unifacs materiais metálicos
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UNIFACSMateriais Metálicos
AULA 7Tratamentos Térmicos
Lucas Nao Horiuchilucas.horiuchi@braskem.com.br
07/Mai/10
7. Tratamentos térmicos
Avaliações
Tipo de avaliação Peso Data• Avaliação escrita (P1) 2,5 26/mar• Avaliação escrita (P2) 2,0 21/mai• Avaliação escrita (P3) 1,5 18/jun
ARHTE 1,0
• 2ª Chamada ??• Avaliação Final 3,0 09/jul
7. Tratamentos térmicos
• Tratamentos Térmicos:
- Introdução, objetivos;
- Transformações, curvas TTT, fatores que afetam os tratamentos térmicos;
- Recozimento, Esferoidização, Normalização Têmpera, Têmpera superficial, Revenimento, tratamentos termo-químicos;
AULA 7
7. Tratamentos térmicos
- Composição química;- Estrutura cristalina;- Histórico de processamento;- Tratamentos térmicos realizados.
As propriedades mecânicas de um aço dependem de:
7. Tratamentos térmicos
• Finalidade:
Alterar a microestrutura através do uso de temperatura e como conseqüência modificar as
propriedades mecânicas das ligas metálicas.
7. Tratamentos térmicos
• Objetivos:- 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 a tenacidade
7. Tratamentos térmicos
AÇO + TRATAMENTO TÉRMICO
O TRATAMENTO TÉRMICO ESTÁ ASSOCIADO DIRETAMENTE COM O TIPO DE AÇO.
PORTANTO, O TRATAMENTO TÉRMICO DEVE SER ESCOLHIDO DESDE O INÍCIO DO PROJETO, OU SEJA, JUNTAMENTE COM O TIPO DE AÇO.
7. Tratamentos térmicos
AUSTENITA
Perlita( + Fe3C) + a
fase próeutetóide
Bainita
( + Fe3C)
Martensita
(fase tetragonal)
Martensita Revenida
( + Fe3C)
Ferrita e cementita
Resf. lento Resf. moderadoResf. Rápido (Têmpera)
reaquecimento
TRANSFORMAÇÕES
7. Tratamentos térmicos
TRANSFORMAÇÕES
AUSTENITA
PerlitaBainita
Martensita
(fase tetragonal)
Ferrita ou cementita
CFCsolubilidade até 2,11%C
Fe(): CCC, solubilidade até 0,022%C
CCC “retorcida”Tetragonal
Resfriamento lento:na transf. da austenitaferrita, dá tempo do C migrar da ferrita Resfriamento moderado:
na transf. da austenitaferrita, parte do C migra da ferrita
Resfriamento rápido:na transf. da austenitaferrita,
Não há tempo para migração do C.
7. Tratamentos térmicos
Principais Tratamentos Térmicos
Tratamentos Térmicos
Recozimento
Normalização Tempera e Revenido
Esferoidização ou Coalescimento
•Total ou Pleno•Isotérmico•Alívio de tensões•Recristalização
7. Tratamentos térmicos
Curvas TTT ou em “C”
7. Tratamentos térmicos
Diagrama de transformação contínua
7. Tratamentos térmicos
Diagrama de transformação contínua
7. Tratamentos térmicos
Fatores de Influência nos TT
• Temperatura aquecimento• Tempo aquecimento• Velocidade de resfriamento• Atmosfera*
* no caso dos aços para evitar a oxidação e descarbonetação
7. Tratamentos térmicos
• Geralmente o aquecimento é feito acima da zona crítica
A austenita é geralmente o ponto de partida para as transformações posteriores desejadas
Influência da Temperatura no TT
7. Tratamentos térmicos
Influência da Temperatura no TT
• Quanto mais alta a temperatura acima da zona crítica:
maior a segurança da completa dissolução das fases na austenita
7. Tratamentos térmicos
Influência do Tempo nos TT• Quanto maior o tempo na temperatura de
austenitização: Maior a segurança da completa dissolução
das fases na austenita; Maior será o tamanho de grão da austenita
(* não é bom); Tempos longos facilitam a oxidação e a
descarbonetação (*não é bom).
