Universidade Federal de Santa Catarina Departamento de Engenharia Mecânica Graduação em Engenharia de Materiais
Relatório de Estágio Curricular l
Metalab Consultoria e Análise de Materiais LTDA Arthur Gomes Füllgraf
Matrícula: 10101064
Estudo da Influência de Nitretação em Aço SAE 1020
Período: 05/09/2011 – 16/12/2011
“Concordamos com o conteúdo do relatório”
_____________________________________ Orientador: Júlio F. Baumgarten Mestre Eng. Materiais
2 METALAB ANÁLISE DE MATERIAIS LTDA.
Rua Max Colin, N. 2534 Bairro Glória CEP: 89216-000 Joinville – SC – Brasil Telefone: (47) 3205-6700
3
AGRADECIMENTOS
Primeiramente gostaria de agradecer a empresa Metalab e a Universidade Federal de Santa Catarina pela oportunidade de estágio, oferecendo ao aluno uma chance de
colocar os seus conhecimentos adquiridos na sala de aula em prática.
Aos orientadores, Sr. Julio F. Baumgarten e Ivonete F. Ostrovski, pela ajuda e apoio no período do estágio, na partilha dos conhecimentos na área de materiais, e também a
oportunidade oferecida a tantos outros colegas de curso.
A minha família, em especial ao meu pai Luciano Fullgraf, minha mãe Jodete Fullgraf, e minha irmã Aline, pelo apoio e carinho, estiveram ao meu lado em todos os momentos,
tanto nas dificuldades como nas conquistas.
Agradecer também em especial aos colegas de Metalab, Adilson de Oliveira, Azenate Pereira, Cintia Ribas, Débora de Souza, Diego Sergio do Livramento, Iseltraut Fossile,
Hector Lopez, Jean Carlo José, João Focile, Katia Sabrina Genoveva, Leandro da Silva, Myrene Schultz, Rogério Kontopp, Rafael Fioroto, Tarcísio Boegershausen e
Tatiane Roecker.
E aos professores, Paulo Wendhausen e Fernando Cabral, pela atenção demonstrada nas visitas e pela dedicação e empenho no curso de graduação em Engenharia de
4
SUMÁRIO
1. Introdução...5
2. Atividades Realizadas no Laboratório...6
2.1 Atividades Diárias...6
2.2 Softwares Desenvolvidos na Metalab...11
3. Fundamentação Teórica...16 3.1 Nitretação...16 3.1.1 Nitretação a Plasma...17 3.1.2 Nitretação a Gás...18 3.2 Zona de Difusão...18 3.3 Mudanças Dimensionais...19
3.4 Efeitos da Adição de Hidrogênio e Argônio na Nitretação...19
3.5 Camada de Compostos ou Camadas Brancas...20
3.6 Efeito dos Elementos de Liga na Nitretação...21
4. Estudo da Influência da Nitretação em Aço 1020...22
4.1 Introdução...22
4.2 Perfil de Microdureza...22
4.3 Dureza Superficial e de Núcleo...23
4.4 Análise Química...24 4.5 Microestrutura...24 4.6 Conclusão...28 5. Conclusão...29 6. Referência Bibliográfica...30 7. Anexos...31 7.1 Histórico da Empresa...31
7.2 Diagrama de Equilíbrio Ferro-Nitrogênio...32
5
1. INTRODUÇÃO
No presente relatório será descrito as atividades realizadas na empresa Matalab Análise de Materiais Ltda, pelo aluno Arthur Gomes Füllgraf, no qual contou com a ajuda dos orientadores: Julio F. Baumgarten e Ivonete F. Ostrovski, mais especificamente no período de 05/09/2011 à 16/12/2011.
A Metalab atua em três diferentes áreas, Análise de Materiais, onde realiza testes para determinar propriedades mecânicas, como ensaio de tração, de dureza e de impacto, realiza também metalografia no sentido de avaliar a microestrutura dos materiais e no que elas interferem no mesmo. Desenvolvimento de Softwares, voltados para o uso interno e venda para empresas e ainda atua na área de Consultoria Técnica.
As muitas atividades práticas realizadas diariamente na empresa ajudaram a aumentar muito o aprendizado do estagiário. Juntamente com o contato com os clientes foi de muito útil para o aluno entender melhor os problemas e as necessidades das empresas e do mercado.
