CINCIA E ENG MATERIAIS 1 LIGAS FERROSAS As

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 1 LIGAS FERROSAS As ligas ferrosas são aquelas nas quais o ferro é o componente principal, mas o carbono, assim como outros elementos de liga, podem estar presentes. Na classificação das ligas ferrosas com base no teor de carbono, existem três tipos de ligas: ferro, aço e ferro fundido. O ferro comercialmente puro contém menos que 0, 008%p C e, a partir do diagrama de fases, é composto à temperatura ambiente quase que exclusivamente pela fase ferrita.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 2 As ligas ferro-carbono que contém entre 0, 008% e 2, 14%p C são classificadas como aços. Na maioria dos aços, a microestrutura consiste tanto na fase a quanto na fase Fe 3 C. Os ferros fundidos são classificados como ligas ferrosas que contém entre 2, 14% e 6, 70%p C. Os ferros fundidos comerciais contém normalmente menos que 4, 5%p C

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 3 FERROS FUNDIDOS (FOFO) Os ferros fundidos são uma classe de ligas ferrosas com teores de carbono acima de 2, 14%p; na prática contém entre 3, 0 e 4, 5%p C, além de outros elementos de liga. As ligas dentro dessa faixa de composições se tornam completamente líquidas em temperaturas entre, aproximadamente, 1150 e 1300ºC, o que é consideravelmente mais baixo que para os aços. Dessa forma, elas são fundidas com facilidade e apropriadas para fundição. Alguns ferros fundidos são muito frágeis e a fundição é a técnica de fabricação mais conveniente. Os tipos mais comuns de ferros fundidos são os ferros fundidos cinzento, nodular, branco, maleável e vermicular.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 4 EFEITOS DOS ELEMENTOS DE LIGA Quando mencionado elementos de liga, deve ficar subentendido que são outros elementos além do ferro e do carbono, uma vez que estes últimos são os constituintes básicos do aço. Alumínio (Al): é usado em pequenas proporções, como desoxidante e agente de controle do crescimento dos grãos. Chumbo (Pb): não se liga ao aço mas, quando adicionado, distribuise na estrutura em forma de partículas microscópicas, o que resulta em maior facilidade de usinagem. Entretanto, devido ao baixo ponto de fusão (cerca de 327°C), aços com chumbo não devem ser usados em temperaturas acima de 250°C.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 5 Cobalto (Co): aumenta temperaturas. a dureza do aço sob altas Cobre (Cu): melhora a resistência à corrosão por agentes atmosféricos, se usado em teores de 0, 2 a 0, 5%. Cromo (Cr): melhora a resistência à corrosão (aço com cerca de 12% Cr resiste à ação da água e de vários ácidos), aumenta a resistência à tração (em média, 80 MPa para cada 1% de cromo), melhora a facilidade de têmpera, aumenta a resistência à alta temperatura e ao desgaste.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 6 Enxofre (S): é, na maioria dos casos, um elemento indesejável, oriundo do processo de produção. Se combinado com o ferro na forma de sulfeto, deixa o aço quebradiço. Entretanto, se combinado com o manganês no forma do respectivo sulfeto, favorece a usinagem com a formação de cavacos que se quebram facilmente. Fósforo (P): é considerado um elemento prejudicial, resultante do processo de produção. Torna o aço frágil, efeito que se acentua com o aumento do teor de carbono. Assim, os teores máximos permitidos devem ser controlados com rigor em aços para aplicações estruturais ou críticas.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 7 Manganês (Mn): em média, para cada 1% de manganês, a resistência à tração aumenta 100 MPa. Para aços temperáveis, aumenta a dureza após o processo de têmpera. Molibdênio (Mo): melhora a resistência a altas temperaturas, a resistência ao desgaste e a dureza após a têmpera. Para aços inoxidáveis, melhora a resistência à corrosão. Níquel (Ni): em média, para cada 1% de níquel, a resistência à tração aumenta 40 MPa, mas o limite de elasticidade é mais favorecido. Melhora significativamente a capacidade de têmpera, possibilitando redução da velocidade de resfriamento. O níquel altera a alotropia do ferro e teores acima de 25% fazem reter a austenita em temperaturas usuais, fazendo um aço austenítico, que é não magnético e bastante resistente à corrosão. Com 36% de Ni, o aço tem o menor coeficiente de dilatação térmica e é usado em instrumentos de medição. Em conjunto com o cromo, o aço pode ser austenítico com a combinação 18% Cr e 8% Ni.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 8 Silício (Si): é um agente desoxidante na produção do aço. Aumenta a resistência à corrosão e a resistência à tração, mas prejudica a soldagem. O silício aumenta significativamente a resistividade elétrica do aço e, por isso, aços com silício são amplamente usados em núcleos magnéticos (motores, transformadores, etc) devido às menores perdas com as correntes parasitas que se formam. Tungstênio (W): aumenta a resistência à tração em altas temperaturas. Forma carbonetos bastante duros e é usado em aços para ferramentas (aços rápidos). Vanádio (V): refina a estrutura do aço, impedindo o crescimento dos grãos. Forma carbonetos duros e estáveis e é usado em aços para ferramentas para aumentar a capacidade de corte e dureza em altas temperaturas.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 9 CODIFICAÇÃO DOS AÇOS Existem várias entidades que estabelecem normas para codificação de aços de acordo com o teor de carbono e dos elementos de liga. Na tabela abaixo, alguns códigos da SAE (Society of Automotive Engineers).