7. Tratamentos térmicos
Tempo nos Tratamentos Térmicos
• Aproximação:
• Tempo em minutos ~1,5 X espessura da amostra em milímetros
7. Tratamentos térmicos
Influência do Resfriamento nos TT• É o mais importante porque é ele que efetivamente
determinará a microestrutura, além da composição do aço (teor de Carbono e elementos de liga)
7. Tratamentos térmicos
Principais Meios de Resfriamento• Ambiente do forno (+ brando)• Ar• Banho de sais ou metal fundido (+
comum é o de Pb)• Óleo• Água• Soluções aquosas de NaOH,
Na2CO3 ou NaCl (+ severos).
7. Tratamentos térmicos
Como escolher o meio de resfriamento?É um compromisso entre:- Obtenção das características finais
desejadas (microestruturas e propriedades);
- Sem o aparecimento de fissuras e empenamento na peça;
- Sem a geração de grande concentração de tensões.
7. Tratamentos térmicos
–aquecimento (temperatura de tratamento)•aquecimento exagerado --> excessivo aumento do tamanho do grão;•oxidação superficial intensa;•oxidação intergranular (inutiliza o material).
–tempo de permanência na temperatura de tratamento;•deve ser o suficiente para a homogeneização da temperatura da peça;•tempos longos causa fragilidade pelo crescimento do grão ou descarbonetação superficial.
–taxa de resfriamento•as estruturas resultantes da transformação da austenita são função do tipo de resfriamento;•as propriedades do material (resistência à tração, à fadiga, ao impacto) poderão depender do tipo de resfriamento;•Técnicas de resfriamento intenso podem gerar taxas de resfriamentos diferenciados numa mesma peça, gerando tensões térmicas (empenamento ou trincas).
Resumo: fatores que influenciam no TT
7. Tratamentos térmicos
Microestruturas
• Algumas propriedades das microestruturas
7. Tratamentos térmicos
A Perlita
– A microestrutra para um aço eutetóide que é resfriado lentamente através da temperatura eutetóide consiste em camadas alternadas ou lamelas composta de duas fases ( + Fe3C );
– Proveniente da reação eutétoide: + Fe3C– Formada no sistema Ferro-carbono;– Pode formar a perlita grosseira e a perlita fina;– A perlita grosseira forma-se a temperaturas mais altas (menores
taxas resfriamento);– A perlita fina forma-se a temperatura mais baixas (maiores taxas
resfriamento).
7. Tratamentos térmicos
Propriedades da Perlita– PROPRIEDADES
MECÂNICAS
– PERLITA GROSSEIRA
– Baixa dureza– Baixa tensão de escoamento– Baixo limite de resistência a
tração– Alta ductibilidade.
– PERLITA FINA
– Alta dureza– Alta tensão de escoamento– Alto limite de resistência a tração– Baixa ductibilidade.
7. Tratamentos térmicos
Propriedades da BainitaBainita: estrutura formada a partir da austêmpera
austenita resfriamento rápido bainita (estrutura de agulhas);
Objetivo: obter peças com alta tenacidade e resistência à fadiga, ex. molas de qualquer natureza;
– PROPRIEDADES MECÂNICAS – A bainita possui uma dureza superior a perlita e a bainita inferior possui uma dureza maior que a bainita superior.
– BAINITA SUPERIOR (grosseira)Baixa durezaBaixa tensão de escoamentoBaixo lim. resist. traçãoAlta ductibilidade.
– BAINITA INFERIOR (fina)Alta durezaAlta tensão de escoamentoAlto limite de resistência a traçãoBaixa ductibilidade.
Obs: A bainita superior ocorre a uma temperatura entre 300°C e 540°C, enquanto a inferior ocorre entre 215°C e 300°C
7. Tratamentos térmicos
Propriedades da Martensita• Ocorre no resfriamento rápido;• Solução supersaturada de carbono;• Tetragonal compacta;• Dureza de 65 a 67 Rockwell.
7. Tratamentos térmicos
1- RECOZIMENTOObjetivos:- 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;- Melhorar as propriedades elétricas e magnéticas;- Produzir uma microestrutura definida.
