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1. Defina Tratamento Térmico.
Tratamento térmico é um termo usado para descrever todo o aquecimento controlado e as operações de arrefecimento realizadas em um material no estado sólido com a finalidade de alterar sua microestrutura e /ou suas propriedades.
2. E qual sua relação com os diagramas de fase destas ligas?
3. Explique qual são os principais fatores que afetam as
transformações de fases das ligas ferrosas.
Porcentagem de carbono , for mas e taxas de resfriamento, presença de elementos de liga e temperatura, tempo de permanência em uma determinada temperatura.
4. Descreva as principais fases que podem ser obtidas a partir da
transformação da Austenita. Descreva a estrutura cristalina, a taxa
de resfriamento adequada para sua obtenção em termos
comparativos e cite suas principais propriedades mecânicas.
Ferrita alotriomórica, Ferrita de Widmanstätten, Perlita em colônias, Bainita emplacas, Martensita e Martensita revenida. Ferrita alotriomórfica se forma em uma ampla faixa de temperaturas no campo gama. Ferrita de Widmanstätten ocorre em temperatur as abaixo da ferrita alotriomórfica. Perlita - >Taxa de resfria mento lento (540C – 727C ). Bainita - > Taxa de resfriamento rápido (215C – 540C ). Martensita - > Taxa de resfriamento muito rápido. Propriedades mecânicas : Ferr ita : muito dúctil, mole e com resistência relativamente baixa. Per lita : apresenta, na media, as melhores propriedades. A resistência mecânica aumenta desde que a taxa de cementita não ultrapasse a do eutetóide. Bainita : em geral, maisresiste nte e mais dura que os aços perlíticos. Martensita : fase de alta dureza e resistência mecânica. Martensita revenida : pode ser quase tão dura e resistente quanto a martensita, porém com uma ductilidade e uma tenacidade melhoradas
5. O que é Perlita? Descreva sua morfologia. Por que o diagrama de
fase pode ser utilizado no cálculo de seus componentes? Qual a
relação dos tipos de perlita (grossa, média e fina) com suas
propriedades mecânicas (dureza)?
Perlita é uma microestrutura em colônias formada por uma mistura lamelar de ferrita e cementita. A Perlita se froma a partir da austenita em regiões onde preexiste ferrita alotriomórfia ,o espaçamento das lamelas diminui com a redução da temperatura de transformação. A formação de perlita pode ser
adequadamente pre vista pelo diagrama de equilíbrio Fe-C e calculada pela regra da alavanca
6. O que é Bainita? Descreva as morfologias da bainita inferior e
superior? Qual a relação dos tipos de bainita (superior e inferior)
com suas propriedades mecânicas (dureza e tenacidade)?
A microestrutura bainita é constituída por um agregado de placas de ferrita com carbonetos sepa rada por filme fino de austenita, martensita ou cementita. As ripas de ferrita formam feixes. A transformação bainítica ocorre abaixo da reação perlítica e acima da transformação martensítica. A bainita pode ser superior formada a temperauras acima de 350º C e a bainita inferior formada a temperaturas abaixo de 350ºC. Fe3C é o carboneto na bainita superior. Fe2,4C (e) é o carboneto na bainita inferior.
7. O que é Martensita? Explique a diferença do mecanismo de
formação da martensita em relação a perlita e bainita. Quais são as
principais propriedades mecânicas (dureza e tenacidade,
resistência mecânica) apresentadas por esta fase?
