6.1 - Objetivos Gerais 6.1 - Objetivos Gerais
Os tratamentos térmicos são um conjunto de operações que têm por objetivo Os tratamentos térmicos são um conjunto de operações que têm por objetivo modificar as propriedades dos aços e de outros materiais através de um conjunto de modificar as propriedades dos aços e de outros materiais através de um conjunto de operações que incluem o aquecimento e o resfriamento em condições controladas. Desta operações que incluem o aquecimento e o resfriamento em condições controladas. Desta maneira conseguimos obter uma variada gama de propriedades que permitem que maneira conseguimos obter uma variada gama de propriedades que permitem que tenhamos materiais mais adequados para cada aplicação, sem que com isto os custos sejam tenhamos materiais mais adequados para cada aplicação, sem que com isto os custos sejam muito aumentados. Como o aço é o material mais comumente utilizado em engenharia todo muito aumentados. Como o aço é o material mais comumente utilizado em engenharia todo o enfoque dado aqui residirá sobre este tipo de material, embora os tratamentos térmicos o enfoque dado aqui residirá sobre este tipo de material, embora os tratamentos térmicos aqui descritos possam ser aplicados a outros tipos.
aqui descritos possam ser aplicados a outros tipos.
6.2 - Tipos Comuns 6.2 - Tipos Comuns
Os tipos mais comuns de
Os tipos mais comuns de tratamentos térmicos são:tratamentos térmicos são: a) Esferoidização a) Esferoidização b) Recozimento b) Recozimento c) Normalização c) Normalização d) Têmpera + Revenido d) Têmpera + Revenido
Abaixo daremos uma breve idéia do que é cada um destes tratamentos que serão Abaixo daremos uma breve idéia do que é cada um destes tratamentos que serão tratados em maiores detalhes adiante.
tratados em maiores detalhes adiante.
a) Esferoidização a) Esferoidização
Consiste em um tratamento que visa globulizar a cementita fazendo com que Consiste em um tratamento que visa globulizar a cementita fazendo com que tenhamos uma microestrutura formada de um fundo de ferrita com cementita esferoidal, tenhamos uma microestrutura formada de um fundo de ferrita com cementita esferoidal, donde temos a origem do nome. Este tratamento também é chamado de
donde temos a origem do nome. Este tratamento também é chamado de coalescimentocoalescimento
pelo
pelo fato fato de de que que durante durante o o processo processo a a cementita cementita se se aglutina aglutina em em partículas partículas de de formaforma esferoidal.
esferoidal.
b) Recozimento b) Recozimento
O recozimento é um tratamento térmico em que o resfriamento, a partir do campo O recozimento é um tratamento térmico em que o resfriamento, a partir do campo austenítico, deve ser feito de maneira bastante lenta para que tenhamos a formação de uma austenítico, deve ser feito de maneira bastante lenta para que tenhamos a formação de uma microestrutura de perlita grosseira. Isto fará com que tenhamos um material de baixa microestrutura de perlita grosseira. Isto fará com que tenhamos um material de baixa dureza e baixa resistência.
c) Normalização c) Normalização
Se ao invés de obtermos perlita grosseira obtivermos perlita fina no resfriamento Se ao invés de obtermos perlita grosseira obtivermos perlita fina no resfriamento teremos uma normalização. Isto pode ser conseguido aumentando-se a velocidade de teremos uma normalização. Isto pode ser conseguido aumentando-se a velocidade de resfriamento comparada com a velocidade do recozimento. Embora esta seja a diferença resfriamento comparada com a velocidade do recozimento. Embora esta seja a diferença mais imediata, devemos destacar que a normalização provoca uma transformação mais mais imediata, devemos destacar que a normalização provoca uma transformação mais importante que é a diminuição tamanho do grão, algo que é extremamente benéfico para a importante que é a diminuição tamanho do grão, algo que é extremamente benéfico para a tenacidade do material.
tenacidade do material.
