CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL E MECÂNICA DE AÇOS AISI 8620 CEMENTADOS VIA LÍQUIDA E SÓLIDA CLAISON DO NASCIMENTO

CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL E MECÂNICA DE AÇOS AISI 8620 CEMENTADOS VIA LÍQUIDA E SÓLIDA CLAISON DO NASCIMENTO 2005

CLAISON DO NASCIMENTO CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL E MECÂNICA DE AÇOS AISI 8620 CEMENTADOS VIA LÍQUIDA E SÓLIDA TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO APRESENTADO COMO REQUISITO DE AVALIAÇÃO NO CURSO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS Orientador Prof. Ana Maria Maliska, Dr. Eng. FLORIANÓPOLIS SANTA CATARINA - BRASIL 2005

CLAISON DO NASCIMENTO CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL E MECANICA DE AÇOS AISI 8620 CEMENTADO VIA LÍQUIDA E SÓLIDA Este Trabalho de graduação foi julgado adequado para a obtenção do título de Engenheiro de Materiais e aprovado em sua forma final pelo Curso de graduação em Engenharia de Materiais da Universidade Federal de Santa Catarina. Comissão Examinadora Prof. Dylton do Vale Pereira Filho, M.Sc. Prof. Ana Maria Maliska Dr. Eng. Henrique Cezar Pavanati

Ao meu Pai e minha Mãe, por me guiarem e me apoiarem sempre; Ao meu Irmão, por sempre me ajudar; A minha Família, pelo amor, amizade e compreensão; A minha Filha, por iluminar a minha vida. OFEREÇO Aos meus familiares e amigos que compartilham comigo todos os momentos da minha vida; DEDICO

SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO... 1 2 REFERENCIAL TEÓRICO... 2 2.1 TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS... 2 2.2 PROCESSOS DE CEMENTAÇÃO... 2 2.2.1 Cementação Sólida ou em Caixa... 3 2.2.2 Cementação líquida... 4 2.3 TRATAMENTOS TÉRMICOS APÓS A CEMENTAÇÃO... 6 2.4 MEDIÇÃO DE PROFUNDIDADE DE CAMADA... 8 3 MATERIAIS E MÉTODOS... 10 3.1 CORPOS DE PROVA... 10 3.2 CEMENTAÇÃO... 10 3.3 DESCRIÇÃO DOS TRATAMENTOS UTILIZADOS... 12 3.4 CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL... 13 3.4.1 Microdureza... 13 3.4.2 Microscopia Ótica... 14 4. RESULTADOS OBITIDOS... 15 4.1 PROFUNDIDADE EFETIVA DE CAMADA CEMENTADA X MEIO DE CEMENTAÇÃO (SÓLIDO E LÍQUIDO)... 15 4.2 PROFUNDIDADE EFETIVA DE CAMADA CEMENTDA X MEIO DE RESFRIAMENTO... 16 4.3 MICROESTRUTURA DE CAMADA CEMENTADA VIA SÓLIDA X MEIO DE RESFRIAMENTO... 17 4.4 COMPARAÇÃO ENTRE MICRODUREZA SUPERFICIAL E MICRODUREZA NA REGIÃO CENTRAL DAS AMOSTRAS... 18 4.5 ENSAIOS DE TRAÇÃO X MICROESTRUTURA DO NUCLEO... 19 5. CONCLUSÕES... 21 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 22 ANEXO A - HISTÓRICO DA EMPRESA WIESER, PICHLER & CIA LTDA... 23 v

1 1 INTRODUÇÃO: A cementação é um tratamento que visa endurecer a superfície dos aços através da difusão de carbono na sua superfície. Esse processo, bastante difundido, é usado para aumentar a dureza superficial de engrenagens e conseqüentemente aumentar sua resistência ao desgaste. Dependendo das condições em que se realiza o tratamento de cementação é possível obter dureza e espessuras diferentes da camada modificada pela introdução de carbono. Assim é necessário um controle rígido do tratamento visando obter maior difusão de carbono na superfície da engrenagem, criando uma camada com elevada dureza e profundidade. A empresa catarinense Wieser e Pichler CIA LTDA, sediada em Joaçaba, além de produzir engrenagens, realiza, também, tratamentos térmicos e termoquímicos superficiais nas peças fabricadas. São utilizados dois métodos de cementação nesta empresa: cementação líquida e cementação sólida (cementação em caixa). Os objetivos principais deste trabalho são: a comparação entre o processo de cementação líquida e a cementação sólida, usado na indústria e o estudo da influência do meio de resfriamento na resistência mecânica e na profundidade de cementação. Além disso, pretende-se obter informações mais detalhadas sobre a profundidade e a homogeneidade da camada, bem como sua microestrutura final após a têmpera. Esse estudo se faz necessário para que se possa melhorar cada vez mais o processo e produzir engrenagens de qualidade.

