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Têmpera Desde a antiguidade há a preocupação sobre o modo com que os aços responderiam em operação quando sujeitos aos esforços, um tanto que de forma empírica, os romanos descobriram que aquecendo e logo após resfriando em salmoura, o aço ficaria com uma dureza maior (devido a formação de Martensita), tivemos então o começo do tratamento térmico, que de maneira simples, é basicamente o aquecimento e em seguida o resfriamento de uma determinada peça para a obtenção de propriedades desejadas, e isto pode ser feito para alívio de tensões, diminuição da dureza ou aumento dela, mas sem que ocorra a mudança do estado físico do metal, mas sim do tamanho e do modo com que as suas microestruturas se rearranjam. Neste material, trataremos especificamente de dois tratamentos térmicos, a priori a têmpera e logo após discutiremos sobre o revenimento, correlacionando-os com o diagrama TTT (Diagrama de transformações isotérmicas). Ao desejarmos uma maior resistência ao desgaste, geralmente queremos um material mais duro em relação a outro, a importância da dureza pode ser pontuada em diversos segmentos no dia a dia, uma broca de furadeira seria um exemplo prático e bem próximo do nosso cotidiano. Sendo mais específico com relação aos aços, ao precisarmos de uma maior dureza, podemos recorrer a Têmpera, que consiste no aquecimento do aço acima da zona crítica (zona onde todos os microconstituintes se tornam austenita, “austenitização do aço”) e com a queda brusca de temperatura, típico da têmpera, a austenita não terá tempo para se transformar em perlita (Cementita + Ferrita) ou ferrita, a transformação vai direto para martensita. A nível microestrutural, o que temos é um aquecimento, como já supracitado, acima da zona crítica, onde toda a ferrita presente no aço se transformará em austenita, a partir daí, com o resfriamento rápido, os átomos de carbono não terão tempo para “ sair”, ocasionando a formação de martensita, havendo então um tensionamento do material e um considerável aumento da dureza do aço. Se aprofundando um pouco mais, podemos inferir que quando falamos em têmpera, estamos falando em obter uma estrutura martensítica, e com ela, teremos o aumento da dureza e da resistência à tração, mas com isso, também teremos a diminuição da tenacidade, além de uma tensão devido ao resfriamento num tempo muito curto. Agora, correlacionando o tratamento térmico ao diagrama TTT (Figura 1), o que ocorre é que não queremos que o resfriamento tenha tempo suficiente para que chegue até o joelho da curva, pois se passar, haverá transformação perlitica e essa não é a finalidade da têmpera, entramos na transformação em martensita inicial (M i ) e martensita final (M f ), tendo toda a microestrutura transformada em martensita. FIGURA 1 Vale ressaltar também que é esperado que haja uma certa diferença no tamanho de grãos entre o interior da peça e a superfície dela, devido ao resfriamento ser diferente na superfície e no seu interior, no que diz respeito a velocidade, o que não ocorre quando tratamos de martêmpera, em que adequamos a temperatura externa a interna. Apesar da têmpera se tratar de um aquecimento e um resfriamento brusco, há alguns cuidados a serem tomados, dentre eles o cuidado com o superaquecimento, pois caso ocorra, teremos a formação de martensita ocidular grosseira, o que irá acarretar numa fragilidade elevada ao material, no que diz respeito ao resfriamento, ele deverá ser rápido de modo que ocorra a transformação austenita diretamente para martensita, sem perlita ou ferrita durante o processo. Há diversos meios para resfriamento rápido do aço, podendo ser em água, gases inertes, ar, água e sal (salmoura) e até mesmo óleos minerais, a escolha do processo de resfriamento geralmente irá depender da composição do aço, espessura da peça, porcentagem de carbono e também do quão distante o joelho da curva TTT estará do eixo Y do gráfico, isto irá determinar a quão brusca/rápido deverá ser o meu resfriamento. A porcentagem de carbono está ligada ao quanto a curva TTT estará próxima do eixo Y do gráfico, ou seja, quanto menos carbono, poderíamos dizer que menos temperável seria o aço, isto ocorre pois como a curva está muito próxima, quanto menor o teor de carbono, sempre haverá uma transformação perlítica, o que acarretará em não termo uma integralidade de martensita na peça, na curva de Jominy (Figura 2), podemos enxergar graficamente a relação da porcentagem de carbono e a dureza na face da peça. FIGURA 2 Podemos observar que quanto maior a porcentagem de carbono, maior será a dureza na face e quando a porcentagem de carbono é baixa, temos uma formação de martensita parcial, logo, não ocorre uma têmpera cem por cento efetiva, mas ainda ocorre. Revenimento Obter uma determinada dureza, e com isto resistência ao desgaste e também resistência a tração