No presente relatório pretende-se analisar os diferentes processos de Nitretação, em especial os utilizados pela empresa TecnoTêmpera, foi necessário realizar pesquisas nesse campo (tratamento superficial) e conversar com os técnicos da Metalab que auxiliaram no embasamento teórico.
6
2. ATIVIDADES REALIZADAS NO LABORATÓRIO
A grande quantidade de atividades exercidas pelo estagiário, agregando conhecimento em várias áreas é um ponto muito benéfico do estágio na Metalab.
A seguir, serão relatadas as atividades, não só acompanhados pelo estagiário como as atividades realizadas, sendo elas com supervisão do orientador ou funcionário competente.
Os testes seguem normas técnicas, pré-existentes, especificadas pelos clientes.
2.1 Atividades Diárias Cortadeira Cut-Off
A maioria das peças para análise que chegam a Metalab, necessitam de corte antes da preparação, para os ensaios e testes, alguns são cortados na serra, guilhotina ou cortadeira Cut-Off, com a qual o estagiário teve mais contato.
O Cut-Off faz um corte mais preciso, utilizando-se de disco abrasivo e liquido lubrificante (refrigeração), a fim de não provocar alterações por calor na amostra.
7 Análise Metalográfica
Um dos tipos de análise mais efetuada na Metalab, Metalografia segue as etapas de: corte embutimento (se necessário), lixamento, polimento, e ataque químico ou ótico, a Metalografia se divide basicamente em dois tipos, quantitativa e qualitativa, quantitativa: consiste em determinar o tamanho médio dos grãos, e a porcentagem de cada fase constituinte do material, qualitativa: observar a microestrutura, determinando-se quais são os microconstituintes que a compõe, podendo assim caracterizar o material.
O Digimet Plus 4G é o software que auxilia na análise metalográfica, software foi desenvolvido na própria Metalab, na divisão de softwares
Ensaios Mecânicos
Os ensaios mecânicos são essenciais para a caracterização de materiais, capazes de determinar, Limite de Escoamento, Alongamento, Tensão de Ruptura, Módulo de Elasticidade, Módulo de Poisson e ainda Energia de Deformação Plástica e Elástica.
A Metalab possui duas máquinas universais de ensaios mecânicos, capazes de fazer: Tração, Dobramento, Compressão, Flexão e Dobramento. Os resultados dos ensaios são conhecidos na hora com auxílio de software, este não foi produzido dentro da Metalab.
Ensaio de Impacto
Realizado em máquina de pêndulo. O Ensaio de Impacto consiste em medir a energia absorvida, para que um corpo frature assim caracterizando sua resistência ao choque. Existem normas que definem a temperatura que deve ser empregada nos ensaios, as mais utilizadas são a de: -18°C e de -101°C, utiliza-se nitrogênio líquido para que se mantenham os corpos de ensaio nestas temperaturas.
8 Teste de Dureza
Dureza é a propriedade característica de um material sólido, que expressa sua resistência a deformações permanentes e está diretamente relacionada com a força de ligação dos átomos.
Existem diversos fatores que influenciam a dureza dos metais, principalmente:
Soluções Sólidas e Elementos de Liga
Tamanho de Grão e Direções Cristalográficas
Trabalho a Frio.
A Metalab efetua testes de Dureza Rockwell (A, B e C), Brinel, Knoop, Vickers, Microvickers e Shore.
Dureza Materiais
Rockwell Metais
Brinell Metais
Vickers Metais, Cerâmicos
Shore Polímeros, Elastômeros
Knoop Metais, Cerâmicos
Para as Durezas: Vickers e Microvickers, utiliza-se do software “CDV Vickers”, para a leitura da dureza, e para Dureza Brinell faz-se uso do software “CDB Brinell”, ambos desenvolvidos pela Metalab e de alta confiabilidade, produzindo resultado instantâneo, evitando erros de leitura manual do operador.
O Teste de Dureza a ser escolhido para o material dependerá da sua dimensão e faixa de dureza ä ser medida.
