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JOMINY -

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João Pedro Zogbi

on 13 November 2014

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Transcript of JOMINY -

JOMINY - EFEITO DOS ELEMENTOS DE LIGA NA TEMPERABILIDADE DOS AÇOS 1040 E 4340
Materiais Utilizados
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Avaliar e estudar as influências dos elementos de liga na temperabilidade dos aços ABNT 1040 e ABNT 4340.

Corpo de prova – Aço carbono 1040;
Corpo de prova – Aço liga 4340;
Forno sem atmosfera controlada (forno mufla);
Dispositivo Jominy.
Ensaio Jominy


Ensaio de dureza
Durômetro Rockwell C
Metalografia
Microscópio;
Lixas – 220, 320, 400 e 600;
Lixas de 1 µm e 6 µm;
Nital 2%.

Corpos de prova
Os corpos de prova devem ser cilíndricos, ter as dimensões de 25,4 mm (1 in) de diâmetro, por 100 mm (4 in) de comprimento e ter, em uma de suas extremidades, um flange de suporte, com 32 mm de diâmetro e 3 mm de comprimento. Seguindo as normas impostas pela ABNT NBR 6339.
Tabela 1: Composição química do aço liga 4340
Tabela 2: Composição química do aço 1040
Aquecimento dos corpos de prova
A princípio, os corpos de prova foram colocados no forno a uma temperatura de 900°C, onde permanecerem por 60 minutos cada.

Para o processo, primeiro foi colocado o
aço 4340 e 15 minutos após o aço 1040.
Resfriamento do corpo de prova
Passado o tempo estipulado, o primeiro corpo de prova a entrar no forno foi retirado e colocado no dispositivo Jominy e resfriado por um jato d’água, que seguia a temperatura indicada pela norma NBR 6339, durante 10 minutos.
Ensaio de Dureza
Utilizando o durômetro de escala Rockwell C. Segundo a norma NBR-6339.
pré-carga de 10 kg e uma carga de 150 kg, no equipamento, e um penetrador de ponta cônica, com 120 graus de diamante.
ABNT 1040
17 medições sendo elas espaçadas por 1/16’’.
ABNT 4340
18 medições espaçadas por 1/16”, com exceção das três últimas medições que foram espaçadas por 6/16”.
Lixamento e Polimento
Após a medição de dureza, os cp's foram lixados utilizando lixas com diferentes granulometrias (220, 320, 400, e 600 μm), lubrificadas com água, com finalidade de eliminar a descarbonetação e marcas mais profundas da superfície.
O polimento o abrasivo utilizado de pasta de diamante, com granulometria de 6 e 1μm, para retirar os riscos nos aços ABNT 1040 E ABNT 4340 até que não fosse possível ver riscos e sua superfície ficar espelhada e lubrificação a álcool.
Ataque químico e Metalografia
A metalografia dos corpos de prova foi realizada por um microscópio eletrônico, permitindo a análise da microestrutura dos aços. Para isto, foram realizados aumentos de 100 e 500 vezes.
Realizou-se o ataque químico com Nital 2% (2% de Nitrato, 98% de álcool), para facilitar a visualização da microestrutura dos corpos de prova, uma vez que ele revela os contornos de grão da ferrita, produz contraste entre ferrita e cementita; além de revelar a martensita e bainita.
Resultados (ABNT1040)
Tabelas de valores de dureza
Esperados:
Obtidos:
Gráficos Dureza vs. Medição
Obtidos:
ABNT 1040
ABNT 1040 (2)
Comparativo gráfico dos valores obtidos em relação ao máximo e mínimo teóricos
Análise dos Resultados
ABNT 1040
Foram obtidos valores próximos aos esperados. Os primeiros pontos de dureza apresentaram valores inferiores devido à descarbonetação, bem como a ocorrência de uma possível má acomodação do material no durômetro. Já os valores a cima do limite máximo, podem ser explicados devido a troca de calor em posições (ao longo do cp) descontroladas.
ABNT 1040 (2)
Os valores obtidos através do ensaio de dureza foram muito menores do que o esperado, e se mantiveram praticamente constantes por toda a extensão longitudinal do corpo de prova.
O resfriamento foi praticamente igualitário, de maneira que o fluido resfriador não entrou em contato exclusivamente com o topo do corpo de prova, mas sim com toda a dimensão dele.
Resultados
ABNT (4340)
Tabelas de valores de dureza
Esperados:
Obtidos:
Gráficos Dureza vs. Medição
Obtidos:
ABNT 4340
Comparativo gráfico dos valores obtidos em relação ao máximo e mínimo teóricos
Análise dos Resultados
Foram encontrado valores muito próximos aos esperados , com exceção dos primeiros pontos medidos, que não ficaram dentro do limite, devido ao fato do forno utilizado não possuir atmosfera controlada, tendo assim ocorrido uma possível descarbonetação do aço.
Metalografia
Objetivo
Embasamento teórico
Temperabilidade
É a “capacidade de o aço endurecer” ou à “profundidade de endurecimento”.
Curvas de temperabilidade
Não se refere á máxima dureza que pode ser obtida num aço, a qual é função quase que exclusiva do seu teor de carbono.

