As medições de dureza foram realizadas na amostra como mostrado na Fotografia 4, e foram feitas um total de 10 identações em cada uma das 08 amostras. Com as medições de dureza, foi analisar se houve ou não variação da dureza das amostras com o passar do tempo de tratamento de cementação. A tabela com todas os valores obtidos das medições, médias, desvios padrões e variâncias se encontra no Anexo B.
Obtendo-se então as médias de dureza de todas as amostras tratadas, pode-se então apresentar um gráfico representativo de como a variação de dureza se comportou por meio do aumento gradativo do tempo de tratamento de cementação sólida, e esta pode ser visualizada no Gráfico 1.
Gráfico 1 – Variação de dureza em função do tempo de tratamento de cementação sólida. Fonte: Elaboração própria, 2017
No Gráfico 1, foram ainda inseridas barras de desvio padrão utilizando o valor do desvio padrão de cada grupo de medições somado com a média, para cima, e o valor do mesmo desvio padrão somado com a média, para baixo.
O Gráfico 1 forneceu um comportamento já esperado para o experimento até as 4 horas de tratamento, onde se verifica um aumento gradual da dureza. Por meio da Equação (3) e do conceito pré-estabelecido da dureza aumentar com o percentual de carbono em uma peça,
40,38 58,16 63,46 66,63 47,62 39,14 31,96 35,73 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 0 1 2 4 6 8 10 12 D u re za (H R C ) Tempo (h)
apresentado no referencial deste trabalho, o comportamento esperado para o gráfico seria de aumento gradual de dureza até um certo ponto em que o incremento de carbono já haveria se estagnado, e só então as médias de dureza começariam a apresentar um comportamento constante, sem mudanças bruscas. Entretanto, o comportamento do gráfico a partir das 4 horas foi inesperado, apresentando uma queda gradual na dureza até as 10 horas de tratamento, sendo discutido mais adiante.
Comparando-se as médias referentes a cada intervalo de tempo de tratamento de cementação, foi observado por meio da estatística um aumento de dureza significativo nas amostras de 0 até 4 horas de tratamento. As médias de dureza das amostras apenas temperada (40,38 HRC), 1 hora (58,16 HRC), 2 horas (63,46 HRC) e 4 horas (HRC) são todas estatisticamente diferentes, considerando-se uma significância de 0,2%. Isso mostra que houve um acréscimo realmente significativo da dureza por conta do aumento percentual de carbono na superfície das amostras. Esse incremendo de dureza em função do tempo também mostra que o cuidado em lixar as amostras o mínimo possível foi efetivo.
A análise estatística foi realizada por meio do teste de hipóteses que foi apresentado através do tópico 3.6 do referencial teórico deste trabalho. Com o objetivo de apresentar o passo a passo de como se chegou a conclusão de que as medições das amostras de 0 até 4 horas de tratamento eram todas estatísticamente diferentes, será apresentado o teste de hipóteses para as duas primeiras amostras, as referentes a 0 e 1 hora.
A primeira coisa a se fazer foi constatar se as variâncias populacionais, que são desconhecidas, são iguais ou diferentes. Para isso, enunciou-se as hipóteses referentes as médias da amostra apenas temperada e a amostra com 1 hora de tratamento a partir das Equações (13) e (14).
As variâncias da amostra apenas temperada e da amostra com 1 hora de tratamento são iguais a s20h = 1,94 e s21h = 3,37 respectivamente. Com estes valores, é possível calcular a variável de teste do teste F de Fischer por meio da equação (26) apresentada anteriormente. A variável de teste calculada será então igual a F = 0,57. Por meio da tabela de distribuição de Fischer disponibilizada por Magalhães e Lima (2004) com uma probabilidade de 0,05, pode-se obter a variável F Tabelada, que pode-será então F8,9 = 3,23, e para a probabilidade de 0,95, F8,9 = 0,295. Como o valor calculado se situou entre o intervalo de aceitação, H0 não poderá ser rejeitada e assim as variâncias populacionais poderão ser consideradas iguais.
Então, foi realizado um teste de hipóteses para as médias amostrais, que foram enunciadas através das Equações (5) e (6).
