Explique como é feito o ensaio para determinação da temperabilidade de um aço (ensaio Jominy), representando, esquematicamente, as curvas de variações de dureza e de velocidade de resfriamento relacionadas com o mesmo. Considerando-se uma barra de aço 1040, com uma dureza superficial de 57 HRC é de 20 HRC no centro, qual a relação entre velocidade de resfriamento na superficie e no centro a determinada temperatura? Como seria determinado o diâmetro da barra ?
Passo 1
Beleza, vamos lá! A questão pede para explicar como é feito o ensaio Jominy para determinar a temperabilidade de um aço, mostrar esquematicamente as curvas de dureza e velocidade de resfriamento, e analisar a relação entre as velocidades de resfriamento na superfície e no centro de uma barra de aço 1040 com durezas específicas. Além disso, precisamos ver como determinar o diâmetro da barra. Para resolver isso, vamos precisar entender o que é o ensaio Jominy, como ele funciona, e usar alguns conceitos de física e materiais.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é o ensaio Jominy. O ensaio Jominy é um método padrão usado para determinar a temperabilidade de aços, ou seja, a capacidade do aço de formar martensita até o centro da peça durante o resfriamento. Nesse ensaio, uma barra de aço é aquecida até a transformação austenítica (normalmente a uma temperatura alta) e, em seguida, uma extremidade da barra é resfriada rapidamente com uma jato de água. Isso cria um gradiente de resfriamento ao longo da barra.
Passo 3
Após o resfriamento, medimos a dureza ao longo da barra a partir da extremidade resfriada. Como o resfriamento é mais rápido na superfície e mais lento em direção ao centro, a dureza da superfície será maior do que a do centro. No caso do aço 1040 mencionado, a dureza superficial é de 57 HRC e no centro é de 20 HRC.
Passo 4
Agora, vamos representar esquematicamente as curvas de dureza e velocidade de resfriamento. A curva de dureza geralmente mostra uma alta dureza na superfície que diminui gradualmente em direção ao centro. A curva de velocidade de resfriamento mostra o oposto: alta velocidade na superfície e menor velocidade no centro.
Esquematicamente:
-
Curva de Dureza:
Dureza (HRC) | |57 ---------------- | | |20 ---------------- |____________________________ distância
-
Curva de Velocidade de Resfriamento:
Velocidade de Resfriamento | |Alta ---------------- | | |Baixa ---------------- |____________________________ distância
Passo 5
Agora, para relacionar as velocidades de resfriamento na superfície e no centro a uma determinada temperatura, podemos usar a proporcionalidade das taxas de resfriamento com a variação da dureza. Sabemos que a superfície resfria mais rápido, resultando em maior dureza, enquanto o centro resfria mais devagar, resultando em menor dureza.
Podemos estabelecer uma relação proporcional simples:
Ou seja, a velocidade de resfriamento na superfície é aproximadamente 2,85 vezes maior que no centro para a mesma temperatura.
Passo 6
Por fim, para determinar o diâmetro da barra, precisamos considerar que o resfriamento é unidimensional e que a taxa de resfriamento depende da espessura da barra. Geralmente, utilizamos fórmulas derivadas da teoria do resfriamento, onde a taxa de resfriamento é inversamente proporcional à espessura.
A relação básica pode ser expressa como:
Onde $ V $ é a velocidade de resfriamento e $ D $ é o diâmetro da barra. Com a relação das velocidades conhecidas, podemos resolver para $ D $.
Resposta
A velocidade de resfriamento na superfície é aproximadamente 2,85 vezes maior que no centro para a mesma temperatura, e o diâmetro da barra pode ser determinado considerando que a taxa de resfriamento é inversamente proporcional ao diâmetro, ou seja, $ V \propto \frac{1}{D} $.