são fatores muito importantes para os aços, e isto é alcançado através da têmpera, no entanto, com o aumento da dureza e resistência a tração, também temos um aumento da tensão interna, isto se dá pois o resfriamento da têmpera é efetuado de modo brusco, não dando tempo para que os átomos se reorganizem ou para que ocorra difusão, logo, a estrutura ficará com uma tensão interna relativamente grande, está é uma consequência da têmpera. Devido a isto, se faz necessário um tratamento para que ocorra a correção dessas tensões, entrando em cena o revenimento. Descrevendo de modo simplório, este tratamento se dá logo após a têmpera, onde a peça retorna ao forno, mas desta vez, abaixo da zona crítica, então a peça é retirada do forno e resfriada ao ar, corrigindo o excesso de dureza e fragilidade, também aliviando ou removendo as tensões. É interessante ressaltar que ao corrigir a dureza e a fragilidade do material, aumentamos a dureza e a tenacidade, esta frase a princípio pode parecer um tanto que estranha, mas o que ocorre de fato, é que no revenimento conseguimos trabalhar essas propriedades de acordo com a finalidade do projeto, pois podemos ter como fim mais resistência, uma maior tenacidade quando comparado a resistência ou até mesmo o máximo possível de ambas as propriedades, e isto pode ser visto quando analisamos a influência da temperatura de revenimento com a dureza do aço, como mostrado na figura 3. FIGURA 3 Como podemos observar, conforme aumentamos a temperatura de revenimento, a dureza diminui, e inversamente a isto, à medida que aumenta a temperatura, a resistência ao choque (tenacidade) vai aumentando e a intersecção entre as duas curvas representa a melhor dureza associada a melhor resistência ao choque, seria o máximo que poderíamos obter das duas concomitantemente. A correção do revenimento com o diagrama TTT pode ser observado na figura 1, parte cinza, mas aprofundando um pouco a mais, podemos estudar o tratamento térmico na curva TTT de acordo com a faixa de temperatura, correlacionando-a a microestrutura formada no aço, entre 150 e 230°C os carbonetos começariam a precipitar, teríamos então uma estrutura de martensita revenida, havendo precipitação, escurecendo a martensita, diminuindo a dureza, na faixa entre 230 e 400°C ainda ocorrerá precipitação de carbonetos, mas será em formato globular, ainda mantendo a martensita revenida, porém, diminuindo ainda mais a dureza, entre 400 e 500°C teremos o crescimento dos glóbulos, formando a sorbita, mais uma vez, a dureza continua a cair, fato que pode ser observado de acordo com o gráfico da figura 3 e por último, entre 650 e 738° teremos os carbonetos formando partículas globulares, apresentando a menor dureza após o revenimento, formando esferoidita, valendo ressaltar que a esferoidita, apesar de nome similar, não é o mesmo que esferoidização, pois a formação de esferoidita se dá por meio de uma estrutura/aço que foi temperado e logo após normalizado, e não recozido. Basicamente temos a precipitação de carbono a baixas temperaturas, formando martensita revenida, logo após teremos carbonetos globulares, conferindo ao aço maior tenacidade e com isto, menor resistência. Por fim, mas não menos importante, é obtido de forma empírica, que alguns aços apresentam fragilidade ao revenido quando estão em determinadas faixas de temperatura, ou quando resfriados rapidamente, sendo que tal fragilidade apenas é conhecida quando realizado ensaios de resistência a choque. TRATAMENTOS ISOTÉRMICOS Os tratamentos Isotérmicos, são tratamentos modernos baseados na curva em C, eles consistem na Austenitização, seguido de um resfriamento rápido até uma determinada temperatura, onde a peça permanece até a transformação da Austenita se completar. O Tratamento Isotérmico é dividido em Martêmpera e Austêmpera. MARTÊMPERA É um tratamento onde ocorre a austenitização seguida de um resfriamento brusco, até que a peça atinja uma temperatura ligeiramente acima da faixa onde onde é formada a Martensita, para que a temperatura da peça possa ser equalizada por meio de seu resfriamento, até a temperatura ambiente. É um processo limitado a peças com pequenas espessuras, devido à baixa velocidade de resfriamento. É um tratamento que busca produzir Martensita. Conforme esquematizado na Figura 4, Martêmpera consiste no aquecimento a uma temperatura logo acima da crítica, seguido de resfriamento rápido a uma temperatura acima de Mi (início de formação da Martensita), onde a peça é mantida tempo suficiente para atingir a uniformidade de temperatura através de toda secção. Depois o aço é resfriado lentamente ao ar pela faixa Mi - Mf de modo a produzir Martensita. Em seguida, é realizado um revenimento para atingir a dureza desejada. O meio de resfriamento utilizado neste processo, é geralmente um banho de sal. A principal vantagem deste processo é devido ao resfriamento