senai - projetos-mecanicos aula 1.ppt
Post on 01-Dec-2015
226 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Luiz Lopes Lemos Jr
Materiais de Construção
PARTE 3
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 2
Conteúdo
1. Introdução à Materiais Conceito Tipos Microestruturas Propriedades
2. Metais Obtenção dos materiais Classificação, normalização, aplicação e catálogos técnicos
3. Fabricação dos metais Tratamentos térmicos Proteção superficial
4. Outros materiais
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 3
Tratamentos térmicos
Importância do estudo Projeto e controle dos procedimentos
utilizados nas propriedades mecânicas e nos tratamentos térmicos.
Compreensão do desenvolvimento e preservação de estruturas que se encontram em equilíbrio.
Identificação de regiões e fases presentes em microestruturas de ligas.
Determinação da fração mássica de componentes em fases específicas.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 5
Tratamentos térmicos
De modo simples, o tratamento térmico consiste em aquecer e resfriar uma peça de metal para que ela atinja as propriedades mecânicas desejadas.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 6
Tratamentos térmicos
Com o tratamento térmico conseguimos obter uma variada gama de propriedades que permitem que tenhamos materiais mais adequados para cada aplicação, sem que com isto os custos sejam muito aumentados.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 7
Tratamentos térmicos – Exemplo
Uma mola espiral, por exemplo, precisa ser submetida a tratamento térmico para ser usada no sistema de suspensão de um veículo.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 8
Tratamentos térmicos – Exemplo
Ao ser comprimida, a mola acumula energia e, ao ser solta, ela se estende de forma violenta. Portanto, a mola deve ter:Dureza.Elasticidade.Resistência para suportar esses movimentos sem
se romper.
Isso é conseguido por meio do tratamento térmico.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 9
Tratamentos térmicos – Exemplo
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 10
Tratamentos térmicos
O tratamento térmico provoca mudanças mecânicas por causa de três fatores:
1. Temperatura de aquecimento;
2. Velocidade de resfriamento;
3. Composição química do material.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 11
Tratamentos térmicos
Procedimentos para o tratamento térmico:1. Coloca-se a peça no forno com temperatura
adequada ao tipo de material;2. Deixa-se a peça no forno durante o tempo
estabelecido;3. Desliga-se o forno e retira-se a peça, com
auxílio de uma tenaz;4. Coloca-se a peça numa bancada;5. Deixa-se a peça resfriar em temperatura
ambiente.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 12
Tratamentos térmicos
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 13
Tratamentos térmicos
Velocidade de aquecimento:O tempo necessário para o
aquecimento da superfície será menor do que o tempo para o aquecimento do núcleo.
Esta diferença Dt será tão maior quanto maior for a seção do material.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 14
Tratamentos térmicos
Consequências da velocidade de aquecimento:
Aquecimento rápido: risco de empenamento ou fissuras.
Aquecimento lento: crescimento excessivo do grão da austenita.
Temperatura acima da temperatura crítica: completa austenização do aço.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 15
Tratamentos térmicos
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 16
Tratamentos térmicos
Quanto mais longo o tempo de permanência da temperatura de aquecimento, mais completa será a dissolução do carboneto de ferro e outras fases presentes, no entanto maior será o tamanho do grão da austenita.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 17
Tratamentos térmicos
O resfriamento é o fator mais importante do tratamento térmico, pois é ele que irá determinar a estrutura resultante.
Resfriamento rápido: estrutura mais rígida, risco de empenamento e aparecimento.
Tempo muito longo: risco de oxidação e descarbonetação de fissuras.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 18
Tratamentos térmicos
Aços de baixo carbono <0,25%p C Não respondem a tratamentos térmicos para
formação de martensita. Aumento de resistência por trabalho à frio. Aço doce. Microestruturas típicas:
Perlita.Ferrita.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 19
Tratamentos térmicos
Aços de médio carbono >0,25% - 0,60%p C Podem ser tratados termicamente. Apresentam baixa tenacidade e ductibilidade. Aplicados em componentes estruturais de
alta resistência. Microestrutura típica: martensita revenida.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 20
Tratamentos térmicos
Aços de alto carbono >0,60%p - 1,40%p C Possuem elementos de liga (Cr, V, W). Alta temperabilidade. Apresentam elevada dureza. Alta resistência ao desgaste. Aço duro. Microestrutura típica: martensita revenida.
Luiz Lemos 21
Diagrama de equilíbrio de fases das ligas ferro-carbono
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 22
Tratamentos térmicos
Microscópio metalográfico
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 23
Tratamentos térmicos
Amostra de baixo carbono:
Grãos claros, com pouco carbono, em maior quantidade.
Grãos escuros com bastante carbono.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 24
Tratamentos térmicos
Amostra de médio carbono:
Mais grãos escuros que claros (portanto, essa amostra contém mais carbono).
