00_Tratamento_térmico_-_completa

UNIVER. DO ESTADO DE STA CATARINA UDESC CENTRO DE CINCIAS TECNOLGICAS CCT

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICA DEM

PROCESSOS DE

TRATAMENTOS TRMICOS

Andr Olah Neto Reviso setembro/2009

UDESC CCT DEM TRATAMENTOS TRMICOS

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NDICE:

PREFCIO: 5

CAPTULO I - INTRODUO: 6 01) Objetivos dos tratamentos trmicos 02) Classificao dos tratamentos trmicos 03) Tipos de tratamentos trmicos 04) Critrios de escolha de tratamentos trmicos 05) Terminologia utilizada

CAPTULO II - CICLO DE TRATAMENTO TRMICO: 15 01) Introduo 02) Aquecimento 03) Manuteno 04) Resfriamento

CAPTULO III - DIAGRAMA TTT: 25 01) Curvas de resfriamento 02) Tipos de curvas de resfriamento 03) Interpretao da curva

CAPTULO IV - TEMPERA: 29 01) Classificao dos processos de tempera 02) Tempera convencional 03) Tempera a vcuo 04) Temperabilidade 05) Formao de austenita retida 06) Crescimento do gro

CAPTULO V - REVENIMENTO: 46 1) Objetivos 2) Endurecimento secundrio

CAPTULO VI - TRATAMENTOS CONVENCIONAIS: 51 01) Recozimento 02) Normalizao 03) Alvio de tenses

CAPTULO VII - TRATAMENTOS ISOTRMICOS: 56 01) Objetivos


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02) Austmpera 03) Martmpera 04) Recozimento isotrmico

CAPTULO VIII - TRATAMENTOS TERMOQUMICOS: 60 01) Introduo 02) Cementao 03) Carbonitretao 04) Nitretao 05) Nitretao a plasma 06) Nitrocarbonetao 07) Comparao entre os processos de nitretao e cementao 08) Boretao

CAPTULO IX REVESTIMENTOS SUPERFICIAIS: 80 01) Introduo 02) Processo PVD 03) Processo CVD 04) Engenharia de superfcie

CAPTULO X TRATAMENTOS TRMICOS ESPECFICOS: 86 01) Tratamento sub-zero 02) Coalescimento ou esferoidizao 03) Solubilizao 04) Precipitao 05) Envelhecimento 06) Maleabilizao 07) Patenteamento 08) Descarbonetao 09) Tempera superficial

CAPTULO XI - EQUIPAMENTOS DE TRATAMENTO TRMICO: 91 01) Classificao dos equipamentos 02) Caracterizao dos equipamentos 03) Fornos de banho de sal 04) Fornos contnuos 05) Fornos muflados 06) Fornos a vcuo 07) Forno com leito fluidizado 08) Forno a plasma

CAPTULO XII - MICROGRAFIAS DE TRATAMENTO TRMICO: 106 01) Ao sem tratamento 02) Ao temperado


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03) Ao temperado e revenido 04) Ao austemperado 05) Ao coalescido ou esferoidizado

CAPTULO XIII - CONTROLE DA ATMOSFERA: 109 01) Efeito da atmosfera 02) Formas de controlar a atmosfera

CAPTULO XIV - DISTORES DIMENSIONAIS: 113 01) Associado ao aquecimento 02) Associado ao gradiente de temperatura 03) Associada forma de aquecimento 04) Associado geometria da pea 05) Associado s tenses residuais pr-existentes 06) Associado recristalizao no aquecimento 07) Associado perda de resistncia mecnica 08) Associado recristalizao no resfriamento 09) Associado ao gradiente no resfriamento 10) Associado ao retratamento da pea

CAPTULO XV - RECOMENDAES DE PROJETO DA PEA: 120 01) Requisitos exigidos no tratamento trmico 02) Condies necessrias no tratamento trmico 03) Sugestes para o projeto de peas tratadas 04) Sugestes para a fabricao da peas tratadas

NORMAS TCNICAS ABNT SOBRE TRATAMENTOS TRMICOS: 124

QUESTIONRIO: 125

EXERCCIO: 126

BIBLIOGRAFIA: 127


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PREFCIO


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CAPTULO I INTRODUO

1) OBJETIVOS DOS TRATAMENTOS TRMICOS:

Tratamento trmico um conjunto de operaes realizados no estado slido, que consiste em promover um ciclo trmico na pea, envolvendo o aquecimento, permanncia em determinadas temperaturas e resfriamento, em condies absolutamente controladas, como o tempo, temperatura e atmosfera, realizadas com a finalidade de conferir ou melhorar determinadas caractersticas do material. Para se garantir os resultados esperados, no devem ocorrer efeitos colaterais negativos como as deformaes e trincas.

O objetivo de qualquer tratamento trmico melhorar tanto as caractersticas como as propriedades dos materiais e conseqentemente das peas ou componentes a partir do qual os mesmos so fabricados, associadas ao:

PRODUTO = so as propriedades necessrias utilizao ou aplicao do produto, que iro determinar sua performance quando em servio tais como:

RESISTNCIA MECNICA = atravs do aumento da resistncia a trao; LIMITE ELSTICO = atravs do aumento da tenso de escoamento; RESISTNCIA AO DESGASTE = atravs do aumento da dureza; RESISTNCIA AO IMPACTO = atravs da recristalizao da estrutura e aumento

da tenacidade;

RIGIDEZ = atravs do aumento da resilincia.

PROCESSO = so as propriedades relacionadas ao processamento do material, que ir determinar a maior ou menor dificuldade de ser trabalhado, tais como:

DUCTILIDADE = aumento do alongamento:


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CONFORMABILIDADE = atravs da reduo da dureza;

USINABILIDADE = atravs da reduo da dureza;

O tipo e o propsito de se realizar tratamento trmico em uma pea muito dependente do tipo de material e de sua aplicao, por exemplo:

AOS FERRAMENTA = objetiva-se invariavelmente aumentar a dureza, a resistncia mecnica e ao desgaste, atravs da tempera, muitas vezes seguido de uma nitretao ou tratamento superficial;

AOS DE CONSTRUO MECNICA = objetiva-se invariavelmente aumentar a resistncia ao desgaste e a resistncia mecnica atravs da tempera;

AOS DE BAIXO CARBONO = objetiva-se: a)promover a recristalizao para recuperar a estrutura e melhorar a conformabilidade; b)cementar para aumentar a resistncia ao desgaste;

PEAS FUNDIDAS DE AO OU PEAS SOLDADAS = objetiva-se recristalizar e homogeneizar, destruindo a estrutura bruta tpica, atravs do recozimento ou mesmo normalizao;

PEAS DE FERRO FUNDIDO = objetiva-se recristalizar para eliminar a cementita proveniente do processo de solidificao, melhorando a usinabilidade, atravs do recozimento;

PEAS DE FERRO FUNDIDO DCTIL = objetiva-se: a)recristalizar para aumentar a tenacidade (ferros ferrticos), atravs do recozimento, ou b)recristalizar para aumentar a resistncia mecnica e/ou a resistncia ao desgaste (ferros bainticos ou martensticos), atravs da austmpera ou mesmo da tempera;

PEAS GRANDES USINADAS, FUNDIDAS OU CONFORMADAS = objetiva-se eliminar as tenses residuais oriundas do processo de fabricao, atravs do alvio de tenses;

AOS LIGADOS = objetiva-se recristalizar e melhorar a usinabilidade, ou as vezes a conformabilidade, atravs do coalescimento;

AOS ESPECIAIS = objetiva-se: a) eliminar precipitados indesejveis atravs do tratamento de solubilizao (Ex: aos inoxidveis) ou, b) promover a precipitao de


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compostos especficos, para aumentar a resistncia ao desgaste, atravs do tratamento de precipitao;

LIGAS NO-FERROSAS = objetiva-se precipitar alguns elementos que esto em soluo slida, formando compostos especficos, como o caso de precipitao em ligas alumnio-silcio.

2) CLASSIFICAO DOS TRATAMENTOS TRMICOS:

Os tratamentos trmicos podem ser classificados em:

2.1) EM FUNO DA TEMPERATURA DE RECRISTALIZAO:

SEM RECRISTALIZAO = so tratamentos trmicos realizados a temperaturas mais baixas, que no envolve necessariamente a recristalizao da estrutura, como: alvio de tenses, revenimento, nitretao, etc;

RECRISTALIZAO TOTAL = so tratamentos realizados a elevadas temperaturas, que envolve necessariamente a recristalizao da estrutura cristalina, como: tempera, recozimento, normalizao, etc;

RECRISTALIZAO PARCIAL = so tratamentos realizados em torno da temperatura crtica, que envolve uma recristalizao parcial da estrutura, como: coalescimento;

2.2) EM FUNO DO SEU PROPSITO:

CONVENCIONAIS = so os tratamentos trmicos em que normalmente se deseja transformar somente a estrutura cristalina da pea, tais como: tempera, recozimento, normalizao, solubilizao, precipitao, etc;

ISOTRMICOS = so os tratamentos onde o resfriamento realizado em etapas e as transformaes ocorrem a uma mesma temperatura, a fim de se evitar grandes deformaes na pea, tais como a austmpera e martmpera;


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TERMOQUMICOS = so os tratamentos trmicos onde se objetiva alterar a condio superficial da peas, atravs de uma camada, conseguida atravs de uma reao qumica da atmosfera com o metal base, tais como: cementao, nitretao, carbonitretao, nitrocarbonetao, sulfinizao, boretao, etc;

REVESTIMENTO = so tratamentos trmicos que visam a deposio de camadas duras sobre a peas: CVD, PVD.

