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Tratamentos Térmicos. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Tratamentos Térmicos n Finalidade: Alterar as microestruturas e como consequência as propriedades.

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1 Tratamentos Térmicos

2 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Tratamentos Térmicos n Finalidade: Alterar as microestruturas e como consequência as propriedades mecânicas das ligas metálicas

3 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Tratamentos Térmicos n 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 da resistência à corrosão - Melhora da resistência ao calor - Melhora das propriedades elétricas e magnéticas

4 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS MATERIAL + TRATAMENTO TÉRMICO O TRATAMENTO TÉRMICO ESTÁ ASSOCIADO DIRETAMENTE COM O TIPO DE MATERIAL. PORTANTO, DEVE SER ESCOLHIDO DESDE O INÍCIO DO PROJETO

5 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Fatores de Influência nos Tratamentos Térmicos n Temperatura n Tempo n Velocidade de resfriamento n Atmosfera* * para evitar a oxidação ou perda de algum elemento químico (ex: descarbonetação dos aços)

6 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Fatores de Influência nos Tratamentos Térmicos n Tempo: O tempo de trat. térmico depende muito das dimensões da peça e da microestrutura desejada. Quanto maior o tempo: n maior a segurança da completa dissolução das fases para posterior transformação n maior será o tamanho de grão Tempos longos facilitam a oxidação

7 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Fatores de Influência nos Tratamentos Térmicos n Temperatura: depende do tipo de material e da transformação de fase ou microestrutura desejada

8 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Fatores de Influência nos Tratamentos Térmicos n 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

9 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Principais Meios de Resfriamento n Ambiente do forno (+ brando) n Ar n Banho de sais ou metal fundido (+ comum é o de Pb) n Óleo n Água n Soluções aquosas de NaOH, Na 2 CO 3 ou NaCl (+ severos)

10 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Como Escolher o Meio de Resfriamento ???? n É um compromisso entre: - Obtenção das caracterísitcas finais desejadas (microestruturas e propriedades), - Sem o aparecimento de fissuras e empenamento na peça, - Sem a geração de grande concentração de tensões

11 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Principais Tratamentos Térmicos Tratamentos Térmicos Recozimento Normalização Tempera e Revenido Esferoidização ou Coalescimento Alívio de tensões Recristalização Homogeneização Total ou Pleno Isotérmico Solubilização e envelhecimento

12 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 1- RECOZIMENTO n Objetivos: - 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

13 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS TIPOS DE RECOZIMENTO n Recozimento para alívio de tensões (qualquer liga metálica) n Recozimento para recristalização (qualquer liga metálica) n Recozimento para homogeneização (para peças fundidas) n Recozimento total ou pleno (aços) n Recozimento isotérmico ou cíclico (aços)

14 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 1.1- RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES n Objetivo Remoção de tensões internas originadas de processos (tratamentos mecânicos, soldagem, corte, …) n Temperatura Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase n Resfriamento Deve-se evitar velocidades muito altas devido ao risco de distorções

15 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Ex:RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES DOS AÇOS n Temperatura Abaixo da linha A1 em que ocorre nenhuma transformação ( oC) Ou linha crítica 723 C

16 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA DE RECOZIMENTO NA RESIST. À TRAÇÃO E DUTILIDADE Alívio de Tensões (Recuperação/Recovery)

17 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 1.2- RECOZIMENTO PARA RECRISTALIZAÇÃO n Objetivo Elimina o encruamento gerado pela deformação à frio n Temperatura Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase n Resfriamento n Lento (ao ar ou ao forno)

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19 1.3- RECOZIMENTO HOMOGENEIZAÇÃO n Objetivo Melhorar a homogeneidade da microestruturade peças fundidas n Temperatura Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase n Resfriamento n Lento (ao ar ou ao forno)

20 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 1.4- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO n Objetivo Obter dureza e estrutura controlada para os aços

21 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 1.4- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO n Temperatura Hipoeutetóide 50 °C acima da linha A3 Hipereutetóide Entre as linhas Acm e A1 n Resfriamento Lento (dentro do forno) implica em tempo longo de processo (desvantagem) Usado para aços

22 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS + +Fe3C Recozimento total ou pleno

23 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 1.1- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO n Constituintes Estruturais resultantes Hipoeutetóide 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

24 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 1.5- RECOZIMENTO ISOTÉRMICO OU CÍCLICO 1.5- RECOZIMENTO ISOTÉRMICO OU CÍCLICO n n A diferença do recozimento pleno está no resfriamento que é bem mais rápido, tornando-o mais prático e mais econômico, n n Permite obter estrutura final + homogênea n n Não é aplicável para peças de grande volume porque é difícil de baixar a temperatura do núcleo da mesma n n Esse tratamento é geralmente executado em banho de sais Usado para aços

25 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 2- ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO ESFEROIDITA Objetivo Produção de uma estrutura globular ou esferoidal de carbonetos no aço melhora a usinabilidade, especialmente dos aços alto carbono facilita a deformação a frio

26 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS + +Fe3C Esferoidização ou coalescimento

27 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS OUTRAS MANEIRAS DE PRODUZIR ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO Aquecimento por tempo prolongado a uma temperatura logo abaixo da linha inferior da zona crítica, 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. Aquecimento e resfriamentos alternados entre temperaturas que estão logo acima e logo abaixo da linha inferior de transformação.