2 2 REFERENCIAL TEÓRICO: 2.1 TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS: Os tratamentos que combinam calor com a ação química são chamados de tratamentos termoquímicos. Com estes tratamentos, se detém em uma camada ou volume, enriquecidas com um elemento metálico ou não metálico [1]. As características superficiais dos aços contribuem para as propriedades mecânicas (dureza, tenacidade, ductilidade), propriedades químicas (corrosão, oxidação) e as características tribológicas (desgaste). Essas propriedades podem ser otimizadas através de modificações na superfície do aço. Os tratamentos termoquímicos visam endurecer a superfície dos aços modificando quimicamente a região de interesse. 2.2 PROCESSOS DE CEMENTAÇÃO: Um dos tratamentos termoquímicos mais conhecidos é a cementação que visa endurecer a superfície do aço com o enriquecimento superficial de carbono. Esse tratamento é aplicado a aços de baixo carbono (normalmente até 0,25% C) e, após o tratamento, faz-se a têmpera produzindo um material com elevada dureza superficial e com um núcleo tenaz [1]. A cementação pode ser realizada em meio sólido, líquido ou gasoso e em temperaturas entre 825 ºC e 925 ºC. A formação da camada ocorre pela difusão do carbono para o interior do aço que se encontra na fase austenítica, pois nesta fase a solubilidade do carbono é maior que na fase ferrítica [2]. O aço deve estar na fase austenítica, onde ocorre uma maior solubilidade do carbono. A solubilidade do carbono varia com a temperatura e nos aços carbono varia de 0,8% a 723 ºC para cerca de 2,1% a 1148 ºC. Elementos de liga podem modificar a solubilidade do carbono no ferro. Abaixo de 723 ºC a solubilidade do carbono na fase ferrítica é no máximo 0,02 % impossibilitando a cementação [2] A quantidade de carbono na camada cementada irá depender, além do tempo e temperatura de cementação, do potencial de carbono no meio carburizante e da composição original do aço. Quanto maior o potencial, maior a concentração de carbono na superfície do aço e maior a espessura de camada cementada.

3 A velocidade de enriquecimento de carbono durante a cementação é limitada pelo coeficiente de difusão do carbono no aço. Para que o fluxo de carbono seja constante, se faz necessário manter sobre a superfície do aço uma concentração de carbono que varia entre 0,7% a 1,2% de carbono. Além dos métodos de cementação citados anteriormente existem também a cementação à vácuo e por plasma, que são processos mais recentes e uma das principais vantagens destes é a ausência de oxigênio na atmosfera. 2.2.1 Cementação Sólida ou em Caixa: Neste processo, as peças de aço são colocadas em caixas metálicas em presença de uma mistura chamada de misturas carburizantes [1]. As misturas mais comuns apresentam carvão de madeira aglomerado com cerca de 5% a 20% de uma substância ativadora por meio de óleo comum ou óleo de linhaça em quantidades que variam de 5% a 10% [1]. Os ativadores mais comuns são carbonatos alcalinos ou alcalino-ferrosos, como carbonato de sódio, carbonato de potássio, carbonato de cálcio e carbonato de bário. Este último é o mais comum, sendo freqüentemente empregado em mistura com carbonato de sódio [1]. Costuma-se introduzir na mistura cerca de 20% de coque, o qual aumenta a velocidade de transferência do calor, facilitando a obtenção de temperaturas mais uniformes [1]. Por razões econômicas e problemas relacionadas a crescimento de grão a cementação sólida é, geralmente realizada, a temperaturas que variam de 850 ºC a 950 ºC [1]. Entretanto, recentemente, a implementação de novas técnicas tem permitido, mesmo no caso da cementação em caixa, elevar a temperatura para além de 1000 ºC, sem que se criem problemas em relação ao crescimento de grão[1]. Procura-se, na cementação em caixa, obter carbono superficial pouco acima do teor eutetóide, porém nunca superior a 1,15%, visto que o excesso de suprimento de carbono pode levar a uma precipitação indesejável de carbonetos. Quando a quantidade de carbonetos precipitados é apreciável, pode causar fissuras de retificação, quebra de cantos, entre outros. A forma de precipitação dos carbonetos é influenciada pela velocidade de resfriamento após a cementação. Na cementação sólida, pode-se atingir profundidade de cementação de 2 mm ou mais.

