 915 1025,1030 900 1035 885 1040, 1045, 1050 860 1060, 1080, 1090 830 1095 845 1117 900 1137 885 1141, 1144 860 1330 900 1335, 1340, 3135, 3140 780 3310 925 4027, 4028, 4032 900 4037, 4042, 4047, 4063 870 4118 925 4130 900 4135, 4137, 4140, 4142, 4145, 4147, 4150 870 4320 935 4337, 4340 870 4520, 4620, 4621, 4718, 4720, 4815, 4817, 4820 925 5120 925 5153, 5132 900 5135, 5140, 5145, 5147, 5150, 5155, 5160 870 6118, 6120, 8617, 8620, 8622 925 8625, 8627, 8630 900 8637, 8640, 8642, 8645, 8650, 8655, 8600 870 9255, 9260, 9262 900 9310 925 9840, 9850, 50B44, 50B46, 50B50 870 60B60, 81B45, 86B45 870 94B15, 94B17 925 94B30, 94B40 900 Fonte: Adaptado de Chiaverini (2012). Segundo Chiaverini (2012), as estruturas obtidas na normalização são ferrita e perlita fina, ou cementita e perlita fina, conforme diagrama TTT (tempo, temperatura, transformação), que representam as transformações de fase em função do tempo e da temperatura, como representado na Figura 11.

24 Figura 11 - Diagrama esquemático de transformação para normalização. Fonte: Vale (2011) apud COSTA (2003). 1.2.2.2 Têmpera A têmpera consiste no tratamento térmico de aquecimento até a temperatura de austenização do aço, ou seja, entre 815ºC e 870ºC, seguindo posteriormente de um resfriamento rápido, conforme esquematiza a Figura 12 (CHIAVERINI, 2012). Para Chiaverini (2012), o objetivo desse tratamento é aumentar a dureza e a resistência a tração do aço, obtendo como constituinte final a martensita, assim também resulta a redução da ductilidade, da tenacidade e o aparecimento de tensões internas, que podem ocasionar deformações, empenamentos e fissuração.

25 Figura 12 - Diagrama esquemático de transformação para têmpera e revenido. Fonte: Vale (2011) apud COSTA (2003). Para o resfriamento dos aços, os meios utilizados dependem da endurecibilidade, dimensões e forma das peças, onde os mais comuns são os líquidos, como água, água contendo sal, óleo, soluções aquosas de polímeros, e os gasosos, como ar, gases inertes (nitrogênio, hélio e argônio) (CHIAVERINI, 2012). No processo de resfriamento dos rodetes, o meio utilizado é o ar, no qual são resfriados por ventilação forçada em temperatura ambiente, conforme pode ser visualizado na Figura 13.

26 Figura 13 - Processo de resfriamento dos rodetes temperados. Fonte: Próprio autor. O aço, após temperado, apresenta estrutura martensítica, caracterizada por possuir excessiva dureza e tensões internas, tanto de natureza estrutural como de natureza térmica. As tensões internas ocorrem pelo fato do material se resfriar rapidamente de maneira não uniforme, visto que as superfícies se resfriam mais rápidas do que as regiões internas. Como isso não pode ser evitado totalmente, são empregados tratamentos térmicos de revenimento, para mitigar tais efeitos, onde ocorre o reaquecimento do aço temperado a determinadas temperaturas (CHIAVERINI, 2012). 1.2.2.3 Revenimento Revenimento é o tratamento térmico normalmente utilizado após o processo de têmpera, que consiste no reaquecimento da peça temperada a uma temperatura abaixo da zona crítica, eliminando os inconvenientes produzidos por esta, corrigindo as excessivas durezas, além de remover as tensões internas e aumentar a sua ductilidade e resistência ao choque (CHIAVERINI, 2012).

