Tratamento térmico

O tratamento térmico ao qual a ferramenta de corte vai ser submetida é tão importante quanto a escolha da matéria prima para a fabricação dessa ferramenta, pois o sucesso da ferramenta de corte deve-se tanto à seleção e composição do material como ao tratamento térmico deste.

O objetivo do tratamento térmico final de ferramenta de aços rápidos ou operação de endurecimento é de transformar um aço inteiramente recozido, que consiste em uma matriz ferrítica contendo carbonetos, em uma estrutura martensítica endurecida com carbonetos que influenciam nas propriedades finais destes aços. Esse tratamento consiste de: austenitização, têmpera e revenimento (Omsén, 1969)

A austenitização consiste no aquecimento do material até acima de sua temperatura crítica superior, sendo durante a austenitização que ocorre a dissociação dos carbonetos na matriz. A temperatura de austenitização dos aços rápidos está na faixa de 1150 a 1290°C e após a austenitização vem a têmpera, que consiste no resfriamento brusco, onde se tem a transformação da austenita, que foi formada a altas temperaturas, em uma estrutura dura de martensita. Nos aços rápidos esse resfriamento brusco pode ser feito no óleo, banho de sal ou simplesmente ao ar. Para aliviar as tensões internas resultantes do aquecimento e resfriamento brusco é feito o revenimento que aumenta a tenacidade do aço rápido e também fornece a dureza secundária (Bayer et al., 1990; Nogueira et al., 2002).

2.12. Microestrutura

A estrutura bruta de fusão dos aços rápidos é caracterizada pela presença de dentritas de austenita envoltos numa rede de carbonetos primários. Para que essa estrutura bruta possa ser aplicada em um material de uso prático, a mesma tem de ser modificada, trabalhada mecanicamente de maneira que haja uma quebra da estrutura dos carbonetos, e recozida. O material final, trabalhado e recozido, apresenta agora carbonetos dispersos em uma matriz ferrítica (Roberts e Gary, 1980).

Nos aços rápidos encontram-se carbonetos primários, que estão no material desde o estado bruto de fusão, e os carbonetos secundários, que surgem a partir dos tratamentos térmicos subseqüentes. Os carbonetos mais importantes e comumente encontrados nos aços rápidos são os dos tipos M6C, M2C e MC, onde M

é um dos elementos de liga (W, Mo, Cr, V, Co e Fe) (Nogueira et al., 2002; Hoyle, 1988; Cescon, 1990).

2.12.1. Carbonetos primários

Estão sempre presentes nos aços rápidos, fornecendo ao material a capacidade de resistir ao desgaste. O carboneto primário mais importante é o do tipo M6C, pois devido a sua dureza é o que mais contribui para a resistência a abrasão

dos aços rápidos, onde M pode ser ferro, molibdênio ou tungstênio, podendo ainda dissolver pequenas quantidades de cromo e vanádio, substituindo o ferro. O carboneto do tipo M6C apresenta estrutura cúbica de face centrada com fórmula

química entre Fe4M2C e Fe3M3C, sendo M tungstênio ou molibdênio. Esses

carbonetos são muito estáveis e dissolvem-se apenas parcialmente durante a austenitização acima de 980°C (Roberts e Gary, 1980).

O vanádio, presente nos aços rápidos forma carbonetos primários do tipo MC (ou M4C3), apresenta estrutura cúbica de face centrada, sendo capaz de dissolver

tungstênio, molibdênio ferro e cromo. Outro tipo de carboneto encontrado é o M2C,

onde M representa o molibdênio e tungstênio podendo ainda dissolver outros elementos. Esse tipo de carboneto possui estrutura hexagonal e metaestável, tendendo a se decompor, durante os processos de fabricação e tratamentos térmicos subseqüentes, em uma mistura de M6C e MC secundários (Roberts e Gary,

1980; Wilson, 1988; Cescon, 1990).

2.12.2. Carbonetos secundários

São formados em várias etapas. A ferrita į, que ocorre tanto na solidificação quanto no superaquecimento, pode se decompor formando austenita e carbonetos, principalmente os dos tipos M6C. Durante a têmpera, no resfriamento da austenita,

ocorre uma pequena precipitação dos carbonetos de tipo MC, preferencialmente nas regiões dos contornos de grão (Cescon, 1990).

No recozimento pleno, o aumento da fração volumétrica de carbonetos ocorre tanto por nucleação como por crescimento de carbonetos primários. Carbonetos do tipo M6C e M23C6 precipitam-se. O carboneto do tipo M23C6, onde M é basicamente

só cromo, só está presente no material recozido, uma vez que se encontra totalmente dissolvido nas temperaturas usuais de austenitização, e sua precipitação

só é possível nas temperaturas e tempos de recozimentos usuais. Já no recozimento subcrítico, que equivale a um revenimento a alta temperatura, os carbonetos secundários estão mais finamente dispersos, provocando um efeito endurecedor acentuado. Sendo assim estes materiais apresentam, então, maior dureza e menor ductilidade do que os materiais recozidos plenamente (Davis, 1991).

Segundo Cescon (1990), várias transformações microestruturais ocorrem durante o revenimento dos aços rápidos. No estado temperado, encontram-se como microconstituintes dos aços rápidos martensita, do tipo misto, austenita retida e carbonetos, dos tipos M6C e MC, que não foram dissolvidos no aquecimento. Entre

100 e 250°C há uma precipitação dos carbonetos de ferro, identificados como carbonetos İ; entre 250 e 500°C os carbonetos de ferro continuam precipitando, havendo também a formação de cementita. Acima de 300 e 350°C inicia-se a precipitação de carbonetos a partir de austenita retida; a quantidade de austenita retida se mantém até aproximadamente 530°C, e transforma-se em martensita no resfriamento subseqüente. Entretanto, entre 400 e 570°C a cementita é em parte dissolvida, havendo a precipitação de carbonetos do tipo M2C e MC, tanto na

martensita quanto na austenita retida. Todavia, o fenômeno da dureza secundaria é mais acentuado na faixa dos 500 aos 570°C, pois é nesta faixa onde ocorre maior precipitação de carbonetos dos elementos de liga presentes no material. A precipitação destes carbonetos, na temperatura de 500 a 570°C, ocorre preferencialmente na estrutura de discordância herdada da martensita; devido à pequena velocidade de difusão dos elementos de liga substitucionais, os precipitados encontram-se finamente dispersos e apresentam-se menores que os precipitados de cementita. Na faixa que vai de 570 a 680°C, a matriz, agora ferrítica,

coalescimento de carbonetos. Entre 680 e 760°C o processo que ocorreu entre 570 e 680°C continua ocorrendo também à precipitação de carbonetos estáveis do tipo M6C e acima de 760°C o coalescimento dos carbonetos prossegue de maneira

3. Materiais e Métodos

O procedimento experimental realizado neste trabalho baseia-se essencialmente em cinco principais etapas, representadas na figura 3.1, que serão detalhadas nos tópicos seguintes.

Figura 3.1 - Organograma representando em seqüência as etapas básicas da metodologia utilizada.