Benefícios da têmpera em óleo de palma de um aço aisi 1045 submetido a tratamento termoquímico



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BENEFÍCIOS DA TÊMPERA EM ÓLEO DE PALMA DE UM AÇO AISI 1045 SUBMETIDO A TRATAMENTO TERMOQUÍMICO.
R. H. L. Kikuchi; F. B. S.; A. J. Vasconcelos; A. Sarmento; M. F. G. Almeida; R. S. Sena; E. J. F. Soares
A. Visconde de Inhaúma nº 1370/805 CEP 66087-640 Belém/Pará; e-mail ejfsoares@oi.com.br
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará

RESUMO

O óleo de palma é uma das apostas brasileiras para produção de biodiesel, com isso, pensando em questões ambientais e na produção exaustiva de óleo, extensivas áreas de Palma têm sido plantadas na Amazônia, onde é notória a eficiência na cultura do óleo por Palma. Esta extensa área plantada demanda um grande aparato no processo de colheita dos cachos de palma acarretando em gastos com instrumentos de corte para extração da Palma, tendo como conseqüências consideráveis desperdícios e custos elevados na produção. A partir de um trabalho empírico buscou-se estender a avaliação do uso do óleo de Palma como meio refrigerante em têmpera superficial de instrumentos de corte, o qual mostra excelentes resultados práticos, considerando a durabilidade e o custo geral da produção. Esse trabalho também mostra que as propriedades mecânicas do aço AISI 1045, previamente endurecida por cementação, como dureza alcançaram valores elevados sem perder em fragilidade do material.

Palavras-chave: Óleo de Palma, Tempera Superficial, Propriedades Mecânicas.

 

INTRODUÇÃO 

As empresas Petrobras e Vale além do governo federal, através do Programa de Produção Sustentável de Óleo de Palma, são alguns dos atores que investem no crescimento da cultura. O Pará o maior produtor de óleo de palma do Brasil é onde se concentra mais de 80% da área plantada e grandes áreas da cultura da Palma foram praticadas na Amazônia, na região do baixo Tocantins em função do excelente rendimento dado pelo fruto desta palmeira na produção do óleo vegetal. Esta extensa área plantada demanda um grande aparato no processo de colheita dos cachos de palma. A produção de facões usados no corte de cachos tem sido estudada com vistas a um maior tempo de durabilidade (1).

O objetivo desse trabalho é avaliar o uso do óleo de Palma como meio refrigerante para têmpera em aços 1045 previamente endurecidos por cementação solida, proposto a instrumentos de corte, o qual visa aumentar durabilidade acarretando em redução do custo geral da produção.

A têmpera tem o objetivo fundamental de obter uma estrutura martensítica (Solução solida supersaturada de carbono ou carboneto de ferro no ferro alfa, cujo reticulado fica distorcido, elevando demasiadamente a dureza do material, apresenta-se em formas de agulhas com uma coloração clara), o que exige um resfriamento com uma velocidade maior, de modo a evitar a transformação da austenita em seus produtos normais. Na têmpera aquece-se o material acima da zona critica, seguido de um resfriamento rápido em meios como: óleo, água, salmoura ou mesmo o ar (2).


MATERIAIS E MÉTODOS

As amostras utilizadas foram extraídas de barras de aço AISI 1045, divididas em quatro lotes de dimensões equivalentes, e classificadas em grupos A, B, C e D que passaram por processos de tratamento termoquímico de cementação solida seguido de têmpera. O aquecimento se deu em um forno tipo mufla. As amostras foram colocadas dentro de uma caixa metálica envoltas pela mistura carborizante, após o preenchimento da caixa colocou-se uma tampa de material refratário e levou ao forno tipo mufla, mantendo por 16 horas. Em seguida, retirou-se a caixa e a deixou em um lugar a condições normais de pressão e temperatura.

As peças do lote A não passaram por tratamento térmico posterior, enquanto que as peças dos lotes B, C e D passaram por têmpera, sendo que as do grupo B foram resfriadas em água, as do grupo C resfriadas em óleo de Palma, e as peças do grupo D foram normalizadas, e posteriormente temperadas em óleo de palma.

