1

Palavras-chave — Cementação; Nitretação; Recozimentos;Revenimento; Têmpera.

I. INTRODUÇÃO

Os tratamentos térmicos dos metais e das ligas têm porfim modificar as propriedades dos corpos, unicamente pelavariação da temperatura. As categorias dos tratamentos são:

- a têmpera- o revenido- os recozimentosA determinação dos tratamentos térmicos a submeter um

metal são baseados em:- Diagrama ferro-carbono (observação dos pontos crít i-

cos do metal)- Temperaturas de aquecimento. Para a deslocação de

Ac1 –Ac3 – Accm das ligas de aço- curva TTT (estudos de arrefecime nto)

FIGURA IEXPLICAÇÃO ESQUEMÁTICA DO TT

II. A TÊMPERA

Tratamento térmico caracterizado pelo resfria-mento em velocidade superior á velocidade crítica de têmp e-ra, a partir de uma temperatura acima da zona crítica para osaços hipoeutetóides e geralmente dentro da zona crítica,para os aços hipereutetóides, resultando em transformaçãoda austenita em martensita. Utiliza-se para peças que neces-sitem de alta rigidez. Sem o necessário complemento de umrevenimento, as peças temperadas apresentar-se-ão, quasesempre frágeis.

TABELA IALGUNS TIPOS DE TÊMPERA

Têmpera da camada cementadaTêmpera restrita à camada periférica da peça cementa-da.Utiliza-se para peças cementadas onde o núcleo deveapresentar durezas baixas.Têmpera diferencialTratamento onde somente parte da peça segue o ciclo detemperaturas de têmpera. Também denominada têmperaseletiva.Utiliza-se para peças que necessitem de regiõesduras e algumas regiões moles.Têmpera direta de cementaçãoTêmpera de peça cementada diretamente da temperatura decementação sem resfriamento intermediário.Têmpera do núcleoTêmpera do material do núcleo de peça cementada.Utiliza-separa peças cementadas, onde o núcleo deve apresentar du-rezas "médias".Têmpera duplaTêmpera de pela cementada realizada em duas etapas. Aprimeira a partir da temperatura de têmpera do material donúcleo e a segunda a partir da temperatura da têmpera domaterial da camada cementada.Utiliza-se para peças comcamadas profundas de cementação, com a finalidade deaumentar-se a tenacidade do núcleo.Têmpera em águaTempera em que o agente de resfriamento (meio de têmpera)é a água.Têmpera em óleoTêmpera em que o agente de resfriamento (meio de têmpera)é o óleo.Têmpera em salmouraTêmpera em que o agente de resfriamento (meio de têmpera)é uma salmoura.Têmpera por imersãoTêmpera em que o aquecimento é produzido pela imersão dapeça em banho de metais ou sais fundidos ou outro meio

Tratamentos TérmicosAlexandre Albarello Costa

2

líquido adequado.Têmpera superficialTêmpera limitadas às camadas periféricas da peça.Utiliza-separa peças que necessitam de endurecimento apenas nasregiões de contorno, acompanhado sua geometria.Têmpera superficial por chamaTêmpera em que o aquecimento é produzido por cha-ma.Utiliza-se para peças que necessitam de endurecimentoapenas nas regiões de contorno, acompanhando sua geo-metria.Têmpera superficial por induçãoTêmpera em que o aquecimento é produzido por induçãoelétrica.Utiliza-se para peças que necessitam de endureci-mento apenas nas regiões de contorno, acompanhando suageometria.

A. Temperatura de aquecimento para os aços eutetóides

A elevação da temperatura produz uma modificação da na-tureza dos constituintes.

Estrutura de um aço eutetóide antes do aquecimento:Grãos de Perlita magnética Ferrita ou ferro puro cristali-

zado segundo a variedade.Cementita ou carbeto ferro.Moléculas formadas por trêsátomos de ferro e um átomode carbono.

Estrutura de aquecimento após o ponto Ac1 + 50o

Grãos de austenita amagnéti-ca

Solução no estado sólido decarbono no ferro gama.O carbono se encontra mistu-rado com o ferro no própriointerior do cristal.

