UNIFACSMateriais Metálicos

AULA 7Tratamentos Térmicos

Lucas Nao Horiuchilucas.horiuchi@braskem.com.br

07/Mai/10

7. Tratamentos térmicos

Avaliações

Tipo de avaliação Peso Data• Avaliação escrita (P1) 2,5 26/mar• Avaliação escrita (P2) 2,0 21/mai• Avaliação escrita (P3) 1,5 18/jun

ARHTE 1,0

• 2ª Chamada ??• Avaliação Final 3,0 09/jul

7. Tratamentos térmicos

• Tratamentos Térmicos:

- Introdução, objetivos;

- Transformações, curvas TTT, fatores que afetam os tratamentos térmicos;

- Recozimento, Esferoidização, Normalização Têmpera, Têmpera superficial, Revenimento, tratamentos termo-químicos;

AULA 7

7. Tratamentos térmicos

- Composição química;- Estrutura cristalina;- Histórico de processamento;- Tratamentos térmicos realizados.

As propriedades mecânicas de um aço dependem de:

7. Tratamentos térmicos

• Finalidade:

Alterar a microestrutura através do uso de temperatura e como conseqüência modificar as

propriedades mecânicas das ligas metálicas.

7. Tratamentos térmicos

• Objetivos:- Remoção de tensões internas- Aumento ou diminuição da dureza- Aumento da resistência mecânica- Melhora da ductilidade- Melhora da usinabilidade- Melhora da resistência ao desgaste- Melhora a tenacidade

7. Tratamentos térmicos

AÇO + TRATAMENTO TÉRMICO

O TRATAMENTO TÉRMICO ESTÁ ASSOCIADO DIRETAMENTE COM O TIPO DE AÇO.

PORTANTO, O TRATAMENTO TÉRMICO DEVE SER ESCOLHIDO DESDE O INÍCIO DO PROJETO, OU SEJA, JUNTAMENTE COM O TIPO DE AÇO.

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AUSTENITA

Perlita( + Fe3C) + a

fase próeutetóide

Bainita

( + Fe3C)

Martensita

(fase tetragonal)

Martensita Revenida

( + Fe3C)

Ferrita e cementita

Resf. lento Resf. moderadoResf. Rápido (Têmpera)

reaquecimento

TRANSFORMAÇÕES

7. Tratamentos térmicos

TRANSFORMAÇÕES

AUSTENITA

PerlitaBainita

Martensita

(fase tetragonal)

Ferrita ou cementita

CFCsolubilidade até 2,11%C

Fe(): CCC, solubilidade até 0,022%C

CCC “retorcida”Tetragonal

Resfriamento lento:na transf. da austenitaferrita, dá tempo do C migrar da ferrita Resfriamento moderado:

na transf. da austenitaferrita, parte do C migra da ferrita

Resfriamento rápido:na transf. da austenitaferrita,

Não há tempo para migração do C.

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Principais Tratamentos Térmicos

Tratamentos Térmicos

Recozimento

Normalização Tempera e Revenido

Esferoidização ou Coalescimento

•Total ou Pleno•Isotérmico•Alívio de tensões•Recristalização

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Curvas TTT ou em “C”

7. Tratamentos térmicos

Diagrama de transformação contínua

7. Tratamentos térmicos

Diagrama de transformação contínua

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Fatores de Influência nos TT

• Temperatura aquecimento• Tempo aquecimento• Velocidade de resfriamento• Atmosfera*

* no caso dos aços para evitar a oxidação e descarbonetação

7. Tratamentos térmicos

• Geralmente o aquecimento é feito acima da zona crítica

A austenita é geralmente o ponto de partida para as transformações posteriores desejadas

Influência da Temperatura no TT

7. Tratamentos térmicos

Influência da Temperatura no TT

• Quanto mais alta a temperatura acima da zona crítica:

maior a segurança da completa dissolução das fases na austenita

7. Tratamentos térmicos

Influência do Tempo nos TT• Quanto maior o tempo na temperatura de

austenitização: Maior a segurança da completa dissolução

das fases na austenita; Maior será o tamanho de grão da austenita

(* não é bom); Tempos longos facilitam a oxidação e a

descarbonetação (*não é bom).

