TRAT.S TÉRMICOS A.B 17.2

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TRATAMENTOS TÉRMICOS

Prof.: M.Sc. Antonio Fernando de Carvalho Mota Engenheiro Mecânico e Metalúrgico

CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS

Vocês já imaginou que na hora do vamos ver os objetos de metal quebrassem e a broca desgastasse rapidamente

A ORIGEM DOS TRATAMENTOS TÉRMICOS

Tratamento térmico – profissionalizante – telecurso: www.youtube.com

Aquecendo as espadas até elas ficar rubra e resfriando na

salmoura as armas começaram a ficar mais duras e resistentes

O QUE É TRATAMENTO TÉRMICO?

Operação ou conjunto de operações realizadas no estado sólido compreendendo o aquecimento, a permanência em

determinadas temperaturas e resfriamento, realizados com a finalidade de conferir ao material determinadas características.

TRATAMENTOS TÉRMICOS T em p e ra tu ra ( ºC ) log tempo (s) 727ºC 900ºC (d) Atmosfera do Forno: Oxidante Redutora Neutra (argônio) Vácuo  Ac₁ A₃ ou Acm ZONA CRÍTICA

Ciclo térmico de aquecimento e resfriamento realizado no estado sólido com a finalidade de conferir ao material determinadas características.

Aços Hipoeutetóide Aços Hipereutetóide a) Velo cida de d e aque cim ento b) Temperatura e tempo de patamar c) _V elo cid ad e d e re sf ria_m en to ;

TRATAMENTOS TÉRMICOS

Finalidade

:

Alterar as microestruturas e como

consequência as propriedades mecânicas das

ligas metálicas.

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MICROESTRUTURAS X PROPRIEDADES MECÂNICAS MICROESTRUTURAS X PROPRIEDADES MECÂNICAS

PRINCIPAIS OBJETIVOS DOS TRATAMENTOS TÉRMICOS

Remoção de tensões internas (oriundas de esfriamento desigual, trabalho mecânico ou outra causa);

Aumento ou diminuição da dureza; Aumento da resistência mecânica; Melhora da ductilidade;

Melhora da usinabilidade;

Melhora da resistência ao desgaste; Melhora das propriedades de corte; Melhora da resistência à corrosão; Melhora da resistência ao calor;

PRINCIPAIS TRATAMENTOS TÉRMICOS:

1- RECOZIMENTO

Austenitizar e resfriar a lentamente (forno desligado). Obtenção de estruturas de equilíbrio

1- RECOZIMENTO

Austenitizar e resfriar a lentamente (forno desligado). Obtenção de estruturas de equilíbrio

T em p e ra tu ra ( o C ) log. Tempo (s) Zona Crítica ( + Fe₃C) ()

Um aço pode encontrar-se num estado fora do equilíbrio e (ou) com heterogeneidades estruturais devido a tratamentos térmicos ou mecânicos anteriores.

OBJETIVO: Obter a estrutura de equilíbrio • EX.S: Segregações durante o processo de solidificação

• Encruamento por deformação a frio • Tensões residuais de soldadura, etc...

APLICAÇÕES DO RECOZIMENTO

TRATAMENTOS TÉRMICOS

2- NORMALIZAÇÃO

Austenitizar e resfriar ao ar. OBJETIVOS:

Além de obter a estrutura de

equilíbrio reduz o tamanho de grão. 2- NORMALIZAÇÃO

Austenitizar e resfriar ao ar. OBJETIVOS:

Além de obter a estrutura de

equilíbrio reduz o tamanho de grão.

Forno Contínuo T e m p e ra tu ra ( o C ) log. Tempo (s) Zona Crítica ( + Fe₃C) ()

Entre as linhas A₁ e A₃ para os aços hipoeutetóide e entre as linhas A₁ e A_cm para os aços hipereutetóide

Hipoeutetóide Hipereutetóide Eutetóide

3) ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO

Objetivo esferoidizar os carbonetos do material

facilitando a usinagem ou deformação plástica de aços de médio e alto carbono.

RESULTADO DA ESFEROIDIZAÇÃO

Photomicrograph of a steel

having a spheroidite microstructure. The small particles are cementite; the continuous phase is ferrite. 1000.

Perlita + Cementita Ferrita + Cementita

TRANSPECTRO - 2006

O tratamento térmico de esferoidização tem o objetivo de:

(A) aumentar a dureza.