relativamente rápido a uma temperatura acima de Mi , não produzindo grande diferença de temperatura entre a superfície e o centro da peça, de modo que a formação de Martensita ocorre uniformemente através de toda a peça, assim eliminando praticamente todas as tensões residuais, o empenamento e as fissuras de tempera. FIGURA 4 AUSTÊMPERA O tratamento de Austêmpera consiste no aquecimento da peça até a temperatura de austenitização. O tratamento Austêmpera se diferencia dos processos de Têmpera e Martêmpera na questão do tipo e temperatura do meio de resfriamento, onde este é controlado para que se possa obter a transformação da estrutura de Austenita para Bainita. De maneira a elevar a durabilidade de materiais provenientes de liga de ferro e de carbono, ou seja, aço, sendo que seu escopo também é aumentar a resistência do produto ao desgaste e, assim, tornar possível a sua efetiva utilização em inúmeras aplicações. É um tratamento que busca produzir Bainita. Conforme esquematizado na Figura 5, Austêmpera consiste no aquecimento do aço até uma temperatura acima da zona crítica, seguido de resfriamento rápido mantendo uma temperatura constante, dentro da faixa de formação da Bainita (aproximadamente 250 °C a 400°C) durante o tempo necessário até ocorrer a transformação. Em seguida o aço é resfriado rapidamente até a temperatura ambiente. As estruturas Bainitas obtidas na Austêmpera, caracterizam-se por elevada dutilidade, com durezas elevadas, da ordem de 50 Rockwell C, dutilidade bem superior a da Martensita Revenida que possui a mesma dureza. Este tratamento possui uma restrição em respeito às dimensões das peças, elas devem possuir uma espessura pequena, de modo que, resfriando rapidamente, evite a formação de Perlita Fina. A principal vantagem deste processo é que, devido a estrutura Bainítica se formar diretamente da Austenita a uma temperatura bem mais alta do que a Martensita, as tensões internas desenvolvidas são muito menores, não se verifica praticamente distorção ou empenamento, o que é importante em peças com secções finas e formas complicadas. Uma recente modificação na Austêmpera permite utilizar o tratamento em peças maiores. O aço, depois de aquecido acima da temperatura crítica é rapidamente resfriado, assim, evitando o cotovelo da curva em C, a uma temperatura abaixo de Mi , assim tendo uma pequena parte da Austenita transformada em Martensita. A peça é, em seguida, transferida para um forno cuja temperatura permite a transformação para a estrutura bainítica. FIGURA 5 ESFEROIDIZAÇÃO O Tratamento térmico pode ser definido como resfriamento ou aquecimento controlado de metais, com o objetivo de alterar as suas propriedades mecânicas e físicas do material, não alterando o produto final. O processo de esferoidização consiste em um processo aplicado normalmente em aços hipereutetóides e aços ligas. Nesses casos, a perlita é envolvida por uma rede de cementita, que dificulta processos de usinagem neste material. Esse tratamento consiste em aquecer e manter por um longo tempo o material em temperaturas um pouco abaixo da formação da austenita e controlando seu tempo de resfriamento, normalmente resfriado em fornos. Tendo como resultado uma estrutura esférica de cementita em uma matriz de ferrita, facilitando o processo de usinagem, aumentando a ductilidade do material. Este tratamento também é chamado de coalescimento, pelo fato de que durante o processo a cementita se aglutina em partículas de forma esferoidal. Os aços que mais utilizam o processo de esferoidização são os com teores superiores a 0,5% de carbono, visando baixar a dureza. Há duas maneiras de ser feito o tratamento térmico de esferoidização: · Austenitizar o material, ou seja, fazer um resfriamento abaixo da temperatura eutetóide, conservando essa temperatura por um período entre oito e vinte horas, e seu resfriamento será ao ar. Também podendo variar entre temperaturas abaixo e acima da temperatura de austenitização · O aço sendo aquecido a uma temperatura abaixo da temperatura eutetóide, conservando-se nessa temperatura por um tempo entre oito e vinte horas, com um resfriamento posterior ao ar. A microestrutura que resulta desse processo é a esferoidita, ou seja, um fundo de ferrita com a matriz cementita e os carbonetos dos elementos de liga em forma de esferas soltos na matriz. O recozimento de esferoidização O recozimento de esferoidização é utilizado para aços de médio e alto teor de carbono, para obter uma microestrutura composta por partículas praticamente esféricas de cementita em matriz ferrita Ciclos térmicos de esferoidização Também podem ser utilizados ciclos térmicos para o processo de esferoidização. No diagrama A é apresentado o Recozimento Sub-crítico, que consiste no aquecimento do aço a temperatura abaixo de A1, permanecendo por um longo período de tempo, não ocorre mudanças de fase nesse ciclo. No