2.3) EM FUNO DA CINTICA DO TRATAMENTO:

INTERMITENTES = onde as peas so carregadas e realizada cada etapa do ciclo de tratamento trmico, separadamente, no mesmo equipamento ou em equipamentos

diferentes;

CONTNUOS = onde as peas so carregadas no forno a granel, passando por todo ciclo de tratamento, etapa por etapa e so descarregadas, de forma contnua. Dependendo do tipo de tratamento realizado pode ser feito em um ou em diversos equipamentos, mas sempre de forma contnua;

SEMICONTNUOS = onde as peas so carregadas em bateladas, dentro de cestos ou dispositivos, passam por cada etapa do ciclo de tratamento trmico, separadamente, dentro do mesmo equipamento, e somente aps so retiradas;

2.4) EM FUNO DA SERIAO:

PEAS NICAS = normalmente so ferramentas ou peas nicas de grande tamanho e peso, que envolvem cuidados especiais, sendo na maioria dos casos utilizados ciclos exclusivos de tratamento, em funo da complexidade, do tipo de

exigncia, da dificuldade de recuperao e do custo de fabricao envolvidos, como em ferramentais de conformao, moldes de injeo, etc. Normalmente so utilizados os processos intermitentes para promover o seu tratamento;

PEQUENAS SERIAES = so itens ou componentes de tamanho mdio ou pequeno que j envolvem certa seriao na fabricao, onde so carregadas em bateladas em uma mesma fornada, e os ciclos de tratamentos trmicos so mais


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padronizados, como pinhes, engrenagens, etc. Normalmente so utilizados os processos semicontnuos no seu tratamento;

GRANDES SERIAES = so itens de grande seriao e normalmente de pequeno tamanho, como pinos, parafusos, etc. Normalmente so utilizados os processo contnuos, muitas vezes automatizados;

2.5) EM FUNO DO OBJETIVO:

PROCESSOS ISOLADOS = na maioria das peas o tratamento trmico realizado para melhor uma propriedade especfica necessria para a sua fabricao ou aplicao;

PROCESSOS ASSOCIADOS = em alguns casos o tratamento realizado em associao com outro processo que est sendo realizado simultaneamente. Exemplo o caso de solda em alguns materiais que possuem um carter mais frgil, como os ferros fundidos. Neste caso necessrio aquecer a pea para aplicao da solda, para que no sejam geradas trincas. Neste caso tambm pode ser considerado a recristalizao para facilitar a conformabilidade quando da conformao a quente.

3) TIPOS DE TRATAMENTOS TRMICOS:

Os tratamentos trmicos mais utilizados podem ser classificados a partir da seguinte forma, em funo de sua finalidade:


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Tabela 1.I Classificao e finalidade dos tratamentos trmicos.

CLASSE TIPO FINALIDADE RECOZIMENTO Reduzir a dureza e

recristalizar a estrutura NORMALIZAO Recristalizar e

homogeneizar a estrutura

TEMPERA Aumentar a resistncia

ao desgaste e a resistncia mecnica

REVENIMENTO Melhorar a estrutura de tempera

CONVENCIONAIS

ALVIO DE TENSES Aliviar tenses internas AUSTEMPERA ISOTRMICOS MARTEMPERA

Aumentar a dureza e a resistncia mecnica

CEMENTAO NITRETAO

CARBONITRETAO NITROCARBONETAO

TERMOQUMICOS

BORETAO PVD REVESTIMENTOS CVD

Aumentar a resistncia ao desgaste

COALESCIMENTO Globulizar a estrutura ESPECIAIS SUB-ZERO Melhorar a estrutura de

tempera

4) CRITRIOS DE ESCOLHA DO TRATAMENTO TRMICO:

A escolha do tipo bem como da forma com que se deve realizar o tratamento trmico em uma pea ou componente deve ser feita a partir de sua geometria, material e requisitos desejados. Deve-se sempre procurar um equilbrio ou um compartilhamento entre estes aspectos para se

obter os resultados e o sucesso desejado. Diante disto, os critrios que devem ser levados em considerao na escolha do processo de tratamento trmico e principalmente da velocidade de resfriamento so:

GEOMETRIA DA PEA = deve-se considerar inicialmente a forma e complexidade geomtrica da pea. Quanto mais complexa, maiores devem ser os cuidados envolvidos no tratamento trmico no sentido de evitar distores dimensionais. Se for utilizada velocidade de resfriamento muito elevada com toda certeza a pea ir


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deformar ou at mesmo romper. Cuidados iguais devem existir nas etapas de aquecimento e manuteno. Quanto a este aspecto tambm se deve tomar cuidados especiais com peas muito grandes, que podem estar associados a grandes deformaes associadas ao seu prprio peso, principalmente quando envolver manipulao quando da recristalizao;

REQUISITOS DESEJADOS = peas que exigem elevados requisitos durante sua aplicao, como resistncia mecnica e resistncia ao desgaste, necessitam ter estruturas mais resistentes, duras e homogneas, devendo para tanto, serem resfriadas

mais rapidamente ou conter elevado carbono e elementos de liga; em alguns casos pode-se requerer somente resistncia ao desgaste, outras, resistncia mecnica ou

mesmo tenacidade, mas na maioria dos casos deseja-se que estas propriedades estejam conjugadas. Isto vai depender exclusivamente da forma de como se fizer o tratamento trmico;

TIPO DE MATERIAL = a composio qumica do material que ir definir alguns aspectos associados ao tratamento trmico como a temperabilidade, por exemplo. Aos de baixo teor de carbono no adquirem muita dureza na tempera, e para se

conseguir algum resultado necessrio utilizar meios de resfriamento mais bruscos, o que crtico em peas de geometria muito complexa. Para se poder resfriar mais

lentamente necessrio utilizar aos mais ligados. Aos de baixo carbono e baixa liga necessitam uma maior velocidade de resfriamento para adquirir dureza, estando, portanto mais sujeitos a deformao;

OPERAO POSTERIOR QUE IR SOFRER = peas que iro sofrer usinagem posterior ao tratamento trmico possuem condies para recuperar eventuais deformaes sofridas, caso contrrio no.


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Figura 1.1 Relao de compartilhamento entre fatores para garantir o sucesso do tratamento trmico.

5) TERMINOLOGIA UTILIZADA NO TRATAMENTO TRMICO:

As terminologias mais comuns utilizadas nos tratamentos trmicos so:

AUSTENITIZAO = transformao da estrutura original existente (perlita ou ferrita) em austentico atravs do aquecimento. Pode ser parcial (aquecimento dentro da faixa de transformao) ou completa (aquecimento acima da faixa de transformao);

ENCHARCAMENTO = tempo de manuteno em determinada temperatura aps equalizao da mesma em todos os pontos da pea;

HOMOGENEIZAO = manuteno de uma liga a alta temperatura para eliminar ou diminuir por difuso, a segregao qumica associado ao processo anterior de fabricao (fundio, etc);

PERLITIZAO = tratamento trmico de transformao de austenita em perlita. Termo largamente usado em tratamento de ferros fundidos;

TRATAMENTO

TRMICO

FORMA E COMPLEXIDA GEOMETRICA

MATERIAL REQUISITOS E

PROPRIEDADES EXIGIDOS


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PREAQUECIMENTO = aquecimento prvio realizado at a temperatura abaixo da temperatura do tratamento visado, visando promover uma dilatao parcial prvia do material, antes do tratamento propriamente dita, reduzindo-se os riscos de empenamento ou trincas;

RECRISTALIZAO = nucleao e crescimento geralmente equiaxiais e isentos de tenso, a partir de uma matriz deformada plasticamente;

RESTAURAO DE CARBONO = reposio de carbono na camada superficial perdido em processamento anterior;

VELOCIDADE CRTICA DE TEMPERA = velocidade mnima que se deve resfriar o ao durante a tmpera, a fim de que no se toque o cotovelo da curva TTT, garantindo-se assim a obteno de uma estrutura totalmente martenstica.

RECRISTALIZAO= tratamento trmico que consiste na recuperao de uma estrutura que sofreu qualquer distoro anterior, co mo o encruamento, por exemplo;

TEMPERA DE RECRISTALIZAO = temperatura acima da qual se transforma totalmente a estrutura anterior do ao em austenita (formada pelas linhas A3 e Acm do diagrama Fe-C). Ver austenitizao;

TEMPERA CRTICA = temperatura acima da qual o material inicia a recristalizao. Acima da linha A1 do diagrama Fe-C;


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CAPTULO II CICLO DE TRATAMENTO TRMICO

1) INTRODUO:

Quaisquer que seja o tipo, o tratamento trmico sempre realizado em trs etapas distintas, como mostrado na figura abaixo. As trs etapas so igualmente importantes para garantir o sucesso do tratamento trmico

Figura 2.1 Esquema mostrando a curva tpica de tratamento trmico.

2) AQUECIMENTO:

As variveis e os cuidados associados etapa de aquecimento so:

VELOCIDADE = o aquecimento da pea deve ser feito de forma mais lento possvel, para que no se formem grandes tenses internas nas peas geradas pela dilatao do material. necessrio que estas tenses tenham condies de se relaxar durante o

Temperatura

MANU-TENO

RESFRIA-MENTO

AQUECI-MENTO

Tempo


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aquecimento, evitando deformaes, empenamentos ou at mesmo trincas na pea. Apesar disto, o aquecimento deve ser rpido o suficiente para no aumentar demasiadamente o ciclo de tratamento trmico e afetar a produtividade do processo. Quando necessrio o aquecimento deve ser feito em duas ou at em trs etapas.

ATMOSFERA = quando necessrio o aquecimento deve ser feito em uma atmosfera controlada para se evitar a oxidao superficial da pea.

A velocidade de aquecimento deve ser determinada em funo de:

GEOMETRIA DA PEA = peas com geometria muito complexas, ou com requisitos dimensionais crticos, devem ser aquecidos de forma mais lenta possvel no sentido de evitar a gerao de tenses residuais muito grandes no interior da pea, que por sua vez iro provocar deformaes;

TIPO DE MATERIAL = materiais muito ligadas, com carter mais frgil, devem ser aquecidas de maneira mais lenta possvel, para evitar trincas.

O calor necessrio para se promover o aquecimento pode ser feito gerado atravs de:

ENERGIA ELTRICA = por intermdio de resistncia eltrica, eletrodos de grafita ou barras de carbeto de silcio, etc;

MEIO COMBUSTVEL = a partir de queimadores de gs-natural, GLP ou leo combustvel;

BOMBARDEIO ATMICO = tpico nos processos a plasma, onde os tomos bombardeiam a superfcie da pea com grande intensidade e energia, provocando seu aquecimento;

As atmosferas utilizadas no tratamento trmico podem ser:

ATMOSFERA AMBIENTE = so tratamentos realizados sem qualquer proteo da atmosfera. So utilizadas quando a temperatura envolvida muito baixa e no existe reao de oxidao da atmosfera do forno com a superfcie da pea (Ex: alvio de


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tenses, revenimento) ou onde a temperatura elevada, mas a oxidao no interfere no resultado ou qualidade da pea (Ex: recozimento de ferro fundido);

EM ATMOSFERA NEUTRA = so utilizados gases neutros como o nitrognio ou combinao de gases (Ex: nitrognio e hidrognio ou nitrognio e metano) a fim de que se seja formada uma atmosfera redutora, que evite o ataque do oxignio sobre a superfcie da pea (Ex: tempera, normalizao);

EM ATMOSFERA ESPECFICA = so utilizados gases especiais (Ex: amnia, metanol, propano, etc), a fim de se conseguir atmosferas especficas no sentido de se conseguir os resultados desejados (Ex: nitretao e cementao);

EM BANHO DE SAL = utiliza-se um banho de sal fundido, onde a pea fica totalmente imersa. O banho de sal tem a funo tanto de funcionar como elemento de

troca trmica como proteger a pea do ataque do oxignio;

EM VCUO = tpico no tratamento de tempera a vcuo, onde a pea permanece a maior parte do tempo numa atmosfera isenta de oxignio;

EM PLASMA = tpico nos tratamentos inicos como a nitretao a plasma.

