Aula 10 - Tratamentos Térmicos_1

(1)

Prof. C. Brunetti

Tecnologia Mecânica II

Tratamentos Térmicos

(2)

Prof. C. Brunetti Tratamentos Térmicos

REVISÃO

Aços

São ligas Fe-C que podem conter

outros elementos.

Aços carbono

Baixíssimo teor de outros

elementos.

Aços ligados

Outros elementos em teor

apreciável.

(3)

Diagrama Fe-C

Limite de solubilidade do C na  Limite de solubilidade do C na  Eutetóide Eutético Peritético

(4)



Aços Eutetóides: teor de carbono igual a 0,8%



Aços Hipo-eutetóides: teor de carbono inferior a 0,8%



Aços hiper-eutetóides: teor de carbono superior a 0,8%

Classificação dos aços com base no teor de C

Hipo E

(5)

Avaliação do teor de C com base na microestutura

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

 ferrita () + perlita (+Fe₃C)  somente perlita

 perlita + Fe₃C

Estas transformações ocorrem se houver tempo suficiente para permitir o equilíbrio.

Em resumo: nos aços, a

austenita (Ferro gama) pode se transformar em

(13)

_{Ferrita (): Ferro praticamente puro. Baixa dureza e}

resistência a tração, elevada ductilidade e tenacidade.

 Perlita: 88% ferrita () + 12% cementita (Fe₃C). Forma

lamelar. Propriedades intermediárias. Depende da liga e do tempo de resfriamento

REVISÃO

_{Austenita: solução sólida de C no Fe . Boa resistência e}

apreciável tenacidade, não magnético

 Cementita: Carbono na forma Fe₃C (carbeto de ferro, 6,7%

(14)

TRANSFORMAÇÕES DE FASE

COM DIFUSÃO

 Os átomos tem tempo para difundirem  Ex: Transformação eutética, eutetóide...

SEM DIFUSÃO

A transformação é instantânea, os átomos não tem tempo para difundirem

Ocorre a formação de fase(s) metaestável(is)  Ex: transformação martensítica

A maioria das transformações de fase no estado sólido

não ocorre instantaneamente, ou seja, são dependentes do tempo

(15)

RESFRIAMENTO FORA DO

EQUILÍBRIO



Ocorrência de fases ou transformações em

temperaturas diferentes daquela prevista no

diagrama



Existência a temperatura ambiente de fases que

não aparecem no diagrama

(16)

PORQUE FAZER

TRATAMENTOS TÉRMICOS?

Modificação de propriedades sem alterar composição química, pela modificação da microestrutura

Sites de interesse:

www.infomet.com.br www.cimm.com.br

www.cienciadosmateriais.org

Tratamento térmico é o processo em que eleva-se a temperatura até solubilização (autenitização) e controla-se a velocidade do resfriamento para obter características

desejadas.

TT

(17)

VARIÁVEIS DO

TRATAMENTO TÉRMICO:



Temperatura de aquecimento



Taxa de aquecimento



_{Tempo de austenitização/solubilização}



Taxa de resfriamento



Atmosfera

(histórico do aço é importante... A estrutura inicial afeta tempos e temperaturas dos TT)

(18)

TEMPERATURA DE AQUECIMENTO

O aquecimento depende do material e da transformação

de fase ou microestrutura/propriedade desejada

Os tratamentos feitos em T1, T2 e T3,

tem o mesmo efeito? T2

T1

(19)

TEMPERATURA DE AQUECIMENTO

Temperatura muito

baixa...

(material não será completamente

austenitizado)

Temperatura muito

alta...

(crescimento de grão, oxidação dos contornos de gão, etc.)

T2 T1

(20)

TEMPO NA

TEMPERATURA DE TT

TT depende muito das dimensões da peça

e da microestrutura desejada.

Muito longo–maior a segurança da

completa dissolução das fases para posterior transformação crescimento de grão, oxidação dos contornos de grão, descarbonetação da superfície

Muito curto–material não austenitiza

completamento/homogeneamente (núcleo pode manter estrutura original)

(21)

TAXA DE RESFRIAMENTO

Seleção do meio de resfriamento é um compromisso entre:

Obtenção das caracterísitcas

finais desejadas (microestruturas e propriedades)  Ausência de trincas e empenamento na peça  Minimização de concentração de tensões 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, Na₂CO₃ou NaCl (+ severos)

Porque determinará a

microestrutura do material o que implica nas propriedades

mecânicas finais. Taxa de resfriamento

(22)

A forja de Vulcano Velásquez , 1630

Diagramas de fase não incluem o fator tempo mas as

transformações de fase são dependentes do tempo (Fenômenos de difusão estão envolvidos).

