Tratamentos Térmicos e Transformações em Ligas de Fe-C

METAIS TRANSFORMAÇÃO EM LIGA DE FEc TRATAMENTO TéRMIcO 5ª AULA MCMA 201022 Prof Eng Me Paulo C Wanderley Principais Tratamentos Térmicos Tratamento Térmico Recozimento Normalização Tempera e Revenido Cementação Alívio de tensões Recristalização Homogeneização Total ou Pleno Isotérmico Nitretação Tratamento Térmoquímico Prof Eng Me Paulo C Wanderley Tratamentos Termoquímicos TRANSFORMAÇÕES AUSTENITA Perlita Fe3C a fase próeutetóide Bainita Fe3C Martensita fase tetragonal Martensita Revenida Fe3C Ferrita ou cementita Resf lento Resf moderado Resf Rápido Têmpera reaquecimento Prof Eng Me Paulo C Wanderley Austenita Prof Eng Me Paulo C Wanderley TEMPERA TRATAMENTO TÉRMICO Meio Severidade da tempera Dureza AR BAIXA BAIXA ÓLEO MODERADA MODERADA AGUA ALTA ALTA RELAÇÃO DE DUREZA SIMPLIFICADA Fe3C M B P F MARTENSITA é uma fase metaestável que aparece com o resfriamento brusco da AUTENITA Para corrigir aços cuja TENACIDADE é FRÁGIL e a DUREZA excessiva procedemos com o REVENIMENTO que consiste no aquecimento de peças temperadas a temperaturas abaixo da linha inferior de transformação A1 do aço resultando em aços de TENACIDADE aumentada Abcissa Representa a escala horizontal com a porcentagem de carbono por exemplo 1 de C 99 Fe Ordenada Representa as várias temperaturas Linhas A3 Indica início da passagem da estrutura CFC para CCC durante o resfriamento Linha A1 Indica o limite da existência de austenista abaixo dessa linha não temos austenita Acm Indica o limite da quantidade de carbono dissolvido na austenita Fe3C É a fórmula do carboneto de ferro chamado cementita Letras gregas γ gama Símbolo de austenita α alfa Símbolo de ferrita Prof Eng Me Paulo C Wanderley Prof Eng Me Paulo C Wanderley A1 723 727C A3 Acm Austenita Cementita C e m e n t I a Diagrama FeC IRONCARBON DIAGRAM Temp C L liquid Ferrita delta Ferros Fundidos Diagrama FeC Diagrama FeC com algumas microestruturas representativas de aços e ferros fundidos Ferro fundido nodular custo maior que os outros ferros por ser um tipo de ferro que se assemelha ao aço com propriedades de resistência e ductilidade maior que os outros tipos de FoFo Fe3C Cementita Prof Eng Me Paulo C Wanderley Diagrama FeFe3C AÇOS Prof Eng Me Paulo C Wanderley A estrutura da PERLITA grãos Escuros é formada de lâminas Alternadas com 88 de FERRITA e 12 DE CEMENTITA Ferrita α Perlita α Cementita TRATAMENTOS TÉRMICOS Os tratamentos térmicos dos materiais metálicos são processos que consistem no seu aquecimento manutenção a uma temperatura elevada e resfriamento sob condições controladas com o objetivo de alterar suas estruturas e portanto propriedades de modo a aumentar sua utilidade OBJETIVOS MAIS IMPORTANTES Remoção de tensões residuais Aumentar ou diminuir dureza Desenvolver a resistência mecânica Melhorar a ductilidade e usinabilidade Aumento de resistência corrosão etc Processo de aquecer e resfriar um aço visando ALTERAR as suas PROPRIEDADES denominase TRATAMENTO TÉRMICO Prof Eng Me Paulo C Wanderley AÇOS CLASSIFICAÇÃO SEGUNDO A NORMA ABNT ou AISI Classifica os aços em dois grandes grupos de forma distinta Açosaocarbono e os aços de baixaliga e Aços de altaliga Açosaocarbono e Aços de baixaliga Estes aços são classificados por meio de 4 números precedidos por uma letra maiúscula que especifica o processo de fusão Eventualmente a especificação pode apresentar ainda de forma complementar letras após o quarto número A norma estabelece as seguintes considerações O primeiro número representa os elementos de ligas presentes no aço O segundo número representa o teor desses elementos de liga devese consultar as tabelas junto à norma Os terceiro e quarto números representam o teor de carbono Na tabela abaixo é apresentada a classificação de açosaocarbono e aços de baixaliga pela norma ABNT Exemplo aço ABNT 1020 açoaocarbono contendo cerca de 020 C aço ABNT 5160 aço ao Cr apresentando cerca de 10 Cr e 060 C os teores dos elementos P S Mn Si ou Al conforme visto não precisam ser apresentados Prof Eng Me Paulo C Wanderley Exemplos de açosaocarbono e suas respectivas composições à exceção dos teores normais de P máx 0035 S máx 0040 Mn máx 105 e Si máx 035 segundo a norma ABNT os valores indicados são os teores médios da norma Prof Eng Me Paulo C Wanderley P fosforo S enxofre Mn manganês Si silício Aços de altaliga A norma ABNT classifica os aços de altaliga em duas classes distintas Aços resistentes a corrosão e a altas temperaturas e Aços ferramentas Os aços resistentes a corrosão e a altas temperaturas são classificados com três números Como exemplo podese citar Aço ABNT 430 aço inoxidável ferrítico Aço ABNT 403 aço inoxidável martensítico Aço ABNT 304 aço inoxidável austenítico Aço ABNT 304L aço inoxidável austenítico com teor de C abaixo do especificado Prof