9 Teste de Corrosão
O teste consiste numa câmara fechada, onde as amostras que serão analisadas são depositadas, de forma a ficarem expostas ä solução salina que será aplicada (salt spray), essa solução é altamente corrosiva (solução de NaCl).
Temperatura, pressão, acidez do meio, e atmosfera são controladas de acordo com as normas dos ensaios. O tempo dos testes varia muito, podendo chegar a 30 dias ou até mais, após o término do ensaio são analisados empolamento e aderência de tinta ou expansão da corrosão por exemplo. O teste tem um preço relativamente barato, por isso é muito empregado.
Figura 3: Exemplo de peça submetida ao teste de Salt Spray.
Espectrometria de Emissão Ótica
Esta técnica baseia-se na emissão de radiação característica de elementos químicos em contato com fontes térmicas ou elétricas. Este ensaio foi realizado muitas vezes pelo estagiário no período de estágio.
Estas fontes excitam os átomos a níveis maiores de energia que a energia do Estado Fundamental. Quando, do estado excitado retornam ao fundamental, emitem uma radiação característica de comprimento de onda específica para cada elemento, estas ondas são captadas eletronicamente e tem-se a quantidade de cada elemento presente na amostra.
Argônio: A função do argônio é a de formar uma atmosfera inerte na câmara onde ocorre a excitação dos elétrons da amostra.
10
Basicamente todos os tipos de materiais, passam pela Espectrometria na Metalab, destacando-se Aço Baixa Liga, Ferro Fundido, Aço Inox e Aço Ferramenta.
Os resultados obtidos são comparados com as normas existentes, podendo assim caracterizar o material analisado. A Espectrometria junto com a Metalografia são essenciais na caracterização dos materiais
Microscópio Eletrônico
Recentemente a Metalab adquiriu um MEV (Microscópio Eletrônico de Varredura), nele são feitos: análises de partículas solidas, defeitos em fundidos, forjados, materiais conformados, soldas e outros processos de fabricação, análise de inclusão em materiais, etc.
Às vezes mesmo sendo realizada a Espectrometria, necessita-se saber a composição química de determinada área específica do material, é então utilizada a técnica EDX (Energia Dispersiva de Raio-X)
OBS: Testes no MEV não foram realizados pelo estagiário, houve apenas acompanhamento das análises.
Figura 4: Microscópio Eletrônico de Varredura adquirido pela Metalab, modelo: Hitachi TM3000
11
Inúmeras peças chegam a Metalab com defeitos, os clientes pedem que seja descobertos e apontados a causa do problema, fratura por exemplo.
A equipe técnica se reúne e então é determinado o conjunto de ensaios e testes a serem realizados, para descobrir-se o que causou a falha.
Metalografia, Ensaio Mecânico, Teste de Dureza, Espectrometria, MEV, EDX, Liquido Penetrante, são testes que auxiliam na solução do problema, após todos os testes serem realizados, a equipe técnica se reúne novamente e determina a causa da falha, o relatório então é emitido ao cliente onde são apontadas as causas do problema.
Sem dúvida nenhuma, a Análise de Falha foi o tipo de teste que mais fascinou o estagiário por envolver praticamente todos os testes realizados na empresa, além disse cada análise de falha pode ter um resultado diferente, exige o conhecimento da equipe e não é um ensaio rotineiro comum, no sentido de que cada analise tem sua peculiaridade.
2.2 Softwares Desenvolvidos na Metalab
No período de estágio foi possível ter contato com os softwares desenvolvidos dentro da Metalab, na área de desenvolvimento de softwares. A grande vantagem de terem-se softwares para auxiliar nos diferentes tipos de análise, além da economia de tempo, a praticidade que os mesmos oferecem, tornando os processos ágeis e com margem de erro muito pequena.
Além de utilizados dentro da Metalab, os softwares são vendidos a empresas interessadas em terem um controle de produção rápido (como dureza de peças), um exemplo é o CDB Brinell, onde em um processo de fundição, por exemplo, é preciso saber a dureza de determinados lotes de peças sem a necessidade de enviá-las ao laboratório.
Digimet Plus 4G
Software muito utilizado na área de análise de micrografias, o sistema de captura da imagem é instantâneo, medições realizadas com auxilio do software digitalmente tornam-se muito mais rápidas caso fossem feitas manualmente, e evitam erros do operador.
