tratamento térmico, Notas de estudo de Engenharia de Materiais
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tratamento térmico, Notas de estudo de Engenharia de Materiais

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Tratamentos Térmicos

Tratamentos Térmicos

Bibliografia recomendada - Aços e ferros fundidos: Vicente Chiaverini - www.cimm.com.br - www.brasimet.com.br

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Tratamentos Térmicos

 Finalidade:

Alterar as microestruturas e como consequência as propriedades mecânicas das ligas metálicas

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Tratamentos Térmicos

 Objetivos: - Remoção de tensões internas - Aumento ou diminuição da dureza - Aumento da resistência mecânica - Melhora da ductilidade - Melhora da usinabilidade - Melhora da resistência ao desgaste - Melhora da resistência à corrosão - Melhora da resistência ao calor - Melhora das propriedades elétricas e

magnéticas

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R S AÇO + TRATAMENTO TÉRMICO

O TRATAMENTO TÉRMICO ESTÁ ASSOCIADO DIRETAMENTE COM O TIPO DE AÇO.

PORTANTO, O TRATAMENTO TÉRMICO DEVE SER ESCOLHIDO DESDE O INÍCIO DO PROJETO, OU SEJA, JUNTAMENTE COM O TIPO DE AÇO

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R S TRANSFORMAÇÕES

AUSTENITA

Perlita ( + Fe3C) + a ) + a

fase próeutetóide

Bainita

( + Fe3C) + a )

Martensita

(fase tetragonal)

Martensita Revenida

( + Fe3C) + a )

Ferrita ou cementita

Resf. lento Resf. moderado Resf. Rápido (Têmpera)

reaquecimento

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Principais Tratamentos Térmicos

Tratamentos Térmicos

Recozimento

Normalização Tempera e Revenido

Esferoidização ou Coalescimento

Total ou Pleno Isotérmico Alívio de tensões Recristalização

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Fatores de Influência nos Tratamentos Térmicos

 Temperatura  Tempo  Velocidade de resfriamento  Atmosfera*

* no caso dos aços para evitar a oxidação e descarbonetação

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Ou linha crítica 723 C

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Influência da temperatura nos Tratamentos Térmicos

 Geralmente o aquecimento é feito acima da linha crítica (A1 no diagrama de fases Fe-Fe3C)

A austenita é geralmente o ponto de partida para as transformações posteriores desejadas

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Influência da temperatura nos Tratamentos Térmicos

 Quanto mais alta a temperatura acima da linha crítica (A1 no diagrama de fases Fe-Fe3C):

 maior a segurança da completa dissolução das fases na austenita

maior será o tamanho de grão da austenita (* não é bom)

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Temperatura Recomendada para os Aços Hipoeutetóides

 50 °C acima da linha A3 no C acima da linha A3 no °C acima da linha A3 no diagrama de fases Fe-Fe3C

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Temperatura Recomendada para os Aços Hipereutetóides

 Temperatura inferior à linha Acm e acima da A1 do diagrama de fases Fe-Fe3C

POR QUÊ? A linha Acm sobe muito em temperatura com o teor

de Carbono  Temperaturas muito altas são prejudiciais por promoverem crescimento de grão da austenita

 Neste caso é menos prejudicial ter a presença de certa

quantidade de carboneto não dissolvido

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Influência do Tempo nos Tratamentos Térmicos

 Quanto maior o tempo na temperatura de austenitização:

 maior a segurança da completa dissolução das fases na austenita

maior será o tamanho de grão da austenita (* não é bom)

 Tempos longos facilitam a oxidação e a descarbonetação

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Tempo nos Tratamentos Térmicos

 Aproximação:

 Tempo em minutos ~ 1,5 X espessura da amostra em milímetros

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Influência do Resfriamento nos Tratamentos Térmicos

 É o mais importante porque é ele que efetivamente determinará a microestrutura, além da composição do aço (teor de Carbono e elementos de liga)

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Principais Meios de Resfriamento

 Ambiente do forno (+ brando)  Ar  Banho de sais ou metal fundido (+ comum

é o de Pb)  Óleo  Água  Soluções aquosas de NaOH, Na2CO3 ou

NaCl (+ severos)

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Como Escolher o Meio de Resfriamento ????