Eng Me Paulo C Wanderley Exemplos de aços de baixaliga e respectivas faixas de composições indicando os valores máximos e mínimos para cada elemento à exceção dos teores normais de P máx 0035 S máx 0040 Mn máx 105 e Si máx 035 segundo a norma ABNT Villares Prof Eng Me Paulo C Wanderley Exemplos de aços de altaliga resistentes a corrosão e a altas temperaturas detalhandose a microestrutura de equilíbrio bem como suas respectivas composições à exceção dos teores de P máx 0035 S máx 004 Mn máx 200 e Si máx 150 segundo a norma ABNT Villares Prof Eng Me Paulo C Wanderley Os aços ferramentas são classificados segundo uma letra que retrata de alguma forma o material seguida de um ou dois números Destacamse as seguintes categorias de aços de acordo com as respectivas letras Prof Eng Me Paulo C Wanderley TÊMPERA E REVENIDO TÊMPERA É um processo de resfriamento rápido de uma peça de aço previamente austenitizada até a temperatura ambiente resultando na transformação estrutural da austenita em martensita e o consequente endurecimento da peça O processo de têmpera gera tensões internas na peça A escolha do banho de esfriamento depende Temperabilidade do aço a tratar Espessura da seção e perfil envolvidos neste tratamento Velocidades de resfriamento necessárias para se obter a microestrutura desejada Os meios de esfriamento podem ser tanto líquidos como gasosos a Meios líquidos Óleos contendo vários aditivos Água Soluções aquosas poliméricas Salmoura etc b Meios gasosos gases inertes hélio argônio e nitrogênio A martensita obtida na têmpera comum de um aço é caracterizada por sua dureza excessiva e tensões internas consideráveis Para atenuaremse estes problemas e corrigir a dureza fazse o Revenido Prof Eng Me Paulo C Wanderley Têmpera é um processo que consiste em aquecer o aço num forno com temperatura acima da zona crítica Para o açocarbono a temperatura varia de 750º a 900ºC A peça permanece nessa temperatura o tempo necessário para se transformar em austenita O que distingue essa forma de tratamento é o seu processo de resfriamento A peça é retirada do forno e mergulhada em água A temperatura cai de 850ºC para 20ºC Tratase de um resfriamento brusco Prof Eng Me Paulo C Wanderley Prof Eng Me Paulo C Wanderley Esferoidização TT de recozimento p obter a MÁXIMA DUCTIBILIDADE Consiste de aquecimento SUBCRÍTICO Abaixo de A1 seguido por LONGO tempo no forno para aglomeração dos carbonetos em partículas esféricas e resfriamento LENTO Quando a austenita é resfriada muito rapidamente não há tempo para que se transformar em ferrita cementita ou perlita A austenita se transforma num novo constituinte do aço chamado martensita No resfriamento rápido em água os átomos de carbono ficam presos no interior da austenita Desse modo os átomos produzem considerável deformação no retículo da ferrita dando tensão ao material e aumentando sua dureza Prof Eng Me Paulo C Wanderley REVENIMENTO O beneficiamento convencional de um aço É o conjunto dos seguintes processos Aquecimento e permanência na temperatura de austenitização Resfriamento brusco para transformação martensítica Reaquecimento para alívio de tensões aumento das características de tenacidade do material tratado revenido ou revenimento A peça que sofre o processo de têmpera pode apresentar empenamento ou fissuras devidos ao resfriamento não uniforme A parte externa esfria mais rapidamente transformandose em martensita antes da parte interna Durante o curto tempo em que as partes externa e interna estão com diferentes microestruturas aparecem tensões mecânicas consideráveis A região que contém a martensita é frágil e pode trincar Os tratamentos térmicos denominados de martêmpera e austêmpera foram desenvolvidos para solucionar este problema O revenimento tem a finalidade de corrigir a dureza excessiva da têmpera aliviar ou remover as tensões internas O revenimento é portanto um processo posterior à têmpera Prof Eng Me Paulo C Wanderley EXEMPLO Se fizermos uma experiência revenindo dois aços já temperados um a 150ºC de temperatura e o outro a 550ºC ambos durante 2 horas no forno Depois de retirar a peça do forno vamos fazer o ensaio de dureza O revenido da peça em baixa temperatura apresenta pequena diferença de dureza comparada com o valor do temperado Já o revenido na peça aquecida em alta temperatura apresenta grande queda de dureza Isso demonstra que quanto mais alta a temperatura de revenimento maior será a queda da dureza de têmpera Prof Eng Me Paulo C Wanderley As transformações da austenita em ferrita cementita e perlita ocorriam numa velocidade muito lenta de esfriamento ar ou forno Entretanto se aumentarmos essa velocidade ocorrerá um atraso no início da transformação da austenita devido à inércia própria de certos fenômenos físicos mesmo que a temperatura esteja abaixo da linha A1 abaixo