12 tratamento térmico

8/20/2019 12 Tratamento Térmico

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TRATAMENTO TÉRMICO

Introdução

Há muitos séculos atrás o homem descobriu que com aquecimento eresfriamento podia modificar as propriedades mecânicas de um aço, isto é, torná-los mais duro, mais mole, mais maleável, etc. (Exemplo: Em Toledo, Na IdadeMédia, as espadas eram temperadas com o sangue dos escravos. Do latimspatha, espada significa batismo de sangue).

Mais tarde, descobriu também que a rapidez com que o aço era resfriado e aquantidade de carbono que possuía influíam decisivamente nessas modificações.

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TRATAMENTO TÉRMICO

O processo de aquecer e resfriar um material, visando modificar suaspropriedades, denomina-se TRATAMENTO TÉRMICO.

Um tratamento térmico é feito em três fases distintas:1 - aquecimento2 - manutenção da temperatura3 - resfriamento



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TRATAMENTO TÉRMICO

FATORES DE INFLUÊNCIA NOS TRATAMENTOS TÉRMICOS

Temperatura :

Depende do tipo de material e da transformação de fase ou microestrutura desejada

Velocidade de resfriamentoDepende do tipo de material e da transformação de fase ou microestrutura desejada. É o fator mais importante

porque é ele que efetivamente determinará a microestrutura, além da composição química do material.

Composição química

Depende dos elementos químicos dissolvidos nos aços



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TRATAMENTO TÉRMICO

Ambiente do forno (+ brando)

Ar

Banho de sais ou metal fundido (+comum é o de Pb)

Óleo

Água

Soluções aquosas de NaOH, Na2CO3 ouNaCl (+ severos)

Aumento daseveridade

Meios de resfriamento



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TRATAMENTO TÉRMICO

Como Escolher o Meio de Resfriamento ????Esta ecolha é um compromisso entre:

- Obtenção das caracterísitcas finais desejadas (microestruturas epropriedades),

- O não surgimento de fissuras e empenamento na peça,

- Menor geração de concentração de tensões



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TRATAMENTO TÉRMICO

Principais Tratamentos Térmicos

Tratamentos Térmicos

1 Recozimento

2 Normalização

3 Temperae Revenido

4 Esferoidização ou

Coalescimento

1.1 Alívio de tensões1.2 Recristalização1.3 Homogeneização1.4 Total ou Pleno1.5 Isotérmico

5 Solubilização eenvelhecimento



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TRATAMENTO TÉRMICO

1- RECOZIMENTO

Objetivos:

- Remoção de tensões internas devido aos tratamentos

mecânicos- Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade

- Alterar as propriedades mecânicas como a resistênciae ductilidade

- Melhorar as propriedades elétricas e magnéticas

- Produzir uma microestrutura definida



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TRATAMENTO TÉRMICO

TIPOS DE RECOZIMENTO

1.1Recozimento para alívio de tensões (qualquer liga metálica)

1.2 Recozimento para recristalização (qualquer liga metálica)

1.3 Recozimento para homogeneização (para peças fundidas)

1.4 Recozimento total ou pleno (aços)

1.5 Recozimento isotérmico ou cíclico (aços)



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TRATAMENTO TÉRMICO

1.1- RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES

ObjetivoRemoção 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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TRATAMENTO TÉRMICO

Ex:RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES DOS AÇOS

Temperatura Abaixo da linha A1

não ocorre nenhumatransformação (600-

620oC)

Ou linha crítica 723 C

Ou linha crítica 723 C



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TRATAMENTO TÉRMICO

1.2- RECOZIMENTO PARA RECRISTALIZAÇÃO

Objetivo

Elimina o encruamento gerado pela deformação à frio Temperatura


Resfriamento Lento (ao ar ou ao forno)



