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FACULDADE DE TECNOLOGIA
SENAI “NADIR DIAS DE FIGUEIREDO”
LAIZ OLIVEIRA DOS REIS
REFINO DE GRÃO ATRAVÉS DE TRATAMENTO TÉRMICO
SEM MOVIMENTAÇÃO DE MASSA
OSASCO
2011
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LAIZ OLIVEIRA DOS REIS
REFINO DE GRÃO ATRAVÉS DE TRATAMENTO TÉRMICO
SEM MOVIMENTAÇÃO DE MASSA EM UMA LIGA SAE 1049
Projeto de Iniciação Científica
apresentado à Faculdade de
Tecnologia SENAI “Nadir Dias
de Figueiredo” em Processos
Metalúrgicos para inscrição do
Trabalho de Conclusão de
Curso sob a orientação técnica
do (a) Prof. Paulo Eduardo e
orientação metodológica do
Prof. Roberto Sanches Cazado
OSASCO
2011
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RESUMO
Este trabalho objetiva testar tratamentos térmicos cíclicos para refinar grãos sem
que se faça necessária à movimentação de massa, economizando assim despesas
com descartes de produtos prontos.
A metodologia utilizada será um estudo de caso a partir da amostra de eixo
ferroviário forjado em aço SAE 1049 que será objeto de estudo deste processo
industrial.
Testaremos o tratamento térmico sugerido por diferentes autores, que afirmam que
com um tratamento cíclico que alterne entre a temperatura de austenitização e
temperatura crítica, seja possível alcançar tamanhos de grãos da ordem de
aproximadamente 1µm sem a necessidade de movimentar massa através de
conformação mecânica.
Espera-se com isto ter maior economia na produção, pois materiais que antes
estavam fora de especificação e seria descartado, com este novo processo estarão
novamente dentro dos padrões aceitáveis.
Palavras chave: Refino de grão. Tratamento térmico cíclico. Temperatura de
austenitização. Temperatura crítica.
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SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA COM SINTESE DA
BIBLIOGRAFIA FUNDAMENTAL ......................................................... 5
2. OBJETIVO GERAL .......................................................................... 6
2.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ......................................................... 6
3. PLANO DE TRABALHO E CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO ......... 7
4. MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................ 8
5. FORMAS DE ANÁLISE DOS RESULTADOS .................................. 8
REFERÊNCIAS ...................................................................................... 9
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1. INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA COM SINTESE DA
BIBLIOGRAFIA FUNDAMENTAL
Atualmente na linha de produção de diversas empresas, normalmente determinados
produtos ao chegarem para a inspeção final são reprovados devido as suas
propriedades mecânicas fora do especificado. Essas propriedades dependendo da
relação solicitado x encontrado ocasionam na inutilização dos produtos, na perda de
tempo de produção e de matéria prima, na geração de sucata, além de prejuízos de
ordem financeiras.
Discutimos aqui o descarte de material devido à estrutura grosseira e baixas
propriedades mecânicas, o tamanho de grão esta diretamente ligado às
propriedades obtidas, dependendo de suas condições e seus objetivos é possível
realizar tratamentos comuns como normalização e recozimento ou até mesmo a
recristalização.
Uma maneira de diminuir o tamanho dos grãos é através de processos com
movimentação de massa, porém quando falamos de peças em estágio final de
produção isso se torna inviável, visto que a essa altura esse processo inutilizaria as
peças produzidas. Conforme citado anteriormente é possível realizar tratamentos
simples para a melhoria de algumas características, mas nem sempre as
propriedades são melhoradas de forma satisfatória visto que é possível alcançar um
tamanho de grão da ordem de 10µm. Porém existem estudos realizados com ligas
de aço carbono com o objetivo de avaliar a influência do mesmo nas ligas tratadas,
que sugere ciclos alternados que variam entre as temperaturas de austenitização e
temperatura crítica de 2 a 6 ciclos consecutivos (ADEBIYI, ADEWUYI E AFONJA,
2009). Com tal método seria possível alcançar um tamanho de grão da ordem de
1µm sem que seja necessária a movimentação de massa (FURUHARA end at,
2008). Esta experimentação torna-se importante, para verificar se é possível apenas
com o tratamento térmico de refino de grão não convencional, seguindo um padrão
pré-estabelecido ocorre a melhoria significativa dessas propriedades atreladas ao
refino dos grãos.
Dessa forma conseguiremos a redução de custos com descarte de produto pronto
reprovado, devido a propriedades mecânicas, é certo que em situações como essa a
perda financeira é inevitável. Sugerimos então, que ao invés de sucatearmos as
peças e fazermos uso de novos recursos com a finalidade de produzirmos um novo
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lote, utilizarmos de recursos de tratamento térmico para melhorarmos as
propriedades mecânicas dos itens reprovados.
Bibliografia fundamental e Revisão bibliográfica:
A realização de refino de grãos em aço carbono é de interesse porque possibilita
uma melhora significativa das propriedades mecânicas, tais como, aumento da
resistência a tração e limites de escoamento e melhora significativa da ductilidade ao
mesmo tempo (ADEBIYI, ADEWUYI E AFONJA, 2009).
