TRATAMENTO TÉRMICO - AULA 04

TRATAMENTO TÉRMICO - AULA 04

(Parte 1 de 2)

Endurecimento do aço

Um problema

Várias brocas foram devolvidas ao fabricante porque elas haviam se desgastado no primeiro uso.

O supervisor da fábrica descobriu a falha da fabricação das brocas: elas não tinham recebido tratamento correto. O lote foi recolhido e retrabalhado, ficando evidente a importância do tratamento térmico.

Têmpera

Houve um grande avanço tecnológico quando o homem descobriu como conferir dureza ao aço. Os dentes da engrenagem, o engate do trem, o amortecedor do carro, as brocas devem ser fabricados com aço endurecido, para suportarem os esforços a que são submetidos.

A têmpera é um processo de tratamento térmico do aço destinado à obtenção de dureza. Uma têmpera feita corretamente possibilita vida longa à ferramenta, que não se desgasta nem se deforma rapidamente.

O processo consiste em aquecer o aço num forno com temperatura acima da zona crítica. Para o aço-carbono, a temperatura varia de 750º a 900ºC. A peça permanece nessa temperatura o tempo necessário para se transformar em austenita. O que distingue essa forma de tratamento é o seu processo de resfriamento. A peça é retirada do forno e mergulhada em água. A temperatura cai de 850ºC para 20ºC. Trata-se de um resfriamento brusco.

Quando a austenita é resfriada muito rapidamente, não há tempo para que se transformar em ferrita, cementita ou perlita. A austenita se transforma num novo constituinte do aço chamado martensita.

Vimos que ao aquecer o aço acima da zona crítica, o carbono da cementita (Fe3C) dissolve-se em austenita. Entretanto, na temperatura ambiente, o mesmo carbono não se dissolve na ferrita. Isso significa que os átomos de carbono se acomodam na estrutura CFC de austenita, mas não se infiltram na estrutura apertada - C - da ferrita.

No resfriamento rápido em água, os átomos de carbono ficam presos no interior da austenita. Desse modo, os átomos produzem considerável deformação no retículo da ferrita, dando tensão ao material e aumentando sua dureza.

Vamos fazer uma experiência. Pegue um pedaço de aço, de qualquer tamanho, com espessura de 20mm, com teor de carbono entre 0,4% e 0,8%. Ligue um forno na temperatura de 850ºC e aguarde. Enquanto isso, verifique a dureza do material, antes do tratamento.

Agora coloque a peça no forno e deixe-a por 40 minutos. Decorrido esse tempo, retire-a com uma tenaz e submeta-a a resfriamento imediato em água.

Verifique a dureza do material tratado. Percebeu a diferença? Pois bem, você realizou um tratamento de têmpera.

Cuidados no resfriamento

O resfriamento brusco provoca o que se chama de choque térmico, ou seja, o impacto que o material sofre quando a temperatura a que está submetido varia de um momento para outro, podendo provocar danos irreparáveis ao material. Mas o resfriamento brusco é necessário à formação da martensita. Assim, dependendo da composição química do aço, podemos resfriá-lo de forma menos severa, usando óleo ou jato de ar.

Revenimento

O tratamento de têmpera provoca mudanças profundas nas propriedades do aço, sendo que algumas delas, como a dureza, a resistência à tração, atingem valores elevados. Porém, outras propriedades, como a resistência ao choque e o alongamento, ficam com valores muito baixos, e o material adquire uma apreciável quantidade de tensões internas. Um aço nessa situação é inadequado ao trabalho.

Para corrigir suas tensões, é preciso revenir o material. O revenimento tem a finalidade de corrigir a dureza excessiva da têmpera, aliviar ou remover as tensões internas. O revenimento é, portanto, um processo sempre posterior à têmpera.

Logo após a têmpera, a peça é levada ao forno, em temperatura abaixo da zona crítica, variando de 100ºC a 700ºC, dependendo da futura utilização do aço. Decorrido algum tempo (de uma a três horas), retira-se a peça do forno e deixa-se que ela resfrie por qualquer meio.

