Tratamentos Trmicos Eleani Maria da Costa PGETEMAPUCRS Tratamentos

Tratamentos Térmicos

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Tratamentos Térmicos n Finalidade: Alterar as microestruturas e como consequência as propriedades mecânicas das ligas metálicas

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Tratamentos Térmicos n 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 da resistência à corrosão Melhora da resistência ao calor Melhora das propriedades elétricas e magnéticas

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS MATERIAL + TRATAMENTO TÉRMICO O TRATAMENTO TÉRMICO ESTÁ ASSOCIADO DIRETAMENTE COM O TIPO DE MATERIAL. PORTANTO, DEVE SER ESCOLHIDO DESDE O INÍCIO DO PROJETO

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Fatores de Influência nos Tratamentos Térmicos Temperatura n Tempo n Velocidade de resfriamento n Atmosfera* n * para evitar a oxidação ou perda de algum elemento químico (ex: descarbonetação dos aços)

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Fatores de Influência nos Tratamentos Térmicos Tempo: O tempo de trat. térmico depende muito das dimensões da peça e da microestrutura desejada. n n n Quanto maior o tempo: maior a segurança da completa dissolução das fases para posterior transformação maior será o tamanho de grão Tempos longos facilitam a oxidação

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Fatores de Influência nos Tratamentos Térmicos n Temperatura: depende do tipo de material e da transformação de fase ou microestrutura desejada

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Fatores de Influência nos Tratamentos Térmicos Velocidade de Resfriamento: -Depende do tipo de material e da transformação de fase ou microestrutura desejada n - É o mais importante porque é ele que efetivamente determinará a microestrutura, além da composição química do material

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Principais Meios de Resfriamento Ambiente do forno (+ brando) n Ar n Banho de sais ou metal fundido (+ comum é o de Pb) n Óleo n Água n Soluções aquosas de Na. OH, Na 2 CO 3 ou Na. Cl (+ severos) n

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Como Escolher o Meio de Resfriamento ? ? É um compromisso entre: - Obtenção das caracterísitcas finais desejadas (microestruturas e propriedades), - Sem o aparecimento de fissuras e empenamento na peça, - Sem a geração de grande concentração de tensões n

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Principais Tratamentos Térmicos Solubilização e envelhecimento Recozimento Normalização • Alívio de tensões • Recristalização • Homogeneização • Total ou Pleno • Isotérmico Esferoidização ou Coalescimento Tempera e Revenido

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 1 - RECOZIMENTO n Objetivos: - 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

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS TIPOS DE RECOZIMENTO n n n Recozimento para alívio de tensões (qualquer liga metálica) Recozimento para recristalização (qualquer liga metálica) Recozimento para homogeneização (para peças fundidas) Recozimento total ou pleno (aços) Recozimento isotérmico ou cíclico (aços)

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 1. 1 - RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES n Objetivo Remoção de tensões internas originadas de processos (tratamentos mecânicos, soldagem, corte, …) n Temperatura Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase n Resfriamento Deve-se evitar velocidades muito altas devido ao risco de distorções

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Ex: RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES DOS AÇOS n Temperatura Abaixo da linha A 1 em que ocorre nenhuma transformação (600 -620 o. C) Ou linha crítica 723 C

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA DE RECOZIMENTO NA RESIST. À TRAÇÃO E DUTILIDADE Alívio de Tensões (Recuperação/Recovery)

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 1. 2 - RECOZIMENTO PARA RECRISTALIZAÇÃO n Objetivo Elimina o encruamento gerado pela deformação à frio n Temperatura Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase n Resfriamento n Lento (ao ar ou ao forno)

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Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 1. 3 - RECOZIMENTO HOMOGENEIZAÇÃO n Objetivo Melhorar a homogeneidade da microestruturade peças fundidas n Temperatura Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase n Resfriamento n Lento (ao ar ou ao forno)

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 1. 4 - RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO n Objetivo Obter dureza e estrutura controlada para os aços

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 1. 4 - RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO Usado para aços Temperatura Hipoeutetóide 50 °C n acima da linha A 3 Hipereutetóide Entre as linhas Acm e A 1 Resfriamento Lento (dentro do forno) implica em tempo longo de processo (desvantagem) n

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS +Fe 3 C + Recozimento total ou pleno +Fe 3 C

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 1. 1 - RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO n Constituintes Estruturais resultantes Hipoeutetóide ferrita + perlita grosseira Eutetóide perlita grosseira Hipereutetóide 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

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 1. 5 - RECOZIMENTO ISOTÉRMICO OU CÍCLICO Usado para aços n n A diferença do recozimento pleno está no resfriamento que é bem mais rápido, tornando-o mais prático e mais econômico, Permite obter estrutura final + homogênea Não é aplicável para peças de grande volume porque é difícil de baixar a temperatura do núcleo da mesma Esse tratamento é geralmente executado em banho de sais

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 2 - ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO ESFEROIDITA Objetivo Produção de uma estrutura globular ou esferoidal de carbonetos no aço melhora a usinabilidade, especialmente dos aços alto carbono facilita a deformação a frio

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS +Fe 3 C + Esferoidização ou coalescimento +Fe 3 C

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS OUTRAS 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.

