Transcript
Tratamentos Térmicos
Tratamentos Térmicos: (ver Metals Handbook, vol.4, Heat treating).
Fenômenos que ocorrem com o aumento da temperatura (elevada): crescimento
dos grãos.
Recristalização dos grãos deformados por um trabalho mecânico.
Tº.Tº.: Conjunto de operações que tem por objetivo modificar as
propriedades de um material metálico através do aquecimento e resfriamento
em condições controladas.
Os tipos mais comuns: (p/ o aço)
a) Esferoidização (aço)
b) Recozimento
c) Normalização
d) Têmpera + Revenido
FºFº:
a) Envelhecimento artificial
b) Recozimento
c) Têmpera + Revenido
Fatores de influência:
Deve-se observar uma série de fatores. Um erro de avaliação produz uma
microestrutura diferente com propriedades não desejadas.
1. Temperatura:
Específica para o tratamento térmico que se deseja. Não deve ser
excessivamente alta para não promover o crescimento de grão (queda da
tenacidade).
2. Tempo:
As reações levam um tempo para ocorrerem. Deve haver a completa
homogeneização da estrutura (austenitização). Não deve ser excessivamente
longo para não ocorrer o crescimento de grão.
3. Velocidade de resfriamento:
Erro na escolha pode produzir microestruturas diferentes que levam a
diferentes propriedades mecânicas. É o mais importante!
Dois pontos ( Microestruturas diferentes (martensita)
Trincas e empenamento
4. Proteção das peças:
Acima de 600oC: C(aço) + O2 ( CO2 Descarbonetação
Camadas descarbonetadas ( menor teor de C
Depende: T e t
Menor conteúdo de C ( Menor dureza obtida por têmpera.
Proteção ( atmosfera neutra (argônio).
Tipos mais comuns de tratamentos térmicos:
1. Recozimento:
Aplicado, normalmente, para aços hipoeutetóides. Na verdade, para aços
com menos de 0,5%C. Este tratamento tem como objetivo diminuir a
resistência mecânica do aço e aumentar a ductilidade. Os aços são então
recozidos para aumentar a capacidade de deformação a frio (ver Figura 1),
bem como aumentar a usinabilidade (Lembrar do processo de estampagem do
cartucho de bala).
Figura 1 - Ciclos de deformação a frio e recozimento (cápsula para
cartuchos).
Forma de execução ( austenitização seguida por resfriamento lento até a
temperatura ambiente (resfriamento ao forno). Este é chamado de recozimento
pleno ou convencional (ver Figura 2).
Microestrutura final ( perlita grosseira (baixa dureza).
Figura 2 - Curva de resfriamento para o recozimento convencional.
O recozimento pleno é aplicado para peças de baixa e média
temperabilidade! Para aços de alta temperabilidade, mesmo com o
resfriamento lento (ao forno), outro produtos podem ser formados como
perlita fina e até mesmo bainita. Para estes casos, usa-se o recozimento
isotérmico (ver Figura 3).
Figura 3 - Curva de transformação de um aço de alta temperabilidade no
recozimento.
2. Normalização:
Produz propriedades semelhantes ao recozimento, podendo ser usado
adicionalmente para "normalizar" estruturas não homogêneas resultantes de
processos de têmpera, conformação e fundição. Ocorre, porém, que a
normalização é feita geralmente com resfriamento das peças ao ar. Isto
conduz a uma velocidade de resfriamento mais alta do que aquela do
recozimento, dando como resultado uma estrutura formada por perlita mais
fina.
O resfriamento da temperatura de normalização é feito ao ar (ver Figura
4). Por incluir um resfriamento mais acelerado do que o recozimento, além
de produzir uma perlita mais fina, irá produzir uma diminuição do tamanho
de grão, que leva a um considerável aumento de tenacidade.
Figura 4 - Curva de transformação para o processo de normalização de um
aço, comparada com a do processo de recozimento convencional.