diagrama B é apresentado o Recozimento Pendular, que consiste em variar a temperatura em determinadas vezes em torno a linha A1, com resfriamento lento. Quando a temperatura sobe acima de A1 os carbonetos mais finos se dissolvem, e quando abaixa a temperatura ocorre a precipitação na cementita que não se dissolveu. No diagrama C é apresentado o Resfriamento Controlado, que consiste no aquecimento do material até a temperatura entre 10 a 30°C acima de A1, por determinado tempo e posteriormente resfriando lentamente. No diagrama D é apresentado o Resfriamento Isotérmico, que consiste em aquecer o aço até uma temperatura entre A1 e A3, mantendo nessa temperatura por um pequeno período de tempo e em seguida resfriado até uma temperatura inferior a A1, mantendo-se nessa temperatura o tempo suficiente para que ocorra a transformação de toda a austenita existente e se obtenha um coalescimento suficiente da cementita. Normalização Tratamento térmico aplicado aos aços com objetivo de obter uma microestrutura homogênea e refinada em substituição a microestrutura original grosseira, oriunda de fundição ou de crescimento excessivo de grãos decorrente de processo térmico/termomecânico em temperatura elevada. Esse crescimento é tão rápido quanto mais elevada for a temperatura. Se o aço permanecer um pouco acima da zona crítica (por exemplo 780ºC), seus grãos também serão aumentados. O refino de grãos proporcionado pela normalização resulta no aumento da resistência mecânica e tenacidade (a homogeneização resultante também contribui neste sentido). O ciclo térmico de normalização consiste no aquecimento até o campo austenítico (acima da linha Ac3), seguido de um resfriamento ao ar. No resfriamento, os grãos de austenita transformam-se em grãos de perlita e ferrita. Suas dimensões dependem, em parte, do tamanho dos grãos de austenita. Uma granulação grosseira torna o material quebradiço, alterando suas propriedades mecânicas. As fissuras (trincas) também se propagam mais facilmente no interior dos grãos grandes. Por isso, os grãos mais finos possuem melhores propriedades mecânicas. A normalização consiste em refinar a granulação grosseira da peça, de modo que os grãos fiquem na faixa de tamanho considerada normal. Na 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 resfriar. Recozimento Pleno O recozimento pleno consiste no aquecimento do aço a uma temperatura superior à zona crítica (quando este aquecimento é feito a uma temperatura situada dentro da zona crítica, é denominado recozimento intercrítico) seguido por um resfriamento lento (dentro do forno, por exemplo). A finalidade deste tratamento é restaurar as propriedades alteradas por um tratamento mecânico ou térmico anterior, ou então, refinar/homogeneizar estruturas brutas de fusão. Quando o aço é aquecido a uma temperatura superior à temperatura crítica (Ac1), começa a ocorrer nucleação e posteriormente o crescimento de grãos de austenita, modificando a microestrutura anterior do material, qualquer que esta seja. Posteriormente, durante o resfriamento lento a austenita se decompõe numa mistura de ferrita e cementita (perlita) inteiramente nova. Aquecimento: deve ser uniforme e a temperatura de tratamento deve ser homogênea para evitar distorções e até fraturas. Temperatura de recozimento : varia em função da composição química. – 20-50ºC acima de Ac3 (limite superior da zona crítica) para aços hipoeutetóides; – aços hipereutetóides: entre Ac1 e Acm para evitar formação de cementita pro-eutetóide fragilizante nos contornos. Tempo de permanência (patamar): deve ser suficiente para formação e homogeneização da austenita, inclusive no centro da peça. Varia em função da espessura da peça que, quanto maior precisa de mais tempo. Atmosfera do forno: em fornos de atmosfera oxidante devem ser minimizadas as entradas de ar para evitar a formação de carepa (óxido), principalmente para peças grandes com longos tempos de tratamento, assim como a descarbonetação de peças cementadas (endurecidas superficialmente por tratamentos termoquímicos). Esfriamento lento: deve ser realizado preferencialmente dentro do forno. Se o custo for inaceitável: resfriamento em campânulas isoladas ou imersas/enterradas em materiais isolantes térmicos (vermiculite, cal em pó, areia bem seca, cinzas ou outros meios que assegurem resfriamento bem lento após saída do forno). Quando uma peça sai do processo inicial de fabricação ou fundição, prensagem, forjamento, laminação terá que passar por outros processos antes de ficar pronta, esse aço deve estar macio para ser trabalhado no processo de usinagem por exemplo. Por meio do recozimento pleno do aço é possível diminuir sua dureza e aumentar a ductibilidade, e melhorar a sua usinabilidade e ajustar o tamanho do grão. Também serão eliminadas as irregularidades resultantes do tratamento térmico ou mecânico, sofridas anteriormente.
