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 E-mail: pavanati@cefetsc.edu.br

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

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)

Tratamentos térmicos e controle da microestrutura Finalidade: Alterar as microestruturas e como consequênca as propriedades mecânicas das ligas metálicas

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

Têmpera e revenido (e variações) Coalescimento ou esferoidização Principais tipos Recozimento Normalização Têmpera e revenido (e variações) Coalescimento ou esferoidização

Normalização Recozimento pleno Esferoidização

Microestruturas - Perlita Perlita fina: Perlita grossa:

A transf. Martensítica ocorre c/ aumento de volume Martensita Martensita no titânio Martensita nos aços A transf. Martensítica ocorre c/ aumento de volume

Martensita revenida

Bainita

Cementita lamelar (perlita) Cementita esferoidizada Cementita eferoidizada Cementita lamelar (perlita) Cementita esferoidizada

( + Fe3C) + fase próeutetóide AUSTENITA Resf. Rápido (Têmpera) Resf. lento Resf. moderado Perlita ( + Fe3C) + fase próeutetóide Bainita ( + Fe3C) Martensita (fase tetragonal) reaquecimento Martensita Revenida ( + Fe3C)

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!!!!

Recozimento Pleno Temperatura de aquecimento Recozimento para alívio de tensões Temperatura de aquecimento

Normalização

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

Normalização

Microestrutura resultante Normalização Microestrutura resultante

O que é Têmpera? Tratamento térmico Comum nos aços Aumento de dureza Aumento da resistência a tração (~10%) Estrutura ferrítico-perlítica torna-se martensítica

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

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:

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

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

Têmpera e revenido

Têmpera e revenido

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

Temperabilidade – ENSAIO JOMINY

Temperabilidade – ENSAIO JOMINY

Temperabilidade – ENSAIO JOMINY

Temperabilidade – CURVAS JOMINY AÇO 1045 AÇO 4340

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)

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

Têmpera direta

Têmpera direta seguida de revenido

Têmpera direta Microestrutura resultante : Martensita Elevada Dureza Baixa tenacidade A tenacidade melhora com o revenido, às custas da dureza

TÊMPERA SUBZERO

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

Martêmpera Patamar isotérmico Redução do choque térmico Redução do gradiente térmico centro-superfície

Martêmpera - microestrutura A microestrutura também é a martensita, mas o nível de tensões internas da peça é menor

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

Austêmpera

Austêmpera - microestrutura Microestrutura resultante: Bainita

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

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

Esferoidização - Microestrutura ESFEROIDITA - É obtida pelo reaquecimento (abaixo do eutetóide) da perlita ou bainita, durante um tempo bastante longo Cementita lamelar (perlita) Cementita esferoidizada