Tratamentos Termicos - Geral

Tratamentos Térmicos

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Tratamentos Térmicos ■ Finalidade:

Alterar as microestruturas e como consequência as propriedades mecânicas das ligas metálicas

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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 da resistência à corrosão - Melhora da resistência ao calor - Melhora das propriedades elétricas e magnéticas

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MATERIAL + TRATAMENTO TÉRMICO

O TRATAMENTO TÉRMICO ESTÁ ASSOCIADO DIRETAMENTE COM O TIPO DE MATERIAL. PORTANTO, DEVE SER ESCOLHIDO DESDE O INÍCIO DO PROJETO

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Fatores de Influência nos Tratamentos Térmicos Temperatura ■ Tempo ■ Velocidade de resfriamento ■ Atmosfera* ■

* para evitar a oxidação ou perda de algum elemento químico (ex: descarbonetação dos aços)

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Fatores de Influência nos Tratamentos Térmicos Tempo: O tempo de trat. térmico depende muito das dimensões da peça e da microestrutura desejada. ■

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Quanto maior o tempo: maior a segurança da completa dissolução das fases para posterior transformação maior será o tamanho de grão

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Fatores de Influência nos Tratamentos Térmicos ■

Temperatura: depende do tipo de material e da transformação de fase ou microestrutura desejada

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Fatores de Influência nos Tratamentos Térmicos Velocidade de Resfriamento: -Depende do tipo de material e da transformação de fase ou microestrutura desejada ■

- É o mais importante porque é ele que efetivamente determinará a microestrutura, além da composição química do material

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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) ■

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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 ■

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Principais Tratamentos Térmicos Tratamentos Térmicos Solubilização e envelhecimento

Recozimento Normalização •Alívio de tensões •Recristalização •Homogeneização •Total ou Pleno •Isotérmico

Esferoidização ou Coalescimento Tempera e Revenido

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1- RECOZIMENTO ■ 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

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TIPOS DE RECOZIMENTO ■

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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)

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1.1- RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES ■

Objetivo

Remoção de tensões internas originadas de processos (tratamentos mecânicos, soldagem, corte, …) ■

Temperatura

Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase ■

Resfriamento Deve-se evitar velocidades muito altas devido ao risco de distorções

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Ex:RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES DOS AÇOS

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Temperatura

Abaixo da linha A1  em que ocorre nenhuma transformação (600-620oC)

723 °C

Ou linha crítica

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INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA DE RECOZIMENTO NA RESIST. À TRAÇÃO E DUTILIDADE

Alívio de Tensões (Recuperação/Recovery)

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1.2- RECOZIMENTO PARA RECRISTALIZAÇÃO ■

Objetivo

Elimina o encruamento gerado pela deformação à frio ■

Temperatura

Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase ■

Resfriamento

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Lento (ao ar ou ao forno)

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1.3- RECOZIMENTO HOMOGENEIZAÇÃO ■

Objetivo

Melhorar a homogeneidade da microestruturade peças fundidas ■

Temperatura

Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase ■

Resfriamento

■

Lento (ao ar ou ao forno)

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1.4- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO ■ Objetivo

Obter dureza e estrutura controlada para os aços

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1.4- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO Usado para aços

Temperatura Hipoeutetóide 50 °C ■

acima da linha A3

Hipereutetóide Entre as linhas Acm e A1

Resfriamento Lento (dentro do forno)  implica em tempo longo de processo (desvantagem) ■

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γ

γ+Fe3C

γ+α

Recozimento total ou pleno

α+Fe3C

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1.1- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO ■ Constituintes

resultantes

Estruturais

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

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1.5- RECOZIMENTO ISOTÉRMICO OU CÍCLICO Usado para aços

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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

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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

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γ

γ+Fe3C

γ+α

Esferoidização ou coalescimento

α+Fe3C

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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.

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3- NORMALIZAÇÃO Usada para aços

Objetivos:  Refinar o grão  Melhorar a uniformidade da microestrutra *** É usada antes da têmpera e revenido

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γ

γ+α γ+Fe3C

α+Fe3C

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3- NORMALIZAÇÃO ■ Temperatura

Hipoeutetóide acima da linha A3 Hipereutetóide acima da linha Acm* *Não há formação de um invólucro de carbonetos frágeis devido a velocidade de refriamento ser maior

■ Resfriamento

Ao ar (calmo ou forçado)

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3- NORMALIZAÇÃO ■ Constituintes

resultantes

Estruturais

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

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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

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4- TÊMPERA MARTENSITA

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4- TÊMPERA ■ Temperatura

Superior à linha crítica (A1) * Deve-se evitar o superaquecimento, pois formaria matensita acidular muito grosseira, de elevada fragilidade

■ Resfriamento

Rápido de maneira a formar martensíta (ver curvas TTT)