Normalmente, para ser considerado normalização, deve haver a completa
austenitização, isto é, acima de AC3 para aços hipoeutetóides e acima de
ACM para aços hipereutetóides.
Propriedades mecânicas ( boa ductilidade e baixa dureza, com grande
tenacidade.
(Lembrar a respeito da perlita fina e grosseira.)
Para aços de alta temperabilidade ( resfriamento ao ar (pode produzir
bainita ou mesmo martensita. Portanto, deve-se aplicar um resfriamento mais
lento ou mesmo isotérmico.
3. Esferoidização (coalescimento):
Realizado, principalmente, para aços hipereutetóides com o objetivo de
aumentar a usinabilidade ou para aços hipoeutetóides para aumentar a
capacidade de conformação a frio. Aços com baixo carbono são raramente
esferoidizados para melhorar usinagem, porque estes ficam muito macios e
"pastosos", produzindo cavacos muito longos. Estes aços só serão
esferoidizados quando uma severa deformação plástica a frio é necessária.
Deseja-se realizar um processo de usinagem ou conformação a frio de uma
peça. O recozimento poderá não baixar a dureza o suficiente.
Pelo menos duas maneiras de ser realizado:
1. Temperatura logo abaixo da T eutetóide por 8-20 horas com
resfriamento ao ar.
2. Austenitizar e colocar em uma temperatura logo abaixo da T eutetóide
por 8-20 horas(ver Figura 5).
Figura 5 - Curva de transformação para o processo de esferoidização.
Microestrutura final ( Fundo de ferrita com a cementita e outros
carbonetos de elementos de liga na forma esferoidal dispersos na matriz (
Esferoidita (ver Figura 6).
Figura 6 - Microestrutura de um aço esferoidizado.
Propriedades mecânicas finais ( ótima ductilidade (deformação a frio) e
boa usinabilidade.
"RESUMO "
"Definição: Visa globulizar a cementita (microestrutura formada por uma matriz "
"de ferrita + cementita esferoidal APÓS TRATAMENTO, chamado também de "
"coalescimento. "
"Tipo: Aço > 0,5% C, em especial hipereutetóides. "
"Motivo: Necessidade de usinagem/conformação da peça. "
"(estrutura Perlita + Cementita ( muito dura) "
"Duas maneiras: "
"Aquecimento abaixo da T. eutetóide (723oC) "
"Permanência: 8 – 20h "
"Resfriamento ao ar. "
"Austenização do aço "
"Resfriamento até T. logo abaixo T. eutetóide "
"Permanência: 8 – 20h "
"Resfriamento ao ar. "
"Menores tempos de tratamento. "
4. Têmpera e revenido:
Grande aumento de dureza e resistência mecânica. Contudo, deve-se
aplicar o revenimento para ganhar-se um pouco de tenacidade de ductilidade.
Rápido resfriamento a partir da temperatura de austenitização (ver Figura
7).
Figura 7 - Curva de transformação para o processo de têmpera de um aço.
Questão importante ( temperabilidade. Deve-se produzir uma completa
austenitização do aço para que se dissolvam os carbonetos dos elementos de
liga e estes possam produzir uma maior temperabilidade ao aço (produção de
martensita para todo o aço, inclusive para componentes de grandes seções).
Velocidade de resfriamento ( deve ser tal que impeça a formação de
qualquer outro produto que não seja martensita e, ao mesmo tempo, a mais
baixa possível para evitar trincas e empenamento do material.
Variação da velocidade de resfriamento ao longo da seção da peça ( pode
produzir outras microestruturas que não martensita, modificando as
propriedades mecânicas. Mescla de microestruturas.
Meios de resfriamento ( salmoura, água, óleo e produtos sintéticos.
Lembrar da austenita retida!