27 Para Callister (2012) a temperatura de revenimento normalmente é conduzida entre 250 e 650ºC, podendo, no entanto, as tensões internas serem aliviadas em temperaturas baixas, entre 200ºC. Segundo Chiaverini (2012), ocorrem as seguintes transformações nas temperaturas de revenimento: 100-200 C: conhecido como primeiro estágio do revenimento, onde ocorre a precipitação de carbonetos de ferro do tipo epsilon, começando cair a dureza; 200-300 C: segundo estágio, onde a austenita se transforma em ferrita e cementita, continuando a dureza a cair; 250-350 C: terceiro estágio, formação de carboneto metaestável, e dureza superior a 50 HRC (Hardness Rockwell C); 400-600 C: causa a recuperação da subestrutura de discordância, caindo a dureza de 45 a 25 HR; 500-600 C: quarto estágio, acontece o endurecimento secundário, e nos aços contendo Ti, Cr, Mo, V, Nb ou W, há precipitação de carbonetos de liga; 600-700 C: último estágio, que causa a recristalização e crescimento de grão, caracterizado por apresentar tenacidade e baixa dureza, variando de 5 a 20 HRC. No revenimento, não só a temperatura tem influência nas propriedades mecânicas do aço, o tempo de permanência também tem grandes importâncias para o processo, como pode ser observado na Figura 14, quanto maior a temperatura empregada e maior o tempo de permanência, mais o revenimento tenderá a reduzir a dureza obtida na têmpera (CHIAVERINI, 2012).

28 Figura 14 - Influência do intervalo de tempo no revenimento. Fonte: Chiaverini (2012). Segundo Callister (2012), os aços revenidos apresentam a formação da martensita revenida, composta por fases estáveis de ferrita e cementita No processo de revenimento dos rodetes, a temperatura de aquecimento atinge 600ºC, com velocidade de aquecimento de 80 ºC/h, permanecendo por 8 horas, e posteriormente é resfriado a temperatura ambiente.

29 1.3 Ensaios Mecânicos Os ensaios mecânicos têm como objetivo determinar as propriedades mecânicas dos materiais, através de testes, cálculos e análises, visando comparar as influências das condições de fabricação, de tratamentos e de utilização (CHIAVERINI, 1986). 1.3.1 Ensaio de Tração O ensaio de tração permite determinar a resistência dos materiais, através de máquinas de ensaios, como mostra a Figura 15, onde o material é submetido a um esforço até que ocorra sua ruptura. Figura 15 - Figura esquemática de equipamento utilizado para ensaios de tração. Fonte: Callister e Rethwisch (2013).

30 São utilizados para o ensaio de tração, corpos de prova, sendo eles, amostras retiradas das peças a serem estudadas, tendo dimensões e geometria caracterizadas conforme normas técnicas. O alongamento do corpo de prova, executado pelo cabeçote móvel; pode ser medido diretamente pelo extensômetro, e a força aplicada, pela célula de carga. Na Figura 16 pode ser visualizado o efeito do alongamento em um corpo de prova. Figura 16- Efeito do alongamento em um corpo de prova. Fonte: COZACIUC, SILVA E TOGNI (s. d.). No ensaio de tração, é fornecido pela máquina de ensaio, um gráfico, que ilustra a relação entre a tensão aplicada e as deformações ocorridas (Figura 17). Figura 17 - Diagrama tensão-deformação. Fonte: COZACIUC, SILVA E TOGNI (s. d.)