A transferncia de calor dentro do forno pode ocorrer atravs de:

RADIAO = ocorre pela transferncia de calor da fonte de gerao atravs da radiao de calor gerada. Tpica a elevadas temperaturas, quando a fonte geradora

comea a ficar mais rubra ou incandescente;

CONVECO = ocorre pela transferncia de calor da fonte de gerao para a pea, atravs da movimentao da atmosfera em que a mesma est contida. Quanto maior a movimentao ou circulao desta atmosfera mais efetiva ser a transferncia do calor. Ocorre de forma preferencial a baixas temperaturas onde ainda no existe muita emisso de radiao pelos elementos de aquecimento;

CONDUO = ocorre da superfcie para o interior da pea e fundamental para que exista uma boa homogeneizao da temperatura na pea.

O posicionamento da pea no interior do forno, quando do aquecimento, pode ser:


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AMARRADA = tpico em tratamento realizado em banhos de sais, onde as peas so devidamente amarradas por arames de ao e literalmente penduradas dentro do forno;

APOIADA = as peas so adequadamente apoiadas na soleira (forno intermitente) ou na esteira do forno (forno contnuo);

DISPOSITIVADA = as peas so posicionadas em dispositivos prprios, muitas vezes desenvolvido para cada tipo particular de pea no sentido de se evitar o empenamento;

Figura 2.2 Montagem de peas para tratamento trmico: a)Cestos para pequenas peas com funil alimentador, b)Cestos com bandejas, c)Cabides para pequenas peas, d)Prendendo ou

amarrando com arame, e)Montagem com dispositivos internos, f)Montagem com dispositivos externos.

O ciclo de aquecimento pode ser:

CONTNUA = utilizado na maioria dos tratamentos trmicos onde as condies envolvidas no requerem maiores cuidados;


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INTERMITENTE = neste caso se promove um pr-aquecimento, em duas ou at trs etapas. Aplicado quando se tem peas com geometria complexa, aos muito ligados, onde a temperatura de recristalizao muito elevada (Ex: aos rpidos 1200 oC);

3) MANUTENO NA TEMPERATURA:

As variveis envolvidas durante a etapa de manuteno so:

3.1) TEMPERATURA:

A temperatura determina em funo do tipo de material, de acordo com a sua temperatura de recristalizao, que por sua vez varia em funo da composio qumica. Para os aos ao carbono a temperatura de recristalizao varia diretamente em funo do teor de carbono, conforme mostrado no diagrama Fe-C abaixo, e do tipo e quantidade de elementos de liga. As

temperaturas tambm variam de acordo do tipo de tratamento trmico realizado, tais como:

BAIXA TEMPERATURA = nitretao, alvio de tenses, nitretao, etc;

MDIA TEMPERATURA = tempera e cementao de aos ao carbono e aos baixa liga;

ELEVADA TEMPERATURA = tempera de ao alta liga.

Para os aos hipoeutetides deve-se aquecer pelo menos 50 oC acima da temperatura de recristalizao total (linha Ac3). Para uma temperatura abaixo desta linha a ferrita no se transforma totalmente em austenita e subsiste aps a tempera, o que provoca diminuio de

dureza aps a tempera, pois a ferrita mole. Para aos eutetides (C = 0,8%) ou hipereutetides (C > 0,8%) a temperatura de

recristalizao deve ser no mnimo 50oC maior que a linha Ac1. Nesta condio a cementita no dissolvida deve continuar coexistindo aps a tmpera, mas como sua dureza maior que a da martensita, promover uma influncia benfica sobre a dureza da pea.


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Figura 2.3 Diagrama ferro-carbono onde se destaca a faixa de temperatura pra se promover a recristalizao.

3.2) TEMPO:

O tempo determinado em funo do tamanho da pea. Peas maiores, com paredes mais espessas, necessitam maiores tempos para que a temperatura se homogeneze adequadamente, caso contrrio no haver uma boa recristalizao e as propriedades finais sero mais variadas, tanto a resistncia como a dureza. A experincia recomenda a seguinte prtica para se determinar este tempo:

Como regra geral recomendado um tempo de aquecimento de uma hora para cada 25 mm da seo mais espessa da pea, no sentido de se obter uma completa homogeneizao da estrutura;

Temperatura de recristalizao

Linha Acm

Linha Ac3

Linha Ac1


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Em fornos intermitentes este tempo deve contar a partir do momento em que o forno estabilizou a temperatura e no aps a colocao da pea no forno. Deve-se dar tempo para a recuperao do calor perdido quando se abriu o forno, bem como pelo calor absorvido pela peas.

Os cuidados a serem tomadas durante a etapa de manuteno so:

APOIO DA PEA = as peas devem estar adequadamente apoiadas, principalmente aquelas de maior tamanho ou peso, caso contrrio sofrero deformaes acentuadas, associada ao seu prprio peso, pois existe forte queda da rigidez do material quando exposto a elevadas temperaturas;

MANIPULAO = deve-se ter cuidado especial quando da manipulao da peas no interior do forno ou quando for retirada, pelos mesmos motivos citados no item anterior.

4) RESFRIAMENTO:

As caractersticas finais da pea aps o tratamento trmico variam em funo do tipo de estrutura cristalina obtida e esta depende da velocidade de resfriamento. Portanto, o resfriamento

da pea deve ser feito de forma adequada ao que se deseja de propriedades, e sua velocidade deve ser determinada em funo de:

GEOMETRIA DA PEA = quanto mais complexa geometricamente a pea mais lenta deve ser o resfriamento, no sentido de se evitar grandes deformaes;

TIPO DE MATERIAL UTILIZADO =aos muito ligados, que apresentam um carter mais frgil, devem ser resfriados de forma mais lenta possvel ou de forma escalonada. Aos de baixo carbono e baixa quantidade de elementos de liga devem ser

resfriados o mais rapidamente possvel;

REQUISITOS DIMENSIONAIS DESEJADOS = mesmo que as peas tenham geometria simples, quando os requisitos dimensionais forem mais rgidos, menor deve


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ser a velocidade de resfriamento no sentido que no sejam geradas maiores deformaes;

PROPRIEDADES DESEJADAS = peas que exigem elevadas durezas, mas que no possuem muitos elementos de liga em sua composio, requerem maiores velocidades de resfriamento;

Em funo da forma o resfriamento pode ser feito das seguintes maneiras:

INTERMITENTE = realizado de forma escalonada, quando se deseja reduzir o impacto do choque trmico ou dos efeitos associados a ele, como a contrao e deformao. Utilizados nos tratamentos isotrmicos, ou seja, onde as transformaes ocorrem a uma mesma temperatura, como na austmpera e martmpera;

CONTNUO = utilizado na maioria dos tratamentos trmicos, onde a temperatura varia de forma adequada e contnua em funo do tempo.

Os meios de resfriamento utilizados nos tratamentos trmicos, em funo da velocidade de resfriamento, so mostrados na tabela a seguir.

Tabela 2.I Velocidade de resfriamento em funo da velocidade de resfriamentos utilizados no tratamento trmico.

MEIO DE RESFRIAMENTO

TIPO DE TRATAMENTO

TRMICO

LENTO

NO FORNO RECOZIMENTO AO AR

AO AR FORADO NORMALIZAO

LEO GUA

SALMOURA

TEMPERA

RPIDO

OBSERVAES:

RESFRIAMENTO EM GUA = quando a pea imersa em gua forma-se imediatamente bolhas de vapor ao seu redor, comprometendo a transferncia e a


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extrao do calor por serem isolantes. Isto provoca heterogeneidade da dureza na pea. Uma forma de minimizar este efeito agitar a pea dentro no banho de resfriamento quando de sua imerso;

RESFRIAMENTO EM SALMOURA = quando a pea imersa em salmoura, que composto por uma soluo de gua com sal, no se formam bolhas de vapor porque o ponto de ebulio neste caso bem mais alto. Com isto o resfriamento da pea mais efetivo e a dureza mais homognea.

Figura 2.4 Efeito do meio sobre a velocidade de resfriamento.

Uma boa prtica recomenda agitar a pea quando for imersa no banho de resfriamento, qualquer que seja o meio, no sentido de:

Eliminar eventuais bolhas que se formam;

Garantir uma melhor troca de calor re resfriamento;

Homogeneizar a dureza da pea;

Em funo da velocidade de resfriamento aps a cristalizao, os tratamentos trmicos

convencionais podem ser do tipo:

RESFRIAMENTO EM GUA

LENTO E HETEROGNEO

RESFRIAMENTO EM SALMOURA

RPIDO E HOMOGNEO

Formao de vapor de gua - isolante


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RECOZIMENTO = a pea resfriada de forma contnua, lentamente, dentro do forno, objetivando-se obter uma estrutura ferrtica ou ferrtica-perltica, dependendo do tipo de ao;

NORMALIZAO = a pea resfriada de forma contnua, ao ar ou com ar forado, objetivando-se obter uma estrutura perltica fina;

TEMPERA = a pea resfriada de forma contnua, rapidamente, em leo, gua ou salmoura, objetivando-se obter uma estrutura martenstica;


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CAPTULO III DIAGRAMAS TTT

1) CURVAS DE RESFRIAMENTO:

O controle do ciclo de tratamento trmico, relacionado principalmente a velocidade com que o material necessita resfriar para atingir os resultados desejados, realizado atravs das curvas de tratamento trmico, como mostrado a seguir.

LINHA Mf = incio da transformao martenstica; LINHA Mf = final da transformao martenstica. CURVA A = curva tpica de tempera estrutura 100% martenstica; CURVA B = velocidade crtica de tempera; CURBA C = curva inadequada estrutura martensita + perlita + bainita.

Figura 3.1 Curva tpica de resfriamento TTT.