O nível de significância atribuído para o teste foi de 0,2%. Para indicar a variável de
teste crítica tSTUV por meio da tabela de distribuição t de Student se determina os graus de
liberdade v, do qual para este caso utilizando a equação (20) obtêm-se v = 17. Por meio de
constatação da tabela de distribuição t de Student apresentada por Magalhães e Lima (2004),
obtem-se que tSTUV = ±3,646. Com este valor em mãos, calcula-se a média ponderada das
variâncias das duas amostras, da qual se obtêm por meio da equação (21) que s1
T = 2,7. Com
este valor é possível calcular a variável teste calculada tS por meio da equação (22), onde tS =
–23,57. Como tS é menor do que o menor valor do intervalo de tSTUV da tabela t de Student,
±3,646, então rejeita-se H0 com 0,2% de significância, e pode-se concluir que as médias amostrais são estatisticamente diferentes entre si. O mesmo procedimento foi feito com todas as outras duplas de amostras.
As médias de dureza para 6 horas (47,62 HRC), 8 horas (39,14 HRC) e 10 horas (31,96 HRC) também foram comparadas estatisticamente em grupos de dois cada e foram consideradas diferentes para uma significância de 0,2%, ou seja, houve de fato redução na dureza.
Os valores médios das medida de dureza para 10 horas (31,96 HRC) e 12 horas (35,73 HRC) são consideradas estatisticamente iguais para uma confiabilidade de 99,8%, e isso mostra que a partir das 10 horas não houve alteração significativa da dureza, onde o gráfico mostra que houve até um pequeno acréscimo. Por mais que as médias tenham sido diferentes por meio da observação gráfica, essa diferença não foi o suficiente para que as médias fossem consideradas estatisticamente diferentes, mas isso não interfere no que se buscou mostrar com o experimento, que foi o acrescimento de dureza com o passar do tempo, e isso de fato foi constatado até um tempo de 4 horas de tratamento.
A partir de 6 horas de tratamento foi observado decréscimo progressivo na dureza, alcançando inclusive dureza inferior à do material sem tratamento algum de cementação para tempos a partir de 10 horas. Essa queda súbita de dureza foi atribuída à uma provável perda de carbono na superfície das amostras. Esse fenômeno de descarbonetação foi consequência da ausência do substrato fornecedor de carbono, que constatou-se ter sido consumido por completo até o tempo de 6 horas de tratamento. A ausência de pó para cementação gerou um gradiente de concentração de carbono em sentido contrário ao do tratamento de cementação, deixando dessa maneira a peça exposta à uma atmosfera de temperatura elevada equivalente a do forno e pobre em carbono, promovendo desta maneira o início da descarbonetação da peça no intervalo entre 4 e 6 horas de tratamento.
Essa descarbonetação foi suposta também por análise do trabalho de Minella (2009),
pois nele mesmo com utilização de purgas de N2, um aço com grande percentual de carbono
apresentou descarbonetação em tratamento de esferoidização e o aumento de temperatura acarretava em um maior percentual de CO na atmosfera do forno. No experimento desta monografia, não se teve um controle da atmosfera, já que não se esperava que houvesse consumo do pó para cementação, expondo assim a peça a uma atmosfera propícia a descarbonetação.
6 CONCLUSÕES
Por meio do gráfico de variação de dureza nas superfícies das amostras cementadas em função do tempo e das análises estatísticas feitas com as médias e variâncias das medições, se pode levantar algumas conclusões.
O desenvolvimento deste trabalho, tanto o estudo teórico, quanto o experimental, permitiu uma maior compreensão sobre os tratamentos de cementação sólida, especialmente quanto as vantagens e limitações deste tratamento em aços carbono.
O incremento de dureza observado com a cementação do aço SAE 1020 para os tempos até 6 horas de tratamento à 900ºC evidenciou que é possível realizar tratamento de cemntação sólida neste aço.
O tratamento de cementação realmente fornece um incremento de dureza quando comparada a uma amostra de mesmo material que não foi cementada.
Com o tratamento de cementação pôde-se atingir média de dureza de 66,63 HRC para tratamentos com 4 horas de duração, diferente de dureza de apenas 40,38 HRC para a amostra que passou apenas pelo tratamento de têmpera e não foi cementada, provando que houve um aumento de dureza em função do aumento do tempo de cementação.
A partir da avaliação estatística, por meio do teste de hipóteses, foi possível demonstrar que de fato houve um acréscimo de dureza até as 4 horas de tratamento, seguido de decréscimo de dureza a partir das 6 horas de tratamento.
Foi identificada uma provável descarbonetação a partir dos tratamentos de cementação de 6 horas. Essa perda de carbono foi evidenciada pela queda inesperada de dureza a partir desse temço de tratamento e pela observação da ausência de produto de cementação no interior da caixa metálica.