4.0 PROC. MAT.S - TRAT.S TÉRMICOS RES

1

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TRATAMENTOS TÉRMICOS

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

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.

COMO SÃO REALIZADOS OS

TRATAMENTOS TÉRMICOS?

b)Temperatura de patamar e tempo de permanência na temp. (encharque); c)Velocidade de resfriamento; d) Atmosfera do forno.

a)Velocidade de aquecimento:

b)Temperatura de patamar e tempo de permanência na temp. (encharque); c)Velocidade de resfriamento; d) Atmosfera do forno.

727ºC 900ºC

(d) Atmosfera do Forno: Oxidante Redutora Neutra (argônio) Vácuo  Ac₁ Acm Zona crítica

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

QUAL A FINALIDADE DOS

TRATAMENTOS TÉRMICOS

Alterar as microestruturas e como consequência as propriedades mecânicas das ligas metálicas.

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MICROESTRUTURAS X PROPRIEDADES MECÂNICAS MICROESTRUTURAS X PROPRIEDADES MECÂNICAS

Em geral, a melhora de uma ou mais propriedades, mediante um determinado tratamento térmico, é conseguida com prejuízo de outras.

Ex.: O aumento da resistência à tração e da dureza provoca a diminuição da ductilidade.

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

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.

Esferoidização ou coalescimento

3) Objetivo esferoidizar os carbonetos do material

facilitando a usinagem ou deformação plástica de aços

de médio e alto carbono.

GRÁFICO 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

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 em p er at u ra ° C Tempo (s) ZC

TRATAMENTOS TÉRMICOS

5- REVENIMENTO

O aço antes deve ser temperado.

• Elimina tensões internas da têmpera,

diminui o limite de escoamento e

aumenta em muito a ductilidade.

5- REVENIMENTO

O aço antes deve ser temperado.

• Elimina tensões internas da têmpera,

diminui o limite de escoamento e

aumenta em muito a ductilidade.

Forno tipo poço para revenimento

TEMPERATURA DE REVENIDO

Martelo feito com martensita revenida

TÊMPERA SEGUIDA DE REVENIMENTO

Operação de têmpera com posterior revenimento

Martensita

Recozime nto total ou pleno

Recozimento e Têmpera

Curvas TTT (Transformação-Temperatura-Tempo)

P

18

CURVA TTT PARA O AÇO EUTETÓIDE

Temperatura de austenitização



+Fe₃C  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). Martensita

TRATAMENTOS

TÉRMICOS PARA AÇOS HIPOEUTETÓIDES Recoziment o Normalização Têmpera Resfriamento Aquecimento Temperatura Tempo Ferrita + Austenita Perlita Bainita Ac₁ Ac₃ Temperatura Tempo Aquecimento Resfriamento Recozimento Normalização Têmpera Ac_m Ac₁ Perlita Bainita Cementita + Austenita TRATAMENTOS TÉRMICOS PARA AÇOS HIPEREUTETÓIDES

 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

INFLUÊNCIA 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

Grão n°3 Grão n°4

No entanto deve-se evitar tamanho de grão da austenita muito grande porque:

 Diminui a tenacidade

 Gera tensões residuais

 É mais fácil de empenar

Curva TTT x Curva TRC

Linha fina = Transformação Isotérmica

Linha grossa = Transformação em Resfriamento Contínuo

Superposição de Curvas de Transformação:

COLPAERT

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

TRC - Transformação em Resfriamento Continuo

Vel. Crítica para têmpera

 140C/s

Vel. Crítica para não temperar

Curvas de Transformação Resfriamento Contínuo - TRC

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 0,40 1,2 a 1,3

-Violenta 0,08 0,8 a 1,10 4,0 5,0

SEVERIDADE DE RESFRIAMENTO “H” (TÊMPERA)

Aço eutetóide Aço hipereutetóide Aço hipoeutetóide Ac₃ Ac₃ = Ac_{1 Acm} Ac_{1 Ac1} Ac₁ z.c.

T

em

p

er

at

u

ra

(

ºC

)

0,4°C

_0,8°C

_0,9°C

Temperabilidade - Ensaio Jominy

Corpo de prova de 1”x4”

Dispositivo Jominy para determinação da temperabilidade dos aços

PROFUNDIDADE DE ENDURECIMENTO  ENSAIO JOMINY

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

Aço temperado

Microestrutura: Martensita – aspecto acicular Ampliação: 1000 vezes

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.

DEFINIÇÃO DE AÇO RÁPIDO

• _{São aços de corte rápido ou, simplesmente, aços rápidos.} • _{Esse termo, que descreve sua habilidade de cortar metais}

"rápido", é usado desde 1940 quando a ferramenta de aço

predominante era a de alto teor de carbono e não era capaz de cortar em altas velocidades.