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 10 Código Descrição ou principais elementos de liga SAE 10 xx 11 xx 13 xx 15 xx 23 xx 25 xx 31 xx 33 xx 40 xx 41 xx 43 xx 46 xx 47 xx 48 xx 50 xx Aços-carbono de uso geral Aços de fácil usinagem, com enxofre Manganês (1, 75%) Manganês (1, 00%) Níquel (3, 50%) Níquel (5, 00%) Níquel (1, 25%), cromo (0, 65%) Níquel (3, 50%), cromo (1, 55%) Molibdênio (0, 25%) Cromo (0, 50 ou 0, 95%), molibdênio (0, 12 ou 0, 20%) Níquel (1, 80%), cromo (0, 50 ou 0, 80%), molibdênio (0, 25%) Níquel (1, 55 ou 1, 80%), molibdênio (0, 20 ou 0, 25%) Níquel (1, 05%), cromo (0, 45%), molibdênio (0, 25%) Níquel (3, 50%), molibdênio (0, 25%) Cromo (0, 28% ou 0, 40%)

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 11 Código Descrição ou principais elementos de liga SAE 51 xx 61 xx 86 xx 87 xx 92 xx 93 xx 94 xx (0, 12%) 97 xx 98 xx Cromo (0, 80, 0, 95, 1, 00 ou 1, 05%) Cromo (0, 80 ou 0, 95%), vanádio (0, 10 ou 0, 15%) Níquel (0, 55%), cromo (0, 50 ou 0, 65%), molibdênio (0, 20%) Níquel (0, 55%), cromo (0, 50%), molibdênio (0, 25%) Manganês (0, 85%), silício (2, 00%) Níquel (3, 25%), cromo (1, 20%), molibdênio (0, 12%) Manganês (1, 00%), níquel (0, 45%), cromo (0, 40%), molibdênio Níquel (0, 55%), cromo (0, 17%), molibdênio (0, 20%) Níquel (1, 00%), cromo (0, 80%), molibdênio (0, 25%) Obs: os dois últimos algarismos (xx) indicam o teor de carbono em 0, 01%. Exemplo: um aço SAE 1020 tem 0, 20 % de carbono.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 12 AÇOS E OUTRAS LIGAS FERROSAS São consumidos em quantidades extraordinariamente grandes, pois possuem uma enorme variedade de propriedades mecânicas e podem ser fabricados com relativa facilidade e são produzidos de forma econômica. Possuem limitações bem definidas: Massa específica elevada, condutividade elétrica comparativamente baixa e suscetibilidade inerente à corrosão.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 13 Os sistemas de ligas são classificados de acordo com o metal-base ou de acordo com alguma característica específica compartilhada por um grupo de ligas. As ligas muito frágeis que não seja possível alterar sua forma ou conformar mediante uma deformação apreciável são fundidas e portanto classificadas como ligas fundidas. As ligas suscetíveis à deformação mecânica são classificadas como ligas forjadas.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 14 COBRE E SUAS LIGAS Utilizados em uma grande variedade de aplicações desde a Antiguidade. O cobre é tão pouco resistente e dúctil que é difícil sua usinagem. O cobre possui uma capacidade ilimitada de ser trabalhado a frio. O cobre é altamente resistente à corrosão.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 15 LATÃO O zinco na forma de uma impureza substitucional, é o elemento de liga predominante. Relativamente pouco resistentes, dúcteis e facilmente trabalhados a frio. Aumentando o teor de zinco o deixa mais duro e resistente. Algumas aplicações: bijuterias, cápsulas para cartuchos de munição, radiadores automotivos, moedas, etc.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 16 BRONZE São ligas de cobre com vários outros elementos, incluindo o estanho, o alumínio, o silício e o níquel. São relativamente mais resistentes que os latões. Possuem um alto grau de resistência à corrosão. Podem ser fundidas, trabalhadas a quente ou trabalhadas a frio. Algumas aplicações: Mancais e buchas dos trens de pouso de aeronaves a jato, molas e instrumentos cirúrgicos dentários.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 17 ALUMÍNIO E SUAS LIGAS Massa específica relativamente baixa, condutividade elétrica e térmica elevadas e boa resistência à corrosão. Ductilidade elevada por isso conformado com facilidade. Possui como limitação a baixa de temperatura de fusão (660º C). Sua resistência mecânica pode ser aumentada por trabalho a frio e pela formação de ligas porém isso tende a diminuir a resistência à corrosão.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 18 Algumas aplicações mais comuns das ligas de alumínio incluem peças estruturais de aeronaves, latas de bebidas, carcaças de ônibus e peças automotivas. Recentemente, tem sido dada atenção às ligas de alumínio com outros metais de baixa massa específica (Mg e Ti) como materiais de engenharia para a área de transportes, visando redução do consumo de combustíveis. Esses materiais possuem boa resistência específica, razão entre o limite de resistência à tração e o peso específico.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 19 NÍQUEL E SUAS LIGAS Altamente resistentes à corrosão. O níquel frequentemente é usado como revestimento, sendo depositado sobre alguns metais suscetíveis à corrosão, como medida de proteção. O monel (65%p Ni e 28%p Cu) possui uma resistência muito elevada e é extremamente resistente à corrosão, sendo usado em bombas, em válvulas e em outros componentes que estão em contato com alguma solução ácida e com petróleo.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 20 DEFORMAÇÃO NOS METAIS Laminação A laminação é um processo de conformação mecânica, que consiste em deformar plasticamente o material, ou seja, fazê-lo mudar de forma e esta mudança ocorre por esmagamento entre rolos giratórios. A pressão necessária para o que mesmo sofra esta deformação é enorme e os esforços envolvidos são de compressão.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 21 DEFORMAÇÃO NOS METAIS Processo de produção Tudo inicia na fundição. Na fundição são fundidas peças nos formatos de placas, blocos ou tarugos de metal que posteriormente serão conformados pelo processo de laminação. Elimina-se a superfície das mesmas por usinagem (fresagem), retirando qualquer tipo de impureza superficial resultante da solidificação e oxidação superficial, descasca-se o metal. Corta-se a ponta inferior e a última região de solidificação (rechupe), formando assim um bloco homogêneo e maciço, sem impurezas e/ou falhas. Este bloco passa por dois cilindros giratórios, que giram em sentidos contrários com a mesma velocidade, esmagando o metal e fazendoo diminuir de espessura, deixando-o mais fino, e aumentando seu tamanho ou comprimento.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 22 DEFORMAÇÃO NOS METAIS Processo de produção