Vamos fazer uma segunda experiência. Faça revenimento de dois aços já temperados, um a 150ºC de temperatura e o outro a 550ºC, ambos durante 2 horas no forno. Depois de retirar a peça do forno, vamos fazer o ensaio de dureza. O revenido da peça em baixa temperatura apresenta pequena diferença de dureza, comparada com o valor do temperado. Já o revenido na peça aquecida em alta temperatura apresenta grande queda de dureza. Isso demonstra que quanto mais alta a temperatura de revenimento maior será a queda da dureza de têmpera.

Tratamento isotérmico

Na aula anterior, vimos que as transformações da austenita em ferrita, cementita e perlita ocorriam numa velocidade muito lenta de esfriamento (ar ou forno). Entretanto, se aumentarmos essa velocidade, ocorrerá um atraso no início da transformação da austenita, devido à inércia própria de certos fenômenos físicos, mesmo que a temperatura esteja abaixo da linha A1 (abaixo da zona crítica).

O diagrama, a seguir, indica as transformações da austenita em diferentes velocidades de esfriamento.

Para ficar mais claro, vamos dar uma olhada no diagrama T - Tempo, Temperatura e Transformação.

A interpretação é a seguinte: • curvas - representam o início e o fim de transformação da austenita. • cotovelo - parte central das curvas com transformações abaixo do cotovelo, obtêm-se perlita, ferrita e cementita. Como transformações abaixo do cotovelo, obtêm-se bainita e martensita.

Austêmpera

Esse tratamento é adequado a aços de alta temperabilidade (alto teor de carbono).

A peça é aquecida acima da zona crítica, por certo tempo, até que toda a estrutura se transforme em austenita (posição 1). A seguir, é resfriada bruscamente em banho de sal fundido, com temperatura entre 260ºC e 440ºC (posição 2). Permanece nessa temperatura por um tempo, até que sejam cortadas as duas curvas (posição 3), ocorrendo transformação da austenita em bainita. Em seguida, é resfriada ao ar livre (posição 4).

A dureza da bainita é de, aproximadamente, 50 Rockwell C e a dureza da martensita é de 65 a 67 Rockwell C.

Para ficar mais claro o tratamento por austêmpera, segue o diagrama T - tempo, temperatura, transformação.

A interpretação é a seguinte: • acima de 750ºC: campo da austenita;

• curva à esquerda (i), curva de início de transformação da austenita em perlita ou bainita; • curva à direita (f), curva de fim de transformação;

• Mi – início de transformação da austenita em martensita;

• Mf – fim de transformação.

Martêmpera

A martêmpera é um tipo de tratamento indicado para aços-liga porque reduz o risco de empenamento das peças. O processo é ilustrado no diagrama, a seguir.

A peça é aquecida acima da zona crítica para se obter a austenita (posição 1). Depois, é resfriada em duas etapas. Na primeira, a peça é mergulhada num banho de sal fundido ou óleo quente, com temperatura um pouco acima da linha Mi (posição 2). Mantém-se a peça nessa temperatura por certo tempo, tendo-se o cuidado de não cortar a primeira curva (posição 3). A segunda etapa é a do resfriamento final, ao ar, em temperatura ambiente (posição 4).

A martensita obtida apresenta-se uniforme e homogênea, diminuindo riscos de trincas.

Após a mantêmpera é necessário submeter a peça a revenimento.

Teste sua aprendizagem. Faça os exercícios a seguir e confira suas respostas com as do gabarito.

Exercícios

Marque com X a resposta correta.

1. Para aumentar a dureza e a resistência à tração dos metais ferrosos, usa-se o tratamento térmico de: a) ( ) fundição; b) ( ) têmpera; c) ( ) aquecimento; d) ( ) resfriamento.

2. O processo da têmpera consiste em aquecer o aço à temperatura: a) ( ) normal, de 20ºC; b) ( ) elevada, próxima a 100ºC; c) ( ) acima da zona crítica; d) ( ) dentro da zona crítica.

3. Para corrigir a excessiva dureza do aço provocada pela têmpera, usa-se o processo de: a) ( ) martêmpera; b) ( ) austêmpera; c) ( ) normalização; d) ( ) revenimento.

4. O constituinte da têmpera é: a) ( ) perlita; b) ( ) cementita; c) ( ) martensita; d) ( ) ferrita.

5. Um aço endurecido por têmpera deve ser resfriado por meio de: a) ( ) ar; b) ( ) forno; c) ( ) água; d) ( ) cinzas.

Gabarito

1. b

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