CAPÍTULO I

(1)

Tratamento Térmico e

Metalografia

Prof. Esp. Eng° Elson Avallone

Bibliografia

Básica:

1. CHIAVERINI, V. Aços e ferros fundidos. 7. ed. São

Paulo: ABM, 2012. 599 p.

2. COLPAERT, H. Metalografia dos produtos siderúrgicos

comuns. 6. ed. São Paulo: Edgard Blücher, 2008. 672

p.

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• Ferro

– Do latim (Ferrum) – Fe;

• Indícios do uso do Ferro:

– Retirados de

meteoritos

pelos sumérios e

egípcios;

• Mesopotâmia – Anatólia – Egito;

• Usado para fins cerimoniais por ser um metal muito

caro (mais caro que o ouro);

• O Faraó Tutankhamon está deitado sobre um apoio de cabeça de

ferro de um meteorito;

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• Peça da idade do ferro:

Machado de ferro

Meteorito de ferro

• Meteoro da Rússia (2013): Feriu quase 1000 pessoas e não

chegou a bater na terra, explodiu na atmosfera;

• Se tivesse atingido a terra, seria uma catástrofe de mais de

10 bombas atômicas de Hiroshima;

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• Era muito difícil obter ferro – processo muito caro e dificil;

• Entre os séculos XII e X no oriente médio: Rápida transição das

armas de bronze para as de ferro;

• Passou a ser mais fácil obter ferro do que bronze;

• Junto com esta transição do bronze ao ferro descobriu-se o

processo de "carburação“:

– Adicionar carbono ao ferro;

– O ferro era obtido misturado com a escória contendo carbono ou carbetos, e era forjado retirando-se a escória e oxidando o carbono, criando-se assim o produto já com uma forma;

– Continha baixa quantidade de carbono, não sendo possível endurecê-lo com facilidade ao esfriá-endurecê-lo em água;

– Observou-se que se podia obter um produto muito mais resistente aquecendo a peça de ferro forjado num leito de carvão vegetal, para então submergi-lo na água ou óleo;

– O produto resultante, apresentava uma camada superficial de aço, era mais duro e mais frágil que o bronze (quebradiço);

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• A Espada de Damasco

• Feita com “woots”, um aço especial indiano, a Espada de Damasco foi o terror dos cavaleiros cristãos na época das Cruzadas, mas a fórmula de fabricação desta prodigiosa arma branca se perdeu.

• Conhecida durante as Cruzadas, na Idade Média Clássica, a Espada de Damasco, aos olhos dos europeus, parecia sobrenatural.

• Dessa mortífera arma desenvolvida por ferreiros muçulmanos, dizia-se que podia cortar um pedaço de seda ao meio antes dele cair ao chão, fragmentar rochas e partir as espadas adversárias como se fossem de madeira, sem perder a qualidade. Se colocada em um riacho, cortava as folhas que vinham flutuando ao seu encontro.

• Também de Cortar outras espadas fabricadas com aço qualidade inferior.

Espada de Damasco: Muito leve – curvilínea – com gumes cortantes muito afiados que não perdiam o fio.

Histórico

Tratamento térmico superficial no gume

(7)

Katana Samurai

Histórico

Curvatura gerada

pelo tratamento

térmico - Têmpera

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• Ferro:

– Material mais abundante na face da terra e no

universo;

– Presente em forma de minério, é necessário a

extração e beneficiamento;

• Beneficiamento através de Alto-forno: O

minério de ferro é inserido no alto forno em

camadas alternadas de coque;

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• Após a queima, o produto que se obtém é o

FERRO GUSA;

– Ferro Gusa: Tão importante que a balança comercial

de um país é medida pela sua produção deste

produto;

Ferro Gusa

Histórico

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• A Torrei Eiffel foi construída com um ferro

fundido chamado Ferro Pudlado

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• Ferro:

– Principal constituinte de uma das ligas mais

importantes na engenharia:

o aço

;

• Aço:

– Empregado nos mais variados componentes;

– Fica difícil imaginar um equipamento que não

possua uma peça de aço em sua constituição.

• Ferro:

– Metal alotrópico: apresenta mais de uma estrutura

cristalina de acordo com a temperatura;

– Acima de 1538°C: Se liquefaz

• Quando se solidifica (instantaneamente abaixo de 1538°C) -passa a apresentar uma estrutura cúbica de corpo centrado, a fase δ (delta);

• Continuando o resfriamento, ocorre uma mudança de fase na temperatura de 1394°C- Os átomos de ferro sofrem um rearranjo para uma estrutura cúbica de faces centradas, a fase γ (gama); • Em 912°C- ocorre um novo rearranjo cristalino e o ferro volta a

apresentar uma estrutura cúbica de corpo centrado, a fase α (alfa); • Abaixo de 768 °C (ponto Curie)– O ferro passa a apresentar um

comportamento magnético, sem no entanto apresentar qualquer mudança na estrutura cristalina.

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Líquido Líquido + Sólido Temperaturas importantes Transformação no resfriamento: Indice “r” (refroidessement) Transformação no aquecimento: Indice “c” (chouffage)

• Todas estas transformações alotrópicas

(mudanças de estruturas) ocorrem:

– com liberação de calor no resfriamento (reações

exotérmicas);

– e com absorção de calor no aquecimento (reações

endotérmicas);

• A existência destas transformações faz com que

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• Todos os metais, incluindo o ferro puro, possuem o que

se convenciona chamar de estrutura cristalina.

