Tratamentos térmicos e termoquímicos

William Santos

Tratamentos térmicos

Tratamento térmico

Operação ou conjunto de operações realizadas no estado sólido que compreendem aquecimento, permanência em determinadas temperaturas e resfriamento, realizados com a finalidade de conferir ao material (em sua maioria aços) determinadas características.

Tratamentos TérmicosObjetivos:- 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 da resistência à corrosão- Melhora da resistência ao calor- Melhora das propriedades elétricas e magnéticas

MATERIAL + TRATAMENTO TÉRMICO O TRATAMENTO TÉRMICO ESTÁ ASSOCIADO

DIRETAMENTE COM O TIPO DE MATERIAL. PORTANTO, DEVE SER ESCOLHIDO DESDE O

INÍCIO DO PROJETO

Fatores de Influência nos Tratamentos Térmicos Temperatura Tempo Velocidade de resfriamento Atmosfera*

* para evitar a oxidação ou perda de algum elemento químico (ex: descarbonetação dos aços)

Fatores de Influência nos Tratamentos Térmicos Tempo: O tempo de trat. térmico depende muito

das dimensões da peça e da microestrutura desejada.

Quanto maior o tempo: maior a segurança da completa dissolução

das fases para posterior transformação maior será o tamanho de grão Tempos longos facilitam a oxidação

Fatores de Influência nos Tratamentos Térmicos Temperatura: depende do tipo de material e da transformação de

fase ou microestrutura desejada

Velocidade de Resfriamento: -Depende do tipo de material e da transformação

de fase ou microestrutura desejada - É o mais importante porque é ele que

efetivamente determinará a microestrutura, além da composição química do material

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)

Tratamento subzero Tratamento realizado abaixo de 0ºC.

Particularmente, resfriamento de um aço a uma temperatura abaixo de 0C para transformação de austenita retida em martensita. Efetua-se este tratamento em peças cuja variação dimensional, em, serviço, deva restringir-se, exclusivamente, àquela determinada pelo coeficiente de dilatação térmica do aço, ou seja, sem a sobreposição de distorções dimensionais causadas por transformações cristalográficas da austenita em martensita

Ex: Nitrogênio líquido: -170oC Nitrogênio + álcool: -70oC

Tempera Tratamento térmico caracterizado pelo resfriamento

em velocidade superior à velocidade crítica de têmpera, a partir de uma temperatura acima da zona crítica para os aços hipoeutetóides e geralmente dentro da zona crítica, para os aços hipereutetóides, resultando em transformação da austenita em martensita. Utiliza-se para peças que necessitem de alta rigidez. Sem o necessário complemento de um revenimento, as peças temperadas apresentar-se-ão, quase sempre frágeis.

Revenimento Tratamento térmico de uma peça temperada ou

normalizada, caracterizado por reaquecimento abaixo da zona crítica e resfriamento adequado, visando a ajustar as propriedades mecânicas. Utiliza-se para peças recém-temperadas, com a finalidade de reduzirem-se as tensões produzidas durante a têmpera.

Objetivos:- Alivia ou remove tensões- Corrige a dureza e a fragilidade,

aumentando a dureza e a tenacidade

Têmpera da camada cementada Têmpera restrita à camada periférica da

peça cementada. Utiliza-se para peças cementadas onde o núcleo deve apresentar durezas baixas.

Têmpera diferencial Tratamento onde somente parte da peça

segue o ciclo de temperaturas de têmpera. Também denominada têmpera seletiva. Utiliza-se para peças que necessitam de regiões duras e algumas regiões moles

Têmpera superficial por indução Têmpera em que o aquecimento é

produzido por indução elétrica. Utiliza-se para peças que necessitam de endurecimento apenas nas regiões de contorno, acompanhando sua geometria.

Vidro temperado

Não só os aços recebem tratamentos térmicos mas outros materiais e ligas metálicas também, como algumas cerâmicas, neste caso o vidro.

O vidro temperado é o vidro que passou por tratamento térmico (têmpera) ou químico para modificar suas características como a dureza e resistência mecânica.

Utilidade Suas características torna-o menos

susceptível a causar ferimentos graves ao se estilhaçar mostrando grande utilidade quando a segurança é uma questão a ser considerada. Atualmente ele é utilizado nas janelas laterais e traseiras dos automóveis além da maioria dos utensílios de cozinha como panelas (“Pyrex“ ), pratos e alguns copos também são feitos com vidro temperado. Por sua grande resistência e baixa probabilidade de ferimentos ele é utilizado nas maiorias das aplicações em que possa ocorrer sua quebra por manuseio ou contato humano.

