Baixe tratamentos termicos e outras Notas de estudo em PDF para Mecatrônica, somente na Docsity! Eesmriaoo À ISO [90012000 | Tratamentos Térmicos MATERIAL + TRATAMENTO TÉRMICO O TRATAMENTO TÉRMICO ESTÁ ASSOCIADO DIRETAMENTE COM O TIPO DE MATERIAL. PORTANTO, DEVE SER ESCOLHIDO DESDE O INÍCIO DO PROJETO Fatores de Influência nos Tratamentos Térmicos  Temperatura  Tempo  Velocidade de resfriamento  Atmosfera* * para evitar a oxidação ou perda de algum elemento químico (ex: descarbonetação dos aços) Fatores de Influência nos Tratamentos Térmicos  Tempo: O tempo de trat. térmico depende muito das dimensões da peça e da microestrutura desejada. Quanto maior o tempo:  maior a segurança da completa dissolução das fases para posterior transformação  maior será o tamanho de grão Tempos longos facilitam a oxidação 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 Principais Tratamentos Térmicos Tratamentos Térmicos Recozimento Normalização Tempera e Revenido Esferoidização ou Coalescimento •Alívio de tensões •Recristalização •Homogeneização •Total ou Pleno •Isotérmico Solubilização e envelhecimento RECOZIMENTO • Define-se recozimento como o tratamento térmico que consiste no aquecimento e manutenção a temperatura determinada, seguido de arrefecimento lento, através do domínio de transformação perlítica. Recozimento: Seus objetivos são os seguintes: remover tensões devidas a tratamento mecânicos, diminuir a dureza, aumentar a ductilidade, regularizar a textura bruta de fusão, eliminar finalmente, o efeito de quaisquer tratamentos térmicos ou mecânicos a que o aço tenha sido submetido anteriormente. A estrutura resultante do recozimento é a normal ou seja: ferrita mais perlita, se o aço for hipoeutetóide, perlita mais cementita, se o aço for hipereutetóide e somente perlita,se for eutetóide. Outro tipo de recozimento é o de alívio de tensões, em que o aquecimento é feito a temperaturas abaixo da zona crítica. Seu objetivo é apenas aliviar as tensões originadas em processos de conformação mecânica, soldagem, corte por chama, endireitamento, usinagem, etc Ex:RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES DOS AÇOS  Temperatura Abaixo da linha A1  em que ocorre nenhuma transformação (600-620oC) Ou linha crítica 723 C Existe ainda um forma de recozimento que se aplica a tiras e chapas de aço laminados a frio. Em que as peças são colocadas em recipientes vedados no interior de um forno com temperatura entre 600° e 700°C. Esse tipo de processo se chama recozimento em caixa. Recozimento azul Recozimento realizado em condições tais que se forme uma superfície metálica uma camada de óxido uniforme e aderente, de cor azulada. Utiliza-se para peças de ferro fundido que necessitam de menor dureza do que a obtida após a fundição. Recozimento brilhante Recozimento realizado em condições tais que evitem a oxidação da superfície metálica. Utiliza-se para peças de ferro fundido que necessitam de menor dureza do que a obtida após a fundição. Recozimento ferrítico Recozimento aplicado ao ferro fundido, destinado à obtenção de matriz ferrítica. Também denominado ferritização. Utiliza-se para peças de ferro fundido que necessitem de dureza abaixo daquela obtida após a fundição. Recozimento isotérmico Recozimento caracterizado por uma austenitização seguida de transformação isotérmica da austenita na região formação da perlita. Utiliza-se para peças que necessitam ser usinadas, com remoção de cavacos e que após a usinagem, devam sofrer tratamentos térmicos finais com distorções dimensionais mínimas e sempre repetitivas para grandes séries de produção. Transformações isotérmicas • um aço pode ser endurecido por tratamento térmico. Se a fase estável austenite de um aço eutectóide (0.8% C) , for arrefecida logo abaixo da temperatura de transformação em equilíbrio, ocorre uma transformação com difusão. Nesta transformação o processo de crescimento envolve a reorganização da fase inicial em fases bem diferentes (ferrite e cementite). Transformações isotérmicas • A transformação da austenite num dado aço pode ser resumida convenientemente no diagrama TTT (tempo-temperatura- transformação) desse aço. Recozimento para crescimento de grão Recozimento caracterizado por permanência em temperatura significativamente acima de zona crítica, resfriamento lento até a temperatura abaixo do ponto A1 e subsequente resfriamento arbitrário até a temperatura ambiente, destinado a produzir crescimento de grão. Utiliza-se para peças que necessitam ser usinadas, com remoção de cavacos e que, após a usinagem, devem sofrer tratamentos térmicos finais com distorções dimensionais mínimas e sempre repetitivas para grandes séries de produção. HOMOGENEIZAÇÃO O recozimento de homogeneização, também chamado de difusão, tem por fim melhorar as propriedades das peças tratadas, à custa de uma melhor distribuição em toda a massa dos componentes químicos ou dos constituintes estruturais. No recozimento de crescimento de grão, pretende-se dar ao material maior ductilidade, para que possa ser mais facilmente deformável. O aumento do tamanho de grão resulta dum aquecimento a temperatura elevada, desde que ultrapasse a temperatura de coalescência, dependendo do tempo de permanência a essa temperatura. Recozimento para homogeneização Recozimento caracterizado por um aquecimento até uma temperatura consideravelmente acima do ponto AC3, longa permanência nessa temperatura e resfriamento adequado ao fim em vista, para eliminação de variações locais de composição do material. Recuperação do Recozimento • O terceiro Grupo engloba os recozimentos sub- críticos, nos quais a temperatura atingida é inferior a Ac1. Dentro deste grupo destacam-se os recozimentos de restauração ou recuperação, de recristalização e de desgaseificação. Embora nos recozimentos sub-críticos o aquecimento é realizado a uma temperatura abaixo da zona crítica seguido de arrefecimento a velocidade conveniente, são também considerados recozimentos, visto que a estrutura final é sempre mais estável. Normalização do Recozimento • Este tratamento consiste no aquecimento de peças a temperaturas de 25 a 50ºC acima da temperatura crítica de transformação Ac3 para os aços hipoeutectóides, seguindo-se o arrefecimento ao ar, após adequada manutenção da temperatura durante um certo tempo. • Com a normalização pretende-se alcançar uma estrutura homogénea e um grão fino, além da eliminação de irregularidades estruturais provocadas por tratamentos mecânicos a quente e a eliminação de tensões residuais. Patentagem • O tratamento conhecido sob o nome de "patentagem" não é mais que um recozimento isotérmico em que a temperatura do banho para esse fim é de cerca de 530ºC, para um aço de 0.7% de carbono. Obtém-se uma microestrutura eutectóide cuja perlite é muito fina e praticamente irresolúvel ao microscópio óptico. Annealing temperature (ºF) 600 400 600 800 1000 1200 7 T TO TT Tr] 1 1 1 1 Tensile strength | 450 E so E ; g 5 + & Ê | 5 'Z 1 = 2 1 s % ô 5 00 4 [30 ” í | Ductility ; ! i A | | 20 300 ! | | ! | Recovery | Recrystallization I Grain growth e pe q ED gd , 1 Cold-worked T+ and recovered —+« = “A grains - t = 000 1 Men E 1 grains % 0030 1 4 N 1 e 0020 ' + E 1 Í º ooo ! ! o ' L l ! | 100 200 300 400 500 600 700 Annealing temperature (ºC) said 0 “ Recozimento para solubilização Recozimento em consequencia do qual um ou mais constituintes entram em solução. Geralmente caracterizado por um resfriamento rápido destinado à retenção daqueles constituintes em solução na temperatura ambiente. Também denominado solubilização. Utiliza-se para peças que, durante as diversas etapas de produção, apresentam segregações dos elementos de liga da matriz básica. Recozimento pleno Recozimento caracterizado por um resfriamento lento através da zona crítica, a partir da temperatura de austenitização(geralmente acima de AC1 para aços hipoeutetóides e entre AC31 e ACCM para os hipereutetóides). Utiliza-se para peças de ferro fundido que necessitam de menor dureza do que a obtida após a fundição. 