O tempo necessário para que ocorra determinada

transformação de fase é fornecido pelos diagramas TTT ou TRC Fora do equilíbrio:

-As transformações ocorrem a outras temperaturas

-Formação de fases metaestáveis, por vezes são as necessárias

CINÉTICA DAS

(23)

DIAGRAMAS

TTT

TTT - Tempo-Temperatura-Transformação Transformações Isotérmicas (T constante)

(24)

CONSTRUÇÃO DOS DIAGRAMAS

TTT

1 - Varias amostras do material são preparadas

2 - Cada uma é submetida a uma temperatura específica

(no caso do ex. a 650 ºC)

3 - Anota-se o tempo em que a primeira transformação ocorre

4 - Anota-se o tempo em que tem-se 50 % da transformação

5 - Anota-se o tempo em que tem-se 100 % da transformação

6 - Com os resultados, se constrói o diagrama TTT

(25)

Diagrama de Transformação Isotérmica

Diagramas TTT Tempo-Temperatura-Transformação

(26)

Diagrama de Transformação Isotérmica

Diagramas TTT Tempo-Temperatura-Transformação

Aço eutetóide

Novas fases fora do equilíbrio:

Martensita Bainita

(27)

Perlita grossa 5 a 20 HRc Perlita fina 30

Diagrama de Transformação Isotérmica

(28)

Diagrama de Transformação Isotérmica

 Resfriamento rápido Aço Eutetóide

(29)

• Perlita grossa ~86-97HRB • Perlita fina ~20-30HRC • Bainita superior ~40-45 HRC • Bainita inferior~50-60 HRC • Martensita 63-67 HRC

Propriedades mecânicas

(30)

Martensita 65 a 67 HRc

(31)

 Martensita

 Formada por cisalhamento e não difusão.

 Formação de placas, mantendo a característica acicular.

 É considerada uma solução super-saturada de carbono no ferro alfa; essa super-saturação provoca

uma distorção do reticulado cúbico centrado, que resulta em extrema dureza.

 Na realidade, um átomo de carbono em solução intersticial na ferro alfa, transforma o reticulado na sua vizinhança imediata, em reticulado tetragonal, em

vez de cúbico.

(32)

Prof. C. Brunetti Tratamentos Térmicos Martensita

Martensita 65 a 67 HRc

(33)

(34)

As curvas superiores do diagrama para resfriamento

contínuo (TRC) assemelham-se às curvas para resfriamento isotérmico (TTT)

Na prática os diagramas de transformação isotérmica podem ser utilizados para o estudo dos tratamentos térmicos das ligas

ferrosas.

(35)

Transformação no resfriamento contínuo - TRC

TTT vs TRC

Deslocamento para T menores e tempos

(36)

(37)

Fatores que influenciam na posição das linhas em C:

•Composição química;

•Tamanho de grão;

•Homogeneidade da austenita.

(38)

(39)

(40)

(41)

TRATAMENTOS TÉRMICOS COM

TAXAS DE RESFRIAMENTO

(42)

TÊMPERA

Aquecer um aço até a

região austenítica (750 a 900ºC-aço comum)

TEMPERATURA DE AUSTENITIZAÇÃO

Resfriamento Brusco

(água, salmoura, óleo, etc)

MARTENSITA

Objetivo:  resistência mecânica e  dureza dos aços

(43)

O QUE É MARTENSITA?

Com o resf. brusco, os átomos de C que estavam em solução na austenita não tem tempo de difundir

Ocorre uma

deformação cristalina que tensiona o material aumentando sua dureza

A rede fica distorcida, o reticulado se torna

(44)

(45)

MARTENSITA

DUREZA X TEOR DE CARBONO

MARTENSITA EM RIPA MARTENSITA LENTICULAR

(46)

MICROESTRUTURA

MARTENSITICA

AISI S1 (C~0,5%), aquecido a 955 °C, temperado em óleo e revenido a 150 °C. 59 HRC.

(47)

TEMPERA

Após austenitização aço é resfriado rápidamente com velocidade maior ou igual a velocidade critica de resfriamento

O meio de resfriamento depende muito da composição do aço (% de carbono e elementos de liga) e da espessura da peça

(48)

MARTENSITA

A reação martensítica possui uma temperatura

de início e outra para o final da reação.

MI - Início de reação

(49)

AUSTENITA RETIDA

AISI A2 (1% C), contendo martensita lenticular (escura) e austenita retida (branca).

A AUSTENITA RETIDA É MENOS DURA QUE A

(50)

RESUMO TÊMPERA

 A têmpera objetiva a formação de martensita

O Carbono é o responsável pela dureza

 Os produtos de têmpera dependem de temperatura e não do tempo de reação (não é difusional)

A martensita é o constituinte mais duro possível de se obter em aços, portanto muito frágil

(51)

 Alívio das tensões internas, melhorando a

ductilidade, resistência ao choque (tenacidade) e diminuir austenita retida.

Consiste em aquecer o material a temperaturas

abaixo da zona crítica, dependendo do resultado

desejado.

