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8. TRATAMENTO TRMICOProf Bruno de Paula Rosaemail: [email protected]

Tratamentos Trmicos

Finalidade:

Alterar as microestruturas e como consequncia as propriedades mecnicas das ligas metlicas

Tratamentos Trmicos

Objetivos:- Remoo de tenses internas- Aumento ou diminuio da dureza- Aumento da resistncia mecnica- Melhora da ductilidade- Melhora da usinabilidade- Melhora da resistncia ao desgaste- Melhora da resistncia corroso- Melhora da resistncia ao calor- Melhora das propriedades eltricas e magnticasMATERIAL + TRATAMENTO TRMICOO TRATAMENTO TRMICO EST ASSOCIADO DIRETAMENTE COM O TIPO DE MATERIAL.PORTANTO, DEVE SER ESCOLHIDO DESDE O INCIO DO PROJETO

Fatores de Influncia nos Tratamentos Trmicos

TemperaturaTempoVelocidade de resfriamentoAtmosfera*

* para evitar a oxidao ou perda de algum elemento qumico (ex: descarbonetao dos aos)


Tempo: O tempo de trat. trmico depende muito das dimenses da pea e da microestrutura desejada.Quanto maior o tempo:maior a segurana da completa dissoluo das fases para posterior transformaomaior ser o tamanho de gro Tempos longos facilitam a oxidao


Temperatura: depende do tipo de material e da transformao de fase ou microestrutura desejada


Velocidade de Resfriamento: -Depende do tipo de material e da transformao de fase ou microestrutura desejada- o mais importante porque ele que efetivamente determinar a microestrutura, alm da composio qumica do material

Principais Meios de ResfriamentoAmbiente do forno (+ brando)ArBanho de sais ou metal fundido (+ comum o de Pb)leogua Solues aquosas de NaOH, Na2CO3 ou NaCl (+ severos)

Como Escolher o Meio de Resfriamento ???? um compromisso entre:- Obteno das caractersitcas finais desejadas (microestruturas e propriedades),- Sem o aparecimento de fissuras e empenamento na pea,- Sem a gerao de grande concentrao de tenses

Principais Tratamentos Trmicos

Tratamentos TrmicosRecozimentoNormalizaoTempera e RevenidoEsferoidizao ou CoalescimentoAlvio de tensesRecristalizaoHomogeneizaoTotal ou PlenoIsotrmico

Solubilizao e envelhecimento

8. Tratamento trmico






Ferro (Delta) = Ferrita CCC (1390C 1534C)

Ferro (Gama) = AustenitaCFC (910C 1390C)

Ferro (Alfa) = Ferrita ou Ferrita CCC (0 C 910C)

Temp. Fuso = 1534 C

As fases , e so solues slidas com Carbono intersticial8. Tratamento trmico




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8. Tratamento trmico25


201223 Um sistema binrio, constitudo somente de duas fases slidas com solubilidade limitada e um lquido que forma uma reao euttica, apresenta uma caracterstica fsico-qumica de grande importncia tecnolgica, que consiste em:(A) o lquido euttico apresenta uma temperatura de solidificao maior que as temperaturas de solidificao das fases slidas.(B) o lquido euttico apresenta uma temperatura de solidificao menor que as temperaturas de solidificao das fases slidas.(C) o lquido euttico apresenta uma temperatura de solidificao intermediria entre as temperaturas de fuso das fases slidas.(D) o lquido euttico nunca se solidifica, portanto, no apresenta temperatura de solidificao.(E) as fases slidas nunca se fundem e, portanto, no apresentam uma temperatura de solidificao.X26


201227 Um ao hipereutetoide aquecido na regio da fase austenita e resfriado ao ar. Que microestrutura ser observada no microscpio ptico aps preparao metalogrfica?(A) Cementita pr-eutetoide e perlita(B) Cementita e perlita pr-eutetoide(C) Austenita e cementita(D) Ferrita e perlita pr-eutetoide(E) Ferrita pr-eutetoide e perlitaX27

Curvas TTTTemperatura Transformao - TempoO Diagrama de fase Fe-Fe3C, embora seja de grande utilidade, no nos fornece informaes acerca da transformao da austenita em condies diferentes das condies de equilbrio. Por Exemplo, com o diagrama Fe-Fe3C no se tem informaes acerca das velocidades de resfriamento necessrias para temperar o material ou a que temperatura se d esta transformao.Uma maneira de se obter estes dados atravs da utilizao de um diagrama de transformao isotrmica ou diagrama TTT, que obtido pelo resfriamento da austenita a temperaturas constantes e sua transformao determinada ao longo do tempo.8. Tratamento trmico28