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 teor carbono recomenda-se a esferoidização Recristalização Nucleação e crescimento de novos grãos, geralmente equipais e isentos de tensão, a partir de uma matriz deformada plasticamente. Utiliza-se para peças deformadas plasticamente a frio, com a finalidade de reduzirem aos seus limites de escoamento e de resistência. ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO • Esferoidização é um tratamento térmico para o aço, visando dar forma esférica a um dos tipos de grãos que formam o aço, os de um material denominado cementita. É um tipo de tratamento indicado para aços de alto teor de Carbono (contém mais cementita). OUTRAS MANEIRAS DE PRODUZIR ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO  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. PROPRIEDADES MECÂNICAS As propriedades mecânicas de um material influenciam determinantemente a sua aptidão para uma dada aplicação. Para melhor se compreender o que significa resistência mecânica, é útil o conhecimento dos fenômenos de deformação dos materiais. Deformação Elástica Existem dois conceitos fundamentais na deformação elástica dos materiais: a definição de tensão e a definição de deformação. A causa física da deformação é sempre uma força F aplicada externamente. Para tratamentos quantitativos, o seguinte conceito de tensão tem várias vantagens: • (tensão) = F/A Ensaios Mecânicos São os seguintes os ensaios mecânicos mais utilizados: • Ensaios de dureza • Ensaios de fadiga • Ensaios de flexão transversal Têmpera • elevadas de dureza e resistência mecânica. O processo consiste no aquecimento até O objetivo da têmpera está na obtenção de uma microestrutura que proporcione ao aço propriedades a temperatura de austenitização, ou seja, entre 815 °C e 870 °C. O controle da temperatura durante o aquecimento, nos fornos, é feito por pirômetros. Nas forjas o mecânico identifica a temperatura pela cor do material aquecido (ver quadro). Têmpera • É importante ressaltar que o aquecimento deve ser lento no início, a fim de não provocar defeitos no metal. A manutenção da temperatura varia de acordo com a forma da peça e o tempo nessa fase deve ser bem controlado. Em seguida, o aço é submetido a um resfriamento rápido, provocando a obtenção de uma estrutura martensítica. Têmpera • 2) Neste estágio dá-se o rompimento da cortina de vapor e a superfície da peça é molhada pelo líquido de têmpera, dando início à ebulição. O resfriamento é bastante rápido e o calor é transferido por grande massa de vapor. Têmpera • 3) Cessada ebulição, começa o terceiro estágio, que é lento. A transferência de calor se dá por convenção e condução até atingir equilíbrio de temperatura. • Para eliminar rapidamente a cortina de vapor formada no primeiro estágio basta que adicione sal na água (9%) ou soda cáustica (3%). Têmpera • A têmpera seja o tratamento térmico mais conhecido. Consiste basicamente, em resfriar o material de maneira que não haja tempo para transformação da austenita em ferrita e perlita, até que se atinja a temperatura de transformação da austenita em martensita, segundo o processo de mudança estrutural. Têmpera • Têmpera direta: processo mais utilizado, consiste no resfriamento rápido, direto da temperatura de austenitização; Têmpera em tempo variável: a velocidade de resfriamento é alterada durante o processo, de acordo com o resultado esperado. Normalmente, utilizam-se dois meios diferentes de resfriamento; Têmpera • Têmpera diferencial: apenas algumas áreas da peça de aço são temperadas, as demais recebem isolamento. Utiliza-se para peças que necessitem de regiões duras e algumas áreas moles. Têmpera Têmpera da camada cementada: restrita à camada periférica da peça cementada.Utiliza-se para peças nas quais o núcleo deve apresentar durezas baixas; Têmpera direta de cementação: para peça cementada diretamente da temperatura de cementação sem resfriamento intermediário; TÊMPERA SUPERFICIAL Quando o objetivo é criar apenas