12
Figura 5: Software Digimet Plus 4G em funcionamento
Algumas funções do Digimet Plus 4G:
Quantificação de Fase (Perlita, Ferrita, Carbonetos, etc.) Volume de Grafita
Grau de Nodularização
Tamanho de Grão em Aço
CDB Brinell
Foi o software que o estagiário teve mais contato dentro da Metalab, além de muito preciso, torna o processo de medição de dureza Brinell muito rápido, já que se dispensa o uso da
análise analógica (lupa), faz-se a medição de forma instantânea digitalmente.
É possível ajustar o software de forma com que se adéqüe a dureza que foi realizada, a carga pode ser trocada de 750 para 3000Kg e o Penetrador de 5 para 10mm
13
Figura 6: Exemplo de medição de dureza Brinell em fixador.
CDV Vickers
O CDV Vickers pode ser utilizado tanto para dureza Vickers como para
micro-durômetros
Micro-Vickers.
Foi considerada, no desenvolvimento deste software, a necessidade de apresentar um programa com uma interface amigável, simplicidade no uso e rapidez de leitura. Além da garantia e confiabilidade nos resultados.
14
Figura 7: Leitura de Dureza Vickers no Software CDV Vickers
Inspetor de Solda
Uma característica importante do sistema é estar associado à EPS (Especificação de Processo de Soldagem) e ao soldador responsável pela execução da obra. O software permite, aos profissionais das áreas da qualidade e processo, avaliar e quantificar o desempenho da soldagem realizada, favorecendo a garantia da qualidade do processo executado.
Outros Recursos do Software:
Quantificação de parâmetros geométricos do cordão de solda
Quantificação da zona
termicamente afetada (ZTA) Determinação de penetração
do cordão
15 GPS – Gestor de Processos de Soldagem
O Software GPS é uma poderosa ferramenta de Gestão dos documentos relacionados à Qualificação de Processos de Soldagem, Qualificação de Soldadores, Desempenho da Operação de Soldagem e seus respectivos Registros conforme as normas AWS e ASME.
16
3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
3.1 Nitretação
A Nitretação de metais é um processo que permite alterar as propriedades de dureza superficial, desgaste, corrosão e resistência térmica do material. São utilizados principalmente em metais ferrosos, metais refratários e, mais recentemente, de alumínio.
O processo de Nitretação de superfícies se aplica, entre outras, à indústria mecânica, automotiva, hidráulica, de deformação de metais, forjaria; siderúrgica, biomédica e alimentação. O processo é utilizado no tratamento de moldes de injeção de plásticos, de peças automotivas (válvulas, engrenagens, pistões, etc.), moldes de extrusão de alumínio, ferramentas de corte e usinagem de metais, punções de matrizes para corte em geral, tratamento de próteses, etc.
Figura 8 e 9: Exemplos de Aplicação de Peças Nitretadas: 8: Virabrequim 9: Mola de Alto Silício Nitretada.
Os processos de endurecimento superficial são processos que visam a obtenção de peças de aço dotadas de uma fina camada superficial de elevada dureza, mantendo ao mesmo tempo um núcleo com dureza relativamente baixa. Como conseqüências terão uma camada superficial com alta resistência ao desgaste, alta resistência a esforços de compressão e alta resistência à fadiga. Em contrapartida, pelo fato de termos um núcleo de dureza baixa, teremos uma peça com boa tenacidade.
A Nitretação tem menos empenamento em relação a cementação, porém, a camada é muito mais fina, chega a 0,3µm a nitretação gasosa e a 0,15µm a nitretação a plasma. Com a nitretação, a dureza pode chegar a 1400HV.
Nas últimas duas décadas tem havido diversos progressos na tecnologia utilizada nos processos de tratamentos superficiais, principalmente com o
17 desenvolvimento do método de nitretação por plasma em forno a vácuo e métodos de implantação iônica.
Estudos realizados recentemente, comparando vários métodos de nitretação, mostram que é possível melhorar sensivelmente as propriedades metalúrgicas dos metais, utilizando a implantação com feixe de íons e a nitretação com plasma intensificado.