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Têmpera Desde a antiguidade há a preocupação sobre o modo com que os aços responderiam em operação quando sujeitos aos esforços, um tanto que de forma empírica, os romanos descobriram que aquecendo e logo após resfriando em salmoura, o aço ficaria com uma dureza maior (devido a formação de Martensita), tivemos então o começo do tratamento térmico, que de maneira simples, é basicamente o aquecimento e em seguida o resfriamento de uma determinada peça para a obtenção de propriedades desejadas, e isto pode ser feito para alívio de tensões, diminuição da dureza ou aumento dela, mas sem que ocorra a mudança do estado físico do metal, mas sim do tamanho e do modo com que as suas microestruturas se rearranjam. Neste material, trataremos especificamente de dois tratamentos térmicos, a priori a têmpera e logo após discutiremos sobre o revenimento, correlacionando-os com o diagrama TTT (Diagrama de transformações isotérmicas). Ao desejarmos uma maior resistência ao desgaste, geralmente queremos um material mais duro em relação a outro, a importância da dureza pode ser pontuada em diversos segmentos no dia a dia, uma broca de furadeira seria um exemplo prático e bem próximo do nosso cotidiano. Sendo mais específico com relação aos aços, ao precisarmos de uma maior dureza, podemos recorrer a Têmpera, que consiste no aquecimento do aço acima da zona crítica (zona onde todos os microconstituintes se tornam austenita, “austenitização do aço”) e com a queda brusca de temperatura, típico da têmpera, a austenita não terá tempo para se transformar em perlita (Cementita + Ferrita) ou ferrita, a transformação vai direto para martensita. A nível microestrutural, o que temos é um aquecimento, como já supracitado, acima da zona crítica, onde toda a ferrita presente no aço se transformará em austenita, a partir daí, com o resfriamento rápido, os átomos de carbono não terão tempo para “ sair”, ocasionando a formação de martensita, havendo então um tensionamento do material e um considerável aumento da dureza do aço. Se aprofundando um pouco mais, podemos inferir que quando falamos em têmpera, estamos falando em obter uma estrutura martensítica, e com ela, teremos o aumento da dureza e da resistência à tração, mas com isso, também teremos a diminuição da tenacidade, além de uma tensão devido ao resfriamento num tempo muito curto. Agora, correlacionando o tratamento térmico ao diagrama TTT (Figura 1), o que ocorre é que não queremos que o resfriamento tenha tempo suficiente para que chegue até o joelho da curva, pois se passar, haverá transformação perlitica e essa não é a finalidade da têmpera, entramos na transformação em martensita inicial (M i ) e martensita final (M f ), tendo toda a microestrutura transformada em martensita. FIGURA 1 Vale ressaltar também que é esperado que haja uma certa diferença no tamanho de grãos entre o interior da peça e a superfície dela, devido ao resfriamento ser diferente na superfície e no seu interior, no que diz respeito a velocidade, o que não ocorre quando tratamos de martêmpera, em que adequamos a temperatura externa a interna. Apesar da têmpera se tratar de um aquecimento e um resfriamento brusco, há alguns cuidados a serem tomados, dentre eles o cuidado com o superaquecimento, pois caso ocorra, teremos a formação de martensita ocidular grosseira, o que irá acarretar numa fragilidade elevada ao material, no que diz respeito ao resfriamento, ele deverá ser rápido de modo que ocorra a transformação austenita diretamente para martensita, sem perlita ou ferrita durante o processo. Há diversos meios para resfriamento rápido do aço, podendo ser em água, gases inertes, ar, água e sal (salmoura) e até mesmo óleos minerais, a escolha do processo de resfriamento geralmente irá depender da composição do aço, espessura da peça, porcentagem de carbono e também do quão distante o joelho da curva TTT estará do eixo Y do gráfico, isto irá determinar a quão brusca/rápido deverá ser o meu resfriamento. A porcentagem de carbono está ligada ao quanto a curva TTT estará próxima do eixo Y do gráfico, ou seja, quanto menos carbono, poderíamos dizer que menos temperável seria o aço, isto ocorre pois como a curva está muito próxima, quanto menor o teor de carbono, sempre haverá uma transformação perlítica, o que acarretará em não termo uma integralidade de martensita na peça, na curva de Jominy (Figura 2), podemos enxergar graficamente a relação da porcentagem de carbono e a dureza na face da peça. FIGURA 2 Podemos observar que quanto maior a porcentagem de carbono, maior será a dureza na face e quando a porcentagem de carbono é baixa, temos uma formação de martensita parcial, logo, não ocorre uma têmpera cem por cento efetiva, mas ainda ocorre. Revenimento Obter uma determinada dureza, e com isto resistência ao desgaste e também resistência a tração