4 De qualquer modo, a cementação sólida é um processo que continua sendo usado, principalmente devido aos aperfeiçoamentos que nele têm sido introduzidos. Entre as principais vantagens desse método podem ser citadas as seguintes [1]. Pode utilizar uma maior variedade de fornos, pois não exige o uso de uma atmosfera controlada; É eficiente e econômico para o processamento de pequenos lotes ou para peças de grandes dimensões; Exige menor experiência do operador; Por outro lado, o processo possui algumas desvantagens [1]: Não é tão limpo, quanto os outros métodos (gasoso, a vácuo e por plasma); Não é recomendável para a produção de camadas cementadas finas, que devam ser controladas dentro de tolerâncias estreitas; Não é o melhor método para ter-se um controle preciso do carbono superficial e do gradiente de carbono; O mecanismo de cementação em caixa é o seguinte [1]: A temperaturas elevadas, como por exemplo, a 900 ºC, o carbono combina-se com o oxigênio do ar inicialmente presente no carvão: C + 2O CO 2 O CO 2 reage com o carvão incandescente: CO 2 + C 2CO O CO reage com o ferro do aço, introduzindo-lhe carbono e formando mais CO 2 3Fe + 2CO Fe 3 C + CO 2 Este reage com o carbono do carvão incandescente, produzindo novo CO. O ciclo se repete enquanto houver suficiente carbono presente para reagir com CO 2. 2.2.2 Cementação líquida: A cemnetação líquida é realizada num banho de sal fundido, com composição adequada para promover o enriquecimento superficial de carbono. Os banhos carburizantes líquidos apresentam as composições indicadas na Tabela 01.

5 Constituinte Composição do Banho, % Camada de Pequena Espessura Baixa Temperatura (840 ºC a 900 ºC) Camada de Grande Espessura Baixa Temperatura (900 ºC a 955 ºC) Cianeto de Sódio 10 a 23 6 a 16 Cloreto de bário 0 a 40 30 a 55 Outros sais alcalinos de metais 0 a 10 0 a 10 terrosos Cloreto de potássio 0 a 25 0 a 20 Carbonato de Sódio 30 max. 30 max Aceleradores (dióxido de manganês, oxido de boro, entre outros) 0 a 5 0 a 2 Cianato de sódio 1,0 max 0,5 max Tabela 01 Composição de banhos de sal para cementação líquida [1]; Como se pode ver na tabela 01, consideram-se geralmente dois tipos de banhos para cementação líquida: para camadas de pequena e de grande espessura. Em geral, um tipo de banho se distingue do outro mais pela temperatura de operação do que pela composição, de modo que as expressões baixa temperatura e alta temperatura são preferidas. Os banhos de baixa temperatura são comumente operados entre as temperaturas de 840 C a 900 C. Com os banhos para operação em baixa temperatura, a espessura das camadas cementadas varia de 0,08 a 0,8 mm [3]. Os banhos de alta temperatura, operados entre as temperaturas de 900 C a 955 C, promovem camadas cementadas de maior profundidade (entre 0,5 e 3,0 mm). Operação em temperaturas acima de 950 C, entre 980 C e 1035 C, resulta em rápida penetração de carbono, porém a deterioração do banho, assim como do equipamento, é consideravelmente acelerada [3]. As principais vantagens da cementação líquida são as seguintes[1]: Rapidez de operação, permitindo a obtenção de apreciáveis profundidades de penetração em tempo relativamente curto; venenosos: Proteção efetiva contra oxidação e descarbonetação; Maior controle da profundidade de penetração; Maior facilidade de produzir-se cementação localizada; As desvantagens do processo são as seguintes[2]: Os fornos exigem exaustão, visto que cianetos, em altas temperaturas, são