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TRATAMENTO TÉRMICO

1.3- RECOZIMENTO HOMOGENEIZAÇÃO

Objetivo

Melhorar a homogeneidade da microestruturade peças fundidas

Temperatura


Resfriamento Lento (ao ar ou ao forno)



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TRATAMENTO TÉRMICO

1.4- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO

Objetivo: Obter dureza e estrutura controlada para os aços

Temperatura

Hipoeutetóide 50 °C acima da linha A3

Hipereutetóide Entre as linhas Acm e A1

Resfriamento

Lento (dentro do forno) implica emtempo longo de processo (desvantagem)

Usado para aços



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TRATAMENTO TÉRMICO

+

+Fe3C

+Fe3C

Recozimentototal ou pleno



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TRATAMENTO TÉRMICO

1.4- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO

Constituintes Estruturais resultantesHipoeutetóide 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



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TRATAMENTO TÉRMICO

1.5- RECOZIMENTO ISOTÉRMICO OU CÍCLICO

A diferença do recozimento pleno está noresfriamento que é bem mais rápido,tornando-o mais prático e mais econômico.

Permite obter estrutura final + homogêneaNão é aplicável para peças de grandevolume porque é difícil de baixar atemperatura do núcleo.

Esse tratamento é geralmente executadoem banho de sais.

Usado para aços



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RECOZIMENTO

– Seus objetivos são os seguintes: remover tensões devidas a tratamento mecânicos, diminuir a

dureza, aumentar a ductilidade, regularizar a textura bruta de fusão, eliminar finalmente, o efeitode quaisquer tratamentos térmicos ou mecânicos a que o aço tenha sido submetido anteriormente. A estrutura resultante do recozimento é a normal ou seja: ferrita mais perlita, se o aço forhipoeutetóide, perlita mais cementita, se o aço for hipereutetóide e somente perlita,se foreutetóide.No aquecimento para o recozimento pleno, a temperatura deve situar-se a mais ou menos 50°Cacima do limite superior da zona crítica . Para os aços hipoeutetóide, acima do limite inferior da

zona crítica (linha A3). Para os aços hipereutetóides, Acima da (linha A1). Nestes últimos aços,procura-se não ultrapassar a linha A3, porque no resfriamento lento, caso de recozimentos de aço-carbono, pode ocorrer a formação, nos contornos de grãos da austenita, de um invólucro contínuoe frágil de carbonetos, tornando os aços frágeis.Para evitar o tempo muito longo exigido pelo recozimento, pode-se substituir o recozimentocomum pelo recozimento isotérmico, em que o aquecimento é feito normalmente, mas oesfriamento é dividido em duas partes. Esfriamento rápido até uma temperatura situada na parte

superior do diagrama de transformação isotérmica, onde fica até que a austenita se transformenos produtos normais de transformação; a segunda etapa consiste no esfriamento até atemperatura ambiente, depois de completada a transformação da primeira etapa.Outro tipo de recozimento é o de alívio de tensões, em que o aquecimento é feito atemperaturas abaixo da zona crítica. Seu objetivo é apenas aliviar as tensões originadas emprocessos de conformação mecânica, soldagem, corte por chama, usinagem, etc.


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RECOZIMENTO ISOTÉRMICO

O recozimento isotérmico, assim como o recozimento pleno, consisteno aquecimento do aço acima de sua linha crítica, com uma únicadiferença, o resfriamento deve ser relativamente rápido.Esse tratamento térmico é normalmente executado em banhos de sais.