são fatores muito importantes para os aços, e isto é alcançado através da têmpera, no entanto, com o aumento da dureza e resistência a tração, também temos um aumento da tensão interna, isto se dá pois o resfriamento da têmpera é efetuado de modo brusco, não dando tempo para que os átomos se reorganizem ou para que ocorra difusão, logo, a estrutura ficará com uma tensão interna relativamente grande, está é uma consequência da têmpera. Devido a isto, se faz necessário um tratamento para que ocorra a correção dessas tensões, entrando em cena o revenimento. Descrevendo de modo simplório, este tratamento se dá logo após a têmpera, onde a peça retorna ao forno, mas desta vez, abaixo da zona crítica, então a peça é retirada do forno e resfriada ao ar, corrigindo o excesso de dureza e fragilidade, também aliviando ou removendo as tensões. É interessante ressaltar que ao corrigir a dureza e a fragilidade do material, aumentamos a dureza e a tenacidade, esta frase a princípio pode parecer um tanto que estranha, mas o que ocorre de fato, é que no revenimento conseguimos trabalhar essas propriedades de acordo com a finalidade do projeto, pois podemos ter como fim mais resistência, uma maior tenacidade quando comparado a resistência ou até mesmo o máximo possível de ambas as propriedades, e isto pode ser visto quando analisamos a influência da temperatura de revenimento com a dureza do aço, como mostrado na figura 3. FIGURA 3 Como podemos observar, conforme aumentamos a temperatura de revenimento, a dureza diminui, e inversamente a isto, à medida que aumenta a temperatura, a resistência ao choque (tenacidade) vai aumentando e a intersecção entre as duas curvas representa a melhor dureza associada a melhor resistência ao choque, seria o máximo que poderíamos obter das duas concomitantemente. A correção do revenimento com o diagrama TTT pode ser observado na figura 1, parte cinza, mas aprofundando um pouco a mais, podemos estudar o tratamento térmico na curva TTT de acordo com a faixa de temperatura, correlacionando-a a microestrutura formada no aço, entre 150 e 230°C os carbonetos começariam a precipitar, teríamos então uma estrutura de martensita revenida, havendo precipitação, escurecendo a martensita, diminuindo a dureza, na faixa entre 230 e 400°C ainda ocorrerá precipitação de carbonetos, mas será em formato globular, ainda mantendo a martensita revenida, porém, diminuindo ainda mais a dureza, entre 400 e 500°C teremos o crescimento dos glóbulos, formando a sorbita, mais uma vez, a dureza continua a cair, fato que pode ser observado de acordo com o gráfico da figura 3 e por último, entre 650 e 738° teremos os carbonetos formando partículas globulares, apresentando a menor dureza após o revenimento, formando esferoidita, valendo ressaltar que a esferoidita, apesar de nome similar, não é o mesmo que esferoidização, pois a formação de esferoidita se dá por meio de uma estrutura/aço que foi temperado e logo após normalizado, e não recozido. Basicamente temos a precipitação de carbono a baixas temperaturas, formando martensita revenida, logo após teremos carbonetos globulares, conferindo ao aço maior tenacidade e com isto, menor resistência. Por fim, mas não menos importante, é obtido de forma empírica, que alguns aços apresentam fragilidade ao revenido quando estão em determinadas faixas de temperatura, ou quando resfriados rapidamente, sendo que tal fragilidade apenas é conhecida quando realizado ensaios de resistência a choque. TRATAMENTOS ISOTÉRMICOS Os tratamentos Isotérmicos, são tratamentos modernos baseados na curva em C, eles consistem na Austenitização, seguido de um resfriamento rápido até uma determinada temperatura, onde a peça permanece até a transformação da Austenita se completar. O Tratamento Isotérmico é dividido em Martêmpera e Austêmpera. MARTÊMPERA É um tratamento onde ocorre a austenitização seguida de um resfriamento brusco, até que a peça atinja uma temperatura ligeiramente acima da faixa onde onde é formada a Martensita, para que a temperatura da peça possa ser equalizada por meio de seu resfriamento, até a temperatura ambiente. É um processo limitado a peças com pequenas espessuras, devido à baixa velocidade de resfriamento. É um tratamento que busca produzir Martensita. Conforme esquematizado na Figura 4, Martêmpera consiste no aquecimento a uma temperatura logo acima da crítica, seguido de resfriamento rápido a uma temperatura acima de Mi (início de formação da Martensita), onde a peça é mantida tempo suficiente para atingir a uniformidade de temperatura através de toda secção. Depois o aço é resfriado lentamente ao ar pela faixa Mi - Mf de modo a produzir Martensita. Em seguida, é realizado um revenimento para atingir a dureza desejada. O meio de resfriamento utilizado neste processo, é geralmente um banho de sal. A principal vantagem deste processo é devido ao resfriamento