6 Do mesmo modo e pelos mesmos motivos, deve-se evitar contato de sais de cianeto com ácidos, visto desprender-se ácido cianídrico; deve-se evitar, após a cementação líquida, resfriamento ao ar, porque a película de sal aderente às peças não as protege suficientemente, podendo ocorrer oxidação e/ou descarbonetação; 2.3 TRATAMENTOS TÉRMICOS APÓS A CEMENTAÇÃO: Os aços, após a cementação, são temperados para adquirir uma dureza elevada na superfície, região enriquecida com carbono. A temperatura de aquecimento para se fazer a têmpera é escolhida conforme a concentração de carbono do material. Como a concentração de carbono na superfície é diferente da concentração de carbono no interior do material, a temperatura de têmpera para ambos também é diferente. Assim, o ideal é se fazer a têmpera dupla, pois, com isso, obtém-se elevada dureza na superfície e uma estrutura de grão refinada. A primeira têmpera é realizada acima do ponto A 3 do núcleo (figura 1) e permite a recristalização completa dos grãos do núcleo, diminuindo o tamanho do grão austenítico e refinando a estrutura após a têmpera. Para aços com alto teor de carbono (hipereutetóides) a segunda têmpera é realizada em temperaturas acima da A cm (figura 1). Após essa têmpera, a camada superficial será formada por martensita de agulhas finas de alto carbono e inclusões de cementita secundária. Esse tratamento está representado na curva I da figura 1. A têmpera simples é utilizada em certos casos, mas as propriedades de modo geral são inferiores às obtidas por têmpera dupla. Se o aço é de granulação grosseira ou o tempo de cementação for elevado, a temperatura de têmpera a ser usada é acima da A 3 para assim garantir o refino do grão do núcleo. Se o aço for de granulação fina utiliza-se a temperatura acima da A 1, para assim garantir melhores propriedades da camada cementada (estrutura refinada e menor quantidade de austenita retida). Esses tratamentos estão representados nas curvas II e III da figura 1. A têmpera direta também é utilizada quando se tem aços com granulometria refinada e quando o tempo de cementação for pequeno. Nessa têmpera, as peças são resfriadas desde a temperatura de cementação. Esse processo é bastante usado em cementação com banho de sal. A curva IV da figura 1 representa essa situação.

7 Figura 01 Representação esquemática dos tratamentos de têmpera para aços cementados [1]. O tratamento térmico é um processo que permite alterar as propriedades do aço, utilizando ciclos de aquecimento e resfriamento, sob condições controladas de temperatura, tempo, atmosfera e velocidade de resfriamento. Tal processo é empregado quando se deseja adequar as características do material a uma etapa do processo de fabricação ou à condição de produto final. Para determinadas aplicações pode existir o interesse de alterar características especificas, nestes casos é preciso combinar as etapas de aquecimento e resfriamento sob determinadas atmosferas e/ou meios que permitam atender esta alteração. Para o resfriamento as alternativas consistem em transferir o aço aquecido para óleo, água ou mesmo outro banho de sal em temperaturas mais baixas. Geralmente a têmpera em água promove uma velocidade de resfriamento maior produzindo uma microestrutura martensítica. Em determinadas peças não é recomendado, pois pode haver distorções na sua estrutura. Têmpera em óleo produz uma velocidade de resfriamento mais lenta que a água e em certos aços pode gerar uma microestrutura com martensita e perlita [7].

8 2.4 MEDIÇÃO DE PROFUNDIDADE DE CAMADA: Na determinação da profundidade de camada, em geral, é necessário fazer a distinção de dois termos freqüentemente encontrados na literatura: profundidade efetiva de camada e profundidade total da camada. A profundidade efetiva de camada é a distância a partir da superfície de uma camada temperada a um ponto mais afastado onde um determinado nível de dureza especificado é alcançado. A profundidade total de camada é a distância perpendicular à superfície de uma camada não endurecida a um ponto onde as diferenças de algumas propriedades química ou físicas não podem mais ser distinguidas [4]. Dentre os métodos de medição de camada cementada, um dos mais usados é a microdureza. O teste de microdureza é usado para medir a profundidade efetiva de camada cementada. Ele consiste de imprimir um penetrador em intervalos regulares desde a superfície até o núcleo da peça. As escalas mais usadas são a escala Knoop e a Vickers. A escala Knoop possui um penetrador piramidal de diamante com a base na forma de losângulo. Este é o mais recomendado, pois possui uma impressão alongada e fornece uma maior densidade de impressões. A escala Vickers usa um penetrador piramidal com base quadrada o que limita o número de impressões. Para não haver interferência nos dados deve-se fazer as impressões distanciando-se 2,5 vezes do tamanho das mesmas. A figura 2 mostra, esquematicamente os formatos dos penetradores. (a) (b) Figura 02 Penetradores usados na medição de microdureza. (a) Knoop (b) Vickers [4]

