Tratamentos Térmicos

  • Bibliografia recomendada

  • - Aços e ferros fundidos: Vicente Chiaverini

  • - www.cimm.com.br

  • - www.brasimet.com.br

Tratamentos Térmicos

  • Finalidade:

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

Tratamentos Térmicos

  • Objetivos:

  • - Remoção de tensões internas

  • - Aumento ou diminuição da dureza

  • - Aumento da resistência mecânica

  • - Melhora da ductilidade

  • - Melhora da usinabilidade

  • - Melhora da resistência ao desgaste

  • - Melhora da resistência à corrosão

  • - Melhora da resistência ao calor

  • - Melhora das propriedades elétricas e magnéticas

Principais Tratamentos Térmicos

Fatores de Influência nos Tratamentos Térmicos

  • Temperatura

  • Tempo

  • Velocidade de resfriamento

  • Atmosfera*

  • * no caso dos aços para evitar a oxidação e descarbonetação

Influência da temperatura nos Tratamentos Térmicos

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

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

Influência da temperatura nos Tratamentos Térmicos

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

  •  maior a segurança da completa dissolução das fases na austenita

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

Temperatura Recomendada para os Aços Hipoeutetóides

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

Temperatura Recomendada para os Aços Hipereutetóides

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

  • POR QUÊ?

  • A linha Acm sobe muito em temperatura com o teor de Carbono  Temperaturas muito altas são prejudiciais por promoverem crescimento de grão da austenita

  • Neste caso é menos prejudicial ter a presença de certa quantidade de carboneto não dissolvido

Influência do Tempo nos Tratamentos Térmicos

  • Quanto maior o tempo na temperatura de austenitização:

  •  maior a segurança da completa dissolução das fases na austenita

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

  • Tempos longos facilitam a oxidação e a descarbonetação

Tempo nos Tratamentos Térmicos

  • Aproximação:

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

Influência do Resfriamento nos Tratamentos Térmicos

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

Principais Meios de Resfriamento

  • Ambiente do forno (+ brando)

  • Ar

  • Banho de sais ou metal fundido (+ comum é o de Pb)

  • Óleo

  • Água

  • Soluções aquosas de NaOH, Na2CO3 ou NaCl (+ severos)

Como Escolher o Meio de Resfriamento ????

  • É um compromisso entre:

  • - Obtenção das caracterísitcas finais desejadas (microestruturas e propriedades),

  • - Sem o aparecimento de fissuras e empenamento na peça,

  • - Sem a geração de grande concentração de tensões

1- RECOZIMENTO

  • Objetivos:

  • - Remoção de tensões internas devido aos tratamentos mecânicos

  • - Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade

  • - Alterar as propriedades mecânicas como a resistência e ductilidade

  • - Ajustar o tamanho de grão

  • - Melhorar as propriedades elétricas e magnéticas

  • - Produzir uma microestrutura definida

TIPOS DE RECOZIMENTO

  • Recozimento total ou pleno

  • Recozimento isotérmico ou cíclico

  • Recozimento para alívio de tensões

  • Recozimento para recristalização

1.1- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO

  • Objetivo

  • Obter dureza e estrutura controlada

1.1- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO

  • Temperatura

  • Hipoeutetóide 50 °C acima da linha A3

  • Hipereutetóide Entre as linhas Acm e A1

  • Resfriamento

  • Lento (dentro do forno)  implica em tempo longo de processo (desvantagem)

1.1- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO

  • Constituintes Estruturais resultantes

  • Hipoeutetóide ferrita + perlita grosseira

  • Eutetóide  perlita grosseira

  • Hipereutetóide cementita + perlita grosseira

  • * A pelita grosseira é ideal para melhorar a usinabilidade dos aços baixo e médio carbono

  • * Para melhorar a usinabilidade dos aços alto carbono recomenda-se a esferoidização

1.1- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO

  • Temperatura

  • Hipoeutetóide 50 °C acima da linha A3

  • Hipereutetóide Entre as linhas Acm e A1

  • Resfriamento

  • Lento (dentro do forno)  implica em tempo longo de processo (desvantagem)

1.2- RECOZIMENTO ISOTÉRMICO OU CÍCLICO

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

  • Permite obter estrutura final + homogênea

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

  • Esse tratamento é geralmente executado em banho de sais

COMO É FEITO O RECOZIMENTO ISOTÉRMICO OU CÍCLICO ???

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

  • Permite obter estrutura final + homogênea

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

  • Esse tratamento é geralmente executado em banho de sais

1.3- RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES

  • Objetivo

  • Remoção de tensões internas originadas de processos (tratamentos mecânicos, soldagem, corte, …)

  • Temperatura

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

  • Resfriamento

  • Deve-se evitar velocidades muito altas devido ao risco de distorções

INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA DE RECOZIMENTO NA RESIST. À TRAÇÃO E DUTILIDADE

2- ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO

  • Objetivo

  • Produção de uma estrutura globular ou esferoidal de carbonetos no aço

  •  melhora a usinabilidade, especialmente dos aços alto carbono

  •  facilita a deformação a frio

2- ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO

  • ESFEROIDITA

MANEIRAS DE PRODUZIR ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO

  •  Aquecimento a uma temperatura logo acima da linha inferior de transformação, seguido de resfriamento lento,

