caracterização aço ferramenta microscopia.pdf

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁCAMPUS UNIVERSITÁRIO DO SUL E SUDESTE DO PARÁ – MARABÁ -II

DISCIPLINA: CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL DE MATERIAISDOCENTE: CLÁUDIO ALVES DE SIQUEIRA FILHO

FACULDADE DE ENGENHARIA DE MATERIAIS – FEMAT

MYCHELLANGELO DOS SANTOS SOARES MAT: 06123002807

RELATÓRIO TÉCNICO:CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL

DO AÇO FERRAMENTA RÁPIDO

Marabá-PA.Dezembro-2008.

CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL DO AÇO FERRAMENTA RÁPIDO

DISCENTES:MYCHELLANGELO DOS SANTOS SOARES

ESTE RELATÓRIO TÉCNICO: CARACTERIZAÇÃO DO AÇO FERRAMENTARÁPIDO APRESENTAR-SE-Á COMO REQUISITO PARA AVALIAÇÃO DA DISCIPLINA CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL DE MATERIAIS, ORIENTADO PELO PROFESSOR CLÁUDIO ALVES DE SIQUEIRA FILHO.

Marabá-PA.Dezembro-2008

CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL DO AÇO FERRAMENTARÁPIDO

1. OBJETIVO

Analisar a microestrutura do aço ferramenta rápido, identificar a sua composição e

características.

2. INTRODUÇÃO TEÓRICA

Os aços-ferramentas são aqueles utilizados nas operações de corte, formação,

afiação e quaisquer outras relacionadas com a modificação de um material para um

formato utilizável. Estes aços se caracterizam pelas suas elevadas dureza e resistência à

abrasão geralmente associadas à boa tenacidade e manutenção das propriedades de

resistência mecânica em elevadas temperaturas.

Estas características normalmente são obtidas com a adição de elevados teores de

carbono e ligas, como tungstênio, molibdênio, vanádio, manganês e cromo. Boa parte

dos aços-ferramenta é forjada, mas alguns também são fabricados por fundição de

precisão ou por metalurgia do pó. A seleção da matéria-prima para a fabricação dos

aços ferramentas é um fator importante do processo, e a sua seleção costuma ser

cuidadosamente realizada inclusive na utilização de sucata.

A fusão dos aços-ferramentas é realizada, normalmente, em quantidades

relativamente pequenas nos fornos elétricos, tomando-se um especial cuidado com as

tolerâncias de composição química e homogeneidade do produto final. Estas e outras

particularidades tornam o aço-ferramenta um material de custo mais elevado do que os

aços comuns.

Os aços ferramenta representam um importante segmento da produção siderúrgica

de aços especiais. Os aços rápidos são ainda uns dos mais importantes materiais usados

na produção de ferramentas de corte (ferramentas de fresadoras, torno, plaina, mandris,

alargadores e outros), em torneamento de peças com diâmetro reduzido e são também

utilizados em processos de trabalho a frio.

2.1. Classificação AISI

A classificação mais vulgarmente usada para referenciar aços-ferramenta é a da

AISI, apresentada na tabela 1 e que se baseia simultaneamente na aptidão à têmpera, nas

aplicações, nas características específicas e na composição química.

Tabela 1: Classificação AISI dos aços-ferramentaGRUPO SIMBOLO

Aço de Tempera em água WAço Resistente ao choque SAço para trabalho a frioAço de tempera em óleo OAço em tempera ao ar AAço de alto C e alto Cr DAço para trabalho a quente HAço ao Cr H1 – H19Aço ao W H20 – H39Aço ao Mo H40 – H59Aço de corte rápidoAço ao W TAço ao Mo MAço para fins especiaisAço de baixa- liga LAço para moldes PAço extraduro F

2.2. Aços Rápidos

A denominação aço rápido é devido a sua capacidade de reter elevada dureza

mesmo quando utilizada em processos de usinagem com alta velocidade. Este material

pode ser endurecido até um nível de 1000 HV (65 a 70 HR). Outra característica é que

nenhum amolecimento apreciável ocorre até que as temperaturas alcancem

aproximadamente 600 ºC.

