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8/20/2019 12 Tratamento Térmico
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TRATAMENTO TÉRMICO
Introdução
Há muitos séculos atrás o homem descobriu que com aquecimento eresfriamento podia modificar as propriedades mecânicas de um aço, isto é, torná-los mais duro, mais mole, mais maleável, etc. (Exemplo: Em Toledo, Na IdadeMédia, as espadas eram temperadas com o sangue dos escravos. Do latimspatha, espada significa batismo de sangue).
Mais tarde, descobriu também que a rapidez com que o aço era resfriado e aquantidade de carbono que possuía influíam decisivamente nessas modificações.
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TRATAMENTO TÉRMICO
O processo de aquecer e resfriar um material, visando modificar suaspropriedades, denomina-se TRATAMENTO TÉRMICO.
Um tratamento térmico é feito em três fases distintas:1 - aquecimento2 - manutenção da temperatura3 - resfriamento
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TRATAMENTO TÉRMICO
FATORES DE INFLUÊNCIA NOS TRATAMENTOS TÉRMICOS
Temperatura :
Depende do tipo de material e da transformação de fase ou microestrutura desejada
Velocidade de resfriamentoDepende do tipo de material e da transformação de fase ou microestrutura desejada. É o fator mais importante
porque é ele que efetivamente determinará a microestrutura, além da composição química do material.
Composição química
Depende dos elementos químicos dissolvidos nos aços
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TRATAMENTO TÉRMICO
Ambiente do forno (+ brando)
Ar
Banho de sais ou metal fundido (+comum é o de Pb)
Óleo
Água
Soluções aquosas de NaOH, Na2CO3 ouNaCl (+ severos)
Aumento daseveridade
Meios de resfriamento
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TRATAMENTO TÉRMICO
Como Escolher o Meio de Resfriamento ????Esta ecolha é um compromisso entre:
- Obtenção das caracterísitcas finais desejadas (microestruturas epropriedades),
- O não surgimento de fissuras e empenamento na peça,
- Menor geração de concentração de tensões
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TRATAMENTO TÉRMICO
Principais Tratamentos Térmicos
Tratamentos Térmicos
1 Recozimento
2 Normalização
3 Temperae Revenido
4 Esferoidização ou
Coalescimento
1.1 Alívio de tensões1.2 Recristalização1.3 Homogeneização1.4 Total ou Pleno1.5 Isotérmico
5 Solubilização eenvelhecimento
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TRATAMENTO TÉRMICO
1- RECOZIMENTO
Objetivos:
- Remoção de tensões internas devido aos tratamentos
mecânicos- Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade
- Alterar as propriedades mecânicas como a resistênciae ductilidade
- Melhorar as propriedades elétricas e magnéticas
- Produzir uma microestrutura definida
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TRATAMENTO TÉRMICO
TIPOS DE RECOZIMENTO
1.1Recozimento para alívio de tensões (qualquer liga metálica)
1.2 Recozimento para recristalização (qualquer liga metálica)
1.3 Recozimento para homogeneização (para peças fundidas)
1.4 Recozimento total ou pleno (aços)
1.5 Recozimento isotérmico ou cíclico (aços)
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1.1- RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES
ObjetivoRemoção de tensões internas originadas de processos (tratamentos mecânicos,
soldagem, corte, …) Temperatura
Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase
Resfriamento
Deve-se evitar velocidades muito altas devido ao risco de distorções
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TRATAMENTO TÉRMICO
Ex:RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES DOS AÇOS
Temperatura Abaixo da linha A1
não ocorre nenhumatransformação (600-
620oC)
Ou linha crítica 723 C
Ou linha crítica 723 C
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1.2- RECOZIMENTO PARA RECRISTALIZAÇÃO
Objetivo
Elimina o encruamento gerado pela deformação à frio Temperatura
Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase
Resfriamento Lento (ao ar ou ao forno)
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TRATAMENTO TÉRMICO
1.3- RECOZIMENTO HOMOGENEIZAÇÃO
Objetivo
Melhorar a homogeneidade da microestruturade peças fundidas
Temperatura
Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase
Resfriamento Lento (ao ar ou ao forno)
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TRATAMENTO TÉRMICO
1.4- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO
Objetivo: Obter dureza e estrutura controlada para os aços
Temperatura
Hipoeutetóide 50 °C acima da linha A3
Hipereutetóide Entre as linhas Acm e A1
Resfriamento
Lento (dentro do forno) implica emtempo longo de processo (desvantagem)
Usado para aços
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TRATAMENTO TÉRMICO
+
+Fe3C
+Fe3C
Recozimentototal ou pleno
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TRATAMENTO TÉRMICO
1.4- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO
Constituintes Estruturais resultantesHipoeutetóide ferrita + perlita grosseira
Eutetóide perlita grosseira
Hipereutetóide 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
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TRATAMENTO TÉRMICO
1.5- RECOZIMENTO ISOTÉRMICO OU CÍCLICO
A diferença do recozimento pleno está noresfriamento que é bem mais rápido,tornando-o mais prático e mais econômico.