Os grãos claros são menos duros e resistentes.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 25
Tratamentos térmicos
As fases das ligas ferro-carbono são:
Ferrita - Fe Perlita - Fe+Fe3C
Cementita - Fe3C
Austenita - Fe Martensita Bainita Fe
Luiz Lemos 26
Diagrama de equilíbrio de fases das ligas ferro-carbono
ferrita
Fe
austenita
perlita cementita
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 27
Tratamentos térmicos
Ferrita (grãos claros) Estrutura cúbica de corpo centrado (CCC). Os átomos se organizam bem juntos entre si,
de modo que fica difícil a acomodação de átomos de carbono na rede cristalina.
A estrutura da ferrita consegue acomodar, no máximo, 0,025% de átomos de carbono.
Fe
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 28
Tratamentos térmicos
Perlita (grãos escuros)É formada de lâminas alternadas. 88% de ferrita e 12% de cementita.
Fe+Fe3C
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 29
Tratamentos térmicos
Cementita 12 átomos de ferro e 4 átomos de carbono. É um carboneto de ferro. Dureza elevada. Responsável pela dureza do aço.
Fe3C
Tratamentos térmicoszoom
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 31
Tratamentos térmicos
Austenita Estrutura cúbica de face centrada (CFC). Se forma na estrutura do aço submetido a
temperatura elevada (na região acima da zona crítica, na zona de austenitização).
Menor resistência mecânica e boa tenacidade.
Não é magnética.
Fe
Luiz Lemos 32
Tratamentos térmicos –Exemplo de um aço com 0,4%p C
Luiz Lemos 33
Tratamentos térmicos –Exemplo de um aço com 0,4%p C
zoom
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 34
Tratamentos térmicos –Exemplo de um aço com 0,4%p C
Aquecimento...
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 35
Tratamentos térmicos –Exemplo de um aço com 0,4%p C
O gráfico ilustra uma região de mudança de fase num intervalo de temperatura: a ferrita e a perlita se transformam em austenita.
Essa região é chamada zona crítica: área em que as células unitárias de CCC se transformam em CFC, durante o aquecimento do aço.
ferrita
perlita em austenita
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 36
Tratamentos térmicos –Exemplo de um aço com 0,4%p C
Resfriamento lento...
Luiz Lemos 37
Tratamentos térmicos –Exemplo de um aço com 0,4%p C
zoom
Luiz Lemos 38
Tratamentos térmicos –Exemplo de um aço com 0,4%p C
850ºC a estrutura do aço é austenita;
760ºCparte da austenita desaparece, dando lugar à
ferrita - portanto permanecem, na estrutura ferrita e austenita;
700ºC toda a austenita se transforma em ferrita e perlita
- portanto, o aço volta à sua estrutura inicial; em temperatura ambiente,
a estrutura continua ferrita e perlita.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 39
Tratamentos térmicos –Exemplo de um aço com 0,4%p C
Resfriamento rápido...
Se o aço for resfriado bruscamente (por exemplo, na água), ele se transformará em martensita, um constituinte duro.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 40
Preparação do aço para usinagem
Martensita Estrutura tetragonal de corpo centrado
(TCC). Se forma do resfriamento brusco da
austenita. Alta dureza. Resistência ao desgaste.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 41
Tratamentos térmicos
Tensões internas Causas:
Processo de solidificação A região da superfície do
aço se resfria com velocidade diferente da região do núcleo.
Processos de fabricação a frio
Soldagem. Usinagem.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 42
Preparação do aço para usinagem
Na laminação e no forjamento, os grãos são comprimidos uns contra os outros e apresentam aparência de grãos amassados.
Os grãos deformados não têm a mesma resistência e as mesmas qualidades mecânicas dos grãos normais.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 43
Preparação do aço para usinagem
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 44
Preparação do aço para usinagem – Recozimento subcrítico
PROCESSOA peça é aquecida lentamente no forno
até uma temperatura abaixo da zona crítica.Por volta de 570ºC a 670ºC (no caso de
aços-carbono). De 1 a 3 horas no forno. A peça é resfriada no próprio forno.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 45
Preparação do aço para usinagem – Recozimento subcrítico
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 46
Preparação do aço para usinagem – Recozimento subcrítico
Alívio de tensões recozer
Tratamento subcrítico: A ferrita e a perlita não chegam a se
transformar em austenita. Portanto, aliviam-se as tensões sem alterar a
estrutura do material.
Ver diagrama...
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 47
Preparação do aço para usinagem - Normalização
A normalização consiste em refinar (diminuir) a granulação grosseira da peça, de modo que os grãos fiquem numa faixa de tamanho considerada normal.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 48
Preparação do aço para usinagem - Normalização
Uma granulação grosseira torna o material quebradiço, alterando suas propriedades mecânicas.