Campo Perltico

Campo Baintico

Campo Martenstico

Incio da transformao Austenita

instvel

Cotovelo da curva

Austenita estvel

Fim da transformao

Curva B

Temperatura Mi

Temperatura Mf

Curva A Curva C

Temperatura de

recristalizao


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2) TIPOS DE CURVAS DE RESFRIAMENTO:

Existem dois diagramas tpicos, quais sejam:

DIAGRAMA TTT = Temperatura, Tempo, Transformao = avaliam as transformaes que ocorrem durante o resfriamento contnuo. Utilizado para a maioria dos tratamentos trmicos;

DIAGRAMA TTI = Transformao, Tempo, Isotrmica = avaliam as transformaes que acontecem a uma mesma temperatura. Utilizada para transformaes isotrmicas como a austmpera e martmpera,;

Cada tipo de material apresenta um diagrama TTT ou TTI especfico, como por exemplo:

DIAGRAMA TTT DE UM AO AO CARBONO:

Os aos ao carbono de baixo teor de carbono (hipoeutetides) e sem elementos de liga possuem o cotovelo da curva TTT muito deslocado para a esquerda por isso, por mais intensa que

seja a velocidade de resfriamento, no se consegue obter uma matriz totalmente martenstica. Alm disso, quando do resfriamento, formam primeiro ferrita, antes da martensita. Isto ajuda a reduzir a dureza do ao aps a tempera.

O mnimo de carbono para que o ao adquira uma certa dureza aps a tempera de 0,4%. Os aos hipereutetides formam primeiro a cementita antes da martensita, o que no

prejudica a dureza final da pea por tambm ser uma fase muito dura.


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Figura 3.2 Curva TTT tpica de um ao de composio hipoeutetide (C < 0,8%) e hipereutetide (C > 0,8%)

DIAGRAMA TTT DE UM AO LIGADO:

Figura 3.3 Curva TTT tpica de uma ao ligado, com o cotovelo bastante deslocado para a direita.


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3) INTERPRETAO DAS CURVAS TTT:

Dependendo do formato e do posicionamento da curva TTT podemos ter diferentes circunstncias de tratamento, tais como:

CURVA A = difcil aplicao, pois a curva est muito deslocada para a esquerda, necessitando-se grandes velocidades de resfriamento para a obteno de martensita, que ainda poder vir acompanhada de outras estruturas, como a perlita ou bainita, provocando variao de dureza;

CURVA B = impossvel aplicao, pois a curva est muito deslocada para a esquerda, chegando a tocar o eixo;

CURVA C = condio ideal, pois a curva est bem posicionada, permitindo alcanar a regio martenstica sem grandes velocidades de resfriamento;

CURVA D = curva muito longa, com tempos muito longos para se fazer a transformao;

Figura 3.4 Interpretao das curvas de resfriamento TTT.


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CAPTULO IV TEMPERA

1) CLASSIFICAO DOS PROCESSOS DE TEMPERA:

Os processos de tempera se dividem em dois grandes grupos:

TEMPERA CONVENCIONAL;

TEMPERA A VCUO; TEMPERA SUPERCIAL.

Em funo do meio de resfriamento a tempera pode ser:

AO AR = processo em que o agente de resfriamento (meio de tmpera) o ar; EM LEO = processo em que o agente de resfriamento o leo; EM GUA = processo em que o agente de resfriamento a gua; EM SALMOURA = processo em que o agente de resfriamento a salmoura;

A VCUO = processo em que a pea aquecida em atmosfera de vcuo e resfriada com nitrognio a elevada presso.

Em funo da abrangncia da tmpera pode-se ter:

TEMPERA TOTAL = onde se procura temperar a pea como um todos. O objetivo conseguir propriedades o mais homogneas possvel entre a superfcie e as partes mais internas. Normalmente neste caso alm da resistncia ao desgaste requerida tambm boa resistncia mecnica na pea;

TEMPERA PARCIAL = onde se procura temperar somente parte da pea que ir ser solicitada;


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TEMPERA SUPERFICIAL = onde se deseja temperar somente a superfcie, de forma que o ncleo permanea dctil.

O que determina o tipo de resfriamento o material que est sendo temperado. Quanto menor o teor de carbono e menos ligado o material maior a velocidade necessria para atingir o campo martenstico e atingir a dureza desejada.

Um fator limitante da velocidade a geometria da pea, pois peas crticas podem empenar ou at trincar se forem utilizadas velocidades excessivas. Da a necessidade de se

compartilhar tipo de matria, caractersticas desejadas e geometria da pea com velocidade de resfriamento.

Alternativas do processo de tmpera so:

TEMPERA DA CAMADA CEMENTADA = tmpera restrita camada perifrica da pea cementada;

TEMPERA DIFERENCIAL OU PARCIAL= tmpera onde somente parte da pea segue o ciclo de temperaturas de tmpera. Tambm denominado tempera seletiva ou parcial;

TEMPERA DO NCLEO = tmpera do material no ncleo de pea cementada. Em aos no temperveis ocorre apenas um endurecimento;

TEMPERA DUPLA = tmpera da pea cementada realizada em duas etapas. Primeiro a partir da temperatura de tmpera do material do ncleo e segunda a partir da temperatura da tmpera do material da camada cementada.

BENEFICIAMENTO = uma forma diferente de designar a tempera convencional, onde a pea tempera e revenida a temperatura adequada, com o objetivo de obteno de maior tenacidade com certas propriedades de resistncia mecnica.

2) TEMPERA CONVENCIONAL:

A tempera um tratamento trmico que se caracteriza no aquecimento at a temperatura

de recristalizao, seguido de um resfriamento rpido, com velocidade acima da velocidade crtica de tempera, possibilitando a transformao direta da austenita em martensita, sem a


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formao de qualquer fase intermediria. Para tal necessrio cruzar as linhas Mi e Mf sem tocar o cotovelo da curva TTT, caso contrrio alm da martensita iro ser formar outras fases, como a perlita e a bainita, que iro fazer com que no seja atingida a dureza e a resistncia plena, comprometendo o desempenho posterior da pea.

Figura 4.1 Curva TTT mostrando o resfriamento tpico de tempera.

ETAPAS DE UM PROCESSO DE TEMPERA:

O processo de tempera realizado a partir das seguintes etapas:

PREAQUECIMENTO = necessrio para facilitar a distribuio de temperatura na pea, melhorar o gradiente de aquecimento e evitar empenamentos e trincas;

TEMPERA = aquecimento do material na temperatura de recristalizao;

REVENIMENTO = necessrio para recristalizar estrutura martenstica grosseira (ver revenimento item XXX);

MEDIO DE DUREZA = importante para medir o resultado do processo;


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Figura 4.2 Seqncia esquemtica de um processo de tempera.

O objetivo da tempera promover a recristalizao da estrutura bruta, normalmente perlita/ferrita, em austenita, atravs da recristalizao, e esta em martensita, obtendo-se com isto uma estrutura cristalina muito mais dura, rgida e resistente. Isto ocorre porque a estrutura resultante da tempera possui muitos menos planos de escorregamento que a anterior.


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Figura 4.3 Modificao da estrutura cristalina com o processo de tempera, onde a austenita de transforma em martensita.

3) TEMPERA A VCUO:

O processo de tempera em forno a vcuo (Figura 4) utilizado principalmente para o tratamento de peas especiais, fabricadas a partir de aos ligados, como cavidades de moldes de injeo e estampagem, por exemplo.

O processo consiste no aquecimento da pea sob vcuo rigoroso, onde no existe qualquer contacto com o oxignio. Para o resfriamento utiliza-se gs nitrognio sob elevada presso, como mostrado na figura 5.


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Figura 4.4 Fotografia de um forno a vcuo.

As etapas envolvidas do processo de tratamento trmico de tempera a vcuo so:

LIMPEZA DAS PEAS = as peas necessitam ser limpas para remoo de sujeiras e graxas que podem prejudicar a formao de vcuo na etapa posterior,

CARREGAMENTO E FECHAMENTO DO FORNO = as peas devem ser adequadamente carregadas e apoiadas para evitar empenamentos durante o tratamento

trmico;

APLICAO DE VCUO = remoo de todo o oxignio presente no interior do forno, para evitar oxidao da pea durante o aquecimento posterior;

AQUECIMENTO E MANUTENO = aumento de temperatura, em etapas programadas para atingir a condio de recristalizao, sem empenamentos. Neste equipamento a temperatura pode chegar at a 1100oC. Durante toda esta etapa o forno est sob vcuo;

RESFRIAMENTO = corte do vcuo e aplicao de nitrognio a elevada presso, acompanhado de forte circulao, para garantir uma boa conveco e um resfriamento

mais rpido e homogneo possvel. Quanto maior a presso de nitrognio maior a velocidade de resfriamento, permitindo tratar aos com menor temperabilidade. Para isto, em alguns tipos de forno a presso pode chegar at 20 bar.


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Figura 4.5 Esquema mostrando o princpio de funcionamento do forno a vcuo em duas vistas.

MOTOR ELTRICO

BOMBA DE

VCUO

NITRO- GNIO

ELEMENTOS AQUECIMENTO

VENTI- LADOR

PORTA

PEA


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Figura 4.6 Curva tpica de aquecimento e resfriamento de um ao ligado, temperado em um forno a vcuo.

VANTAGENS DA TEMPERA A VCUO:

Em relao aos outros processos de tempera, o processo a vcuo apresenta as seguintes vantagens:

MNIMA DEFORMAO DIMENSIONAL = durante todo o processo de tratamento a pea permanece parada, sem necessidade de movimentao como ocorre em outros processos, diminuindo consideravelmente a deformao quando a pea se

encontra recristalizada (austentica), sem resistncia mecnica; MELHOR CONDIO SUPERCIAL = durante todo processo de tratamento a pea

se encontra em atmosfera de vcuo ou nitrognio, sem a possibilidade de se oxidar, evitando com isto qualquer descarbonetao e permitindo a obteno de excelente acabamento superficial, sem a formao de carepas;

Aplicao de vcuo de 10-3

bar e temperatura de

at 1100 oC.

Aplicao de nitrognio a

presso de at 10 bar,

acompanhado de circulao forada.

Temperatura

Tempo


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MELHOR CONTROLE = no processo a vcuo possvel controlar automaticamente todo o ciclo de aquecimento, manuteno e resfriamento, a partir da utilizao de CLP. Com isto permite-se obter velocidades adequadas para cada tipo de material e de pea no sentido de conseguir a estrutura e propriedades requeridas, obtendo-se um nvel de qualidade diferenciado;

4) TEMPERABILIDADE:

4.1) MTODO DE ENSAIO:

A temperabilidade pode ser definida como a capacidade do material ser temperado, ou seja, a capacidade do material adquirir dureza quando for submetido a tempera. A temperabilidade pode ser definida atravs de dois parmetros:

Nvel de dureza alcanada na superfcie;

Penetrao da dureza a partir da superfcie;

A temperabilidade pode ser medida e avaliada atravs do Ensaio Jominy, como mostrada abaixo.

