TRATAMENTOS TÉRMICO DOS AÇOS
TRATAMENTOS TÉRMICO DOS AÇOS
Os tratamentos térmicos empregados em metais ou ligas metálicas, são Os tratamentos térmicos empregados em metais ou ligas metálicas, são definidos como qualquer conjunto de operações de aquecimento e resfriamento, sob definidos como qualquer conjunto de operações de aquecimento e resfriamento, sob condições controladas de temperatura, tempo, atmosfera e velocidade de condições controladas de temperatura, tempo, atmosfera e velocidade de resfriamento, com o objetivo de alterar suas propriedades ou conferir-lhes resfriamento, com o objetivo de alterar suas propriedades ou conferir-lhes características pré determinadas.
características pré determinadas.
Os principais objetivos dos tratamentos térmicos
Os principais objetivos dos tratamentos térmicos dos aços envolvem:dos aços envolvem:
Remoção de tensões residuais decorrentes de processos mecânicos deRemoção de tensões residuais decorrentes de processos mecânicos de
conformação ou térmicos conformação ou térmicos
Refino da microestrutura (diminuição do tamanho de grão)Refino da microestrutura (diminuição do tamanho de grão)
Aumento ou diminuição de durezaAumento ou diminuição de dureza
Aumento ou diminuição da resistência mecânicaAumento ou diminuição da resistência mecânica
Aumento da ductilidadeAumento da ductilidade
Melhoria da usinabilidadeMelhoria da usinabilidade
Aumento da resistência ao desgasteAumento da resistência ao desgaste
Melhoria da resistência a corrosãoMelhoria da resistência a corrosão
Melhoria da resistência a fluênciaMelhoria da resistência a fluência
Modificação de propriedades elétricas e magnéticasModificação de propriedades elétricas e magnéticas
Remoção de gases após operações de recobrimento por meio de processosRemoção de gases após operações de recobrimento por meio de processos
galvânicos (desidrogenação). galvânicos (desidrogenação).
Tratamentos térmicos mais comuns
Tratamentos térmicos mais comuns
Os tratamentos térmicos mais comuns em aços são: Os tratamentos térmicos mais comuns em aços são:
1-1- Alívio de tensõesAlívio de tensões 2-2- RecozimentoRecozimento 3-3- NormalizaçãoNormalização 4-4- TêmperaTêmpera 5-5- RevenimentoRevenimento 6-6- AustêmperaAustêmpera 7-7- MartempêraMartempêra
FATORES QUE AFETAM OS
FATORES QUE AFETAM OS TRATAMENTOTRATAMENTOS TÉRMICOSS TÉRMICOS
De maneira geral os tratamentos térmicos dos aços são realizados em temperaturas De maneira geral os tratamentos térmicos dos aços são realizados em temperaturas
dentro do campo austenítico, visando-se a completa austenização do aço. dentro do campo austenítico, visando-se a completa austenização do aço.
As velocidades ou taxas de aquecimento máximas dependem da condutividade As velocidades ou taxas de aquecimento máximas dependem da condutividade térmica do aço, do tamanho e da forma do componente. Velocidades de térmica do aço, do tamanho e da forma do componente. Velocidades de aquecimento muito elevadas podem causar distorções ou, até mesmo, trincas, aquecimento muito elevadas podem causar distorções ou, até mesmo, trincas, porém, em alguns casos, velocidades muito baixas de aquecimento pode causar porém, em alguns casos, velocidades muito baixas de aquecimento pode causar crescimento de grão (ex: aços fortemente encruados).
crescimento de grão (ex: aços fortemente encruados).
Normalmente, as taxas de aquecimento empregadas pela indústria são normalmente Normalmente, as taxas de aquecimento empregadas pela indústria são normalmente determinadas pelos fornos de tratamento, ou seja, os componentes são aquecidos determinadas pelos fornos de tratamento, ou seja, os componentes são aquecidos com a taxa imposta pelo equipamento. Valores típicos em fornos de aquecimento com a taxa imposta pelo equipamento. Valores típicos em fornos de aquecimento resistivo ficam entre 600 e 1200°C /h. Fornos de indução e fornos do tipo banho de resistivo ficam entre 600 e 1200°C /h. Fornos de indução e fornos do tipo banho de sal apresentam taxas mais elevadas. Nestes casos, são recomendados cuidados sal apresentam taxas mais elevadas. Nestes casos, são recomendados cuidados adicionais no controle da potência dos fornos de indução ou a prática de adicionais no controle da potência dos fornos de indução ou a prática de pré-aquecimento das peças em fornos tipo banho de sal.
aquecimento das peças em fornos tipo banho de sal.
