Tratamentos.térmicos

Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas

Isoflama Indústria e Comércio de Equipamentos Ltda

Apresentação: João Carmo Vendramim, Eng.MSc

A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008

O que é Aço?

“É uma liga ferrosa passível de deformação plástica que, em geral, apresenta teor de carbono entre 0,008% e 2,0% na sua forma combinada e, ou, dissolvida e que pode conter elementos de liga adicionados, ou residuais”

NBR 6215, outubro de 1985


C G

C F F

(LTQ)

LAMINADOR DE TIRAS A

QUENTE

SUCATA

MÁQUINA DE LINGOTAMENTO

CONTÍNUO

GUSA

PANELA

DE AÇO

LÍQUIDO

ALTO-FORNOCONVERSOR

Fluxo de Produção do Aço

COQUERIA

CARVÃO

MINÉRIO

DE

FERRO SINTERIZAÇÃO

O2 (OXIGÊNIO)

SINTER

COQUE

OXIGÊNIO

RECOZIMENTO

(LTF)

LAMINADOR DE

TIRAS A FRIO

P L A C A S

(LA)

LAMINADOR DE

ACABAMENTO

(TQ) LINHA DE TESOURAS A

QUENTE

E.B.A.

BORBULHAMENTO

DE ARGÔNIO

FORNO-PANELA

AQUECIMENTO

E AJUSTE

R.H.

DESGASEIFICAÇÃO

à VÁCUO

DESEMPENADEIRA

A QUENTE

(LCG)

LAMINADOR DE

CHAPAS

GROSSAS

TRATAMENTO TÉRMICO:

TÊMPERA / REVENIMENTO

TRATAMENTO TÉRMICO:

NORMALIZAÇÃO

ULTRA-SOM

LINHA DE INSPEÇÃO

LA LAMINADOR DE

ENCRUAMENTO

LINHA DE TESOURAS

B QB Q A

B F

C F Q / C F Q A

DECAPAGEM

C F Q D

B Q D

LINHA DE TESOURAS

FORNO DE REAQUECIMENTO


O Ferro, a Liga Ferrosa: Conceitos Básicos

Ferro: não tem aplicação industrial importante. Substância Pura

Liga Ferrosa: intensa e ampla aplicação industrial. Material base da “revolução industrial no século XIX”. Solução sólida (composto de vários elementos químicos, tendo o Ferro como principal elemento)


Constituição de uma liga

A constituição de uma liga é descrita por três parâmetros:

Fases presentes

Composição de cada fase

Proporção de cada fase

As propriedades mecânicas dependem da constituição da microestrutura.

Outros fatores de importância nas propriedades:


Microestrutura

As propriedades mecânicas de uma liga dependem fundamentalmente da microestrutura

Nas ligas metálicas – caso especial a do aço – a microestrutura está definida pelo número de fases presentes, as proporções e o modo pela qual estão distribuídas e organizadas

A microestrutura depende de:

Composição química (componentes presentes)

Concentração no sistema

Tratamento térmico aplicado


Soluto, Solução, Fase – Conceitos Básicos

Denomina-se “Fase” à mistura, totalmente uniforme, não apenas quanto à

composição química, mas também quanto ao estado físico. Fase Homogênea diz respeito a um sistema que tenha apenas uma fase, por exemplo “um volume de ar”, “um bloco de gelo”. Sistemas compostos de uma, ou mais, fases são denominados Heterogêneos, por exemplo “água e gelo moído”.

Solução: trata-se de uma mistura homogênea de espécies química

microscopicamente dispersas. Por conveniência, a espécie química presente em maior quantidade na solução é denominada de “Solvente”. A(s) outra(s), em menor quantidade, é (são) o “Soluto”. A priori, não há distinção fundamental entre um ou outro.

Quando se combinam materiais diferentes, ou quando se adicionam elementos de liga a um metal, produzem-se Soluções. É importante o conhecimento da quantidade de material que se pode adicionar, sem que se produza uma segunda fase, ou ter dados sobre a solubilidade de um material no outro.


A Natureza Cristalina dos Metais

Amorfa

Os átomos são arranjados de forma caótica.

