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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
"Júlio de Mesquita Filho"
FEB - FACULDADE DE ENGENHARIA DE BAURU
RELATÓRIO 4
TRATAMENTOS TÉRMICOS
LABORATÓRIO DE MATERIAIS
João Paulo de Oliveira Freitas – RA 911721
Bauru
2010
INTRODUÇÃO
O estudo de materiais visa explorar conhecimentos implícitos em suas microestruturas.
Certos materiais apresentam características próprias que muitas vezes necessitam de algumas alterações para que possam ser aplicadas ao projeto em desenvolvimento.
Nesse contexto surgem alguns processos de modificação de propriedades específicas para atender às necessidades do projeto.
Entre os processos que alteram as características do material, se encontram os tratamentos térmicos os quais consistem em alterar propriedades mecânicas como dureza, resistência ao desgaste, tenacidade, entre outros.
IMPORTÂNCIA DOS TRATAMENTOS TÉRMICOS:
Os principais objetivos dos tratamentos térmicos são os seguintes:
- Remoção de tensões internas (oriundas de esfriamento desigual, trabalho mecânico ou outra causa);
- Aumento ou diminuição da dureza;
- Aumento da resistência mecânica;
- Melhora da ductilidade;
- Melhora da usinabilidade;
- Melhora da resistência ao desgaste;
- Melhora das propriedades de corte;
- Melhora da resistência à corrosão;
- Melhora da resistência ao calor;
- Modificação das propriedades elétricas e magnéticas
Dentre os fatores que influenciam o tratamento térmico, encontram-se o aquecimento, o tempo de permanência à temperatura de aquecimento e o resfriamento. Cada um desses fatores está incorporado nos tratamentos térmicos propriamente ditos. Os fatores são, portanto, os responsáveis pela diferenciação entre os tratamentos térmicos.
Figura 1 – Relação entre a velocidade de resfriamento, a dureza e as tensões residuais.
OS TRATAMENTOS TÉRMICOS:
Recozimento: É o tratamento térmico realizado com o fim de alcançar um ou vários seguintes objetivos: remover tensões devidas aos tratamentos mecânico a frio ou a quente, diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade do aço, alterar as propriedades mecânicas como resistência, ductilidade etc., modificar as características elétricas e magnéticas, ajustar o tamanho de grão, regularizar a textura bruta, remover gases, produzir uma microestrutura definida, eliminar enfim os efeitos de quaisquer tratamentos térmicos ou mecânicos a que o aço tiver sido anteriormente submetido. Após o aquecimento da peça, ela deve ser resfriada lentamente, geralmente em um meio com cal, areia ou cinzas.
Normalização: Consiste no aquecimento do aço a uma temperatura acima da zona crítica, seguindo de resfriamento no ar. A normalização visa refinar a granulação grosseira de peças de aço fundido principalmente; frequentemente, e com o mesmo objetivo, a normalização é aplicada em peças depois de laminadas ou forjadas. A normalização é ainda usada como tratamento preliminar à têmpera e ao revenido, justamente para produzir estrutura mais uniforme do que a obtida por laminação. Os constituintes que se obtém na normalização são ferrita e perlita fina ou cementita e perlita fina. Eventualmente, dependendo do tipo de aço, pode-se obter a bainita.
Têmpera: Consiste no resfriamento rápido do aço de uma temperatura superior à sua temperatura crítica em um meio como óleo, água, salmoura ou mesmo ar. Como na têmpera o constituinte final desejado é a martensita, o objetivo, o objetivo dessa operação, sob o ponto de vista de propriedades mecânicas, é o aumento da dureza deve verificar-se até uma determinada profundidade. Resultam também da têmpera redução da ductilidade (baixos valores de alongamento e estricção), da tenacidade e o aparecimento de apreciáveis tensões
internas. Tais inconvenientes são atenuados ou eliminados pelo revenido.
Figura 2 – Processo do temperamento
Revenimento: é o tratamento térmico que normalmente sempre acompanha a têmpera, pois elimina a maioria dos inconvenientes produzidos por esta; além de aliviar as tensões internas, corrige as excessivas durezas e fragilidades do material, aumentando sua ductilidade e resistência ao choque. O aquecimento na martensita permite a reversão do reticulado instável ao reticulado estável cúbico centrado, produz reajustamentos internos que aliviam as tensões e, além disso, uma precipitação de partículas de carbonetos que cresce e se aglomeram de acordo com a temperatura.
Figura 3 – Curva de Dureza X Temperatura de revenimento
Austêmpera: Este tratamento tem substituído, em diversas aplicações, a têmpera e o revenido. Baseia-se no conhecimento das curvas em C e aproveita as transformações da austenita que podem ocorrer à temperatura constante. Por esse motivo a austenita é considerado um tratamento isotérmico. O constituinte que se origina na austêmpera, pelo esfriamento da austenita a uma temperatura constante é a bainita, que como se viu, tem propriedades idênticas, senão mesmo superiores, às das estruturas martensíticas revenidas. Como nesse tratamento evita-se a formação direta da martensita, eliminam-se os inconvenientes que essa estrutura apresenta quando obtida pela têmpera direta e que são somente eliminados pelo revenido posterior.
Martêmpera: É esse tratamento usado principalmente para diminuir a distorção ou empenamento que produz durante o resfriamento rápido de peças de aço. Tem-se formação da martensita de modo bastante uniforme através de toda seção da peça, durante o resfriamento até a temperatura ambiente, evitando-se a formação de excessiva quantidade de tensões residuais. Como na austêmpera, na martêmpera também se deve levar em conta a espessura ou seção das peças a serem tratadas.
Figura 4 – Curvas TTT para os tratamentos térmicos
PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS:
Nos procedimentos em laboratório, tomamos como princípio as definições dos tratamentos térmicos estudados. Foram realizados os tratamentos de têmpera, revenido, normalização e recozimento.
Para cada um deles, existia uma amostra pré-aquecida em forno laboratorial, apenas para reduzir o tempo dos ensaios, devido ao número de alunos.
A manipulação das amostras se dava com o auxílio de pinça e luva térmica, favorecendo a segurança. As amostras eram pegas e posteriormente colocadas no meio específico que descreve o tratamento térmico a ser realizado.
No caso da têmpera, foram realizados resfriamento em água, óleo diesel e óleo para lubrificação de motores. A diferença entre eles se dá por sua viscosidade, sendo essa relacionada à velocidade de resfriamento. O óleo diesel tem a maior viscosidade e a água, a menor. Líquidos mais viscosos têm um resfriamento um pouco mais lento que os não viscosos, o que reduz a dureza final do material. Portanto, os temperados em água têm uma dureza maior, ou seja, tem maior concentração de martensita, por outro lado, suas tensões internas são acentuadas, exigindo o revenimento para alívio de tensões.
Para realizar o revenimento, após a têmpera a amostra é colocada em um forno com a temperatura um pouco menor que a temperatura necessária para a têmpera, e deixado por um tempo necessário, o qual depende do material a ser estudado. Esse revenimento tenderá a deixar o material temperado com uma ductilidade um pouco maior e mais resistente ao impacto.
Na normalização, a amostra retirada do forno, é deixada ao ar. Seu resfriamento é, portanto, mais lento, pois dependerá da transição do calor por radiação com a temperatura ambiente do local.
No recozimento, ao ser retirada do forno, a amostra foi mantida em meio que favorecesse o resfriamento lento. Dois meios foram utilizados: a areia e a cal. O primeiro, em relação ao segundo, tem um resfriamento um pouco mais lento, devido ao tamanho das partículas e as propriedades de condutibilidade térmica.