O tempo de permanência na temperatura de tratamento é a soma do tempo para a O tempo de permanência na temperatura de tratamento é a soma do tempo para a homogeneização da temperatura no componente e o tempo da transformação de homogeneização da temperatura no componente e o tempo da transformação de fase. Períodos superiores ao descrito, provocam o crescimento do tamanho de fase. Períodos superiores ao descrito, provocam o crescimento do tamanho de grão. O tempo para a homogeneização de temperaturas é calculado por meio de grão. O tempo para a homogeneização de temperaturas é calculado por meio de equações de regime de calor transiente (números de Biot e Fourier) e o tempo de equações de regime de calor transiente (números de Biot e Fourier) e o tempo de transformação em austenita é da ordem de alguns segundos. A literatura transformação em austenita é da ordem de alguns segundos. A literatura normalmente descreve equações empíricas para a determinação do tempo de normalmente descreve equações empíricas para a determinação do tempo de permanência aplicada em aços de construção mecânica. A equação mais permanência aplicada em aços de construção mecânica. A equação mais conhecida é: conhecida é: eq eq p p
e
e
t
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==0
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5
5
..
onde: onde:ttpp - tempo de permanência em [h] - tempo de permanência em [h]
e
eeqeq- espessura equivalente em polegadas [pol]. Para fornos com duas fontes- espessura equivalente em polegadas [pol]. Para fornos com duas fontes
de calor (duas baterias de resistências ou maçaricos em duas paredes) a de calor (duas baterias de resistências ou maçaricos em duas paredes) a espessura equivalente é 0,5 da maior espessura do componente em espessura equivalente é 0,5 da maior espessura do componente em polegadas.
polegadas.
Ex. para um componente com espessura de 100mm (~4 polegadas), a espessura Ex. para um componente com espessura de 100mm (~4 polegadas), a espessura equivalente (e
equivalente (eeqeq) é 2 ) é 2 pol. e pol. e o tempo de o tempo de permanência (tpermanência (tpp) será de 1h.) será de 1h.
É o fator mais importante do ciclo térmico pois determina a microestrutura final É o fator mais importante do ciclo térmico pois determina a microestrutura final
obtida no tratamento térmico. obtida no tratamento térmico.
A presença de oxigênio na atmosfera do forno provoca oxidação do ferro e a A presença de oxigênio na atmosfera do forno provoca oxidação do ferro e a descarbonetação da superfície do aço. Este efeito é deletério e começa a se descarbonetação da superfície do aço. Este efeito é deletério e começa a se manifestar a partir de 500ºC. Em componentes sem o sobre-metal previsto ou no manifestar a partir de 500ºC. Em componentes sem o sobre-metal previsto ou no estado acabado são empregados fornos com atmosferas inertes (á base de N
estado acabado são empregados fornos com atmosferas inertes (á base de N ou Ar) ou Ar) Taxa de aquecimento
Taxa de aquecimento
Tempo de permanência na temperatura de tratamento Tempo de permanência na temperatura de tratamento
Taxa de resfriamento Taxa de resfriamento
Atmosfera do forno Atmosfera do forno
1-ALÍVIO DE TENSÕES 1-ALÍVIO DE TENSÕES
Redução de tensões residuais provenientes dos processos de fabricação ou Redução de tensões residuais provenientes dos processos de fabricação ou adquiridas durante serviço. As tensões residuais mais comuns são:
adquiridas durante serviço. As tensões residuais mais comuns são:
Tensões residuais de soldagemTensões residuais de soldagem
Tensões residuais de conformação mecânica (encruamento)Tensões residuais de conformação mecânica (encruamento)
Tensões residuais de solidificação (componentes fundidos)Tensões residuais de solidificação (componentes fundidos)
Tensões de usinagem (operações de torneamento, fresagem ou retificação)Tensões de usinagem (operações de torneamento, fresagem ou retificação)
Absorção de hidrogênio durante operações de recobrimento galvânico (fragilizaçãoAbsorção de hidrogênio durante operações de recobrimento galvânico (fragilização
por hidrogênio) por hidrogênio)
O aquecimento é realizado em temperaturas abaixo do limite inferior da zona O aquecimento é realizado em temperaturas abaixo do limite inferior da zona crítica, sendo comuns temperaturas de até 600ºC. Em componentes temperados e crítica, sendo comuns temperaturas de até 600ºC. Em componentes temperados e revenidos, o alívio de tensões é realizado em temperaturas abaixo da temperatura revenidos, o alívio de tensões é realizado em temperaturas abaixo da temperatura empregada para o revenimento. O tempo de permanência varia de 1 até 100h e o empregada para o revenimento. O tempo de permanência varia de 1 até 100h e o resfriamento é retirando-se o componente do forno e deixando este
resfriamento é retirando-se o componente do forno e deixando este ao ar.ao ar.