B. Temperatura de aquecimento para aços hipoeutetóidesAumento da temperatura para esquerda, a fim de obter

toda a estrutura austenítica. Para uma temperatura inferior aAc3, a ferrita não transformada em austenita subsiste após atêmpera, o que provoca diminuição da dureza.

O mínimo de carbono para que uma aço adquira uma du-reza suficiente na têmpera é de cerca de 0,4%.

C. Temperatura de aquecimento para aços hipereutetóides

Mesma temperatura que para os aços eutetóides.

FIGURA IIDIAGRAMA DE TÊMPERA PARA AÇOS AO CARBONO

III. A TÊMPERA NA PRÁTICA:

O sucesso completo da têmpera depende das condiçõesseguintes:

- Observação exata das temperaturas de têmpera e do meiode arrefecimento, prescritos pelas aciarias.

- Utilização de forno permitindo um aquecimento uniforme,assim como de aparelhos muito precisos para controle datemperatura.

A. Aquecimento:

Para se levar as peças à temperatura de têmpera deve-se se-guir o procedimento abaixo.

Preaquecimento – As peças são aquecidas lenta e progres-sivamente até 600 a 650 oC para aços ao carbono e 800 oCpara os aços rápidos. (nunca se deve colocar as peças friasem um forno muito quente)

Temperatura de têmpera – As peças pré aquecidas sãocolocadas num fornoà temperatura de têmpera.

Manutenção da temperatura de têmpera – Conta-se nor-malmente para uma espessura de 10mm de material uma du-ração de: 5 minutos para aço com pouca liga; 10 minutospara aços com muita liga.

B. Arrefecimento:

A velocidade de arrefecimento depende de um grandenúmero de fatores, dentre eles os principais são:

Influência do banho de têmpera: a natureza do banho detêmpera tem ação sobre a velocidade de a velocidade de arre-fecimento (água, óleo, sopro de ar, banho de sal, etc)

Temperatura dos banhos de têmpera: 20 a 30o para aágua, 50o para o óleo

Agitação do banho ou da peça: o que facilita as trocas decalor, assegurando uma distribuição idêntica do fluido sobretoda a superfície.

3

1) Volume do banho de têmperaApresentação das peças ao banho de têmpera: as peças

longas serão temperadas verticalmente e as de seção irregu-lar serão mergulhadas de forma a oferecer primeiro a parte demaior contato com o líquido.

TABELA II

ERROS MAIS FREQUENTES NA TÊMPERA

Conseqüên-cias

Conseqüências

Erro Dureza Fratura ReparaçãoFerramentaaquecidamuito rapi-damente,não no inte-rior nemuniforme-mente.

Dureza irre-gular, a limaentra em cer-tos pontos, aferramentafissura comfreqüência,os cantos selascam.

Grão irregular,certas partesnão tempera-das, outrascorretamentetemperadas ousobreaqueci-das.

Submeter aferramentaembrulhada aum recozi-mento suavee retempera-la correta-mente.

Ferramentanão subme-tida a umarrefecimen-to superfici-almenteenérgicopara a têm-pera (cama-da de vaporisolante)

Dureza insu-ficiente, zo-nas brandas,sobretudonas grandessuperfícies.A lima entraem certospontos.

Bom grão tem-perado somentenas arestas, norestante grãonão temperado.

Após reco-zimento sua-ve da ferra-menta em-brulhada,retempera-lacom um arre-fecimentomais enérgi-co, agitando-a no banho.

Ferramentaarrefecidacom um re-frigeradordemasiada-mente suavepara o açoempregado(óleo, ar).

Dureza insu-ficiente efreqüente-mente irre-gular, a limaataca emcertos pon-tos.

Nas partesbrandas, grãossemelhantesaos do aço nãotemperado.

Após reco-zimento,temperar denovo comum refrigera-dor maisenérgico.

Ferramentaarrefecidacom refrige-rador dema-siadamenteenérgicopara o açoempregado(água salga-da porexemplo).