Figura 4.7 Ensaio Jominy mostrando o dispositivo e o corpo de prova.


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A partir deste teste se levantam curvas que permite avaliar o grau de temperabilidade alcanada, conforme mostrado a seguir.

Figuras 4.8 Curvas de endurecibilidade tpicas, obtidas a partir do Ensaio Jominy.


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Figuras 4.9 Curvas de endurecibilidade comparativa entre diferentes tipos de ao, em funo do dimetro do corpo de prova.


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4.2) FATORES QUE AFETAM A TEMPERABILIDADE:

A temperabilidade pode ser afetada por diversos aspectos. Alguns fatores afetam a posio das curvas no diagrama TTT e conseqentemente esto afetando no somente a temperabilidade como a possibilidade de obteno de outras estruturas especficas, tais como:

a) ELEMENTOS DE LIGA:

Cada tipo de material, cada liga, possui sua prpria curva TTT, como j visto anteriormente. A presena de determinados elementos de liga na constituio da austenita pode

afetar no somente a mobilidade dos tomos de carbono, mas principalmente a velocidade de nucleao de novas fases. Alguns elementos aumentam a velocidade de difuso, porm a grande maioria dificulta as transformaes por nucleao e crescimento, pois retardam as reaes. Com isto as curvas TTT so deslocadas para a direita, aumentando o tempo disponvel para o material atingir as temperaturas de transformao martenstica durante o resfriamento, favorecendo a temperabilidade.

Figura 4.10 Efeito dos elementos de liga sobre as os cotovelos da curva TTT.

b) TEOR DE CARBONO:

Por aumentar a quantidade de carbono dissolvido na martensita, aumenta sua dureza.


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Figura 4.11 Aumento da dureza da martensita com o teor de carbono.

c) TAMANHO DE GRO:

Os produtos da transformao durante o tratamento trmico so formados por reaes de nucleao e crescimento, que ocorrem preferencialmente em contornos de gro, por serem regies mais desordenadas atomicamente possuindo, portanto maior energia livre, necessria para o processo. Com isto percebe-se que quanto menor o tamanho do gro maior a rea total de contorno de gro e maior a velocidade de nucleao. Por isto um ao de granulao grosseira,

preservando-se a mesma composio qumica, maior a temperabilidade, pois a curas estaro mais deslocadas para a direita.

Figura 4.12 Influncia do tamanho de gro sobre as curvas de resfriamento de uma curva TTT.


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d) FORMA DE RESFRIAMENTO:

Figura 4.13 Diagramas de resfriamento contnuo e isotrmico

e) HOMOGENEIDADE DA AUSTENITA:

A falta de homogeneidade da austenita durante a recristalizao pode gerar a formao de incluses no solveis ou de partculas de carbonetos no dissolvidos ou mesmo reas de ferrita. A presena dessas fases favorece as reaes isotrmicas por constiturem ncleos para transformao, de modo que diminuem a temperabilidade.

Figura 4.14 Influncia da homogeneidade da austenita sobre as curvas TTT.


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5) FORMAO DE AUSTENITA:

Dependendo do ao que est sendo tratado, em funo do teor de carbono e elementos de liga presente, as linhas de incio (Mi) e final (Ms) de transformao martenstica podem se deslocar a tal ponto que ficam abaixo da temperatura ambiente, principalmente a linha Mf. Isto faz com que no exista uma total transformao da austenita em martensita durante o resfriamento na tempera, ocorrendo a presena de austenita retida, ou seja, no transformada. Este efeito provoca:

HETEROGENEIDADE = junto a martensita existira a austenita, gerando uma heterogeneidade na dureza;

REDUO DE PROPRIEDADES = a martensita temperada dura e resistente, enquanto a austenita mole e sem resistncia. Portanto sua presena contribui para a reduo das propriedades gerais do ao;

VARIAO DIMENSIONAL= a austenita retida permanece na estrutura di material e lentamente tende a se transformar em martensita durante a utilizao da pea, gerando variaes dimensionais tpicas em funo da diferena de volume especfico entre a s duas fases.

Figura 4.15 Efeito do teor de carbono sobre as temperaturas de incio (Mi) e final (Mf) de transformao da martensita


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6) CRESCIMENTO DE GRO:

Durante o tratamento trmico deve-se cuidar para que no haja o crescimento do gro austentico, o que ocorre se os tempos, as temperaturas ou ambos forem exagerados. Deve-se ter cuidado especial em aos mais ligados onde tipicamente a temperatura de recristalizao tipicamente mais elevada. Neste caso os tomos esto possudos de muita vibrao, trocando facilmente de posio entre si, favorecendo o crescimento do gro.

O crescimento do gro prejudicial extremamente prejudicial principalmente em aos ferramentas onde a tenacidade uma propriedade muito requisitada. Quando o gro cresce a rea superficial total dos gros diminui e as impurezas presentes (xidos, silicatos, nitretos, etc) muitas delas com carter frgil, se concentram mais nas reas ao redor dos gros, tornando-as mais frgeis. Isto acaba afetando sensivelmente a tenacidade e a resistncia ao impacto, devido a

m distribuio de impureza tipicamente contida no ao.

Figura 4.16 Crescimento do gro associada a elevados tempos ou temperaturas de tratamento trmico.


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Por outro lado, embora no tpico, deve-se mencionar que existem alguns tratamentos especficos que so realizados para propositalmente aumentar o tamanho de gro. Entre alguns pode-se citar o recozimento de aos para confeco de extratores e rotores de motores eltricos.


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CAPTULO V REVENIMENTO

1) PROCESSO:

O revenimento o tratamento trmico realizado em de uma pea j temperada ou normalizada, caracterizado pelo aquecimento do material abaixo da temperatura crtica e resfriamento adequado, de preferncia lentamente, ao ar.

Aps a realizao de qualquer tipo de tempera necessrio submeter a pea ao

revenimento, com os seguintes objetivos:

Recristalizar estrutura martenstica grosseira, que muito dura, frgil e quebradia;

Tornar a pea mais tenaz;

Eliminar a presena de austenita retida;

Ajustar as propriedades, principalmente a dureza.

O revenido tende a reduzir a dureza da pea alcanada na tempera e varia diretamente em funo da temperatura em que for realizado o revenido, como mostrado na figura a seguir.

Figura 5.1 Variao de dureza em funo da temperatura de revenido para aos ao carbono ou baixa liga.


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Dependendo do tipo de ao utilizado podem-se realizar diversos revenidos tais como:

AOS AO CARBONO OU BAIXA LIGA = comum realiza-se somente um revenido;

AOS LIGADOS = em aos altamente ligados, como em alguns tipos de aos ferramentas, deve-se obrigatoriamente realiza-se trs revenidos.

Os mecanismos envolvidos em cada um dos trs revenidos so:

PRIMEIRO REVENIDO = transformar a martensita grosseira em martensita revenida e a austenita retida em austenita grosseira;

SEGUNDO REVENIDO = transformar a austenita grosseira, obtida no primeiro revenido, em austenita revenida, uniformizando-se a estrutura;

TERCEIRO REVENIDO = acertar dureza dentro da faixa desejada;

Caso a pea ainda no fique dentro da faixa desejada aps o terceiro revenido pode-se realizar outros at se conseguir o objetivo. O nico inconveniente nesta prtica o custo. Ocorre que aps o revenido a pea fica com a dureza abaixo do especificado. Neste caso a nica forma de corrigir seria retemperar a pea. Se isto ocorrer o ideal seria primeiro recozer a pea antes de iniciar uma nova tempera, no sentido de se eliminar deformaes e a possibilidade de trinca.


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Figura 5.2 Variao da estrutura cristalina com os sucessivos revenidos.

OBSERVAO: Uma boa prtica sugere que o revenido seja feito imediatamente aps a tempera, pois

nesta condio a pea est com uma estrutura inadequada composta por uma martenstica

grosseira, frgil e extremamente tencionada, em funo do resfriamento brusco da tempera. Estas tenses procuraro se relaxar e podero provocar trincas ou at mesmo uma ruptura catastrfica

na pea. Quanto maior for o teor de carbono e de elementos de liga mais crtica a situao e mais ateno deve ser dado neste aspecto.

2) ENDURECIMENTO SECUNDRIO:

Endurecimento secundrio o fenmeno de aumento da dureza que ocorre durante o ciclo de revenimento, associada precipitao de carbonetos de elementos que esto em soluo slida, tpico em ao com elevado teor de elementos de liga.

Austenita

Martensita bruta

Martensita revenida

Antes do resfria-mento.

a

Aps o resfriamento.

a

Aps o primeiro revenido

.

Aps o segundorevenido

Aps o terceiro revenido

Acerto da dureza


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Aos ligados possuem elevada quantidade de elementos que esto soluo slida na austenita quando da recristalizao. Quando da realizao da tempera, associado a elevada velocidade de resfriamento, grande parte desses elementos permanecem em soluo, agora na martenstica, pois no tiveram condies de se arranjar e precipitar.

Posteriormente, quando da realizao do revenido, aps atingir uma determinada condio de temperatura, esses elementos de liga encontram condies de se precipitar, na forma de carbonetos que por serem muito duros elevam a dureza do material, promovendo o fenmeno de endurecimento secundrio, conforme mostrado na figura a seguir.

Figura 5.3 Curva de revenido tpica de aos ligados, mostrando o endurecimento secundrio em funo da temperatura de revenido.


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CICLO DE TRATAMENTO TRMICO DE UM AO LIGA:

Na figura a seguir pode se observar o ciclo tpico de tratamento de uma pea confeccionada a partir de um ao ligado (aos rpido), envolvendo a tempera e trs revenidos.

Figura 5.4 Esquema mostrando a seqncia completa de tempera e revenido de um ao ferramenta.


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CAPITULO VI TRATAMENTOS CONVENCIONAIS

1) RECOZIMENTO:

O recozimento um tratamento trmico que consiste do aquecimento controlado at a temperatura de recristalizao, onde permanece durante um determinado tempo, seguido de um resfriamento lento, normalmente dentro do prprio forno.

Figura 6.1 Resfriamento tpico do tratamento de recozimento.

O objetivo do recozimento amolecer o material ou promover uma recristalizao. aplicado tipicamente em aos que sofreram processo de conformao mecnica a frio intensivo ou solda, onde se deseja recuperar a estrutura, melhorando a ductilidade e a conformabilidade. Tambm aplicado tipicamente em ferros fundidos objetivando-se eliminar fases duras presentes, como a cementita, formada durante a solidificao, com o objetivo de melhorar a usinabilidade.