Fabricação O vidro temperado é feito a partir do aquecimento

controlado do vidro comum (não temperado) tendo chances de poder quebrar durante o processo. Rolando as lâminas de vidro comum através de um forno onde ele é aquecido à temperatura de moldagem (aproximadamente 600 °C) e então é resfriado controladamente.

O processo químico alternativo à têmpera térmica é o de troca de íons onde uma lâmina de vidro com pelo menos 100 µm é imersa numa tanque de nitrato de potássio derretido. O processo força os íons do nitrato de potássio aos óxidos de sódio do vidro. A têmpera química resulta num vidro de extrema rigidez mecânica ao preço de uma rigidez térmica menor quando comparado ao vidro temperado comum, sendo utilizado quando é necessária a têmpera de vidros moldados em formas complexas

Desvantagens O vidro temperado não pode ser cortado ou

partido. Os orifícios para hastes ou parafusos e até mesmo o polimento das arestas ou lapidação de suas bordas deve ser feito antes da têmpera pois qualquer dano feito em sua superfície pode resultar no estilhaçamento completo da peça. Apesar de sua maior dureza e rigidez, ele é menos flexível que o vidro comum ou o vidro laminado. A tensão concentrada em pontos de apoio ou suporte podem significar um risco real de estilhaçamento.

Tratamentos térmicos de ligas de alumínio

Como exemplo de um metal que não o aço usaremos o alumínio.

Considerando-se os tratamentos térmicos das ligas de alumínio, deve-se inicialmente diferenciar as ligas termicamente tratáveis (séries 2XXX, 6XXX, 7XXX e a maioria da série 8XXX), as que podem endurecer por meio de tratamento térmico de solubilização e envelhecimento, daquelas cujo aumento de dureza só pode ser obtido mediante trabalho mecânico e conseqüentemente encruamento (séries 1XXX, 3XXX, 4XXX e 5XXX).

A solubilização consiste em aquecer o material a uma temperatura bem elevada, em geral relativamente próxima do ponto de fusão, de tal modo que nesta temperatura, com os coeficientes de difusão dos elementos de liga no alumínio já suficientemente aumentados, seja possível a migração desses átomos, proporcionando a dissolução, completa depois de um certo tempo de permanência nesta temperatura, das fases secundárias inicialmente presentes na liga. Esta etapa do tratamento térmico é fundamental para assegurar que o envelhecimento subseqüente, realizado em temperatura bem mais baixa e tempo mais prolongado, ocorra de modo controlado, de tal maneira que os precipitados

sejam formados de forma controlada, principalmente no que se refere ao tamanho dos mesmos e conseqüentemente sua coerência com a matriz. por uma combinação de temperatura e de teor de Mg2Si, o magnésio e o silício encontram-se dissolvidos na matriz de alumínio. Para um teor de 1,0 % de Mg2Si, por exemplo, a 500 ºC os precipitados de Mg2Si são termodinamicamente instáveis e com tempo suficiente dissolvem-se na matriz de alumínio. Quando é feito um resfriamento rápido em água, mantém-se à temperatura ambiente a solução sólida supersaturada. Posteriormente, a manutenção do material à temperatura ambiente (envelhecimento natural) ou a uma temperatura mais elevada (envelhecimento artificial) leva à formação de precipitados endurecedores. No envelhecimento natural a cinética de precipitação é mais lenta do que no envelhecimento artificial, no qual o controle de temperatura e tempo permite a obtenção de valores de dureza mais elevados. No envelhecimento artificial é possível atingir o máximo de dureza para um determinado tempo de tratamento, após o qual o crescimento excessivo dos precipitados e a conseqüente perda de coerência dos mesmos com a matriz leva à queda de dureza denominada superenvelhecimento.

Austêmpera Tratamento térmico composto de aquecimento

até a temperatura de austenitização, permanência nesta temperatura até completa equalização, resfriamento rápido até a faixa de formação da bainita, permanência nesta temperatura até completa transformação. Utiliza-se para peças que necessitam de alta tenacidade (efeito-mola).

A austêmpera apresenta vantagens sobre a têmpera no que diz respeito ao aparecimento de tensões internas, trincas e outros defeitos que aparecem devido à severidade da têmpera

Austenitização

Transformação da estrutura da matriz existente em estrutura austenítica através de aquecimento. Pode ser parcial (aquecimento dentro da faixa de transformação) ou completa (aquecimento acima da faixa de transformação).