Principais benefícios da Nitretação a Plasma Incremento de vida útil das peças tratadas Mínima alteração dimensional das peças
Boa penetração do plasma em orifícios permitindo nitretação uniforme Benéfico ao meio ambiente uma vez que o processo trabalha com gás
H2 e N2, eliminando-seo uso de gases corrosivos e poluentes
Redução de custos elimina-se operações de retífica e usinagem para correção de danificações estruturais
Economia de energia elétrica
Mesmo com todas essas vantagens, os métodos mais tradicionais de Nitretação são: Nitretação Gasosa e Nitretação Líquida em Banho de Sais. A Nitretação sob plasma é um processo recente, introduzido no Brasil nos últimos 10 anos.
3.1.1 Nitretação a Plasma
Durante o processo uma diferença de potencial é imposta entre a parede do forno (anodo) e a peça (cátodo). Sob condições controladas de temperatura, pressão e mistura gasosa é possível gerar uma descarga incandescente, o plasma, que cobre completamente a superfície das peças. A elevada energia cinética com que os íons colidem com a superfície do substrato, na região da bainha do plasma, é transformada em calor e é suficiente para promover a limpeza, a depassivação e a ativação da superfície. Com isto, promove-se as reações na superfície e a difusão do nitrogênio no interior do substrato.
Plasma Gás
Temperatura 350-550 °C 490-580 °C
Ausencia ou diminuição de rugosidade Incremento rugosidade Aplicável a todo tipo de aço Não útil para aços de baixa liga
Tempo de tratamento menor Maiores tempos
18 3.1.2 Nitretação a Gás
A Nitretação a gás é um processo de endurecimento superficial no qual o aço é aquecido em uma atmosfera de amônia numa faixa de temperatura entre 490 a 580°C, por um prolongado período de tempo.
Neste intervalo de temperatura, a amônia gasosa se dissocia e nitrogênio atômico é produzido. O nitrogênio atômico difunde-se no aço formando uma camada de compostos (camada branca), e abaixo desta, uma zona de difusão onde o nitrogênio está dissolvido intersticialmente. Boas propriedades tribológicas e anti corrosivas são esperadas para a camada de compostos, bem como uma melhora na resistência à fadiga devida à zona de difusão.
Figura 10: Configuração da camada Nitretada na liga ferrosa
3.2 Zona de Difusão
A profundidade da zona de difusão depende do gradiente de concentração de nitrogênio, do tempo de tratamento a uma dada temperatura, e da composição química da peça.
Em regiões mais próximas à superfície a concentração de nitrogênio é maior havendo a formação de precipitados coerentes muito finos. Estes precipitados, nitretos de ferro e outros metais, podem existir nos contornos e dentro dos grãos, distorcendo o reticulado e aumentando sensivelmente a dureza da peça. Em determinadas ligas não se consegue observar a zona de difusão, isto ocorre quando os precipitados formados são muito pequenos.
19 3.3 Mudanças Dimensionais
Um dos grandes atrativos do processo de Nitretação é que não é necessário o resfriamento rápido, portanto as alterações dimensionais são mantidas a um mínimo. Porém as alterações ainda existem, estas mudanças causam um tensionamento do substrato, resultando em tensões de tração que são balanceadas por tensões compressivas na camada nitretada.
Os aumentos e as distorções nos componentes nitretados são governados amplamente pela composição, temperatura de revenido, tempo e temperatura de nitretação, espessura relativa de camada e substrato. A Nitretação por Plasma é a que causa a menor deformação.
3.4 Efeitos da Adição de Hidrogênio e Argônio na Nitretação
O hidrogênio, na mistura gasosa, atua como agente de limpeza superficial, reduzindo óxidos superficiais e, conseqüentemente, melhorando a adsorção de nitrogênio pela superfície. A adição de argônio, embora não seja tão eficiente na remoção de óxidos, apresenta uma ação física mais forte e junto com o nitrogênio, torna a mistura bastante eficaz na remoção de óxidos.
Este processo é denominado sputtering e ocorre tanto na etapa inicial de limpeza com hidrogênio e/ou argônio como na Nitretação propriamente dita, com o hidrogênio contido na mistura gasosa. A limpeza ocorre pelo bombardeamento de íons, responsáveis pela remoção de átomos da superfície das peças por transferência elástica de energia cinética
20
Figura 11- Esquema de um processo tipico de Nitretação seguido de oxidação in situ.
