Aula 11 – Tratamentos térmicos e termoquímicos

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1 Aula 11 – Tratamentos térmicos e termoquímicos
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2 Laboratório de materiais
Material para a aula: Laboratório de materiais Amostras de 1045 recozidas Realizar os tratamentos de têmpera, normalização e recozimento. Realizar medidas de dureza antes e depois do TT.

3 Tratamentos Térmicos e Termoquímicos
Os tratamentos térmicos (TT) ou tratamentos termoquímicos (TTQ) são um conjunto de operações de aquecimento e resfriamento a que são submetidas as ligas metálicas, sob condições controladas com o objetivo de alterar as suas propriedades ou conferir- Ihes características determinadas. Tratado Não tratado

4 Tratamentos Térmicos e Termoquímicos
As propriedades das ligas metálicas dependem, em princípio, de sua microestrutura. Os TT e TTQ modificam, em maior ou menor escala, a microestrutura das ligas, resultando, em consequência na alteração, de suas propriedades.

5 Tratamentos Térmicos e Termoquímicos
Os principais objetivos dos tratamentos térmicos em geral são os seguintes: Remoção de tensões Aumento ou diminuição da dureza Aumento da resistência mecânica Melhora de ductilidade Melhora da usinabilidade Melhora da resistência ao desgaste

6 Tratamentos Térmicos e Termoquímicos
Em geral, a melhora de uma ou mais propriedades, mediante um determinado tratamento térmico, é conseguida com prejuízo de outras. Por exemplo, o aumento da ductilidade provoca simultaneamente queda nos valores da dureza e resistência à tração.

7 Tratamentos Térmicos e Termoquímicos
Fatores que influenciam nos TT e TTQ Forma de aquecimento Tempo de patamar Resfriamento Atmosfera do forno

8 Fatores que influenciam nos TT e TTQ
1) Forma de aquecimento Um aquecimento muito rápido pode provocar empenamento ou mesmo aparecimento de fissuras. Antes de chagar a temperatura correta de tratamento, deve-se fazer um patamar por volta dos oC para garantir que a temperatura do interior da peça seja a mesma da superfície.

9 Fatores que influenciam nos TT e TTQ
2) Tempo de patamar Atingida a temperatura desejada, esta deve ser mantida por algum tempo afim de uniformizar o aquecimento em toda a peça (geralmente 1 hora por polegada de espessura da peça). Procura-se evitar a permanência à temperatura além do necessário para evitar o crescimento do tamanho de grão, o que diminuiria as propriedades mecânicas da peça.

10 Fatores que influenciam nos TT e TTQ
3) Resfriamento Este é o fator mais importante, pois é ele que determinará efetivamente a microestrutura e, em consequência, as propriedades finais dos aços.

11 Fatores que influenciam nos TT e TTQ
3) Resfriamento A variação da velocidade de resfriamento determina as propriedades após o TT (dureza, resistência, etc.). Essas propriedades não são obtidas apenas em função da velocidade de resfriamento, mas dependem também da composição química do aço, das dimensões das pecas e etc.

12 Fatores que influenciam nos TT e TTQ
3) Resfriamento

13 Fatores que influenciam nos TT e TTQ
4) Atmosfera do forno Nos tratamentos térmicos dos aços, deve-se evitar um fenômeno muito comum que pode causar sérios aborrecimentos: a descarbonetação.

14 Fatores que influenciam nos TT e TTQ
4) Atmosfera do forno A descarbonetação pode ser evitada pelo uso de uma atmosfera protetora, ou controlada no interior do forno.

15 Principais tipos de TT e TTQ
Os TT usuais dos aços são: Têmpera e Revenido Têmpera Superficial Normalização Recozimento Os TTQ usuais dos aços são: Cementação Nitretação

16 Qual a diferença entre TT e TTQ?
TT envolve somente calor. TTQ envolve calor e a adição de elementos químicos na superfície da peça.

17 Tratamentos Térmicos

18 Tratamentos Térmicos Têmpera É o tratamento térmico aplicado aos aços com porcentagem igual ou maior do que 0,4% de carbono. Objetivos: Obter estrutura matensítica que promove: - Aumento na dureza; - Aumento na resistência à tração; - Redução na tenacidade.

19 Tratamentos Térmicos Têmpera
Neste tratamento o material é aquecido normalmente até 900 °C, seguido por um resfriamento rápido, geralmente em água ou óleo, de maneira a formar martensita. A microestrutura obtida é martensita.

20 Tratamentos Térmicos O que é temperabilidade?

21 Tratamentos Térmicos O que é temperabilidade? Capacidade de um aço adquirir dureza por têmpera a uma certa profundidade. Profundidade de endurecimento maior: Maior temperabilidade Profundidade de endurecimento menor: Menor temperabilidade

22 Tratamentos Térmicos Há necessidade de algo a mais depois da têmpera?

23 Tratamentos Térmicos Há necessidade de algo a mais depois da têmpera? Sim. A têmpera gera tensões no material. Depois da têmpera SEMPRE deve-se fazer um tratamento chamado revenido

24 Tratamentos Térmicos - Alivia ou remove tensões geradas na têmpera
Revenido É o tratamento térmico que se faz nos aços já temperados. Objetivos: - Alivia ou remove tensões geradas na têmpera - “Diminui” a dureza e a fragilidade, aumentando a tenacidade.