Beneficiamento Tratamento térmico composto de têmpera

seguida de revenimento, em temperatura adequada, destinado a obtenção de maior tenacidade combinada com certas propriedades de resistência. Utiliza-se para peça/ferramentas que necessitam de uma boa confirmação de rigidez e tenacidade.

Coalescimento Tratamento térmico de recozimento com a

finalidade de se obterem os carbonetos sob forma esferoidal. Usualmente é caracterizado por permanência em temperatura ligeiramente superior ou inferior ao ponto critico ou oscilação em torno do ponto critico e resfriamento lento. Também denominado esferoidização. Utiliza-se para produtos que necessitam de dureza baixíssima para poderem ser deformadas plasticamente.

Descarbonetação Redução do teor de carbono em toda a

extensão ou parte do material. Utiliza-se para produtos que necessitam de baixa permeabilidade magnética.

Martêmpera Tratamento isotérmico composto de

austenitização seguida de resfriamento brusco até temperatura ligeiramente acima da faixa de formação de martensita, visando equalizar a temperatura do material e ao resfriamento adequado até a temperatura ambiente. Utiliza-se para peças propensas a sofrerem empenamentos e que necessitam das mesmas propriedades alcançáveis pelo beneficiamento.

Normalização Tratamento térmico, caracterizado pelo

aquecimento acima da zona crítica e por equalização nesta temperatura seguida de resfriamento uniforme ao ar, sem restringi-lo ou acelerá-lo, até a temperatura ambiente. Utiliza-se para peças que necessitam ser usinadas, com remoção de cavacos, para evitar o “empastamento” das ferramentas de usinagem.

Em relação ao recozimento a microestrutura é mais fina, apresenta menor quantidade e melhor distribuição de carbonetos

Patenteamento Tratamento térmico de arames e tiras,

empregado em aço de alto e médio carbono, caracterizado por aquecimento acima da zona crítica e por resfriamento ao ar ou em banho de sal ou chumbo, com a finalidade de obter-se Uma microestrutura adequada para as deformações subsequentes.

Perlitização Tratamento térmico de transformação de

austenita em perlita. Termo largamente usado em tratamento de ferro fundidos. Utiliza-se para peças de ferro fundido que necessitam de maior dureza do que a obtida após a fundição.

Recozimento Termo genérico que indica um tratamento

térmico composto de aquecimento controlado até uma determinada temperatura, permanência nessa temperatura durante um certo intervalo de tempo e resfriamento regulado para a finalidade em vista. Utiliza-se para peças de ferro fundido que necessitam de menor dureza do que a obtida após a fundição.

Recozimento para recristalização Recozimento caracterizado pela

permanência em temperatura dentro da faixa de recristalização, após deformação realizada abaixo dessa faixa. Utiliza-se para peças deformadas plasticamente a frio, com a finalidade de reduzirem ao seus limites de escoamento e de resistência.

Recozimento tipos azul ferrítico intermediário isotérmico para solubilização pleno

Tratamento termoquímico

Conjunto de operações realizadas no estado sólido que compreendem modificações na composição química da superfície da peça, em condições de temperatura e meio adequados.

Boretação Tratamento termoquímico em que se

promove enriquecimento (endurecimento) superficial com boro. Utiliza-se para peças que necessitam de alta resistência à abrasão.

Carbonitretação Tratamento termoquímico em que se

promove o enriquecimento superficial simultâneo com carbono e nitrogênio. Utiliza-se para peças que necessitam de alta dureza superficial, alta resistência à fadiga de contato e submetidas a cargas superficiais moderadas.

Cementação Tratamento termoquímico em que se

promove enriquecimento superficial com carbono. Utiliza-se para peças que necessitam de alta dureza superficial, alta resistência à fadiga de contato e submetidas a cargas superficiais elevadas.

A cementação é feita aquecendo-se a peça de aço de baixo teor de carbono, junto com um material rico em carbono (carburante).

Quando a peça atinge alta temperatura (750ºC a 1.000ºC) passa a absorver parte do carbono do carburante.

Quanto mais tempo a peça permanecer aquecida com o carburante, mais espessa se tornará a camada.

Os carburantes podem ser sólidos, (grãos ou pós), líquidos ou gasosos. A qualidade dos carburantes influi na rapidez com que se forma a camada.

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.

Nitretação Tratamento termoquímico em que se

promove enriquecimento superficial com nitrogênio. Utiliza-se para peças que necessitam de alta resistência à fadiga de contato, alta resistência ao atrito adesivo e submetidas a cargas superficiais baixas.