O caminho convencional usando recristalização estática, normalmente não produz
tamanhos de grão com menos de 10 µm, uma recristalização dinâmica poderia ser
eficaz para alcançar maior aperfeiçoamento (FURUHARA, at all, 2008).
O tratamento térmico mais eficiente, embora não haja uma descrição prévia para o
refino de grão é a ciclagem térmica. O método consiste em ciclos repetidos de
aquecimento próximo a temperatura de austenitização e resfriamento rápido
(ADEBIYI, ADEWUYI E AFONJA, 2009).
Ciclos térmicos produzem um acentuado refinamento de grãos em aços carbono,
porém após o quarto ciclo o refinamento de grão se torna pouco perceptível,
melhorando apenas a distribuição dos grãos (ADEBIYI, ADEWUYI E AFONJA,
2009).
2. OBJETIVO GERAL
Comprovar a eficiência do refino de grão por meio de tratamento térmico sem
movimentação de massa em uma liga SAE 1049.
2.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
 Realizar o tratamento térmico cíclico sugerido por ADEBIYI, ADEWUYI E
AFONJA, (2009) e FURUHARA, at all (2008).
 Aplicar o processo para agregar propriedades mecânicas, diminuindo custos
com descartes.
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3. PLANO DE
EXECUÇÃO
TRABALHO
E
CRONOGRAMA
Cronograma:
Etapas do TCC
Pesquisa bibliográfica
Análise dos dados
Metodologia
Elaboração do trabalho
Revisão gramatical e ortográfica
Revisão final
Defesa da monografia
Correção final
Ago
Set
Out
Nov
Dez
DE
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4. MATERIAIS E MÉTODOS
Baseado nos estudos de A. Borisov e D.I. Adebiyi, que consiste no refino de grãos
através de ciclos térmicos, pretendemos realizar o estudo a partir de uma amostra
de eixo ferroviário forjado em aço SAE 1049, que propositalmente será aquecido a
1200°C por 48 horas, em que pretendemos visar o aumento do tamanho de grão.
Em seguida o eixo será cortado em duas secções distintas, onde da primeira porção
serão retirados amostra e corpos de prova para a comprovação, com auxilio de
análise metalográfica, o aumento do tamanho de grão. Também realizaremos
ensaios de tração e impacto, onde os resultados serão relatados em gráficos e
tabelas.
A próxima fase do projeto consistirá na elaboração dos ciclos de tratamento térmico
baseada na literatura dos autores citados, e em seguida a realização dos ciclos, na
segunda porção, em um forno Lindberg controlado pelo software Contemp View,
assim pretendemos ter uma comparação fiel do ciclo planejado versus executado.
Com o ciclo executado iremos retirar amostra para metalografia e mensurar o
tamanho de grão obtido, também serão retirados corpos de prova para tração e
impacto.
Com os dados obtidos, poderemos comparar, através de gráficos e tabelas, a
eficiência dos ciclos térmicos e melhora das propriedades mecânicas do material.
5. FORMAS DE ANÁLISE DOS RESULTADOS
Para fundamentar este estudo, partiremos da análise de uma massa propositalmente
modificada no seu tamanho de grão através do aquecimento continuo em
temperatura elevada acima da temperatura de austenitização do material.
Parte dessa massa sofrerá o tratamento de refino de grãos por ciclos térmicos
sucessivos utilizando forno controlado por software onde as temperaturas e os
tempos serão programados de acordo com método proposto pela pesquisa.
Para a análise dos resultados obtidos, serão retirados corpos de prova da massa
empobrecida e a massa tratada ciclicamente para avaliação metalográfica,
dimensionamento do tamanho de grão conforme norma ASTM E-112, ensaio de
tração realizada conforme norma ASTM A370, avaliação da propriedade de
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tenacidade através da aplicação de ensaio de impacto Charpy e ensaio de medição
de microdureza HV1.
Os ensaios serão realizados utilizando-se equipamentos apropriados para cada
aplicação, à análise metalográfica e medição do tamanho de grão será feita em
microscópio óptico, o ensaio de tração será feito em máquina universal de ensaios
KRATO’s, o ensaio de Impacto / Charpy será feita em maquina de charpy de 30
Joules e o ensaio de microdureza será feita em microdurômetro HV1000 da
DIGEMESS.
Com os resultados obtidos nos ensaios poderá ser verificado a eficiência do
tratamento térmico de refino de grãos, e a melhoria das propriedades mecânicas do
material tratado.
REFERÊNCIAS
ADEBIYI, D.I., ADEWUYI, B.O. e AFONJA, A.A., Effect of Carbon Content on the
Grain Refinement of Locally Produced Plain Carbon Steel by Thermal Cycling,
Journal of Applied Sciences Research, 2009.
BORISOV, I.A., Austenite Grain Refining in Large Forgings of Steel
25KhN3MFA, Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov, 2-5p. (N˚2),
1978.
FURUHARA, T., AT ALL, Phase Transformation from Fine-grained Austenite,
ISIJ International, 2008. 1038-1045p, Vol. 48.