"RESUMO "
"Os tratamentos de Têmpera e Revenido devem ser analisados separadamente, mas "
"sempre são realizados em seqüência. "
" "
"Têmpera: visa a obtenção de uma microestrutura completamente martensítica, dura"
"(mas frágil) "
"Revenido: Para corrigir a fragilidade resultante da têmpera. "
" "
"1) Têmpera "
"Austenitização varia de acordo c/ teor de C e elementos de liga. "
"Resfriamento rápido em água, óleo (velocidade!). "
"VELOCIDADE DE RESFRIAMENTO "
"(deve ser tal que impeça a formação de qualquer estrutura que não seja a "
"martensita). "
" "
"Vantagem: "
"Aumento da resistência mecânica (( ductilidade, ( tenacidade) (corrigido "
"pelo revenido "
"Aumento da dureza. "
"Custo baixo. "
" "
"Complexidade: - Grande variação na composição "
"- Temperabilidade. "
" "
"Velocidade: menor possível "
"Evitar empenamento da trinca. "
"Mas garanta a martensita. "
"d.2) Revenido "
"Reaquecimento da peça temperada dentro de uma faixa de temperatura de 150 a "
"700oC. "
" "
"Permanência: Tempo suficiente para que ocorram as transformações necessárias a "
"recuperação de parte da ductilidade e tenacidade perdidas, sendo após "
"resfriadas até a temperatura ambiente. Perda da resistência mecânica e dureza. "
" "
"Manifestação de dureza / fragilidade excessivos ou presença de tensões "
"internas. "
" "
"( dureza, ( limite de resistência, ( limite de escoamento. "
"( alongamento, ( estricção, ( resistência ao choque. "
5. Tratamentos Isotérmicos:
5.1 Martêmpera ou têmpera interrompida:
O problema de trincas e empenamentos ocorre devido a grande diferença
de temperatura da superfície da peça e o centro. Usando-se a martêmpera,
retarda-se o resfriamento logo acima da MS, permitindo a equalização da
temperatura ao longo da seção da peça, completando-se após o resfriamento
(ver Figura 8).
Figura 8 - Curva de transformação para o processo de martêmpera de um aço.
Resumo:
Para diminuir os riscos de trinca, empenamento, tensões residuais
excessivas.
Retardar o resfriamento logo acima da temperatura de transformação
martensítica, permitindo a equalização da T ao longo da peça, completando
após o resfriamento.
Óleo aquecido, sal fundido ou leito fluidizado.
Deve-se é claro realizar-se o revenimento após a martêmpera.
5.2 Austêmpera:
Austenitização e rápido resfriamento até uma temperatura acima de MS e
manutenção até completa transformação (ver Figura 9). A microestrutura
final é a Bainita. Usa-se um banho de sais fundidos como meio de
resfriamento.
Figura 9 - Curva de transformação para o processo de austêmpera de um aço.
Objetivo: Substituição à têmpera ou martêmpera. Além de garantir não
empenamento e trinca durante resfriamento brusco, evitar trinca em serviço
(aumentar durabilidade do componente), proporciona maior resistência ao
impacto e alongamento ao componente que a têmpera e martêmpera.
Etapas:
Austenitização.
Resfriar até 200 – 400oC (acima da T. martensítica)
Manter na temperatura acima o tempo necessário para transformação total
Estrutura bainítica
Resfriamento à temperatura ambiente
Propriedades mecânicas (ver Tabela 1).
Tabela 1 - Propriedades mecânicas para um aço ABNT 1095.
"Tratamento Térmico "Dureza "Tenacidade"Alongamento "
" "(HRC) "(J) "(%) "
"Temperado em água e "52,5 "19 "--- "
"revenido " " " "
"Martêmpera e revenido "52,8 "33 "--- "
"Austêmpera "52,5 "54 "8 "
Problemas da austêmpera:
- Muito caro
- Nem todos os aços podem ser tratados.
Temperabilidade
Influência do tamanho de grão e dos elementos de liga nos diagramas
isotérmicos (temperabilidade):
Grão:
Maior o grão ( mais para a direita está o cotovelo (maior tempo para o
início da transformação).
Isto ocorre porque quanto maior é o grão, menor a área de contorno de
grão e, portanto, menor a área de sítios preferenciais de nucleação de
novas fases, atrasando as transformações.