 É um compromisso entre: - Obtenção das caracterísitcas finais

desejadas (microestruturas e propriedades),

- Sem o aparecimento de fissuras e empenamento na peça,

- Sem a geração de grande concentração de tensões

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R S 1- RECOZIMENTO

 Objetivos: - Remoção de tensões internas devido aos

tratamentos mecânicos - Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade - Alterar as propriedades mecânicas como a

resistência e ductilidade - Ajustar o tamanho de grão - Melhorar as propriedades elétricas e magnéticas - Produzir uma microestrutura definida

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R S TIPOS DE RECOZIMENTO

 Recozimento total ou pleno  Recozimento isotérmico ou cíclico  Recozimento para alívio de

tensões  Recozimento para recristalização

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Recozimento

Total ou Pleno

Isotérmico Alívio de tensões

Recristalização

Resfriamento Lento

(dentro do forno) Temperatura Abaixo da linha A1  Não ocorre nenhuma transformação (600- 620oC) Resfriamento Deve-se evitar velocidades muito altas devido ao risco de distorções

Temperatura Abaixo da linha A1 

(600-620oC) - Resfriamento

Lento (ao ar ou dentro

do forno) **Elimina o encruamento gerado pelos processos de

deformação à frio

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1.1- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO

 Objetivo

Obter dureza e estrutura controlada

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1.1- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO

 Temperatura Hipoeutetóide 50 °C acima da linha A3 no C acima da linha A3°C acima da linha A3 no Hipereutetóide Entre as linhas Acm e

A1  Resfriamento Lento (dentro do forno)  implica em

tempo longo de processo (desvantagem)

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1.1- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO

 Constituintes Estruturais resultantes Hipoeutetóide ferrita + perlita grosseira Eutetóide  perlita grosseira Hipereutetóide cementita + perlita grosseira * A pelita grosseira é ideal para melhorar a

usinabilidade dos aços baixo e médio carbono * Para melhorar a usinabilidade dos aços alto

carbono recomenda-se a esferoidização

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1.1- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO

 Temperatura Hipoeutetóide 50 °C acima da linha A3 no C °C acima da linha A3 no

acima da linha A3 Hipereutetóide Entre

as linhas Acm e A1  Resfriamento Lento (dentro do forno)  implica em tempo longo de processo (desvantagem)

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1.2- RECOZIMENTO ISOTÉRMICO OU CÍCLICO

 A diferença do recozimento pleno está no resfriamento que é bem mais rápido, tornando-o mais prático e mais econômico,

 Permite obter estrutura final + homogênea  Não é aplicável para peças de grande

volume porque é difícil de baixar a temperatura do núcleo da mesma

 Esse tratamento é geralmente executado em banho de sais

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COMO É FEITO O RECOZIMENTO ISOTÉRMICO OU CÍCLICO ???

 A diferença do recozimento pleno está no resfriamento que é bem mais rápido, tornando-o mais prático e mais econômico,

 Permite obter estrutura final + homogênea

 Não é aplicável para peças de grande volume porque é difícil de baixar a temperatura do núcleo da mesma

 Esse tratamento é geralmente executado em banho de sais

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1.3- RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES

 Objetivo Remoção de tensões internas originadas de processos

(tratamentos mecânicos, soldagem, corte, …)  Temperatura

Abaixo da linha A1  Não ocorre nenhuma transformação (600-620oC)

 Resfriamento Deve-se evitar velocidades muito altas devido

ao risco de distorções

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INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA DE RECOZIMENTO NA RESIST. À

TRAÇÃO E DUTILIDADE

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2- ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO

 Objetivo Produção de uma estrutura globular ou

esferoidal de carbonetos no aço  melhora a usinabilidade,

especialmente dos aços alto carbono  facilita a deformação a frio

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2- ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO

ESFEROIDITA Objetivo Produção de uma estrutura globular ou esferoidal de carbonetos no aço  melhora a usinabilidade, especialmente dos aços alto carbono  facilita a deformação a frio

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MANEIRAS DE PRODUZIR ESFEROIDIZAÇÃO OU

COALESCIMENTO  Aquecimento a uma temperatura logo

acima da linha inferior de transformação, seguido de resfriamento lento,

 Aquecimento por tempo prolongado a uma temperatura logo abaixo da linha inferior da zona crítica,

 Aquecimento e resfriamentos alternados entre temperaturas que estão logo acima e logo abaixo da linha inferior de transformação.