da zona crítica O diagrama a seguir indica as transformações da austenita em diferentes velocidades de esfriamento Para ficar mais claro vamos dar uma olhada no diagrama TTT Tempo Temperatura e Transformação A interpretação é a seguinte curvas representam o início e o fim de transformação da austenita cotovelo parte central das curvas com transformações abaixo do cotovelo obtêmse perlita ferrita e cementita Prof Eng Me Paulo C Wanderley MATERIAL A TEMPERAR TEMPERATURA DE TEMP DE TEMPERA RESFRIAR EM Açoscarbono ABNT AISI Têmpera Seus principais objetivos são aumentar a dureza aumentar a resistência à tração à compressão e ao desgaste aumentar o limite de escoamento diminuir o alongamento estricção ductilidade o limite de elasticidade e etc Prof Eng Me Paulo C Wanderley 1ª Fase Aquecimento A peça é aquecida em forno ou forja até uma temperatura recomendada Por volta de 800ºC para os aços ao carbono 2ª Fase Manutenção da temperatura Atingida a temperatura desejada esta deve ser mantida por algum tempo afim de uniformizar o aquecimento em toda a peça 3ª Fase Resfriamento A peça uniformemente aquecida na temperatura desejada é resfriada em água óleo ou jato de ar Têmpera Prof Eng Me Paulo C Wanderley Efeitos da Têmpera 1 Aumento considerável da dureza do aço 2 Aumento da fragilidade em virtude do aumento de dureza O aço tornase muito quebradiço OBS Para reduzir a fragilidade de um aço temperado aplicase um outro tratamento térmico denominado revenimento Prof Eng Me Paulo C Wanderley Em linhas gerais a TEMPERA é o aquecimento do aço acima da temperatura 50C da zona crítica AUSTENITIZAÇÃO Depois devemos manter por determinado tempo e logo após resfriar o aço Prof Eng Me Paulo C Wanderley A temperatura de austenitização é a temperatura de 50C acima da zona crítica linha A3 para aços hipoeutetóides e A1 para os hipereutetóides Quanto maior for a temperatura de austenitização mais homogênea será a austenita EXEMPLO O aço SAE1045 tem alta resistência mecânica associada e boa ductilidade A austenitização é feita com 900ºC Depois realizase a têmpera logo após atingir essa temperatura e revenimos com tempo de 100s O aço ABNT 1020 é um dos aços ao carbono mais comum utilizado como aço para cementação com excelente relação custo benefício comparado com aços mais ligados para o mesmo propósito Possui excelente plasticidade e soldabilidade Após cementação é beneficiado mas possui menor capacidade de endurecimento comparado com o 8620 por exemplo Aplicações É utilizado em componentes mecânicos de uso como engrenagens eixos virabrequins eixoscomando pinos guia anéis de engrenagem colunas catracas capas Forjamento O 1020 deve ser realizado na temperatura mínima de 900ºC e máxima de 1260ºC Tratamento Térmico Recozimento O tratamento deve ser feito na temperatura entre 850 870ºC por no mínimo 1 hora para cada 25 mm Resfriar lentamente no forno Normalização O tratamento deve ser feito na temperatura próxima de 920 950ºC por no mínimo 1 hora para cada 25 mm Resfriar ao ar Em casos especiais pode se utilizar ar forçado Cementação Podem ser utilizados os processos de cementação em caixa a gás ou em banho de sal A temperatura deve estar entre 900 925ºC O tempo de cementação deve ser controlado em função do potencial de carbono e da profundidade de endurecimento especificados A cementação deve ser seguida pelo beneficiamento Têmpera A têmpera pode ser realizada diretamente após a cementação bastando para isto diminuir a temperatura até 840 850ºC manter pelo tempo necessário para homogeneizar a temperatura na seção transversal e resfriar em água A têmpera pode ser realizada também após a cementação com resfriamento do componente até a temperatura ambiente Neste caso utilizar o mesmo procedimento descrito Revenimento Deve ser realizado imediatamente após a têmpera quando a temperatura atingir cerca de 70ºC O revenimento é realizado em temperaturas entre 150 200ºC No revenimento não há queda significativa da dureza mas se garante uma melhor resistência à fratura e a formação de trincas superficiais na retífica Curva de Revenimento Têmpera a partir de 845ºC Prof Eng Me Paulo C Wanderley CURVAS TTT Quando os aços são resfriados com velocidades intermediárias outras microestruturas se formam Para descrever o que ocorre durante o resfriamento dos aços submetido a tratamentos isotérmicos utilizamse as curvas TTT Temperatura Tempo Transformação São diagramas que relacionam as temperaturas e os tempos de início e fim de transformação É possível localizar nas curvas as regiões em que se formam ferrita perlita bainita e martensita Quando uma curva de resfriamento cruza a curva TTT a transformação ocorre na região assinada por um serrilhado A determinação da estrutura é feita analisandose em região da curva TTT ocorreu a transformação CURVAS RC Para tratamentos térmicos