31 O limite elástico é a fase onde o corpo não sofre deformações permanentes, caso o ensaio seja interrompido nesta etapa, o corpo volta para sua forma original. Após terminada a fase elástica, inicia-se a fase plástica, onde ocorre a deformação permanente do material, não voltando ao seu estado original. Nessa fase, ocorre o escoamento, fenômeno caracterizado por causar um grande alongamento, sem acréscimo de carga. Segundo Chiaverini (1986), o limite de escoamento corresponde à tensão que inicia o aparecimento desse fenômeno, juntamente com as grandes deformações ocorridas. Figura 18 - Elementos do diagrama tensão-deformação. Fonte: COZACIUC, SILVA E TOGNI (s. d.). Na Figura 18, podem ser visualizados os elementos do diagrama de tensão e deformação, onde (CHIAVERINI, 1986): Limite de Proporcionalidade: é o limite no qual as deformações deixam de ser diretamente proporcionais à tensão aplicada; Limite de resistência: depois do escoamento, ocorre o encruamento do material, causando um endurecimento caracterizado pela quebra dos grãos, tornando o material mais resistente, assim, a tensão aumenta, até atingir seu valor máximo; Limite de ruptura: ponto onde ocorre a ruptura do material, sendo inferior ao limite de resistência, visto que o corpo de prova sofre uma redução de área, conhecida como estricção.

32 1.3.2 Ensaio de Dureza Brinell Divulgado pelo engenheiro Johan August Brinell em 1900, o ensaio de dureza Brinell se tornou altamente aceito e padronizado por apresentar uma relação entre os valores obtidos no ensaio, com os resultados de resistência a tração (COZACIUC, SILVA e TOGNI, s. d.). No ensaio de dureza Brinell, uma esfera de aço temperado, de diâmetro D, comprime uma superfície plana do material estudado, causando uma impressão no formato de uma calota esférica (d), conforme representado na Figura 19 (CHIAVERINI, 1986). Figura 19 - Método Brinell para medida de dureza. Fonte: COZACIUC, SILVA E TOGNI (s. d.). O ensaio Brinell padronizado, é efetuado com carga F de 3000 kgf, utilizando uma esfera de aço temperado com 10 mm de diâmetro. 1.4Ensaio Metalográfico Metalografia é uma área que estuda e compreende a estrutura dos metais e suas ligas, estabelecendo uma análise entre as composições químicas, propriedades físicas e mecânicas do material (FERNANDES, 2011).

33 O ensaio metalográfico tem grande importância nos processos metalúrgicos, pois oferece dados do material produzido, podendo ser macrográfico ou micrográfico (ROHDE, 2010): Macrográfico: estudo dos produtos feito a olho nu, ou com pouca amplicação (até 50x), onde é possivel examinar a homogeneidade, a distribuição e natureza das falhas do material, assim como, as impurezas e qualidade de soldas; Micrográfico: análise com o auxílio de microscópios específicos, com aumentos superiores a 50x, onde pode ser identificado e observado o teor aproximado de carbono, as fases presentes, a granulação, as estrutas, natureza e forma de diversos contigentes, assim como certas inclusões. Para a revelação da microestrutura do material no ensaio metalográfico, primeiramente é necessária a preparação da superfície das amostras, para posteriormente realizar o ataque químico, e assim efetuar a observação microscópica. 1.4.1 Preparação das amostras A preparação das amostras normalmente envolve quatro etapas: corte, embutimento, lixamento e polimento. Realiza-se o corte, pois é necessário dividir o corpo de prova em algumas partes para obtenção de amostras, utilizadas na análise metalográfica, sendo este seccionamento realizado através do corte abrasivo, que resulta em superfícies planas e de baixa rugosidade, de maneira rápida e segura. Utiliza-se nessa operação, o aparelho conhecido como policorte (Figura 20), com discos abrasivos profundamente refrigerados, impedindo assim, modificações causadas pelo aquecimento (ROHDE, 2010).

34 Figura 20 - Cortadora Metalográfica. Fonte: Arotec (2015). O embutimento consiste em circundar as amostras pequenas em materiais apropriados, desenvolvendo um corpo único, com objetivo de promover um melhor manuseio das amostras, evitando saliências da superfície e danificação das lixas e panos de polimento. O embutimento pode ser realizado a frio, com resinas sintéticas, ou a quente, utilizando prensa de embutimento com resina de baquelite (Figura 21) (ROHDE, 2010). Figura 21 - Processo de embutimento. Fonte: Adaptado de Abreu (2014).