Permite obter estrutura final + homogêneaNão é aplicável para peças de grandevolume porque é difícil de baixar atemperatura do núcleo.
Esse tratamento é geralmente executadoem banho de sais.
Usado para aços
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RECOZIMENTO
– Seus objetivos são os seguintes: remover tensões devidas a tratamento mecânicos, diminuir a
dureza, aumentar a ductilidade, regularizar a textura bruta de fusão, eliminar finalmente, o efeitode quaisquer tratamentos térmicos ou mecânicos a que o aço tenha sido submetido anteriormente. A estrutura resultante do recozimento é a normal ou seja: ferrita mais perlita, se o aço forhipoeutetóide, perlita mais cementita, se o aço for hipereutetóide e somente perlita,se foreutetóide.No aquecimento para o recozimento pleno, a temperatura deve situar-se a mais ou menos 50°Cacima do limite superior da zona crítica . Para os aços hipoeutetóide, acima do limite inferior da
zona crítica (linha A3). Para os aços hipereutetóides, Acima da (linha A1). Nestes últimos aços,procura-se não ultrapassar a linha A3, porque no resfriamento lento, caso de recozimentos de aço-carbono, pode ocorrer a formação, nos contornos de grãos da austenita, de um invólucro contínuoe frágil de carbonetos, tornando os aços frágeis.Para evitar o tempo muito longo exigido pelo recozimento, pode-se substituir o recozimentocomum pelo recozimento isotérmico, em que o aquecimento é feito normalmente, mas oesfriamento é dividido em duas partes. Esfriamento rápido até uma temperatura situada na parte
superior do diagrama de transformação isotérmica, onde fica até que a austenita se transformenos produtos normais de transformação; a segunda etapa consiste no esfriamento até atemperatura ambiente, depois de completada a transformação da primeira etapa.Outro tipo de recozimento é o de alívio de tensões, em que o aquecimento é feito atemperaturas abaixo da zona crítica. Seu objetivo é apenas aliviar as tensões originadas emprocessos de conformação mecânica, soldagem, corte por chama, usinagem, etc.
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RECOZIMENTO ISOTÉRMICO
O recozimento isotérmico, assim como o recozimento pleno, consisteno aquecimento do aço acima de sua linha crítica, com uma únicadiferença, o resfriamento deve ser relativamente rápido.Esse tratamento térmico é normalmente executado em banhos de sais.