A produção convencional do aço rápido consiste na fusão e na produção de

pequenos lingotes para reduzir as segregações na peça. A estrutura bruta de fusão dos

aços rápidos caracteriza-se pela presença de dendritas de austenita envoltas numa rede

de carbonetos primários. Após sofrerem trabalho mecânico de laminação ou forjamento,

este aço fundido alcança uma dureza de 18 a 25 HRC. Sua dureza é aprimorada com um

complexo tratamento térmico, podendo obter valores de 60 a 70 HRC. O resultado é um

aço com microestrutura heterogênea e de grão grosseiro. Os tratamentos termo

mecânicos de forjamento e laminação proporcionam uma estrutura de fina dispersão de

carbonetos em uma matriz ligada, mas com estruturas em bandas, que propiciam

problemas de controle dimensional, variações de dureza e de outras propriedades

mecânicas na mesma peça.

O aço rápido foi descoberto por Fred W. Taylor no início do século XX, através

de pesquisas desenvolvidas juntamente com White na Bethelehem Steel Corporation,

que tinham o objetivo de obter um aço que permitisse usinar em condições severas,

visando aumentar o rendimento de fabricação, através da melhoria dos tratamentos

térmicos. O aço rápido foi apresentado mundialmente na Exposição Mundial de Paris

em 1900, onde as suas qualidades causaram estupefação.

Em 1910, foi definido o primeiro aço rápido por padrões modernos, o qual tinha

uma composição 18-4-1 (18% de tungstênio, 4% de cromo, 1% de vanádio e 0,7% de

carbono). Este tipo de material recebeu a denominação de T1.

Entre 1940 e 1952, por causa da escassez do tungstênio durante a Segunda Guerra

mundial, o molibdênio passou a substituir parcialmente o tungstênio, resultando

diversos tipos representados pela letra “M” (por exemplo, M1, M2). No caso do aço

rápido T1, o molibdênio passou a substituir 1/3 do tungstênio, ou seja, por 5% de

molibdênio, o vanádio aumentou para 2% e 0,85% para carbono. Como o molibdênio

possui menor preço, e pelo fato de participar na composição com a metade da

porcentagem do tungstênio (por ter aproximadamente a metade do peso específico do

tungstênio) fazem com que os aços rápidos ao molibdênio sejam mais baratos do que os

aços ao tungstênio, para propriedades equivalentes.

2.3. Classificação dos Aços Rápidos

Os aços rápidos são classificados em dois grupos distintos segundo a American

Iron and Steel Institute (AISI):

- Aços rápidos ao Tungstênio, ou grupo T: os seus os principais elementos de

liga são o tungstênio, o cromo, o vanádio, o cobalto e o carbono;

- Aços rápidos ao Molibidênio, ou grupo M: os seus principais elementos de

liga são o molibdênio, além dos outros já citados no grupo T. Os aços rápidos ao

Molibdênio apresentam também uma subdivisão, denominadas de aços rápidos

intermediários. Os aços rápidos intermediários apresentam menores teores de elementos

de liga e que são aplicados onde a resistência ao desgaste dos aços-carbono não é

satisfatória e o custo dos aços rápidos é muito elevado, como ferramentas de corte para

madeira.

As principais composições químicas dos aços rápidos ao tungstênio e ao

molibdênio estão representadas na Tabela 2. Os dois grupos são equivalentes em

desempenho, porém os aços rápidos do grupo M têm tenacidade um pouco maior que os

aços do grupo T (quando temperados para obter a mesma dureza), além do menor custo

inicial relata que o custo dos aços rápidos do grupo M é 40% inferior em relação aos

aços do grupo T similares.

Tabela 2: Composições químicas dos aços rápidos dos grupos M à base de molibdênio e T à base de tungstênio.