35 O lixamento é efetuado para eliminar riscos e saliências das amostras, obtendo melhores acabamentos superficiais, sendo realizado normalmente em máquinas semiautomáticas (Figura 22), com lixas de granulometria sucessivamente menores (ROHDE, 2010). Figura 22 - Politriz / Lixadeira metalográfica. Fonte: Arotec (2015). O polimento, como já diz o nome, visa um acabamento superficial polido, isento de imperfeições, realizado em geral com panos especiais contendo abrasivos, como pasta de diamante ou alumina (Figura 23) (ROHDE, 2010). Figura 23 - Polimento Mecânico das amostras. Fonte: Abreu (2014).

36 1.4.2Ataque Químico Segundo Rohde (2010), o objetivo do ataque químico é revelar a microestrutura e os constituintes da amostra, permitindo a identificação dos contornos de grão e as diferentes fases. Nesta operação, é colocado na superfície da amostra, um reagente ácido, que causa a corrosão do material, revelando assim, sua microestrutura ( Figura 24). Esses reagentes são escolhidos de acordo com o material, e dos constituintes microestruturais desejados identificar na análise, sendo o Nital (ácido nítrico e álcool) um dos mais utilizados para micrografia dos metais ferrosos (ROHDE, 2010). Figura 24 - Ataque químico. Fonte: Abreu (2014).

37 1.4.3 Microscopia Essa é a etapa onde se realiza a observação da microestrutura, utilizando o microscópico óptico (Figura 25), exigindo assim, a precisão desses equipamentos, devido à natureza dimensional das amostras e as características comuns da superfície (ROHDE, 2010). Figura 25 - Microscópio Óptico. Fonte: Mouret (s. d.).

38 2 OBJETIVO Este trabalho tem por objetivo analisar a influência dos tratamentos térmicos de normalização, têmpera e revenimento nos rodetes fundidos em aço SAE 4340. Propõe-se estudar as mudanças ocorridas na microestrutura e propriedades mecânicas do material, através das análises dos corpos de prova fornecidos pela empresa ZBN Indústria Mecânica Ltda., onde serão realizados os ensaios de tração, dureza e metalografia.

39 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Existem diversos tipos de tratamentos térmicos, empregados para modificar as propriedades dos aços, com isso, é apresentada uma revisão literária com outros trabalhos desenvolvidos sobre o assunto, sendo eles de grande importância para o desenvolvimento deste. Abdalla et al. (2010) analisaram a fluência dos aços 4340 submetidos a diferentes etapas de tratamentos térmicos. Para formação de microestruturas multifásicas, realizaram os tratamentos de normalização, têmpera, revenimento e isotérmico, com posterior tratamento de carbonitretação à plasma. Observaram que após o tratamento de carbonitretação, que conferiu uma camada dura e resistente ao aço, houve uma considerável redução na taxa de fluência e aumento no tempo necessário para a fratura, mostrando também uma diminuição da dureza na estrutura dos aços. Sousa (2006) realizou um estudo sobre a influência do tratamento térmico de recozimento de recristalização nos aços SAE 1010 deformado plasticamente a frio, submetendo-os a diferentes taxas de deformação, temperatura de tratamento, e permanência no forno. Em seu estudo propôs determinar quais seriam as condições de temperatura, tempo e deformação que causariam a completa recristalização e homogeneização dos grãos. Concluiu que aumentando a taxa de deformação sobre o material e mantendo constante a temperatura, ocorre uma diminuição no tempo de recristalização. Ferreira (2010) analisou o efeito de diferentes rotas de tratamento térmico de normalização sobre a microestrutura e propriedades mecânicas de amostras do aço P92. Visou determinar em qual rota se obteria uma maior resistência à fluência, onde, para comparação dos resultados, quantificou a fração volumétrica de ferrita e o tamanhão de grão da austenita. Obteve como resultado, que a microestrutura mais adequada foi obtida à normalização de 1050ºC por 4 de aquecimento. Vendramine (2012) comparou as curvas TTT (temperatura, tempo e transformação) de dois materiais, um aço ao carbono comum e outro contendo boro, realizando análises de microscopia em diversas amostras, submetendo-as a diferentes tratamentos isotérmicos da região de formação de ferrita e perlita. Seu objetivo foi determinar as curvas TTT dos constituintes ferrita e peritas do aço 15B30, validando-as no programa Stecal 3.0. Concluiu que a partir da escolha das variáveis de trabalho, através da curva prevista pelo software Stecal 3.0 e por meio de análises de microscopia, é possível o levantamento da curva TTT do aço 15B30 Strobel, Lima e Mariano (2007) avaliaram o efeito dos tratamentos térmicos na microestrutura e propriedades mecânicas do aço inoxidável martensítico do tipo