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 3 - NORMALIZAÇÃO Usada para aços Objetivos: Refinar o grão Melhorar a uniformidade da microestrutra *** É usada antes da têmpera e revenido

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS + +Fe 3 C

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 3 - NORMALIZAÇÃO n Temperatura Hipoeutetóide acima da linha A 3 Hipereutetóide acima da linha Acm* *Não há formação de um invólucro de carbonetos frágeis devido a velocidade de refriamento ser maior n Resfriamento Ao ar (calmo ou forçado)

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 3 - NORMALIZAÇÃO n Constituintes Estruturais resultantes Hipoeutetóide ferrita + perlita fina Eutetóide perlita fina Hipereutetóide cementita + perlita fina * Conforme o aço pode-se obter bainita Em relação ao recozimento a microestrutura é mais fina, apresenta menor quantidade e melhor distribuição de carbonetos

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 4 - TÊMPERA 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

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 4 - TÊMPERA MARTENSITA

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 4 - TÊMPERA n Temperatura Superior à linha crítica (A 1) * Deve-se evitar o superaquecimento, pois formaria matensita acidular muito grosseira, de elevada fragilidade n Resfriamento Rápido de maneira a formar martensíta (ver curvas TTT)

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 4 - TÊMPERA n Meios de Resfriamento Depende muito da composição do aço (% de carbono e elementos de liga) e da espessura da peça

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS TEMPERABILIDADE n CAPACIDADE DE UM AÇO ADQUIRIR DUREZA POR TÊMPERA A UMA CERTA PROFUNDIDADE n VEJA EXEMPLO COMPARATIVO DA TEMPERABILIDADE UM AÇO 1040 E DE UM AÇO 8640 A CURVA QUE INDICA A QUEDA DE DUREZA EM FUNÇÃO DA PROFUNDIDADE RECEBE O NOME DE CURVA JOMINY QUE É OBTIDA n

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS TEMPERABILIDADE n Veja como é feito o ensaio de temperabilidade Jominy no site: n www. cimm. com. br/material didático

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Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS TEMPERABILIDADE DOS AÇOS EM FUNÇÃO DO TEOR DE CARBONO

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 5 - REVENIDO *** Sempre acompanha a têmpera Objetivos: - Alivia ou remove tensões - Corrige a dureza e a fragilidade, aumentando a dureza e a tenacidade

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 5 - REVENIDO n Temperatura Pode ser escolhida de acordo com as combinações de propriedades desejadas

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 5 - REVENIDO 150 - 230°C os carbonetos começam a precipitar Estrutura: martensita revenida (escura, preta) Dureza: 65 RC 60 -63 RC 230 -400°C os carbonetos continuam a precipitar em forma globular (invisível ao microscópio) Estrutura: TROOSTITA Dureza: 62 RC 50 RC

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 5 - REVENIDO 400 - 500°C os carbonetos crescem em glóbulos, visíveis ao microscópio Estrutura: SORBITA Dureza: 20 -45 RC 650 -738°C os carbonetos formam partículas globulares Estrutura: ESFEROIDITA Dureza: <20 RC

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS MICROESTRUTURAS DO REVENIDO TROOSTITA E MARTENSITA SORBITA

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS n n n FRAGILIDADE DE REVENIDO Ocorre em determinados tipos de aços quando aquecidos na faixa de temperatura entre 375 -475 °C ou quando resfriados lentamente nesta faixa. A fragilidade ocorre mais rapidamente na faixa de 470 -475 °C A fragilidade só é revelada no ensaio de resist. ao choque, não há alteração na microestrutura.

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS AÇOS SUSCEPTÍVEIS À FRAGILIDADE DE REVENIDO Aços -liga de baixo teor de liga n Aços que contém apreciáveis quantidades de Mn, Ni, Cr, Sb*, P, S n Aços ao Cr-Ni são os mais suceptíveis ao fenômeno n *é o mais prejudicial

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS COMO MINIMIZAR A FRAGILIDADE DE REVENIDO n Manter os teores de P abaixo de 0, 005% e S menor 0, 01% n Reaquecer o aço fragilizado a uma temperatura de ~600 °C seguido de refriamento rápido até abaixo de 300 °C.