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 23 DEFORMAÇÃO NOS METAIS Processo de produção A laminação pode ser Laminação a Quente e Laminação a Frio. Independente do tipo de processo a ser adotado para se laminar um metal, os produtos laminados podem ter aplicação imediata após a laminação, tais como trilhos, chapas, vigas e perfis. O nome da máquina que realiza o trabalho de laminação é o Laminador, ele pode ser usado sozinho ou ser usado em grupo e todos alinhados, quando estão dispostos desta forma são chamados de Trem de Laminação, onde cada um é responsável por realizar um passe de laminação, aumentando a produção e tornando o processo contínuo.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 24 DEFORMAÇÃO NOS METAIS Laminação a quente Parte-se de blocos maciços e espessos, normalmente de metal, onde os mesmos são aquecidos e deformados plasticamente sob altas tensões e temperaturas, onde para o alumínio, por exemplo, na ordem de 350º Celsius (Temperatura de Recristalização), pelo esmagamento por compressão por cilindros laminadores lubrificados, reduzindo-se desta forma a sua espessura em diversos passes de laminação (+/- 50% por vez, a cada passe), num ciclo de vai e vem, ou no alinhamento de rolos de laminação. Nesta etapa do processo deseja-se uma redução maior redução da espessura do bloco e por consequência obtém-se um aumento de comprimento. A laminação a quente permite uma maior deformação.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 25 DEFORMAÇÃO NOS METAIS Laminação a quente