Por exemplo: Vidro

Cristalina

Os átomos são arranjados de forma ordenada.

Por exemplo: Ferro; Alumínio; CobreObs.: Todos os metais, muitas cerâmicas e alguns polímeros formam

estruturas cristalinas sob condições normais de solidificação


Nos materiais não-cristalinos ou amorfos não existeordem de longo alcance na disposição dos átomos

As propriedades dos materiais sólidos cristalinosdependem da estrutura cristalina, ou seja, da maneirana qual os átomos, moléculas ou íons estãoespacialmente dispostos.

Há um número grande de diferentes estruturascristalinas, desde estruturas simples exibidas pelosmetais até estruturas mais complexas exibidas peloscerâmicos e polímeros



Célula Unitária

Consiste num pequeno grupo de átomos que formam um

modelo repetitivo ao longo da estrutura tridimensional

(analogia com elos da corrente)

A célula unitária é escolhida para representar a simetria da

estrutura cristalina



A célula cristalina CCC – Cúbica de Corpo Centrado (Ferro Alfa)




A célula cristalina CFC – Cúbico de Face Centrada (Ferro Gama)


A célula cristalina HC – hexagonal compacta




Polimofismo ou Alotropia

Alguns metais e não-metais podem ter mais de uma

estrutura cristalina dependendo da temperatura e pressão.

Esse fenômeno é conhecido como polimorfismo.

Geralmente as transformações polimorficas são

acompanhadas de mudanças na densidade e mudanças

de outras propriedades físicas.



Alotropia

À existência, para um mesmo metal, de

duas ou mais estruturas cristalinas estáveis,

dependendo das condições de temperatura

e pressão, denomina-se Alotropia.


Alotropia do Ferro

À existência, para um mesmo metal, de duas ou mais estruturas cristalinas estáveis, dependendo das condições de temperatura e

pressão, denomina-se Alotropia.

Vapor2875 ºC

Líquido

Ferro CCC

Ferro CFC

Ferro CCC

Não magnético – ferro

Ferromagnético

1538 ºC

1394ºC

912ºC

770ºC

25 ºC


Alotropia do Ferro



Efeito da Temperatura no parâmetro de reticulado do Ferro


Mudança de volume devido a transformação estrutural


Principais Fases do Aço

Austenita

Ferro Gama “γ” (CFC) –é a única fase que pode se transformar em

outras fases no resfriamento. Estável a temperaturas elevadas, mas metaestável (pode se transformar em outras fases) a temperaturas baixas. Ela existe quando o aço é aquecido a temperaturas superiores a 910 ºC e é estável até resfriamento a 723 ºC. Austenita é uma fase “mole” e dúctil.


A transformação da Austenita em outro constituinte pode ocorrer por difusão, cisalhamento, ou uma mistura dos dois mecanismos:

Ferrita, Cementita, Perlita

Ferrita Acicular, Bainita

Matranrtensita

As Principais Transformações a partir da Austenita


As Principais Transformações a partir da Austenita

Austenita (acima de 723 ºC)

Resfriamento

Moderado

Cisalhamento

+

Difusão

Perlita + Ferrita

Resfriamento

Rápido

Cisalhamento

Resfriamento

Lento

Difusão

BainitaFerrita Acicular

Martensita



Ferrita

Fe Alfa “” (CCC) – é uma fase nucleada a partir do contorno de grão da

austenita. Devido a baixa solubilidade do carbono na Ferrita (máximo 0,02 a 723 ºC), o carbono é expulso da rede de austenita e se aglomera em carbonetos remanescentes separados da ferrita. Baixa dureza e dúctil.

A Ferrita Acicular nucleia em inclusões não metálicas e cresce radialmente em forma de agulhas.


CCC para CFC

Transformação da Ferrita (CCC) em Austenita (CFC)



Cementita

Devido a Ferrita não ter espaço suficiente para manter o átomo de carbono, todo o carbono expulso da rede de austenita se precipita na forma de Carboneto de Ferro (Cementita) – Fe3C . Elevada dureza



Perlita

Perlita é uma combinação de plaquetas de Ferrita e Cementita. A Perlita se forma, predominantemente, nas regiões da célula com defeitos cristalinos, tais como contornos de grãos, carbonetos insolúveis, ou inclusões não-metálicas como os sulfetos.



Martensita

Martensita – forma-se no resfriamento no campo da Austenita do diagrama Fe-C.

Ms – temperatura de início de transformação.

Mf- temperatura final de transformação.

Ms e Mf dependem do teor de carbono presente (Ms entre 200 a 350 ºC para

maioria dos aços; e Mf variando entre abaixo de 0 a 200 ºC).

O mecanismo de formação da martensita não é por difusão, mas por cisalhamento,

ocorrendo distorção da rede cristalina e formando estrutura tetragonal de corpo

centrado.


A Martensita

A martensita é mais freqüentemente encontrada

em aços alto-carbono e ferros-carbono ligado.

Os cristais de martensita são formados em placas

lenticulares delgadas a placas vizinhas não estão

paralelas a cada uma.

Ripas de martensita são observadas em aços baixo

e médio carbono. Esses cristais são formados

como placas interconectadas e tendo a mesma

orientação.


A Martensita

A martensita é extremamente dura, frágil, adquirindo dureza pela indução de

elevada tensões na estrutura cristalina. A martensita pode ser revenida por

tratamento térmico para reduzir tensões e dureza.

À capacidade do aço em formar martensita, ou em adquirir dureza, é

denominada de “Endurecibilidade”


A Martensita

A martensita é uma solução sólida supersaturada de carbono em ferro tetragonal de corpo centrado (TCC), ou seja uma forma distorcida do ferro cúbico de corpo centrado (CCC). Abaixo, martensita com estrutura de agulhas


Diagrama de Fases Fe-C (Fe-Fe3C)


Principais Informações do Diagrama Fe-C

Ou linha crítica723 C

Temperatura

abaixo da linhaA1 em quenenhumatransformaçãoocorre (723 ºC)



Principais Informações do Diagrama de Equilíbrio

Aço Hipoeutetóide: Solução sólida de Ferro com Carbono entre

0,002 e 0,8%

Aço Eutetóide: Solução sólida de Ferro com 0,8% de Carbono

Aço Hipereutetóide: Solução sólida de Ferro com Carbono

entre 0,8% e 2,0%

723 ºC: linha que sinaliza o limite da transformação de fase

Austenita para as fases Perlita e Ferrita


Linhas de transformação para o aquecimento e resfriamento nas ligas Fe-C



Para aços Hipoeutetóides as temperaturas críticas A1 e A3 podem ser estimadas, em consideração aos elementos de liga, conforme as equações:



Temperaturas Críticas para alguns aços




Fases no Aquecimento / Resfriamento do Aço Hipoeutetóide

• As quantidades de ferrita e perlita

variam conforme a % de carbono

e podem ser determinadas pela

regra das alavancas

• Partes claras pró-eutetóide ferrita



Aquecimento / Resfriamento do Aço Eutetóide


Estrutura do aço Eutetóide (100% perlítico)




Aquecimento / Resfriamento do Aço Hipereutetóide


Estrutura típica de aço Hipereutetóide com 1,3%C



Operação ou conjunto de operações realizadas no estado sólido compreendendo o aquecimento, a permanência em determinadas temperaturas e resfriamento, realizados com a finalidade de conferir ao material determinadas características.

O que é Tratamento Térmico?

NBR 8653


Tratamentos Térmicos

Finalidade

Alterar as microestruturas e como

consequência as propriedadesmecânicas, magnéticas e elétricas das ligas metálicas



Objetivos:- Remover tensões internas

- Aumentar ou diminuir a dureza

- Modificar Propriedades Mecânicas, Elétricas e Magnéticas

- Aumentar / diminuir a ductilidade

- Aumentar / diminuir a tenacidade

- Melhorar a usinabilidade

- Reduzir / aumentar a resistência ao desgaste

- Melhorar a resistência à corrosão

- Melhorar a resistência ao calor


Fatores de Influencia nos Tratamentos Térmicos

Temperatura

Tempo

Velocidade de Resfriamento

Atmosfera*

* para evitar a oxidação ou a perda de algum elemento químico

(por ex: descarbonetação dos aços)



Temperatura

Velocidade (prevenção à trincas e introdução de tensões); Temperatura máxima de aquecimento (dependente do tipo de material e objetivo final do tratamento térmico, em termos de microestrutura e propriedades mecânicas).



Tempo (à Temperatura)

Quanto mais tempo à temperatura mais

completa a dissolução de carbonetos de ferro

e/ou outras fases presentes (elementos de liga)

no ferro gama (austenita), contudo maior será o

tamanho de grão



Resfriamento

Importante devido ditar as propriedades

mecânicas finais desejadas. Deve ser considerado a Seção e a Forma da peça para reduzir efeitos como Deformação / Distorção, ou mesmo, Trincas.



Atmosfera

Muito importante para evitar a Oxidação /

Descarbonetação; ou para introduzir

átomos de Carbono e, ou, Nitrogênio

(processos de Cementação / Nitretação)



Tempo:

O tempo de tratamento térmico depende das

dimensões da peça e da microestrutura final desejada.

Quanto maior o Tempo à Temperatura:

Maior a segurança da completa dissolução das fasespara posterior transformação no resfriamento

Maior será o tamanho de grão (isto não é bom!)

Tempos longos facilitam a oxidação se a atmosfera do forno de aquecimento não for protetora (vácuo, gásinerte, ou “redutora”)



Temperatura:

Depende do tipo de material e da transformação de fase ou microestruturadesejada



Velocidade de Resfriamento

Depende do tipo de material e da

transformação de fase ou microestruturadesejada

- Importante porque determina a microestruturafinal


Principais Meios de Resfriamento

Ambiente do forno (+ brando)

Ao Ar

Banho de Sais ou Metal Fundido ( Pb)

Óleo

Soluções aquosas de NaOH, Na2CO3 ouNaCl (meios severos)

Solução aquosa de Polímeros (severo)


Como Escolher o Meio de Resfriamento ?

É um compromisso entre:

- Obtenção das características finais desejadas(microestruturas e propriedades),

- Não desenvolver fissuras / trincas

- Mínimo empenamento

- Mínima geração de concentração de tensões


Curvas TTT – Transformação Tempo Temperatura

As curvas do Diagrama de Fases – Fe-C (ou Fe-Fe3C) – não mostram as fases que estão presentes com diferentes taxas de resfriamento.

As curvas do diagrama “TTT” mostram qual o efeito das diferentes taxas de resfriamento que podem formar fases desde a fase austenita.

As curvas de resfriamento no diagrama TTT podem correlacionar temperatura, tempo, espessura e respectiva dureza da fase resultante

As curvas TTT estabelecem a temperatura e o tempo em que ocorre uma determinada transformação e só tem validade para transformações a temperatura constante



Definição de Curva TTT

lugar geométrico dos pontos de Inicio e Fim de transformação austenítica do aço

Pontos importantes da curva TTT

“i” – Inicio de transformação

“f” – Fim de transformação

“Mi” – Início de transformação martensítica

“Mf” – Fim de transformação martensítica



A – (No forno) = Perlita Grossa

B -(Ar) = Perlita fina

C -(Ar soprado) = Perlita + fina

D –(Óleo) = Perlita fina +

+ Martensita

E- (Água) = Martensita


Transformações

http://www.matter.org.uk/steelmatter/metallurgy/7_1_2.html




Fatores que influenciam a posição da curva TTT

Teor de Carbono

Maior o teor em carbono mais a curva TTT está deslocada para a direita

Composição química

Quanto maior o teor e a quantidade em elementos de liga, mais numerosas e complexas são as reações no resfriamento. Todos os elementos de liga (exceto o Cobalto) deslocam as curvas para a direita, retardando as transformações, facilitando a formação da martensita. Em determinados aços pode-se obter martensita mesmo com resfriamento lento

Tamanho de grão da austenita

Efeito da seção da peça

Velocidade de resfriamento


Efeito do Carbono nas temperaturas de início e fim da transformação austenítica




Tamanho de Grão:

O aço com granulação grosseira apresenta, em geral, propriedades

inferiores às do mesmo aço com granulação fina, à temperatura ambiente.

O tamanho de grão é determinado por comparação direta ao microscópio.


Curvas TRC

Nos processos industriais a maioria das transformações ocorrem por resfriamento contínuo. A partir desse fato se desenvolveu as curvas TRC –Transformação por Resfriamento Contínuo


Curvas TRC


Curvas TRC para alguns Aços

SAE 1060



SAE 1090



SAE 4340



AISI H13


Principais Tratamentos Térmicos


Recozimento

Normalização

Têmpera e Revenimento

Esferoidização ouCoalescimento

•Alívio de tensões•Recristalização•Homogeneização•Total ou Pleno•Isotérmico

Solubilização e Envelhecimento


Objetivo do Alívio de Tensão

Uniformizar / reduzir tensões introduzidas por operação de usinagem; lixamento; soldagem; fabricação; resfriamento brusco

Uniformizar / Reduzir tensões introduzidas por tratamentos termo-mecânicos

Temperatura

Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase

Resfriamento

Evitar velocidades muito altas devido ao risco de distorções


Objetivo do Recozimento

Recozimento Sub-Crítico:

Realizado abaixo de A1.

Recuperar a dutilidade do aço trabalhado a frio

Principais transformações: “recristalização” e “recuperação”

Recozimento Pleno

Realizado acima de A3.

Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade

Coalescimento

Realizado acima e abaixo de A1

Alterar microestrutura para a menor resistência / dureza


O ciclo térmico de Recozimento


Recozimento Pleno

Temperatura

Aço Hipoeutetóide: 50 ºC acima de A1

Aço Hipereutetóide: Entre os limites Acm e A1

Resfriamento (lento, dentro do forno, controlado)


Recozimento Pleno

Constituintes Estruturais resultantes

Hipoeutetóide Ferrita + Perlita grosseira

Eutetóide Perlita grosseira

Hipereutetóide Cementita + Perlita Grosseira

* A perlita grosseira é ideal para melhorar a usinabilidadedos aços baixo e médio carbono

* Para melhorar a usinabilidade dos aços alto carbonorecomenda-se a Esferoidização


Recozimento Isotérmico

Isotérmico: transformação ocorre à temperatura constante

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


Esferoidização, ou Coalescimento

Objetivo

Produzir uma estrutura

globular ou esferoidal de

carbonetos no aço

Melhorar a usinabilidade, especialmente a

dos aços alto carbono

Facilitar a deformação a frio


Influencia da Temperatura de Recozimento naResistência à Tração e Ductilidade

Alívio de Tensões(Recuperação/Recovery)


Objetivo da Normalização

Realizado acima de A3 / Acm

Refino de grão (por meio de recristalização) e homogeneização da estrutura para melhor resposta na têmpera / revenimento posterior

Melhoria da usinabilidade

Refino de estruturas brutas de fusão (peças fundidas)

Propriedades mecânicas desejadas


Alivio de Tensão; Recozimento; Normalização


Solubilização e Envelhecimento

Solubilização

Precipitação

Resfriamento em água

Chamado de envelhecimento quepode serNatural ou Artificial

A ppt se dá a T ambiente

A ppt se dá acima da T ambiente por reaqueci-mento

Consiste na precipitação de outra fase na forma de partículas extremamente finas e uniformemente distribuídas. Essa nova fase endurece a liga proporcionando máxima dureza e resistência

Importante: O fabricante desse tipo de aço fornece no estado Solubilizado


Têmpera

Temperatura: Superior à linha crítica (A1)

Evitar o superaquecimento, pois formaria matensitaacicular muito grosseira, de elevada fragilidade

Resfriamento: Rápido de maneira a formar

martensíta

(recomendável ver as curvas TTT – fabricantes de aços e / ou literaturas técnicas)

Meios de Resfriamento: Depende da composição

do aço (principalmente da % de Carbono e Elementos de liga) e geometria / espessura da peça


Objetivo da Têmpera

Operação de resfriamento do aço à temperatura de austenitização em um meio com óleo, água, ou gás nitrogênio sob pressão para:

Obter estrutura metaestável “Martensita”

Ótima combinação de resistência e tenacidade

Incrementar a dureza

Incrementar a resistência a tração

Reduzir a tenacidade


O ciclo térmico de Têmpera e Revenimento


Têmpera


Têmpera

Problemas práticos no Resfriamento

A peça 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.