O principal objetivo do recozimento isotérmico é de se obter a dureza e
a estrutura do aço controlada, isto é, dentro das características pré-deteminadas e mais apropriadas à finalidade desejada
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TRATAMENTO TÉRMICO
Usada para aços
2- NORMALIZAÇÃO
Objetivos:
Refinar o grão
Melhorar a uniformidade damicroestrutra
*** É usada antes da têmpera erevenido
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TRATAMENTO TÉRMICO
+
+Fe3C
+Fe3C
Recozimentototal ou pleno
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TRATAMENTO TÉRMICO
2- NORMALIZAÇÃO
Temperatura
Hipoeutetóide acima da linha A3
Hipereutetóide acima da linha Acm
Resfriamento
Ao ar (calmo ou forçado)
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Constituintes Estruturais resultantesHipoeutetóide ferrita + perlita fina
Eutetóide perlita fina
Hipereutetóide cementita + perlita fina
* Conforme o aço pode-se obter bainita
Em relação ao recozimento a microestrutura é mais fina, apresenta menor quantidade e melhor distribuição decarbonetos
2- NORMALIZAÇÃO
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TRATAMENTO TÉRMICO
2- NORMALIZAÇÃO
Formação de perlita isotérmica no aço eutetóide
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TRATAMENTO TÉRMICO
3- TÊMPERA
Objetivos:Obter estrutura matensítica quepromove:
- Aumento na dureza
- Aumento na resistência à tração
- redução na tenacidade
*** A têmpera gera tensões deve-se fazer revenido posteriormente
TIPOS DE TÊMPERATêmpera por chama
Aquecimento provém de chama direcionada à peça, através de maçarico ou outro instrumento, podendo assim ser parcialmentetemperada.Têmpera por induçãoO aquecimento é obtido por indução elétrica, seguida de um resfriamento brusco, normalmente em água.Têmpera superficial Aquecimento somente da superfície através de indução ou chama até a austenitização, seguida de um resfriamento rápido.Têmpera total
Aquecimento total da peça até temperatura de austenitização seguida de resfriamento, em meio pré-determinado.
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3- TÊMPERAMartensita
Meios de Resfriamento
Depende muito da composição do aço (% de carbono eelementos de liga) e da espessura da peça
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*** Sempre acompanha a têmpera Objetivos:- Alivia ou remove tensões- Corrige a dureza e a fragilidade, aumentando a dureza e a tenacidade
3.1 REVENIDO
TemperaturaPode ser escolhida de acordocom as combinações depropriedades desejadas
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TROOSTITA E MARTENSITA SORBITA
3.1 REVENIDO
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3.2 FRAGILIDADE DE REVENIDO
Ocorre em determinados tipos de aços quando aquecidos na faixa de temperaturaentre 375-475 °C ou quando resfriados lentamente nesta faixa.A fragilidade ocorre mais rapidamente na faixa de 470-475 °CA fragilidade só é revelada no ensaio de resist. ao choque, não há alteração namicroestrutura.
Aços -liga de baixo teor de ligaAços que contém apreciáveis quantidades de Mn, Ni, Cr, Sb*, P, SAços ao Cr-Ni são os mais suceptíveis ao fenômeno.
*é o mais prejudicial
Como minimizarManter os teores de P abaixo de 0,005% e S menor 0,01%
Reaquecer o aço fragilizado a uma temperatura de ~600 °C seguido de
refriamento rápido até abaixo de 300°C .
AÇOS SUSCEPTÍVEIS À FRAGILIDADE DE REVENIDO
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4- ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO
ESFEROIDITA ObjetivoProdução de uma estruturaglobular ou esferoidal de
carbonetos no aço
melhora a usinabilidade,especialmente dos aços altocarbono facilita a deformação a frio
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+ +Fe3C
+Fe3C
Esferoidizaçãoou
coalescimento
4- ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO
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Aquecimento por tempo prolongado a uma temperatura logo abaixo da linhainferior da zona crítica,
Aquecimento e resfriamentos alternados entre temperaturas que estão logoacima e logo abaixo da linha inferior de transformação.
Obtenção da estrutura esferoidizada através da têmpera e revenido
4- ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO
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5 OUTROS TRATAMENTOS TÉRMICOS
Alguns tipos de aço, especialmente os alta liga, não conseguem finalizar a transformação deaustenita em martensita, conhecida como austenita retida.