TIPOS DE RECOZIMENTO: Os recozimentos podem ser dos seguintes tipos:


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RECOZIMENTO A VCUO = recozimento realizado sob vcuo; RECOZIMENTO AZUL = recozimento realizado em condies de temperatura e

atmosfera controlada, no sentido de se formar sobre a superfcie do material uma

camada de xido uniforme e aderente de cor azulada. Aplicado em tratamento de aos para motores eltricos;

RECOZIMENTO BRANCO OU BRILHANTE = recozimento realizado em condies tais que evitam a oxidao da superfcie metlica;

RECOZIMENTO EM CAIXA = recozimento em que as peas so levadas ao forno dentro de um recipiente vedado em condies que reduzam a oxidao ao mnimo;

RECOZIMENTO FERRTICO = recozimento aplicado ao ferro fundido, destinado obteno de matriz ferrtica, tambm denominado ferritizao;

RECOZIMENTO INTERMEDIRIO = recozimento realizado entre duas operaes de fabricao, aps sofre um processo de conformao severo;

RECOZIMENTO INTRACRTICO = recozimento caracterizado pela permanncia em temperatura dentro da zona crtica;

RECOZIMENTO ISOTRMICO = recozimento caracterizado por uma austenitizao seguida de transformao isotrmica da austenita na regio de formao da perlita;

RECOZIMENTO PARA ALVIO DE TENSES = recozimento subcrtico visando a eliminao de tenses internas sem modificao fundamental das propriedades existentes, realizado aps deformao a frio, tratamento trmico, soldagem, etc;

RECOZIMENTO PARA CRESCIMENTO DE GRO = recozimento caracterizado por permanncia em temperatura significativamente acima de zona crtica; resfriamento lento at a temperatura abaixo do ponto A1 e subseqente

resfriamento lento at a temperatura ambiente, destinado a produzir crescimento do gro;

RECOZIMENTO PARA HOGENEIZAO = recozimento caracterizado por um aquecimento at uma temperatura consideravelmente acima do ponto Ac3, longa permanncia nesta temperatura e resfriamento adequado, para eliminao de variaes de composio do material;


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RECOZIMENTO PARA RECRISTALIZAO = recozimento caracterizado pela permanncia em temperatura dentro da taxa de recristalizao, aps deformao realizada abaixo dessa faixa;

RECOZIMENTO PARA SOLUBILIZAO = recozimento em conseqncia do qual um ou mais constituintes entram em soluo. Geralmente caracterizado por um resfriamento rpido destinado reteno daqueles constituintes em soluo na temperatura ambiente. Tambm denominado solubilizao;

RECOZIMENTO PLENO = recozimento caracterizado por resfriamento lento atravs da zona crtica, a partir da temperatura de austenitizao (geralmente acima de Ac1 para aos hipoeutetides e entre Ac3 e Acm para aos hipoeutetides);

RECOZIMENTO POR CHAMA = recozimento em que o aquecimento produzido diretamente por uma chama;

RECOZIMENTO SUBCRTICO = recozimento totalmente realizado abaixo da zona crtica.

2) NORMALIZAO:

A normalizao um tratamento trmico caracterizado por aquecimento acima da zona crtica e por equalizao nesta temperatura seguida de resfriamento uniforme ao ar, ser restringi-lo ou aceler-lo, at a temperatura ambiente. Este resfriamento pode ser feito ao ar calmo ou ar forado, com o uso de ventiladores, dependendo das caractersticas finais desejadas na pea.

APLICAO: O objetivo deste tratamento refinar a estrutura obtendo-se uma matriz perltica mais

refinada, ganhando-se com isto certa resistncia mecnica em substituio da perlita mais

grosseira proveniente de uma pea laminada a quente, ou mesma dendrtica proveniente da pea bruta de fuso. Tambm tem o propsito de promover uma melhor homogeneizao das

propriedades.


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Figura 6.2 Curva TTT mostrando resfriamento tpico de uma normalizao.

OBSERVAO: Quando se aumenta a velocidade de resfriamento neste processo, atravs da aplicao de

uma maior intensidade de ventilao, pode-se elevar a dureza obtida, atravs do refinamento da estrutura perltica formada.

3) ALVIO DE TENSES:

Alvio de tenses um tratamento trmico que consiste em aquecer a peas abaixo da temperatura crtica, mantendo nesta condio por algum tempo, que vai depender do tamanho da peas e de seu nvel de tenses, seguido de um resfriamento lento, de preferncia dentro do prprio forno, ou mesmo ao ar. O propsito eliminar as tenses internas, provenientes do

processo de fabricao anterior (conformao, fundio, soldagem, etc). Este tratamento tem o objetivo de eliminar tenses internas existentes no interior do

material, proveniente do processo de fabricao anterior. Aplicado em peas fundidas de grandes dimenses com inmeras cavidades internas, onde a contrao associada ao processo de solidificao e resfriamento gerou elevado nvel de tenses internas. Da mesma forma em peas grandes conformadas ou soldadas, ou cavidades de ferramentas e moldes que sofreram um processo de usinagem intenso.

Nestes casos absolutamente necessria eliminao das tenses internas antes da aplicao ou utilizao da pea, para no ocorra o risco de deformao da mesma quando em


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servio, associado ao alvio progressivo e lento das tenses associado a prpria variao da temperatura ambiente.


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CAPTULO VII TRATAMENTOS ISOTRMICOS

1) INTRODUO:

Tratamentos isotrmicos so tratamentos onde ocorre uma transformao isotrmica, ou seja, realizada a uma mesma temperatura. Muitas peas necessitam serem resfriadas de forma especial, em etapas, para evitar empenamentos e at mesmo trincas, associado aos seguintes motivos:

GEOMETRIA = certas peas possuem uma forma no favorvel ou uma geometria muito complexa, como por exemplo, uma placa plana que, apesar de ter uma geometria simples, est muito sujeita a sofre deformaes acentuadas na tempera;

TIPO DE MATERIAL = certos materiais possuem uma quantidade de elemento de liga muito elevada, que obrigam a serem tratados a uma temperatura muito alta, gerando um choque trmico muito elevado se forem resfriados pelos meios

convencionais;

APLICAO = em certos casos as peas necessitam ser utilizadas na mesma forma com que foram tratadas, sem usinagens posteriores correo de eventuais distores dimensionais desvios associados ao empenamento;

Atravs dos tratamentos isotrmicos se consegue melhores condies de resfriamento, pois as peas so resfriadas etapas, dando condies para se obter melhores uniformizaes de temperatura e estrutura durante o processo, havendo condies para a formao de menores tenses internas que acabam sendo as causadoras de deformaes e trincas.


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Figura 7.1 Resfriamento isotrmico mostrando a equalizao de temperatura entre a superfcie (resfriamento mais rpido) e ncleo (resfriamento mais lento).

2) AUSTEMPERA:

A austmpera um tratamento trmico que consiste no aquecimento at a temperatura de

austenitizao, permanncia nesta temperatura at completa equalizao, seguido de um resfriamento rpido at a faixa de formao da bainita, permanncia nesta temperatura at completa transformao, objetivando obter uma estrutura baintica. Concluda a transformao resfria-se at a temperatura ambiente. Com este tratamento objetiva-se obter:

MAIOR TENACIDADE = a bainita apresenta uma menor resistente ao desgaste e menor resistncia mecnica, quando comparado com a martensita, no entanto, mais tenaz, permitindo resistir mais ao impacto;

MENOR EMPENAMENTO = reduzir o nvel de tenses internas gerado durante o resfriamento, possibilitando obter menores nveis de empenamento, crtico para peas de geometria complexa.

Em funo da temperatura isotrmica escolhida para se promover a transformao pode-se obter:

Centro

Periferia Tempo

Temperatura


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BAINITA SUPERIOR = mais dura e resistente;

BAINITA INFERIOR = mais tenaz.

Figura 7.2 Diagrama TTI mostrando a tratamento de austmpera.

3) MARTEMPERA:

Martmpera um tratamento trmico isotrmico que consiste da completa austenitizao

seguida de resfriamento brusco at temperatura ligeiramente acima da faixa de transformao da martensita, visando a equalizar a temperatura do material, seguido de um resfriamento adequado at a temperatura ambiente. O objetivo deste tratamento, alm de reduzir o nvel de tenso e evitar maiores empenamentos, a obteno de uma estrutura martenstica, dura e resistente.

Figura 7.3 Diagrama TTI mostrando a tratamento de martmpera.

Bainita superior

Bainita inferior


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4) RECOZIMENTO ISOTRMICO:

Recozimento isotrmico um tratamento trmico que consiste em aquecer a pea at a

temperatura de recristalizao e aps resfri-la at uma temperatura isotrmica, normalmente entre 500 a 600oC, e manter nesta condio at a total equalizao da temperatura no interior da pea e em seguida promover a transformao da estrutura em perlita. Na seqncia continua-se o resfriamento at a temperatura ambiente;

O objetivo deste tratamento, alm de reduzir o nvel de tenses e evitar maiores empenamentos, bem como a obteno de uma estrutura desde perlita grosseira at perlita fina, dependendo-se da temperatura isotrmica em que se fizer o tratamento.

Figura 7.4 Diagrama TTI onde mostrado o tratamento de recozimento isotrmico.

Perlita fina

Perlita grossa


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CAPTULO VIII TRATAMENTOS TERMOQUMICOS

1) INTRODUO:

Tratamento termoqumico consiste em um conjunto de operaes realizadas no estado slido, que compreendem modificaes da composio qumica da superfcie da pea, atravs da interao com a atmosfera do forno, em condies e meio adequado, visando modificar apenas a condio superficial da pea.

Aplica-se de uma maneira geral quando se deseja melhorar a resistncia ao desgaste da pea, mantendo suas demais caractersticas.

O processo termoqumico envolve necessariamente o fenmeno de difuso, ou seja, ocorre da superfcie para dentro da pea, diferente dos processos de revestimento onde ocorre deposio da camada sobre a superfcie. Por ser um processo de difuso, a velocidade e conseqentemente a espessura da camada formada depende de:

TEMPO = quanto maior o tempo em que a pea permanecer no forno maior ser a espessura da camada;

TEMPERATURA = quanto maior a temperatura de tratamento maior ser a espessura da camada;

CONCENTRAO = quanto maior a concentrao de carbono no meio cementante, maior a espessura da camada.

