Tratamentos Térmicos de Materiais Metálicos

Tratamentos Térmicos de Materiais Metálicos Introdução Tratamentos térmicos são operações de aquecimento e resfriamento controlados que visam afetar as características dos aços Diversas temperaturas são utilizadas Principais tratamentos térmicos Recozimento Normalização Têmpera Revenimento 2 Objetivos dos Tratamentos Térmicos 3 Os principais objetivos dos tratamentos térmicos são os seguintes Remoção de tensões oriundas de esfriamento desigual trabalho mecânico ou outra causa Aumento ou diminuição da dureza Aumento da resistência mecânica Melhora da ductibilidade Melhora na usinabilidade Melhora da resistência ao desgaste Melhora das propriedades de corte Melhora da resistência a corrosão Melhora da resistência ao calor Modificação das propriedades elétricas e magnéticas Principais tipos de Tratamentos Térmicos 4 Para a realização de um tratamento térmico em um aço os seguintes fatores devem ser levados em consideração Aquecimento Tempo de permanência à temperatura de aquecimento Resfriamento Atmosfera do forno Os principais Tratamentos Térmicos são Recozimento Normalização Têmpera Revenimento Endurecimento por Precipitação Recozimento Recozimento visa reduzir a dureza do aço aumentar a usinabilidade facilitar o trabalho a frio ou atingir a microestrutura ou as propriedades desejadas Pode ser dividido em Recozimento total ou pleno Recozimento isotérmico Recozimento para alívio de tensões Esferoidização 5 Recozimento total ou pleno Consiste em austenitizar o aço resfriandoo lentamente usualmente dentro do forno Busca obter uma estrutura próxima do equilíbrio 6 Nestas condições o produto será a perlita grosseira ferrita ou cementita Recozimento total ou pleno 7 Aquecimento 50C acima da linha A3 para os aços hipoeutetóides 50C acima da linha A1 para hipereutetóides Recozimento total ou pleno Recozimento total ou pleno Recozimento total ou pleno 10 Diagrama esquemático de transformação para recozimento pleno Diagrama esquemático de transformação para recozimento isotérmico Esferoidização Recozimento Isotérmico Consiste no aquecimento do aço nas mesmas condições que para o recozimento total seguido de um esfriamento rápido até uma temperatura situada dentro da porção superior do diagrama TTT onde o material é mantido durante o tempo necessário a se produzir a transformação completa Em seguida é resfriado até a temperatura ambiente 11 Produz assim a ferrita perlita e cementita O processo é mais rápido que o recozimento pleno Recozimento subcrítico alívio de tensões 12 Consiste no aquecimento do aço a temperaturas abaixo do limite inferior da zona crítica O objetivo é aliviar as tensões originadas durante a solidificação ou produzidas em operações de transformação mecânica a frio com pouca modificação da estrutura interna eou propriedades mecânicas Recozimento subcrítico alívio de tensões 13 Ocorre abaixo da linha A1 Buscase recuperar a ductilidade Podem ocorrer recuperação e recristalização Podese realizar alívio de tensões também Esferoidização 14 Consiste num aquecimento e resfriamento subseqüente em condições tais a produzir uma forma globular ou esferoidal de carboneto no aço A esferoidização objetiva melhorar a usinabilidade de aços de alto carbono Esferoidização 16 Fotomicrografia de um aço que possui uma microestrutura de cementita globulizada Recozimento 17 Microestrutura da liga Fe0003C a encruada em 60 b Após recozimento por 2h a 538C Microscopia Óptica Ataque nital 3 Aumento 100X C Microestrutura ideal 006 020 estrutura de forjamento ou laminação 020 030 diâmetro menor que 75 mm normalização diâmetro maior que 75 mm estrutura de forjamento ou laminação 030 040 recozido com perlita grosseira mínimo de ferrita 040 060 perlita grosseira ou estrutura esferoidizada grosseira 060 100 100 esferoidizada NORMALIZAÇÃO Funções Refino do grão e homogeneização da estrutura Melhoria na usinabilidade Refino de estruturas brutas de fusão Obter propriedades mecânicas desejadas Normalização 20 Consiste na austenitização completa do aço seguida de resfriamento ao ar parado ou agitado É indicado para homogeneização da estrutura após o forjamento e antes da têmpera ou revenimento Aços ligados que temperam endurecem ao ar não são normalizados Diagrama de equilíbrio FeC com as faixas de