• Para entender, vamos considerar uma rede de pontos

que se prolonga infinitamente nas três direções do

espaço:

Como se fosse um armário de arames fixados

• Para o conhecimento perfeito dos aços, é

imprescindível o conhecimento do Diagrama de

Equilíbrio;

• O teor de carbono é a capacidade de

endurecimento do aço;

• O diagrama Fe

₃

C apresenta um teor até 6,7% de

carbono. Acima desse valor não se conhece nada;

• Teores acima de 4,0% a 4,5% de carbono tem

pequena ou nenhuma importância comercial;

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• Formação do Aço:

– Diagrama Ferro - Carbono

Tem pouca importância comercial mas será estudado adiante(transfor mação Periética) O Fe3C pode se decompor em Ferro e Carbono (na forma de grafita) a 700°C

Diagrama Ferro - Carbono

Linhas AC – CD – AE – ECF:

Reações de passagem do estado líquido ao sólido

Linhas GS – SE – PKS:

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Ponto Eutético (C): uma fase liquida se

transforma em duas fases solidas (alfa e beta) – 4,3% de carbono

• Ferro Puro:

– 912°C (forma alotrópica): Ferro α;

– De 912°C a 1394°C (forma alotrópica): Ferro γ;

• Essas duas formas alotrópicas caracterizam-se por

possuírem reticulados cristalinos diferentes:

– Ferro α:

Cúbico de corpo centrado (CCC):

Ferrita

– Ferro γ:

Cúbico de face centrada (CFC):

Austenita

• Conseqüência importante desse fato:

– Grande importância prática nos tratamentos térmicos das ligas

de ferro carbono;

– O

ferro gama

pode manter em solução o carbono;

– O

ferro alfa

não pode manter;

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Temperatura ambiente: Forma estável, chamada

ferrita

, ou

ferro

α

, tem uma estrutura cristalina CCC. A ferrita experimenta uma

transformação polimórfica (várias formas) a

austenita

CFC, ou

ferro γ

, a

912ºC

. Esta austenita persiste ate 1392ºC, temperatura

na qual a austenita CFC se reverte de volta para a fase CCC

conhecida como

ferro δ

, que finalmente se funde a

1536ºC

.

Diagrama Ferro - Carbono

Estrutura Cristalina do Ferro (CCC):

(18)

Estrutura Cristalina do Ferro (CFC):

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Diagrama Ferro - Carbono

Austenita:Solução sólida de

ferro gama(aparece somente em temperaturas elevadas)

γ-Fe

Quanto menor a temperatura, menor a solubilidade do carbono até o limite de 727°C, quando a concentração é 0,77% de

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Ponto Eutoide (S):

Existe uma relação entre o ponto “C” e o ponto “S”, por isso o ponto “S” é chamado de Eutetoide– Corresponde a 0,77% de carbono (as ligas com esta composição são chamadas (Eutetoides) – linha SECF

A linha SK está presenta nas duas fases: Ferro gama e carbono (austenita) –

carboneto de ferro chamado de cementita

Linha Solidus

Diagrama Ferro - Carbono

Se houver um resfriamento muito lento –NÃO EXISTIRÁ

ferro-gama ou austenita (linha PSK) – 727°C γ-Fe Em 727°C a transformação gama-alfaé instantânea α-Fe Linha GS: Início da transformação de gama em ferro-alfa; Linha PS: Fim da transformação

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• Teor de carbono

2,11% - Corresponde

ao ponto “E”

–

Separação teórica

entre os dois

principais produtos

siderúrgicos:

– Aços: Teores de

carbono até 2,11%

– Ferros fundidos:

Teores de carbono

acima de 2,11%

Aços Ferros Fundidos

• Resumindo:

– Linhas AG – GS

– SE – EA:

• Fase sólida que

está presente é austenita;

– Entre as Linhas

GQ – GP – PQ:

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• Transformações que ocorrem entre 0 e 2,11% de carbono: – Aços EUTETÓIDES: com 0,77% C; – Aços HIPOEUTETÓIDES: abaixo de 0,77% C; – Aços HIPEREUTETÓIDES: ente 0,77% e 2,11% C

• Considere o esfriamento de um aço HIPOEUTETOIDE(com 0,3% C):

– Atravessando a linha SOLIDUS, ele está totalmente solidificado (austenita) e ficará assim até atingir a zona crítica A3, no ponto x3;

– Essa austenita contem 0,3% de carbono dissolvidos no ferro gama e tem cristais na forma de CFC;

– Ao atingir o ponto x3 o ferro gama começa a se transformar em ferro alfa, senão um mínimo de carbono se separa – ocasionando enriquecimento de carbono;

– Chegando ao ponto x2, mais ferro gama se transformou em ferro alfa – nesse ponto o ferro alfa (ferrita) tem pequena porcentagem de carbono;

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austenita restante se enriquece de carbono, percorrendo a linha GS;

• A 727°C – Ponto x1 da linha A1: O aço terá uma certa

quantidade de ferro alfa (ferrita) e pequena quantidade de austenita (teor de 0,77% de carbono);

• Ou seja: a 727°C, o aço com 0,3% de carbono terá a máxima quantidade de ferrita;