ESPESSURA = f (Tempo, temperatura, concentrao)

2) CEMENTAO:

2.1) APLICAO:


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A cementao um tratamento termoqumico, utilizado tipicamente em aos de baixo teor de carbono (0,10 a 0,20%), com o objetivo de promove o enriquecimento superficial com carbono, aumentando com isto sua dureza e resistncia ao desgaste na pea, mantendo o ncleo tenaz. A cementao aplicada quando se deseja:

NO ESTADO AINDA BRUTO = boas propriedades de processamento, como usinabilidade e conformabilidade;

NO ESTADO TRATADO = adequada propriedade do produto, especificamente a resistncia ao desgaste.

O aumento da dureza da camada externa atravs do enriquecimento e carbono pode se dar de das maneiras:

FOMAO DE CEMENTITA = o carbono ir enriquecer a camada, favorecendo a formao de martensita aps a tempera;

ENDURECIMENTO DA MARTENSITA = quanto maior a quantidade de carbono maior ser a quantidade bem como a dureza da martensita formada na tempera;

FORMAO DECARBONETOS = o carbono reage com o ferro e outros elementos de liga, muitas vezes propositalmente adicionados para este fim, formando carbonetos livres cm dureza at mais elevada que a martensita. Os elementos de liga que tem tendncia de formar carbonetos so o nibio titnio, vandio, molibdnio, tungstnio, cromo e molibdnio.

2.2) SEQUENCIA DO PROCESSO DE FABRICAO:

A fabricao de peas onde envolvida a cementao passa, necessariamente, pela seguinte seqncia processo de fabricao:

AO BRUTO = utiliza-se tipicamente aos de baixo teor de carbono (0,10 a 0,20%C);


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USINAGEM OU CONFORMAO = aos de baixo carbono apresentam sempre boa usinabilidade ou conformabilidade, facilitando o trabalho de dar a forma desejada a pea;

CEMENTAO = para introduzir o carbono na pea formar uma camada superficial bastante enriquecida de carbono (0,8 a 1,0%C). realizado a elevadas temperaturas (800 a 900oC) onde ocorre necessariamente a recristalizao do material, em uma atmosfera rica em carbono.

TEMPERA = para endurecer a camada cementada. O ncleo da pea como constitudo de um ao de baixo teor de carbono e baixa temperabilidade, praticamente

no afetado pela tempera, permanecendo tenaz;

REVENIMENTO = para revenir a martensita formada na camada cementada, reduzindo sua fragilidade;

RETFICA = para dar o acabamento e a preciso dimensional final requerida na pea. Quando do projeto da pea, deve-se prever a remoo de material que ir ocorrer quando da retfica, e se compensar isto aumentando-se a espessura da camada

cementada, caso contrrio pode-se correr o risco de remoo de toda a camada, comprometendo a resistncia ao desgaste da pea.

2.3) MEIOS DE CEMENTAO:

A cementao pode ser feita atravs dos seguintes processos:

SLIDA = neste caso a cementao da pea realizada atravs de um meio carbonetante slido (coque, carvo vegetal ou um granulado cementante), os quais so adicionados dentro de um recipiente metlico fechado, que posteriormente levado ao

forno. Junto pode ser adicionado carbonato de brio como um ativador do processo. Tambm conhecido por cementao slida. Processo no permite um bom controle das variveis, portanto a qualidade da cementao tambm questionada. Apesar disso aplicado com sucesso relativo em casos emergenciais quando no se tem outro processo disponvel. Recomendado sempre que se reutilizar o granulado cementante adicionar certa quantidade de material novo;


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LQUIDA = realizada em meio lquido, atravs de sais fundidos ricos em carbono (cianetos e cianatos de sdio, com adio de alcalinos terrosos como ativante). Tambm conhecida como cementao lquida ou cianetao;

GASOSA = realizada em meio a uma mistura gasoso, atravs de gases ricos em carbono (metanol, gs natural e propano como ativante). Conhecida como cementao gasosa. Processo bastante estvel e homogneo, pela renovao constante e circulao dos gases no interior do forno;

A VCUO = realizado gasoso em que se produz vcuo no forno antes da injeo de gs carbonetante. Ajuda a preservar a condio superficial da pea alm de manter um bom controle sobre o processo;


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Figura 8.1 Seqncia de cementao pelo processo lquido, gasoso ou slido.

2.4) PRTICA DO PROCESSO:

O processo de cementao consiste nas seguintes etapas:

ETAPA 1 = formao do carbono atmico na atmosfera do forno;


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ETAPA 2 = carbono atmico penetra na pea e difunde para o seu interior;

ETAPA 3 = enriquece a camada externa da pea com carbono, formando uma liga hipereutetide;

ETAPA 4 = quando a camada estiver supersaturada de carbono inicia-se a formao de carbonetos de ferro (cementita) de elevada dureza (Fe + C = Fe3C)

ETAPA 5 = carbono reage com os elementos de liga formando carbonetos complexos de elevada dureza (EX: Cr + C = CrC).

Figura 8.2 Esquema do processo de cementao.

2.5) CAMADA DE CEMENTAO:

A camada cementada formada por trs partes:

CAMADA BRANCA = camada mais externa, rica em carbono, e muito dura aps a tempera. a camada que ir determinar a vida til da pea;

CAMADA DE DIFUSO = camada mais interna, aonde o teor de carbono vai reduzindo gradualmente em direo ao interior da pea. Esta camada importante porque faz aa graduao entre uma camada muito dura externa e o centro mais mole.

2) C entra em contato com a

pea.

3) Difuso do C para o

interior da pea.

1) Gerao de C atmico na atmosfera do

forno.

5) Formao da camada de

difuso.

Ncleo

4) Formao da camada externa rica

em carbonetos.


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Se ela no existir corre-se o risco de haver um desplacamento da camada branca quando da aplicao de esforos muito bruscos quando do funcionamento da pea;

NCLEO = parte interna com o teor de carbono da pea, geralmente mais dctil aps a tempera por ter baixo teor de carbono.

Figura 8.3 Camada formada quando da nitretao, observando-se camada branca externa, a camada de difuso e a parte interna.

2.6) ESPESSURA DA CAMADA:

A espessura da camada de cementao varia em funo do tempo em que a pea permanece no meio cementante


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Figura 8.4 Variao da espessura da camada cementada com o tempo de tratamento.

2.7) ESPESSURA TIL DA CAMADA CEMENTADA:

A espessura da camada til ou camada efetiva aquela que ir garantir a resistncia ao desgaste e, portanto a vida til da pea. Esta camada, na teoria, contada a partir do teor de carbono ao redor de 0,4%. Como isto difcil de medir, adota-se na prtica os seguintes mtodos:

VISUAL = atravs da medio da espessura da camada branca por intermdio de um microscpio tico dotado de escala graduada;

DUREZA = atravs da medio da dureza sobre a superfcie, atravs dos mtodos Vickers (HV), Rockwell Superficial (NT) ou mesmo Rockwell C (HRc), quando a espessura da camada cementada for suficiente;

PERFIL DE DUREZA EHT = neste caso mede-se o perfil de dureza a partir da superfcie da pea. Com este mtodo pode ser medida a espessura da camada til estimada, que determinado pela distncia da superfcie at o ponto onde a dureza atingir o valor especificado ou determinado pelo projeto da pea.


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Figura 8.5 Medio de dureza EHT.

2.8) VELOCIDADE DE PENETRAO DO CARBONO:

Como j comentado anteriormente a cementao um processo de difuso e a velocidade de difuso do carbono depende do tempo em que a pea permanecer no forno, da temperatura do processo e do diferencial de concentrao do carbono no meio cementante e na pea. No comeo do processo o teor de carbono na pea baixo, mas vai aumentando com o tempo diminuindo o gradiente de concentrao de carbono. Com isto de se esperar que a velocidade de difuso tambm diminua. A partir disso tambm se pode concluir que o tempo de tratamento aumenta exponencialmente com a espessura de cementao

2.9) RESFRIAMENTO APS CEMENTAO:

Depois de feita a cementao, tanto a tempera como o revenimento podem ser realizados

a partir das seguintes maneiras:

a) TMPERA DIRETA: consiste em temperar a pea diretamente da temperatura de cementao, seguido de revenido. Processo mais simples pois no requer aquecimento posterior

Espessura a partir da

superfcie.

Dureza

Valor de projeto

Espessura EHT

Perfil de dureza


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nem proteo contra descarbonetao. Apresenta menos tendncia de produzir menores deformaes, provocar a reteno de austenita retida no caso de aos ligados, bem como ncleo totalmente endurecido.

Figura 8.6 Curva de cementao, seguida de tempera direta e revenimento.

b) TEMPERA INDIRETA: consiste em realizar um resfriamento lento aps a cementao e uma operao posterior de tempera e revenido. Alm de conferir dureza camada cementada, permite a obteno de um ncleo com diferentes resistncia e tenacidade, dependendo da temperatura adotada. Requer um aquecimento adicional at a temperatura de tmpera em um meio que proteja a pea contra descarbonetao da camada cementada. Favorece a ocorrncia de deformaes, que se acentua quanto maior a temperatura de tempera. A estrutura apresenta-se mais refinada, tendendo ao aumento do gro para temperaturas mais elevadas. O ncleo mole, usinvel e com um gro no refinado, para baixas temperaturas de tempera; gros parcialmente

refinados e maior dureza para temperaturas de tempera mais elevadas.

Figura 8.7 Curva de cementao, com tempera indireta e revenimento.


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2.10) CEMENTAO RPIDA:

Em circunstncias emergncias em que necessitar fabricar e substituir uma pea, pode-se realizar uma cementao rpida, embora no apresente as mesmas caractersticas ou qualidade da cementao convencional, em funo do difcil controle das variveis do processo.

Figura 8.8 Esquema mostrando a cementao rpida.

2.11) CEMENTAO PARCIAL:

Utilizada quando por motivos de projeto deseja-se que somente parte da pea sofra cementao, preservando-se as outras partes. Isto conseguindo atravs de:

IMERSO PARCIAL = submetendo a atmosfera cementante somente parte da pea que se deseja cementar. Isto possvel de ser feito somente na cementao lquida, pois na gasosa e slida e inica obrigado a se introduzir toda a pea no forno;

RECOBRIMENTO = imergindo toda a pea no meio cementante, mas cobrindo-se a parte que no se deseja cementar com uma tinta especial que ser retirada aps a cementao e antes da tempera. Tambm pode-se revestir a pea atravs de cobreagem eletroltica;


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2.12) ESCOLHA DA ESPESSURA DA CAMADA:

Os critrios a serem considerados na definio ou especificao da espessura de camada de uma pea cementada ou nitretada so:

TIPO DE ESFORO MECNICO APLICADO = quanto maior esforo mecnico que a pea ir sofrer maior deve ser a espessura da camada. Apesar disto deve-se

considerar que espessuras muito grandes apresentam um carter mais frgil, aceitando menos deformao elstica, correndo o risco de trincarem e se soltarem durante o

regime de trabalho;

TIPO DE ESFORO ABRASIVO = quanto maior o esforo ou condio abrasiva maior deve ser a espessura da camada;

VIDA TIL = quanto maior a vida til necessria na pea deve ser a espessura da camada;

CUSTO = quanto maior a espessura da camada maior o custo de fabricao e conseqentemente o preo do tratamento;

3) CARBONITRETAO:

Carbonitretao uma derivao do tratamento termoqumico de cementao a gs, em que se promove o enriquecimento superficial simultneo com carbono e nitrognio.