industriais em que raramente as temperaturas são mantidas constantes e as peças são continuamente resfriadas desde a temperatura de austenitização até a temperatura ambiente utilizamse curvas de resfriamento contínuo que descrevem as transformações em resfriamento contínuo Tabela de aços profundidade da camada e dureza superficial Prof Eng Me Paulo C Wanderley Fatores que Influenciam nos Tratamentos Térmicos AQUECIMENTO determina a homogeneidade de temperatura na peça o que garante a completa dissolução das fases na austenita TEMPO A TEMPERATURA controla a transformação austenítica Devese tomar cuidado pois se a peça for deixada muito tempo em altas temperatura correse o risco de provocar oxidação nas peças TAXA DE RESFRIAMENTO determina a estrutura resultante do tratamento térmico e portanto suas propriedades ATMOSFERA importante para evitar processos corrosivos Prof Eng Me Paulo C Wanderley Diagrama TRC esquemático do aço eutetóide com a superposição de curvas de resfriamento contínuo típicas dos tratamentos térmicos de têmpera em água têmpera em óleo normalização e de recozimento pleno com a indicação dos respectivos produtos de transformação Prof Eng Me Paulo C Wanderley Cinética das transformações de fase Resfriamento rápido Aços hipoeutetoides Prof Eng Me Paulo C Wanderley Aço hipereutetoide Resfriamento rápido Cinética das transformações de fase Prof Eng Me Paulo C Wanderley Se agora resfriarmos o material lentamente a austenita começa a se transformar em ferrita dentro da zona crítica e finalmente a 727 ºC toda austenita se transforma em perlita A cementita endurece o aço e a ferrita o mantém tenaz A dureza da perlita é intermediária entre a dureza da ferrita e da cementita como se vê na tabela abaixo Tipos de tratamentos térmicos Existem duas classes de tratamentos térmicos 1ª Os que modificam as propriedades de toda a massa do aço a Têmpera b Revenimento c Recozimento 2ª Os que modificam as propriedades somente numa fina camada superficial da peça Tratamentos Termoquímicos a Cementação b Nitretação Prof Eng Me Paulo C Wanderley RECOZIMENTO RECOZIMENTO Tensões surgem na solidificação e nos trabalhos de deformação a frio soldagem ou usinagem Recozimento é um termo genérico indicativo de um tratamento que consiste no aquecimento e manutenção a uma temperatura adequada seguindose um resfriamento numa taxa determinada visando principalmente à diminuição de dureza do aço A temperatura deve ser tal que não ocorra nenhuma transformação de fase 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 No recozimento a peça é aquecida lentamente no forno até uma temperatura abaixo da zona crítica por volta de 570ºC a 670ºC no caso de açoscarbono Sendo um tratamento subcrítico a ferrita e a perlita não chegam a se transformar em austenita Portanto aliviamse as tensões sem alterar a estrutura do material Prof Eng Me Paulo C Wanderley Ex RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES DOS AÇOS Após um período que varia de uma a três horas a partir do início do processo o forno é desligado e a peça é resfriada no próprio forno Esse processo é conhecido como recozimento subcrítico Prof Eng Me Paulo C Wanderley Recozimento pleno Quando uma peça sai do processo inicial de fabricação fundição prensagem forjamento laminação terá de passar por outros processos mecânicos antes de ficar pronta Um eixo por exemplo precisa ser usinado desbastado num torno perfurado O aço deve estar macio para ser trabalhado Por meio do recozimento pleno do aço é possível diminuir sua dureza aumentar a ductibilidade melhorar a usinabilidade e ajustar o tamanho do grão Também são eliminadas as irregularidades resultantes de tratamento térmico ou mecânico sofridas anteriormente DIFERENÇA No recozimento pleno o aço é aquecido a uma temperatura superior à zona crítica Já quando o aquecimento é feito a uma temperatura situada dentro da zona crítica é denominado recozimento Prof Eng Me Paulo C Wanderley O tratamento consiste em aquecer o aço num forno numa temperatura acima da zona crítica Após certo tempo o forno é desligado e a peça é resfriada no seu interior Recozimento pleno Prof Eng Me Paulo C Wanderley TIPOS DE RECOZIMENTO Recozimento para alívio de tensões qualquer liga metálica Recozimento para recristalização qualquer liga metálica Recozimento para homogeneização para peças fundidas Recozimento total ou pleno aços Recozimento isotérmico ou cíclico aços Recozimento para eliminar a dureza de uma peça temperada Recozimento para normalizar a estrutura de um material Prof Eng Me Paulo C Wanderley RECOZIMENTO Seus principais objetivos são Remover tensões devidas a um tratamento mecânico a quente ou a frio Diminuir a dureza Diminuir a resistência mecânica Aumentar a ductilidade Ajustar o tamanho do grão etc Prof Eng Me Paulo C Wanderley RECOZIMENTO pode