Após os processos de tratamento térmico foram verificadas as durezas de cada peça e procedeu-se a caracterização metalografica com analise da microestrutura, para isso, utilizou-se de lixas na remoção dos desnivelamentos das amostras, nas granulometrias: 100, 220, 320, 400, 600, 1200 e 1500 meshs. Em seguida as amostras foram polidas, em uma politriz, usando pastas de diamante nas granulometrias 6, 3 e 1 μm (micrometro) e atacada quimicamente com nital 3%. Ao final levou-se as amostras ao microscópio óptico BX51 da Olympus para serem documentadas e analisadas.


RESULTADOS E DISCUSSÕES

A media dos valores obtidos das peças de cada lote para as durezas estão relacionadas com o tipo de tratamento, pelo qual passou o lote, com a região e a face na tabela 1.


Tabela 1. Resultados dos ensaios de dureza em Hard Rockwell C, relacionado com o tratamento feito em cada peça.

Lote

Tratamento

Região

Face

Dureza (HRc)

A

Cementada

Centro

Interno

10,875

Externo

27

Periferia

Interno

26,125

Externo

28,25

B

Cementada e temperada em água.

Centro

Interno

54

Externo

63,75

Periferia

Interno

60,5

Externo

63

C

Cementada e temperada em óleo de palma

Centro

Interno

53,375

Externo

62,25

Periferia

Interno

59,125

Externo

62

D

Cementada, normalizada e temperada em óleo de palma

Centro

Interno

54,25

Externo

61,875

Periferia

Interno

59,75

Externo

63,25

Os lotes apresentaram maior dureza na área superficial, e quando comparadas, as peças apresentam semelhança na diferença de dureza entre centro e periferia. A peça A que não foi submetida a tratamento térmico posterior a cementação apresenta a dureza mais baixa em comparação as outras, contudo, sua dureza é consideravelmente alta.

Na tab. (1) percebe-se que as peças B e C, aços cementados que passaram por têmpera em água e têmpera com óleo de palma respectivamente, apresentaram durezas semelhantes, logo, com a mudança do meio refrigerante não houve alterações significativas em relação à dureza do material.

A peça D foi a que apresentou a maior dureza dentre as peças analisadas, entretanto, a diferença para as outras peças é pequena.

As figuras 1a, 1b e 1c apresentam a microestrutura das amostras dos lotes A, B e C respectivamente, tendo uma visão geral das peças ampliadas 200 vezes. As regiões centrais das amostras supracitadas estão representadas nas figuras 1d, 1e e 1f respectivamente com ampliações de 1000 vezes, do mesmo modo que, as regiões periféricas estão nas figuras 1g, 1h e 1i com aumento de 500 vezes.




Figura1: a) 1a, 1b e 1c (superior) apresentam a microestrutura das amostras dos lotes A, B e C respectivamente; b) As regiões centrais das amostras supracitadas estão representadas nas figuras 1d, 1e e 1f respectivamente com ampliações de 1000 vezes ; c) As regiões periféricas (inferior) estão nas figuras 1g, 1h e 1i com aumento de 500 vezes.
Em relação a peça B a peça C se mostrou semelhante a estrutura tanto do centro como na periferia e região de transição, com aspecto martensítico no centro apresentado no item b da Fig. (3) assim com na região de transição, sendo que apresenta também veios sobressaltados de fase enriquecida de carbono, no item c da mesma figura e a região periférica com grão, como na peça B, apresentado grão mais refinados configurando uma camada homogênea com predominância de uma fase, que foi enriquecida em carbono pelo processo de tratamento termoquímico.

Com a cementação todas as peças apresentaram uma região mais homogênea com predominância de fase enriquecida de carbono, entretanto, sendo mais refinados quando submetidas a tempera.

Os autores sugerem que ao comparar as peças B e C focando o intervalo entre a região de transição e região centro nas figuras (2) e (3), respectivamente, nota-se diferenças para a abrangência do contorno de grão, logo, evidencia que a têmpera no óleo de palma refinou os grão em maior grão nas regiões citadas no parágrafo.

Analisando os resultados dos ensaios de dureza e as microestruturas das peças, verifica-se que na periferia onde há maior concentração de carbono, o aspecto da região é homogêneo com grãos refinado e apresenta dureza elevada. Considerando a sugestão dos autores nota-se que apesar da estrutura no intervalo entre a região de transição e central da peça C ser mais refinada apresenta aproximadamente 1 HRc menor que da peça B.