40 13Cr5Ni0,02%C. Para seus estudos realizaram os tratamentos de austenização, têmpera e revenimento, analisando quatro condições de trabalho, diferenciando-as no tipo de resfriamento do revenimento e posterior alivio de tensão. Como resultado da pesquisa, mostraram que o resfriamento não alterou a morfologia das microestruturas, porém afetou a dureza do aço.

41 4 EQUACIONAMENTO 4.1 Tensão Tensão é a relação entre a força aplicada e a área do material que está sendo exigido, no qual é definida a partir da equação: T = F S (1) sendo, F: força aplicada [N]; S: área da seção [mm²]. 4.2 Limite de resistência O limite de resistência é a tensão máxima do diagrama de tensão-deformação. Representado por LR, pode ser calculado pela equação: LR = Fmáx So (2) sendo, Fmáx: carga máxima aplicada [N]; So: área da seção inicial do corpo de prova [mm²]. 4.3 Limite de escoamento O limite de escoamento é a tensão onde ocorre a deformação irrecuperável do corpo de prova, no início de sua deformação plástica. Representado por LE o limite de escoamento pode ser calculado pela equação 3.

42 LE = Fesc. So (3) sendo, Fesc.: força de escoamento [N]; So: área da seção inicial do corpo de prova [mm²]. 4.4 Alongamento O aumento no comprimento de um corpo de prova, com a diminuição de sua área, é conhecido como alongamento, no qual é definido pela relação entre a variação de comprimento e o comprimento inicial. Representado na norma brasileira pela letra A, é calculado pela equação 3 (COZACIUC, SILVA e TOGNI, s. d.). A = Lf Lo Lo (4) sendo, Lf: comprimento final [mm]; Lo : comprimento inicial [mm]. 4.5 Estricção Estricção é a redução da área da seção transversal do corpo de prova na região onde se localiza sua ruptura. Representada pela letra Z, pode ser calculada pela equação (COZACIUC, SILVA e TOGNI, s. d.): Z = So Sf So (5) sendo, So: área da seção transversal inicial [mm²]; Sf: área da seção transversal final [mm²].

43 4.6 Dureza Brinell A dureza Brinell, representada pelas letras HB (originado do termo em inglês Hardness Brinell), é a relação entre a carga aplicada, pela área de impressão da calota esférica, obtida na equação (COZACIUC, SILVA e TOGNI, s. d.): 2F HB = πd(d D 2 d²) (6) sendo, HB: dureza Brinell [kgf/mm²]; F: carga aplicada [kgf]; D: diâmetro da esfera [mm]; d: diâmetro da calota [mm].