O tratamento consiste no resfriamento do aço a temperaturas abaixo da ambiente
Ex: Nitrogênio líquido: -170oCNitrogênio + álcool: -70oC
5.1 TRATAMENTO SUB-ZERO
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5.2 MARTEMPERA
O resfriamento étemporariamente interrompido,criando um passo isotérmico, noqual toda a peça atinga a mesma
temperatura. A seguir oresfriamento é feito lentamente deforma que a martensita se formauniformemente através da peça. Aductilidade é conseguida atravésde um revenimento final.
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5.3 AUSTEMPERA
Outra alternativa para evitar distorçõese trincas é o tratamento denominadoaustêmpera, ilustrado ao lado
Neste processo o procedimento éanálogo à martêmpera. Entretanto afase isotérmica é prolongada até queocorra a completa transformação em
bainita. Como a microestrutura formadaé mais estável (alfa+Fe3C), oresfriamento subsequente não geramartensita. Não existe a fase dereaquecimento, tornando o processo
mais barato.
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6 FORNOS DE TRATAMENTOS TÉRMICOSAs três classificações gerais de equipamentos para equipamentos de processamento térmico são:Batelada
Semi-contínuo Contínuo A classificação utilizada depende do escopo da produção e da natureza do negócio.
Enquanto a ciência por trás do tratamento térmico permanece basicamente a mesma, certas vantagens podem ser obtidas de tipos de fornos em particular.
Como exemplo, é possível executar um processo de recozimento em fornos a ar, fornos a vácuo, fornos de retorta por gás expelido, entre outros.
De forma similar, o processo químico de superfície da carburização pode ser executado numa gama de tipos de equipamento, incluindo fornos de batelada e deatmosfera controlada continuamente, fornos de impulsão ou fornos a vácuo.
Os limites dos tipos de fornos são muito diferentes.
Fornos de Têmpera IntegralFornos de Soleira de RoletesFornos de Soleira RotativaFornos de Atmosfera – CarburizaçãoFornos de Atmosfera – GeralFornos de LaboratórioFornos de Soleira VibratóriaBanhos de Chumbo e Banhos de SalFornos a Ar de Batelada - Geral
Fornos de Têmpera ou ExtraçãoForja de MóduloFornos de CampânulaFornos de Esteira MetálicaFornos de Cadinho e Cadinhos de ImersãoForno de LingoteFundo RebaixadoFornos RevestidosFornos de Soleira de BoguiTambor Rotativo
Forno de CaixaSecadores
Fornos BasculantesFornos de BrasagemFornos de Resistência ElétricaFornos de FerramentariaFornos de Atmosfera de BrasagemSoleira ElevatóriaFornos a ÓleoFornos TubularesForno de QueimaFornos de Leito FluidoFornos em GeralForno de CarrinhoForjaFornos de PanelaForno de PórticoLinhas de Galvanização e MetalizaçãoFornos a VácuoForno de Recozimento Incandescente ContínuoFornos a Gás para Usos GeraisFornos de Impulsão
Fornos de EsteiraFornos de Tubos Radiantes
Fornos de Teste de DeformaçãoFornos de Extinção SeladaRecipientes CriogênicosFornos de RecuperaçãoFornos de Vigas MóveisFornos de DifusãoFornos de RetortaFornos de Soleira Móvel
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TransformaçõesBainíticas e
Martensíticas
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CORRELAÇÃO ENTRE A DUREZA E A MICROESTRUTURA
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Correlação entre o % de Carbono e o parâmetro do reticulado
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Exemplos de Fornos
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TRATAMENTO TÉRMICO
Controle de processo e controle de qualidade no Tratamento Térmico
A eficácia do tratamento térmico consiste em ter todas as variáveis controladas. A
tecnologia está auxiliando o trabalho dos engenheiros, pois os sensores que captam taisvariáveis estão cada vez mais avançados e os processos estão praticamenteautomatizados. É comum hoje nas industrias medir a temperatura das peças ao saíremdos fornos com uma câmera termográfica.