25 Tratamentos Térmicos Revenido
Nesse TT o aço é aquecido entre 350oC e 650oC e depois é resfriado no ar. A temperatura de patamar (350oC - 650oC) depende do material e da dureza final que deseja-se obter. A microestrutura obtida é martensita revenida.

26 Tratamentos Térmicos Recozimento para alívio de tensões Nesse TT o material é aquecido entre ~550oC e 620oC e depois resfriado ao ar. Objetivos: - Remoção de tensões internas originadas por encruamento ou processos de soldagem.

27 Tratamentos Térmicos Normalização
Este TT é realizado em peças de aço fundidas. Neste TT o aço é aquecido até ~ 900oC e depois resfriado ao ar.

28 Tratamentos Térmicos Normalização
A microestrutura obtida é perlita fina. Objetivos: - Refinar o grão Melhorar a uniformidade da microestrutura (produz uma distribuição de grãos mais uniforme)

29 Tratamentos Térmicos Normalização
*** É recomendado o uso desse tratamento antes da têmpera e revenido, pois ele homogeniza a microestrutura e faz com que a dureza promovida pela têmpera seja mais uniforme ao longo da peça.

30 Tratamentos Térmicos Recozimento total ou pleno
Neste TT o material é aquecido até ~900oC por um certo tempo, depois o forno é desligado e o material é resfriado dentro do mesmo até a próximo da temperatura ambiente, ou seja, nesse TT o resfriamento é lento.

31 Tratamentos Térmicos Recozimento total ou pleno
Este TT implica em tempo longo de processo (desvantagem em alguns casos). A microestrutura obtida é perlita grosseira. Objetivo: - Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade.

32 Tratamentos Térmicos Têmpera superficial O TT promove o endurecimento somente na superfície da peça. Este TT é similar a têmpera normal, a diferença consiste no aquecimento da peça, que é localizado e ocorre somente na superfície da peça, em seguida o material é resfriado rapidamente e necessita de revenido posterior também.

33 Tratamentos Térmicos Têmpera superficial Os diferentes processos de tempera superficial diferem entre si em função da fonte de energia usada: • Chama. • Indução.

34 Tratamentos Térmicos Têmpera superficial • Por chama: Aquecimento por maçarico ou chama diretamente na peça.

35 Tratamentos Térmicos Têmpera superficial • Por indução: o aquecimento é provocado por indução eletromagnética, através de bobinas apropriadas

36 Teste seu conhecimento
Qual a principal finalidade da têmpera? Qual o tratamento que deve-se realizar depois do tratamento de têmpera?

37 Tratamentos Termoquímicos

38 Tratamentos Termoquímicos
Cementação Muitas peças mecânicas necessitam ter elevada dureza externa para resistirem ao desgaste; entretanto, internamente precisam permanecer tenazes para suportarem choques. Essas peças geralmente são em aço com baixa percentual de carbono e recebem um tratamento chamado de cementação.

39 Tratamentos Termoquímicos
Cementação A cementação é um TTQ que consiste em aumentar a porcentagem de carbono na superfície da peça. Para isso a peça é aquecida a uma temperatura de 900°C na presença de carbono. Camada cementada

40 Tratamentos Termoquímicos
Tipos de Cementação Cementação em caixa: este método está em desuso.

41 Tratamentos Termoquímicos
Tipos de Cementação Cementação em banhos de sais: utiliza sais ricos em carbono

42 Tratamentos Termoquímicos
Tipos de Cementação Cementação a gás: é o método mais usado.

43 Tratamentos Termoquímicos
Tipos de Cementação Cementação por plasma: a principal vantagem uniformidade da camada tratada. Processo mais moderno e mais caro.

44 Tratamentos Termoquímicos
Nitretação É um processo semelhante à cementação, que se faz aquecendo o aço a uma temperatura de 500°C a 600°C na presença de um gás contendo Nitrogênio.

45 Tratamentos Termoquímicos
Nitretação Após algum tempo, obtém-se uma fina camada de nitretos, extremamente dura. Nesse TTQ não há a necessidade de se realizar algum tratamento posterior na peça.

46 Teste seu conhecimento
Quais foram os tratamentos térmicos estudados? Quais foram os tratamentos termoquímicos estudados?

47 Referências CALLISTER Jr, William. Ciência e Engenharia dos Materiais: Uma introdução. 5ª Ed. Rio de Janeiro. LTC VAN VLACK, Laurence Hall. Princípios de Ciência dos Materiais. 4ª Ed. São Paulo. Edgard Blücher PADILHA, Ângelo Fernando. Materiais de Engenharia: Microestrutura e Propriedades. São Paulo. Hemus SHACKELFORD, J. F. Ciência dos Materiais. 6ª Ed. Pearson SENAI. Telecurso 2000 Profissionalizante. São Paulo. PASCOALI, S. Apostila de Tecnologia dos Materiais I. CEFET – SC. Araranguá OLIVEIRA, A. S. D. Tratamento térmico. LaMaTS. UFPR. COSTA, E. M. Tratamentos Térmicos. PGETEMA/PUCRS