44 5 MATERIAIS E MÉTODOS Neste capítulo será apresentado a metodologia do trabalho, mostrando todas a etapas dos ensaios realizados nos corpos de prova, retirados dos rodetes em suas diferentes fases de fabricação. 5.1 Materiais utilizados O material analisado neste trabalho consiste no aço SAE 4340, utilizado para fabricação de rodetes de moenda. Para análise das influencias dos tratamentos térmicos, foram utilizados 6 CPs (Corpos de provas), retirados do rodetes em três diferentes etapas: Bruto: após resfriamento do aço fundido; Normalização e têmpera: no processo de normalização o material é resfriado até uma temperatura de 300ºC, e posteriormente já entra em processo de têmpera, não sendo possível, assim, a retirada dos corpos de prova no tratamento de normalização; Revenimento: após etapa de têmpera, o rodete é resfriado e entra no processo de revenimento. Foram utilizados dois corpos de prova para cada etapa, realizando os ensaios no laboratório da empresa ZBN Indústria Mecânica Ltda. Os corpos de prova foram identificados através do tipo de tratamento térmico, conforme pode ser observado na Tabela 3, onde mostram suas temperaturas e velocidades de aquecimento, assim como o tipo de resfriamento utilizado. Tratamento Térmico ---- CPs Temperatura de Aquecimento Tabela 3 - Identificação das amostras. Tempo de Permanência Velocidade de Aquecimento Resfriamento CP1 ---- ---- ---- Ar Calmo CP2 ----- ---- ---- Ar Calmo Normalização/ CP3 910 C 8 80 C / hora Ar Forçado Têmpera CP4 910 C 8 80 C / hora Ar Forçado Revenimento CP5 670 C 8 80 C / hora Ar Calmo CP6 670 C 8 80 C / hora Ar Calmo Fonte: Próprio autor.

45 5.2 Ensaios de tração Foram realizados ensaios de tração para a caracterização das propriedades mecânicas obtidas nas etapas de tratamento térmico. Para realização desses ensaios, os corpos de prova retirados dos rodetes (Figura 26) foram usinados de acordo com as medidas da Figura 27, conforme norma ASTM A 370, resultando no corpo de prova usinado, ilustrado na Figura 28. Figura 26 - Corpo de prova bruto. Fonte: Próprio autor. Figura 27 - Desenho de usinagem do corpo de prova. Fonte: Próprio autor.

46 Figura 28 - Corpo de prova usinado. Fonte: Próprio autor. Os ensaios foram realizados na máquina de ensaios mecânicos EMIC DL30000N, como mostra Figura 29, de acordo com a norma ASTM E8/E8M-08, onde foram utilizados dois corpos de prova para cada etapa. Figura 29 - Ensaios de tração - Máquina EMIC. Fonte: Próprio autor.

47 A partir das curvas geradas no software de ensaios TESC versão 3.04, pode ser identificado o limite de escoamento e de resistência do material, e através da deformação dos corpos de prova (Figura 30 e Figura 31) foi calculada a estricção (redução de área) e o alongamento. Figura 30 - Medição do corpo de prova com paquímetro para o cálculo da estricção. Fonte: Próprio autor. Figura 31 - Medição do corpo de prova com paquímetro para o cálculo do alongamento. Fonte: Próprio autor.

48 5.3 Ensaios de dureza Brinell Para realização dos ensaios de dureza, foi utilizado o durômetro de bancada modelo KING, como ilustra a Figura 32. Figura 32 - Durômetro de bancada King. Fonte: Próprio autor. As amostras para análise de dureza foram obtidas a partir dos corpos de prova utilizados para o ensaio de tração, como representa a Figura 33. Essas amostras foram comprimidas com carga de 3000 kgf, e a partir do diâmetro (d) obtido (Figura 34), foram determinadas as durezas. Figura 33 - Corpo de prova. Fonte: Próprio autor.

49 Figura 34 - Amostra do corpo de prova para ensaio de dureza. (d) Fonte: Próprio autor. 5.4 Análise metalográfica Para a análise metalográfica, as amostras retiradas dos copos de prova passaram por alguns processos de preparação, tais como: lixamento, polimento e ataque químico. No processo de lixamento, foi utilizada a máquina semiautomáticas mostrada na Figura 35, com lixas d agua de 180, 400 e 1200, eliminando assim as imperfeições da superfície da amostra. Figura 35 - Máquina de lixamento. Fonte: Próprio autor.