COMPOSIÇÃO QUÍMICA: 18% de tungstênio (W); 4% de cromo (Cr); 1% de vanádio (V);

Em outros tipos de aço, intervêm

também: Mo (molibdênio) e Co (cobalto)

D U R E Z A 100°C _700°C TEMPERATURA DE REVENIMENTO AÇO RÁPIDO AÇO CARBONO

AÇOS RÁPIDOS

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.

Tratamento térmico de um aço rápido

Curva TTT de um aço ABNT D2, de resfriamento ao ar para peças de até 60mm de diâmetro. Composição: 1,50 C; 1,00 Mo; 12,00 Cr; 1,00 V.

AÇO VC-130

TEMPERADO E REVENIDO DURANTE 4 HS

DUREZA: 5860Rc

MARTÊMPERA

Faca de guilhotina

Forno com sais fundidos para Martêmpera

MARTÊMPERA

Banho de sal = nitrato de sódio e nitrato de potássio (50%) Temperatura de fusão  221ºC

Faixa de trabalho de 260ºC e 593ºC

X

Têmpera Martêmpera

VANTAGENS DA MARTÊMPERA

 Usado principalmente para diminuir a distorção e empenamento

produzidos durante o resfriamento rápido da têmpera;

• Forma martensita uniforme em toda seção da peça; • Evita a formação excessiva de tensões residuais;

• Leva em conta a espessura e seção das peças a serem tratadas.

X

FRAGILIDADE AO REVENIDO

• Diversos aços, principalmente aço-liga, caracterizam-se

por adquirirem fragilidade, quando são aquecidos na faixa

de temperaturas 375-575ºC, ou quando são resfriados

lentamente através dessa faixa .

• Este fenômeno é conhecido com o nome de “fragilidade

ao revenido”.

• A fragilidade ocorre mais rapidamente na faixa 450-475ºC.

• Os aços-carbono comuns contendo manganês abaixo de

0,30% não apresentam o fenômeno.

• Contudo, aços contendo apreciáveis quantidades de

manganês, níquel e cromo, além de uma ou mais

impurezas tais como antimônio, fósforo, estanho ou

arsênio, são suscetíveis ao fenômeno.

SOLUÇÃO PARA ENDURECER AÇOS COM

FRAGILIDADE AO REVENIDO

 AUSTÊMPERA

Bainita é um constituinte metalográfico formado por Ferrita e Carbonetos.

Aplicações: Aços Cr e/ ou Mo que apresentam fragilidade de Revenimento, molas, fechos de cintos de segurança, componentes de fechadura e

outros.

Micrográfia:

A Bainita apresenta-se na forma de agulhas, semelhantes às de Martensita.

VANTAGENS DA AUSTÊMPERA

Bainita formada diretamente da austenita a temperatura

mais alta que a martensita;

Tensões internas resultantes muito menores;

Não há praticamente torção ou empenamento;

O aparecimento de fissuras de têmpera é quase que

completamente eliminada.

Microscopia eletrônica (MET): mostrando a morfologia típica da fase bainítica produzida na temperatura isotérmica de 370ºC

Resultados comparativos do aço ABNT 1095, após a

realização da têmpera, martêmpera e austêmpera:

TRATAMENTO Dureza

(HRC) Impacto(J)

1 temperado em água e revenido 53,0 15,7

2 martemperado em água e revenido 53,o 18,6

3 austemperado 52,0 61,1

FORNO PARA TÊMPERA INDUSTRIAL

TÊMPERA TOTAL E TÊMPERA SUPERFICIAL

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

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TRATAMENTOS SUPERFICIAIS

OBJETIVO

Endurecimento superficial do aço



visando



aumentar a resistência ao

desgaste e à abrasão da

superfície

TÊMPERA SUPERFICIAL POR CHAMA

TÊMPERA SUPERFICIAL POR INDUÇÃO MAGNETICA

AVALIAÇÃO:

END – PARTÍCULAS MAGNÉTICAS - MagnaFlux

Retífica de motores - virabrequim

Após passar por essa análise visual, o virabrequim vai para a máquina chamada MagnaFlux para verificar se há trincas. Esse processo consiste em magnetizar o eixo e espalhar sobre ele um líquido contendo partículas ou pó de ferro. As partículas se depositam sobre as trincas tornando-as

visíveis sob ação de luz negra. A profundidade da trinca pode ser avaliada pela quantidade de partículas depositadas sobre ela, influindo na intensidade do campo.

O GG-50 Soldável é um vergalhão, do tipo CA50-A, obtido da laminação a quente de tarugo de aço produzido em lingotamento contínuo. Após último

passe de laminação, o produto é submetido a um resfriamento à água capaz de reduzir bruscamente a temperatura da superfície (fig. A).

O núcleo da barra permanece suficientemente quente para reaquecer a superfície endurecida e promover o seu revenimento (fig.B).