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 26 DEFORMAÇÃO NOS METAIS Laminação a frio Normalmente é a última parte do processo de laminação. Também por compressão de rolos laminadores, comprime-se o material, só que agora a frio (temperatura ambiente, ou abaixo da temperatura de recristalização), para dar-lhe as características de resistência mecânica desejada e acabamento superficial final, com isso, consegue uma excelente superfície de laminação.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 27 DEFORMAÇÃO NOS METAIS Extrusão É um processo de conformação mecânica que consiste na compressão de um cilindro sólido, por exemplo, de metal alumínio, chamado de Tarugo ou Billet, de encontro a um orifício existente em uma matriz (molde ou ferramenta), com o intuito de fazer o material fluir por esse orifício e formar um perfil extrusado, sob o efeito de altas pressões e elevadas temperaturas de trabalho. Este processo de extrusão é conhecido como extrusão direta.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 28 DEFORMAÇÃO NOS METAIS Processo Todo o processo de extrusão ocorre com o metal no estado sólido, diferente do processo de Injeção onde o metal está no estado líquido. A extrusão pode ser a frio ou a quente, sendo que normalmente quando é a quente o processo ocorre com o metal aquecido a uma faixa de temperatura que está diretamente atrelada ao metal e a liga que será extrusada. Pode-se dizer que a temperatura de extrusão para o alumínio, por exemplo, é de 450 a 540 graus Celsius, mas além do alumínio, é comercialmente comum extrusar os metais cobre, aços carbono e aços inoxidáveis.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 29 DEFORMAÇÃO NOS METAIS Tipos básicos de extrusão Extrusão Direta, trata-se do processo onde a matriz (ferramenta) fica fixa. O tarugo é colocado em um container (camisa) móvel. Os dois (camisa e tarugo) são aproximados e posicionados contra a matriz e um êmbolo (pistão) comprime este tarugo contra a matriz formando o perfil. Extrusão Indireta ou Inversa, trata-se do processo de extrusão onde a matriz, que é fechada, e o contâiner, estão fixos. O pistão, que dará o aperto no tarugo de alumínio que será extrusado, sempre é móvel, no entanto no processo de extrusão inversa o metal ao invés de escoar pela parte interna da matriz e sair do seu lado posterior, retorna sobre o pistão formando um copo ou um cartucho, por exemplo.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 30 DEFORMAÇÃO NOS METAIS No caso do metal alumínio, onde este processo de produção é muito conhecido e utilizado para produzir peças para as mais variadas aplicações, o nome do equipamento que produz as peças extrusadas se chama de Extrusora ou Prensa.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 31 DEFORMAÇÃO NOS METAIS Forjamento O Forjamento é um processo de conformação mecânica, que resulta em uma mudança permanente nas dimensões finais e nas características metalúrgicas de uma peça. Ele deforma o material forjado por martelamento ou por prensagem e é usado para se obter produtos com alta resistência mecânica porque refina a estrutura metalúrgica do metal. Dependendo do tipo de processo adotado no forjamento, pode-se gerar mínima perda de material e uma boa precisão dimensional. Diversas técnicas produtivas são adotadas para se conseguir forjar peças e melhorar as características metalúrgicas, algumas dessas técnicas são milenares, com baixo grau tecnológico, caras e demoradas e outras técnicas são de última geração e com elevado grau de automatização. Nestas técnicas mais modernas é comum o uso de programas computacionais complexos, que proporcionam ganho de tempo e redução de desperdícios de energia e material, conhecidos como CAD/CAM, quando do estudo das deformações que o material irão sofrer no seu forjamento.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 32 DEFORMAÇÃO NOS METAIS Tipos básicos de forjamento Forjamento por Martelamento O forjamento por martelamento é feito aplicando-se pancadas (golpes ou batidas) rápidas e sucessivas no metal, aplicando pressão sobre a peças no momento em que existe o contato do martelo de forja e a peça metálica. Por sua vez, esta pressão é absorvida pelo metal que se deformando muito rapidamente. No forjamento por martelamento são usados martelos de forja que aplicam golpes rápidos e sucessivos ao metal por meio de uma massa que varia de poucos quilos a várias toneladas, que cai de uma altura que varia de alguns centímetros a alguns metros. Este processo atua sobre as camadas mais externas do material, podendo ou não gerar pontos de tensão, que se não forem controlados podem gerar falhas. Exemplo de peças que são fabricadas por este processo são as Pontas de Eixo e os Virabrequins na Indústria Automotiva, outro exemplo, são as Pontas de Ganchos.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 33 DEFORMAÇÃO NOS METAIS Quando as peças metálicas são forjadas procura-se alterar principalmente as propriedades de elasticidade e de plasticidade do metal. Forjamento por prensagem No forjamento por prensagem o metal recebe uma força de compressão em baixa velocidade, diferente do processo anterior, e a pressão atinge seu grau máximo antes de ser retirada, de modo que até as camadas mais profundas da estrutura do material são atingidas, conformando-se mais homogeneamente e melhorando ainda as características metalúrgicas. São usadas prensas hidráulicas para realizar esta função, onde as forças aplicadas podem ser absurdamente elevadas.