Boa dureza,superfícieapresentan-do a durezade vidro, limanão entra,fendas detêmpera, for-te deforma-ção.

Fratura seme-lhante à do açocorretamentetemperado.

Desde queas fraturassejam aindautilizáveis,fazer um re-cozimentosuave e tem-perar denovo à tem-peratura cor-reta e comum refrigera-dor conveni-ente.

Ferramentainsuficien-tementeaquecida,não tendosido atingi-da a temp e-ratura detêmperanecessária.

Ferramentanão apresen-tando ne-nhuma dure-za ou durezainsuficiente.A lima entra.

Grão se asse-melha ao doaço não temp e-rado.

Recozer aferramentaembrulhada eretempera-laà temperaturacorreta, maiselevada.

Ferramentaaquecidaacima datemperaturaconveniente(sobreaquecida)

Boa dureza,lima não en-tra, mas fre-qüentementefissuras, for-tes deforma-ções, fraturasno trabalho.

Grão fino degrosso, de umcerto brilho, porvezes cintilante.

Submeter asferramentasembrulhadasa um recozi-mento suavee temperá-lasde novo àtemperaturacorreta. Asferramentasfissuradas natêmpera sãogeralmenteinutilizáveis.

Ferramentasmuito forte-mente so-breaqueci-das (quei-madas).

Freqüente-mente durezainsuficiente

Grão grosso deum forte brilhobranco.

Uma ferra-menta quei-mada não éreparável!

Ferramentadescarbura-da na super-fície duranteo aqueci-mento.

Dureza obti-da pareceinsuficiente,lima entra nasuperfície,abaixo a su-perfíciebranda mu i-tas vezes adureza é boa.

Superfície defratura mostrafreqüentementenos bordos umgrão semelhan-te ao do ferrofundido. Abai-xo desta zona ogrão é o do açocorretamentetemperado.

Retirar comrebolo a ca-mada des-carburada.Em caso dedescarbura-ção profun-da, recozer aferramenta,usiná-la sufi-cientementee temperá-lade novo.

IV. DIAGRAMAS TTT

O diagrama dá as estruturas ou as fases de transforma-ção que sofre a austenita a temperaturas diferentes, abaixode 721o, em função do tempo.

Alguns fatores que influenciam o diagrama TTT:- Composição química: em geral com o aumento do teor

de carbono a curva desloca-se para a direita (com exceção doCo, os elementos de liga agem como o carbono).

- Tamanho de grão: quanto maior o tamanho de grão,mais demorada será a transformação da austenita, deslocan-do a curva para a direita.

FIGURA III

4

DIAGRAMA TTT

Figura 1. Magnetização como uma função do campo aplicado.

V. CURVAS DE ARREFECIMENTO CONTÍNUO

FIGURA IV – CURVAS DE ARREFECIMENTO

As curvas de arrefecimento contínuo são utilizadas paracontrole do tempo e velocidade de arrefecimento de um ma-terial em tratamento térmico.

VI. O REVENIMENTO

Tratamento térmico de uma peça temperada ou normali-zada, caracterizado por reaquecimento abaixo da zona críticae resfriamento adequado, visando a ajustar as propriedadesmecânicas.Utiliza-se para peças recém-temperadas, com afinalidade de reduzirem-se as tensões produzidas durante atêmpera.

A. Objetivo:

O objetivo do revenido é diminuir os efeitos da têmpera,e atenuar ou fazer desaparecer as tensões internas pelostratamentos térmicos seguintes:

- um aquecimento entre 100 e 650o

- manter esta temperatura- um arrefecimento, em geral ao ar

B. Nova estrutura, a sorbita:

Durante o aquecimento, a martensita, solução sólida decarbono de ferro alfa, é transformada num novo constituinte,a sorbita, (agregado de ferro e de carbeto de ferro cementita)análoga à troostita.

O grão de sorbita é constituído por lamelas muito finasde carbeto de ferro, dispostas entre as camadas muito finasde ferro.

