62ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 9. Engenharia Mecânica

ANÁLISE EXPERIMENTAL DE ALTERAÇÕES NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DE AÇOS ATRAVÉS DA CEMENTAÇÃO EM CAIXA

Tamires Lopes de Azevedo 1 Rafael Takahashi 1 Luanna Nayara dos Santos Costa 1 Dimitri Oliveira Silva 1

1. Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Federal do Pará/ UFPA

INTRODUÇÃO:

Os setores industriais têm procurado por componentes com características mecânicas cada vez mais específicas, tais como, alta ductilidade e tenacidade no núcleo, ao mesmo tempo dureza e resistência ao desgaste superficial, entre outras propriedades mecânicas, sem elevar o preço dos produtos, buscando sempre máxima durabilidade e eficiência do produto durante uma solicitação mecânica. Dessa forma, os tratamentos termoquímicos têm se tornado uma alternativa viável quando se deseja transformar um aço de baixo teor de carbono em um aço aplicável a alguma função que exija grandes esforços mecânicos. Dentre os vários processos de tratamentos termoquímicos utilizados atualmente, a cementação é um processo clássico de endurecimento superficial onde o aço é aquecido em contato com substâncias carbonáceas. Neste contexto, o presente trabalho propõe avaliar as mudanças nas propriedades mecânicas de dois aços, aço AISI-SAE 1010 e aço AISI-SAE 1020, ambos submetidos ao processo de cementação em caixa e posteriormente temperados. As análises foram feitas através de medições de dureza, e alterações macroestruturais através da microscopia.

METODOLOGIA:

Inicialmente no ensaio com o espectrômetro de emissão Ótica modelo Spectromax 115733 foi determinada a composição química dos corpos de prova e suas classificações em AISI-SAE 1010 e AISI-SAE 1020. Em seguida, os mesmos foram preparados, lixados e polidos na Politriz modelo Mod.DP10, para serem submetidos ao ensaio de dureza e à análise metalográfica utilizando o microscópio óptico Leica DMR. Após as determinações iniciais, os aços foram submetidos ao processo de cementação em caixa. Neste, os aços junto ao carvão em pó, substância carbonetante foram colocados em uma caixa de aço liga resistente ao calor e levadas ao forno a uma temperatura de 915º C, pertencente à faixa de temperatura de austenitização, onde permaneceram por um período de 5 horas até alcançar o resfriamento, caracterizando o tratamento térmico de recozimento. Passado o processo, os aços foram novamente submetidos à preparação para realização da análise metalográfica e do ensaio de dureza para verificar as mudanças ocorridas após o processo termoquímico. Novamente, os aços foram colocados no forno à temperatura de 915ºC por mais 5 horas e em seguida resfriados em um tanque com água, caracterizando o tratamento de têmpera. Seguindo a têmpera, os corpos de prova foram submetidos levados para últimas análises.

RESULTADOS:

O aço AISI-SAE 1010 apresentava inicialmente uma dureza Rockwell "A" 40 e o aço AISI-SAE 1020 Rockwell "A" 44. Após o processo de cementação a dureza reduziu para 30 e 33, respectivamente. O tratamento de cementação visa o endurecimento superficial do aço, porém foi observado uma redução da dureza e o aumento do tamanho do grão, isto se deve ao resfriamento lento que ocorreu dentro do forno. No segundo experimento ocorreu resfriamento rápido dos aços por meio da têmpera. Quando se aumenta a velocidade de resfriamento do aço, pode-se chegar a uma velocidade de resfriamento tão alta que não permite a expulsão do carbono da solução sólida para formar a cementita, verificando-se somente passagem da forma alotrópica do ferro de gama a alfa. Tem-se então, uma solução sólida supersaturada de carbono em ferro alfa, constituindo a martensita, estrutura que apresenta extrema dureza. Com isso, os aços apresentaram um aumento na dureza Rockwell "A" de 30 para 60 e de 33 para 50 respectivamente para os aços AISI - SAE 1010 e AISI - SAE 1020.

CONCLUSÃO:

A partir dos experimentos realizados foi possível observar na prática, através da comparação e da análise de dados do ensaio de dureza e metalografia, as alterações que a cementação, como um tratamento termoquímico, provoca sobre as propriedades mecânicas dos materiais que são submetidos a esse processo. Como na cementação o que se procura é obter um material com características mecânicas onde a superfície do material deve ser dura e resistente ao desgaste e ao mesmo tempo preservar o núcleo tenaz e resistente ao choque, foi compreendido a diferença do aspecto micrográfico entre o núcleo e a superfície do material. Materiais que passaram por um tratamento de cementação são bastante requisitados em vários setores industriais, pois as peças possuem uma combinação de propriedades mecânicas, com ductilidade e tenacidade interna e a resistência e dureza externa, que raramente seriam encontradas em material de baixo teor de carbono, além de ser um processo de menor custo, um fator determinante na engenharia metalúrgica.

Palavras-chave: Tratamento termoquímico, Cementação, Propriedades mecânicas.