O principal objetivo do recozimento isotérmico é de se obter a dureza e

a estrutura do aço controlada, isto é, dentro das características pré-deteminadas e mais apropriadas à finalidade desejada


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TRATAMENTO TÉRMICO

Usada para aços

2- NORMALIZAÇÃO

Objetivos:

Refinar o grão

Melhorar a uniformidade damicroestrutra

*** É usada antes da têmpera erevenido



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TRATAMENTO TÉRMICO

+

+Fe3C

+Fe3C

Recozimentototal ou pleno



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TRATAMENTO TÉRMICO

2- NORMALIZAÇÃO

Temperatura

Hipoeutetóide acima da linha A3

Hipereutetóide acima da linha Acm

Resfriamento

Ao ar (calmo ou forçado)



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TRATAMENTO TÉRMICO

Constituintes Estruturais resultantesHipoeutetóide 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 decarbonetos

2- NORMALIZAÇÃO



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TRATAMENTO TÉRMICO

2- NORMALIZAÇÃO

Formação de perlita isotérmica no aço eutetóide



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TRATAMENTO TÉRMICO

3- TÊMPERA

Objetivos:Obter estrutura matensítica quepromove:

- Aumento na dureza

- Aumento na resistência à tração

- redução na tenacidade

*** A têmpera gera tensões deve-se fazer revenido posteriormente

TIPOS DE TÊMPERATêmpera por chama

Aquecimento provém de chama direcionada à peça, através de maçarico ou outro instrumento, podendo assim ser parcialmentetemperada.Têmpera por induçãoO aquecimento é obtido por indução elétrica, seguida de um resfriamento brusco, normalmente em água.Têmpera superficial Aquecimento somente da superfície através de indução ou chama até a austenitização, seguida de um resfriamento rápido.Têmpera total

Aquecimento total da peça até temperatura de austenitização seguida de resfriamento, em meio pré-determinado.



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TRATAMENTO TÉRMICO

3- TÊMPERAMartensita

Meios de Resfriamento

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



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TRATAMENTO TÉRMICO

*** Sempre acompanha a têmpera Objetivos:- Alivia ou remove tensões- Corrige a dureza e a fragilidade, aumentando a dureza e a tenacidade

3.1 REVENIDO

TemperaturaPode ser escolhida de acordocom as combinações depropriedades desejadas



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TRATAMENTO TÉRMICO

TROOSTITA E MARTENSITA SORBITA

3.1 REVENIDO



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TRATAMENTO TÉRMICO

3.2 FRAGILIDADE DE REVENIDO

Ocorre em determinados tipos de aços quando aquecidos na faixa de temperaturaentre 375-475 °C ou quando resfriados lentamente nesta faixa.A fragilidade ocorre mais rapidamente na faixa de 470-475 °CA fragilidade só é revelada no ensaio de resist. ao choque, não há alteração namicroestrutura.

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

*é o mais prejudicial

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

Reaquecer o aço fragilizado a uma temperatura de ~600 °C seguido de

refriamento rápido até abaixo de 300°C .

AÇOS SUSCEPTÍVEIS À FRAGILIDADE DE REVENIDO



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TRATAMENTO TÉRMICO

4- ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO

ESFEROIDITA ObjetivoProdução de uma estruturaglobular ou esferoidal de

carbonetos no aço

melhora a usinabilidade,especialmente dos aços altocarbono facilita a deformação a frio



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TRATAMENTO TÉRMICO

+ +Fe3C

+Fe3C

Esferoidizaçãoou

coalescimento




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TRATAMENTO TÉRMICO

Aquecimento por tempo prolongado a uma temperatura logo abaixo da linhainferior da zona crítica,

Aquecimento e resfriamentos alternados entre temperaturas que estão logoacima e logo abaixo da linha inferior de transformação.

Obtenção da estrutura esferoidizada através da têmpera e revenido




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TRATAMENTO TÉRMICO

5 OUTROS TRATAMENTOS TÉRMICOS

Alguns tipos de aço, especialmente os alta liga, não conseguem finalizar a transformação deaustenita em martensita, conhecida como austenita retida.

O tratamento consiste no resfriamento do aço a temperaturas abaixo da ambiente

Ex: Nitrogênio líquido: -170oCNitrogênio + álcool: -70oC

5.1 TRATAMENTO SUB-ZERO

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TRATAMENTO TÉRMICO

5.2 MARTEMPERA

O resfriamento étemporariamente interrompido,criando um passo isotérmico, noqual toda a peça atinga a mesma

temperatura. A seguir oresfriamento é feito lentamente deforma que a martensita se formauniformemente através da peça. Aductilidade é conseguida atravésde um revenimento final.