Curvas TTTTemperatura Tansformao - Tempo

0,77% de C8. Tratamento trmico29





MICROESTRUTURAS RESULTANTES DO RESFRIAMENTO RPIDO : MARTENSITAA Martensita formada a partir do resfriamento rpido de materiais com micro-estrutura austenitica, a martensita tem sistema tetragonal de corpo centrado, Acicular ( formato de agulha) caracterizando-se por elevado dureza e grande fragilidade.8. Tratamento trmico32

MICROESTRUTURAS RESULTANTES DO RESFRIAMENTO RPIDO : MARTENSITA8. Tratamento trmico

. Fase metaestvel;. No-difusional;. Ocorre por cisalhamento;. Soluo slida supersaturada;

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8. Tratamento trmicoCurvas TTTTemperatura Tansformao - Tempo

0,77% de C34

MICROESTRUTURAS RESULTANTES DO RESFRIAMENTO RPIDO : MARTENSITA8. Tratamento trmico

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RECOZIMENTOObjetivos:- Remoo de tenses internas devido aos tratamentos mecnicos- Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade- Alterar as propriedades mecnicas como a resistncia e ductilidade- Ajustar o tamanho de gro- Produzir uma microestrutura definidaAlvio de tensesDistores e empenamento podem ocorrer em um material se no forem removidas as tenses residuais causadas pelos seguintes processos:

Deformao plstica como usinagem e lixamento;

Resfriamento no uniforme de uma pea que foi processada ou fabricada a uma temperatura elevada com solda ou fundio;

Transformao de fases que seja induzida mediante um resfriamento onde as fases de origem e de produto possuem densidades diferentes.

Para aliviar essas tenses utiliza-se o tratamento de recozimento.Alvio de tenses

Onde:A1 = Temperatura crtica inferior ( abaixo dela s toda a austenita se transformou em ferrita e cementita.A3 e ACM representam as linhas que compem a temperatura crtica superior para os aos hipoeutetides e hipereutetides, respectivamente.

NORMALIZAO Feitos em aos que sofreram deformao (laminao)

refinar os gros (diminuir o tamanho dos gros)

aquecimento at aproximadamente 55 a 85C acima da linha da temperatura crtica superior (A3)

deixar tempo suficiente para que a liga se transforme em austenita

resfriamento ao arPossuem gros com formatos irregulares e grandes8. Tratamento trmico42

Obtm-se ferrita e perlita fina ou cementita e perlita fina

NORMALIZAO8. Tratamento trmico43

RECOZIMENTO Tratamento trmico quase igual a normalizao, porm obtm-se uma estrutura mais grosseira (perlita grosseira)



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RECOZIMENTO Recozimento pleno baixo e mdio teor de carbono

sero submetidos a usinagem ou deformao plstica

15 a 40C acima da linha A3 ou A1

resfriado dentro do forno

obtm-se a perlita grosseira

gros pequenos e uniformes


RECOZIMENTO Recozimento subcrtico mdio e alto teor de carbono

ficam moles, facilmente usinados e deformados

aquecer abaixo da linha A1

faz-se em estruturas que j contm perlita

a pea fica aquecida de 15 a 25 horas


TMPERA obter martensita

aquece acima da linha A1 (50) para aos hipoeutetides e abaixo da linha Acm para aos hipereutetides

Martensita: dureza Rockwell de 65 a 67

Inconveniente: extrema dureza e estado de altas tenses

Soluo?

repsosta: REVENIDO


REVENIDO corrigir excessos da tmpera aliviar e eliminar as tenses; diminuir dureza e consequentemente melhorar ductilidade e resistncia ao choque realizada imediatamente aps a tmpera aquece abaixo da linha A1, assim:


TMPERA SUPERFICIAL martensita apenas na camada externa

dureza superficial aliada a ductilidade e tenacidade no ncleo Tmpera por chama aquece com oxiacetileno

aquecimento mais rpido8. Tratamento trmico50AUSTEMPERA E MARTEMPERAProblemas prticos no resfriamento convencional e tmpera

A pea/ parte poder apresentar empenamento ou fissuras devidos ao resfriamento no uniforme. A parte externa esfria mais rapidamente, transformando-se em martensita antes da parte interna. Durante o curto tempo em que as partes externa e interna esto com diferentes microestruturas, aparecem tenses mecnicas considerveis. A regio que contm a martensita frgil e pode trincar. Os tratamentos trmicos denominados de martempera e austempera vieram para solucionar este problema

8. Tratamento trmico TRATAMENTOS ISOTRMICOS Martmpera obtm-se a martensita

o resfriamento retardado de forma que se forme a martensita mais lentamente

martensita uniforme atravs de toda a seo da pea (evita tenses) diminui o risco de empenamento

mesmas propriedades da tmpera + revenido

52MARTEMPERAO resfriamento temporariamente interrompido, criando um passo isotrmico, no qual toda a pea atinga a mesma temperatura. A seguir o resfriamento feito lentamente de forma que a martensita se forma uniformemente atravs da pea. A ductilidade conseguida atravs de um revenimento final.