Depende mais do tamanho de grão austenítico e da presença de elementos de liga do que do teor de carbono do aço.
Uma curva de temperabilidade Jominy relaciona a dureza Rockwell C na ordenada com o comprimento do corpo de prova na abscissa. Os resultados dessas medições geram uma curva que decresce da posição de 100% de transformação martensítica até obtenção de microestrutura perlítica ou ferrito-perlítica.
*As curvas de temperabilidade Jominy são uma característica do material, e estão diretamente relacionados com a composição química de cada tipo de aço.
Exemplo gráfico da influencia dos elementos de liga na temperabilidade de um aço, com mesmo teor de carbono
O gráfico apresenta a curva de temperabilidade Jominy para cinco diferentes aços, todos de mesmo teor de carbono. Apesar de quatro deles apresentarem elementos de liga , a dureza máxima (extremidade temperada do corpo do prova) é a mesma. Contudo, como a adição de elementos de liga desloca a curva em C do diagrama CCT para a direita (retarda o período de início das transformações difusivas) pode-se obter transformações martensíticas ou predominantemente martensíticas em distâncias maiores, durante a têmpera, ao longo do corpo de prova.

Análise Gráfica
ABNT 1040 como sendo de baixa temperabilidade em função de queda acentuada de dureza (30 HRC) a uma pequena distância da extremidade temperada (6,4 mm).

ABNT 4340, por comparação, a queda na dureza é significativamente mais suave. Por exemplo, para uma distância Jominy de 50 mm, a dureza é aproximadamente 50 HRC, portanto, para o caso destas duas ligas diz-se que o aço 4340 tem maior temperabilidade.
ABNT 1040 x ABNT 4340
Seleção de aços por temperabilidade
Ensaio Jominy
De acordo com Chiaverini, (1977), o método Jominy é também chamado de “ensaio do resfriamento da extremidade”. Esse método foi desenvolvido por Jominy e Boegehold e é atualmente o mais usado, tendo sido mesmo padronizado pelas ASTM, SAE e AISI e no Brasil pela ABNT.
Norma NBR 6339
Corpo de prova cilíndrico, de 1’’ de diâmetro por 4’’ de comprimento;
Forno com capacidade de operar entre a faixa de temperatura 800 e 950;
Canalização para água com orifício final de 12,5 mm de diâmetro;
Sistema de abastecimento de água com vazão constante exigidas no ensaio;
Durômetro Rockwell C;

Utilizar água com temperatura entre 5 e 30 , como meio de resfriamento para têmpera;
Período de tempo entre a retirada do corpo de prova do forno e inicio da têmpera pela água deve ser no máximo 5 seg;
Deixar a água fluir durante no mínimo 10 min;
Deixar o corpo de prova resfriar até temperatura ambiente.
Considerações do Ensaio
Variável do ensaio: pressão da água;
ABNT 1040: não possui elemento de liga;
O aspecto preto do cp ao sair do forno é oriundo da descarbonetação, (carbono da superfície do cp que reagiu como oxigênio presente no forno);
Grãos austenitizados se transformam em martensita;
No ensaio de dureza, pontos com valores inferiores a 20 HRC, não apresentam martensita;
ABNT 4340: possui elemento de liga, que favorece a temperabilidade.