A carbonitretao realizada a uma temperatura entre 800 a 900oC e alm de utiliza uma atmosfera rica de gases como o metanol ou propano, utiliza tambm certa quantidade de amnia, que craqueiam a uma determinada temperatura gerando a formao respectivamente de carbono e o nitrognio na forma atmica. Estes gases quando difundem atravs da superfcie formam tanto carbonetos como os nitretos com o ferro e outros elementos presentes, aumentando portanto a

resistncia ao desgaste.


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4) NITRETAO:

4.1) DEFINIO:

A nitretao um tratamento termoqumico em que se promove enriquecimento

superficial com nitrognio, a fim de se favorecer a formao de nitretos complexos, que por si s possuem elevada dureza (at 2000 HV) e grande resistncia ao desgaste.

Os nitretos so formados quando o nitrognio atmico presente na atmosfera do meio de tratamento penetra e difunde para dentro da pea. Neste caminho combina com elementos de liga ao qual tem afinidade, como o prprio ferro ou outros elementos de liga, muitas vezes

propositalmente adicionados ao ao, formando nitretos complexos. Estes nitretos por possurem um carter extremamente duro, promovem o aumento da resistncia ao desgaste na pea.

Apesar da possibilidade do prprio ferro presente no ao formar carbonetos, este no tem as mesmas caractersticas dos carbonetos de outros elementos de liga, como:

Tabela 8.I Relao de elementos de liga que formam nitretos.

ELEMENTO DE LIGA NITRETO Alumnio AlxNy Zircnio ZrxNy Vandio VxNy Titnio TiN e CzTixNy

Outra caracterstica importante que estes nitretos so estveis a elevadas temperaturas, portanto promovem uma boa resistncia a ao mesmo quando estes so aplicados a quente (at 600 C).

A nitretao feita a baixas temperatura, entre 500 e 600 oC, portanto promovem muita pouca deformao ao material. Alm disso, os nitretos formados na superfcie so bastante estveis e no so oxidados, portanto promovem certa resistncia oxidao e corroso nas peas.

4.2) SEQUENCIA DO PROCESSO DE FABRICAO:


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A fabricao de peas onde envolvida a nitretao passa, necessariamente, pelas seguintes etapas:

USINAGEM = para dar a forma bruta;

TEMPERA = para endurecer a pea;

REVENIDO = para recristalizar a estrutura de tempera;

RETFICA = para dar o acabamento e a preciso dimensional requerida na pea. NITRETAO = para introduzir o nitrognio na superfcie e formar uma camada

nitretada;

4.3) MEIOS DE NITRETAO:

A nitretao pode ser feita das seguintes maneiras:

LQUIDA = realizada em banho de sal (sais fundidos ricos em nitrognio). Conhecida por nitretao lquida como tambm pelos nomes comerciais de SURSULF e TENIFER;

GASOSA = realizada em meio gasoso (amnia). PLASMA = realizado em meio ionizado:

NITRETAO PARCIAL = tratamento termoqumico onde somente parte da pea nitretada.

Ainda quanto ao tempo ou durao da nitretao, pode ser:

DE CICLO CURTO = onde a pea permanece no forno por algumas poucas horas (2 a 4 horas) e a camada formada bastante fina (camada branca de 5 a 15 microns). Utilizada na maioria dos casos;

DE CICLO LONGO = quando a pea permanece no forno por longos perodos (20 a 30 horas) e a camada formada bastante espessa (at 1 mm). Aplicada em peas que sofrem elevado desgaste e precisam apresentar longo tempo de vida. Ex: fusos de injetoras de plstico.


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4.4) PRTICA DA NITRETAO:

Na figura a seguir mostrado o esquema de nitretao gasosa.

Figura 8.9 Prtica do processo de nitretao.

4.5) ESPESSURA DA CAMADA:

A espessura da camada nitretada varia principalmente em funo do tempo de nitretao, como mostrado na figura a seguir.


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Figura 8.10 Variao da espessura da camada nitretada com o tempo de tratamento.

4.6) VANTAGENS DO PROCESSO:

A nitretao apresenta as seguintes vantagens em relao aos outros processos

termoqumicos:

MENOR DEFORMAO = como o tratamento realizado em uma temperatura muito baixa (entre 500 e 600 oC), praticamente no ocorre deformao. Com isto a pea pode ser nitretada quando j estiver pronta, na sua condio final, retificada, sem riscos de sofre distores dimensionais;

TEMPERATURA DE APLICAO = os nitretos formados so bastante resistentes a elevadas temperaturas, pois no se dissolvem nesta condio, como ocorre com os carbonetos. Diante disso as peas nitretadas podem ser aplicadas a quente sem risco de comprometer a resistncia ao desgaste.

5) NITRETAO A PLASMA:

Nitretao inica um tratamento termoqumico superficial ao plasma. O plasma

formado a partir de atmosferas compostas por hidrognio (H2) e nitrognio (N2) formando um gs parcialmente ionizado composto por ons positivos, eltrons e partculas neutras, gerado por uma


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descarga eltrica. As descargas eltricas em gases podem gerar os seguintes fenmenos: ionizao, excitao, relaxao e recombinao.

A ionizao ocorre quando existe energia cintica suficiente para que um eltron acelerado se choque com um tomo e arranque um eltron deste. Essa energia depende do potencial de ionizao de cada gs.

A descarga eltrica que cria o plasma gerada por uma diferena de potencial entre a amostra (catodo) e a sada de gs (anodo). Assim, os ons positivos so acelerados em direo ao catodo, ou seja, a amostra.

Na nitretao inica o crescimento da camada de nitretos se d principalmente por difuso do nitrognio depositado na superfcie da amostra formando compostos (FeN e Fe2N). Estes nitretos, por serem metaestveis em temperaturas de 350 a 600C, se dissociam liberando

nitrognio atmico que, por difuso na estrutura do ferro, forma fases com menor teor de nitrognio (Fe2N, Fe3N e Fe4N).

As vantagens do tratamento de nitretao inica so:

Elevao na dureza superficial e resistncias ao desgaste e corroso;

um processo no-poluente; Causa poucas distores estruturais ao material tratado;

um tratamento trmico facilmente reproduzvel; aplicvel a uma numerosa gama de materiais; Tem baixo custo de operao e

um tratamento confivel quanto aos seus resultados.

Dependendo da composio qumica dos aos, associado principalmente aos elementos de liga presentes, pode-se formar tipos alternativos de nitretos, do tipo VxNy, CrxNy, WxNy, e MoxNy que apresentam a caracterstica de serem mais duros e conseqentemente fornecer mais alta dureza e resistncia ao desgaste ao material. O esquema do equipamento de nitretao a plasma mostrado na figura a seguir.


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Figura 8.11 - Esquema de montagem do equipamento de nitretao inica.

6) NITROCARBONETAO:

Nitrocarbonetao um tratamento termoqumico derivado do processo de nitretao a gs em que se promove o enriquecimento superficial simultneo com nitrognio e carbono.

A nitrocarbonetao tambm realizada a baixa temperatura, em uma atmosfera rica em amnia (NH3) e gs carbnico (CO2). A uma determinada temperatura (acima de 400 oC) estes gases craqueiam (quebra da ligao molecular) gerando respectivamente nitrognio e carbono na forma atmica. Estes gases atravs da superfcie difundem para o interior da pea combinado com o ferro ou outros elementos presentes no material, formando os nitretos e carbonetos, amos

duros e resistentes ao desgaste.

7) COMPARAO ENTRE NITRETAO E CEMENTAO:

Na tabela a seguir realizada uma comparao entre os processos de cementao e nitretao, envolvendo tanto aspectos associados ao processo de tratamento como ao produto obtido.

Cmara


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Tabela 8.II Comparao entre os processos de cementao e nitretao.

ASPECTO CEMENTAO NITRETAO Temperatura do

processo 800 a 900 oC. Necessria

recristalizao. Maio deformao.

500 a 600 oC. Mais fcil e menor deformao

Deformao no tratamento

Maior menor

Espessura camada (usual)

500 a 2000 microns 10 a 50 microns

Tipo de camada Martensita e carbonetos nitretos Dureza camada Menor que 1000 HV At 2000 HV

Temperatura aplicao da pea

Temperatura ambiente. Se for aplicado a quente perde

dureza.

At 600 oC, sem perda dureza

Seqncia fabricao Tempera aps cementao. Maior deformao.

Tempera antes da nitretao. Sem

deformao

8) BORETAO:

Boretao um tratamento termoqumico que consiste no enriquecimento superficial da superfcie da pea, com o elemento boro, atravs de um processo termo-difuso-qumico. Atravs de energia trmica tomos de boro so introduzidos na estrutura cristalina da superfcie das peas

e se difundem para o seu interior, formando junto com os elementos de metal base, no caso o ferro, boretos de ferro do tipo Fe2B e FeB, que so bastante duros, chegando a ordem de 2400

HV. Isto permite obter:

Elevada resistncia ao desgaste;

Elevada resistncia aa abraso;

Aumento da resistncia corroso.

O seu custo de tratamento normalmente mais caro que os outros processos

termoqumicos equivalentes. A boretao pode ser realizada atravs dos seguintes processos:

SLIDO = utilizando p de boro, ferro-boro, etc; LQUIDO = em banho de sal, utilizando sais a base de NaCl-BaCl2-B4C;


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ELETROLTICO = utilizando-se brax com cloreto de sdio; GASOSO = utilizando-se tricloreto de boro-hidrognio ou diborano-hidrognio.

A princpio, todos os aos estruturais para cementao, aos ferramenta, aos liga de baixo teor de liga e inclusive os ferros fundidos podem ser nitretados podem ser boretados, para fabricao de moldes de presso, punes, matrizes, etc. O processo de boretao realizado a uma temperatura entre 800 a 1050oC e o tempo varia de 15 minutos (peas pequenas) at 30 h (peas sujeita

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