7. Tratamentos térmicos
TIPOS DE RECOZIMENTO
• Recozimento total ou pleno• Recozimento para alívio de tensões• Recozimento para recristalização
1- RECOZIMENTO
7. Tratamentos térmicos
Recozimento
Total ou Pleno Alívio de tensões
Resfriamento Lento
(dentro do forno) TemperaturaAbaixo da linha A1 Não ocorre nenhuma transformação (600-620ºC).ResfriamentoDeve-se evitar velocidades muito altas devido ao risco de distorções.
TemperaturaAbaixo da linha A1
Não ocorre nenhuma
Transformação.- Resfriamento
Lento (ao ar ou dentro
do forno)**Elimina o encruamento gerado pelos processos de
deformação à frio.
Recristalização
7. Tratamentos térmicos
• Objetivo
Obter ductilidade diminuindo a dureza e a resistência mecânica;
1.1- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO
7. Tratamentos térmicos
• TemperaturaHipoeutetóide 50 °C acima da linha A3
Hipereutetóide Entre as linhas Acm e A1
• ResfriamentoLento (dentro do forno) implica tempo longo
de processo (desvantagem).
1.1- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO
7. Tratamentos térmicos
• Constituintes Estruturais resultantesHipoeutetóide ferrita + perlita grosseiraEutetóide perlita grosseiraHipereutetóide cementita + perlita grosseira* A pelita grosseira é ideal para melhorar a
usinabilidade dos aços baixo e médio carbono* Para melhorar a usinabilidade dos aços alto
carbono recomenda-se a esferoidização
1.1- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO
7. Tratamentos térmicos
1.1- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO
7. Tratamentos térmicos
1.2- RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES
• ObjetivoRemoção de tensões internas originadas de processos
(tratamentos mecânicos, soldagem, corte, …)
• TemperaturaAbaixo da linha A1 Não ocorre nenhuma transformação
(600-620ºC)
• ResfriamentoDeve-se evitar velocidades muito altas devido ao risco de
distorções
7. Tratamentos térmicos
1.3- RECOZIMENTO PARA RECRISTILIZAÇÃO• ObjetivoEliminar o encruamento
gerado pelos processos de deformação à frio
* A dureza e a resist. mecânica diminuem
• TemperaturaAbaixo da linha A1 Não
ocorre nenhuma transformação
• ResfriamentoLento (ao ar ou dentro do
forno)
7. Tratamentos térmicos
• ObjetivoProdução de uma estrutura globular ou esferoidal
de carbonetos no aço
melhora a usinabilidade, especialmente dos aços alto carbono
facilita a deformação a frio
2- ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO
7. Tratamentos térmicos
2- ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO
ESFEROIDITA ObjetivoProdução de uma estrutura globular ou esferoidal de carbonetos no aço melhora a usinabilidade, especialmente dos aços alto carbono facilita a deformação a frio
7. Tratamentos térmicos
MANEIRAS DE PRODUZIR ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO
Aquecimento por tempo prolongado a uma temperatura logo abaixo da linha inferior da zona crítica
Aquecimento e resfriamentos alternados entre temperaturas que estão logo acima e logo abaixo da linha inferior de transformação.
7. Tratamentos térmicos
2- ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO
7. Tratamentos térmicos
3- NORMALIZAÇÃOObjetivos: Refinar estrutura; Melhorar a
uniformidade da microestrutra.
*** É usada antes da têmpera e revenido
7. Tratamentos térmicos
• TemperaturaHipoeutetóide acima da linha A3Hipereutetóide acima da linha Acm*
• ResfriamentoAo ar (calmo ou forçado)
3- NORMALIZAÇÃO
7. Tratamentos térmicos
Comparação
7. Tratamentos térmicos
• Constituintes estruturais resultantes
Hipoeutetóide ferrita + perlita finaEutetóide perlita finaHipereutetóide* cementita + perlita fina
* Conforme o aço pode-se obter bainita
3- NORMALIZAÇÃO
7. Tratamentos térmicos
3- NORMALIZAÇÃO
7. Tratamentos térmicos
Comparação: normalização, recozimento, esferoidização
7. Tratamentos térmicos
Comparação
• Em relação ao recozimento pleno, o aço normalizado apresenta:– Maior resistência à tração;– Maior dureza;– Menor ductilidade;– Menor alongamento.