temperatura de deformação a quente e dos tratamentos térmicos de homogeneização normalização e recozimento pleno Normalização 21 Comparação entre as faixas de temperaturas de austenitização para a normalização e o recozimento Normalização 22 Ciclos térmicos esquemáticos dos tratamentos térmicos de recozimento pleno e normalização Recozimento Resfriamento mais lento Microestrutura mais grosseira Austenita Austenita Fe3C Recozimento x Normalização Temperatura eutetoide 1400 Curva de resfriamento lento recozimento pleno 600 Temperatura C 800 1200 1000 1800 500 300 100 Minício M50 M90 Indica uma transformação durante o resfriamento Normalização Propriedades mecânicas dos aços nos estados normalizado e recozido NORMALIZADO Limite de escoamento Limite de resistência à tração Alongamento em 50 mm Estricação Dureza Brinell RECOZIDO Limite de escoamento Limite de resistência à tração Alongamento em 50 mm Estricação Dureza Brinell 24 NORMALIZAÇÃO Aquecimento seguido de resfriamento ao ar NORMALIZAÇÃO NORMALIZAÇÃO Temperatura de normalização recomendada para aços carbono e baixa liga Têmpera Consiste no aquecimento de um do aço até a completa austenitização seguido de resfriamento rápido para causar a formação de uma estrutura martensitica O objetivo é o aumento do limite de resistência à tração e de sua dureza 28 Têmpera 29 Resultam da têmpera maior dureza possível para o aço maior resistência a redução da ductilidade da tenacidade e o aparecimento de apreciáveis níveis de tensões internas Caso essas tensões sejam maiores que o limite de escoamento o material pode deformar Ou se forem maiores que o limite de ruptura a peça pode fissurar Têmpera 30 Produto final ferrita e martensita produto final martensita produto final cementita e martensita Temperabilidade 31 Temperabilidade descreve a habilidade de uma liga em ser endurecida pela formacao de martensita como resultado de um dado tratamento termico Um aco com temperabilidade elevada e aquele que endurece ou que forma martensita nao apenas na sua superficie mas em elevado grau ao longo de todo o seu interior Temperabilidade 32 Distribuicoes radiais da dureza em amostras cilindricas de acocarbono comum 1040 e acoliga 4140 ambas as amostras tem diametro de 50 mm e temperadas em agua 4140 Alta temperabilidade 1040 Baixa temperabilidade TÊMPERA Efeito do diâmetro massa e meio refrigerante nas curvas de resfriamento de um aço 1045 TÊMPERA Efeito do diâmetro e meio refrigerante nas curvas de resfriamento de um aço 1045 As curvas referemse ao centro da barra REVENIMENTO Ciclo de têmpera e revenimento 36 A martensita como temperada é extremamente dura e frágil altas tensões internas podendo trincar sem emprego prático Para atingir valores adequados de resistência mecânica e tenacidade devese logo após a têmpera proceder o revenimento Revenimento 37 É o tratamento térmico que normalmente sempre acompanha a têmpera pois elimina a maioria dos inconvenientes produzidos por ela Além de aliviar ou remover as tensões internas corrige as excessivas dureza e fragilidade do material aumentando sua ductilidade e resistência ao choque Revenimento 38 O aquecimento da martensita permite a reversão do reticulado instável ao reticulado CCC produz reajustamento internos que alivia as tensões A microestrutura da martensita revenida e semelhante a da cementita globulizada exceto que as particulas de cementita sao muito muito menores Revenimento Ferrita α Fe3C 39 Revenimento Efeito da duração do revenimento de um aço com 028C sobre a dureza para quatro temperaturas diferentes Revenimento dos aços rápidos 40 O crescimento da dureza após revenimento foi denominado de dureza secundária Chiaverini 1979 e é causado pela combinação dos processos Revenimento dos aços rápidos 41 A curva A da Figura 109a representa o efeito do revenimento da martensita decomposição da martensita causando uma queda de dureza A curva B representa o efeito de precipitação de carbonetos secundários causando uma elevação na dureza e a curva C representa o efeito da transformação da austenita retida causando mais elevação na dureza A curva D é o resultado obtido pela combinação de efeitos que é ilustrado isoladamente na Figura 109b Martêmpera 42 Objetivo é minimizar o efeito das tensões de resfriamento na têmpera O resfriamento é