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 34 DEFORMAÇÃO NOS METAIS As operações de forjamento são realizadas a quente, em temperaturas superiores às de recristalização do metal. É importante que a peça seja aquecida uniformemente e em temperatura adequada. Esse aquecimento é feito em fornos de tamanhos e formatos variados, relacionados ao tipo de metal usado e de peças a serem produzidas e vão desde os fornos de câmara simples até os fornos com controle específico de atmosfera e temperatura, além disso, recentemente materiais metálicos estão sendo aquecidos por indução para serem forjados, onde o aquecimento é muito mais rápido e as alterações estruturais do metal, muito mais violentas, exigindo um cuidado no uso deste aquecimento muito maior. Alguns metais não-ferrosos podem ser forjados a frio.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 35 DEFORMAÇÃO NOS METAIS Trefilagem, ou Trefilação, é o processo de fabricação de arame e barras finas de metal. É um processo industrial que acarreta na redução da seção transversal (largura) e respectivo aumento no comprimento do material. Consiste na Tração da peça através de uma matriz chamada fieira ou trefila, com forma de canal convergente. O processo de trefilação consiste em puxar o metal através de uma matriz, por meio de uma força de tração a ele aplicada na saída da matriz. A maior parte do escoamento plástico é causada por esforços de compressão resultantes da reação do metal com a matriz. Geralmente a parte metálica apresenta simetria circular, embora isto não seja um requisito necessário. Existem muitas aplicações para a trefilagem como produção de fios elétricos, cabos, clipes de papel, corda para instrumentos musicais e raio para rodas.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 36 DEFORMAÇÃO NOS METAIS Da redução sucessiva de diâmetro de uma barra metálica maciça podem resultar barras, vergalhões e arames, dependendo do diâmetro do produto final. Por outro lado, a trefilação pode também ser realizada em tubos ocos e, neste caso, existem diversas técnicas empregadas, com a utilização, ou não, de um mandril interno ao tubo que permite um melhor controle da espessura final. Geralmente os processos de trefilação são realizados à temperatura ambiente; todavia, uma vez que as deformações envolvidas são normalmente grandes, ocorre um aumento considerável de temperatura durante a operação.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 37 DEFORMAÇÃO NOS METAIS Tipos de trefilagem Trefilação a frio Esse tipo de trefilação é usado para metais de rede CFC (Cúbico de Face Centrado). O fio é preparado de forma que se prenda na tarracha da trefila, sendo então 'puxado'. A medida que o fio é puxado através da tarracha, o seu volume permanece o mesmo, o diâmetro diminui e o seu comprimento aumenta. Geralmente, são usadas mais de uma tarracha seguidas umas das outras, reduzindo sucessivamente o diâmetro. A área de redução da seção transversal de fios finos varia entre 15 e 25 % e fios grossos entre 20 e 45 %. É importante que a tarracha gire eventualmente deixando o fio deslizar com menos resistência a uma velocidade constante com o objetivo de não deixar que o fio agarre, o que poderia enfraquecer ou até mesmo quebrar o fio.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 38 DEFORMAÇÃO NOS METAIS A velocidade em que o fio deve ser trefilado varia de acordo com o material e a dimensão da redução. O fato de 'puxar' o material sem aquecimento prévio, exige maior força da máquina. Logo, pode causar exaustão antecipada do equipamento e fadigas no metal. Pra diminuir os efeitos da exaustão, existe a lubrificação. Além de garantir mais durabilidade para as tarrachas, a lubrificação faz com que o acabamento da trefilagem fique melhor.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 39 DEFORMAÇÃO NOS METAIS Trefilação a quente Essa trefilação aplica-se a metais de rede CCC (Cúbico de Corpo Centrado) e raramente em metais de rede HC (Hexagonal Compacto). Por esses metais serem pouco maleáveis, é necessário aquecê-los até uma temperatura adequada em que obterão empacotamento igual às redes CFC, para poderem, então, serem trefilados. Após resfriamento recuperam sua característica original.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 40 DEFORMAÇÃO NOS METAIS Estampagem Refere-se a um conjunto de operações executadas no material bruto, de forma que geralmente se obtém, ao final do processo, um produto acabado em termos de forma e dimensões. As operações são executadas geralmente com auxílio de ferramentas, instaladas em prensas. Estampagem é um processo de fabricação realizado a frio, no qual uma chapa e colocado sobre uma matriz e é submetida a uma força de um punção, de maneira a adquirir a forma geométrica da matriz. Por estampagem entende-se o processo de fabricação de peças, através do corte ou deformação de chapas em operação de prensagem a frio. Emprega-se a estampagem de chapas para fabricar-se peças com paredes finas feitas de chapa ou fita de diversos metais e ligas. As operações de estampagem podem ser resumidas em três básicas: corte, dobramento e embutimento ou repuxo