2.4. Efeito dos Elementos de Liga nos Aços Rápidos

As boas propriedades de resistência ao desgaste estão relacionadas com os 20

elementos de liga, os quais têm grande complexidade. A seguir, tem-se um resumo dos

efeitos dos principais elementos de liga dos aços rápidos:

- Carbono: é o principal elemento constituinte de qualquer aço e responsável pela

capacidade de temperabilidade. O teor de carbono nos aços rápido varia

aproximadamente entre 0,70% a 1,60%. Os teores mais baixos de carbono podem

causar uma dureza inferior no estado temperado, conseqüentemente resultando em

menor dureza no estado revenido. Se aumentar a quantidade de carbono, também

aumenta a formação de carbonetos complexos, os quais resultam na obtenção de maior

dureza e resistência ao desgaste. Porém, quanto mais elevado for o teor de carbono,

maior será a quantidade de austenita retida no estado temperado. Isto exigirá

temperaturas de revenido muito elevadas e tempos mais longos. A presença elevada de

carbono favorece a tendência à descarbonetação, se não tomadas as precauções

necessárias. Dependendo da porcentagem de carbono e da atmosfera utilizada no

tratamento térmico, uma pequena descarbonetação superficial pode ocorrer, a qual às

vezes é provocada propositalmente entre 980 e 1095ºC para melhorar a dureza

superficial. Mas devemos ter muito cuidado com certos tipos de ferramenta como

brocas e alargadores. Este tipo de fenômeno pode provocar fragilidade indesejável na

cunha cortante e falhas prematuras.

- Molibdênio e Tungstênio: formam muitos compostos no diagrama de fase com

o ferro. Quando combinados com o carbono, estes elementos formam carbonetos

estáveis e complexos, que é a principal característica deste grupo de aços. O tipo de

carboneto prevalecente é o M6C. Este carboneto é responsável pela alta resistência ao

desgaste do aço rápido. A principal ação do tungstênio é conferir dureza a quente à

ferramenta de aço rápido. O molibdênio é utilizado como substituto parcial do

tungstênio, ou seja, 1 % de molibdênio pode substituir 1,6 a 2,0% de tungstênio. O

molibdênio pode causar descarbonetação do aço durante o tratamento térmico, o que se

recomenda à utilização de banhos de sal. A austenita residual nos aços rápidos ao

molibdênio é menos estável que nos aços ao tungstênio, pois o revenido acontece em

uma temperatura aproximadamente 15ºC menor.

- Cromo: seu teor é de aproximadamente de 4% nos aços rápidos. O seu papel é

aumentar a temperabilidade nos aços rápidos, tornando possível o seu endurecimento

completo, mesmo ao ar e com secções relativamente grandes. Este elemento também

melhora o endurecimento secundário devido à precipitação de carbonetos do tipo

M23C6 durante o revenido, reduz as variações dimensionais durante os tratamentos

térmicos e retarda o amolecimento na faixa de revenimento entre 530°C e 600°C.

Historicamente, o cromo foi adicionado para melhorar a tenacidade, prevenir a oxidação

durante a austenitização em alta temperatura e promover um endurecimento secundário.

- Vanádio: é um elemento sempre presente no aço rápido. O seu principal efeito é

produzir carbonetos de vanádio muito duros, normalmente do tipo MC, embora sua real

composição esteja perto de V4C3. Estas são importantes, pois promovem a resistência à

abrasão. O vanádio reforça a dureza secundária e ajuda no controle do crescimento de

grão. Para evitar a depreciação de carbono na matriz, é importante avaliar se existe a

quantidade suficiente de carbono para que satisfaça o vanádio, além do exigido para o

endurecimento (ou estado temperado). A cada 1% de vanádio adicional, é necessário um

adicional de 0,25% de carbono. O carbono e o vanádio são dois elementos cruciais que

determinam as propriedades e a vida útil dos aços rápidos.

- Cobalto: é utilizado para a elevação da temperatura da linha solidus no diagrama

de fases, o que permite à utilização de temperaturas de austenitização mais elevadas e

conseqüentemente a dissolução de uma maior quantidade de carbonetos, aumentando a

dureza secundária e a estabilidade térmica. O cobalto pode causar aumento na tendência

à descarbonetação, dificuldade em afiar as ferramentas e causar ainda redução na

tenacidade e ductilidade. Mas o seu emprego é justificado pela melhora na capacidade

de corte em temperaturas elevadas, aumentando a resistência ao amolecimento a quente.