A sorbita é quase tão dura quanto a martensita mas mu i-to menos frágil.

C. Diminuição da dureza com aumento da temperatura:

Um aço temperado que se aquece a menos de 150o nãosofre diminuição sensível da dureza.

Se se propõe aumentar a tenacidade de uma maneira maisacentuada e em conseqüência obter uma menor dureza, de-termina-se a temperatura adequada no diagrama de revenidocorrespondente ao aço em questão.

D. O Revenido na Prática:

Dada a necessidade de um controle rigoroso de tempera-tura, é recomendado o emprego de fornos especiais de reve-nido.

Aquecimento: será feito lentamente até a temperatura dorevenido.

Duração do revenido: segundo as experiências, o efeitocompleto do revenido não pode ser obtido se a duração nãofor suficiente. Ele será de uma meia hora a até duas horas por10mm de material. Para as temperaturas baixas, escolhem-sedurações mais longas de revenido que para as temperaturasaltas.

Arrefecimento: O arrefecimento é realizado geralmentepor ar. Um arrefecimento muito rápido pode provocar novastensões.

5

Revenido a cor: Na falta de aparelhos de medição, pode-se avaliar a temperatura de revenido de uma peça, conformea cor que toma a sua superfície, previamente limpa com lixaabrasiva.

Para aços de ligas fortes, é preciso ter em conta que ascores de revenido aparecem a temperaturas mais elevadasque as observadas para outros aços.

VII. OS RECOZIMENTOS

Toda a peça de forma complicada, tendo sido obtida de-finitivamente por uma moldagem a quente, necessita, antesda usinagem, um recozimento. Em geral, não se tem bem emconta que fresagem, o torneamento ou o aplainamento pro-voca igualmente tensões no aço. Estas tensões podem ser aorigem de deformações e de fissuras no momento da têmp e-ra.

Descarburação: evita-se descarburação durante o aque-cimento se impedir todo o contato entre o aço e o oxigênio,por uma atmosfera neutra, ou introduzindo as peças em cai-xas cheias de aparas de ferro fundido.

VIII. RECOZIMENTO DE NORMALIZAÇÃO N

Os aços com menos de 1% de carbono (aços de constru-ção) são os mais freqüentemente submetidos aos recozimen-tos de normalização.

A operação consiste em aquecer o aço até um poucoacima do ponto Ac3, que é o de transformação da estruturaem austenita. O aço é mantido a esta temperatura só algunsminutos.

O arrefecimento efetua-se ao ar livre.

IX. RECOZIMENTO DOCE G

Com o recozimento doce, transformam-se as placas decementita em perlita, e numa rede de cementita em excesso,de tal maneira que ela toma a forma de esferas, chamada ce-mentita esferoidal.

O recozimento doce normal não se pratica, senão para osaços com menos de 0,4% de carbono.

Objetivo: Boa estrutura para usinagem e muito favorávelpara a têmpera. O aço fica mais doce e mais maleável. Perdasdas tensões internas, ocasionadas pelo trabalho a quente.

X. RECOZIMENTO DE ESTABILIZAÇÃO OU

RECOZIMENTO INTERMEDIÁRIO

Este recozimento não tem por objetivo modificar a estru-tura do aço nem atenuar a dureza. O aço é aquecido a umatemperatura de 550 a 650o durante meia hora a duas horas.Deixa-se arrefecer lentamente, mesmo no forno.

Objetivo: Eliminar tensões internas depois da soldagem,ou aquelas de um trabalho anterior a quente ou a frio.

FIGURA V.

DIAGRAMA DOS RECOZIMENTOS

XI. OS ENDURECIMENTOS DE SUPERFÍCIE

Objetivo: Em numerosos casos, uma peça acabadadeve ter não somente uma dureza igual à do aço temperado,mas também uma boa resiliência. Ela deve ser de composiçãoheterogênea.

- O interior do aço de baixo teor de carbono assegura aresiliência desejada.

- O exterior em aço de alto teor de carbono permite obtera dureza desejada.