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 6 - SOLUBILIZAÇÃO SEGUIDA DE PRECIPITAÇÃO OU ENVELHECIMENTO Consiste na precipitação de outra fase, na forma de partículas extremamente pequenas e uniformemente distribuídas. n Esta nova fase enrijece a liga. n Após o envelhecimento o material terá adquirido máxima dureza e resistência. n O envelhecimento pode ser natural ou artificial. n

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 6 - Tratamento térmico de solubilização seguido de envelhecimento Solubilização Resfriamento em água Chamado de envelhecimento que pode ser natural ou artificial Precipitação A ppt se dá a acima da T T ambiente por reaquecimento

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS EXEMPLO: Sistema Al-Cu Solubilização 5, 65% A fase endurecedora das ligas Al-Cu é Cu. Al 2 ( )

7 - Outros tratamentos térmicos

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS TRATAMENTO SUB-ZERO n Alguns tipos de aço, especialmente os alta liga, não conseguem finalizar a transformação de austenita em martensita. O tratamento consiste no resfriamento do aço a temperaturas abaixo da ambiente n Ex: Nitrogênio líquido: -170 o. C Nitrogênio + álcool: -70 o. C

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS AÇO AISI 1321 cementado as linhas Mi e Mf são abaixadas. n Neste aço a formação da martensita não se finaliza, levando a se ter austenita residual a temperatura ambiente.

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS AUSTEMPERA E MARTEMPERA n n Problemas práticos no resfriamento convencional e têmpera A peça/ parte poderá apresentar empenamento ou fissuras devidos ao resfriamento não uniforme. A parte externa esfria mais rapidamente, transformando-se em martensita antes da parte interna. Durante o curto tempo em que as partes externa e interna estão com diferentes microestruturas, aparecem tensões mecânicas consideráveis. A região que contém a martensita é frágil e pode trincar. Os tratamentos térmicos denominados de martempera e austempera vieram para solucionar este problema

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS MARTEMPERA n O resfriamento é temporariamente interrompido, criando um passo isotérmico, no qual toda a peça atinga a mesma temperatura. A seguir o resfriamento é feito lentamente de forma que a martensita se forma uniformemente através da peça. A ductilidade é conseguida através de um revenimento final.

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS AUSTEMPERA n Outra alternativa para evitar distorções e trincas é o tratamento denominado austêmpera, ilustrado ao lado n Neste processo o procedimento é análogo à martêmpera. Entretanto a fase isotérmica é prolongada até que ocorra a completa transformação em bainita. Como a microestrutura formada é mais estável (alfa+Fe 3 C), o resfriamento subsequente não gera martensita. Não existe a fase de reaquecimento, tornando o processo mais barato.

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS MARTEMPERA E AUSTEMPERA alternativas para evitar distorções e trincas

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS CASO PRÁTICO 1 Faça uma análise do seguinte procedimento adotado por uma da empresa n Peça: eixo (10 x 100)mm n Aço: SAE 1045 n Condições de trabalho: solicitação à abrasão pura n Tratamento solicitado: beneficiamento para dureza de 55 HRC n Condição para tempera: peça totalmente acabada

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS CASO PRÁTICO 2 Qual o tratamento térmico que você acha mais apropriado para um dado eixo flangeado para reconstituir a homogeneidade microestrutural com a finalidade de posteriormente ser efetuada a tempera? Informações: A região flangeada apresenta-se com granulação fina e homogênea, resultante do trabalho à quente; já o restante do eixo, que não sofre conformação, apresenta-se com microestrutura grosseira e heterogênea, devido ao aquecimento para forjamento.

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS CASO PRÁTICO 3 Porta insertos de metal duro são usados em estampos progressivos, confeccionados em aço AISI D 2 e temperados para 60/62 HRC. Este tipo de aço costuma reter até 50% de austenita em sua estrutura à temperatura ambiente. Há algum inconveniente disto? Comente sua resposta.

RESUMOS

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS TRANSFORMAÇÕES AUSTENITA Resf. lento Perlita ( + Fe 3 C) + a fase próeutetóide Resf. moderado Bainita ( + Fe 3 C) Resf. Rápido (Têmpera) Martensita (fase tetragonal) reaquecimento Ferrita ou cementita Martensita Revenida ( + Fe 3 C)

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Tratamentos Térmicos Recozimento Total ou Pleno Tempera e Revenido Recozimento Isotérmico Resfriamento Lento (dentro do forno) Normalização Resfriamento ao ar

Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Recozimento Total ou Pleno Recristalização Isotérmico Resfriamento Lento (dentro do forno) Alívio de tensões Temperatura Abaixo da linha A 1 Não ocorre nenhuma transformação Resfriamento Deve-se evitar velocidades muito altas devido ao risco de distorções (600 -620 o. C) - Resfriamento Lento (ao ar ou dentro do forno) **Elimina o encruamento gerado pelos processos de deformação à frio