Os teores típicos estão entre 5 a 12%, sendo que as adições de até 5% são as que

fornecem as maiores melhorias em propriedades. Para adições acima de 8% a melhora

nas propriedades é muito pequena. Outro efeito das adições de cobalto é o aumento da

quantidade de austenita retida, tanto no estado temperado quanto no revenido.

- Titânio, Nióbio e Tantálio: são também outros elementos formadores de

carbonetos conhecidos. Eles podem formar carbonetos muito estáveis do tipo MC,

promovendo elevada resistência ao desgaste.

2.5. Microconstituintes dos Aços

Os constituintes básicos dos aços são:

- Austenita: (do nome do metalurgista inglês Robert – Austen), nos aços comuns,

só é estável acima de 727°C; consta de uma solução sólida de carbono no ferro gama e

apresenta uma estrutura de grãos poligonais irregulares; possui boa resistência mecânica

e apreciável tenacidade; é não magnética.

- Ferrita: (do latim “ferrum”) é ferro no estado alotrópico alfa, contendo em

solução traços de carbono; apresenta também uma estrutura de grãos poligonais

irregulares; possui baixa dureza e baixa resistência à tração, cerca de 28 Kgf/mm2 (270

MPa), mas excelente resistência ao choque e elevado alongamento.

- Cementita: (do latim “caementum”) é o carboneto de ferro Fe3C contendo

6,67% de carbono; muito dura (na escala Moh’s ocuparia aproximadamente o lugar do

feldspato), quebradiça, é responsável pela elevada dureza e resistência dos aços de alto

carbono, assim como pela sua menor ductilidade. Possui estrutura cristalina

ortorômbica.

- Perlita: (nome devido à “nuance” de cores de madrepérola que esse constituinte

frequentemente apresenta ao microscópio) é a mistura mecânica de 88,5% de ferrita e

11,5% de cementita, na forma de lâminas finas (de espessura raramente superior a um

milésimo de milímetro) dispostas alternadamente. As propriedades mecânicas da perlita

são, portanto, intermediárias entre as da ferrita e da cementita, dependendo, entretanto,

do tamanho das partículas de cementita. Sua resistência à tração é, em média, 75 Kgf/

mm2 (740 MPa). A proporção de perlita num aço cresce de 0% para ferro até 100% para

aço eutetóide (0,77% de carbono), de modo que um aço com 0,5% de carbono, por

exemplo, apresentará cerca de 65% de perlita.

- Martensita: apresenta um reticulado tetragonal e sua dureza é muito elevada,

podendo atingir 65 a 67 Rockwell C. Sua resistividade térmica é consideravelmente

mais alta que a dos conglomerados ferrita-cementita, qualquer que seja o seu grau de

dispersão. Sua elevada dureza é devido a diversos fatores como:

- precipitação de particulas submicroscópicas de carboneto de ferro da solução

sólida gama e retenção dessas partículas na forma de uma solução sólida supersaturada

no reticulado do ferro alfa (formado no esfriamento) onde atuam como espécies de

“chavetas”, impedindo o escorregamento;

- distorção do reticulado;

- tensões internas;

- tamanho de grão muito pequeno.

- Bainita: que é formada na temperatura entre 550 e 200°C, varia de aspecto, que

vai desde um agregado de ferrita em forma de pena e carboneto de ferro muito fino, em

torno de 450°C, até um constituinte em forma de agulhas com coloração escura (em

torno de 200°C) e sua dureza varia de 40 a 60 Rockwell C. Na parte mais baixa do

diagrama TTT, a bainita caracteriza-se pela excelente ductilidade e resistência ao

choque, com durezas elevadas, acima mesmo de 50 Rockwell C.