As fissuras (trincas) também se propagam mais facilmente no interior dos grãos grandes.
Por isso, os grãos mais finos (pequenos) possuem melhores propriedades mecânicas.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 49
Preparação do aço para usinagem - Normalização
PROCESSOA peça é levada ao forno com
temperatura acima da zona crítica:Entre 750ºC e 950ºC. O material se transforma em austenita.
De 1 a 3 horas no forno. A peça é retirada e colocada numa
bancada, para se resfriar.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 50
Preparação do aço para usinagem - Normalização
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 51
Preparação do aço para usinagem - Normalização
Em temperaturas bem acima da zona crítica: Os grãos de austenita crescem, absorvendo os
grãos vizinhos menos estáveis. Esse crescimento é tão mais rápido quanto mais
elevada for a temperatura. No resfriamento:
Os grãos de austenita transformam-se em grãos de perlita e de ferrita.
Suas dimensões dependem, em parte, do tamanho dos grãos de austenita.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 52
Preparação do aço para usinagem – Recozimento
O recozimento pleno do aço...Diminui a dureza.Aumentar a ductibilidade.Melhorar a usinabilidade. Ajustar o tamanho do grão.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 53
Preparação do aço para usinagem – Recozimento
Quando uma peça sai do processo inicial de fabricação - fundição, prensagem, forjamento, laminação - terá de passar por outros processos mecânicos antes de ficar pronta.
O aço deve estar macio para ser trabalhado.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 54
Preparação do aço para usinagem – Recozimento
Um eixo, por exemplo, precisa ser usinado, desbastado num torno, perfurado.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 55
Preparação do aço para usinagem – Recozimento
PROCESSOAquecer o aço num forno, numa
temperatura acima da zona crítica.Após certo tempo, o forno é desligado.A peça é resfriada no interior do forno.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 56
Preparação do aço para usinagem – Recozimento
Aços-carbono ABNT (AISI)
Temperatura de Austenização ºC
Ciclo de resfriamento* de até
Faixa de dureza (Brinell)
1020 855º - 900º 855º 700º 111 - 149
1025 855º - 900º 855º 700º 111 - 149
1030 840º - 885º 840º 650º 126 - 197
1035 840º - 885º 840º 650º 137 - 207
1040 790º - 870º 790º 650º 137 - 207
1045 790º - 870º 790º 650º 156 - 217
1050 790º - 870º 790º 650º 156 - 217
1060 790º - 840º 790º 650º 156 - 217
1070 790º - 840º 790º 650º 167 - 229
1080 790º - 840º 790º 650º 167 - 229
1090 790º - 830º 790º 650º 167 - 229
1095 790º - 830º 790º 650º 167 - 229 *Resfriamento a 25ºC/h, no interior do forno.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 57
Preparação do aço para usinagem – Esferoidização
Esferoidização significa dar forma de esfera à cementita. Reduz bastante a dureza do aço. Economiza material durante a usinagem de aços
com elevado teor de carbono.Este tratamento também é chamado de
coalescimento pelo fato de que durante o processo a cementita se aglutina em partículas de forma esferoidal.
Indicado para aços de alto teor de carbono. (têm mais cementita do que os aços de médio e baixo carbono)
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 58
Preparação do aço para usinagem – Esferoidização
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 59
Preparação do aço para usinagem – Esferoidização
PROCESSO 1Aquecimento e resfriamento alternados
entre temperaturas que estejam logo acima e logo abaixo da linha de transformação inferior da zona crítica.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 60
Preparação do aço para usinagem – Esferoidização
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 61
Preparação do aço para usinagem – Esferoidização
PROCESSO 2Aquecimento por tempo prolongado em
temperatura logo abaixo da zona crítica.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 62
Preparação do aço para usinagem – Esferoidização
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 63
Endurecimento do aço – Têmpera
A têmpera é um processo de tratamento térmico do aço destinado à obtenção de dureza.
Uma têmpera feita corretamente possibilita...vida longa à ferramenta, que não se
desgasta nem se deforma rapidamente.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 64
Endurecimento do aço – Têmpera
PROCESSO Aquecer o aço num forno com temperatura
acima da zona crítica. Para o aço-carbono, a temperatura varia de 750º
a 900ºC. A peça permanece nessa temperatura o
tempo necessário para se transformar em austenita.
Resfriamento brusco: A peça é retirada do forno e mergulhada em água. A temperatura cai de 850ºC para 20ºC.
Luiz Lemos 65
Endurecimento do aço – Têmpera
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 66
Endurecimento do aço – Têmpera
Quando a austenita é resfriada muito rapidamente, não há tempo para que se transformar em ferrita, cementita ou perlita.
