Aula Prática de Tratamento Térmico – Aço AISI 4340
Aula Prática de Tratamento Térmico: Aço AISI 4340
Objetivo
Analisar o efeito de diferentes meios de resfriamento no aço AISI 4340 em relação à microestrutura e dureza.
Material e Equipamentos Utilizados
- Material: Amostras de aço AISI 4340.
- Equipamentos:
- Forno para tratamento térmico com controle de temperatura.
- Recipientes para resfriamento com água, óleo e ar.
- Politriz e equipamento de metalografia.
- Solução de Nital 5% para ataque químico.
- Durômetro para ensaio de dureza.
Procedimentos Realizados
- Aquecimento:
- Amostras aquecidas a 850°C em forno controlado.
- Tempo de manutenção na temperatura: 30 minutos.
- Resfriamento:
- As amostras foram submetidas a diferentes meios de resfriamento:
- Água
- Óleo
- Ar
- Resfriamento controlado dentro do forno
- Amostra sem tratamento térmico (controle)
- Análise Metalográfica:
- As amostras foram preparadas para análise metalográfica com lixamento, polimento e ataque químico com Nital 5%.
- Observação das microestruturas ao microscópio óptico.
- Ensaio de Dureza:
- Realizado ensaio de dureza para todas as amostras utilizando escala Rockwell (HR).
Resultados e Discussão
Média de Dureza Rockwell (HRB e HRC)
A tabela abaixo apresenta os valores médios de dureza obtidos em diferentes pontos das amostras, considerando as condições de tratamento térmico realizadas:
Tabela de Dureza Rockwell (HRB e HRC)
| Condição | Dureza (HRB) | Dureza (HRC) |
|---|---|---|
| Sem TT | 62 HRB | - |
| Água | - | 45 HRC |
| Óleo | - | 38 HRC |
| Ar | - | 24 HRC |
| Forno | - | 33 HRC |
Análise Microestrutural
- Amostras resfriadas em água: Predominância de martensita.
- Amostras resfriadas em óleo: Microestrutura mista (martensita e bainita).
- Amostras resfriadas ao ar: Bainita e perlita grossa.
- Resfriamento controlado no forno: Perlita fina.
- Sem TT: Microestrutura ferrítica e perlítica.
Gráficos de TTT (Time-Temperature-Transformation)
Diagrama TTT do Aço AISI 4340
O diagrama TTT apresenta as transformações de fase do aço AISI 4340 em função do tempo e da temperatura, sendo fundamental para compreender as mudanças microestruturais decorrentes do tratamento térmico.
Análise do Diagrama:
- A rápida taxa de resfriamento em água levou à formação predominante de martensita.
- O resfriamento em óleo resultou em martensita parcial, com bainita em menor proporção.
- No resfriamento ao ar e dentro do forno, predominaram bainita e perlita, respectivamente.
Micrografias das Amostras
Micrografias Obtidas com Ataque de Nital 5%
As micrografias abaixo ilustram as estruturas resultantes do tratamento térmico sob diferentes condições de resfriamento.
| Condição de Resfriamento | Micrografia | Descrição |
|---|---|---|
| Água |  | Estrutura predominantemente martensítica. |
| Óleo |  | Mistura de martensita e bainita. |
| Ar |  | Estrutura bainítica com traços de perlita. |
| Forno |  | Predominância de perlita fina. |
| Sem TT |  | Microestrutura ferrítica e perlítica. |
Nota:
As micrografias foram capturadas com aumento de 100x a 600x, utilizando solução de Nital 5% para ataque químico.
Ampliação de 100x
Mostra uma distribuição uniforme de grãos perliticos finos.A transição lenta no forno favorece a homogeneidade microestrutural.
Ampliação de 400x
Estrutura perlitica contínua, sem a presença de martensita, que seria esperada em resfriamentos mais rápidos.
Detalhes mais evidentes das lamelas de cementita, bem definidas devido ao resfriamento lento.
Fases Presentes:
Ferrita: Algumas áreas podem apresentar ferrita em bordas ou grãos isolados, típica de resfriamento controlado que permite a segregação.
Perlita fina: A microestrutura apresenta regiões com camadas finamente espaçadas de ferrita e cementita, características da perlita fina, devido ao resfriamento lento no forno.
O resfriamento lento no forno favoreceu a formação de perlita fina e ferrita, estruturas características de equilíbrio térmico. A ausência de martensita indica que a taxa de resfriamento foi muito abaixo da crítica para essa transformação.
Conclusões preliminares
- Os gráficos de TTT reforçam a importância do controle de resfriamento para atingir as propriedades desejadas no aço.
- As micrografias comprovam a correlação entre os meios de resfriamento e as microestruturas formadas.
Conclusão
O experimento demonstrou a influência significativa do meio de resfriamento na microestrutura e nas propriedades mecânicas do aço AISI 4340. Resfriamentos rápidos resultaram em maior dureza devido à formação de martensita, enquanto resfriamentos mais lentos favoreceram estruturas menos duras, como bainita e perlita.
Referências
- GROSSMANN, M. A.; BAIN, E. C. Atlas of Time-Temperature Diagrams for Irons and Steels. Cleveland: American Society for Metals, 1993.
- VAN DER VOORT, G. F. Atlas of Isothermal Transformation and Cooling Transformation Diagrams. Metals Park, Ohio: ASM International, 1984.