- Ledeburita: é um equilíbrio de duas fases: austenita de um lado e cementita

(Fe3C) do outro. Esse eutético cristalizado é constituído de um fundo de cementita com

aproximadamente 6,7% de carbono e cristais dendríticos de austenita, contendo 2% de

carbono. Nos ferros fundidos brancos, é um constituinte formado de pequenos glóbulos

de perlita, sobre um fundo de cementita; por isso apresenta elevada dureza.

3. EQUIPAMENTOS

Para a caracterização microestrutural e mecânica aço ferramenta fez-se uso dos

seguintes equipamentos, cujas imagens estão apresentadas na Figura 1:

- Máquina de corte de precisão com disco diamantado (diâmetro = 100 mm)

- Prensa automática para embutimento a quente de amostra para metalografia

- Lixadeira manual

- Politriz motorizada (baixa rotação-125 rpm e alta rotação-250 rpm)

- Microscópio metalográfico para análise de imagens digital QUIMIS®

- Microdurômetro para ensaio de microdureza Vickers, Knoop e Brinnel

4. MATERIAIS

4.1. Materiais de Consumo: baquelite em pó para embutimento das amostras, lixas

(100, 220, 400, 800 e 1200 mesh), detergente, álcool, pano de polimento para uso com

pasta de diamante (1µm) e alumina (1µm), solução de ácido nítrico a 1% em álcool

etílico - Nital e solução de ácido pícrico a 4% em álcool etílico – Picral.

4.2. Características Geométricas:

O material destinado a análise microestrutural foi uma ferramenta de perfuração,

uma broca, que possuía 34,45 mm de comprimento e diâmetro de 4 mm. O corte

realizado na peça, para a retirada da amostra, foi feito na seção transversal da mesma, e

o tamanho da amostra retirada segue os requisitos para preparação de amostra, os quais

indicam que área da amostra em estudo não deve exceder 1cm2. A Figura 2 apresenta os

aspectos físicos da peça antes do corte.

(c)(a) (b)

Figura 1: (a)Máquina de corte de precisão; (b) Prensa automática para embutimento a quente; (c) Lixadeira manual; (d) Politriz; (e) Microscópio metalográfico; (f)

Microdurômetro

(f)(d) (e)

4.3. Características do Material

AISI M2 é o aço ferramenta

espirais, serras para metais

acrílico, alumínio, ferro fundido, metais e plástico

molibdênio e tungstênio, com excelente tenaci

destinado a uma grande variedade de aplicações. A dureza superficial, na condição

temperada pode alcançar 66,0 HR

nitretação em banho de sal, em gás ou com plasma.

química do aço em estudo, AISI M2

Tabela 2: Composição do aço ferramenta AISNúmero

AISINúmero

SNU CM2 T11302 0,95

1,05a O restante da composição é constituído por ferro. As concentrações de manganês variam entre 0,10 e 1,4%p e as concentrações de silício estão entre 0,20 e 1,2%p.

O aço M2, assim como, os aços ferramentas de um modo geral são submetidos

aos tratamentos térmicos de têmpera e revenimento para alcançar as propriedades

desejadas (elevada dureza e resistência ao desgaste). Um ciclo de tratamento térmico

realizado nas ferramentas de aço rápido está demonstrado na Figura 3.

l=34,45 mm

d=4 mm

Características do Material

é o aço ferramenta amplamente utilizado na fabricação de brocas

rais, serras para metais, ferramentas de torno e plaina para furações de madeira,

alumínio, ferro fundido, metais e plástico. É um aço rápido ligado ao

molibdênio e tungstênio, com excelente tenacidade e ótimas propriedades de corte,


temperada pode alcançar 66,0 HR, podendo ser ampliada mediante a utilização de

nitretação em banho de sal, em gás ou com plasma. A Tabela 2 apresenta a composição

do aço em estudo, AISI M2.

Tabela 2: Composição do aço ferramenta AISI M2Composição (%p)a

C Cr Ni Mo W95 -

1,053,75 –4,50

0,30 máx. 4,50 –5,50

5,50 6,75

O restante da composição é constituído por ferro. As concentrações de manganês variam entre 0,10 e e as concentrações de silício estão entre 0,20 e 1,2%p.


térmicos de têmpera e revenimento para alcançar as propriedades

(elevada dureza e resistência ao desgaste). Um ciclo de tratamento térmico

realizado nas ferramentas de aço rápido está demonstrado na Figura 3.

