Summary of results and reinterpretation of previous empirical evidence

Neste capítulo apresentar-se-á a composição química, microestrutural e mecânica dos vergalhões utilizados neste trabalho no seu estado de entrega.

5.1.1 Caracterização química

As análises químicas dos aços foram realizadas na UFOP e relacionadas com suas respectivas especificações. A Tabela 5.1 apresenta a composição química dos vergalhões fabricados a partir dos aços SAE 1030 e SAE 1015 (0,78%Mn) utilizados neste trabalho (ABNT/SAE J403, 2001; AWS D1.1/D1.1M, 2010).

Tabela 5.1: Composição química dos aços SAE 1030 e SAE 1015 (% em peso).

Aço C Mn Si P S Cu Cr Ni Mo Ceq

SAE 1030 0,28 0,67 0,18 0,028 0,024 0,250 0,080 0,050 0,090 0,41 SAE 1015 0,16 0,78 0,16 0,018 0,013 0,005 0,006 0,005 0,010 0,29

Constata-se que o aço SAE 1030 apresenta o teor de carbono no limite mínimo de sua especificação (0,28%) e que o aço SAE 1015 apresenta o manganês acima de sua especificação máxima (0,60%). A intenção de trabalhar com o carbono próximo do mínimo especificado para a aplicação em vergalhões é se conseguir boas condições de soldabilidade do material. O carbono equivalente foi calculado com base na norma AWS D1.1/D1.1M, 2010. O teor de carbono dos aços recomendados para a confecção de vergalhões deve ser inferior a 0,25% em massa, e os demais elementos devem ser relacionados com o carbono equivalente (Ceq), nunca ultrapassando o valor de 0,45%, para assim não comprometer propriedades como a soldabilidade do aço (SIMON et al., 1984).

O aumento no teor de manganês do aço SAE 1015 se deu com a intenção de melhorar a sua temperabilidade e a resistência mecânica, visto que o teor de carbono deste aço é baixo. Outro ponto positivo é que o manganês não interfere de maneira significativa na soldabilidade do vergalhão, conferindo assim, melhores resultados em soldagem, porém deve-se ter um controle muito preciso sobre o teor de enxofre para que não haja formação exagerada de inclusões de sulfeto de manganês (ALVES FILHO, 2004; ZAKY, 2008).

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5.1.2 Macrografia dos vergalhões no estado de entrega

A Figura 5.1 apresenta macrografias dos vergalhões fabricados a partir dos aços SAE 1030 e SAE 1015 (0,78%Mn) em seu estado de entrega, ou seja, após serem submetidos ao processo Tempcore. Pode-se observar uma variação de tonalidade da superfície para o centro de ambos os vergalhões que está associada ao gradiente microestrutural promovido pelo processo de laminação e pelo perfil de resfriamento pós-laminação. A microestrutura compósita normalmente se apresenta em três zonas principais (ALVES FILHO, 2004 e CADONI et al. 2013), podendo todas elas serem observadas na Figura 5.1. Nas Figuras 5.1-a e 5.1-d, visualizam-se as micrografias das amostras A e B após ataque químico, nas Figuras 5.1-b e 5.1-e observam-se as regiões em contraste e nas Figuras 5.1-c e 5.1-f é possível destacar a região de formação da coroa martensítica logo após contato com água. Os valores encontrados para espessura da coroa martensítica formada é de 0,84mm para a amostra A (Figura 5.1-c) e de 0,56mm para a amostra B (Figura 5.1-f). Era de se esperar um valor maior para a amostra A, pois teores mais elevados de carbono tendem a baixar as linhas Ms e Mf,

favorecendo assim a formação da martensita. Se levado em conta que os demais elementos de liga favorecem a temperabilidade dos aços, assim sendo, o SAE 1030 apresenta também grande vantagem sobre o aço SAE 1015, pois possui teores mais elevados para estes elementos.

Figura 5.1: Principais regiões dos vergalhãos SAE 1030 e SAE 1015 (0,78% Mn) (a) e (d) macrografias após ataque químico, (b) e (e) delineação das principais regiões, e (c) e (f) região da coroa martensítica – Ataque:

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5.1.3 Caracterização microestrutural dos vergalhões no estado de entrega

As amostras A e B foram microestruturalmente caracterizadas com o objetivo de se identificar os constituintes decorrentes dos processos de transformação mecânica e dos tratamentos térmicos aplicados aos aços SAE 1030 e SAE 1015 (0,78%Mn). As análises microestruturais foram realizadas ao microscópio eletrônico de varredura (MEV) em três regiões distintas do vergalhão que foram identificadas conforme desenho esquemático representado na Figura 5.2.

Figura 5.2: Representação das regiões estruturais do vergalhão.