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

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

3- NORMALIZAÇÃO

  • Objetivos:

  •  Refinar o grão

  •  Melhorar a uniformidade da microestrutra

  • *** É usada antes da têmpera e revenido

3- NORMALIZAÇÃO

  • Temperatura

  • Hipoeutetóide acima da linha A3

  • Hipereutetóide acima da linha Acm*

  • *Não há formação de um invólucro de carbonetos frágeis devido a velocidade de refriamento ser maior

  • Resfriamento

  • Ao ar (calmo ou forçado)

3- NORMALIZAÇÃO

  • Constituintes Estruturais resultantes

  • Hipoeutetóide ferrita + perlita fina

  • Eutetóide  perlita fina

  • Hipereutetóide cementita + perlita fina

  • * Conforme o aço pode-se obter bainita

  • Em relaçào ao recozimento a microestrutura é mais fina, apresenta menor quantidade e melhor distribuição de carbonetos

3- NORMALIZAÇÃO

  • Objetivos:

  •  Refinar o grão

  •  Melhorar a uniformidade da microestrutra

  • *** É usada antes da têmpera e revenido

4- TÊMPERA

  • Objetivos:

  •  Obter estrutura matensítica que promove:

  • - Aumento na dureza

  • - Aumento na resistência à tração

  • - redução na tenacidade

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

4- TÊMPERA

  • MARTENSITA

4- TÊMPERA

  • Temperatura

  • Superior à linha crítica (A1)

  • * Deve-se evitar o superaquecimento, pois formaria matensita acidular muito grosseira, de elevada fragilidade

  • Resfriamento

  • Rápido de maneira a formar martensíta (ver curvas TTT)

4- TÊMPERA

  • Meios de Resfriamento

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

4- TÊMPERA

  • Constituintes Estruturais resultantes

  • Hipoeutetóide ferrita + martensita

  • Eutetóide  martensita

  • Hipereutetóide cementita + martensita

4- TÊMPERA

  • Objetivos:

  •  Obter estrutura matensítica que promove:

  • - Aumento na dureza

  • - Aumento na resistência à tração

  • - redução na tenacidade

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

TEMPERABILIDADE

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

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

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

TEMPERABILIDADE

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

  • www.cimm.com.br/material didático

5- REVENIDO

  • *** Sempre acompanha a têmpera

  • Objetivos:

  • - Alivia ou remove tensões

  • - Corrige a dureza e a fragilidade, aumentando a dureza e a tenacidade

5- REVENIDO

  • Temperatura

  • Pode ser escolhida de acordo com as combinações de propriedades desejadas

5- REVENIDO

  • Temperatura

  • Pode ser escolhida de acordo com as combinações de propriedades desejadas

5- REVENIDO

  • 150- 230°C os carbonetos começam a precipitar

  • Estrutura: martensita revenida (escura, preta)

  • Dureza: 65 RC 60-63 RC

  • 230-400°C os carbonetos continuam a precipitar em forma globular (invisível ao microscópio)

  • Estrutura: TROOSTITA

  • Dureza: 62 RC 50 RC

5- REVENIDO

  • 400- 500°C os carbonetos crescem em glóbulos, visíveis ao microscópio

  • Estrutura: SORBITA

  • Dureza: 20-45 RC

  • 650-738°C os carbonetos formam partículas globulares

  • Estrutura: ESFEROIDITA

  • Dureza: <20 RC

MICROESTRUTURAS DO REVENIDO

  • TROOSTITA E MARTENSITA

FRAGILIDADE DE REVENIDO

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

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

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

AÇOS SUSCEPTÍVEIS À FRAGILIDADE DE REVENIDO

  • Aços -liga de baixo teor de liga

  • Aços que contém apreciáveis quantidades de Mn, Ni, Cr, Sb*, P, S

  • Aços ao Cr-Ni são os mais suceptíveis ao fenômeno

  • *é o mais prejudicial

COMO MINIMIZAR A FRAGILIDADE DE REVENIDO

  • Manter os teores de P abaixo de 0,005% e S menor 0,01%

  • Reaquecer o aço fragilizado a uma temperatura de ~600 °C seguido de refriamento rápido até abaixo de 300 °C .

TRATAMENTO SUB-ZERO

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

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

  • Ex: Nitrogênio líquido: -170oC

  • Nitrogênio + álcool: -70oC

AUSTEMPERA E MARTEMPERA

  • Problemas práticos no resfriamento convencional e têmpera

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

  • VEJA TAMBÉM MATERIAL FORNECIDO

MARTEMPERA

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

AUSTEMPERA

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

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

MARTEMPERA E AUSTEMPERA

CASO PRÁTICO 1

  • Faça uma análise do seguinte procedimento adotado por uma da empresa

  • Peça: eixo (10x100)mm

  • Aço: SAE 1045

  • Condições de trabalho: solicitação à abrasão pura

  • Tratamento solicitado: beneficiamento para dureza de 55HRC

  • Condição para tempera: peça totalmente acabada

CASO PRÁTICO 2

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

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

CASO PRÁTICO 3

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

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

Comentários