uma superfície dura, resistente à abrasão, é mais conveniente optar pela têmpera superficial. Esse método, que substitui a têmpera normal, é aplicado principalmente em peças de máquinas. Existem várias razões para que o endurecimento superficial seja escolhido, e não o endurecimento total. TÊMPERA SUPERFICIAL • São elas: • Dificuldade de tratar peças de grandes dimensões em fornos convencionais; • Possibilidade de endurecer apenas as áreas críticas, como dentes de engrenagens, grandes cilindros, etc; • Possibilidade de melhorar a precisão dimensional de peças planas, grandes ou delgadas; • Possibilidade de utilizar aços mais econômicos, como aço carbono; TÊMPERA SUPERFICIAL  Diminuição dos riscos de aparecimento de fissuras originadas no resfriamento, após o aquecimento. Com a opção pela têmpera superficial é possível obter superfícies de alta dureza e resistência do desgaste, boa resistência à fadiga por dobramento, boa capacidade para resistir cargas de contato e resistência satisfatória ao empenamento. Têmpera TEMPERA MATERIAL A TEMP. TEMP. DE | COR DO MAT. | RESFRIAR TEMPERAR DE TÊMFERA NA TEMP. EM PRE - AQUEC. Big Bi PO Ban ºC Wermelho água 1.040 a 1.050 aço Wermelho 1.080 a 1.080 assuro aço 1.000 Vermelho cereja aço PRATA Yermelho ascuro ação Wermelho Pi MOLAS lara aço SEO PD 1.300 ºC Branco Cleo RÁPIDO ã Soo "E SS Forno para Têmpera Rs, ppa e Têmpera por Indução • Descrição Têmpera consiste no aquecimento do aço até sua transformação austenítica, seguido de maior velocidade de resfriamento, ou seja, resfriado na velocidade crítica da têmpera, visando a obtenção do constituinte estrutural acicular chamado martensita. A obtenção da martensita visa o aumento do limite de resistência à tração e da dureza do aço. Alguns materiais que podem ser temperados: -Aços para trabalho à frio: SAE VC. 131/130/VD-2/VW3/VW1 VEP/VAP/VETD/VET3/VND e similares. -Aços para trabalho à quente: SAE VW9/VPCW/VH13/VPC/VCM/VCO/VMO e similares. -Aço carbono: SAE 1035/1040/1045/1050/1060/1070 e similares. Endurecimento Superficial - Têmpera Superficial Os principais motivos da utilização do endurecimento superficial são: • o tamanho da peças que torna difícil a utilização de processos convencionais de têmpera • quando o endurecimento deve ser seletivo, isto é, quando temos a necessidade de temperar apenas algumas áreas que serão submetidas ao desgaste • quando se requer precisão dimensional que não pode ser conseguida por outros métodos • quando se deseja utilizar materiais de baixo custo em peças de solicitação menos severa REVENIMENTO Revenimento é um tratamento térmico utilizado no aço para corrigir inconvenientes decorrentes da têmpera, sendo, portanto, e sempre aplicado posteriormente a ela. REVENIMENTO: RESFRIAMENTO A escolha do meio de resfriamento adequado depende basicamente do tipo de aço utilizado, e das propriedades mecânicas que se pretende obter. A seguir alguns tipos de tratamento que utilizam banhos de sais como meio de resfriamento. RESFRIAMENTO Esse tratamento consiste no aquecimento do material temperado até uma determinada temperatura, permanência nessa temperatura por um determinado período de tempo, e resfriamento posterior que em geral é realizado ao ar, mas em determinados casos deve ser realizado em água, óleo e sais. Resfriamento no revenimento O revenimento em banhos de sais tem sido em diversas ocasiões preferido em função da ótima homogeneidade de temperaturas que proporciona. Condições de Tratamento Térmico Vantagens - Temperatura de austenitização menor que 1050ºC - Mesma condição de Tratamento do aço, Menor distorção e custo de tratamento térmico que os aços rápidos. - Meio de Resfriamento: óleo, ar ou nitrogênio - Menor distorção após têmpera. - Temperatura de revenimento, 500ºC - Maior estabilidade dimensional. - Em termos microestruturais, a matriz é mais tenaz. OBJETIVO • Minimizar os efeitos das altas durezas (alta fragilidade) • Homogeneização da estrutura martensítica e Resfriamento: * Normalmente realizado em óleo