50 Após a etapa de lixamento, as amostras são polidas para retirada de pequenos arranhões e impurezas que possam atrapalhar na realização das análises. Esse polimento é realizado na mesma máquina de lixamento, utilizando um pano de veludo contendo pasta de diamante. As amostras, por fim, são atacadas com reagente Nital (2% de ácido nítrico e 98% de álcool etílico) para realização da observação microscópica (Figura 36), podendo assim, observar as microestruturas presentes e a granulometria do material. Figura 36 - Microscópio para análise metalográfica. Fonte: Próprio autor.

51 6 RESULTADOS E DISCUSSÕES 6.1 Microestruturas As micrografias das amostras atacadas com Nital 2%, podem ser observadas com um aumento de 100x, as quais seguem nas Figura 37, 38 e 39. Figura 37 - Micrografias com aumento de 100x obtidas das amostras brutas. (a) Amostra do corpo de prova 1. (b) Amostra do corpo de prova 2. Fonte: Próprio autor. Nas amostras do material bruto (Figura 37), pode ser observado um tamanho de grão mais elevado, contemplando diferentes microestruturas, como ferrita, perlita e bainita, onde foram indicadas com as siglas: α: ferrita; B: bainita; α + P: ferrita e perlita P: perlita.

52 Figura 38 - Micrografias com aumento de 100x obtidas das amostras normalizadas e temperadas. (a) Amostra do corpo de prova 3. (b) Amostra do corpo de prova 4. Fonte: Próprio autor. Na Figura 38, é possível visualizar uma microestrutura mais fina e mais distorcida, em formato de agulhas, sendo esta, característica da martensita. Ao fundo, em branco, mostra-se austenita retida, que não se modificou com o resfriamento forçado. Figura 39 - Micrografias com aumento de 100x obtidas das amostras revenidas. (a) Amostra do corpo de prova 5. (b) Amostra do corpo de prova 6. Fonte: Próprio autor. Pode-se ver na Figura 39, uma estrutura resultante da martensita, visto que apresenta um aspecto agulhado, no qual é denominada como martensita revenida. As regiões mais escuras, são formadas por perlita fina, conhecidas como troostita.

53 6.2 Propriedades mecânicas Tabela 4. As propriedades mecânicas obtidas a partir dos ensaios de tração estão mostradas na Amostra Tabela 4 - Propriedades mecânicas das amostras ensaiadas. Limite de Resistência (MPa) Limite de Escoamento (MPa) Alongamento (%) Redução de Área (%) CP1 797 570 3,6 6,3 CP2 814 661 1,2 2,4 CP3 1244 838 8,4 15,4 CP4 1220 794 7,2 9,4 CP5 814 623 18,6 36,5 CP6 790 600 20 42,2 Fonte: Próprio autor. Como pode ser observado nas tabelas acima, as propriedades mêcanicas sofrem alterações significativas com os tratamentos termicos de normalização, têmpera e revenimento. Essa diferênca ocorre devido às mudanças estruturais ocorrida no material, assim como a alteração do tamanho do grão, onde: Nas amostras brutas (CP1 e CP2): devido o material apresentar estruturas não dissolvidas, como ferrita, perlita, baianita e martensita, com tamanho de grão maiores, ocorre pouco alongamento e redução de área. Nas amostras normalizadas e temperadas (CP3 e CP4): o aumento da resistência é resultante das distorções da estrutura martensítica, que bloqueiam o deslocamento dos constituintes do material em sua deformação plástica. Nas amostras revenidas (CP5 e CP6): o material apresentou maiores ductilidade e tenacidade, obtendo maiores alongamentos e redução de área. Os gráficos gerados no ensaio de tração estão apresentados nas próximas figuras (Figura 40 a Figura 45). Neles, podem ser observadas as mudanças ocorridas nas propriedades mecânicas conforme apresentadas na Tabela 4.