d) Têmpera e Revenido d) Têmpera e Revenido
Embora estes dois itens tenham que ser tratados separadamente pelas grandes Embora estes dois itens tenham que ser tratados separadamente pelas grandes diferenças que existem entre eles, os dois tratamentos sempre serão feitos em seqüência. diferenças que existem entre eles, os dois tratamentos sempre serão feitos em seqüência. Enquanto que a têmpera é um tratamento que visa a obtenção de uma microestrutura Enquanto que a têmpera é um tratamento que visa a obtenção de uma microestrutura completamente martensítica, que por conseqüência será dura e frágil, o revenido será completamente martensítica, que por conseqüência será dura e frágil, o revenido será empregado para corrigir justamente a fragilidade resultante da têmpera. Como empregado para corrigir justamente a fragilidade resultante da têmpera. Como conseqüência, sempre que fizermos um tratamento de têmpera, será feito o tratamento de conseqüência, sempre que fizermos um tratamento de têmpera, será feito o tratamento de revenido.
revenido.
6.3 - Fatores de Influência 6.3 - Fatores de Influência
Sempre que fizermos um tratamento térmico, o seu sucesso ou fracasso será Sempre que fizermos um tratamento térmico, o seu sucesso ou fracasso será determinado por alguns fatores-chave que deverão ser muito bem observados. Um erro de determinado por alguns fatores-chave que deverão ser muito bem observados. Um erro de avaliação de um deles fará
avaliação de um deles fará com que tenhamos como resultado uma microestrutura diferentecom que tenhamos como resultado uma microestrutura diferente da prevista e por
da prevista e por conseqüência um material com propriedades diferentes das desejadas.conseqüência um material com propriedades diferentes das desejadas.
6.3.1 - Temperatura 6.3.1 - Temperatura
Sempre que fazemos uma transformação partimos de uma microestrutura de maior Sempre que fazemos uma transformação partimos de uma microestrutura de maior energia para uma microestrutura de menor energia. No caso dos tratamentos térmicos a energia para uma microestrutura de menor energia. No caso dos tratamentos térmicos a passagem
passagem de de uma uma microestrutura microestrutura para para outra outra requer requer sempre sempre um um aquecimento aquecimento para para que que sese chegue a um nível de energia que permita a transformação. Por exemplo, para termos chegue a um nível de energia que permita a transformação. Por exemplo, para termos transformação de uma microestrutura composta por ferrita e perlita para martensita, transformação de uma microestrutura composta por ferrita e perlita para martensita, devemos primeiramente austenitizar o material e após, fazendo um resfriamento rápido, devemos primeiramente austenitizar o material e após, fazendo um resfriamento rápido, obter martensita. Na figura 6.1 pode ser vista uma representação no diagrama de equilíbrio obter martensita. Na figura 6.1 pode ser vista uma representação no diagrama de equilíbrio das faixas de temperatura para
Figura 6.1 -
Figura 6.1 - Temperaturas de aquecimento para os tratamentos térmicosTemperaturas de aquecimento para os tratamentos térmicos(11)(11).. No
No caso caso dos dos tratamentos tratamentos térmicos térmicos de de recozimento, normalização recozimento, normalização e e têmpera, têmpera, o o açoaço deve ser levado obrigatoriamente até o campo austenítico e a partir dali feito o deve ser levado obrigatoriamente até o campo austenítico e a partir dali feito o resfriamento adequado. Já no caso da esferoidização o material não precisa ser resfriamento adequado. Já no caso da esferoidização o material não precisa ser austenitizado, podendo ser aquecido até pouco abaixo da temperatura eutetóide. Deve ser austenitizado, podendo ser aquecido até pouco abaixo da temperatura eutetóide. Deve ser observado também que as temperaturas de austenitização para recozimento e
observado também que as temperaturas de austenitização para recozimento e normalizaçãonormalização correspondem à mesma faixa para aços hipoeutetóides mas diferem para os aços correspondem à mesma faixa para aços hipoeutetóides mas diferem para os aços hipereutetóides. Isto se deve ao fato de que como as velocidades de resfriamento para hipereutetóides. Isto se deve ao fato de que como as velocidades de resfriamento para recozimento são mais lentas do que para normalização, se fizéssemos uma austenitização recozimento são mais lentas do que para normalização, se fizéssemos uma austenitização completa no recozimento iria se formar
completa no recozimento iria se formar uma rede de cementita no contorno de grão duranteuma rede de cementita no contorno de grão durante o resfriamento lento que faria com que o aço ficasse frágil. Para o tratamento térmico de o resfriamento lento que faria com que o aço ficasse frágil. Para o tratamento térmico de têmpera são usadas normalmente as temperaturas de normalização, embora para aços têmpera são usadas normalmente as temperaturas de normalização, embora para aços hipereutetóides exista alguma dependência do teor de
hipereutetóides exista alguma dependência do teor de elementos de liga.elementos de liga.