3.5 Camada de Compostos ou Camada Branca
Denomina-se zona de compostos ou camada branca a região onde são formados os nitretos de ferro γ‘ e ε. Dependendo das condições de operação do material a ser nitretado, a profundidade e a composição da camada branca devem ser previamente selecionadas.
A ductilidade da camada de compostos depende de dois fatores:
1 - Homogeneidade da camada: na camada formada por apenas um tipo de nitreto (monofásica), as tensões criadas entre as diferentes estruturas nas regiões de transição serão menores, diminuindo a possibilidade de surgimento de microtrincas, quando solicitada externamente
2 - Profundidade da camada branca: o aumento da espessura da camada de compostos diminui a ductilidade da camada nitretada. Esta deve ter então apenas a espessura necessária para garantir resistência ao desgaste e à corrosão.
3.6 Efeito dos Elementos de Liga na Nitretação
O teor de elementos de liga nos aços afeta diretamente a difusão do nitrogênio. A profundidade da camada está diretamente ligada à quantidade de elementos formadores de nitretos no substrato.
21 Quanto mais elementos de liga menor a profundidade de camada e a temperatura de Nitretação em contra partida tem-se uma maior dureza. Alumínio, titânio, cromo, molibdênio e vanádio apresentam nesta ordem, maior efeito de endurecimento superficial pela formação de nitretos
Os elementos de liga comumente utilizados em aços comerciais, como alumínio, cromo, vanádio e molibdênio, são benéficos, pois formam nitretos que são estáveis nas temperaturas de nitretação. O molibdênio, além da sua contribuição de formador de nitretos, reduz o risco de trinca na temperatura de nitretação.
Outros elementos como níquel, cobre, silício e manganês, têm pouco senão nenhum efeito sobre a nitretação. O alumínio destaca-se por ser um forte formador de nitretos, sendo os melhores resultados encontrados para teores entre 0,85-1,50%. A adição de Chumbo tem um efeito ligeiramente negativo, reduzindo a profundidade e a dureza da camada superficial.
22
4. ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA NITRETAÇÃO EM AÇO 1020
4.1 Introdução
Com base em amostra de aço nitretado do cliente TecnoTêmpera Tratamento Térmico LTDA, decidimos realizar um estudo da influência de nitretação sobre a amostra fornecida pelo cliente.
O cliente solicitou os testes no sentido de saber se a Dureza e a Camada Nitretada atingiam os padrões desejados, e eram aprovadas ou não no teste.
A TecnoTêmpera tem como ramo de atividade, tratamento térmico, ou termoquímico de aços e materiais não ferrosos.
Figura 12: Amostra em que foram realizados os ensaios, pedaço de matéria-prima nitretada
4.2 Perfil de Microdureza
O Perfil de Microdureza MicroVickers tem como objetivo definir a Profundidade Efetiva de Nitretação e é calculado de acordo com a Norma Din 50:
P.N. = D.N. + 50 (mHV) Sendo:
P.N. = Profundidade Efetiva de Nitretação D.N = Dureza do Núcleo
23 Especificações do Perfil mHV:
Equipamento: Micro Durômetro Digital Marca: MITUTOYO Carga: 100g
Penetrador: Pirâmide diamante
(136º) Tempo: 15 s Leitura: Software CDV-Vickers
Distancia (mm) Valores Obtidos (mHV)
0,03 534 0,05 491 0,10 477 0,20 458 0,30 402 0,40 366 0,50 316 0,70 246 1,00 222 1,30 199 Núcleo 192
Tabela: Resultados de Microdureza Vickers obtidos
Após obter os resultados de perfil de Microdureza Vickers calculamos a Profundidade Efetiva de Nitretação de acordo com Norma onde obtivemos os seguintes resultados:
P.N. = D.N. + 50
P.N. = 192 + 50 = 242 microns
Temos, portanto uma profundidade efetiva de Nitretação de 242 microns ou 0,242 mm. Interpolando os pontos 0,20; 0,30 e 0,242 concluímos que a Dureza da Profundidade Efetiva, que corresponde a profundidade de 0,242 mm é de 436mHV.