Têmpera

Ilustração esquemática do estado de tensão existente em um bloco de aço durante os estágios da têmpera em água [1]


Têmpera

Resfriamento: diferentes seções


Têmpera

Mudança de volume devido a formação de Martensita


Objetivo do Revenimento

Operação fundamental para adequar as propriedades mecânicas do aço após a Têmpera

Aliviar, ou remover, tensões da martensita obtida pela têmpera. Martensita revenida

Reduzir a dureza e aumentar a tenacidade


Reações de Revenido

150 - 230 °C início de precipitação de

carbonetos

Estrutura: martensita revenida (escura, preta)

Dureza: 65 RC 60 - 63 HRC

230 - 400 °C carbonetos continuam

precipitando na forma globular (invisível ao microscópio)

Estrutura: “Troostita”

Dureza: 62 RC -50 HRC


Reações de Revenido

400 - 500 °C os carbonetos crescem em

glóbulos, visíveis ao microscópio

Estrutura: SORBITA

Dureza: 20-45 HRC

650 - 738 °C os carbonetos formam partículas

globulares

Estrutura: Esferoidita

Dureza: < 20 HRC


Microestruturas no Revenimento

Troostita e Martensita Sorbita


Temperatura versus Dureza no Revenimento


Fragilidade ao Revenido

Ocorre em determinados tipos de aços quando aquecidos na faixa de temperatura entre 375-475 °C, ou quando resfriadoslentamente nesta faixa.

A fragilidade ocorre mais rapidamente na faixa de 470-475 °C

A fragilidade só é revelada no ensaio de resistência aoimpacto (Charpy) e não há alteração na microestrutura.

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 susceptíveis ao fenômeno

Recuperar o aço fragilizado ao revenido: reaquecer o aço a uma temperatura de ~600 °C seguido de resfriamento rápidoaté abaixo de 300C


Revenimento

A Temperaturade Revenimento é selecionada de acordo com as combinações de propriedadesdesejadas


Martempera

Operação de resfriamento do aço à temperatura de

austenitização em um meio (sal fundido, óleo) com temperatura acima da temperatura de formação da martensita

Objetivo da Martempera

Prevenir a grandes diferenças de temperaturas Núcleo / Superfície durante o resfriamento

Formação uniforme de martensita através da seção da peça

Reduzir tensões residuais

Reduzir empenamento / distorção

Reduzir risco de trinca


Martempera


Austempera

Operação de resfriamento do aço à temperatura de austenitização em um meio como sal fundido, ou óleo, à temperatura acima da formação de martensita e permanecer tempo suficiente para completar a transformação estrutural.

Nem todo aço pode ser austemperado. Consultar a ficha técnica do aço com o fabricante, ou literaturas técnicas

Objetivos da Austempera:

Obter estrutura “bainita” – mais tenaz e propriedades semelhantes a da martensita revenida

Reduzir tensões internas

Maior tenacidade

Dispensar o revenimento


Austempera

Bainita A Bainita nucleia no contorno de grão austenítico e

cresce em forma de um feixe de agulhas paralelas


Austempera


Martempera e Austempera

Processos alternativos para evitar distorções / trincas


Martempera Modificada

A Martempera pode ser realizada de duas formas distintas:

Clássica: aguardar acima da Ms

Modificada: transformar dentro dos limites da Ms e Mf


O tratamento Sub-Zero, ou Criogenia (Nitrogênio Líquido)

Alguns tipos de aço, especialmente os de alta liga, não conseguem finalizar a transformação de austenita em martensita. Mf abaixo de 0 ºC.