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R S 3- NORMALIZAÇÃO

Objetivos:

 Refinar o grão  Melhorar a uniformidade da

microestrutra

*** É usada antes da têmpera e revenido

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R S 3- NORMALIZAÇÃO

 Temperatura Hipoeutetóide acima da linha A3 Hipereutetóide acima da linha Acm* *Não há formação de um invólucro de

carbonetos frágeis devido a velocidade de refriamento ser maior

 Resfriamento Ao ar (calmo ou forçado)

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R S 3- NORMALIZAÇÃO

 Constituintes Estruturais resultantes Hipoeutetóide ferrita + perlita fina Eutetóide  perlita fina Hipereutetóide cementita + perlita fina

* Conforme o aço pode-se obter bainita Em relaçào ao recozimento a microestrutura é

mais fina, apresenta menor quantidade e melhor distribuição de carbonetos

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R S 3- NORMALIZAÇÃO

Objetivos:

 Refinar o grão  Melhorar a

uniformidade da microestrutra

*** É usada antes da têmpera e revenido

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R S 4- TÊMPERA

Objetivos:  Obter estrutura matensítica que

promove: - Aumento na dureza - Aumento na resistência à tração - redução na tenacidade

*** A têmpera gera tensões deve-se fazer revenido posteriormente

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R S 4- TÊMPERA

MARTENSITA

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R S 4- TÊMPERA

 Temperatura Superior à linha crítica (A1) * Deve-se evitar o superaquecimento, pois

formaria matensita acidular muito grosseira, de elevada fragilidade

 Resfriamento Rápido de maneira a formar martensíta (ver curvas TTT)

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R S 4- TÊMPERA

 Meios de Resfriamento

Depende muito da composição do aço (% de carbono e elementos de liga) e da espessura da peça

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R S 4- TÊMPERA

 Constituintes Estruturais resultantes

Hipoeutetóide ferrita + martensita Eutetóide  martensita Hipereutetóide cementita + martensita

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R S 4- TÊMPERA

Objetivos:  Obter estrutura

matensítica que promove:

- Aumento na dureza - Aumento na resistência à

tração - redução na tenacidade

*** A têmpera gera tensões deve-se fazer revenido posteriormente

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R S TEMPERABILIDADE

 CAPACIDADE DE UM AÇO ADQUIRIR DUREZA POR TÊMPERA A UMA CERTA PROFUNDIDADE

 VEJA EXEMPLO COMPARATIVO DA TEMPERABILIDADE UM AÇO 1040 E DE UM AÇO 8640

 A CURVA QUE INDICA A QUEDA DE DUREZA EM FUNÇÃO DA PROFUNDIDADE RECEBE O NOME DE CURVA JOMINY QUE É OBTIDA POR MEIO DE ENSAIOS NORMALIZADOS

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R S TEMPERABILIDADE

 Veja como é feito o ensaio de temperabilidade Jominy no site:

 www.cimm.com.br/material didático

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R S 5- REVENIDO

*** Sempre acompanha a têmpera

Objetivos: - Alivia ou remove tensões - Corrige a dureza e a fragilidade,

aumentando a dureza e a tenacidade

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R S 5- REVENIDO

 Temperatura

Pode ser escolhida de acordo com as combinações de propriedades desejadas

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R S 5- REVENIDO  Temperatura Pode ser

escolhida de acordo com as combinações de propriedades desejadas

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R S 5- REVENIDO

150- 230°C acima da linha A3 no C°C acima da linha A3 no  os carbonetos começam a precipitar Estrutura: martensita revenida (escura, preta) Dureza: 65 RC 60-63 RC

230-400°C acima da linha A3 no C°C acima da linha A3 no  os carbonetos continuam a precipitar em forma globular (invisível ao microscópio) Estrutura: TROOSTITA Dureza: 62 RC 50 RC

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R S 5- REVENIDO

400- 500°C acima da linha A3 no C°C acima da linha A3 no  os carbonetos crescem em glóbulos, visíveis ao microscópio Estrutura: SORBITA Dureza: 20-45 RC

650-738°C acima da linha A3 no C°C acima da linha A3 no  os carbonetos formam partículas globulares Estrutura: ESFEROIDITA Dureza: <20 RC

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MICROESTRUTURAS DO REVENIDO

TROOSTITA E MARTENSITA

SORBITA

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FRAGILIDADE DE REVENIDO

 Ocorre em determinados tipos de aços quando aquecidos na faixa de temperatura entre 375- 475 °C acima da linha A3 no C ou quando resfriados lentamente nesta °C acima da linha A3 no faixa.

