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Introdução a tecnologia dos materiais
CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE SANTA CATARINA UNIDADE DE ENSINO DE FLORIANÓPOLIS DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE METAL MECÂNICA - DAMM Introdução a tecnologia dos materiais ProIn I Prof. Henrique Cezar Pavanati, Dr. Eng
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Tratamento Térmico é um ciclo de aquecimento e resfriamento controlad o com o objetivo de alterar as suas propriedades físicas e mecânicas, sem mudar a forma do produto. Tem efeitos colaterais Pode ser um efeito colateral
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Taxas de aquecimento e resfriamento
Temperatura Transformação do material Usualmente obtida do diagrama de fases Tempo Homogeneização da temperatura na região de interesse Taxas de aquecimento e resfriamento Aquecimento – Riscos para a peça (trincas, empenamento) Resfriamento – Governa a transformação Atmosfera Inibir reações indesejadas Promover reações de interesses (trat. termoquímicos)
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Tratamentos térmicos e controle
da microestrutura Finalidade: Alterar as microestruturas e como consequênca as propriedades mecânicas das ligas metálicas
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Objetivo dos tratamentos térmicos
- 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
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Têmpera e revenido (e variações) Coalescimento ou esferoidização
Principais tipos Recozimento Normalização Têmpera e revenido (e variações) Coalescimento ou esferoidização
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Normalização Recozimento pleno Esferoidização
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Microestruturas - Perlita
Perlita fina: Perlita grossa:
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A transf. Martensítica ocorre c/ aumento de volume
Martensita Martensita no titânio Martensita nos aços A transf. Martensítica ocorre c/ aumento de volume
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Martensita revenida
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Bainita
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Cementita lamelar (perlita) Cementita esferoidizada
Cementita eferoidizada Cementita lamelar (perlita) Cementita esferoidizada
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( + Fe3C) + fase próeutetóide
AUSTENITA Resf. Rápido (Têmpera) Resf. lento Resf. moderado Perlita ( + Fe3C) + fase próeutetóide Bainita ( + Fe3C) Martensita (fase tetragonal) reaquecimento Martensita Revenida ( + Fe3C)
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Objetivos: Recozimento
- 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 Produzir uma microestrutura definida RESFRIAMENTO LENTO!!!!
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Recozimento Pleno Temperatura de aquecimento
Recozimento para alívio de tensões Temperatura de aquecimento
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Normalização
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Aquecer o material até a completa austenitização
Normalização Procedimento Aquecer o material até a completa austenitização Resfriamento lento, geralmente ao ar Objetivo: Refinar os grãos do material Prepará-lo para a têmpera Melhora usinabilidade / acabamento superficial
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Normalização
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Microestrutura resultante
Normalização Microestrutura resultante
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O que é Têmpera? Tratamento térmico Comum nos aços Aumento de dureza
Aumento da resistência a tração (~10%) Estrutura ferrítico-perlítica torna-se martensítica
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Objetivos: Obter estrutura matensítica que promove:
Têmpera e revenido *** 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
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REVISÃO ESTRUTURA CRISTALINA
Têmpera e revenido REVISÃO ESTRUTURA CRISTALINA Fator de empacotamento CCC = 0,68 CFC = 0,74 Com estes dados responda: Qual pode dissolver mais carbono? Vejamos novamente o diagrama:
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O QUE ACONTECE NO MATERIAL?
Têmpera e revenido O QUE ACONTECE NO MATERIAL? Interstício “central” do CFC É possível “enchê-lo” com carbono Com o resfriamento rápido ele fica “aprisionado” Ao invés de CCC o material fica TCC Elevado nível de tensões internas
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Revenido (tempering):
Têmpera e revenido Revenido (tempering): Ciclo térmico de aquecimento / permanência em temperatura / resfriamento controlado para: Aquecimento abaixo da temperatura de transformação em austenita (temperatura crítica) Aliviar tensões resultantes da têmpera “Calibrar” o valor da dureza Microestrutura resultante: Martensita revenida SOLUÇÃO SÓLIDA INTERSTICIAL SUPERSATURADA DE ESTRUTURA TCC
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Têmpera e revenido
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Têmpera e revenido
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É determinada pelos seguintes métodos:
TEMPERABILIDADE Propriedade que indica a profundidade e a distri- buição da dureza de uma material temperado. É afetada por: Composição química Tamanho de grão da austenita Estrutura do aço antes da têmpera É determinada pelos seguintes métodos: Ensaio Grossman Ensaio Jominy
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Temperabilidade – ENSAIO JOMINY
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Temperabilidade – ENSAIO JOMINY
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Temperabilidade – ENSAIO JOMINY
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Temperabilidade – CURVAS JOMINY
AÇO 1045 AÇO 4340
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Têmpera – Meios de resfriamento
Falaremos a seguir dos meios de resfriamento convencionalmente usados nos tratamentos térmicos. Vejamos uma comparação em termos de troca de calor (ou severidade)
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Têmpera direta Processo: Aquecimento até a austenitização e resfriamento, geralmente em água, óleo ou salmoura. Objetivo: Endurecimento (hardening) pela transformação da microestrutura em martensita. Vantagem: Simplicidade Bons resultados para peças pequenas com geometria “simples”. Desvantagens: Elevado choque térmico (trincas) Empenamento
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Têmpera direta
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Têmpera direta seguida de revenido
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Têmpera direta Microestrutura resultante : Martensita Elevada Dureza
Baixa tenacidade A tenacidade melhora com o revenido, às custas da dureza
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TÊMPERA SUBZERO
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Martêmpera O objetivo é o mesmo da Têmpera Direta, mas atenuando seus efeitos de gradientes de temperatura (centro-superfície) A Microestrutura resultante é a martensita Também há necessidade de revenido
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Martêmpera Patamar isotérmico Redução do choque térmico
Redução do gradiente térmico centro-superfície
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Martêmpera - microestrutura
A microestrutura também é a martensita, mas o nível de tensões internas da peça é menor
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Austêmpera O Objetivo agora é formar a bainita Aquecimento até a austenitização Resfriamento rápido até abaixo do “cotovelo” da curva TTT (~400oC) Manutenção da temperatura até a completa transformação Resfriamento final ao ar ou em atmosfera protetora
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Austêmpera
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Austêmpera - microestrutura
Microestrutura resultante: Bainita
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Austêmpera - microestrutura
Propriedades: A bainita consegue aliar uma elevada dureza com boa tenacidade Vantagens sobre a T+R Maior resistência ao impacto para uma mesma dureza Menor perda por trinca e empenamento
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Esferoidização ou coalescimento
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
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Esferoidização - Microestrutura
ESFEROIDITA - É obtida pelo reaquecimento (abaixo do eutetóide) da perlita ou bainita, durante um tempo bastante longo Cementita lamelar (perlita) Cementita esferoidizada
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