ser Total ou Isotérmico Subcrítico para alívio de Tensões No recozimento total o material é colocado em temperaturas acima da zona crítica Deve se evitar velocidades muito altas de resfriamento devido ao risco de distorções ao forno muito usado para eliminar o encruamento gerado pelos processos de deformação à frio Prof Eng Me Paulo C Wanderley FASES DO RECOZIMENTO 1ª Fase Aquecimento A peça é aquecida a uma temperatura que varia de acordo com o material a ser recozido Entre 500ºC e 900ºC A escolha da temperatura de recozimento é feita mediante consulta a uma tabela Prof Eng Me Paulo C Wanderley 2ª Fase Manutenção da temperatura A peça deve permanecer aquecida por algum tempo na temperatura recomendada para que as modificações atinjam toda a massa da mesma 3ª Fase Resfriamento O resfriamento deve ser feito lentamente tanto mais lento quanto maior for a porcentagem de carbono do aço No resfriamento para recozimento adotamse os seguintes processos Prof Eng Me Paulo C Wanderley Processos 1 Exposição da peça aquecida ao ar livre Processo pouco usado 2 Colocação da peça em caixas contendo cal cinza areia ou outros materiais Prof Eng Me Paulo C Wanderley Efeitos do recozimento no aço a Elimina a dureza de uma peça temperada anteriormente fazendose voltar a sua dureza normal b Torna o aço mais homogêneo melhora sua ductilidade tornandoo facilmente usinável Prof Eng Me Paulo C Wanderley NORMALIZAÇÃO O material é colocado acima da zona crítica seguido de resfriamento mais lento ao ar com o objetivo de obter uma granulação mais fina dificultar a propagação das trincas tem o objetivo de aumentar os limites de escoamento e resistência do material bem como diminuir o seu alongamento e a estricção Prof Eng Me Paulo C Wanderley NORMALIZAÇÃO Numa temperatura elevada bem acima da zona crítica os grãos de austenita crescem absorvendo os grãos vizinhos menos estáveis Esse crescimento é tão mais rápido quanto mais elevada for a temperatura Se o aço permanecer muitas horas com temperatura um pouco acima da zona crítica por exemplo 780ºC seus grãos também serão aumentados Mesmos objetivos e procedimentos do recozimento porém com resfriamento ao ar promovendo melhores propriedades mecânicas estrutura com granulação mais fina Os objetivos da normalização são o seguintes refinar diminuir a granulação grosseira de peças de aço fundidas laminadas ou forjadas Geralmente após a fundição estas estruturas além de grosseiras são aciculares e heterogêneas uniformizar microestruturas aumentar ou diminuir a resistência mecânica e a dureza de um aço dependendo da historia térmica ou mecânica de seu produto como tratamento preliminar à têmpera e ao revenido Prof Eng Me Paulo C Wanderley No processo de normalização a peça é levada ao forno com temperatura acima da zona crítica na faixa de 750ºC a 950ºC O material se transforma em austenita Depois de uma a três horas o forno é desligado A peça é retirada e colocada numa bancada para se resfriar A estrutura final do aço passa a apresentar grãos finos distribuídos de forma homogênea Prof Eng Me Paulo C Wanderley Curvas de Endurecibilidade Temperabilidade é a capacidade de uma liga ser endurecida pela formação da martensita como resultado da aplicação de um tratamento térmico corresponde a uma medida qualitativa da taxa segundo a qual a dureza cai em função da distância ao se penetrar no interior de uma amostra em função do menor teor de martensita Uma liga de aço que possui alta endurecibilidade é aquela que endurece ou forma martensita não apenas na sua superfície mas em elevado grau também ao longo de todo o seu interior Prof Eng Me Paulo C Wanderley TEMPERABILIDADE É a capacidade dos aços austenitizados se transformarem total ou parcialmente em martensíticos até determinada profundidade da amostra e sob condições de resfriamento especificadas Esta propriedade é de grande importância nos tratamentos térmicos pois representa a capacidade de endurecimento dos aços O método experimental mais comumente utilizado para avaliar a temperabilidade dos aços é o ensaio Jominy Prof Eng Me Paulo C Wanderley Ensaio Jominy No ensaio Jominy empregase um corpo de prova cilíndrico de 25 mm de diâmetro e 100 mm de altura Após a austenitização à temperatura recomendada para o aço que vai ser ensaiado o corpo de prova é resfriado empregando um jato de água que incide na parte inferior do corpo de prova O jato deve sair de um tubo com 10 mm de diâmetro e a pressão de água deve ser regulada para que a altura do jato de água seja de 65 mm Em seguida são efetuadas as medições de dureza sobre a região e traçase um gráfico que representa a variação de dureza em relação à distância a partir da extremidade resfriada pelo jato de água como mostrado na figura abaixo Verificase através do ensaio Jominy que as extremidades temperadas resfriam mais