9 A dureza Vickers é o quociente da força de ensaio F pela área de impressão produzida D², multiplicada por 0,189 conforme a expressão [5]: F HV = 0,189 2 (1) D As cargas recomendadas em camadas cementadas estão na faixa de 1,96 N a 49 N(0,2 kg a 5 kg). A norma brasileira NBR 6672[5] recomenda a carga 9,8 N. O tempo de permanência dessa carga é de 10 a 15 segundos para materiais de baixa resistência. Em outros materiais é de 30 segundos. A medição da profundidade efetiva de cementação utilizando o método de medição de microdureza resulta numa curva conforme a figura 3. Através da curva, ou valores numéricos encontrados, calcula-se a distância do ponto no qual a dureza é igual a HV550. Essa distância é calculada através da expressão: PC ( d d )( H H ) 2 1 1 s = d1 + (2) H1 H 2 onde: H s = dureza especificada (HV550) [6] H 1, H 2 = média aritmética de dois valores medidos das distâncias d 1 e d 2, conforme o indicado na figura 3 [1]. Figura 03 Determinação matemática da profundidade de cementação [6];

10 3 MATERIAL E MÉTODOS: 3.1 CORPOS DE PROVA: Foram feitos 18 corpos-de-prova de tração com as dimensões conforme a figura 4. Os corpos-de-prova foram usinados a partir de lingotes em tornos. A usinagem foi feita de modo que a superfície fique com o melhor acabamento possível sem cantos vivos e com baixa rugosidade. = 8 mm 70 mm Figura 04 Esquema dos corpos de prova; O material usado para confecção dos os corpos de prova foi o aço AISI 8620. Esse material é fornecido pela COMERCIAL GERDAU denominado acho baixa liga, tendo composição conforme a tabela 02. Esse aço possui boa temperabilidade e usinabilidade, ótima forjabilidade e soldabilidade, dureza na condição temperada entre 37 e 43 HRc. É utilizado para produzir engrenagens, eixos, parafusos, buchas, acoplamentos, rolamentos de rolos, pinças para máquinas-ferramenta, cruzetas, pinos de pistão, diferenciais, entre outros [2]. Composição Quimica % C Mn Pmax Smax Si Ni Cr Mo 0,18-0,23 0,70-0,90 0,030 0,040 0,15-0,35 0,40-0,70 0,40-0,60 0,15-0,25 Tabela 02 Composição Química dos aços AISI 8620; 3.2 CEMENTAÇÃO: A empresa possui dois fornos para a cementação, um para a cementação sólida e outro para a cementação líquida. O Forno para a cementação sólida é um forno elétrico tipo Mufla. Esse forno é utilizado tanto para a cementação quanto para outros tratamentos, como a têmpera,

11 revenimento e recozimento. Um esquema do forno elétrico mufla está representado na figura 5. Figura 05 Esquema de um forno elétrico Mufla Para a cementação é utilizado uma caixa de aço refratário onde se coloca o granulado de carvão e a peça desejada, encobrindo-a totalmente para que não ocorra gradiente de concentração de carbono durante o processo de difusão. O forno para a cementação líquida foi construído na própria empresa. Trata-se de um forno cilíndrico (h=60 cm e =60 cm), onde o cadinho é constituido de aço refratário recoberto com alumina. Por ser um forno de dimensões reduzidas é utilizado somente para o tratamento de peças pequeno porte. No interior do cadinho é despejado o sal e a temperatura é elevada até atingir 890 ºC. Nessa temperatura, com o sal já no estado líquido, coloca-se as peças com a ajuda de alguns ganchos e promove-se o tratamento de cementação. A figura 06 mostra o forno de tratamento de cementação líquida.