A não ser que hajam fatores associados ao teor de elementos de liga, as A não ser que hajam fatores associados ao teor de elementos de liga, as temperaturas de austenitização não devem se situar em valores superiores a 50
temperaturas de austenitização não devem se situar em valores superiores a 50 ooC acima daC acima da temperatura mínima de austenitização apontada pelas linhas de solubilidade, pois neste temperatura mínima de austenitização apontada pelas linhas de solubilidade, pois neste caso poderemos ter crescimento do grão o que é prejudicial para a tenacidade do material. caso poderemos ter crescimento do grão o que é prejudicial para a tenacidade do material.
6.3.2 - Tempo de
6.3.2 - Tempo de PermanênciaPermanência
Quando levamos um aço até o campo austenítico, as transformações não ocorrem Quando levamos um aço até o campo austenítico, as transformações não ocorrem
transformação que irá ocorrer. Assim, a transformação de perlita ou esferoidita para transformação que irá ocorrer. Assim, a transformação de perlita ou esferoidita para austenita se dá mais rapidamente que a dissolução de carbonetos para austenita. Desta austenita se dá mais rapidamente que a dissolução de carbonetos para austenita. Desta forma o tempo em que o aço deverá permanecer nas temperatura de austenitização forma o tempo em que o aço deverá permanecer nas temperatura de austenitização dependerá da composição do aço.
dependerá da composição do aço.
6.3.3 - Velocidade de
6.3.3 - Velocidade de ResfriamentoResfriamento
Talvez o fator mais crítico para o sucesso de um tratamento térmico seja o Talvez o fator mais crítico para o sucesso de um tratamento térmico seja o resfriamento da peça após a austenitização. Um erro na avaliação da velocidade correta de resfriamento da peça após a austenitização. Um erro na avaliação da velocidade correta de resfriamento poderá conduzir a uma
resfriamento poderá conduzir a uma estrutura completamente diferente da pretendida o queestrutura completamente diferente da pretendida o que fará com que o material fique com propriedades completamente diferentes das planejadas. fará com que o material fique com propriedades completamente diferentes das planejadas. Um caso comum de erro ocorre na normalização de aços ligados de alta temperabilidade. Um caso comum de erro ocorre na normalização de aços ligados de alta temperabilidade. Como será visto mais adiante, o diagrama isotérmico nos mostra que os tempos de Como será visto mais adiante, o diagrama isotérmico nos mostra que os tempos de transformação são grandes para estes aços. Nas velocidades normais de resfriamento transformação são grandes para estes aços. Nas velocidades normais de resfriamento usadas na normalização, onde as peças são resfriadas ao ar, podemos ter
usadas na normalização, onde as peças são resfriadas ao ar, podemos ter transformação nãotransformação não em perlita fina
em perlita fina apenas, mas também em bainita e até mesmo martensita, o apenas, mas também em bainita e até mesmo martensita, o que conduziria aque conduziria a durezas muito maiores do que as esperadas. Neste caso a solução seria fazer um durezas muito maiores do que as esperadas. Neste caso a solução seria fazer um resfriamento mais lento do que o normal. No caso do processo de têmpera em que o resfriamento mais lento do que o normal. No caso do processo de têmpera em que o objetivo é de se obter uma microestrutura totalmente martensítica para que se tenha a objetivo é de se obter uma microestrutura totalmente martensítica para que se tenha a máxima dureza, a situação se inverte. Como a velocidade de resfriamento não é só máxima dureza, a situação se inverte. Como a velocidade de resfriamento não é só dependente do meio de resfriamento mas também da temperabilidade e do tamanho das dependente do meio de resfriamento mas também da temperabilidade e do tamanho das peças,
peças, em em muitos muitos casos casos os os meios meios usuais usuais de de resfriamento resfriamento podem podem não não ser ser adequados.adequados. Poderemos ter a formação de outros produtos na microestrutura, tais como perlita ou Poderemos ter a formação de outros produtos na microestrutura, tais como perlita ou bainita
bainita que que diminuirão diminuirão a a dureza. dureza. Nestes Nestes casos casos deveremos deveremos aumentar aumentar a a velocidade velocidade dede resfriamento ou até mesmo utilizar um aço com maior temperabilidade para resolver o resfriamento ou até mesmo utilizar um aço com maior temperabilidade para resolver o problema.