(52)

REVENIDO

(53)

REVENIDO

A temperatura do revenido deve ser escolhida de para atender as propriedades específicadas em projeto

(54)

REVENIDO

A temperatura do revenido influi na dureza.

Com aumento da temperatura de revenido de um aço carbono, observa-se queda na dureza.

(55)

C45 = AISI 1045 42CrMo4 = AISI 4142



TEMPERATURA DE REVENIDO

_{TEMPERATURA DE REVENIDO}

O1: 0,5% Cr  0,5% W  0,3% V D2: 12% Cr  1% Mo  1% V M1: 4% Cr  9% Mo  1,2% V  1,7% W

O PROCESSO DE REVENIDO DEPENDE DE DIFUSÃO (TEMPERATURA E TEMPO)

(56)

ENDURECIMENTO SECUNDÁRIO

Precipitação de carbonetos de elementos de liga que não são da estequiometria M₃C onde M representa um átomo

(57)

FRAGILIZAÇÃO POR REVENIDO

AÇO SAE 1045 temperado

Queda na resistência ao

impacto!

A causa mais provável é a segregação de elementos de liga para contornos de grão, pois a fratura nesses casos é intergranular.

Para se evitar esse efeito pode-se resfriar rapidamente as amostras a partir da temperatura de revenido.

(58)

RESUMO

 O revenido é o tratamento para corrigir os excessos de têmpera, alivia e remove as tensões do material

 Os produtos do revenido dependem da dif2usão

 As propriedades decorrentes do revenido podem apresentar anomalias, como pico de endurecimento secundário e fragilização por revenido.

(59)

TRINCAS DE TÊMPERA

Foto macro da peça

 Existência de cantos vivos na ferramenta acentuam a contração térmica durante a têmpera

(60)



TRATAMENTOS TÉRMICOS

_{TRATAMENTOS TÉRMICOS}



COM TAXAS

_{COM TAXAS}

(61)

RECOZIMENTO

Objetivos

 Remoção de tensões internas devido aos tratamentos mecânicos

 Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade

 Alterar as propriedades mecânicas como a resistência e ductilidade

 Ajustar o tamanho de grão

 Melhorar as propriedades elétricas e magnéticas

 Produzir uma microestrutura definida Tipos de recozimento

 Recozimento para alívio de tensões (qualquer liga metálica)

 Recozimento para recristalização (qualquer liga metálica)

 Recozimento para homogeneização (para peças fundidas)

(62)

RECOZIMENTO PARA ALIVIO DE TENSÕES

Deve-se evitar velocidades muito altas devido ao risco de distorções

Remoção de tensões internas originadas de processos (tratamentos

mecânicos, soldagem, corte, …)

Objetivo

Temperatura Não deve ocorrer nenhuma

 transformação de fase

(63)

RECOZIMENTO PARA RECRISTALIZAÇÃO

(ao ar ou ao forno)

Objetivo Eliminar o encruamento gerado pela _{deformação à frio}

Temperatura Não deve ocorrer nenhuma _{transformação de fase}

(64)

RECOZIMENTO PARA RECRISTALIZAÇÃO

Etapas:

 Recuperação

 Recristalização (alívio de tensões)

(65)

RECOZIMENTO PLENO AÇOS

Aços Hipoeutetóides

50 °C Acima de A3 (Austenitização completa)

Aços Hipereutetoides

(Entre A1 e Acm)

Resfriamento dentro do forno

(66)

RECOZIMENTO PLENO

Microestrutura Final

 Hipoeutetóide

ferrita + perlita grosseira

 Eutetóide perlita grosseira

 Hipereutetóide cementita + perlita

grosseira

* A perlita grosseira é ideal para melhorar a usinabilidade dos aços baixo e médio carbono

(67)

RECOZIMENTO ISOTÉRMICO

 Permite obter estrutura final + homogênea

 Não é aplicável para peças de grande volume porque é difícil de baixar a temperatura do núcleo da

mesma

 A diferença do recozimento pleno está no resfriamento que é bem mais rápido, tornando-o mais prático e mais

econômico,

 Esse tratamento é geralmente executado em banho de sais que é suave com o intuito de evitar rachaduras

(68)

ESFEROIDIZAÇÃO

Objetivo: Produção de uma estrutura

globular ou esferoidal de carbonetos no aço

 Melhora a usinabilidade, especialmente dos aços alto carbono

facilita a deformação a frio

Outras forma de esferoidizar a estrutura:

 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.

(69)

NORMALIZAÇÃO:

Objetivos:

Aquecimento em campo austenítico 50°C acima de Ac3(aços hipereutetoides) ou Acm (aços hipereutetoides) seguido de refriamento ao ar.

- Refinar o grão

(70)

RECOZIMENTO PLENO VS

NORMALIZAÇÃO

(71)