rapidamente e contém mais martensita a taxa de resfriamento decresce com o aumento da distância até a extremidade temperada maior difusão de C mais bainitaperlita menor dureza alta endurecibilidade é indicada por uma curva de endurecibilidade com um comportamento mais próximo de uma reta paralela à abscissa Prof Eng Me Paulo C Wanderley Ensaio Jominy Prof Eng Me Paulo C Wanderley Constituintes do aço Se pegarmos duas amostras de um determinado tipo aço com baixo teor de carbono 01 com teor médio de carbono 05 Através do uso do microscópio metalográfico vemos a estrutura cristalina das duas amostras A amostra de baixo carbono vemos grãos claros ferrita com pouco carbono em maior quantidade e grãos escuros com bastante carbono perlita Prof Eng Me Paulo C Wanderley Já na amostra de médio carbono identificamos mais grãos escuros que claros Conclusão nessa amostra contém mais carbono Os grãos escuros são mais duros e resistentes do que os grãos claros Prof Eng Me Paulo C Wanderley em temperatura de 850ºC toda a estrutura do aço se transforma em austenita Um aço que tenha 04 de carbono quando aquecido ocorre o seguinte em 300ºC a estrutura do aço é igual à sua estrutura na temperatura ambiente ferrita cor branca e perlita cor preta em 760ºC iniciase uma transformação na estrutura do aço a perlita se transforma em austenita e a ferrita permanece estável Prof Eng Me Paulo C Wanderley A propriedade mecânica mais facilmente afetada pelos tratamentos térmicos é a dureza que aumenta ou diminui em função da velocidade de resfriamento Prof Eng Me Paulo C Wanderley FORNO perlita grossa AR Perlita fina dura que a anterior AR SOPRADO Perlita fina que a anterior ÓLEO Perlita martensita ÁGUA martensita Prof Eng Me Paulo C Wanderley Revenimento É o tratamento térmico que se faz nos aços já temperados com a finalidade de diminuir a sua fragilidade isto é torná lo menos quebradiço O revenimento é feito aquecendose a peça temperada até uma certa temperatura resfriandoa em seguida As temperaturas de revenimento são encontradas em tabelas e para os aços ao carbono há uma variação entre 210ºC e 320ºC Prof Eng Me Paulo C Wanderley Fases do revenimento 1ª Fase Aquecimento Feito geralmente em fornos controlando a temperatura da peça com o pirômetro 2ª Fase Manutenção da Temperatura É possível quando o aquecimento é feito em fornos 3ª Fase Resfriamento O resfriamento da peça pode ser a Lento quando a peça é esfriada naturalmente b Rápido mergulhando a peça em água ou óleo Prof Eng Me Paulo C Wanderley Efeitos do revenimento Diminui um pouco a dureza da peça temperada porém aumenta consideravelmente a sua resistência aos choques Geralmente toda peça após ser temperada passa por um revenimento Prof Eng Me Paulo C Wanderley TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS Definição São tratamentos que visam o endurecimento superficial do aço através da difusão de elementos como C carbono N nitrogênio ou B boro formando carbonetos nitretos ou boretos respectivamente Prof Eng Me Paulo C Wanderley CEMENTAÇÃO A cementação é um tratamento que consiste em aumentar a porcentagem de carbono numa fina camada externa da peça Prof Eng Me Paulo C Wanderley CEMENTAÇÃO Prof Eng Me Paulo C Wanderley CEMENTAÇÃO Após a cementação temperase a peça as partes externas adquirem elevada dureza enquanto as partes internas permanecem sem alterações Prof Eng Me Paulo C Wanderley Como é feita a cementação A cementação é feita aquecendose a peça de aço de baixo teor de carbono junto com um material rico em carbono carburante A parte do gáscarburado nitreto de carbono pode ser dito a consistir de um material compósito em que a superfície carburada é dura mas o núcleo inalterado é mais macio e dúctil Quando a peça atinge alta temperatura 750ºC a 1000ºC passa a absorver parte do carbono do carburante Prof Eng Me Paulo C Wanderley Fases da cementação 1ª Fase Aquecimento a Cementação em caixa As peças são colocadas em caixas juntamente com o carburante fechadas hermeticamente e aquecidas até a temperatura recomendada Prof Eng Me Paulo C Wanderley 2ª Fase Manutenção da temperatura O tempo de duração desta fase varia de acordo com a espessura da camada que se deseja e da qualidade do carburante utilizado 01mm a 02mm por hora Prof Eng Me Paulo C Wanderley 3ª Fase Resfriamento A peça é esfriada lentamente dentro da própria caixa Após a cementação as peças são temperadas Prof Eng Me Paulo C Wanderley Cementação em caixa Prof Eng Me Paulo C Wanderley Cementação em banho b Cementação em banho As peças são mergulhadas no carburante líquido aquecido através de cestas ou ganchos Prof Eng Me Paulo C Wanderley Qualidade da cementação Quanto mais tempo a peça permanecer aquecida com o carburante mais espessa se tornará a camada Os carburantes podem ser sólidos líquidos ou gasosos A qualidade