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 41 DEFORMAÇÃO NOS METAIS Com a ajuda da estampagem de chapas, fabricam-se peças de aço baixo carbono, aços inoxidáveis, alumínio, cobre e de diferentes ligas não ferrosas. Devido às suas características este processo de fabricação é apropriado, preferencialmente, para as grandes séries de peças, obtendose grandes vantagens, tais como: Alta produção; Reduzido custo por peça; Acabamento bom, não necessitando processamento posterior; Maior resistência das peças devido à conformação, que causa o encruamento no material; Baixo custo de controle de qualidade devido à uniformidade da produção e a facilidade para a detecção de desvios. Como principal desvantagem deste processo, podemos destacar o alto custo do ferramental, que só pode ser amortizado se a quantidade de peças a produzir for elevada.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 42 TRATAMENTOS TÉRMICOS Há muitos séculos atrás o homem descobriu que com aquecimento e resfriamento podia modificar as propriedades mecânicas de um aço, isto é, torná-los mais duro, mais mole, mais maleável, etc. Mais tarde, descobriu também que a rapidez com que o aço era resfriado e a quantidade de carbono que possuía influíam decisivamente nessas modificações. O processo de aquecer e resfriar um aço, visando modificar as sua propriedades, denomina-se TRATAMENTO TÉRMICO.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 43 TRATAMENTOS TÉRMICOS Um tratamento térmico é feito em três fases distintas: 1 - aquecimento 2 - manutenção da temperatura 3 – resfriamento