4.3 DUREZA SUPERFICIAL E DE NÚCLEO
Com o objetivo de determinar a dureza superficial que a peça atingiu após a Nitretação realizou-se a Dureza Superficial microVickers onde obtivemos os seguintes resultados:
24 Realizou-se também a medição da dureza do metal de base, ou seja, a dureza de núcleo usou-se o Durômetro Brinell, os seguintes resultados foram obtidos:
223 - 224 - 223 Brinell (HB) 4.4 Análise Química
No intuito de determinar qual o metal base da peça fornecida pelo cliente, realizamos o ensaio de Espectrometria, onde obtivemos os seguintes índices de composição química:
C Si Mn P S Cr Mo Ni B
0.194% 0.252% 0.820% 0.021% 0.032% 0.536% 0.184% 0.548% 0.0011%
Al Co Cu V Ti Nb W Fe
0.028% 0.019% 0.145% 0.009% 0.003% 0.010% 0.020% 97.172%
Obs: Porcentagem dos elementos em massa.
Concluímos que de acordo com norma especificada, o metal de base em questão trata-se de um Aço Baixa Liga 1020.
4.5 Microestrutura
Para termos uma imagem da microestrutura tanto da camada Nitretada, como do metal de base realizamos metalografia na amostra, foi possível também medir a camada branca resultado da Nitretação.
Metal de base:
Ampliação 100x. Ataque Nital 3,5%. Ampliação 200x. Ataque Nital 3,5%.
25 Podemos observar o aspecto geral do Núcleo, onde se observa Microestrutura constituída de Grãos Finos, com formação de Ferrita e Perlita, característica de Aço Baixo Carbono.
Camada Nitretada:
Figura 15: Microestrutura da camada Nitretada. Ampliação 200x. Ataque Nital 3,5%.
Aspecto geral da Camada de Nitretação observa-se a formação de Camada Branca na superfície e zona de Difusão de Nitretos.
Camada Branca:
26 Medição da profundidade visual de camada Nitretada, onde registramos espessura de Camada Branca correspondente a 12,1 microns.
Para a medição da camada branca foi considerada também a camada de oxidação e a camada porosa, além da própria camada branca.
Profundidade de Difusão Visual
Figura 17: Ampliação 100x. Ataque Nital 3.5%.
Com o auxílio do software Digimet Plus 4.0, obtivemos a medição de camada visual de Difusão de 206,7 microns.
27 Difusão de Nitretos e Camadas:
Figura 18: Aspecto Geral da Amostra, Microestrutura da Camada Nitretada e Zona de Difusão. Ampliação 1000x. Ataque Nital 3.5%.
Podemos observar a espessura das camadas de Oxidação, Porosa e Branca (1, 2 e 3), além disso, visualizar a Difusão de Nitretos em contornos de grão (4).
Temos respectivamente 4 zonas:
1 – Camada de Oxidação 2 – Camada Porosa 3 – Camada Branca 4 – Zona de Difusão
28 Com a TecnoTêmpera obtivemos a informação que o processo de Nitretação foi a gás.
Valores orientativos para o Processo de Nitretação a Gás para o Aço SAE 1020:
Gases envolvidos: NH3 (amônia), N2 (nitrogênio), CO2 (gás carbônico).
Temperatura: 560 ºC
Tempo: 10 horas
4.6 Conclusão
De acordo com os ensaios realizados, concluímos que a Nitretação na amostra da empresa TecnoTêmpera obteve sucesso.
Podemos dizer que a peça analisada tem aplicações nas seguintes áreas de exigências: Resistência ao Desgaste, Resistência ao Impacto, Resistência a Corrosão, Peças com exigência de Baixo Coeficiente de Atrito, etc. Isso se evidencia com a medição de Dureza que foi realizada, núcleo (192mHV) e de superfície (534mHV). Essa grande diferença de Dureza entre o núcleo e a superfície faz com que a peça tenha alta Tenacidade. Além disso, medimos a Dureza da Profundidade Efetiva da Camada Nitretada: 536mHV.
Com a Metalografia e o auxílio do ensaio de Dureza MicroVickers, determinamos o tamanho da Camada Branca (12,1 microns), a Profundidade Efetiva de Difusão (0,242 mm) e a Dureza do metal base (223 HB).