Conclusão
ABNT 4340
Análise
Foi possível observar no aço ABNT 4340 que a parte marrom é denominada martensita, a sua presença é evidente por toda extensão do corpo de prova sendo que apresenta uma maior quantidade na ponta até meio, já no final apresenta-se perlita em colônia.


Topo 100x
Topo 500x
Meio 500x
Final 500x
ABNT 1040
Análise
No aço ABNT 1040 foram feitas duas metalografias pois seu resfriamento não foi realizado conforme a norma NBR 6339. A primeira teve desempenho parcialmente satisfatório, e a segunda distorcido.
ABNT 1040
ABNT 1040 (2)
Topo 500x
Meio 500x
Final100x
Topo 500x
Final 100x
Meio 100x
Curva TRC
Danielle Makie Yoshino
Fernando Zamfolini Zachêu
João Pedro Zogbi Barbosa Naime
Marcelo Hokari de Castro
Paula Trevisan

Fatores a serem levados em consideração:
Dureza no estado bruto de têmpera;
Profundidade a partir da superfície que deve apresentar esta dureza;
Meio utilizado no tratamento térmico;
Temperatura de revenido a que o aço deverá ser submetido.
Métodos:
Seleção das condições de tratamento para um aço previamente escolhido;
Seleção de um aço através de sua curva de temperabilidade.
Fatores que afetam a temperabilidade
Microestrutura: o tamanho do grão austenítico é determinante, uma vez que grãos mais finos facilitam a nucleação dos microconstituintes a serem formados durante o tratamento térmico (resfriamento);
Composição química: a adição de elementos de liga muda às propriedades do material, podendo retardar as transformações, deslocando a curva TTT à direita, aumentando a temperabilidade do aço.

Exemplo
No gráfico à direita, temos a curva TTT convencional. Já à direita, o aço recebeu um aumento na quantidade de Molibdênio, o que gerou uma mudança nas curvas, tornando-o com uma temperabilidade maior.
ABNT 1040
ABNT 1040 (2)
Quanto maior o tamanho de grão da austenita, mais para a direita são deslocadas as curvas de início e de fim da transformação.
Devido à influência do tamanho de grão austenítico sobre as curvas em “C”, à medida que ele cresce, maior é a facilidade de se obter pelo esfriamento estrutura inteiramente martensítica.
Análise da Curva TRC 1040
Curvas TRC 1040
Grão No. 8
Grão No. 5
Curva TRC 4340
Análise da Curva TRC 4340
Todos os elementos de liga adicionados aos aços, com exceção do cobalto, deslocam as curvas de inicio e fim de transformação para a direita, ou seja, retardam a transformação.

O resultado esperado pela teoria do ensaio foi comprovado no aço ABNT 4340, uma vez que o ensaio foi realizado coerente com a norma ABNT-NBR 6339. Os únicos pontos de dureza que foram obtidos com relativa diferença em relação teórico esperado deve-se a falta de controle da atmosfera provocando a descarbonetação, que foi comprovado pelas análises da metalografia.

Já o aço ABNT 1040, que não teve seu procedimento experimental fiel à norma, uma vez que o fluido refrigerador entrou em contato com toda a extensão do corpo de prova. Após o contato com o fluido refrigerador, o corpo de prova não foi agitado, criando um “colchão” de vapor que isolou termicamente este, atrasando o processo de resfriamento, gerando microestruturas diferentes do esperado inicialmente. Neste aço, no entanto, não foi constatado o efeito da descarbonetação, que foi evidenciado pelas análises da metalografia nos dois lados do corpo de prova.

Em comparação com os dois aços, foi possível verificar que o aço ABNT 4340 manteve seus pontos de dureza mais constantes ao longo do corpo de prova, enquanto que o ABNT 1040 teve uma variação maior de dureza, comprovando o estudo de temperabilidade. Desta forma, pode-se concluir que o ensaio ainda cumpriu com os seus objetivos iniciais, comprovando que a adição de elementos de ligas aumenta a temperabilidade nos aços.
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