problema.
Outro problema associado ao tratamento de têmpera é o surgimento de trincas e Outro problema associado ao tratamento de têmpera é o surgimento de trincas e empenamentos devido à velocidade de resfriamento. Quanto mais complicada for a forma empenamentos devido à velocidade de resfriamento. Quanto mais complicada for a forma da peça maior a tendência ao aparecimento de trincas. A solução deste tipo de problema da peça maior a tendência ao aparecimento de trincas. A solução deste tipo de problema está sempre na diminuição da velocidade de resfriamento pela utilização de meios que está sempre na diminuição da velocidade de resfriamento pela utilização de meios que produzam
produzam uma uma menor menor retirada retirada de de calor calor da da peça. peça. Os Os problemas problemas relativos relativos ao ao resfriamentoresfriamento serão tratados em maiores detalhes mais adiante quando forem abordados os tratamentos serão tratados em maiores detalhes mais adiante quando forem abordados os tratamentos térmicos.
6.3.4 - Proteção das Peças 6.3.4 - Proteção das Peças
Se um aço for aquecido a uma temperatura acima de 600
Se um aço for aquecido a uma temperatura acima de 600ooC em uma atmosfera ricaC em uma atmosfera rica em oxigênio, como por exemplo o ar ambiente, ocorrerá na superfície da peça um em oxigênio, como por exemplo o ar ambiente, ocorrerá na superfície da peça um fenômeno chamado de descarbonetação. A descarbonetação nada mais é do que a fenômeno chamado de descarbonetação. A descarbonetação nada mais é do que a combinação do carbono do aço com o oxigênio livre do ambiente. Este processo conduz à combinação do carbono do aço com o oxigênio livre do ambiente. Este processo conduz à perda de carbono do aço a partir
perda de carbono do aço a partir da sua superfície, fazendo com que a peça fique com umada sua superfície, fazendo com que a peça fique com uma camada com teor reduzido em carbono. A espessura desta camada dependerá do tempo e camada com teor reduzido em carbono. A espessura desta camada dependerá do tempo e da temperatura em que a peça ficará exposta a estas condições. Obviamente esta é uma da temperatura em que a peça ficará exposta a estas condições. Obviamente esta é uma situação normalmente indesejável, pois a diminuição do teor de carbono conduzirá a uma situação normalmente indesejável, pois a diminuição do teor de carbono conduzirá a uma diminuição na dureza. Este fato se torna mais grave quando realizamos um tratamento diminuição na dureza. Este fato se torna mais grave quando realizamos um tratamento térmico de têmpera, pois uma diminuição no teor de carbono provoca uma queda sensível térmico de têmpera, pois uma diminuição no teor de carbono provoca uma queda sensível na dureza, já que a dureza da martensita depende do teor de carbono. Assim sendo, as na dureza, já que a dureza da martensita depende do teor de carbono. Assim sendo, as peças submetidas a
peças submetidas a tratamentos térmicos deverão tratamentos térmicos deverão ser protegidas por ser protegidas por uma atmosfera neutrauma atmosfera neutra que impeça a descarbonetação. Isto pode ser conseguido utilizando-se fornos que que impeça a descarbonetação. Isto pode ser conseguido utilizando-se fornos que produzam este tipo de
produzam este tipo de atmosfera ou, caso isto atmosfera ou, caso isto não seja possível, deve-se envolver as peçasnão seja possível, deve-se envolver as peças em uma substância rica em carbono como cavacos de
em uma substância rica em carbono como cavacos de ferro fundido ou ferro fundido ou carvão.carvão.