dos carburantes influi na rapidez com que se forma a camada Prof Eng Me Paulo C Wanderley Cementação Sólida Carvão Cementação Líquida O componente principal em tais banhos é o cianeto Cementação Gasosa O gás de monóxido de carbono Cementação Prof Eng Me Paulo C Wanderley NITRETAÇÃO Nitretação é um processo que também altera a composição de uma camada superficial do aço Ao contrário da cementação a camada nitretada não necessita ser temperada pois os nitretos que se formam já possuem dureza elevada evitando o empeno da peça A nitretação é feita na faixa de temperatura entre 500 e 600 C o que diminui a possibilidade de empenamentos por transformação de fase A camada nitretada tem menor espessura do que a cementada raramente ultrapassando 08 mm Prof Eng Me Paulo C Wanderley Vantagens da nitretação a alta dureza com alta resistência ao desgaste b alta resistência à fadiga e baixa sensibilidade ao entalhe c melhor resistência à corrosão d alta estabilidade dimensional Prof Eng Me Paulo C Wanderley Nitretação a gás Neste processo é utilizada amônia que é injetada no forno aquecido geralmente a 510 C Nesta temperatura a amônia se dissocia e libera nitrogênio atômico que difunde para o aço Os tempos de tratamento variam entre 12 e 120 horas Prof Eng Me Paulo C Wanderley Questão 01 As curvas TTT de um aço descrevem a decomposição da austenita em diversas microestruturas q uando um aço é resfriado rapidamente da região austenita para a temperatura em que serámanti do por um tempo prefixado tratamento isotérmico Elas indicam a quantidade de uma determinada fase formada pela decomposição da austenita Essas curvas normalmente apresentam a forma da letra C como resultado das interações termodinâmicas e cinéticas A forma da curva C de uma curva TTT ocorre porque em temperaturas muito baixas a força motriz para a transformação é muito Aelevada e a difusão do carbono é muito elevada Belevada mas a difusão do carbono é muito baixa Cbaixa e a difusão do carbono é muito elevada Dbaixa mas a difusão do carbono é muito elevada Ebaixa e a difusão do carbono é muito baixa Resposta E Prof Eng Me Paulo C Wanderley Questão 02 Um aço hipereutetóide é aquecido na região da fase austenita e resfriado ao ar Que microestrutura será observada no microscópio óptico após preparação metalográfica ACementita próeutetóide e ferrita BCementita e perlita próeutetóide CAustenita e cementita DFerrita e perlita próeutetóide EFerrita próeutetóide e perlita Resposta B Prof Eng Me Paulo C Wanderley Questão 03 Temperabilidade está associada à capacidade de endurecimento de um aço durante um resfriamento rápido de uma temperatura dentro do campo austenítico Durante u m teste de temperabilidade foram empregados três meios distintos de resfriamento água com sal à temperatura ambiente óleo à temperatura ambiente e ar parado Os dois aços analisados possuíam 04 em massa de carbono O aço A era um aço ao carbono enquanto o aço B era um aço ligado com maior teor de manganês que o aço A Sendo assim concluise que os aços AA apresenta maior temperabilidade que o aço B pois o aço A apresenta menor con centração de manganês que o aço B BA apresenta maior temperabilidade que o aço B pois o aço A somente foi totalmen te endurecido na água enquanto o aço B foi totalmente endurecido no óleo CB apresenta maior temperabilidade que o aço A pois o aço A somente foi totalmen te endurecido na água enquanto o aço B foi totalmente endurecido no óleo DA e B apresentam a mesma temperabilidade pois ambos formam uma microestru tura composta de ferrita e perlita quando resfriados ao ar EA e B apresentam a mesma temperabilidade pois ambos foram totalmente endu recidos quando resfriados na água Resposta E Prof Eng Me Paulo C Wanderley Questão 04 Cinco aços ao carbono foram normalizados e as quantidades de ferrita e perlita fora m medidas por microscopia óptica quantitativa Nesse contexto considerando se os aços a seguir qual deles apresentou a maior fração volumétrica de ferrita ASAE 1060 BSAE 1045 CSAE 1030 DSAE 1015 ESAE 1005 Resposta E Prof Eng Me Paulo C Wanderley Questão 05 Aços hipereutetóides são empregados na fabricação de lâminas de faca e trilhos d e trem porque apresentam após o tratamento de normalização uma microestrutu ra mais dura e resistente à abrasão que consiste em Aferrita pura Bferrita próeutetoide e perlita Cperlita pura Dcementita próeutetoide e perlita Ecementita pura Resposta D Prof Eng Me Paulo C Wanderley Questão 06 Um aço comum de composição 12 em peso de carbono foi aquecido até 1000C e então lentamente resfriado até alcançar o equilíbrio na temperatura ambiente Após esse ciclo térmico a microestrutura desse aço foi observada por microscopia e verificouse a existência das seguintes fases previstas no diagrama de equilíbrio de fases Ferro Carbono Aferrita e perlita Bferrita e