12 Figura 06 Forno para cementação líquida com sal fundido; 3.3 DESCRIÇÃO DOS TRATAMENTOS UTILIZADOS: Como o objetivo geral do trabalho é a comparação dos processos de cementação visando mostrar a influência do meio de resfriamento na resistência mecânica e na profundidade de cementação, dos 18 corpos-de-prova fabricados, 09 foram tratados pela cementação sólida e os outros 09 pela cementação líquida. Todosos tratamentos foram realizados na temperatura de 890 ºC por 3 horas. Em ambos os casos, dos 09 corpos-deprova tratados, 03 foram submetidos a têmpera em óleo, 03 em água e 03 com um produto especial denominado POLYDUR A, todos eles na temperatura ambiente. O mesmo procedimento foi aplicado para os corpos-de-prova tratados através da cementação líquida. A tabela 03 mostra um resumo dos experimentos realizados. O POLYDUR A, de acordo com o fabricante, é um produto especial que possui uma vida útil maior que o óleo, não gera vapores e gases na sua utilização e não é inflamável. A velocidade de resfriamento nesse meio não é tão alta quanto à água e desta forma, em geral, não promove deformações na peça. As taxas de resfriamento obtidos com este produto são semelhantes aquelas obtidas com óleo.

13 Quantidade de Corpos-de-Prova Temperados em Temperados em Temperados em POLYDUR A óleo (25 ºC) Água (25 ºC) (25 ºC) Total Cementação Sólida (890 ºC por 3 horas) 03 03 03 09 Cementação Líquida (890 ºC por 3 horas) 03 03 03 09 Tabela 03 Resumo dos experimentos realizados Após serem cementados e temperados, todas as amostras foram revenidass a uma temperatura de 290 ºC por 03 horas para eliminar as tensões residuais geradas na têmpera. 3.4 CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL: 3.4.1 Microdureza: A determinação do perfil da camada cementada foi realizada através de medidas de microdureza. Com estas medições foi possível obter um perfil de microdureza e, a partir deste perfil, foi calculado o valor da camada efetiva de cementação conforme método descrito na revisão bibliográfica. A exigência de normas técnicas NBR 13178 [6] para determinar a profundidade de cementação tornou o trabalho difícil. A carga recomendada de 1 kg produz uma impressão considerável fazendo com que os espaçamentos entre as impressões sejam elevados reduzindo a precisão da representação do perfil de dureza e, também, do cálculo da camada efetiva de cementação. Foi então adotada uma prática bastante utilizada: supondo-se que a dureza das camadas cementadas não varie na direção paralela á superfície da amostra e que esta variação ocorre somente na direção perpendicular, pode-se então, movimentar o identador lateralmente a uma distância segura, evitando que a nova impressão seja afetada pela anterior. Assim, os deslocamentos na direção perpendicular à superfície poderão ser menores, não importando o tamanho da impressão. As impressões resultantes do conjunto de medições necessárias para traçar o perfil da camada irão formar uma zig-zag com duas ou três fileiras. A figura 07 mostra uma microfotografia de um corpo de prova após as medidas de microdureza.

14 Figura 07 Impressões de microdureza em um corpo de prova; A força aplicada da carga também foi alterada para diminuir o tamanho exagerado das impressões que ocorrem quando a dureza na região medida é baixa. As microdurezas foram medidas em microdurômetro da marca MITUTOYO do laboratório LABMAT do Departamento de Engenharia Mêcancia da UFSC da Universidade Federal de Santa Catarina. A carga utilizada para a medição da microdureza foi de 9,8 N por 15 segundos. 3.4.2 Microscopia Ótica: As fotos da microestrutura das amostras foram obtidas no microscópio Leica modelo DM 4000 do laboratório do caracterização microestrutural (LCM) do Departamento de Engenharia Mêcancia da UFSC.

15 4 RESULTADOS OBTIDOS; 4.1 Profundidade Efetiva de Camada Cementada x Meio de Cementação (Liquido e Sólido); As figuras 08 a) e b) mostram respectivamente a microestrutura da camada cementada via sólida e líquida com resfriamento em óleo. Analisando essas figuras nota-se que a espessura da camada cementada, que é a parte mais escura da microestrutura, é maior na cementação sólida que na cementação líquida. O mesmo ocorre para os outros resfriamentos. a) b) Figura 08 a) Cementação Sólida com resfriamento em óleo. b) Cementação Líquida com resfriamento em óleo; A tabela 04 mostra os valores calculados através da equação (2) da profundidade efetiva de camada para o caso das peças resfriadas em óleo e cementadas via sólida e líquida respectivamente. Nota-se que os valores calculados afirmam o que foi comentado anteriormente sobre as figura 08 a) e b) que a cementação sólida gera uma profundidade maior de camada que a cementação líquida. Profundidade Efetiva de Camada Cementação Sólida Resfriamento em Óleo 0,82 mm Cementação Líquida Resfriamento em Óleo 0,56 mm Tabela 04 Profundidade Efetiva de Camada; Conforme descrito na revisão bibliográfica, a cementação sólida geralmente produz camadas mais espessas que a cementação líquida. Isso porque, na cementação sólida o potencial de carbono é maior que na cementação líquida, desta forma a difusão de carbono também ocorre de forma mais acentuada gerando uma camada mais espessa.

16 4.2 Profundidade Efetiva de Camada Cementada x Meio de Resfriamento; As figuras 09 a), b) e c) mostram as microestruturas da camada cementada via sólida, resfriadas respectivamente em água, POLIDUR A e óleo. Analisado essas figuras, nota-se que a camada cementada possui aproximadamente a mesma profundidade em todos os casos. O mesmo ocorre para a cementação líquida. a) b) c) Figura 09 Cementação Sólida com Resfriamento em a)água, b)polydur A e c) óleo; A tabela 05, que mostra a profundidade efetiva de camada para a cementação sólida resfriada nos diferentes meios, reforça essa idéia de que a penetração de carbono no aço não depende do meio de resfriamento. Os valores de profundidade efetiva de camada são muito semelhantes em todos os meios de resfriamento

17 Profundidade Efetiva de Camada Cementação Sólida Resfriamento em Água Cementação Sólida Resfriamento em Polydur A Cementação Sólida Resfriamento em Óleo 0,79 mm 0,73 mm 0,82 mm Tabela 05 Profundidade Efetiva de Camada; O perfil de microdureza das peças que foram cementadas via sólida e resfriados nos diferentes meios está representado na figura 10. Cementação Sólida 800 Microdrureza (HV) 750 700 650 600 550 500 Resfriamento Água Pólydur A Óleo 450 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Distancia da Superfcie (mm) Figura 10 Perfil de Microdureza Cementação Sólida com resfriamento em água, polydur a e óleo; Desta forma, pode-se dizer que para os casos estudados porque meio de resfriamento não influência na profundidade de camada cementada e que a profundidade da têmpera é maior que a profundidade de cementação. 4.3 Microestrura da Camada Cementada via Sólida x Meio de Resfriamento; As figuras 11 a), b) e c) mostram as microestruturas, na superfície da peça, da camada cementada via líquida, resfriadas respectivamente em água, POLYDUR A e óleo. Analisado essas figuras, nota-se uma semelhança na suas microestruturas com carbonetos dispersos com mesmo tamanho (fase martensita). Isso está de acordo com o eu foi apresentado na figura 10 onde os valores de microdureza na superfície da amostra são muito semelhantes (aproximadamente 680-700 HV). O mesmo comportamento foi observado para o caso da amostras cementadas via sólida.

18 a) b) c) Figura 11 Microestrutura da Superfície das amostras cementadas via líquida resfriadas em a) Água, b) Polydur A e c) Óleo; 4.4 Comparação entre Microdureza Superficial e Microdureza na Região Central das Amostras; Na figura 12 são apresentadas as microestruturas da superfície e região central das amostras cementadas via sólida e resfriadas em POLYDUR A. Pode-se dizer que próximo a superfície os valores de microdureza são mais altos em virtude da presença de fase martensita mais refinada tornando-se mais grosseira a medida que se aproxima do núcleo do material.

19 a) b) c) Figura 12 Microestrutura do Interior do Material (a) e da Superfície (b) e superfície e núcleo com menor ampliação (c); 4.5 Ensaios de Tração x Microestrutura do Núcleo ; A tabela 06 mostra os valores de resistência mecânica à tração obtidos para os corpos-de-prova cementados via sólida e resfriados em diferentes meios. Esses resultados podem ser mais facilmente entendidos analisando as figuras 13 a), b) e c) que apresentam a microestrutura do núcleo dos materiais resfriados em água, polydur e óleo respectivamente. Na figura 13 a) a microestrutura da peça resfriada em água apresenta uma martensita mais refinada promovendo uma maior resistência mecânica à tração. Nas figuras 13 b) e c) as microestruturas são bastante semelhantes indo de encontro aos valores de resistência a tração mostrados na tabela 06.