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Tempo nos Tratamentos Térmicos

• Aproximação:

• Tempo em minutos ~1,5 X espessura da amostra em milímetros

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Influência do Resfriamento nos TT• É o mais importante porque é ele que efetivamente

determinará a microestrutura, além da composição do aço (teor de Carbono e elementos de liga)

7. Tratamentos térmicos

Principais Meios de Resfriamento• Ambiente do forno (+ brando)• Ar• Banho de sais ou metal fundido (+

comum é o de Pb)• Óleo• Água• Soluções aquosas de NaOH,

Na2CO3 ou NaCl (+ severos).

7. Tratamentos térmicos

Como escolher o meio de resfriamento?É um compromisso entre:- Obtenção das características finais

desejadas (microestruturas e propriedades);

- Sem o aparecimento de fissuras e empenamento na peça;

- Sem a geração de grande concentração de tensões.

7. Tratamentos térmicos

–aquecimento (temperatura de tratamento)•aquecimento exagerado --> excessivo aumento do tamanho do grão;•oxidação superficial intensa;•oxidação intergranular (inutiliza o material).

–tempo de permanência na temperatura de tratamento;•deve ser o suficiente para a homogeneização da temperatura da peça;•tempos longos causa fragilidade pelo crescimento do grão ou descarbonetação superficial.

–taxa de resfriamento•as estruturas resultantes da transformação da austenita são função do tipo de resfriamento;•as propriedades do material (resistência à tração, à fadiga, ao impacto) poderão depender do tipo de resfriamento;•Técnicas de resfriamento intenso podem gerar taxas de resfriamentos diferenciados numa mesma peça, gerando tensões térmicas (empenamento ou trincas).

Resumo: fatores que influenciam no TT

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Microestruturas

• Algumas propriedades das microestruturas

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A Perlita

– A microestrutra para um aço eutetóide que é resfriado lentamente através da temperatura eutetóide consiste em camadas alternadas ou lamelas composta de duas fases ( + Fe3C );

– Proveniente da reação eutétoide: + Fe3C– Formada no sistema Ferro-carbono;– Pode formar a perlita grosseira e a perlita fina;– A perlita grosseira forma-se a temperaturas mais altas (menores

taxas resfriamento);– A perlita fina forma-se a temperatura mais baixas (maiores taxas

resfriamento).

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Propriedades da Perlita– PROPRIEDADES

MECÂNICAS

– PERLITA GROSSEIRA

– Baixa dureza– Baixa tensão de escoamento– Baixo limite de resistência a

tração– Alta ductibilidade.

– PERLITA FINA

– Alta dureza– Alta tensão de escoamento– Alto limite de resistência a tração– Baixa ductibilidade.

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Propriedades da BainitaBainita: estrutura formada a partir da austêmpera

austenita resfriamento rápido bainita (estrutura de agulhas);

Objetivo: obter peças com alta tenacidade e resistência à fadiga, ex. molas de qualquer natureza;

– PROPRIEDADES MECÂNICAS – A bainita possui uma dureza superior a perlita e a bainita inferior possui uma dureza maior que a bainita superior.

– BAINITA SUPERIOR (grosseira)Baixa durezaBaixa tensão de escoamentoBaixo lim. resist. traçãoAlta ductibilidade.

– BAINITA INFERIOR (fina)Alta durezaAlta tensão de escoamentoAlto limite de resistência a traçãoBaixa ductibilidade.

Obs: A bainita superior ocorre a uma temperatura entre 300°C e 540°C, enquanto a inferior ocorre entre 215°C e 300°C

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Propriedades da Martensita• Ocorre no resfriamento rápido;• Solução supersaturada de carbono;• Tetragonal compacta;• Dureza de 65 a 67 Rockwell.

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1- RECOZIMENTOObjetivos:- 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.