6.4 - Esferoidização 6.4 - Esferoidização
O processo de esferoidizaçao ou de coalescimento é utilizado para aços com teores O processo de esferoidizaçao ou de coalescimento é utilizado para aços com teores superiores a 0,5% de carbono, mas principalmente para aços hipereutetóides. Quando se superiores a 0,5% de carbono, mas principalmente para aços hipereutetóides. Quando se deseja fazer uma processo de usinagem ou de conformação de uma peça, o recozimento deseja fazer uma processo de usinagem ou de conformação de uma peça, o recozimento poderá
poderá não não baixar baixar a a dureza dureza o o suficiente suficiente para para que que a a tarefa tarefa seja seja executada. executada. Este Este problemaproblema acontece principalmente em aços com elevados teores de elementos de liga e elevado teor acontece principalmente em aços com elevados teores de elementos de liga e elevado teor de carbono. Para este tipo de aço uma estrutura formada por perlita e
de carbono. Para este tipo de aço uma estrutura formada por perlita e cementita apresentarácementita apresentará uma dureza muito alta e a única alternativa será o
uma dureza muito alta e a única alternativa será o processo de esferoidização.processo de esferoidização. O tratamento térmico de esferoidização pode ser feito de duas maneiras: O tratamento térmico de esferoidização pode ser feito de duas maneiras:
- Aquecendo-se o aço até uma temperatura logo abaixo da temperatura eutetóide, - Aquecendo-se o aço até uma temperatura logo abaixo da temperatura eutetóide, permanecendo-se
permanecendo-se nesta nesta temperatura temperatura por por um um tempo tempo que que varia varia de de oito oito a a vinte vinte horas, horas, comcom resfriamento posterior ao ar.
resfriamento posterior ao ar.
- Austenitizar o material, fazer
- Austenitizar o material, fazer um resfriamento até uma temperatura logo abaixo daum resfriamento até uma temperatura logo abaixo da temperatura eutetóide, mantendo-se nesta temperatura por um tempo entre oito e vinte temperatura eutetóide, mantendo-se nesta temperatura por um tempo entre oito e vinte horas e resfriamento ao ar. Este tratamento também pode ser efetuado variando-se horas e resfriamento ao ar. Este tratamento também pode ser efetuado variando-se
A segunda forma de execução deste tratamento é a que propicia
A segunda forma de execução deste tratamento é a que propicia tempos menores detempos menores de tratamento e pode ser facilmente entendida pela observação da figura 6.2.
tratamento e pode ser facilmente entendida pela observação da figura 6.2.
A microestutura resultante deste tratamento é a esferoidita, isto é, um fundo de A microestutura resultante deste tratamento é a esferoidita, isto é, um fundo de ferrita com a cementita e os carbonetos dos elementos de liga em forma esferoidal ferrita com a cementita e os carbonetos dos elementos de liga em forma esferoidal dispersos nesta matriz.
dispersos nesta matriz.
A figura 6.3 dá uma idéia desta microestrutura. O fato de termos a cementita A figura 6.3 dá uma idéia desta microestrutura. O fato de termos a cementita distribuída na matriz de ferrita faz com que o aço apresente uma ótima ductilidade e baixa distribuída na matriz de ferrita faz com que o aço apresente uma ótima ductilidade e baixa resistência devido à predominância das propriedades da ferri
resistência devido à predominância das propriedades da ferrita neste caso.ta neste caso.
Figura 6.2 -
Figura 6.2 - Curva de transformação para o Curva de transformação para o processo de esferoidizaçãoprocesso de esferoidização(3)(3)..
Figura 6.3 -
Figura 6.3 - Microestrutura de um aço Microestrutura de um aço esferoidizadoesferoidizado(11)(11)..
6.5 - Recozimento 6.5 - Recozimento
O processo de recozimento é aplicável a aços que possuem baixo ou médio teor de O processo de recozimento é aplicável a aços que possuem baixo ou médio teor de carbono, isto é, para aços que possuam até 0,5% de carbono ou para teores mais elevados