8. Tratamento trmico TRATAMENTOS ISOTRMICOS Austmpera

aquece acima da temperatura crtica e resfria rpido at a temperatura de formao da baianita (aproximadamente 450C). Em seguida o ao resfriado ao ar

Na fase de temperatura constante o ao mergulhado em um banho de sal fundido ou chumbo ( prejudicial a sade e ao meio ambiente)

estrutura martenstica revenida, ou seja, substitui a tmpera + revenido

acima de 0,50%p de carbono

ao-carbono: dimenso mxima de 5 mm

ao-liga: dimenso mxima de 25 mm54AUSTEMPERAOutra alternativa para evitar distores e trincas o tratamento denominado austmpera, ilustrado ao lado

Neste processo o procedimento anlogo martmpera. Entretanto a fase isotrmica prolongada at que ocorra a completa transformao em bainita. Como a microestrutura formada mais estvel (alfa+Fe3C), o resfriamento subsequente no gera martensita. No existe a fase de reaquecimento, tornando o processo mais barato.

MARTEMPERA E AUSTEMPERA

alternativas para evitar distores e trincas

Sob o ponto de vista das propriedades mecnicas, o objetivo da obteno da martensita na tmpera :I reduzir o limite de resistncia traoII aumentar a sua durezaIII reduzir a tenacidadeIV aumentar a ductilidadeV aumentar o limite de resistencia traoVI aumentar a tenacidadeVII reduzir a ductilidade8. Tratamento trmico

ntu57TRANSFORMAESAUSTENITAPerlita( + Fe3C) + a fase preutetideBainita( + Fe3C)Martensita(fase tetragonal)Martensita Revenida( + Fe3C)Ferrita ou cementitaResf. lentoResf. moderadoResf. Rpido (Tmpera)reaquecimentoTratamentos TrmicosRecozimentoTotal ou PlenoRecozimentoIsotrmicoNormalizaoTempera e RevenidoResfriamento Lento (dentro do forno)

Resfriamento ao arINFOMAES EXTRAS SOBREA A TEMPERA E REVENIDO

4- TMPERA

Objetivos: Obter estrutura matenstica que promove:- Aumento na dureza- Aumento na resistncia trao- reduo na tenacidade

*** A tmpera gera tenses deve-se fazer revenido posteriormente

4- TMPERAMARTENSITA

4- TMPERATemperaturaSuperior linha crtica (A1)* Deve-se evitar o superaquecimento, pois formaria matensita acidular muito grosseira, de elevada fragilidadeResfriamentoRpido de maneira a formar martensta (ver curvas TTT)

4- TMPERAMeios de Resfriamento

Depende muito da composio do ao (% de carbono e elementos de liga) e da espessura da peaTEMPERABILIDADECAPACIDADE DE UM AO ADQUIRIR DUREZA POR TMPERA A UMA CERTA PROFUNDIDADE

VEJA EXEMPLO COMPARATIVO DA TEMPERABILIDADE UM AO 1040 E DE UM AO 8640A CURVA QUE INDICA A QUEDA DE DUREZA EM FUNO DA PROFUNDIDADE RECEBE O NOME DE CURVA JOMINY QUE OBTIDA POR MEIO DE ENSAIOS NORMALIZADOS

TEMPERABILIDADE DOS AOS EM FUNO DO TEOR DE CARBONO

5- REVENIDO*** Sempre acompanha a tmpera

Objetivos:- Alivia ou remove tenses- Corrige a dureza e a fragilidade, aumentando a dureza e a tenacidade

5- REVENIDO150- 230C os carbonetos comeam a precipitarEstrutura: martensita revenida (escura, preta)Dureza: 65 RC 60-63 RC

230-400C os carbonetos continuam a precipitar em forma globular (invisvel ao microscpio)Estrutura: TROOSTITADureza: 62 RC 50 RC

5- REVENIDO400- 500C os carbonetos crescem em glbulos, visveis ao microscpioEstrutura: SORBITADureza: 20-45 RC

650-738C os carbonetos formam partculas globularesEstrutura: ESFEROIDITADureza:

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