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4- TÊMPERA ■ Meios

de Resfriamento

Depende muito da composição do aço (% de carbono e elementos de liga) e da espessura da peça

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TEMPERABILIDADE ■

CAPACIDADE DE UM AÇO ADQUIRIR DUREZA POR TÊMPERA A UMA CERTA PROFUNDIDADE

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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

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TEMPERABILIDADE ■

Veja como é feito o ensaio de temperabilidade Jominy no site:

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www.cimm.com.br/material didático

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TEMPERABILIDADE DOS AÇOS EM FUNÇÃO DO TEOR DE CARBONO

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5- REVENIDO *** Sempre acompanha a têmpera

Objetivos: - Alivia ou remove tensões - Corrige a dureza e a fragilidade, aumentando a dureza e a tenacidade

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5- REVENIDO ■ Temperatura

Pode ser escolhida de acordo com as combinações de propriedades desejadas

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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

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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

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MICROESTRUTURAS DO REVENIDO TROOSTITA E MARTENSITA

SORBITA

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FRAGILIDADE DE REVENIDO Ocorre em determinados tipos de aços quando aquecidos na faixa de temperatura entre 375475 °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.

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AÇOS SUSCEPTÍVEIS À FRAGILIDADE DE REVENIDO

Aços -liga de baixo teor de liga ■ Aços que contém apreciáveis quantidades de Mn, Ni, Cr, Sb*, P, S ■ Aços ao Cr-Ni são os mais suceptíveis ao fenômeno ■

*é o mais prejudicial

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COMO MINIMIZAR A FRAGILIDADE DE REVENIDO ■

Manter os teores de P abaixo de 0,005% e S menor 0,01%

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Reaquecer o aço fragilizado a uma temperatura de ~600 °C seguido de refriamento rápido até abaixo de 300 °C .

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6- SOLUBILIZAÇÃO SEGUIDA DE PRECIPITAÇÃO OU ENVELHECIMENTO

Consiste na precipitação de outra fase, na forma de partículas extremamente pequenas e uniformemente distribuídas. ■ Esta nova fase enrijece a liga. ■ Após o envelhecimento o material terá adquirido máxima dureza e resistência. ■ O envelhecimento pode ser natural ou ■

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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 ppt se dá a acima da T T ambiente ambiente por reaquecimento

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EXEMPLO: Sistema Al-Cu

Solubilização 5,65%

A fase endurecedora das ligas Al-Cu é CuAl2 (θ )

7- Outros tratamentos térmicos

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TRATAMENTO SUB-ZERO ■

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

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Ex: Nitrogênio líquido: -170oC

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AÇO AISI 1321 cementado as linhas Mi e Mf são abaixadas. ■

Neste aço a formação da martensita não se finaliza, levando a se ter austenita residual a temperatura ambiente.

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AUSTEMPERA E MARTEMPERA ■

Problemas práticos no resfriamento convencional e têmpera

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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.

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MARTEMPERA ■

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.

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AUSTEMPERA ■

Outra alternativa para evitar distorções e trincas é o tratamento denominado austêmpera, ilustrado ao lado

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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+Fe3C), o resfriamento subsequente não gera martensita. Não existe a fase de reaquecimento, tornando o processo mais barato.

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MARTEMPERA E AUSTEMPERA

alternativas para evitar distorções e trincas

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CASO PRÁTICO 1 Faça uma análise do seguinte procedimento adotado por uma da empresa ■ Peça: eixo (10x100)mm ■ Aço: SAE 1045 ■ Condições de trabalho: solicitação à abrasão pura ■ Tratamento solicitado: beneficiamento para dureza de 55HRC ■ Condição para tempera: peça

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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

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CASO PRÁTICO 3 Porta insertos de metal duro são usados em estampos progressivos, confeccionados em aço AISI D2 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

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TRANSFORMAÇÕES AUSTENITA Resf. lento

Perlita (∝ + Fe3C) + a fase próeutetóide

Resf. moderado

Bainita (∝ + Fe3C)

Resf. Rápido (Têmpera)

Martensita (fase tetragonal) reaquecimento

Ferrita ou cementita

Martensita Revenida (∝ + Fe3C)

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Tratamentos Térmicos Recozimento Total ou Pleno

Tempera e Revenido Recozimento Isotérmico

Resfriamento Lento (dentro do forno)

Normalização

Resfriamento ao ar

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Recozimento Total ou Pleno

Recristalização Isotérmico

Resfriamento Lento (dentro do forno)

Alívio de tensões

Temperatura Abaixo da linha A1 

Temperatura Abaixo da linha A1  Não ocorre nenhuma transformação

Resfriamento Deve-se evitar velocidades muito altas devido ao risco de distorções

(600-620oC)

- Resfriamento Lento (ao ar ou dentro do forno) **Elimina o encruamento gerado pelos processos de deformação à frio