As amostras com dimensões padronizadas para o ensaio de flexão foram testadas conforme descrito na seção 3.4.2. A máquina de ensaio registra o deslocamento do punção e a carga aplicada. Os valores de carga foram convertidos para valores correspondentes à tensão trativa máxima (σT em MPa), na amostra. Este procedimento foi adotado, pois as amostras
apresentavam alturas sensivelmente diferentes, podendo interferir na análise final dos resultados. A conversão foi efetuada utilizando-se a Equação 5.1.
2
2
3
h
b
l
P
T⋅
⋅
=
σ
Eq (5.1)Onde, P (N) é a carga transversal aplicada, l (mm) é a distância entre os apoios, b (mm) é a largura da amostra de flexão e h (mm) é a altura da amostra.
O valor de deslocamento do punção não pode ser considerado efetivamente como sendo igual à deflexão da amostra, pois esta sofre deformações localizadas (principalmente nos apoios), introduzindo erros a este parâmetro. Sua correta determinação é feita com o auxílio de um sensor de deslocamento colocado na parte inferior da amostra (local onde ocorre maior amplitude de deflexão). No presente estudo tal dispositivo não se encontrava disponível, assim, os valores de deslocamento do punção foram tomados no sentido de fornecer um valor indicativo da deflexão total da amostra. Este parâmetro qualitativo, correspondente à fratura e denominado “δ”, fornece um indicativo da ductilidade de todo o volume da amostra. A ductilidade na superfície modificada é obtida medindo-se a variação da largura da amostra na região onde a mesma sofreu a maior solicitação à tração, sendo este parâmetro denominado “δT”.
Na Figura 5.7 são mostrados dois exemplos das curvas de carga versus deslocamento do punção, obtidas para as amostras SFSN e SPSN.
(a) (b)
Figura 5.7 – Exemplos de curvas carga aplicada versus deslocamento do punção para as amostras somente sinterizadas, sem enriquecimento de cromo (a) e sinterizadas com enriquecimento e nitretadas em diferentes temperaturas (b).
Os resultados obtidos de tensão de escoamento e fratura (em flexão) são resultados da média dos valores de cinco ensaios. A dispersão apresentada corresponde ao desvio padrão destes valores. A Figura 5.8 mostra os resultados obtidos com os ensaios de flexão.
Figura 5.8 – Tensões de escoamento (LE) e ruptura (LR) à flexão das amostras.
Observando as Figuras 5.7a e 5.8 pode-se dizer que as amostras somente sinterizadas, no forno ou por plasma, sem enriquecimento superficial não nitretadas (SFSN e SPSN) apresentam comportamentos diferentes quando submetidos ao ensaio de flexão. A amostra SPSN apresenta limite de escoamento consideravelmente inferior quando comparado
à amostra SFSN. Conforme discutido na seção 4.1.2 a porosidade das amostras de ferro puro sinterizadas no forno e em plasma apresentam tamanho e morfologia equivalentes, assim supõe-se que as propriedades relacionadas a este parâmetro sejam também similares. No entanto, as amostras sinterizadas em forno (SFSN) apresentam tamanho médio de grão da ordem de 45 µm enquanto que as amostras sinterizadas ao plasma (SPSN), na ordem de 360 µm, conforme a Tabela 4.2. Segundo a equação de Hall-Petch (Eq. 2.7) a tensão limite de escoamento é função do tamanho dos grãos. Materiais com grãos maiores possuem menor quantidade de contornos de grãos, logo tendem a apresentar valores menores de limite de escoamento, pois os contornos atuam como barreiras para a movimentação de discordâncias. Pode-se, então, atribuir a tendência de diminuição dos valores de limite de escoamento das amostras sinterizadas ao plasma ao tamanho exagerado dos grãos.
O tratamento de nitretação nas amostras sinterizadas em forno não causou um aumento na resistência ao escoamento do material. Esta característica é atribuída ao fato que a ordem de grandeza da espessura da região endurecida é pequena quando comparada às dimensões dos poros na superfície. Sabe-se que os poros atuam como concentradores de tensão. Desta forma, é possível que a tensão na borda de um poro próximo a superfície (onde a dureza seja equivalente àquela presente no interior do material) seja maior que na própria superfície, induzindo ao escoamento do material. Pode-se dizer então que o tratamento de nitretação, nas condições utilizadas, é ineficiente no sentido de melhorar a resistência ao escoamento deste tipo de material (ferro puro). O mesmo se pode dizer quanto à resistência à fratura. A camada de compostos muito mais dura que o núcleo não é capaz de suportar o nível de deformação do mesmo ocorrendo, assim, o aparecimento de trincas superficiais. Estas trincas atuam como fortes concentradores de tensão induzindo o material a fraturar a uma tensão inferior àquela observada para o mesmo material não nitretado.
No caso das amostras sinterizadas com enriquecimento de cromo, a tensão limite de escoamento e o limite de ruptura também apresentam o mesmo comportamento anteriormente citado. A amostra não nitretada, mesmo possuindo uma camada enriquecida com dureza sensivelmente maior (145 HV) apresentou menor valor de limite de escoamento quando comparada com a sinterizada em forno. Este comportamento é atribuído às dimensões dos grãos e à presença de poros como concentradores de tensão, conforme discutido anteriormente. O mesmo ocorre com as amostras nitretadas (SPCRN450 e SPCRN540). No entanto, devido à elevada dureza destas camadas (Figura 5.5) a deformação do substrato dúctil induziu a fratura da camada de compostos levando à redução da tensão limite de ruptura. Por este motivo, a amostra nitretada a 540ºC que possui maior profundidade endurecida,
apresentou maior redução da tensão limite de ruptura, quando comparado à amostra nitretada a 450ºC.
A Figura 5.9 mostra os valores da deflexão correspondente à ruptura do material (δ) e a variação da largura na região submetida à solicitação máxima de tração (δT). Conforme já
mencionado, o primeiro parâmetro fornece uma idéia da ductilidade do material como um todo e o último, a ductilidade na região superficial da amostra.
Figura 5.9 – Variação da capacidade de deformação da amostra como um todo e somente na superfície com base no deslocamento do punção correspondente à fratura da amostra e variação da largura da amostra na superfície submetida à tração.
É possível notar que para todas as amostras nitretadas sem enriquecimento superficial houve uma sensível redução na ductilidade da amostra (δ e δT). Esta redução está
relacionada com o aumento de dureza na superfície das amostras. Quanto maior a dureza e a extensão da região endurecida maior será a redução da ductilidade. Nas amostras enriquecidas com cromo e nitretadas, esta variação foi considerável, principalmente naquela nitretada a 540ºC. Esta característica está de acordo com os valores de dureza e profundidade da região significantemente endurecida. As amostras SFN540 e SPN540 apresentam valores de dureza e profundidade endurecida praticamente iguais (Figura 5.5), logo é razoável esperar uma redução equivalente da ductilidade na superfície. Além disso, na superfície, as amostras enriquecidas com cromo e nitretadas por plasma apresentam uma redução ainda maior na ductilidade. Esta característica é marcante na amostra nitretada a 540ºC.