54 Figura 40 Ensaio de tração CP1. Fonte: Próprio autor. Figura 41 Ensaio de tração CP2. Fonte: Próprio autor.

57 6.3 Dureza Conforme realizados os ensaios no equipamento KING, se obteve as seguintes durezas mostradas na Tabela 5. Amostra Tabela 5 - Dureza das amostras. Diâmetro (Di / mm) Dureza (Brinell) CP1 3,30 341 CP2 3,30 341 CP3 2,90 444 CP4 2,90 444 CP5 3,80 254 CP6 3,80 254 Fonte: Próprio autor. Pode ser visualizado um grande aumento da dureza após o tratamento térmico de têmpera (CP3 e CP4), esse aumento está relacionado com a microestrutura martensítica, cuja alta dureza está associada à distorção do reticulado, causado pela sua supersaturação de carbono; conforme mostrado na Figura 38. No revenimento, ocorre uma diminuição da dureza devido a recristalização (CP5 e CP6), que produz um reajuste interno permitindo a estabilização do reticulado, e com isso aumentando a tenacidade e ductilidade do material.

58 7 CONCLUSÃO Neste trabalho, foi feita uma análise da influência dos tratamentos térmicos de normalização, têmpera e revenimento nos rodetes de moenda fundido em material SAE 4340, através de ensaios metalográfico e mecânicos. Após a realização dos ensaios, pode-se concluir que todos os objetivos determinados foram atingidos, visto que, durante as etapas de tratamento térmico foi possível perceber plenamente as mudanças microestruturais e mecânicas ocorridas no material. Para o CP1 e CP2, foram encontradas microestruturas típicas de um aço bruto, apresentando um tamanho de grão elevado e variadas microestruturas, como ferrita, perlita e bainita. Com os resultando encontrados nos ensaios mecânicos, foi possível avaliar que apresentaram limite de resistência (797 e 814 MPa) e limite de escoamento (570 e 661 MPa) parecidos com as amostras revenidas, porém o alongamento (3,6 e 1,2%) e estricção (6,3 e 2,4%) resultaram em valores muito baixos, que ocorreu, pois, o material com grão avantajado tende a escoar menos, apresentando maiores durezas (341 HB), e se rompendo sem ocorrer muita deformação. Para o CP3 e CP4, pode-se perceber grandes alterações microestruturais, no qual ocorreu a nucleação das microestruturas presentes e a diminuição do tamanho de grão, formando assim, a estrutura martensítica. Obteve-se, nos ensaios mecânicos, o aumento excessivo do limite de resistência (1244 e 1220 MPa) e dureza (444 HB), resultados já esperados, devido a microestrutura apresentar grandes distorções, bloqueando o deslocamento dos constituintes do material. O limite de escoamento (838 e 794 MPa), alongamento (8,4 e 7,2%) e estricção (15,4 e 9,4%) também aumentam, visto que, após o tratamento o material apresentou uma estrutura mais refinada. Para o CP5 e CP6, as microestruturas não sofreram muitas alterações, uma vez que, se formou a martensita revenida apresentando também aspectos agulhados. Com o revenimento, as propriedades mecânicas diminuíram (Limite de resistência: 814 e 790 MPa; Limite de escoamento: 623 e 620 MPa; Dureza: 254 HB), devido à recristalização do material, reajuste interno de tensões e estabilização do reticulado centrado, aumentando assim, à ductilidade e tenacidade, podendo ser explicadas com o aumento do alongamento (18,6 e 20%) e estricção (36,5 e 42,2%). Comparando os resultados obtidos nos processos de tratamentos térmicos de normalização/têmpera e revenimento, foi possível visualizar uma diminuição de