cementita Ccementita e perlita Dmartensita e perlita Emartensita e cementita Resposta C Prof Eng Me Paulo C Wanderley Questão 07 Para os principais tratamentos térmicos dos aços a temperatura acima da zona crítica visa à transformação da liga em uma única fase que tem a maior faixa de solubilidade de elementos químicos no ferro e é denominada Aferrita Bperlita Cledeburita Dcementita Eaustenita Resposta E Prof Eng Me Paulo C Wanderley Questão 08 O tratamento térmico para o aço em que o resfriamento ocorre no óleo é oa Atêmpera Brecozimento Crevenido Dnormalização Erecristalização Resposta A Prof Eng Me Paulo C Wanderley Questão 09 Prof Eng Me Paulo C Wanderley Figura 1 Diagrama ferrocarbono adaptado der ASKELAND 2008 Figura 2 Micrografias dos aços COLPAERT 2008 12 Tratamento Térmico Curva TTT Prof Eng Me Paulo C Wanderley Figura 4 Curvas de resfriamento em um diagrama TTT CHIAVERINI 2005 Têmpera Figura 5 Diagramas TTT para aços hipoeutetóide a e eutetóide b CHIAVERINI 2005 Observamos que para o aço hipoeutetoide a curva de início da transformação toca o eixo da temperatura Com isso mesmo para velocidades de resfriamento muito altas irá ocorrer a transformação de fase da austenita não permitindo a transformação em martensita Nessa situação esses tipos de aços não são temperáveis CHIAVERINI 2005 2 Indicações bibliográficas A Alternativa correta JUSTIFICATIVA Como o aço ABNT 1020 é um aço ao carbono com 020 de carbono é um aço hipoeutetoide Nesse tipo de aço a curva para início da transformação deslocase para a esquerda e toca o eixo das temperaturas fazendo com que mesmo em velocidades de resfriamento muito altas ocorra a transformação de fase da austenita Questão 10 Prof Eng Me Paulo C Wanderley O ponto de fusão de um metal é a temperatura na qual esse material passa do estado sólido para o estado líquido O ponto de fusão assume valores distintos para diferentes metais como apresentado no quadro 2 Em função da estrutura cristalina CFC do alumínio Al sua ductilidade é mantida mesmo em temperaturas abaixo da temperatura ambiente A principal limitação do Al é sua baixa temperatura de fusão que restringe a temperatura máxima na qual ele pode ser usado mas isso facilita sua fundição e sua moldagem Comparado ao aço o alumínio é melhor condutor de electricidade e melhor condutor de calor SHACKELFORD 2016 O quadro 4 mostra um comparativo entre as propriedades do alumínio e do aço ASKELAND e WRIGHT 2014 B Alternativa incorreta JUSTIFICATIVA Comparado ao aço o alumínio apresenta ponto de fusão bem mais baixo e massa específica menor C Alternativa incorreta JUSTIFICATIVA A dureza do alumínio é menor do que a do aço O alumínio apresenta boa ductilidade mesmo em temperaturas muito baixas D Alternativa incorreta JUSTIFICATIVA A plasticidade está associada à ductilidade Um material que apresenta boa ductilidade também apresenta boa plasticidade E Alternativa incorreta JUSTIFICATIVA A dureza do alumínio é menor do que a do aço e sua densidade é próxima a 75 da densidade do aço Questão 11 Prof Eng Me Paulo C Wanderley Os cabos de aço também conhecidos como cabos metálicos são muito utilizados em trabalhos de ancoragem e de movimentação de cargas DE PAOLI 2009 Uma de suas grandes áreas de aplicação é a de construção de máquinas de elevação e de transporte como elevadores talhas guindastes etc Os cabos de aço são obtidos a partir do entrelaçamento de cordões de aço pernas cada um deles constituídos de fios de aço entrelaçados tendo um núcleo central alma que pode ser metálico feito de fibras naturais ou feito de fibras artificiais DE PAOLI 2009 A figura 1 apresenta um cabo de aço e seus componentes Corte transversal típico No quadro 1 estão destacados dois cabos de 8 milímetros de diâmetro O cabo de núcleo de fibra apresenta massa de 201 kg a cada cem metros de comprimento e o cabo de núcleo de aço apresenta massa de 246 kg a cada cem metros de comprimento O cabo de alma de fibra tem limite de resistência igual a 287 kN e o cabo de alma de aço tem limite de resistência igual a 407 kN ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS ABNT NBR 63272006 Cabos de aço para uso geral requisitos mínimos Rio de Janeiro 2006 BOLUFER P La fibra del carbono un material para el siglo 21 Disponível em httpwwwinterempresasnetPlasticoArticulos16574Lafibradecarbonounmaterialparaelsiglo21html Acesso em 21 out 2015 DE PAOLI P C Manual do ponteiro Brasília QEMA 2009 JC FRAGOSO REPAROS ME Cabos de aço Disponível em httpjcfragosocombrcaboaspx Acesso em 21 out 2015 A Limite Elástico B Limite de proporcionalidade C Limite de resistência D Limite de ruptura Tensão Região elástica Escoamento Encruamento Estrição Fase elástica Fase plástica Deformação Prof Eng Me Paulo C Wanderley Ensaio de Tração Prof Eng Me Paulo C Wanderley FIM BOA NOITE Prof Eng Me Paulo C Wanderley