A martensita é formada pelo rápido resfriamento da austenita. Nestas condições a decomposição da austenita em ferrita e cementita é inibida. A formação de martensita ocorre por cisalhamento de planos e não por difusão como na perlita. A transformação ocorre instantaneamente a partir do momento que a temperatura é atingida.Martensita é uma fase metaestável composta por ferro que está supersaturada com carbono e q ue é o produto de uma transformação sem difusão da austenita. Na martensita a velocidade de resfriamento é alta, enquanto a da bainita é intermediária e na perlita ocorre de forma lenta. É formada quando ligas ferro - carbono austeunitizadas são resfriado rapidamente. É uma estrutura monofásica (TCC ), tetragonal de corpo centrado, porque se encontra em equilíbrio,resultante de uma transformação sem difusão da austenita. A dureza da martensita depende do teor de carbono e dos elementos de liga do aço, sendo que um maior teor de carbono resultará em uma martensita de maior dureza. A martensita é uma fase de alta dureza e resistência mecânica, mas possui uma baixa tenacidade e resiliência
8. Explique a importância do carbono nas propriedades mecânicas da
martensita com base na equação c/a = 1 + 0,045.(%C). Um aço com
elementos de liga na proporção adequada, mas sem carbono pode
formar martensita? Se sim, qual a dureza desta martensita
formada?
A tetragonalidade da estrutura é caracterizada pela relação entre eixos c/ae aumenta como teor de carbono do aço. c/a = 1 + 0,045%C Pela equação anterior, observa- se que para 0%C, c = a, ou seja, a estrutura seria CCC.Ocorre, então, uma distorção na estrutura CCC para virar TCC. O carbono expande o ferro CFC uniformemente, mas no CCC , a maior expansão ocorre no eixo C, formando uma estrutura tetragonal. Não se pode forma
12. Quais elementos estão sempre presentes em qualquer tipo de aço?
Quais são os principais elementos deletérios? E os principais
elementos de liga?
O s ele me nto s presentes em qualquer tipo de aço são : Mn, Si, P, S. Os principais elementos de liga nos aços são : Cr, Al, Ni, V, Mo, W, Co, B ,Cu, Mn, Si, P, S. Os principais deletéricos do aço são : S, Sb.
13. Quais são as principais classificações dos aços? Quais são as
principais normas de aços?
Alguns dos aços mais comuns são classificados de acordo com a sua concentração de carbono, quais sejam, os tipos com baixo, médio e elevado teor de C. Normas : AISI, SAE, ASTM, NBR. Classificação :
- Composição química;
- Propriedades mecânicas;
- Microestrutura
14. O que é temperabilidade? Como pode ser determinada nos diagramas
TTT e CCT? Explique. Quais ensaios são utilizados na sua determinação?
Explique os dois principais ensaios.
É definida como a capacidade de uma liga ferrosa adquirir dureza após austenitização e têmpera.
- Capacidade de atingir um nível de dureza de terminado
- Distribuição da dureza ao longo de uma seção transversal. Existe m dois tipos de ensaios para determinar a temperabilidade, o ensaio de Grossmann e o ensaio de jominy. Utiliza uma série de barras de aço cilíndricas de diâmetros diferentes endurecidos em um dado meio de resfriamento. Após a Têmpera o centro da secção de cada barra é examinando metalo graficamente. A barra com 50% de martensita no centro é selecionada, diâmetro dessa barra é denominado de Diâmetro Crítico (Dcrit). O valor da dureza correspondente a 50% de martensita, e será determinado exatamente no centro da barra de Dcrit. Barras com diâmetros menores que Dcrit em mas de 50%
de martensita no centro da seção transversal e valores de dureza mais elevados. Barras com diâmetros maiores do que Dcrit atingem 50% de martensita só até uma certa profundidade. O ensaio de temperabilidade de extremidade temper ada desenvolvida por Jominy e Boegehold é normalmente referido como o Ensaio Jominy. É usado em todo o mundo, descrito em muitas normas nacionais (ASTM A 255; N BR 6339 ), e está disponível como um padrão internacional. O Ensaio Jominy apresentas seguintes vantagens :
- Ele caracteriza a temperabilidade d e um aço a partir de um único corpo de prova, permitindo uma ampla faixa de taxas de resfriamento durante um único ensaio.
- É razoavelmente reprodutível.
15. Qual a influência dos elementos de liga sobre a temperabilidade?
Explique.