relativamente rápido a uma temperatura acima de Mi , não produzindo grande diferença de temperatura entre a superfície e o centro da peça, de modo que a formação de Martensita ocorre uniformemente através de toda a peça, assim eliminando praticamente todas as tensões residuais, o empenamento e as fissuras de tempera. FIGURA 4 AUSTÊMPERA O tratamento de Austêmpera consiste no aquecimento da peça até a temperatura de austenitização. O tratamento Austêmpera se diferencia dos processos de Têmpera e Martêmpera na questão do tipo e temperatura do meio de resfriamento, onde este é controlado para que se possa obter a transformação da estrutura de Austenita para Bainita. De maneira a elevar a durabilidade de materiais provenientes de liga de ferro e de carbono, ou seja, aço, sendo que seu escopo também é aumentar a resistência do produto ao desgaste e, assim, tornar possível a sua efetiva utilização em inúmeras aplicações. É um tratamento que busca produzir Bainita. Conforme esquematizado na Figura 5, Austêmpera consiste no aquecimento do aço até uma temperatura acima da zona crítica, seguido de resfriamento rápido mantendo uma temperatura constante, dentro da faixa de formação da Bainita (aproximadamente 250 °C a 400°C) durante o tempo necessário até ocorrer a transformação. Em seguida o aço é resfriado rapidamente até a temperatura ambiente. As estruturas Bainitas obtidas na Austêmpera, caracterizam-se por elevada dutilidade, com durezas elevadas, da ordem de 50 Rockwell C, dutilidade bem superior a da Martensita Revenida que possui a mesma dureza. Este tratamento possui uma restrição em respeito às dimensões das peças, elas devem possuir uma espessura pequena, de modo que, resfriando rapidamente, evite a formação de Perlita Fina. A principal vantagem deste processo é que, devido a estrutura Bainítica se formar diretamente da Austenita a uma temperatura bem mais alta do que a Martensita, as tensões internas desenvolvidas são muito menores, não se verifica praticamente distorção ou empenamento, o que é importante em peças com secções finas e formas complicadas. Uma recente modificação na Austêmpera permite utilizar o tratamento em peças maiores. O aço, depois de aquecido acima da temperatura crítica é rapidamente resfriado, assim, evitando o cotovelo da curva em C, a uma temperatura abaixo de Mi , assim tendo uma pequena parte da Austenita transformada em Martensita. A peça é, em seguida, transferida para um forno cuja temperatura permite a transformação para a estrutura bainítica. FIGURA 5 ESFEROIDIZAÇÃO O Tratamento térmico pode ser definido como resfriamento ou aquecimento controlado de metais, com o objetivo de alterar as suas propriedades mecânicas e físicas do material, não alterando o produto final. O processo de esferoidização consiste em um processo aplicado normalmente em aços hipereutetóides e aços ligas. Nesses casos, a perlita é envolvida por uma rede de cementita, que dificulta processos de usinagem neste material. Esse tratamento consiste em aquecer e manter por um longo tempo o material em temperaturas um pouco abaixo da formação da austenita e controlando seu tempo de resfriamento, normalmente resfriado em fornos. Tendo como resultado uma estrutura esférica de cementita em uma matriz de ferrita, facilitando o processo de usinagem, aumentando a ductilidade do material. Este tratamento também é chamado de coalescimento, pelo fato de que durante o processo a cementita se aglutina em partículas de forma esferoidal. Os aços que mais utilizam o processo de esferoidização são os com teores superiores a 0,5% de carbono, visando baixar a dureza. Há duas maneiras de ser feito o tratamento térmico de esferoidização: · Austenitizar o material, ou seja, fazer um resfriamento abaixo da temperatura eutetóide, conservando essa temperatura por um período entre oito e vinte horas, e seu resfriamento será ao ar. Também podendo variar entre temperaturas abaixo e acima da temperatura de austenitização · O aço sendo aquecido a uma temperatura abaixo da temperatura eutetóide, conservando-se nessa temperatura por um tempo entre oito e vinte horas, com um resfriamento posterior ao ar. A microestrutura que resulta desse processo é a esferoidita, ou seja, um fundo de ferrita com a matriz cementita e os carbonetos dos elementos de liga em forma de esferas soltos na matriz. O recozimento de esferoidização O recozimento de esferoidização é utilizado para aços de médio e alto teor de carbono, para obter uma microestrutura composta por partículas praticamente esféricas de cementita em matriz ferrita Ciclos térmicos de esferoidização Também podem ser utilizados ciclos térmicos para o processo de esferoidização. No diagrama A é apresentado o Recozimento Sub-crítico, que consiste no aquecimento do aço a temperatura abaixo de A1, permanecendo por um longo período de tempo, não ocorre mudanças de fase nesse ciclo. No