Local do corte

Figura 2: Aspectos físicos da peça antes do corte

amplamente utilizado na fabricação de brocas

furações de madeira,

. É um aço rápido ligado ao

dade e ótimas propriedades de corte,


, podendo ser ampliada mediante a utilização de

2 apresenta a composição

W V5,50 –6,75

1,75 –2,20

O restante da composição é constituído por ferro. As concentrações de manganês variam entre 0,10 e


térmicos de têmpera e revenimento para alcançar as propriedades

(elevada dureza e resistência ao desgaste). Um ciclo de tratamento térmico

s da peça antes do corte

5. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

5.1. Preparação da Amostra

O primeiro passo para a obtenção de um bom resultado é a escolha e

adequada da amostra, a qual deve representar a peça em estudo, o que indica que a

amostra não deve sofrer nenhuma alteração em sua estrutura.

análise foi uma broca de aço ferramenta para madeira.

5.1.1. Corte

Esta etapa tem como objetivo cortar o corpo de prova do tamanho e formato

desejado. O corte da amostra foi realizado em máquina de corte de precisão com disco

de diamante, tendo água como fluido refrigerante, para evitar aquecimento excessivo do

material e introdução de deformações plásticas e mec

Um aspecto importante é a escolha de seção

cortada na seção transversal

material, homogeneidade da seção, contornos de grãos e outras estruturas.

5.1.2. Embutimento

O embutimento de amostras metalográficas é de grande importância, pois além de

facilitar o manuseio de peças pequenas, evita que corpos de prova com arestas rasguem

Figura 3: Esquema do processo

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Preparação da Amostra

O primeiro passo para a obtenção de um bom resultado é a escolha e


amostra não deve sofrer nenhuma alteração em sua estrutura. O material destinado à

análise foi uma broca de aço ferramenta para madeira.

como objetivo cortar o corpo de prova do tamanho e formato



deformações plásticas e mecânicas na superfície da amostra.

Um aspecto importante é a escolha de seção para o corte, a amostra nos cedida foi

na seção transversal, pois nesta é possível realizar análises sobre a natureza do

da seção, contornos de grãos e outras estruturas.

Embutimento



Figura 3: Esquema do processo de tratamento térmico das ferramentas de aço rápido

O primeiro passo para a obtenção de um bom resultado é a escolha e preparação


O material destinado à

como objetivo cortar o corpo de prova do tamanho e formato



ânicas na superfície da amostra.

para o corte, a amostra nos cedida foi

, pois nesta é possível realizar análises sobre a natureza do

da seção, contornos de grãos e outras estruturas.



de tratamento térmico das

a lixa e o pano de polimento. A amostra de aço ferramenta foi embutida em baquelite

(material termofixo) por meio de uma prensa automática para embutimento a quente.

5.1.3. Lixamento

O lixamento é essencialmente o processo de preparação de uma superfície lisa e

plana da amostra metalográfica para o subseqüente polimento. A amostra foi lixada

seguindo a seguinte seqüência de lixas (100, 220, 400, 800 e 1200 mesh), mudando de

direção (90°) em cada mudança de lixa até desaparecem os traços da lixa anterior. O

lixamento foi realizado em lixadeira manual via úmido, o que facilita o lixamento,

evitando o aquecimento e a formação de poeira no ar.

5.1.4. Polimento

Consiste na obtenção de uma superfície lisa isenta de riscos, de modo a se obter

uma imagem clara ao microscópio. O polimento realizado foi mecânico manual, usando

uma politriz motorizada de baixa e alta rotação (125 e 250 rpm, respectivamente),

utilizando como material de polimento alumina (1µm) e pasta de diamante (1µm).