Com a Análise Química (Espectrometria), foi possível determinar de que material se tratava o metal de base, com os resultados obtidos e comparando com Norma chegamos a conclusão de que se tratava de um Aço Ferro Carbono 1020.
29
5 CONCLUSÃO
Foi muito proveitoso e de imensa valia, o estágio na empresa Metalab, a oportunidade que o curso de Engenharia de Materiais da UFSC fornece ao aluno possibilitando aplicar os conhecimentos adquiridos em sala de aula na prática através do estágio é fantástico.
Como primeiro estágio e primeira vez que o estagiário entrou de fato, no meio empresarial foi possível conviver com diversas situações, tais quais: prazos a cumprir, metas financeiras, contato com clientes, dando experiência que com certeza ajudará o aluno na sua carreira profissional.
O ambiente de trabalho na Metalab é outro fator muito positivo, colegas atenciosos e sempre dispostos a ajudar em qualquer tipo de situação, o estagiário aprendeu a lidar com colegas de trabalho, aprendeu também em trabalhar em conjunto e principalmente nas atividades da Metalab percebeu que o resultado positivo dos testes não dependia apenas de um indivíduo e sim de toda uma equipe.
Com certeza toda a experiência acumulada e o aprendizado adquirido na Metalab, serão guardados para o futuro não só pelo lado profissional, mas como pelo lado humano para a carreira do estagiário.
30
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CALLISTER, William D. Jr. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. LTC editor. 5ª edição. Rio de Janeiro, 2002.
ASM Metals HandBook Volume 5 – Surface Engineering. 9ª edição.
CHIAVERINI, Vicente. Aços e Ferros Fundidos. 5ª edição. São Paulo, Publicação da Associação Brasileira dos Metais, 1987.
Nitretação. Disponível em: <http://www.inforgel.com.br/si/site/0910>. Acesso em: 07 dez. 2011.
Nitretação. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Nitreta%C3%A7%C3%A3o>. Acesso em: 02 dez. 2011.
Metalab. Disponível em: <www.http://metalab.com.br/>. Acesso em: 09 dez. 2011.
A Arte da Nitretação, Disponível em: < http://www.slideshare.net/Isoflama/arte-da-nitretao>. Acesso em 14 dez. 2011.
HERRING, Daniel. Princípios de Nitretação a Gás (Parte 3). Industrial Heating, São Paulo: S+F, ano 4, nº 13, p. 68 – 71, out. 2011.
31
7 ANEXOS
7.1 Histórico da Empresa
A Empresa Metalab Análise de Materiais Ltda., sediada em Joinville/SC, iniciou suas atividades em fevereiro de 1999 atuando nas áreas de Consultoria Técnica e Análise de Materiais em metais, polímeros e cerâmicos. Possui ainda equipe de laboratório altamente treinada e qualificada, no campo de análise de materiais.
Com o visível desenvolvimento da Empresa, foi possível, em 2003, conquistar a Certificação da ISO 9001:2000 garantindo com mais precisão a qualidade das atividades realizadas. Sendo assim a partir do ano de 2009 a Metalab recebeu a certificação ISO 9001:2008 que atesta mais uma vez a qualidade e eficiência nas atividades realizadas. Hoje, a Empresa possui uma Equipe Técnica treinada e um Laboratório apto para atender às necessidades específicas dos Clientes.
A Metalab divide-se em três áreas de atuação:
Análise de Materiais: determinação de propriedades mecânicas (ensaio de impacto, tração e dureza), Análise Quantitativa de Macro e Microestruturas Metalográficas, Determinação da Composição Química de ligas ferrosas e não ferrosas, Teste de Salt Spray, Teste de Liquido Penetrante, Análise de Falha, etc.
Desenvolvimento de Softwares: A Metalab atua no Desenvolvimento de Softwares para Engenharia de Materiais a mais de cinco anos, com foco nas áreas de controle de Durezas, Metalografia Digital, Gestão de Processos de Soldadores e Macrografia Digital.
Consultoria Técnica: Especificação de Materiais, Usinagem, Tratamentos Térmicos, etc.
32 7.2 Diagrama de Equilíbrio Ferro-Nitrogênio
33 7.3 Cronograma de Estágio