CONCLUSÃO
A cementação solida conferiu a superfície do aço uma dureza elevada e uma estrutura refinada ficando evidente a porção enriquecida de carbono dissolvido.

A têmpera em óleo de palma se mostrou semelhante à têmpera tradicional, tanto em relação à dureza do material quanto na microestrutura resultante, ou seja, não foram significativas as diferenças ao utilizar o óleo de palma.

Entretanto, observou-se uma extração de calor mais homogênea na têmpera a óleo, o que tende a diminuir as tensões criadas pelo resfriamento acelerado. Contudo, é necessário o desenvolvimento de uma analise mais apurada dos dados e realização de outros ensaios para verificar a influencia real do óleo de palma.

O desenvolvimento do trabalho gerou informações importantes a respeito da utilização do óleo de palma como meio refrigerante para têmpera em aços cementados, acrescentando dados científicos para corroborar com pesquisas futuras.


REFERENCIAS


  1. NUNES, T. C. O; SANTOS, E. A; SOARES, E. J. F; PEREIRA, J. L., 2012 “Estudo Comparativo da Vantagem de Uma Têmpera Em Óleo De Palma Sobre A Têmpera Tradicional Em Aços”, VI Conferencia Brasileira Sobre Temas de Tratamento Térmico. Atibaia-SP, Brasil.

  2. CHIAVERINI, V., 1986, “Tecnologia Mecânica: Materiais de Construção Mecânica”, VOL. III.2a edição. Editora McGraw-Hill. São Paulo – SP.

  3. BELINATO, G. Estudo da oxidação dos óleos de soja e dendê aditivados com antioxidantes para uso em tratamentos térmicos de têmpera. 2010. 119 p. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2010.

  4. SANTOS, E. A.; SOARES, E. J. F.; PEREIRA, J. L.; RODRIGUES, T. F.; NUNES, T.C.O. Caracterização microestrutural de um instrumento de corte temperado superficialmente a partir do óleo de palma. SESSÃO DE COMUNICAÇÃO ORAL NA III SEMANA TÉCNICO-CIENTÍFICA E SOCIO-CULTURAL, IFPA, Belém, 2011.

  5. SANTOS, E. A.; SOARES, E. J. F.; PEREIRA, J. L.; NUNES, T. C. O. Microstructural characterization of a superficially quenched cut instrument from of palm oil. Poster at the X Brazilian MRS Meeting, X ENCONTRO DA SBPMat, Gramado, 2011.

  6. SANTOS, E. A.; SOARES, E. J. F.; PEREIRA, J. L.; NUNES, T. C. O. Têmpera em óleo de palma: um estudo aplicado em aço de construção mecânica utilizado como instrumento de corte / Quenching in palm oil: a study applied in mechanical construction steel used as cutting instrument. In: ENCONTRO DE EXPOSIÇÃO BRASILEIRA DE TRATAMENTO DE SUPERFICIE, 14°EBRATS, São Paulo-SP, 2012. Anais Ref.97. Disponível em: http://www.abts.org.br/biblioteca/anais-ebrats-2012 acesso em: 10 de setembro de 2012.

BENEFITS OF TEMPER WITH PALM OIL ON AISI 1045 STEEL SUBJECTED TO THERMOCHEMICAL TREATMENT.

R. H. L. Kikuchi; F. B. S.; A. J. Vasconcelos; A. Sarmento; M. F. G. Almeida; R. S. Sena; E. J. F. Soares


A. Visconde de Inhaúma nº 1370/805 CEP 66087-640 Belém/Pará; e-mail ejfsoares@oi.com.br
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará

ABSTRACT

Palm oil is a Brazilian bet for biodiesel production, thus, thinking about environmental issues and exhaustive production of oil , extensive areas of Palma have been planted in the Amazon, which is notorious the efficiency in the culture of oil per Palma. This extensive planted area demand a large apparatus in the process of harvesting the palm bunches, resulting in spending on cutting tools for the Palma extraction, having as consequences, wastage considerable and huge costs in production. As from an empirical work sought to extend the evaluation of the use of palm oil as a coolant medium on Surface temper of cutting tools, which shows excellent practical results, considering the durability and overall cost of production. This work also shows that the mechanical properties of AISI 1045 steel, previously carburized, reached huge values without losing in the fragility.

Palavras-chave: Palm Oil, Surface Temper, Propriedades Mechanical properties.



 

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