5.1.5. Microdureza ASTM E 384

A microdureza é a medida da dureza de formações microscópicas ou cristais de

metais e seções extremamente delgadas. O processo consiste em trazer a superfície do

material altamente polida e/ou atacada para baixo de uma ponta de diamante, lapidada

com precisão, em três facetas, formando entre si um ângulo sólido, reto, sendo o ponto

de interseção a ponta de trabalho, sob a pressão determinada de 3 gramas, para os casos

comuns, e 9 gramas para materiais duros, durante um tempo de 15 segundos.

O ensaio de dureza é um controle indispensável no exame e seleção de materiais.

O método de microdureza Vickers é o mais usado para o estudo das fases de uma

estrutura, geralmente trabalhando com cargas que oscilam entre 0,005 a 0,2 Kg. Este

método está baseado na resistência que um material oferece à penetração de uma

pirâmide de diamante de base quadrada e ângulo entre faces de 136°, sob uma

determinada carga. O valor da dureza Vickers (HV) é o quociente da carga aplicada F

pela área de impressão S:

= ⁄

Para a medição da microdureza a amostra preparada é colocada na platina do

microscópio, a carga de ensaio é selecionada e então aplicada sobre a área de medição

por cerca de 10 a 30 segundos.

O ensaio mecânico de microdureza realizado sob carga de 1,96 N ou

0,2 ⁄ aplicada durante 10 segundos, forneceu os resultados, que estão

apresentados na Tabela 2:

Tabela 2: Resultados para o teste de microdureza

Utilizando os dados da tabela de conversões de dureza para alguns tipos de aços [1]

verificou-se que o material possui 66,4 HR, resultado esse que se encontra como

referência para aços rápidos AISI M2 [2,4].

5.1.6. Ataque Químico

O exame posterior de uma superfície bem polida, em geral, não revela traços de

suas características estruturais, quer em exame visual (macro), quer em exame óptico

(micro). Para obter-se uma visão conveniente dentro da estrutura, a superfície polida

deve ser tratada de modo a “tornar visível as partes química e fisicamente distintas e

aumentar ou diminuir os contrastes ópticos entre os vários componentes estruturais”.

O método comum para o desenvolvimento da estrutura cristalina para exame

microscópico é o do emprego de um reagente químico. Se uma amostra

convenientemente preparada for examinada ao microscópio antes de atacada pelo

reagente, ela apresentará poucos detalhes aparentes da estrutura.

Segundo dados disponíveis na literatura [2] o ataque químico para aços

ferramentas é realizado de acordo com as indicações na Tabela 3.

Dureza Vickers - HV

[ ]⁄921

829

936

872

839

Média HV

879,4

Tabela 3: Ataques químicos para aço ferramentaReagentes Procedimentos

Nital – 1% HNO3 em álcool etílico Ataque por imersãoPicral – 4% Ácido Pícrico em álcool etílico Ataque por imersão

Villela Ataque por imersão

6. RESULTADOS

- Análise Microestrutural

A análise microestrutural da peça foi realizada no microscópio ótico

metalográfico para análise de imagens digitais QUIMIS® com auxílio do software Motic

Images Plus 2.0, o qual permite aumentos de 40X, 100X, 200X, 400X E 800X.

Os aços rápidos são constituídos basicamente de duas fases, uma matriz tenaz e

materiais de reforços presentes em uma segunda fase dispersa composta por carbetos.

Em alguns casos os carbetos não têm reatividade com o material da matriz por não

ocorrer ligação matriz reforço, o que acaba por favorecer a formação de poros. A Figura

4 apresenta uma análise por microscopia ótica da amostra de aço rápido após o

polimento, sem o ataque químico, apresentando porosidades de tamanhos variados

distribuídas na superfície da amostra.

Na Figura 5, o ataque com nital 1% durante 1s revelou a presença de precipitados

de carbetos de molibdênio (possivelmente do tipo M2C e MC) finamente dispersos tanto

na martensita quanto na austenita retida. As setas indicam os precipitados de carbetos de

molibdênio.

Figura 4: Microestrutura do aço rápido M2 sem ataque químico, após polimento. As setas indicam porosidade. Aumento 100X.