(B) aumentar a tenacidade. (C) melhorar a resiliência.

(D) melhorar a temperabilidade. (E) melhorar a usinabilidade.

TRATAMENTOS TÉRMICOS

4- TÊMPERA

Somente para aços com %C> 0,4 (temperáveis)

Austenitizar e resfriar bruscamente para obter a estrutura Martensita. OBJETIVO: Aumentar a resistência mecânica, a resistência ao

desgaste, a resistência a fadiga e a elasticidade.

T e m p e ra tu ra ( o C ) log. Tempo (s) Zona Crítica () CFC (M) TCC

A transformação martensítica (monofásíca) ocorre quando a taxa de têmpera é rápida o suficiente para prevenir a difusão do carbono.

TRANSFORMAÇÃO MARTENSITA

4- TÊMPERA

Objetivos:

 Obter estrutura matensítica que

promove:

- Aumento na dureza

- Aumento na resistência à tração - redução na tenacidade

*** A têmpera gera tensões  deve-se fazer revenido

posteriormente

Parafuso aço temperado (57-59 HRC) de grande resistência

TRATAMENTOS OBRIGATÓRIO APÓS A TÊMPERA

5- REVENIMENTO

• Elimina tensões internas da têmpera,

diminui o limite de escoamento e aumenta em muito a ductilidade e tenacidade.

5- REVENIMENTO

• Elimina tensões internas da têmpera, diminui o limite de escoamento e

aumenta em muito a ductilidade e tenacidade.

Forno tipo poço para revenimento T e m p er a tu ra ( o C ) log. Tempo (s) Zona Crítica Martensita (TCC) Martensita Revenida (TCC)

TÊMPERA SEGUIDA DE REVENIMENTO

TEMPERATURA DE REVENIDO

Cinzéis.

APLICAÇÕES DA TÊMPERA MAIS REVENIMENTO:

Martelo

Martensita

TRATAMENTOS TÉRMICOS

Em geral, a melhora de uma ou mais propriedades, mediante um determinado tratamento térmico, é

conseguida com prejuízo de outras.

Ductilidade _{Dureza Resistência}

Diagrama de fases Fe-Fe

C – Para todos os aços

CURVAS TTT (Transformação –Temperatura -Tempo)

COLPAERT, pag.184:

TTT (Tempo-Temperatura-Transformação )

Curvas obtidas por Tratamentos Isotermicos

% T ra n sf o rm aç ão Tempo (s)  102 ₁₀3 10 0 100 50 350C 350C

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CURVA TTT PARA AÇO EUTETÓIDE

Temperatura de

austenitização



+Fe

C



Perlita

- Como a martensita não envolve difusão, a sua formação ocorre instantaneamente

(independente do tempo, por isso na curva TTT a mesma corresponde a uma reta).

Microestruturas obtidas para um aço eutetóide

para diferentes velocidades de resfriamento

P

M

HIPOEUTETÓIDE %C  0,76 HIPEREUTETÓIDE %C  0,76 Bainita Perlita Cementita A_cm A₁ Martensita log tempo (s)  Bainit a Perlita Ferrita Martensita A₃ A₁ T em p er at u ra ( °C )  log tempo (s) 

Variação de Ms e Mf com o teor de carbono O Ms e Mf diminui

Efeito da quantidade de carbono na dureza da martensita

Aumenta a dureza da martensita até 0,6%C

Recozimento total ou pleno

Ação combinada do Diagrama de Fases com a curva TTT

Recozimento Normalização Têmpera Resfriamento Aquecimento Temperatura Tempo

Ação combinada do Diagrama de Fases com a curva TTT

TABELA DE CORES

CURVAS DE AQUECIMENTO E RESFRIAMENTO PARA O RECOZIMENTO E A NORMALIZAÇÃO

T e m p e ra tu ra ( C )  log. tempo (s)  A_cm A₁ M Perlita B Ferrita _Cementita %C A₁ M Perlita B log. tempo (s)  T e m p er a tu ra ( C )  A₃ A₁ M Perlita B INFLUENCIA DO TEOR DE CARBONO NAS CURVAS TTT Quando a %C a curva TTT se desloca para a direita aumentando a temperabilidade

Aço hipoeutetóide Aço hipereutetóide

Aço eutetóide (%C= 0,76)

(%C 0,76) _{(%C 0,76)}

 Resfriamento na água _{ Resfriamento ao ar}

 Teor de carbono e elementos de liga (Composição química);

 Tamanho do Grão da Austenita;

 Falta de homogeneização da Austenita.