Atualmente é muito raro a prática do alívio de tensões natural. Foi muito Atualmente é muito raro a prática do alívio de tensões natural. Foi muito comum em fundições que dispunham de estoque de fundidos.
comum em fundições que dispunham de estoque de fundidos.
Consiste em deixar ás intempéries componentes fundidos durante meses ou até Consiste em deixar ás intempéries componentes fundidos durante meses ou até anos. Estima-se que seja capaz de eliminar somente 10% a 20% das tensões anos. Estima-se que seja capaz de eliminar somente 10% a 20% das tensões residuais.
residuais.
A desidrogenação é um tratamento térmico de alívio de tensão aplicado após A desidrogenação é um tratamento térmico de alívio de tensão aplicado após operações de recobrimento galvânico visando a remoção de hidrogênio. É realizado operações de recobrimento galvânico visando a remoção de hidrogênio. É realizado em estufa, em temperaturas da ordem de 150 a 250ºC imediatamente após o em estufa, em temperaturas da ordem de 150 a 250ºC imediatamente após o processo de recobrimento. A maioria dos processos galvânicos apresentam processo de recobrimento. A maioria dos processos galvânicos apresentam quantidades significativas de hidrogênio no estado iônico que difunde-se para o quantidades significativas de hidrogênio no estado iônico que difunde-se para o interior do metal (diferença de concentração de H). A difusão de hidrogênio apresenta interior do metal (diferença de concentração de H). A difusão de hidrogênio apresenta diversos efeitos deletérios, que incluem: geração de tensões internas, fragilização e diversos efeitos deletérios, que incluem: geração de tensões internas, fragilização e formação de fases. formação de fases. Objetivos Objetivos Execução do tratamento Execução do tratamento
Alívio de tensões natural Alívio de tensões natural
Desidrogenação Desidrogenação
2- RECOZIMENTO 2- RECOZIMENTO Objetivos:
Objetivos:
remover tensões devida a tratamentos mecânicos a frio ou a quenteremover tensões devida a tratamentos mecânicos a frio ou a quente
reduzir a durezareduzir a dureza
aumentar a usinabilidadeaumentar a usinabilidade
facilitar o trabalho a friofacilitar o trabalho a frio
regularizar a textura bruta de fusãoregularizar a textura bruta de fusão
eliminar os efeitos de quaisquer tratamento térmico ou mecânico anterioreliminar os efeitos de quaisquer tratamento térmico ou mecânico anterior
Microestrutura obtida: Microestrutura obtida:
Perlita grossa (com dureza na faixa de 80 HRB a 20 HRC) + ferrita pró-eutetóidePerlita grossa (com dureza na faixa de 80 HRB a 20 HRC) + ferrita pró-eutetóide
para hipoeutetóides para hipoeutetóides
Perlita grossa e cementita pró-eutetóide para Perlita grossa e cementita pró-eutetóide para aços hipereutetóidesaços hipereutetóides
Resfriamento:
Resfriamento: desliga-se o forno e deixa-se que o aço resfrie com a taxa dedesliga-se o forno e deixa-se que o aço resfrie com a taxa de resfriamento do forno
resfriamento do forno TIPOS DE
TIPOS DE RECOZIMENTORECOZIMENTO:: 2.1- RECOZIMENTO PLENO 2.1- RECOZIMENTO PLENO
- aquecimento acima da zona crítica até a total austenitização seguido de - aquecimento acima da zona crítica até a total austenitização seguido de resfriamento lento dentro do forno (resfriamento contínuo com a taxa de resfriamento lento dentro do forno (resfriamento contínuo com a taxa de resfriamento do forno).