Elementos de liga como carbono, manganês, cromo e molibdênio são elementos efetivos em aumentar a temperabilidade do aço,a presença desses elementos causa um retardo nas transformações por difusão o que praticamente significa que as curvas CCT se deslocam para a direita.Isso reduz a taxa crítica para a obtenção da martensita
16. O que é Recozimento Isotérmico? Descreva as etapas e desenhe um
ciclo de tratamento no diagrama apropriado.
O recozimento isotérmico é um processo caracterizado por uma austenitização,
onde a matriz existente possui sua estrutura transformada para uma estrutura
austenítica, por meio de aquecimento. Depois dessa austenitização, a peça tem
sua austenita transformada isotermicamente, na região onde é formada a perlita. O
processo de recozimento isotérmico confere ótimas propriedades à peça, sendo
altamente recomendável.
17. Quais são as principais aplicações deste tipo de tratamento térmico?
Quais são as principais características da microestrutura obtida com este
tratamento?
A principal aplicação industrial do Recozimento Isotérmico é melhorar a Usinabilidade dos Aços. Redução de dureza, aumento de tenacidade e ductilidade são características obtidas com este tratamento.O recozimento isotérmico é mais efetivo que o recozimento contínuo na obtenção de uma microestrutura recozida adequada. As principais características da microestrutura são : Alta proporção de ferrita ; Colônias de perlita distribuídas uniformemente ; Colônias de perlita com lamelas finas e curtas,grãos grandes de ferrita.
Martêmpera é o termo usado para descrever um resfriamento interrompido a partir da temperatura de austenitização.O propósito de atrasar o resfriamento acima da linha de início de transformação martensítica e dar tempo para equalizar a temperatura ao longo da peça.Resfriamento a partir da temperatura de austenitização em um fluido quente a uma temperatura acima do início de transformação. Martensítica. Manter no meio de resfriamento até homogeneizar a temperatura da peça em toda seção. Resfriar a moderadas taxas para prevenir grandes diferenças de temperatura entre a parte externa e o centro da peça
22. Quais são as principais aplicações deste tipo de tratamento térmico?
Quais são as principais características da microestrutura obtidas com
este tratamento? Qual a diferença da martêmpera para têmpera?
Os aços- liga são a s matérias que mais se prestam a esse tipo de tratamento e, como na austempera, a seção das peças é uma variável importante.Redução da tensão residual e das distorções resultantes do tratamento devido a redução do gradiente entre a superfície e o centro.Martêmpera reduz ou elimina a suscetibilidade a trincas. Controle da deca rbo neta ção da superfície do aço. A diferença da Martêmpera para a Têmpera, é que a Martêmpera ao chegar na linha Mi de início da formação da martensita, o resfriamento é atrasado, de modo a que esta se forme mais lentamente. Outra diferença é que para um mesmo material com dureza igual, a Martêmpera tem maior capacidade de absorver energia, resultado do alívio de tensões.
23. Qual a importância dos elementos de liga para a martêmpera? Todos
os aços podem ser martemperados? Explique.
A martêmpera é indicada para aços com alta temperabilidade , assim como elementos de liga favorecem a temperabilidade, pois deslocam o gráfico TTT para a direita, aumentando o tempo de transformação da austenita, eles se tornam de grande importância para esse TTT.
24. Quais são os tratamentos isotérmicos que são realizados sem
austenitização? (considere a esferoidização nesta categoria).
Realizados em temperatura constante,sem austenitização ,não ocorre mudança de fase, apenas mudança na morfologia dos microconstituintes.Nesta categoria enquadram- se os tratamentos :
25. O que é o tratamento térmico de Alívio de Tensões? Descreva as
etapas deste tratamento. Em que situações é aplicado?
Alívio de Tensões é o tratamento térmico realizado abaixo de AC1, com resfriamento
lento como objetivo de reduzir as tensões internas dos componentes, sem provocar mudanças intencionais na estrutura ou nas propriedades mecânicas. Este processo também é denominado de recozimento para alívio de tensões. Nos Aços o alívio de tensões é feito antes de começar a usar a peça. Nos ferros fundidos, se faz após a fundição antes do processo de usinagem final.