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

Ex: Nitrogênio líquido: - 196 ºC

Nitrogênio + álcool: - 70 a - 120 ºC


A Prática do TT

Geometria com diferenças de espessura apresenta severas dificuldades para a realização do tratamento térmico

Áreas finas aquecem mais rápido que as áreas mais grossas e as transformações de fase ocorrem primeiro nestas

Dilatação térmica é outro fator de importância

Dilatação térmica e transformação de fase conduzem a peça a sofrer gradientes volumétricos internos e gradientes de tensão que, se acima de um valor crítico, o qual depende do material e dimensões físicas da peça, pode gerar trincas e fissuras internas e superficiais

A heterogeneidade geométrica e de estrutura interna é fator de desequilíbrio nas transformações (vide norma NADCA). Segregações, defeitos internos como inclusões, microporosidades e heterogeneidade na distribuição granulométrica.


A Prática do TT

O resfriamento é o fator mais importante do ponto de vista de tratamentos térmicos das ligas ferrosas

Modificando-se a velocidade de resfriamento depois de adequada permanência à temperatura de aquecimento, pode-se obter mudanças estruturais que promovem o aumento da ductilidade ou elevação da dureza e da resistência mecânica

No tratamento térmico a escolha correta do resfriamento – e como conduzi-lo – é de fundamental importância. Dependendo da geometria da peça (grandes ou pequenas alterações de forma), seções finas versus grosseiras, pode acarretar na seleção de um meio de resfriamento diferente daquele que seria recomendado. Nesses casos, busca-se o equilíbrio da equação “custo-benefício”


A Prática do TT

Detalhes para o Resfriamento - os meios mais utilizados industrialmente, a partir do mais rápido:

1. Soluções aquosas salinas com NaCl, NaOH ou Na2CO3

2. Água

3. Polímeros fundidos

4. Óleos com diferentes viscosidades

5. Ar

6. Vácuo

Conforme esses meios estejam em agitação, repouso, ou dependendo de sua temperatura, a eficiência é igualmente alterada. Portanto, deve-se observar sistemas de refrigeração e do fluido refrigerante para garantia de sua eficiência ao longo do processo de tratamento térmico


A Prática do TT

Ainda sobre o Resfriamento....

1. Evitar meios refrigerantes líquidos em condição estática, pois o vapor que se forma na superfície da peça reduz drasticamente a refrigeração

2. Se o meio refrigerante for solução aquosa, evitar o aquecimento, pois este reduz drasticamente a eficiência de refrigeração. Por exemplo, aquecer água de 18 ºC para 75 ºC resulta na redução da sua eficiência em 95%!

3. Meios líquidos são os mais severos refrigerantes (água, óleo, soluções salinas, etc.). Portanto, todo cuidado é pouco para reduzir riscos de trincas e deformações acentuadas.

4. Óleo de têmpera especialmente fabricado para esta operação exige o aquecimento deste. Nesse caso, ver a recomendação do fabricante do óleo, geralmente em torno de 60 a 90 ºC. Alguns óleos podem operar até a 160 ºC. Importante: dispositivos adequados de combate a incêndio devem estar disponíveis e prontos para agir se necessários

5. Resfriamento em forno exige o controle de temperatura, ou elaboração de rampas


A Prática do TT – Resumo Geral

Fatores de Influencia nos Tratamentos Térmicos:

1. Componente: Tamanho e Geometria; Estrutura Original (tamanho de grão, encruamento, segregação, microinclusão, porosidade, defeitos, etc...)

2. Aquecimento: Tipo de forno; Temperatura Crítica; Taxa de Aquecimento

3. Tempo de Aquecimento: Homogeneização da Temperatura; Crescimento de Grão

4. Ambiente de Aquecimento: Reações que podem ocorrer na superfície da peça (descarbonetação, carbonetação, oxidação, “carepas”)

5. Resfriamento: Ambiente de Resfriamento; Taxa de Resfriamento; Temperatura Mínima


Temperabilidade

Temperabilidade

Capacidade do aço formar martensita a uma

determinada profundidade.