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 44 TRATAMENTOS TÉRMICOS Tipos de tratamentos térmicos Existem duas classes de tratamentos térmicos: 1 - Os tratamentos que por simples aquecimento e resfriamento, modificam as propriedades de toda a massa do aço, tais como: a - Têmpera b - Revenimento c - Recozimento 2 - Os tratamentos que modificam as propriedades somente numa fina camada superficial da peça. Esses tratamentos térmicos nos quais a peça é aquecida juntamente com produtos químicos e posteriormente resfriado são: a - Cementação b - Nitretação

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 45 TRATAMENTOS TÉRMICOS É o tratamento térmico aplicado aos aços com porcentagem igual ou maior que 0, 4% de carbono. O efeito principal da têmpera num aço é o aumento de dureza. Fases da têmpera 1ª Fase: – Aquecimento – A peça é aquecida em forno ou forja, até uma temperatura recomendada. (Por volta de 800ºC para os aços ao carbono).

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 46 TRATAMENTOS TÉRMICOS 2ª Fase: – Manutenção da temperatura – Atingida a temperatura desejada esta deve ser mantida por algum tempo afim de uniformizar o aquecimento em toda a peça. 3ª Fase: – Resfriamento – A peça uniformemente aquecida na temperatura desejada é resfriada em água, óleo ou jato de ar.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 47 TRATAMENTOS TÉRMICOS Efeitos da têmpera 1 - Aumento considerável da dureza do aço. 2 - Aumento da fragilidade em virtude do aumento de dureza. (O aço torna-se muito quebradiço). Reduz-se a fragilidade de um aço temperado com um outro tratamento térmico denominado revenimento. Observações: 1 - A temperatura de aquecimento e o meio de resfriamento são dados em tabelas; 2 - O controle da temperatura durante o aquecimento, nos fornos, é feito por aparelhos denominados pirômetros. Nas forjas o mecânico identifica a temperatura pela cor do material aquecido; 3 - De início o aquecimento deve ser lento, (pré-aquecimento), afim de não provocar defeitos na peça; 4 - A manutenção da temperatura varia de acordo com a forma da peça; o tempo nesta fase não deve ser além do necessário.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 48 TRATAMENTOS TÉRMICOS Efeitos da têmpera

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 49 TRATAMENTOS TÉRMICOS Revenimento É o tratamento térmico que se faz nos aços já temperados, com a finalidade de diminuir a sua fragilidade, isto é, torná-lo menos quebradiço. O revenimento é feito aquecendo-se a peça temperada até uma certa temperatura resfriando-a em seguida. As temperaturas de revenimento são encontradas em tabelas e para os aços ao carbono variam entre 210ºC e 320ºC.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 50 TRATAMENTOS TÉRMICOS 1ª Fase: – Aquecimento – Feito geralmente em fornos controlando-se a temperatura com pirômetro. Nos pequenos trabalhos os aquecimento pode ser feito apoiando-se a peça polida, em um bloco de aço aquecido ao rubro. O forte calor que desprende do bloco, aquece lentamente a peça, produzindo nesta uma coloração que varia à medida que a temperatura aumenta. Essas cores, que possibilitam identificar a temperatura da peça, são denominadas cores de revenimento.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 51 TRATAMENTOS TÉRMICOS Fases do revenimento Tabela de cores de revenimento dos aços ao carbono.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 52 TRATAMENTOS TÉRMICOS 2ª Fase: – Manutenção da Temperatura – Possível quando o aquecimento é feito em fornos. 3ª Fase: – Resfriamento – O resfriamento da peça pode ser: – Lento – deixando-a esfriar naturalmente. – Rápido – mergulhando-a em água ou óleo.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 53 TRATAMENTOS TÉRMICOS Efeitos do revenimento Diminui um pouco a dureza da peça temperada, porém aumenta consideravelmente a sua resistência aos choques. Geralmente, toda peça temperada passa por um revenimento, sendo até comum dizer-se “peça temperada” ao invés de “peça temperada e revenida”