20 Água (25 ºC) POLYDUR A (25 ºC) Oleo (25 C) Tensão de Ruptura (MPa) 982 ±40 829 ±31 805 ±29 Tabela 06 Resistência Mecânica a Tração dos corpo-de-prova cementados via sólida e resfriados em diferentes meios; a) b) c) Figura 13 Fotos da microestrutura do núcleo das peças cementadas via sólida resfriadas em a)água, b)polydur A e c)óleo;

21 5 CONCLUSÕES: Os dados mostram que para a cementação de aço AISI 8620 os meios de resfriamento não interferem na profundidade efetiva de camada cementada. No entanto o processo de cementação via sólida apresenta uma profundidade endurecida maior que a cementação líquida. A microdureza na superfície das peças cementadas via sólida e líquida são similares variando somente a profundidade efetiva de camada cementada. Em ambos os processos de cementação foram obtidos uma microdureza superficial de aproximadamente 700 HV, pois a profundidade de endurecimento por têmpera é maior que a profundidade de endurecimento por cementação. O meio de resfriamento em água reproduz uma microestrutura martensitica mais refinada no núcleo do aço promovendo uma maior resistência mecânica à tração que os outros meios de resfriamento. Os meios de resfriamento óleo e POLYDUR A produzem amostras similares no que diz respeito a esse aspecto. Para a escolha do processo adequado de resfriamento deve-se levar em conta também os aspectos da prática no processo. A utilização do polydur A como meio de resfriamento não promove propriedades metalúrgicas melhores que os outros meios testados, mas deve-se levar em conta que esse produto possui uma vida útil maior que o óleo, não gera vapores e gases na sua utilização, não é inflamável e não promove deformações na peça quando se utiliza como meio a água.

22 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS: 1 CHIAVERINI, Vicente. Aços e Ferros Fundidos. 7. ed. São Paulo: ABM, 1998. 2 CALLISTER Jr., William D. Materials science and engineering: an introduction. 4. ed New York: John Wiley & Sons, 1997. 3 BRASIMET. Banho de sais para cementação. Catálogo de produto. 4 ARAÚJO, Valdir Bólico. Estudo das potencialidades do processo de cementação por plasma sem aquecimento auxiliar. Florianópolis, 1999. Tese (doutorado em engenharia mecânica). Universidade Federal de Santa Catarina. 5 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Materiais metálicos determinação da dureza vickers método de ensaio. NBR 6672. Rio de Janeiro, 1991. 6 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Aço determinação e verificação da profundidade de cementação. NBR 13178. Rio de Janeiro, 1994. 7 PEDRAZA, Antônio Juan; COUTINHO, Carlos Alberto B; SILVA, Evandro Mirra P. Tratamento Térmico dos Aços. Belo Horizonte 1983, UFMG.

23 ANEXO A HISTORICO DA EMPRESA WIESER, PICHLER & CIA LTDA. Fundada em 1953 por Alois Wieser e Ricardo Pichler Ritter von Tennenberg a WP Wieser, Pichler & Cia. Ltda., vem desde então atuando no mercado de fabricação de peças os mais diversos segmentos. Hoje conta com mais de 49 anos de tradição em desenvolvimento e pesquisa, colocando-se em permanente lugar de destaque na fabricação de engrenagens e componentes mecânicos. Fabricando mais de 21.000 tipos de peças especiais para mais de 5.000 clientes, o que a posiciona entre os maiores produtores de tipos de engrenagens da América Latina. A Wieser, Pichler em 1994 foi premiada com o XXII TROFÉU INTERNACIONAL DE QUALIDADE em Madrid, Espanha, pela alta qualidade alcançada na fabricação de suas peças com tecnologia e responsabilidade. A estabilidade da moeda brasileira contribuiu para dar continuidade ao processo de automatização na empresa, com o objetivo de fazer frente à concorrência internacional. Uma característica marcante é que a empresa tem a capacidade de produzir pequenos lotes de peças com as mais variadas formas, conseguindo ainda concorrer com altas produções nos quesitos, preço, qualidade e entrega. A partir de 1999, iniciou-se o processo de projeto e concepção de máquinas próprias, como por exemplo: - Bombas de Amônia; - Bombas para Massa; - Moedor de carne; - Atuadores eletro mecânicos para comportas e válvulas; - Micronizador de Partículas; - Redutores planetários especiais.