FATORES QUE AFETAM A POSIÇÃO

DAS CURVAS “TTT “NOS AÇOS

DETERMINAÇÃO DO TAMANHO DE GRÃO

N= Número de grãos por pol2 _{ou mm}2

n ou G = Número ASTM do T.G.

Grão n°1 Grão n°2

No entanto deve-se evitar tamanho de grão da

austenita muito grande porque:

 Diminui a tenacidade

 Gera tensões residuais

 É mais fácil de empenar

 É mais fácil de ocorrer fissuras

TAMANHO DE GRÃO DA AUSTENITA

Curva TTT x Curva TRC OU CCT

Linha fina = Transformação Isotérmica

Linha grossa = Transformação em Resfriamento Contínuo

Curvas de Transformação em Resfriamento Continuo (TRC) ou Contínuos Cooling Transformation (CCT)

Curva TRC- Temperatura Resfriamento Contínuo (Aço Hipoeutetóide) T em p er at u ra ° C

log. Tempo (seg.)

A – Austenita F – Ferrita P – Perlita B – Bainita M - Martensita M _F+B+M F+P A₁ A₃ M F P B A Resfriamento na água Resfriamento no óeo Resfriamento ao ar

Curva TTT (Transformação – Temperatura – Tempo)

Curva de resfriamento contínuo

(Aço Hipoeutetóide) Ferrrite Pearlite Bainite Martesite T em p e ra tu re Log. Time Ac₁ Ac₃

TEMPERABILIDADE

endurecimento) é a característica que define a variação de dureza desde a superfície até o núcleo da peça

quando temperada.

Está associada à capacidade de

determinado aço formar martensita e, portanto, à velocidade crítica de

têmpera.

Ou seja, quanto mais lento o arrefecimento que conduz à

transformação A  M, maior a temperabilidade do aço

Ensaio Grossman – Diâmetro crítico

(a) Barras de diferentes diâmetros são temperadas e medido o perfil de dureza ao longo do diâmetro da barra.

(b) O diâmetro crítico (para um dado meio de

arrefecimento) é aquele a partir do qual o núcleo apresenta uma zona inferior de 50% de martensita. A dureza crítica é a dureza para 50% de martensita

Aço AISI 3140

TEMPERABILIDADE - Ensaio Jominy

Corpo de prova de 1”x4”

Dispositivo Jominy para determinação da temperabilidade dos aços

TEMPERABILIDADE DOS AÇOS EM FUNÇÃO DO TEOR DE CARBONO

Aço temperado

Microestrutura: Martensita – aspecto acicular Ampliação: 1000 vezes

PROFUNDIDADE DE ENDURECIMENTO ENSAIO JOMINY

Aços com a mesma quantidade de carbono (0,45%C) e diferentes temperabilidade por causa da influência dos elementos de liga.

ÍN D IC E D E D U R E Z A ( H C )

DISTÂNCIA DA EXTREMIDADE RESFRIADA

0,45%C 1,0%Cr 0,2%Mo 0,45%C 0,8%Cr 1,25%Ni 0,45%C 5 10 15 20 25 (mm) Aço Carbono Aços Especiais

CARBONO EQUIVALENTE

Carbono equivalente é um numero empírico que mede a

temperabilidade ou soldabilidade:

CE = C + (Mn)/6 + (Cr+Mo)/5 + (V+Ni+Cu)/15

Fórmula do Welding Institute, onde:

Análise dos resultados:

CE < 0,4 não é temperável e de fácil soldagem;

CE > 0,4 é temperável e exige cuidados especiais na

soldagem. Símbolo Nome Mn manganês Cr Cromo Mo Molibdênio V Vanádio Ni Níquel Cu Cobre

COMPOSIÇÃO

18% de tungstênio (W); 4% de cromo (Cr);

1% de vanádio (V);

Em outros: Mo (molibdênio) e Co (cobalto).