28 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Usada para aços 3- NORMALIZAÇÃO Objetivos: Refinar o grão Refinar o grão Melhorar a uniformidade da microestrutra Melhorar a uniformidade da microestrutra *** É usada antes da têmpera e revenido

29 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS + +Fe3C

30 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 3- NORMALIZAÇÃO n Temperatura Hipoeutetóide acima da linha A3 Hipereutetóide acima da linha Acm* * Não há formação de um invólucro de carbonetos frágeis devido a velocidade de refriamento ser maior n Resfriamento Ao ar (calmo ou forçado)

31 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 3- NORMALIZAÇÃO n Constituintes Estruturais resultantes Hipoeutetóide 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 de carbonetos

32 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 4- TÊMPERA Objetivos: Obter estrutura matensítica que promove: 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

33 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 4- TÊMPERA MARTENSITA

34 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 4- TÊMPERA n Temperatura Superior à linha crítica (A1) * Deve-se evitar o superaquecimento, pois formaria matensita acidular muito grosseira, de elevada fragilidade n Resfriamento Rápido de maneira a formar martensíta (ver curvas TTT)

35 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 4- TÊMPERA n Meios de Resfriamento Depende muito da composição do aço (% de carbono e elementos de liga) e da espessura da peça

36 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS TEMPERABILIDADE n CAPACIDADE DE UM AÇO ADQUIRIR DUREZA POR TÊMPERA A UMA CERTA PROFUNDIDADE n VEJA EXEMPLO COMPARATIVO DA TEMPERABILIDADE UM AÇO 1040 E DE UM AÇO 8640 n A CURVA QUE INDICA A QUEDA DE DUREZA EM FUNÇÃO DA PROFUNDIDADE RECEBE O NOME DE CURVA JOMINY QUE É OBTIDA POR MEIO DE ENSAIOS NORMALIZADOS

37 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS TEMPERABILIDADE n Veja como é feito o ensaio de temperabilidade Jominy no site: n didático

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39 TEMPERABILIDADE DOS AÇOS EM FUNÇÃO DO TEOR DE CARBONO

40 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 5- REVENIDO *** Sempre acompanha a têmpera Objetivos: - Alivia ou remove tensões - Corrige a dureza e a fragilidade, aumentando a dureza e a tenacidade

41 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 5- REVENIDO n Temperatura Pode ser escolhida de acordo com as combinações de propriedades desejadas

42 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 5- REVENIDO °C os carbonetos começam a precipitar Estrutura: martensita revenida (escura, preta) Dureza: 65 RC RC °C os carbonetos continuam a precipitar em forma globular (invisível ao microscópio) Estrutura: TROOSTITA Dureza: 62 RC 50 RC

43 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 5- REVENIDO °C os carbonetos crescem em glóbulos, visíveis ao microscópio Estrutura: SORBITA Dureza: RC °C os carbonetos formam partículas globulares Estrutura: ESFEROIDITA Dureza: <20 RC

44 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS MICROESTRUTURAS DO REVENIDO TROOSTITA E MARTENSITA SORBITA

45 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS FRAGILIDADE DE REVENIDO n Ocorre em determinados tipos de aços quando aquecidos na faixa de temperatura entre °C ou quando resfriados lentamente nesta faixa. n A fragilidade ocorre mais rapidamente na faixa de °C n A fragilidade só é revelada no ensaio de resist. ao choque, não há alteração na microestrutura.

46 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS AÇOS SUSCEPTÍVEIS À FRAGILIDADE DE REVENIDO n Aços -liga de baixo teor de liga n Aços que contém apreciáveis quantidades de Mn, Ni, Cr, Sb*, P, S n Aços ao Cr-Ni são os mais suceptíveis ao fenômeno *é o mais prejudicial

47 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS COMO MINIMIZAR A FRAGILIDADE DE REVENIDO n Manter os teores de P abaixo de 0,005% e S menor 0,01% n Reaquecer o aço fragilizado a uma temperatura de ~600 °C seguido de refriamento rápido até abaixo de 300 °C.