A austenita se transforma num novo constituinte do aço chamado martensita.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 67
Endurecimento do aço – Têmpera
Cuidados no resfriamento O resfriamento brusco provoca o que se
chama de choque térmico. Pode provocar danos irreparáveis ao
material. Mas o resfriamento brusco é necessário à
formação da martensita. Dependendo da composição química do aço,
podemos resfriá-lo de forma menos severa:Óleo ou Jato de ar.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 68
Endurecimento do aço – Revenimento
O revenimento tem a finalidade de corrigir a dureza excessiva da têmpera, aliviar ou remover as tensões internas.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 69
Endurecimento do aço – Revenimento
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 70
Endurecimento do aço – Revenimento
Logo após a têmpera, a peça é levada ao forno, em temperatura abaixo da zona crítica.Variando de 100ºC a 700ºC, dependendo da
futura utilização do aço. Quanto mais alta a temperatura de revenimento
maior será a queda da dureza de têmpera.
De 1 a 3 horas. Resfria-se a peça fora do forno.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 71
Endurecimento do aço – Têmpera e revenimento
Luiz Lemos 72
Endurecimento do aço – Tratamento isotérmico
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 73
Endurecimento do aço – Tratamento isotérmico
Diagrama TTT Tempo, Temperatura e Transformação.
Indica as transformações da austenita em diferentes velocidades de esfriamento.
Compare com odiagrama de equilíbrio de fases
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 74
Endurecimento do aço – Tratamento isotérmico – Austêmpera
Para aços de alto teor de carbono (alta temperabilidade).
A dureza da bainita é de, aproximadamente, 50 Rockwell C e a dureza da martensita é de 65 a 67 Rockwell C.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 75
Endurecimento do aço – Tratamento isotérmico – Austêmpera
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 76
Endurecimento do aço – Tratamento isotérmico – Austêmpera
PROCESSO A peça é aquecida acima da zona crítica. A peça permanece aquecida por certo tempo
(posição 1). Até que toda a estrutura se transforme em austenita.
É resfriada bruscamente em banho de sal fundido (posição 2). Entre 260ºC e 440ºC
Permanece nessa temperatura por um tempo, até que sejam cortadas as duas curvas (posição 3). Ocorrendo transformação da austenita em bainita.
Em seguida, é resfriada ao ar livre (posição 4).
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 77
Endurecimento do aço – Tratamento isotérmico – Austêmpera
INTERPRETAÇÃO Acima de 750ºC: campo da austenita; Curva à esquerda (i), curva de início de
transformação da austenita em perlita ou bainita;
Curva à direita (f), curva de fim de transformação;
Mi – início de transformação da austenita em martensita;
Mf – fim de transformação.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 78
Endurecimento do aço – Tratamento isotérmico – Austêmpera
perlita + ferrita + cementita
martensita
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 79
Endurecimento do aço – Tratamento isotérmico – Austêmpera
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 80
Endurecimento do aço – Tratamento isotérmico – Martêmpera
Para aços-liga.Reduz o risco de empenamento das
peças. A martensita obtida apresenta-se
uniforme e homogênea, diminuindo riscos de trincas.
Após a mantêmpera é necessário submeter a peça a revenimento.
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 81
Endurecimento do aço – Tratamento isotérmico – Martêmpera
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 82
Endurecimento do aço – Tratamento isotérmico – Martêmpera
PROCESSO Aquecimento acima da zona crítica (posição 1). A peça é resfriada em duas etapas. 1. A peça é mergulhada num banho de sal fundido ou
óleo quente, com temperatura um pouco acima da linha Mi (posição 2). Mantém-se a peça nessa temperatura por certo tempo,
tendo-se o cuidado de não cortar a primeira curva (posição 3).
2. A segunda etapa é a do resfriamento final, ao ar, em temperatura ambiente (posição 4).
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 83
Endurecimento do aço – Tratamento isotérmico – Martêmpera
martensita
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 84
Conteúdo
1. Introdução à Materiais Conceito Tipos Microestruturas Propriedades
2. Metais Obtenção dos materiais Classificação, normalização, aplicação e catálogos técnicos
3. Processos de fabricação dos metais Tratamentos térmicos Proteção superficial
4. Outros materiais
17/04/23 22:10 Luiz Lemos 85
Processos de proteção superficial
Tratamento termoquímico Cementação
Cementação sólida Cementação gasosa Cementação líquida
Nitretação Nitretação a gás Nitretação a banho de
sal Carbonitretação
Endurecimento de superfícies metálicas Têmpera superficial
Têmpera por chama Têmpera pôr indução
Proteção superficial por meio de revestimento Pintura Recobrimento metálico
Galvanização Galvanização a fogo Deposição química
top related