100 µm 100 µm

Para uma condição de dureza de 66,4%, o AISI M2, deve ser tratado a 1260 °C

(2300 °C) pó 5 min em banho de sais e óleo temperado e duplo revenimento a 540 °C [2]. No resfriamento subseqüente ao revenimento parte da austenita transforma-se em

martensita condicionada pelas reações que ocorreram durante este processo. Deste

modo, um novo ciclo se faz necessário com o intuito de revenir a martensita então

formada (chamada de martensita secundária). Como a quantidade de austenita retida

após o primeiro ciclo é geralmente alta, aplica-se um segundo ciclo. O resultado após

este ciclo é a quantidade apreciável de martensita não revenida (chamada agora de

martensita terciária). Na Figura 6 o ataque com 1% nital / Villela revela o início da

fusão dos contornos de grão da austenita, e traços de martensita e carbetos não

dissolvidos durante o aquecimento. . O grande coalescimento dos carbonetos acaba

praticamente desaparecendo com os contornos da martensita. As setas indicam os

carbetos não dissolvidos, e os círculos traços de martensita.

Figura 5: AISI M2, ataque com nital a 1% 1s. Aumento 800X

10 µm

10 µm

10 µm

Figura 6: AISI M2, ataque com 1% nital / Villela, 1s. Aumento 800X

O ataque com picral 4% atua na detecção de carbonetos não dissolvidos durante o

aquecimento e de precipitados dispersos na matriz de M2. As formas globulares e

escuras são os precipitados, e as pequenas placas com contornos não muito nítidos são

carbetos não dissolvidos.

7. CONCLUSÕES

Após a preparação e análise do corpo de prova identificamos que o material trata-

se de um aço ferramenta rápido ao molibidênio, AISI M2. Esta classificação foi possível

através do ensaio mecânico de dureza Vickers, a qual indicou uma elevada dureza,

aproximadamente de 879,4 ⁄ que convertida à dureza Rockel tem um valor

aproximado de 66,4 ⁄ , valor médio tabelado para os aços AISI M2. A

comparação das imagens obtidas com as microestruturas disponíveis na literatura

permite afirmar que a amostra perfaz o perfil, do aço AISI M2, isto é, microestruturas

com pequenos precipitados de carbonetos de molibdênio dispersos sobre a matriz

(austenita e martensita).

8. REFERÊNCIAS

[1]. GARCIA, A.; SPIM, J. A.; DOS SANTOS, C. A. Ensaios dos Materiais.

Livros Técnicos e Científicos Editora S.A. Rio de Janeiro, 2000.

[2]. Metals Handbook – Tool Steels: Metallographic Techniques and

Microstructures, pp. 478-513, v.9. 8o. Ed. 1998.

Figura 5: AISI M2, ataque picral a 4%. (a) 1s; (b) 3s. Aumento 800X

10 µm 10 µm

(a) (b)

[3]. CALLISTER, W. D. Fundamentos da Ciência e Engenharia de Materiais:

uma abordagem integrada. Tradução Sérgio Murili Stamile Soares. Livros

Técnicos e Científicos S.A. Rio de Janeiro, 2006.

[4]. Aço AISI M2. Disponível em: <http://www.favorit.com.br/aisim2.php?id=61>.

Acesso em 14 de Dezembro de 2008.

[5]. MACIEL, J. C. Aços Ferramentas e suas Propriedades. Disponível em:

<http://www.infomet.com.br/h_acos_ferramenta.php>. Acesso: 22 de Setembro de

2008.

[6]. OLIVEIRA, A. S. D. Aços Ferramentas. UFPR. Disponível em:

<<http://www.ufpr.br>>. Acesso em: 22/09/2008.

[7]. AISI M2. Disponível em: <http://translate.google.com.br/translate?hl=pt-

BR&langpair=en|pt&u=http://www.bucorp.com/aisi_m2_c.htm&prev=/translate_s%3Fhl%

3Dpt-

BR%26q%3DAISI%2BM2%26tq%3DAISI%2BM2%26sl%3Dpt%26tl%3Den%26safe%3

Doff>. Acesso em 14 de Dezembro de 2008

Documents

caracterização aço ferramenta microscopia.pdf