48 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 6- SOLUBILIZAÇÃO SEGUIDA DE PRECIPITAÇÃO OU ENVELHECIMENTO n Consiste na precipitação de outra fase, na forma de partículas extremamente pequenas e uniformemente distribuídas. n Esta nova fase enrijece a liga. n Após o envelhecimento o material terá adquirido máxima dureza e resistência. n O envelhecimento pode ser natural ou artificial.

49 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 6- Tratamento térmico de solubilização seguido de envelhecimento Solubilização Precipitação Resfriamento em água Chamado de envelhecimento que pode ser natural ou artificial A ppt se dá a T ambiente A ppt se dá acima da T ambiente por reaqueci- mento

50 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS EXEMPLO: Sistema Al-Cu A fase endurecedora das ligas Al-Cu é CuAl2 ( ) Solubilização 5,65%

51 7- Outros tratamentos térmicos

52 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS TRATAMENTO SUB-ZERO n Alguns tipos de aço, especialmente os alta liga, não conseguem finalizar a transformação de austenita em martensita. O tratamento consiste no resfriamento do aço a temperaturas abaixo da ambiente n Ex: Nitrogênio líquido: -170oC Nitrogênio + álcool: -70oC Nitrogênio + álcool: -70oC

53 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS AÇO AISI 1321 cementado as linhas Mi e Mf são abaixadas. n Neste aço a formação da martensita não se finaliza, levando a se ter austenita residual a temperatura ambiente.

54 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS AUSTEMPERA E MARTEMPERA n Problemas práticos no resfriamento convencional e têmpera n A peça/ parte poderá apresentar empenamento ou fissuras devidos ao resfriamento não 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 estão com diferentes microestruturas, aparecem tensões mecânicas consideráveis. A região que contém a martensita é frágil e pode trincar. Os tratamentos térmicos denominados de martempera e austempera vieram para solucionar este problema

55 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS MARTEMPERA n O resfriamento é temporariamente interrompido, criando um passo isotérmico, no qual toda a peça atinga a mesma temperatura. A seguir o resfriamento é feito lentamente de forma que a martensita se forma uniformemente através da peça. A ductilidade é conseguida através de um revenimento final.

56 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS AUSTEMPERA n Outra alternativa para evitar distorções e trincas é o tratamento denominado austêmpera, ilustrado ao lado n Neste processo o procedimento é análogo à martêmpera. Entretanto a fase isotérmica é prolongada até que ocorra a completa transformação em bainita. Como a microestrutura formada é mais estável (alfa+Fe3C), o resfriamento subsequente não gera martensita. Não existe a fase de reaquecimento, tornando o processo mais barato.

57 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS MARTEMPERA E AUSTEMPERA alternativas para evitar distorções e trincas

58 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS CASO PRÁTICO 1 Faça uma análise do seguinte procedimento adotado por uma da empresa n Peça: eixo (10x100)mm n Aço: SAE 1045 n Condições de trabalho: solicitação à abrasão pura n Tratamento solicitado: beneficiamento para dureza de 55HRC n Condição para tempera: peça totalmente acabada

59 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS CASO PRÁTICO 2 Qual o tratamento térmico que você acha mais apropriado para um dado eixo flangeado para reconstituir a homogeneidade microestrutural com a finalidade de posteriormente ser efetuada a tempera? Informações: A região flangeada apresenta-se com granulação fina e homogênea, resultante do trabalho à quente; já o restante do eixo, que não sofre conformação, apresenta-se com microestrutura grosseira e heterogênea, devido ao aquecimento para forjamento.

60 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS CASO PRÁTICO 3 Porta insertos de metal duro são usados em estampos progressivos, confeccionados em aço AISI D2 e temperados para 60/62 HRC. Este tipo de aço costuma reter até 50% de austenita em sua estrutura à temperatura ambiente. Há algum inconveniente disto? Comente sua resposta.

61 RESUMOS

62 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS TRANSFORMAÇÕES AUSTENITA Perlita ( + Fe 3 C) + a fase próeutetóide Bainita ( + Fe 3 C) Martensita (fase tetragonal) Martensita Revenida ( + Fe 3 C) Ferrita ou cementita Resf. lento Resf. moderado Resf. Rápido (Têmpera) reaquecimento

63 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Tratamentos Térmicos Recozimento Total ou Pleno Recozimento Isotérmico Normalização Tempera e Revenido Resfriamento Lento (dentro do forno) Resfriamento ao ar

64 Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Recozimento Total ou Pleno Isotérmico Alívio de tensões Recristalização Resfriamento Lento (dentro do forno) Temperatura Abaixo da linha A1 Não ocorre nenhuma transformação Resfriamento Deve-se evitar velocidades muito altas devido ao risco de distorções Temperatura Abaixo da linha A1 ( oC) - Resfriamento Lento (ao ar ou dentro do forno) **Elimina o encruamento gerado pelos processos de deformação à frio


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