A Figura 5.3 apresenta a microestrutura da amostra A (SAE 1030) por meio de imagens obtidas no MEV utilizando aumento original de 9.000X. É possível observar a presença de ferrita e perlita degenerada na região central devido menor taxa de resfriamento. Na região intermediária do vergalhão observa-se uma estrutura majoritariamente composta por bainita com presença de ferrita acicular oriundas de resfriamentos mais acelerados, enquanto que na região da superfície se observa uma estrutura típica majoritariamente composta por bainita com pequena fração de martensita revenida sendo possível observar a precipitação de Fe3C como pequenos pontos brancos ao longo da microestrutura (WAGNER et al., 1997; SANTOS et al., 2014). O resfriamento brusco da superfície favorece a formação

de martensita que por meio da dissipação do calor ao longo do raio da barra se torna martensita revenida.

Observando a Figura 5.4, percebe-se que existe na borda da amostra B (SAE 1015 – 0,78%Mn), uma estrutura tipicamente bainítica, podendo haver pequena fração de martensita. Neste caso a fração de martensita revenida formada é bem maior para a amostra A, pois os teores de carbono e da maioria dos elementos de liga são bem superiores para o aço SAE

62 1030. Na região intermediária, visualiza-se uma estrutura desordenada configurando uma estrutura bainítica com morfologia mais grosseira, segundo a literatura, podendo ser uma bainita superior que se formou em temperaturas ligeiramente mais altas (OGATA, 2009; KORAD et al., 2011). O centro da barra é predominantemente composto por ferrita acicular e perlita degenerada (agregado eutetóide de filmes de carbonetos de ferro precipitados no interior de placas de ferrita ligeiramente alinhados) (OGATA, 2009; ZHAO et al., 2003; ALVES FILHO, 2004; MUKHERJEE et al., 2012). O centro da amostra é a ultima região a se resfriar, portanto é mais propicio a formação de elementos difusionais como a ferrita e perlita e na região superficial ocorre a formação de martensita com fortes traços de revenimento. Na região intermediaria ocorre uma mescla de estruturas presentes nas regiões superficial e central.

Figura 5.3: Micrografia da amostra A, a) Região central, b) Região intermediária, c) Região da superfície – α-ferrita poligonal – B-bainita – P’-perlita degenerada – M’-martensita revenida. Ataque: Nital 2%, MEV,

Aumento original de 9.000x.

Figura 5.4: Micrografia da amostra B, a) Região central, b) Região intermediária, c) Região da superfície – α-ferrita – B-bainita – P’-perlita degenerada – M’-martensita revenida. Ataque: Nital 2%, MEV, Aumento

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5.1.4 Ensaio de tração

A Tabela 5.2 ilustra os resultados obtidos no ensaio de tração para os vergalhões de 10mm fabricados a partir dos aços SAE 1030 e SAE 1015 (0,78%Mn) no estado de entrega conforme a norma ABNT NBR 7480. Foram realizados três ensaios de tração para cada aço. A Figura 5.5 ilustra uma das amostras ainda na máquina de tração evidenciando a presença de estricção.

Observa-se que, segundo norma ABNT NBR 7480, os vergalhões fabricados as partir dos aços SAE 1030 e SAE 1015 (0,78%Mn) se encontram dentro do especificado. O vergalhão SAE 1030 apresenta um limite de escoamento de 609MPa, portanto, bem acima do mínimo especificado (500MPa), enquanto que o aço SAE 1015 (0,78%Mn) fica perigosamente próximo do limite mínimo (505MPa). Sendo assim, não há confiabilidade suficiente para produzir o vergalhão a partir do aço SAE 1015 (0,78%Mn) por meio da aplicação dos parâmetros de processamento usualmente aplicados ao SAE 1030.

Tabela 5.2: Ensaios de tração das amostras A e B segundo especificação da norma ABNT NBR 7480.

ABNT NBR 7480 SAE 1030 de escoamento Tensão limite (MPa) Tensão de limite resistência (MPa) Relação elástica (Res/Esc) Alongamento percentual (%) Limite de

escoamento mínimo Média 609 747 1,23 15

500MPa Desv. pad. 23 12 0,05 0,6

Relação elástica mínima SAE 1015 Tensão limite de escoamento (MPa) Tensão de limite resistência (MPa) Relação elástica (Res/Esc) Alongamento percentual (%) 1,08 Média 505 603 1,20 16 Desv. pad. 8 14 0,04 2

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5.1.5 Ensaio de dobramento

As amostras dos vergalhões foram retiradas com comprimento de 400mm e então ensaiadas em dobramento seguindo as recomendações da norma ABNT NBR 7480. O ângulo de dobramento foi de 180°C no pino de 30mm (3 vezes o diâmetro nominal da barra). A Figura 5.6 apresenta os resultados obtidos para as amostras A e B após ensaio de dobramento. Foram realizados três ensaios de dobramento para cada uma das amostras de vergalhões fabricados a partir dos aços SAE 1030 e SAE 1015 (0,78%Mn) pelo processo Tempcore.

Constatou-se que as amostras não apresentaram nenhum sinal de trincas nas regiões de maior solicitação mecânica, tendo assim, portanto, as amostras A e B sido consideradas aprovadas no ensaio de dobramento.

Figura 5.6: Macrografia das superfícies tracionadas em ensaio de dobramento das amostras, (a) A e (b) B dobradas a um ângulo de 180° em torno do pino de 30mm.