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 54 TRATAMENTOS TÉRMICOS Recozimento O recozimento é o tratamento térmico que tem por finalidade eliminar a dureza de uma peça temperada ou normalizar materiais com tensões internas resultantes do forjamento, da laminação, trefilação etc. . TIPOS DE RECOZIMENTO 1 - Recozimento para eliminar a dureza de uma peça temperada.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 55 TRATAMENTOS TÉRMICOS 2 - Recozimento para normalizar a estrutura de um material

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 56 TRATAMENTOS TÉRMICOS Fases do recozimento 1ª Fase: Aquecimento – A peça é aquecida a uma temperatura que varia de acordo com o material a ser recozido. (Entre 500ºC e 900ºC). A escolha da temperatura de recozimento é feita mediante consulta a uma tabela. Exemplo de tabela:

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 57 TRATAMENTOS TÉRMICOS 2ª Fase: Manutenção da temperatura – A peça deve permanecer aquecida por algum tempo na temperatura recomendada para que as modificações atinjam toda a massa da mesma. 3ª Fase: Resfriamento – O resfriamento deve ser feito lentamente, tanto mais lento quanto maior for a porcentagem de carbono do aço. No resfriamento para recozimento adotam-se os seguintes processos: 1 - Exposição da peça aquecida ao ar livre. (Processo pouco usado). 2 - Colocação da peça em caixas contendo cal, cinza, areia ou outros materiais. 3 - Interrompendo-se o aquecimento, deixando a peça esfriar dentro do próprio forno. Nota – No recozimento do cobre e latão o resfriamento deve ser o mais rápido possível.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 58 TRATAMENTOS TÉRMICOS Efeitos do recozimento − Elimina a dureza de uma peça temperada anteriormente, fazendo-se voltar a sua dureza normal. − Torna o aço mais homogêneo, melhora sua ductilidade tornando-o facilmente usinável.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 59 TRATAMENTOS TÉRMICOS Cementação Muitas peças de mecânica necessitam ter elevada dureza externa para resistirem ao desgaste; entretanto, internamente precisam permanecer “moles”, para suportarem solavancos. Essas peças geralmente são em aço de baixa porcentagem de carbono e recebem um tratamento denominado CEMENTAÇÃO.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 60 TRATAMENTOS TÉRMICOS A cementação é um tratamento que consiste em aumentar a porcentagem de carbono numa fina camada externa da peça. Após a cementação tempera-se a peça; as partes externas adquirem elevada dureza enquanto as partes internas permanecem sem alterações.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 61 TRATAMENTOS TÉRMICOS A cementação é feita aquecendo-se a peça de aço de baixo teor de carbono, junto com um material rico em carbono (carburante). Quando a peça atinge alta temperatura (750ºC a 1. 000ºC) passa a absorver parte do carbono do carburante. Quanto mais tempo a peça permanecer aquecida com o carburante, mais espessa se tornará a camada. Os carburantes podem ser sólidos, (grãos ou pós), líquidos ou gasosos. A qualidade dos carburantes influi na rapidez com que se forma a camada.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 62 TRATAMENTOS TÉRMICOS Fases da cementação 1ª Fase: Aquecimento − Cementação em caixa: As peças são colocadas em caixas juntamente com o carburante, fechadas hermeticamente e aquecidas até a temperatura recomendada.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 63 TRATAMENTOS TÉRMICOS − Cementação em banho: As peças são mergulhadas no carburante líquido aquecido, através de cestas ou ganchos.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 64 TRATAMENTOS TÉRMICOS 2ª Fase: Manutenção da temperatura – O tempo de duração desta fase varia de acordo com a espessura da camada que se deseja e da qualidade do carburante utilizado. (0, 1 mm a 0, 2 mm por hora). 3ª Fase: Resfriamento – A peça é esfriada lentamente dentro da própria caixa. Após a cementação as peças são temperadas.

CIÊNCIA E ENG MATERIAIS 65 TRATAMENTOS TÉRMICOS Nitretação É um processo semelhante à cementação, que se faz aquecendo o aço a uma temperatura de 500ºC a 525ºC na presença de um gás denominado Nitrogênio. Após algum tempo, obtém-se uma fina camada, extremamente dura, não havendo necessidade de se temperar a peça.