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TIPOS DE RECOZIMENTO

• Recozimento total ou pleno• Recozimento para alívio de tensões• Recozimento para recristalização

1- RECOZIMENTO

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Recozimento

Total ou Pleno Alívio de tensões

Resfriamento Lento

(dentro do forno) TemperaturaAbaixo da linha A1 Não ocorre nenhuma transformação (600-620ºC).ResfriamentoDeve-se evitar velocidades muito altas devido ao risco de distorções.

TemperaturaAbaixo da linha A1

Não ocorre nenhuma

Transformação.- Resfriamento

Lento (ao ar ou dentro

do forno)**Elimina o encruamento gerado pelos processos de

deformação à frio.

Recristalização

7. Tratamentos térmicos

• Objetivo

Obter ductilidade diminuindo a dureza e a resistência mecânica;

1.1- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO

7. Tratamentos térmicos

• TemperaturaHipoeutetóide 50 °C acima da linha A3

Hipereutetóide Entre as linhas Acm e A1

• ResfriamentoLento (dentro do forno) implica tempo longo

de processo (desvantagem).

1.1- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO

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• Constituintes Estruturais resultantesHipoeutetóide ferrita + perlita grosseiraEutetóide perlita grosseiraHipereutetóide cementita + perlita grosseira* A pelita grosseira é ideal para melhorar a

usinabilidade dos aços baixo e médio carbono* Para melhorar a usinabilidade dos aços alto

carbono recomenda-se a esferoidização

1.1- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO

7. Tratamentos térmicos

1.1- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO

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1.2- RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES

• ObjetivoRemoção de tensões internas originadas de processos

(tratamentos mecânicos, soldagem, corte, …)

• TemperaturaAbaixo da linha A1 Não ocorre nenhuma transformação

(600-620ºC)

• ResfriamentoDeve-se evitar velocidades muito altas devido ao risco de

distorções

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1.3- RECOZIMENTO PARA RECRISTILIZAÇÃO• ObjetivoEliminar o encruamento

gerado pelos processos de deformação à frio

* A dureza e a resist. mecânica diminuem

• TemperaturaAbaixo da linha A1 Não

ocorre nenhuma transformação

• ResfriamentoLento (ao ar ou dentro do

forno)

7. Tratamentos térmicos

• ObjetivoProdução de uma estrutura globular ou esferoidal

de carbonetos no aço

melhora a usinabilidade, especialmente dos aços alto carbono

facilita a deformação a frio

2- ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO

7. Tratamentos térmicos

2- ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO

ESFEROIDITA ObjetivoProdução de uma estrutura globular ou esferoidal de carbonetos no aço melhora a usinabilidade, especialmente dos aços alto carbono facilita a deformação a frio

7. Tratamentos térmicos

MANEIRAS DE PRODUZIR ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO

Aquecimento por tempo prolongado a uma temperatura logo abaixo da linha inferior da zona crítica

Aquecimento e resfriamentos alternados entre temperaturas que estão logo acima e logo abaixo da linha inferior de transformação.

7. Tratamentos térmicos

2- ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO

7. Tratamentos térmicos

3- NORMALIZAÇÃOObjetivos: Refinar estrutura; Melhorar a

uniformidade da microestrutra.

*** É usada antes da têmpera e revenido

7. Tratamentos térmicos

• TemperaturaHipoeutetóide acima da linha A3Hipereutetóide acima da linha Acm*

• ResfriamentoAo ar (calmo ou forçado)

3- NORMALIZAÇÃO

7. Tratamentos térmicos

Comparação

7. Tratamentos térmicos

• Constituintes estruturais resultantes

Hipoeutetóide ferrita + perlita finaEutetóide perlita finaHipereutetóide* cementita + perlita fina

* Conforme o aço pode-se obter bainita

3- NORMALIZAÇÃO

7. Tratamentos térmicos

3- NORMALIZAÇÃO

7. Tratamentos térmicos

Comparação: normalização, recozimento, esferoidização

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Comparação

• Em relação ao recozimento pleno, o aço normalizado apresenta:– Maior resistência à tração;– Maior dureza;– Menor ductilidade;– Menor alongamento.

7. Tratamentos térmicos

Objetivos: Obter estrutura matensítica que promove:- Aumento na dureza;- Aumento na resistência à tração;- Redução na tenacidade.