AÇO RAPIDO AÇO CARBONO D U R E Z A R O C K E L L C 70 60 50 40 100 300 500 700 TEMPERATURA DE REVENIMENTO C

AÇOS RÁPIDOS

AÇOS RÁPIDOS

Elementos Carboriginos (W, Mo e V) associados ao Cromo (melhora a Temperabilidade), produz menos segregação e menos sensibilidade a carburação.

Aço Rápido com Cobalto

O aço rápido ao cobalto, denominado de aço super-rápido, apareceram pela primeira vez em 1921.

Característica

- maior dureza a quente;

- maior resistência ao desgaste; - menor tenacidade.

BITS E BEDAMES

Os “bits” e bedames VILLARES são fabricados de aço rápido com 10% de cobalto, alto teor de carbono e ligas perfeitamente

balanceadas para garantir excepcional rendimento e excelente resistência ao desgaste e à abrasão.

O aço VK-105, com o qual são fabricados, é produzido em fornos elétricos na Usina de Aços Villares S.A. e tem a seguinte análise média:

C Cr Mo W V Co

AÇO RÁPIDO PARA TRABALHO A FRIO – VC 130 VC 130

Aço para ferramenta Aço para trabalho a frio Fabricado pela Villares Aços Villares SA

VC 130

Aço para ferramenta Aço para trabalho a frio Fabricado pela Villares Aços Villares SA

Cores de Identificação

Amarelo – azul – amarelo.

Composição química C = 2,0%, Cr = 11,5%, V = 0,2%. Similares ASTM A Tipo D3; AISI D3; ABNT D3;

AÇO RÁPIDO PARA TRABALHO A FRIO

– VC

AÇO VC-130

TEMPERADO E REVENIDO DURANTE 4 HS

DUREZA: 5860Rc

VHSUPERIM

Aço com resistência a quente muito superior à dos aços H11 e H13 e boa tenacidade.

Aplicações típicas:

Matrizes e punções para forjamento a quente em prensa; matrizes para fundição sob pressão de ligas não-ferrosas.

AÇO RÁPIDO PARA TRABALHO A QUENTE

Dureza de Utilização (HRc): 40 - 52

H11 e H14 são aços para trabalho a quente, identificados pela letra H

Aplicações

Punções, matrizes de forjamento, matrizes de extrusão e mandris.

Não confundir Aço Rápido com Widia

O Metal Duro chamada Widia (wie diamant - como diamante)

Não são aços, mas sim pó de carbonetos de tungstênio, duríssimo, aglomerados por meio de cobalto (metalurgia do pó).

Acabamento Usinagem média

PRINCIPAIS ELEMENTOS MICROESTRUTURAIS PRESENTES NOS AÇOS-FERRAMENTAS TEMPERADOS E REVENIDOS

Precipitação de carbonetos (Pró-eutetóides) Precipitados Matriz Contorno de grão da Martensita Discordâncias Contorno de grão da Martensita Carbonetos (Particulas duras) 50nm 10m MESTRADO – USP - 2006

Curvas

TRT

(Resfriamento contínuo

Estado de agitação do

meio de resfriamento Ar Óleo Água Salmoura Nenhuma 0,02 0,25 a 0,30 1,0 2,2 Moderada 0,35 a 0,4 1,2 a 1,3

-violenta 0,008 0,8 a 1,1 4,0 5,0

SEVERIDADE DE RESFRIAMENTO “H” (TÊMPERA)

TÊMPERA TOTAL E TÊMPERA SUPERFICIAL

Representação das velocidades de resfriamento no centro e na superfície de uma peça de aço hipoeutetóide

AVALIAÇÃO:

- _{DÊ EXEMPLOS DE PEÇAS COM TÊMPERA TOTAL}

- _{DÊ EXEMPLOS DE PEÇAS COM TÊMPERA SUPERFICIAL}

TÊMPERA TOTAL E TÊMPERA SUPERFICIAL

Diagrama esquemático das curvas de

resfriamento de têmpera em peças de pouca espessura

Diagrama esquemático das curvas de resfriamento de têmpera em peças de grande seção

Diagrama TRC Fe-0.30wt%C Identifique as microestruturas Resultantes Respostas: Martensíta Ferrita e martensita

Ferrita, perlta e martensita

Ferrita e perlita fina

Ferrita e perlita grosseira

OBRIGADO

FORMAÇÃO PROFISSIONAL