diagrama B é apresentado o Recozimento Pendular, que consiste em variar a temperatura em determinadas vezes em torno a linha A1, com resfriamento lento. Quando a temperatura sobe acima de A1 os carbonetos mais finos se dissolvem, e quando abaixa a temperatura ocorre a precipitação na cementita que não se dissolveu. No diagrama C é apresentado o Resfriamento Controlado, que consiste no aquecimento do material até a temperatura entre 10 a 30°C acima de A1, por determinado tempo e posteriormente resfriando lentamente. No diagrama D é apresentado o Resfriamento Isotérmico, que consiste em aquecer o aço até uma temperatura entre A1 e A3, mantendo nessa temperatura por um pequeno período de tempo e em seguida resfriado até uma temperatura inferior a A1, mantendo-se nessa temperatura o tempo suficiente para que ocorra a transformação de toda a austenita existente e se obtenha um coalescimento suficiente da cementita. Normalização Tratamento térmico aplicado aos aços com objetivo de obter uma microestrutura homogênea e refinada em substituição a microestrutura original grosseira, oriunda de fundição ou de crescimento excessivo de grãos decorrente de processo térmico/termomecânico em temperatura elevada. Esse crescimento é tão rápido quanto mais elevada for a temperatura. Se o aço permanecer um pouco acima da zona crítica (por exemplo 780ºC), seus grãos também serão aumentados. O refino de grãos proporcionado pela normalização resulta no aumento da resistência mecânica e tenacidade (a homogeneização resultante também contribui neste sentido). O ciclo térmico de normalização consiste no aquecimento até o campo austenítico (acima da linha Ac3), seguido de um resfriamento ao ar. No resfriamento, os grãos de austenita transformam-se em grãos de perlita e ferrita. Suas dimensões dependem, em parte, do tamanho dos grãos de austenita. Uma granulação grosseira torna o material quebradiço, alterando suas propriedades mecânicas. As fissuras (trincas) também se propagam mais facilmente no interior dos grãos grandes. Por isso, os grãos mais finos possuem melhores propriedades mecânicas. A normalização consiste em refinar a granulação grosseira da peça, de modo que os grãos fiquem na faixa de tamanho considerada normal. Na 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 resfriar. Recozimento Pleno O recozimento pleno consiste no aquecimento do aço a uma temperatura superior à zona crítica (quando este aquecimento é feito a uma temperatura situada dentro da zona crítica, é denominado recozimento intercrítico) seguido por um resfriamento lento (dentro do forno, por exemplo). A finalidade deste tratamento é restaurar as propriedades alteradas por um tratamento mecânico ou térmico anterior, ou então, refinar/homogeneizar estruturas brutas de fusão. Quando o aço é aquecido a uma temperatura superior à temperatura crítica (Ac1), começa a ocorrer nucleação e posteriormente o crescimento de grãos de austenita, modificando a microestrutura anterior do material, qualquer que esta seja. Posteriormente, durante o resfriamento lento a austenita se decompõe numa mistura de ferrita e cementita (perlita) inteiramente nova. Aquecimento: deve ser uniforme e a temperatura de tratamento deve ser homogênea para evitar distorções e até fraturas. Temperatura de recozimento : varia em função da composição química. – 20-50ºC acima de Ac3 (limite superior da zona crítica) para aços hipoeutetóides; – aços hipereutetóides: entre Ac1 e Acm para evitar formação de cementita pro-eutetóide fragilizante nos contornos. Tempo de permanência (patamar): deve ser suficiente para formação e homogeneização da austenita, inclusive no centro da peça. Varia em função da espessura da peça que, quanto maior precisa de mais tempo. Atmosfera do forno: em fornos de atmosfera oxidante devem ser minimizadas as entradas de ar para evitar a formação de carepa (óxido), principalmente para peças grandes com longos tempos de tratamento, assim como a descarbonetação de peças cementadas (endurecidas superficialmente por tratamentos termoquímicos). Esfriamento lento: deve ser realizado preferencialmente dentro do forno. Se o custo for inaceitável: resfriamento em campânulas isoladas ou imersas/enterradas em materiais isolantes térmicos (vermiculite, cal em pó, areia bem seca, cinzas ou outros meios que assegurem resfriamento bem lento após saída do forno). Quando uma peça sai do processo inicial de fabricação ou fundição, prensagem, forjamento, laminação terá que passar por outros processos antes de ficar pronta, esse aço deve estar macio para ser trabalhado no processo de usinagem por exemplo. Por meio do recozimento pleno do aço é possível diminuir sua dureza e aumentar a ductibilidade, e melhorar a sua usinabilidade e ajustar o tamanho do grão. Também serão eliminadas as irregularidades resultantes do tratamento térmico ou mecânico, sofridas anteriormente.