É comum a utilização do Controle Estatístico de Processos (CEP), pois é uma ferramentada qualidade com objetivo de aumentar a economia evitando desperdícios de matéria-prima,insumos e outros produtos de industrialização, a otimização de trabalhos tornando asatividades menos estressantes
TRATAMENTO TÉRMICO
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TRATAMENTO TÉRMICO
EXERCÍCIOS 1.Em que consiste, de uma maneira geral, o tratamento térmico?
2.Quais os cuidados que devemos ter na fase de aquecimento?
3.Que é preaquecimento? Quando deve ser usado?
4.Qual a finalidade do tempo de permanência na temperatura de tratamento?
5.O que é a descarbonetação? Quando pode ocorrer? Como evitar?
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Exercícios6) Determine as
microestruturasfinais de um açoeutetóide,seguindo asrotas: 1,2,3 e 4.
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7) Dê a razão para, em resfriamento lento de um aço 1080, por exemplo, não serverificada a presença de ferrita pró-eutetóide (primária).
8) Explique o mecanismo físico de formação da fase metaestável martensita paraum aço carbono.
9) Conceitualmente, a transformação martensítica é considerada adifusional e atransformação bainítica difusional. Explique a diferença de ambas as fases emrelação ao mencionado acima.
10) Qual a diferença de bainita superior para bainita inferior em termos decomposição química.
RESPOSTAS
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1) Alterar as microestruturas das ligas metálicas e como conseqüência as propriedades mecânicas como o aumento ou diminuição da dureza,aumento da resistência mecânica, melhora da ductilidade, melhora da usinabilidade, melhora da resistência ao desgaste, melhora da resistência àcorrosão, melhora da resistência ao calor, melhora das propriedades elétricas e magnéticas, entre outras propriedades mecânicas.
2) Velocidades de aquecimento muito elevadas podem causar distorções ou, até mesmo, trincas, porém, em alguns casos, velocidades muito
baixas de aquecimento pode causar crescimento de grão. (ex: aços fortemente encruados.)
3) O preaquecimento acontece no inicio do aquecimento do material, aquecendo lentamente afim de evitar ou não provocar defeitos na peça queesta sendo aquecida.
4) O tempo de tratamento térmico depende muito das dimensões da peça e da microestrutura desejada. Quanto maior o tempo, maior a segurançada completa dissolução das fases para posterior transformação, e maior será o tamanho do grão. A temperatura depende do tipo de material e datransformação de fase ou microestrutura desejada.
5) A descarbonetação nada mais é do que a combinação do carbono do aço com o oxigênio livre do ambiente. Este processo conduz à perda de
carbono do aço a partir da sua superfície, fazendo com que a peça fique com uma camada com teor reduzido em carbono. A espessura destacamada dependerá do tempo e da temperatura em que a peça ficará exposta a estas condições. Obviamente esta é uma situação normalmenteindesejável, pois a diminuição do teor de carbono conduzirá a uma diminuição na dureza. Este fato se torna mais grave quando realizamos umtratamento térmico de têmpera.
6) Rota 1: 50% de Martensita + 50% de Austenita;Rota 2: 100% de Martensita;Rota 3: 50% de Martensita + 50% de Bainíta;Rota 4: 100% de Perlita.
7) Pois o aço 1080 tem 0,80% de carbono, acima do ponto eutetóide (0,77%), sendo a microestrutura formada por grãos de perlita e cementita noscontornos de grão
8) No resfriamento rápido de uma liga de Fe-C, onde não cruza o cotovelo da curva TTT, o carbono fica preso dentro da estrutura da ferrita,formando um novo rearranjo de átomos de ferro, com estrutura TCC.
9) Para a transformação da martensita, o carbono não difunde, fica preso na rede, e na estrutura bainítica, ocorre a difusão de carbono, formandoCarbonetos de Fe finamente dispersos.
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