interrompido por alguns instantes a uma temperatura pouco superior ao início de transformação martensíica diminuindo os gradientes térmicos Diminui perda de peças por trinca Maior custo em relação a têmpera convencional Austêmpera 43 O constituinte que se origina é a bainita Procedimento aquecimento a uma temperatura dentro a faixa de austenitização resfriamento em um banho mantida a uma temperatura constante entre 260400 C permanece no banho a essa temperatura até completar a transformação resfria até temperatura ambiente Comparação entre a têmpera convencional e a Austêmpera Austêmpera 44 As vantagens em relação a têmpeta e revenido tensões internas são menores não há distorção empenamento ou fissuras Desvantagens não pode ser empregado para qualquer aço Austêmpera Resumo Resumo Resumo Considere uma liga com composicao C0 O tratamento consiste em aquecer a liga ate uma temperatura no campo de fases α digamos T0 e aguardar ate que toda a fase β que possa ter estado presente seja completamente dissolvida 49 Endurecimento por precipitação Figura 1 Diagrama de transformação isotérmica para uma liga ferrocarbono com composição eutetóide mostrando alguns possíveis tratamentos térmicos e a microestrutura final Recozimento perlita grossa Normalização perlita fina Austêmpera bainita Tempera martensita e Tempera e Revenimento martensita revenida Esse procedimento e seguido pelo resfriamento rapido ou tempera ate uma temperatura T1 de modo que se previne a formacao qualquer fracao da fase β 50 Endurecimento por precipitação Para o segundo tratamento ou tratamento termico de precipitacao a solucao solida α supersaturada e normalmente aquecida ate uma temperatura intermediaria T2 na regiao bifasica α β em cuja temperatura as taxas de difusao tornamse apreciaveis Precipitados da fase β comecam a se formar como particulas finamente dispersas com composicao Cβ em um processo que e algumas vezes denominado envelhecimento 51 Endurecimento por precipitação A liga Al4Cu é um exemplo clássico de uma liga endurecida por envelhecimento 52 Endurecimento por precipitação A fase α e uma solucao solida substitucional do cobre no aluminio enquanto o composto intermetalico CuAl2 e designado como a fase θ 53 Endurecimento por precipitação Essas particulas de precipitado passam entao atraves de duas fases de transicao representadas como θ e θ antes da formacao da fase de equilibrio θ 54 Endurecimento por precipitação Para as ligas aluminiocobre existe uma distorcao da estrutura da rede cristalina em torno e na vizinhanca das particulas dessas fases de transicao 55 Endurecimento por precipitação As particulas da fase de transicao para uma liga de aluminio 7150 endurecida por precipitacao estao mostradas na micrografia eletronica Tratamentos Térmicos e Termoquimicos superficiais Feitos com a finalidade de se endurecer uma camada superficial do material mantendo o nucleo mole Exemplos Têmpera por inducao Cementacao Nitretação Boretação 56 Têmpera por Indução A peça normalmente cilindrica é inserida em uma bobina de inducao As correntes parasitas induzidas aquecem a peça até uma certa profundidade Apos o resfriamento rapido uma camada superficial se forma com estrutura martensitica Usado por exemplo em cilindros de laminacao cilindros de dispositivos hidraulicos etc 57 EXEMPLOS DE MICROESTRUTURAS OBTIDAS COM TRATAMENTO SUPERFICIAL EXEMPLOS DE MICROESTRUTURAS OBTIDAS COM TRATAMENTO SUPERFICIAL EXEMPLOS DE MICROESTRUTURAS OBTIDAS COM TRATAMENTO SUPERFICIAL EXEMPLOS DE MICROESTRUTURAS OBTIDAS COM TRATAMENTO SUPERFICIAL EXEMPLOS DE MICROESTRUTURAS OBTIDAS COM TRATAMENTO SUPERFICIAL EXEMPLOS DE MICROESTRUTURAS OBTIDAS COM TRATAMENTO SUPERFICIAL Façam os exercícios propostos para a próxima aula 1 Em que consiste a Têmpera Qual é o processo que normalmente se executa posteriormente Explique a razão 2 Diferencie a Austêmpera da Martêmpera 3 Quais as vantagens dos processos de recozimento Para que fins são utilizados 4 Quais as vantagens dos processos de endurecimento superficial Explique Fim da aula Bibliografia CHIAVERINI V AÇOS E FERROS FUNDIDOS Ed ABM 7ª Edição 2002 SILVA A L V C MEI P R Aços e Ligas Especiais Editora Edgard Blücher 3ª edição São Paulo 2010 William D Callister Jr Fundamentos da Ciência e Engenharia de Materiais 8a Edição Editora LTC 2006 65