26. Quais são as principais causas e efeitos gerados pelas tensões
internas? Explique o mecanismo pelo qual a tensão é aliviada pelo
tratamento térmico.
As principais causas de tensão interna são geradas pelo processamento metalúrgico/ mecânico. Como o que ocorre nas operações de conformação a frio, na soldagem, na usinagem pesada, em peças fundidas, e em outros processos de fabricação que envolvem variação de temperatura e aplicação de força, sem recuperação ou recristalização. Efeitos : As tensões internas têm muitos efeitos danosos sobre um componente mecânico em processamento tais como : Mudanças dimencionais Formação de tricas Rotação assimetrica dos eixos A redução da tensão residual só ocorre com a deformação plástica , portanto é necessário reduzir a tensão de escoamento para poder se aliviar tensão residual. O aumento da temperatura faz com que diminua a tensão de escoamento
27. Qual o efeito do tempo e da temperatura no tratamento de alívio de
tensões?
No alívio de tensões o aumento da temperatura ura serve para baixar a tensão de escoamento, é um efeito mecânico, aumenta a temperatura, abaixa a resistência e segue para a conformação.O tempo de permanência na temperatura de tratamento tem efeito sobre o resultado da redução de tensões internas o efeito da temperatura é mais marcante ou seja temperatura mais elevada menor tempo.
28. O que é o tratamento térmico de Recozimento Subcrítico? Em que
situações é recomendado? Descreva as etapas deste tratamento.
Recristalização ou Recozimento Subcrítico é o tratamento térmico realizado acima das temperaturas de recristalização de um material deformado a frio, sem mudanças de fase, o objetivo é recuperar as propriedades e mudar a estrutura após a deformação a frio. O pré-requisito para a realização do tratamento de recristalização é um grau de deformação a frio suficiente para servir de núcleos para os novos grãos que serão obtidos no processo. O processo de recristalização envolve os seguintes fenômenos : recuperação, poligonalização, recristalização e crescimento de grão.
29. Quais são os principais parâmetros tecnológicos que influenciam
este tipo de tratamento?
33. Quais são os diagramas de transformação utilizados na realização dos
tratamentos contínuos? Quais são os principais tratamentos contínuos?
Realizados sob condições de variação de temperatura ao longo do tempo utilizam os diagramas de transformação contínua (CCT). Os principais tratamentos contínuos são :
- Recozimento continuo
- Normalização
- Têmpera e Revenido
34. O que é o tratamento térmico de recozimento contínuo? Quais são as
etapas deste tratamento? Onde é aplicado?
Recozimento Contínuo de Chapas consiste na obtenção de uma microestrutura de ferrita recristalizada após a deformação a frio de chapas de aço. Inicialmente o aço é desbobinado e sofre uma limpeza química e eletrolítica. Em seguida é aquecido rapidamente a temperaturas entre 675 a 850 ºC. E mantido nesta temperatura por um tempo e m torno de um minuto.O resfriamento é realizado imediatamente com um jato de gás a taxas de 10 ºC.s - 1. No estágio de superenvelhecimento (revenido) (400ºC) a concentração de carbono dissolvido na ferrita é reduzida para aumentar a ductilidade. A microestrutura é composta por ferrita e perlita. Esse processo só é realizado quando se processa aço para fabricação de chapas. Tem uma taxa de resfriamento lenta , porque é resfriado dentro do forno.
35. O que é o tratamento térmico de Normalização? Em que situações é
aplicado? Descreva as microestruturas e propriedades obtidas com este
tratamento.
Normalização é o termo usado para descrever a transformação contínua de ligas ferrosas austenitizadas e resfriadas ao ar, com a finalidade de obter uma microestrutura composta de perlita e ferrita uniforme e finalmente distribuída e homogenizadas. Possui a mesma microestrutura do recozimento contínuo porém, como o resfriamento é mais rápido,a taxa de resfriamento é diferente, obtém uma perlita mais fina que aumenta a dureza. Este tratamento é aplicado principalmente e m aços hipoeutetóides , não ligados ou de baixa liga. Porque aços de baixa temperabilidade não endurecem ao ar.