Métodos utilizados para avaliar a temperabilidade:

Taxa de Resfriamento Crítico

Ensaio Grossmann

Ensaio Jominy


Ensaio Jominy


Jominy

http://www.youtube.com/watch?v=hxOHvpAZy2o


http://www.youtube.com/watch?v=hxOHvpAZy2o



Jominy


Temperabilidade


Temperabilidade dos Aços Carbono


Sistema Al-Cu

A fase endurecedora das ligas Al-Cu é CuAl2 ()

Solubilização5,65%

7- Outros tratamentos térmicos


Sub-Zero / Criogenia

Alguns tipos de aço, especialmente os de alta liga, não conseguem finalizar a transformação Austenita para Martensita.

Esse tratamento consiste no resfriamento do aço a temperaturas abaixo da ambiente (zero graú)

Ex: Nitrogênio líquido: - 196 ºC (Criogenia)

Nitrogênio + Álcool: -70 a – 120 ºC (Sub-Zero)

Vantagens:

Estrutura uniforme (isenta de austenita retida)

Estabilidade dimensional

Desvantagens:

Risco de desenvolver trincas


Sub-Zero / Criogenia

Exemplo: Aço AISI 1321 Cementado linhas Mi e Mf rebaixadas.

Nessa caso, a formação da martensita não se finaliza e isto resulta

em austenita residual a temperatura ambiente


Caso Prático - I

Examine o seguinte procedimento adotado por uma da empresa:

Peça: eixo (10x100) mm

Aço: SAE 1045

Condições de trabalho: solicitação à abrasão pura

Tratamento térmico solicitado: beneficiamento para dureza de 55HRC

Condição para tempera: peça totalmente acabada


Caso Prático - II

Qual o tratamento térmico seria mais apropriado para a peça “eixo flangeado” para reconstituir a homogeneidade microestrutural com a finalidade de posteriormente se efetuar a têmpera?

Informações: A região flangeada apresenta 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.


Caso Prático - III

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 a sua resposta.


Caso Prático - IV

Qual seria a melhor rota de tratamento térmico para uma peça em aço SAE 4340 especificação de dureza final 48-52 HRC e com 30 a 40% de usinagem? Qual meio de resfriamento utilizaria?

Um bloco de aço 4140 não alcançou a dureza especificada após a têmpera. Qual procedimento adotaria para o retratamento?


Caso Prático - V

Um bloco de aço AISI H13 com 50% de usinagem. Especificação 48-50 HRC. Qual a melhor rota de tratamento térmico? Se esse bloco não alcançar a dureza especificada, qual procedimento adotaria para o retratamento?

Um bloco de aço AISI 4340 apresenta áreas não usinadas, ainda em “bruto”. Qual seria o risco para a têmpera?


Caso Prático - VI

Para construir uma peça existe a possibilidade de se utilizar dois tipos de aços: SAE 4140 e SAE 4340. E nesse caso, o projetista sugere utilizar o aço de “maior temperabilidade”. Qual critério seria utilizado para selecionar o aço adequado?


Caso Prático - VII

Depois da realização do tratamento térmico de têmpera e revenimento de um aço se constatou que a dureza máxima não foi alcançada. Descreva as possibilidades que podem ser a causa dessa “não-conformidade”.

RESUMOS


Transformações

AUSTENITA

Perlita( + Fe3C) + a fase próeutetóide Bainita

( + Fe3C)

Martensita

(fase tetragonal)

Martensita Revenida

( + Fe3C)

Ferrita ou cementita

Resf. lentoResf. moderado

Resf. Rápido

(Têmpera)

reaquecimento



RecozimentoTotal ou Pleno

RecozimentoIsotérmico

Normalização

Têmpera e Revenido

Resfriamento Lento

(dentro do forno)Resfriamento

ao ar


Recozimento

Total ou Pleno

IsotérmicoAlívio de Tensão

Recristalização

Resfriamento Lento

(dentro do forno)TemperaturaAbaixo da linha A1 Não ocorre nenhumatransformaçãoResfriamentoDeve-se evitarvelocidades muito altasdevido ao risco de distorções

TemperaturaAbaixo da linha A1

(600-620 ºC)- Resfriamento

Lento (ao ar ou dentro

do forno)**Elimina o

encruamentogerado pelosprocessos de

deformação à frio


Tratamento Térmico

FIM

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