Elementos de liga:
Todos os elementos, menos o cobalto, dificultam a difusão dos átomos,
deslocando para a direita o cotovelo das curvas de transformação. Assim, as
reações são retardadas e as temperaturas de transformação decrescem,
inclusive MS. O carbono é o principal elemento, podendo colocar MS abaixo
da temperatura ambiente (lembrar a respeito da formação de austenita
retida).
Temperabilidade:
Susceptibilidade de endurecimento por um rápido resfriamento.
Capacidade de um aço transformar-se total ou parcialmente de austenita
para martensita. Relacionar então o tamanho de grão e elementos de liga com
a temperabilidade.
Quando se avalia a temperabilidade de um aço, investiga-se a
possibilidade do aço eliminar as reações que são dependentes de difusão
como a reação perlítica (eutetóide) e bainítica.
Dureza ( formação de martensita ( é dependente do diâmetro que afeta a
velocidade de resfriamento.
Elementos de liga ( efeito ( deseja-se ter dureza para componentes de
grandes seções. Assim, estes elementos aumentam o tempo para a decomposição
da austenita.
Na temperabilidade, deve-se também observar-se a variação de dureza ao
longo da peça, bem como ao longo de seções idênticas fabricadas com aços de
diferentes composições.
Fatores que afetam a distribuição de dureza:
Experimento ( Várias barras de diâmetros diferentes são austenitizados
e resfriados rapidamente, fazendo-se medições de dureza ao longo do
diâmetro das barras (ver Figuras 11 e 12).
Aços 1045 e 6140 (0,6-0,95%Cr, 0,1-0,15%V, 0,4%C).
Figura 11 - Perfis de dureza em barras de aço SAE 1045 e 6140 temperadas em
água.
Figura 11 - Perfis de dureza em barras de aço SAE 1045 e 6140 temperadas
em óleo.
Lembrar que a adição dos elementos de liga retardam a difusão e,
portanto, as reações que dependem desta. Assim, a temperabilidade do
material é maior (menor variação de dureza), ou seja, mais tempo para o
material se transformar em martensita. Lembrar também do efeito do meio de
resfriamento, o qual afeta a velocidade de resfriamento.
Conclusão: Quedas menos acentuadas de dureza, ao longo da seção da
barra, para o aço 6140, devido ao efeito dos elementos de liga. Este efeito
é importante quando se deseja manter uma dureza alta-média para barras de
grande diâmetro.
Aplicação Prática do Ensaio de Jominy
O sistema que descreveremos está baseado no ensaio de temperabilidade
idealizado por Jominy e em trabalhos efetuados por diversos pesquisadores
americanos e ingleses sobre a influência na têmpera dos aços, do tamanho da
peças e do meio de resfriamento.
Utilizando este procedimento se chega a determinar com boa aproximação
a dureza de cilindros de aço temperados, ligando os ensaios de Jominy com
os resultados obtidos ao estudar o resfriamento contínuo desde uma
temperatura alta, de cilindros de aço de diversos diâmetros. Admite-se
neste caso que a dureza e as propriedades físicas resultantes em um aço
depois da têmpera, efetuada em condições normais, é sempre exclusivamente
função do processo de resfriamento. Anteriormente, foi mencionado que a
velocidade de resfriamento de uma peça depende do tamanho da peça, do meio
de resfriamento e da temperatura de têmpera. Isto significa que se
conhecermos a dureza que adquire um aço depois da têmpera, quando o
resfriamento foi feito de uma forma determinada, conheceremos, também, a
dureza de qualquer ponto ou perfil do mesmo aço que se tenha resfriado de
forma análoga, independente de sua posição na peça, da forma e tamanho
desta, bem como do meio de resfriamento empregado.