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TRATAMENTO TÉRMICO

5.3 AUSTEMPERA

Outra alternativa para evitar distorçõese trincas é o tratamento denominadoaustêmpera, ilustrado ao lado

Neste processo o procedimento éanálogo à martêmpera. Entretanto afase isotérmica é prolongada até queocorra a completa transformação em

bainita. Como a microestrutura formadaé mais estável (alfa+Fe3C), oresfriamento subsequente não geramartensita. Não existe a fase dereaquecimento, tornando o processo

mais barato.



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TRATAMENTO TÉRMICO

6 FORNOS DE TRATAMENTOS TÉRMICOSAs três classificações gerais de equipamentos para equipamentos de processamento térmico são:Batelada

Semi-contínuo Contínuo A classificação utilizada depende do escopo da produção e da natureza do negócio.

Enquanto a ciência por trás do tratamento térmico permanece basicamente a mesma, certas vantagens podem ser obtidas de tipos de fornos em particular.

Como exemplo, é possível executar um processo de recozimento em fornos a ar, fornos a vácuo, fornos de retorta por gás expelido, entre outros.

De forma similar, o processo químico de superfície da carburização pode ser executado numa gama de tipos de equipamento, incluindo fornos de batelada e deatmosfera controlada continuamente, fornos de impulsão ou fornos a vácuo.

Os limites dos tipos de fornos são muito diferentes.

Fornos de Têmpera IntegralFornos de Soleira de RoletesFornos de Soleira RotativaFornos de Atmosfera – CarburizaçãoFornos de Atmosfera – GeralFornos de LaboratórioFornos de Soleira VibratóriaBanhos de Chumbo e Banhos de SalFornos a Ar de Batelada - Geral

Fornos de Têmpera ou ExtraçãoForja de MóduloFornos de CampânulaFornos de Esteira MetálicaFornos de Cadinho e Cadinhos de ImersãoForno de LingoteFundo RebaixadoFornos RevestidosFornos de Soleira de BoguiTambor Rotativo

Forno de CaixaSecadores

Fornos BasculantesFornos de BrasagemFornos de Resistência ElétricaFornos de FerramentariaFornos de Atmosfera de BrasagemSoleira ElevatóriaFornos a ÓleoFornos TubularesForno de QueimaFornos de Leito FluidoFornos em GeralForno de CarrinhoForjaFornos de PanelaForno de PórticoLinhas de Galvanização e MetalizaçãoFornos a VácuoForno de Recozimento Incandescente ContínuoFornos a Gás para Usos GeraisFornos de Impulsão

Fornos de EsteiraFornos de Tubos Radiantes

Fornos de Teste de DeformaçãoFornos de Extinção SeladaRecipientes CriogênicosFornos de RecuperaçãoFornos de Vigas MóveisFornos de DifusãoFornos de RetortaFornos de Soleira Móvel



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TransformaçõesBainíticas e

Martensíticas


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CORRELAÇÃO ENTRE A DUREZA E A MICROESTRUTURA


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Correlação entre o % de Carbono e o parâmetro do reticulado


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TRATAMENTO TÉRMICO



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TRATAMENTO TÉRMICO

Exemplos de Fornos

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TRATAMENTO TÉRMICO

Controle de processo e controle de qualidade no Tratamento Térmico

A eficácia do tratamento térmico consiste em ter todas as variáveis controladas. A

tecnologia está auxiliando o trabalho dos engenheiros, pois os sensores que captam taisvariáveis estão cada vez mais avançados e os processos estão praticamenteautomatizados. É comum hoje nas industrias medir a temperatura das peças ao saíremdos fornos com uma câmera termográfica.

É comum a utilização do Controle Estatístico de Processos (CEP), pois é uma ferramentada qualidade com objetivo de aumentar a economia evitando desperdícios de matéria-prima,insumos e outros produtos de industrialização, a otimização de trabalhos tornando asatividades menos estressantes

TRATAMENTO TÉRMICO

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TRATAMENTO TÉRMICO

EXERCÍCIOS 1.Em que consiste, de uma maneira geral, o tratamento térmico?

2.Quais os cuidados que devemos ter na fase de aquecimento?

3.Que é preaquecimento? Quando deve ser usado?

4.Qual a finalidade do tempo de permanência na temperatura de tratamento?

5.O que é a descarbonetação? Quando pode ocorrer? Como evitar?



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Exercícios6) Determine as

microestruturasfinais de um açoeutetóide,seguindo asrotas: 1,2,3 e 4.


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7) Dê a razão para, em resfriamento lento de um aço 1080, por exemplo, não serverificada a presença de ferrita pró-eutetóide (primária).

8) Explique o mecanismo físico de formação da fase metaestável martensita paraum aço carbono.

9) Conceitualmente, a transformação martensítica é considerada adifusional e atransformação bainítica difusional. Explique a diferença de ambas as fases emrelação ao mencionado acima.

10) Qual a diferença de bainita superior para bainita inferior em termos decomposição química.

RESPOSTAS


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1) Alterar as microestruturas das ligas metálicas e como conseqüência as propriedades mecânicas como o aumento ou diminuição da dureza,aumento da resistência mecânica, melhora da ductilidade, melhora da usinabilidade, melhora da resistência ao desgaste, melhora da resistência àcorrosão, melhora da resistência ao calor, melhora das propriedades elétricas e magnéticas, entre outras propriedades mecânicas.

2) Velocidades de aquecimento muito elevadas podem causar distorções ou, até mesmo, trincas, porém, em alguns casos, velocidades muito

baixas de aquecimento pode causar crescimento de grão. (ex: aços fortemente encruados.)

3) O preaquecimento acontece no inicio do aquecimento do material, aquecendo lentamente afim de evitar ou não provocar defeitos na peça queesta sendo aquecida.

4) O tempo de tratamento térmico depende muito das dimensões da peça e da microestrutura desejada. Quanto maior o tempo, maior a segurançada completa dissolução das fases para posterior transformação, e maior será o tamanho do grão. A temperatura depende do tipo de material e datransformação de fase ou microestrutura desejada.

5) A descarbonetação nada mais é do que a combinação do carbono do aço com o oxigênio livre do ambiente. Este processo conduz à perda de

carbono do aço a partir da sua superfície, fazendo com que a peça fique com uma camada com teor reduzido em carbono. A espessura destacamada dependerá do tempo e da temperatura em que a peça ficará exposta a estas condições. Obviamente esta é uma situação normalmenteindesejável, pois a diminuição do teor de carbono conduzirá a uma diminuição na dureza. Este fato se torna mais grave quando realizamos umtratamento térmico de têmpera.

6) Rota 1: 50% de Martensita + 50% de Austenita;Rota 2: 100% de Martensita;Rota 3: 50% de Martensita + 50% de Bainíta;Rota 4: 100% de Perlita.

7) Pois o aço 1080 tem 0,80% de carbono, acima do ponto eutetóide (0,77%), sendo a microestrutura formada por grãos de perlita e cementita noscontornos de grão

8) No resfriamento rápido de uma liga de Fe-C, onde não cruza o cotovelo da curva TTT, o carbono fica preso dentro da estrutura da ferrita,formando um novo rearranjo de átomos de ferro, com estrutura TCC.

9) Para a transformação da martensita, o carbono não difunde, fica preso na rede, e na estrutura bainítica, ocorre a difusão de carbono, formandoCarbonetos de Fe finamente dispersos.

12 tratamento térmico

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