Os métodos mais importantes de endurecimento superfi-cial, para as peças na sua forma definitiva são:

- a cementação- a nitração

- têmpera superficial (indução ou à chama)

XII. A CEMENTAÇÃO

A cementação é um tratamento que permite, sob o efeito

do calor, introduzir carbono no aço doce e formar umacada exterior mais ou menos profunda, de 0,2 a vários milíme-tros, capaz de receber a têmpera.

Este processo comporta então duas fases sucessivas:1- Cementação propriamente dita (carburação)2- Tratamentos térmicos (têmpera e revenido)

6

Cementação propriamente dita: Para enriquecer em car-bono a superfície da peça, coloca-se esta no meio de umasubstância, chama cemento, suscetível de lhe fornecer car-bono. Todo o conjunto é elevado a uma certa temperatura.

Qualquer que seja o estado físico do cemento, o carbonoé conduzido ao aço por intermédio de gases carbônicos que,em contato com o ferro, se decompõem, liberando o carbonoque se dissolve no metal.

A camada cementada não aumenta livremente com otempo, mas rapidamente no princípio e depois cada vez maislentamente com o aumento do tempo de carburação.

Quanto aos cementos, um de boa qualidade deve ter:- um efeito constante de carburação- uma composição perfeitamente definida- a possibilidade de ser utilizado um grande número de

vezes

Vantagens da cementação líquida: O aquecimento é maisregular, a temperatura do banho é controlada por uma sondapirométrica. A descarburação das peças à saída do banho éeliminada por uma ligeira camada de sal sobre as superfícies.A têmpera pode ser efetuada à saída do banho.

Vantagens da cementação gasosa: As condições de car-buração podem ser reguladas à vontade por uma dosagemapropriada do operador. As peças cementadas ficam limpas.Uma cementação mais rápida

TABELA III.PRINCIPAIS CEMENTOS

Estados Portadores deCarbono

Os ativantes Regeneração

A. Sólido Coque,Carvão vege-tal

Carbonatode b ário

Adição de 0,1%de cementonovo depois decada utilização

B. Líqui-do

Cianeto deSódio

Sais con-tendo clore-tos alcalinosterrosos

Adição de salnovo regula r-mente

C. Gaso-so

Gás naturalmetano

Propano

FIGURA VI.A CEMENTAÇÃO

XIII. A NITRETAÇÃO

O objetivo da nitração é endurecer superficialmente o açopela ação do nitrogênio.

Princípio: A nitração consiste em submeter o aço, aque-cido a uma certa temperatura, à ação de uma corrente deamoníaco gasoso. O gás amoníaco (NH3) reage com a super-fície do aço (catalisador) para formar o nitrogênio primário,que penetra na superfície do aço alfa e o Hidrogênio (H) éliberado.

É necessário agir com muito cuidado durante o transpor-te e estocagem das peças nitradas. O menor choque faz cor-rer o risco de fissura na camada nitrada.

Vantagens da nitração:- Deixa-se arrefecer as peças no forno- A deformação é nula- A camada nitrada apresenta uma certa resistência à co r-

rosão- Boa resistência à fadiga- Propriedades excelentes de deslizamento- Grande resistência ao desgaste- A camada nitrada conserva sua dureza até 500o aproxi-

madamente- Melhoramento da resistência ao desgaste das ferramen-

tas em aço rápido, nitradas depois da têmpera e do revenido.

FIGURA VII.

7

A NITRETAÇÃO

XIV. AGRADECIMENTOS

O autor deste trabalho agradece ao professor FernandoPiazza pelo apoio e dedicação demonstrados durante todo operíodo de pesquisa e desenvolvimento do artigo.

XV. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Livros:[1] Van Vlack, “Princípios de Ciência e Tecnologia dos Materiais”.

Ed Campos.[2] Ernani, "Materiais"

Web Sites:[3] Informe metalúrgico, http://www.infomet.com.br[4] http://www.jcaruso.hpg.ig.com.br/cursos/toto/[5] Agência Nacional de Energia Elétrica, http://www.aneel.gov.br