7. Tratamentos térmicos
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.
4- TÊMPERA
7. Tratamentos térmicos
MARTENSITA
4- TÊMPERA
7. Tratamentos térmicos
• TemperaturaSuperior à linha crítica (A1)* Deve-se evitar o superaquecimento, pois formaria
matensita muito grosseira, de elevada fragilidade
• ResfriamentoRápido de maneira a formar martensíta
(ver curvas TTT)
4- TÊMPERA
7. Tratamentos térmicos
• Meios de Resfriamento
Depende muito da composição do aço (% de carbono e elementos de liga) e
da espessura da peça
4- TÊMPERA
7. Tratamentos térmicos
• Constituintes Estruturais resultantes
Hipoeutetóide ferrita + martensitaEutetóide martensitaHipereutetóide cementita + martensita
4- TÊMPERA
7. Tratamentos térmicos
4- TÊMPERAObjetivos: 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.
7. Tratamentos térmicos
TEMPERABILIDADE• CAPACIDADE DE UM AÇO ADQUIRIR DUREZA
POR TÊMPERA A UMA CERTA PROFUNDIDADE
• A CURVA QUE INDICA A QUEDA DE DUREZA EM FUNÇÃO DA PROFUNDIDADE RECEBE O NOME DE CURVA JOMINY QUE É OBTIDA POR MEIODE ENSAIOSNORMALIZADOS.
7. Tratamentos térmicos
Objetivo: produzir endurecimento superficial, pela obtenção de martensita apenas na camada externa da peça.
Características: Dificuldade de realizar têmpera em grandes peças; Necessidade de endurecer apenas a superfície da peça; Melhorar precisão dimensional de peças planas e grandes; Menor custo em relação à têmpera convencional; Menor risco de fissuras; Processo rápido, não exige forno de aquecimento.
Propriedades resultantes: Superfícies de alta dureza e resistência ao desgaste; Boa resistência à fadiga e ao dobramento; Resistência satisfatória ao empenamento.
4- TÊMPERA Superficial
7. Tratamentos térmicos
4- TÊMPERA SuperficialTipos: Por chama; Por indução; Por laser;
Chama
Indução
7. Tratamentos térmicos
*** Sempre acompanha a têmperaObjetivos:- Alivia ou remove tensões;- Corrige a dureza e a fragilidade, aumentando a ductilidade
e a tenacidade.
5- REVENIDO
7. Tratamentos térmicos
• TemperaturaPode ser escolhida
de acordo com as combinações de propriedades desejadas.
5- REVENIDO
7. Tratamentos térmicos
• Esquema do comportamento de corpos de prova de aço no ensaio de tração, em função do tratamento térmico.
• Efeito da temperatura de revenido num aço com 0,5%C, temperado em água.
5- REVENIDO
7. Tratamentos térmicos
RecozimentoTotal ou Pleno
Normalização
Resfriamento Lento
(dentro do forno) Resfriamento ao ar
Tratamentos Térmicos
Tempera e Revenido
7. Tratamentos térmicos
7. Tratamentos térmicos
Tratamentos Termoquímicos• Cementação : é um tratamento termoquímico que visa introduzir C
na superfície da peça de modo que a peça depois de temperada e revenida apresente superfície dura sobre núcleo tenaz.
7. Tratamentos térmicos
Tratamentos Termoquímicos
• Nitretação: é um tratamento termoquímico que visa introduzir N(nitrogênio) na superfície do aço de modo que a peça apresente excepcional dureza e resistência ao desgaste.
• Carbonitretação: Consiste na difusão simultânea do carbono e nitrogênio em peças tratadas numa atmosfera carburizante, contendo cerca de 3 a 8% de NH3 e em temperaturas de ordem de 800 a 900oC.
• Cianetação: consiste em mergulhar as peças em sais fundidos contendo cianetos (ex. cianeto de sódio) a temperaturas entre 850 e 900°C. Por este processo o material absorve além do nitrogênio também o Carbono.
7. Tratamentos térmicos
Obrigado pela atenção!!
Dúvidas?
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