O resultado final é um produto com núcleo tenaz e superfície temperada e revenida, de alta resistência mecânica e excelente ductilidade (fig.C)

(A) (B) (C) Laminador Resfriamento Produto

acabado A recent Thermex installation in India C - estrutura martensítica B - estrutura intermediária A - estrutura perlita + ferrita

Faixa Química para CA50 e GG-50 SOLDÁVEL

SOLDABILIDADE DO VERGALHÃO GG50

Soldagem de topo somente por caldeamento

Soldagem de juntas sobrepostas somente com eletrodo revestido

TRATAMENTO SUB-ZERO

A transformação da austenita em martensita é

dependente apenas da temperatura, e não do

tempo. Logo, o tratamento onde são exigidas

temperaturas abaixo da temperatura ambiente,

podendo atingir quase -200ºC, é chamado de

tratamento sub zero.

Cuba térmica do tratamento sub-zero

TRATAMENTO SUB-ZERO

Técnica do tratamento

Basicamente, consiste em, após a têmpera, submeter as peças a baixas temperaturas.

Mergulha-se a peça, após a têmpera, na cuba térmica em uma solução de álcool etílico + gelo seco (gás carbônico no estado sólido compactado a temperatura de 80ºC negativos). Assim, a temperatura da solução

TRATAMENTO SUB-ZERO

Tratamento sub zero industrial com nitrogênio líquido

*COOL PLUS*,

tratamento criogénico do tipo sub zero

FORNOS ELÉTRICOS COM ATMOSFERA CONTROLADA

O equipamento destina-se a realizar tratamento

térmico de aços sob atmosfera de proteção com gás endotérmico

(20% CO, 40% N₂ e 40%

H₂) enriquecida com

TRATAMENTOS TÉRMICOS ESPECIAIS

TRATAMENTO TÉRMICO A VÁCUO

TRATAMENTO TÉRMICO A VÁCUO

• Aquecimento por meio de irradiação de calor;

Resfriamento por injeção de nitrogênio sobre pressão;

O forno a vácuo é adequado ao tratamento térmico de aços ferramenta de alta liga;

Não é possível temperar aços com baixa temperabilidade;

Recozimento e alívio de tensões podem ser aplicados em qualquer tipo de aço;

A normalização, por definição, com resfriamento ao ar, não é possível de ser fazer em fornos a vácuo;

Não elimina o problema de distorções/deformações.

Forno `a vácuo realizando

têmpera em molde de aço AISI H13 para Injetora de alumínio.

BRASIMET

Aço AISI H13

TÊMPERA SUPERFICIAL POR LASER



O processo é muito preciso em impor aquecimento

seletivo sobre áreas bem específicas.



Além disto o processo pode ser feito em alta

velocidade, produzindo pouca distorção.

44- A figura abaixo apresenta esquematicamente o diagrama de transformação isotérmica para um aço-carbono comum com 0,76% C, onde o trajeto tempo-temperatura para um tratamento térmico está indicado

A microestrutura final de uma pequena amostra submetida a esse tratamento será composta por (A) 100% de bainita.

(B) 100% de perlita fina.

(C) 100% de perlita grosseira. (D) 100% de martensita.

(E) 50% de perlita fina e 50% de bainita

Considere o diagrama de transformação isotérmica acima para um aço com 0,45% de carbono. Para uma pequena amostra que foi austenitizada a 850ºC, resfriada rapidamente (em menos de 0,4 s) até 400ºC, que ficou nessa

temperatura por 1.000 s e, então, sofreu têmpera em água até à temperatura ambiente, a microestrutura final (microconstituintes presentes) é,

predominantemente,

( ) A- matensítica ( ) B- ferrítica ( ) C- perlítica ( ) D- bainítica ( ) E- austenítica

X X

X X

AVALIAÇÃO:

1

) Quais os tratamentos térmicos que amolecem

os aços?

2

) Quais os tratamentos térmicos que endurecem

os aços?

3

) Quais os tratamentos térmicos não previstos no

diagrama

de fases Fe-Fe3C?

4

) Qual o tratamentos térmico que possíbilita a

usinagem e a estampagem

de um aço de alto carbono?

5

) Qual o tratamentos térmico que possibilita a

6

) Ordene os aços abaixo por ordem decrescente de

resistência:

- 0.3wt%C esferoidita

- 0.3wt%C perlita grosseira

- 0.6wt%C perlita fina

- 0.6wt%C perlita grosseira

- 0.6wt%C bainita

- 0.9wt%C martensita

- 1.1wt%C martensita.

AVALIAÇÃO:

Ordene os aços abaixo por ordem decrescente de resistência: - 0.3wt%C esferoidita - 0.3wt%C perlita grosseira - 0.6wt%C perlita fina - 0.6wt%C perlita grosseira - 0.6wt%C bainita - 0.9wt%C martensita - 1.1wt%C martensita Resposta: 1.1wt%C martensita/0.9wt%C martensita 0.6wt%C bainita 0.6wt%C perlita fina 0.6wt%C perlita grosseira 0.3wt%C perlita grosseira 0.3wt%C esferoidita

AVALIAÇÃO: