aula temperabilidade

7/16/2019 Aula Temperabilidade

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TEMPERABILIDADE

Temperabilidade dos aços é a propriedade que determina a

profundidade e distribuição da dureza induzida pela têmpera. Açosque exibem profunda penetração da dureza são consideradoscomo de alta temperabilidade, enquanto que aqueles que exibembaixa penetração da dureza são considerados de baixatemperabilidade. Como o objetivo primário na têmpera é aobtenção de endurecimento satisfatório a uma determinadaprofundidade, segue-se que a temperabilidade é usualmente ofator mais importante na seleção do aço para peças a seremtratadas.

Temperabilidade não deve ser confundida com dureza, bemcomo com dureza máxima. A máxima dureza atingível por qualquer aço depende somente do teor de carbono.

Na Figura 1 apresenta-se as máximas durezas alcançadas com atêmpera, em função do teor de carbono e quantidade demartensita.

Figura 1: Durezas X teor de carbono X teor de martensita

Basicamente, as unidades de temperabilidade são aquelas dataxa de resfriamento, por exemplo OC/s. Estas taxas deresfriamento, relacionadas ao comportamento de resfriamentocontínuo do aço, determinam a dureza e aspecto microestruturalda têmpera.

A temperabilidade do aço é governada quase inteiramente pelacomposição química (carbono e conteúdo de liga) na temperaturade austenitização e o tamanho de grão austenítico no momento da

têmpera. Em alguns casos, a composição química da austenitapode não ser aquela determinada por análises químicas, porque

alguns carbonetos podem não ser dissolvidos na temperatura deaustenitização. Tais carbonetos poderiam contribuir na análisequímica, mas como não estão dissolvidos na austenita, nem ocarbono nem os elementos de liga presentes nele, contribuem

com a temperabilidade. Em adição, pela facilitação da nucleaçãode produtos de transformação, os carbonetos não dissolvidospodem decrescer a temperabilidade. Isto é especialmenteimportante em aços alto carbono (0,5 a 1%) e aços ligadoscementados, que podem conter excesso de carbonetos natemperatura de austenitização. Consequentemente, fatores comotemperatura de austenitização, tempo e temperatura emicroestrutura original são algumas vezes variáveis muitoimportantes na determinação da temperabilidade básica de um

aço específico.Na tabela 1, são apresentados os valores das severidades detêmpera para vários meios. Quanto maior o valor, maior acapacidade de resfriamento da peça.

Na Figura 2 verifica-se o relacionamento entre dureza eresistência dos aços.

Tabela 1: Severidades de têmpera para vários meios deresfriamento

Figura 2: Dureza X resistência dos aços.

MEDIDAS DA TEMPERABILIDADE

Nas figuras 3 a 6 são apresentadas as curvas em U referentes 'asdurezas apresentadas nas seções transversais de barras devários diâmetros, de um aço ligado e um não ligado, temperadasem água e óleo.

Figura 3: Curvas em U para o aço AISI 1045 resfriado em água.

Figura 4: Curvas em U para o aço AISI 1045 resfriado em óleo.

Figura 5: Curvas em U para o aço AISI 6140 resfriado em água.

Aço AISI 6140: 0,42%C-0,73%Mn-0,94Cr-0,17V

Figura 6: Curvas em U para o aço AISI 1045 resfriado em óleo.

Tais ensaios requerem que os comprimentos das barras sejam nomínimo 5X o diâmetro das mesmas.

As dificuldades operacionais relativas a esses ensaios, levaram aodesenvolvimento de testes mais simples, tal como o ensaioJominy, cujo esquema está apresentado nas figuras 7 e 8.

Figura 7: Esquema do ensaio Charpy e exemplo de curva obtida.

Figura 8: Esquemas de corpos de prova Charpy.

Na Figura 9 apresenta-se um esquema de um corpo de provaCharpy retificado e a respectiva curva de durezas produzidas aolongo do corpo

Figura 9: Corpo de prova Charpy e curva correspondente.

Na Figura 10 e 11 são mostradas as várias curvas obtidas paradiferentes tipos de aços, no ensaio Charpy. Verifica-se que asdurezas iniciais, referentes 'a extremidade resfriada rapidamente,são as mesmas para os aços que tem o mesmo teor de carbono,que é o elemento responsável pela dureza da martensita.

Figura 10: Curvas Charpy obtidas para diferentes aços queapresentam o mesmo teor de carbono.

Figura 11: Curvas Charpy para seis diferentes aços e tabela comas composições químicas e tamanhos de grãos indicados.

Na Figura 12 verifica-se a faixa de temperabilidade devida aosextremos de composição química admitidos pela norma.

Figura 12: Faixa de temperabilidade Charpy.

Nas figuras 13 e 14 são apresentadas as curvas decorrelacionamento Jominy X diâmetros de barras resfriadas emóleo e água.

Figura 13: Curvas de correlacionamento Jominy X diâmetros debarras temperadas em óleo.

Figura 14: Curvas de correlacionamento Jominy X diâmetros debarras temperadas em água.

Exemplo: Quais as durezas que uma barra de aço AISI 3140 com

2 polegadas de diâmetro apresentará na sua superfície, no meioraio e no centro, quando resfriada em óleo com agitação de60m/min.

Usando-se as curvas de correlacionamento da Figura 13, obtém-se as distãncias equivalentes de 10/16, 9/16 e 4,5/16 para ocentro, meio raio e centro, respectivamente. entrando com essesvalores na Figura 11, para o caso do aço AISI 3140, obtém-se asdurezas de 43, 46 e 52 HRc.

São apresentadas nas Figuras 15 a 19 as curvas de Lamont , quecorrelacionam as distâncias Jominy com as posições em barrascom diâmetros variados Tais curvas podem ser usadas demaneira semelhante as curvas de correlacionamentoapresentadas anteriormente.

Figura 15: Distância equivalente Jominy x centro da barra.

Figura 16: Distância equivalente Jominy x profundidade de 0,3 R

Figura 19: Distância equivalente Jominy x profundidade de 0,9 R.

Nas figuras 20 e 21 são apresentadas as curvas queconjuntamente com a Tabela 3 utilizadas para o cálculo dodiãmetro ideal Di de um aço.

Diâmetro crítico D refere-se ao maior diãmetro de barra quetempera até o centro ( considera-se aqui que apresente no mínimo50% de martensita) quando resfriada em um determinado meio detêmpera.

Diâmetro ideal Di refere-se ao maior diãmetro de barra quetempera até o centro ( considera-se aqui que apresente no mínimo50% de martensita) quando resfriada em um meio de têmperacom severidade infinita, isto é, abaixa instantaneamente atemperatura superficial da peça para a temperatura do banho.

Figura 20; Influência do tamanho de grão e teor de carbono nodiâmetro crítico ideal Di base.

Figura 21: Relacionamento do teor de elemento de liga com o

fator multiplicador usado para o cálculo de Di.

Tabela 2: Valores do fator multiplicador para o caso do aço com acomposição apresentada na tabela.

carbono manganês silício níquel cromo

Concentração 0,5% 0,6% 0,25% 1,00% 0,28%

Multiplicador 0,24 3,7 1,2 1,4 1,6

Exemplo:

Aço com a composição dada na Tabela 2 e com tamanho de grão7. Da Figura 20 usando-se o teor de carbono de 0,5%, obtém-se ovalor do fator de 0,24. Os demais valores, referentes aos demaiselementos de liga são obtidos na Figura 21. Multiplicando osvalores encontrados, obtém-se o valor de 2,4 polegadas (6,1 mm)

para o diâmetro ideal. Usando-se a Figura 22, chega-se aosvalores do diâmetro crítico D, dependendo do meio de

resfriamento. Por exemplo, considerando-se um meio comseveridade de têmpera de 0,4 e Di igual a 2,4 obtém-se o valor deD igual a 1 polegada

Figura 22: Relacionamentos entre diâmetro crítico D e diãmetrocrítico ideal Di

Na tabela 3 são dados os valores dos diâmetros ideais para vários

tipos de aços. Os limites inferiores e superiores são devidos aos

extremos de composições químicas permitidos pela norma dorespectivo aço.

Tabela 3: Valores de Di para vários tipos de aços.

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