Conhecendo-se as durezas obtidas ao efetuar-se um ensaio de Jominy de
um aço e as condições de resfriamento dos diferentes pontos do corpo-de-
prova, pode-se conhecer a dureza que se obtém no interior de peças
resfriadas nas mesmas condições. Deste modo as curvas de Jominy podem ser
utilizadas para se predizer a distribuição de dureza em barras de aço de
diferentes dimensões, resfriadas em vários meios de resfriamento. As
velocidades de resfriamento nos vários pontos do corpo-de-prova de Jominy
podem ser comparadas com as velocidades de resfriamento em barras de vários
diâmetros resfriadas em vários meios de resfriamento. Esta comparação pode
ser feita pelo uso dos gráficos das figuras 13 a 20. Estes gráficos são
conhecidos como "gráficos de Lamont" e servem para que possamos encontrar
as velocidades de resfriamento em diversas posições de uma barra, desde o
centro até a superfície, quando resfriada em condições normais, isto é,
mergulhando-a totalmente no meio de resfriamento. Uma vez encontrada a
velocidade de resfriamento em uma determinada posição da barra, poderemos
utilizar um gráfico de ensaio de Jominy de um aço específico para sabermos
a dureza a ser obtida. Desta maneira poderemos prever o perfil de durezas
de uma barra temperada em um meio de resfriamento qualquer, sem que se
tenha que recorrer ao corte da mesma.
Tabela 2: Severidades de têmpera.
Figura 24: perfil de dureza em corpos de prova Jominy para aços 1045,
4340 e 8640
Tabela 3: composição química dos aços cujo perfil de dureza de corpos
de prova de ensaio Jominy apresentado na figura 24.
Aço "C "Si "Mn "P "S "Cr "Ni "Mo " "1045 "0,46 "----- "0,45 "0,03 "0,05 "---
-- "----- "----- " "4340 "0,4 "0,25 "0,7 "0,03 "0,04 "0,8 "1,82 "0,25 "
"8640 "0,4 "0,25 "0,87 "0,03 "0,04 "0,5 "0,55 "0,2 " "
Figura 25: Relação mola temperada, temperada-revenida e recozida. Na
Fig.D, acima, a mola temperada sofreu ruptura ao ter seu limite σmax.,
ultrapassado.
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RESUMO
Definição: Aquecimento do aço acima da "zona crítica", a partir do campo
austenítico,
co࡚ࠗ࠭ਸૐૠ୴శౕೞഷൎ൚൛൨൩൪൫൮൯ඝඞขฃฮฯ์ງ࿃ဉၟၠვჷᄜᄝᅀᅁ 쟏잼잼잼잱잼잧잝잱잝잱잱잱
쾓诚 뇇쿇뇇症̚٪ѩᘀ坨왬唀Ĉ䡭Ѐ䡮Ѐࡵ̏jᘀ坨왬唀Ĉᘏ坨왬䈀ت桰ÿᘒ坨왬㸀Ī 瀁hᘒ坨왬䈀m
resfriamento bastante lento (no próprio forno).
Tipo: Baixo ou médio teor de C, ou elevados s/ elementos de liga
Motivo: Restituir ao material suas propriedades normais, alteradas por um
tratamento térmico / ou mecânico.
Refino de estruturas brutas de fusão
Resultado: material c/ baixa dureza e baixa resistência, e alta
ductilidade.
Estrutura: Perlita grosseira.
Temperatura: 50oC do limite superior da zona crítica. Dependendo do teor de
carbono.
Permanência: Minutos: peças delgadas
Mais Tempo: peças espessas, até que o centro esteja homogêneo,
20 min. p/ cada cm de espessura.
Atmosfera: ao ar (oxidante).
Formação de carepa.
Peças grossas: - carvão
- cavaco de FoFo Para evitar Acima
de 600oC
ou atmosfera controlada descarbonetação
RESUMO
Processo semelhante ao recozimento.
Ao invés de se obter Perlita grosseira obtêm-se Perlita fina.
Velocidade de resfriamento maior – AO AR.
Diminuição do tamanho de grão
benefício para a tenacidade do material.
Dureza e Resistência > Recozido.
Ductilidade < Recozido.
Martensita revenida
Martensita não revenida (grosseira)