36. Explique por que a normalização é recomendada (praticamente
obrigatória) em aços fundidos.
Aços fundidos que não tenham alta temperabilidade, que são hipoeutetóides, e que resfriam lentamente, ocorre crescimento acentuado do crescimento de grão. Tem uma mistura de grãos com crescimento colunar e crescimento dentritico, por tanto para homogeneizar/eliminar essa microestrutura indefinida desse aço fundido é feito a normalização.
37. Quais as principais vantagens obtidas com o tratamento de
normalização?
A principal aplicação do tratamento de normalização é promover o refino de grão de microestruturas de componentes processados térmico e mecanicamente.Seus objetivos são : remover tensõe s de vidas a tratamentos térmicos, diminuir a dureza,aumentar a ductibilidade, obter uma granulação fina, e portanto , com melhores propriedades mecânicas. Aços forjados e soldados, onde a manutenção alta temperatura promove o crescimento de grão
38. O que é o tratamento térmico de têmpera? Por que o revenido deve
ser realizado em conjunto com a têmpera?
Têmpera é o termo usado para descrever o resfriamento rápido a partir da temperatura de austenitização, com a finalidade de cruzar a linha Mf (se possível). Um aquecimento posterior ao tratamento de Têmpera denominado de Revenido é imperativo para garantir a tenacidade dos componentes temperados. O estado de altas tensões, a distorção do reticulado e a dureza extremamente elevada da martensita constituem inconvenientes que devem ser atenuados ou corrigidos, por isso se faz um revenido após a têmpera.
39. Quais as principais propriedades obtidas com tratamento de têmpera
e revenido?
O objetivo fundamental da têmpera nas ligas é obter uma estrutura martensítica. As principais vantagens são : Aumento de resistência mecânica, proporcionando economia de material na confecção de componentes mecânicos. Aumento dureza, o que proporciona maior resistência ao desgaste. A seleção de uma temperatura adequada de revenido proporciona uma combinação adequada de tenacidade e resistência mecânica.
40. Explique o efeito do carbono sobre a dureza obtida na têmpera? Por
que um aço com 1,2%C pode apresentar uma dureza menor que um com
0,5%C após têmpera e revenido na mesma temperatura?
1 - O carbono é responsável pela dureza da martensita , a dureza depende da %C pela influência que o carbono exerce sobre a estrutura de ferro, devido à formação de carbonetos complexos. 2 - Pois pode haver austenita retida. 1,2%C - > Austenita retida.
B3 – Conformação durante a transformação em martensita. C1 – Conformação e envelhecimento após a transformação em ferrita+perlita e bainita. C2 – Conformação de aços martensíticos.
45. O que é o tratamento termomecânico de Ausforming? Quais suas
etapas? Explique.
O processo conhecido por a us forming ou tratamento termo mecânico de baixa temperatura ( TMBT), foi primeiro descrito por Harveye posterior me nte por Lips e VanZuilen. Consiste na deformação da austenita no domínio (baía ) metaestável entre as curvas da ferrita e da bainita no diagrama (TTT). As etapas de AUSFORMING são : Um aço, com a baía de austenita metaestável suficientemente larga é resfriado a partir da temperatura de austenitização até essa região. O aço é fortemente deformado, evitando - se, porém a sua transformação. O aço deformado é depois transformado em martensita durante o arrefecimento até a temperatura ambiente. As propriedades mecânicas são posteriormente conseguidas através do revenido.
46. Qual a principal vantagem deste tipo de tratamento? Explique a
importância dos elementos de liga para o aço destinado a este tipo de
tratamento.
A vantagem é a elevada resistência mecânica adquirida pelo aço, cerca de 50 % a mais que o TT de têmpera e revenido fornecem. Os elementos de liga fazem com que as curvas de transformação se desloquem para direita, ritardando as transformações. Dessa forma, o Tratamento Termo mecânico de Ausforming pode ser realizado.