2.2- RECOZIMENTO ISOTÉRMICO OU CRÍTICO 2.2- RECOZIMENTO ISOTÉRMICO OU CRÍTICO
Aquecimento até a total austenitização, seguido de resfriamento até a temperaturaAquecimento até a total austenitização, seguido de resfriamento até a temperatura
de formação de perlita grossa. Permanência nesta temperatura até transformação de formação de perlita grossa. Permanência nesta temperatura até transformação (isotérmica) total, seguida de resfriamento rápido até
(isotérmica) total, seguida de resfriamento rápido até a temperatura ambientea temperatura ambiente
a microestrutura final é mais uniforme que no recozimento pleno, isto é nãoa microestrutura final é mais uniforme que no recozimento pleno, isto é não
apresenta variações entre a superfície e o n
apresenta variações entre a superfície e o núcleo.úcleo.
•
• ciclo de tratamento é mais rápido e econômicociclo de tratamento é mais rápido e econômico
2.3- RECOZIMENTO PARA
2.3- RECOZIMENTO PARA ESFEROIDIZAÇESFEROIDIZAÇÃOÃO
A esferoidização tem como objetivo alterar a morfologia da cementita (Fe
A esferoidização tem como objetivo alterar a morfologia da cementita (Fe33C) deC) de
lamelar para esferoidal. A microestrutura formada pelo recozimento para lamelar para esferoidal. A microestrutura formada pelo recozimento para esferoidização apresenta os valores máximos de ductilidade e usinabilidade e os esferoidização apresenta os valores máximos de ductilidade e usinabilidade e os valores mínimos de resistência para um dado aço.
valores mínimos de resistência para um dado aço.
pode-se aquecer a uma temperatura logo acima da zona crítica seguido depode-se aquecer a uma temperatura logo acima da zona crítica seguido de
resfriamento lento; resfriamento lento;
aquecimento prolongado logo abaixo da zona crítica ouaquecimento prolongado logo abaixo da zona crítica ou
aquecimento e resfriamento alternado acima e abaixo da zona críticaaquecimento e resfriamento alternado acima e abaixo da zona crítica
723ºC 723ºC T T e e m m p p e e r r a a t t u u r r a a Tempo Tempo
Correlação entre as microestruturas obtidas pelos tratamentos de recozimento Correlação entre as microestruturas obtidas pelos tratamentos de recozimento pleno e recozimento para esferoidização com a dureza e usinabilidade do aço AISI pleno e recozimento para esferoidização com a dureza e usinabilidade do aço AISI 5160.
3- NORMALIZAÇÃO 3- NORMALIZAÇÃO Objetivos:
Objetivos:
refino de grão e homogeneização de microestruturas de produtos conformados arefino de grão e homogeneização de microestruturas de produtos conformados a
quente quente
melhoria da usinabilidademelhoria da usinabilidade
refino microestrutural de estruturas brutas de fusãorefino microestrutural de estruturas brutas de fusão
Microestrutura obtida: Microestrutura obtida:
Perlita fina com dureza Perlita fina com dureza na faixa de 30 a 40 na faixa de 30 a 40 HRC HRC + ferrita pró-eutetóide para aços+ ferrita pró-eutetóide para aços
hipoeutetóides e, hipoeutetóides e,
Perlita fina e cementita pró-eutetóide para aços hipereutetóidesPerlita fina e cementita pró-eutetóide para aços hipereutetóides
Resfriamento: Resfriamento:
Normalmente o resfriamento é realizado de maneira contínua , retirando-se a peça do Normalmente o resfriamento é realizado de maneira contínua , retirando-se a peça do forno e deixando-a resfriar ao ar.
forno e deixando-a resfriar ao ar.
po po