* A têmpera gera tensões deve-se fazer revenido posteriormente.

4- TÊMPERA

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MARTENSITA

4- TÊMPERA

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• TemperaturaSuperior à linha crítica (A1)* Deve-se evitar o superaquecimento, pois formaria

matensita muito grosseira, de elevada fragilidade

• ResfriamentoRápido de maneira a formar martensíta

(ver curvas TTT)

4- TÊMPERA

7. Tratamentos térmicos

• Meios de Resfriamento

Depende muito da composição do aço (% de carbono e elementos de liga) e

da espessura da peça

4- TÊMPERA

7. Tratamentos térmicos

• Constituintes Estruturais resultantes

Hipoeutetóide ferrita + martensitaEutetóide martensitaHipereutetóide cementita + martensita

4- TÊMPERA

7. Tratamentos térmicos

4- TÊMPERAObjetivos: Obter estrutura matensítica

que promove:- Aumento na dureza;- Aumento na resistência à

tração;- redução na tenacidade.

*** A têmpera gera tensões deve-se fazer revenido posteriormente.

7. Tratamentos térmicos

TEMPERABILIDADE• CAPACIDADE DE UM AÇO ADQUIRIR DUREZA

POR TÊMPERA A UMA CERTA PROFUNDIDADE

• A CURVA QUE INDICA A QUEDA DE DUREZA EM FUNÇÃO DA PROFUNDIDADE RECEBE O NOME DE CURVA JOMINY QUE É OBTIDA POR MEIODE ENSAIOSNORMALIZADOS.

7. Tratamentos térmicos

Objetivo: produzir endurecimento superficial, pela obtenção de martensita apenas na camada externa da peça.

Características: Dificuldade de realizar têmpera em grandes peças; Necessidade de endurecer apenas a superfície da peça; Melhorar precisão dimensional de peças planas e grandes; Menor custo em relação à têmpera convencional; Menor risco de fissuras; Processo rápido, não exige forno de aquecimento.

Propriedades resultantes: Superfícies de alta dureza e resistência ao desgaste; Boa resistência à fadiga e ao dobramento; Resistência satisfatória ao empenamento.

4- TÊMPERA Superficial

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4- TÊMPERA SuperficialTipos: Por chama; Por indução; Por laser;

Chama

Indução

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*** Sempre acompanha a têmperaObjetivos:- Alivia ou remove tensões;- Corrige a dureza e a fragilidade, aumentando a ductilidade

e a tenacidade.

5- REVENIDO

7. Tratamentos térmicos

• TemperaturaPode ser escolhida

de acordo com as combinações de propriedades desejadas.

5- REVENIDO

7. Tratamentos térmicos

• Esquema do comportamento de corpos de prova de aço no ensaio de tração, em função do tratamento térmico.

• Efeito da temperatura de revenido num aço com 0,5%C, temperado em água.

5- REVENIDO

7. Tratamentos térmicos

RecozimentoTotal ou Pleno

Normalização

Resfriamento Lento

(dentro do forno) Resfriamento ao ar

Tratamentos Térmicos

Tempera e Revenido

7. Tratamentos térmicos

7. Tratamentos térmicos

Tratamentos Termoquímicos• Cementação : é um tratamento termoquímico que visa introduzir C

na superfície da peça de modo que a peça depois de temperada e revenida apresente superfície dura sobre núcleo tenaz.

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Tratamentos Termoquímicos

• Nitretação: é um tratamento termoquímico que visa introduzir N(nitrogênio) na superfície do aço de modo que a peça apresente excepcional dureza e resistência ao desgaste.

• Carbonitretação: Consiste na difusão simultânea do carbono e nitrogênio em peças tratadas numa atmosfera carburizante, contendo cerca de 3 a 8% de NH3 e em temperaturas de ordem de 800 a 900oC.

• Cianetação: consiste em mergulhar as peças em sais fundidos contendo cianetos (ex. cianeto de sódio) a temperaturas entre 850 e 900°C. Por este processo o material absorve além do nitrogênio também o Carbono.

7. Tratamentos térmicos

Obrigado pela atenção!!

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