 A fragilidade ocorre mais rapidamente na faixa de 470-475 °C acima da linha A3 no C °C acima da linha A3 no

 A fragilidade só é revelada no ensaio de resist. ao choque, não há alteração na microestrutura.

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AÇOS SUSCEPTÍVEIS À FRAGILIDADE DE

REVENIDO

 Aços -liga de baixo teor de liga  Aços que contém apreciáveis quantidades

de Mn, Ni, Cr, Sb*, P, S  Aços ao Cr-Ni são os mais suceptíveis ao

fenômeno

*é o mais prejudicial

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COMO MINIMIZAR A FRAGILIDADE DE

REVENIDO  Manter os teores de P abaixo de

0,005% e S menor 0,01%

 Reaquecer o aço fragilizado a uma temperatura de ~600 °C acima da linha A3 no C seguido de °C acima da linha A3 no refriamento rápido até abaixo de 300 °C acima da linha A3 no C .°C acima da linha A3 no

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R S TRATAMENTO SUB-ZERO

 Alguns tipos de aço, especialmente os alta liga, não conseguem finalizar a transformação de austenita em martensita.

 O tratamento consiste no resfriamento do aço a temperaturas abaixo da ambiente

 Ex: Nitrogênio líquido: -170oC Nitrogênio + álcool: -70oC

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AUSTEMPERA E MARTEMPERA

Problemas práticos no resfriamento convencional e têmpera

 A peça/ parte poderá apresentar empenamento ou fissuras devidos ao resfriamento não uniforme. A parte externa esfria mais rapidamente, transformando-se em martensita antes da parte interna. Durante o curto tempo em que as partes externa e interna estão com diferentes microestruturas, aparecem tensões mecânicas consideráveis. A região que contém a martensita é frágil e pode trincar. Os tratamentos térmicos denominados de martempera e austempera vieram para solucionar este problema

 VEJA TAMBÉM MATERIAL FORNECIDO

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R S MARTEMPERA

 O resfriamento é temporariamente interrompido, criando um passo isotérmico, no qual toda a peça atinga a mesma temperatura. A seguir o resfriamento é feito lentamente de forma que a martensita se forma uniformemente através da peça. A ductilidade é conseguida através de um revenimento final.

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R S AUSTEMPERA

 Outra alternativa para evitar distorções e trincas é o tratamento denominado austêmpera, ilustrado ao lado

 Neste processo o procedimento é análogo à martêmpera. Entretanto a fase isotérmica é prolongada até que ocorra a completa transformação em bainita. Como a microestrutura formada é mais estável (alfa+Fe3C), o resfriamento subsequente não gera martensita. Não existe a fase de reaquecimento, tornando o processo mais barato.

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MARTEMPERA E AUSTEMPERA

alternativas para evitar distorções e trincas

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R S CASO PRÁTICO 1

Faça uma análise do seguinte procedimento adotado por uma da empresa

 Peça: eixo (10x100)mm  Aço: SAE 1045  Condições de trabalho: solicitação à abrasão

pura  Tratamento solicitado: beneficiamento para

dureza de 55HRC  Condição para tempera: peça totalmente

acabada

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R S CASO PRÁTICO 2

Qual o tratamento térmico que você acha mais apropriado para um dado eixo flangeado para reconstituir a homogeneidade microestrutural com a finalidade de posteriormente ser efetuada a tempera?

Informações: A região flangeada apresenta-se com granulação fina e homogênea, resultante do trabalho à quente; já o restante do eixo, que não sofre conformação, apresenta-se com microestrutura grosseira e heterogênea, devido ao aquecimento para forjamento.

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R S CASO PRÁTICO 3

Porta insertos de metal duro são usados em estampos progressivos, confeccionados em aço AISI D2 e temperados para 60/62 HRC.

Este tipo de aço costuma reter até 50% de austenita em sua estrutura à temperatura ambiente. Há algum inconveniente disto? Comente sua resposta.

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Tratamentos Térmicos

Recozimento Total ou Pleno

Recozimento Isotérmico Normalização

Tempera e Revenido

Resfriamento Lento

(dentro do forno) Resfriamento ao ar

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