apostila tratamentos tÉrmicos dos aÇos (romulo)

TRATAMENTOS TRMICOSDOS AOS

Elaborado por: Rmulo Fernandes Moreno Engenharia de Produto - Laminados

Tratamentos Trmicos dos Aos

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NDICE

1. INTRODUO.............................................................................03

2. AOS...........................................................................................062.1 DEFINIES...................................................................................06 2.2 RESFRIAMENTO RPIDO CURVAS TTT E TRC.......................14

3. TRATAMENTOS TRMICOS DOS AOS.................................173.1 RECOZIMENTO..............................................................................17 3.2 NORMALIZAO............................................................................17 3.3 TMPERA E REVENIMENTO.........................................................19 3.4 MARTMPERA................................................................................22 3.5 AUSTMPERA.................................................................................22 3.6 ENDURECIMENTO POR PRECIPITAO.....................................23 3.7 SUB ZERO.......................................................................................23 3.8 TRATAMENTOS TERMOQUMICOS..............................................24

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS.......................................................28

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1. INTRODUO

O tratamento trmico de uma pea ou produto metlico (aos, ligas de alumnio, titnio, nquel, entre outros) consiste num conjunto de operaes de aquecimento e resfriamento do metal sob condies controladas de tempo e temperatura. O objetivo destas operaes definir as propriedades finais do material para a aplicao da qual ele foi desenvolvido atravs da alterao de sua microestrutura. importante lembrar da relao estrutura processamento propriedades aplicao. Todo material desenvolvido para exercer uma funo (aplicao). Para que ele exera devidamente esta aplicao ele deve possuir as propriedades adequadas para tal. Por sua vez, as propriedades do material so uma funo de sua estrutura que diretamente afetada pelo seu processo de fabricao e composio qumica. Sendo assim, possvel notar a importncia do tratamento trmico nas propriedades finais de um produto, e consequentemente, no seu uso final. A alterao da microestrutura mediante aquecimento e resfriamento s possvel devido a diferena de solubilidade dos elementos entre si nas diferentes faixas de temperatura, possibilitando a formao ou excluso de fases e compostos que alteram a estrutura (no caso particular dos aos, do carbono no ferro). A principal propriedade afetada com o tratamento trmico, sem dvida, so as propriedades mecnicas, como dureza, resistncia mecnica e tenacidade. Mas, cabe lembrar, que outras propriedades tambm importantes so afetadas; como a resistncia corroso, propriedades magnticas, eltricas e trmicas. No tratamento trmico, as principais variveis de processo so a temperatura, o tempo, a velocidade e o meio de resfriamento, velocidade de aquecimento e atmosfera do forno.

A temperatura uma medida do grau de agitao dos tomos de uma substncia (seja ela gasosa, lquida ou slida). Os tomos no interior de um material no esto totalmente parados e rgidos. Eles se encontram ligados uns aos outros em posies determinadas mas vibrando em torno de uma posio de equilbrio. Mesmo a baixssimas temperaturas esta vibrao ainda existe. Teoricamente, esta vibrao seria nula no zero absoluto (a 0 K (Kelvin) ou 273 C). A cincia no conseguiu atingir o zero absoluto, mas temperaturas muito prximas dele ainda foi verificada energia vibracional dos tomos. Quando o material absorve calor do meio sua temperatura aumenta, pois a energia vibracional dos tomos se eleva. A capacidade de o material absorver calor da vizinhana chamada de Capacidade Calorfica (Cv ou Cp), que dada por Q/ T,

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onde Q a quantidade de calor absorvida e T a temperatura. Ela representa a quantidade de energia que deve ser fornecida ao material para que sua temperatura se eleve em 1 C. Acima de determinada temperatura, a temperatura continua a se elevar sem que seja necessrio o fornecimento de mais energia. A temperatura na qual a Capacidade Calorfica se torna constante conhecida como temperatura de Debye ( D).

Geralmente, os materiais sofrem uma expanso de volume quando so aquecidos e uma contrao quando so resfriados. Isto ocorre porque a fora de ligao e a distncia entre os tomos no proporcional. A expanso linear de um material pode ser calculada atravs da equao: l / lo = T Onde: l = variao de comprimento lo = comprimento inicial = coeficiente de expanso trmica (C-1) T = variao de temperatura

Para materiais isotrpicos, a expanso volumtrica trs vezes a expanso linear.

O meio de resfriamento o local onde o metal ser resfriado aps a sada do forno. Os mais usuais so: no prprio forno, ao ar calmo, ao ar forado (com ventiladores), em leo, em polmero, em gua e em sais. Cada um destes meios impe uma velocidade de resfriamento diferente.

Este material procura mostrar os principais tratamentos trmicos realizados nos aos. Antes disso, ser feita uma abordagem quanto aos aos e as transformaes que esto submetidos mediante o tratamento trmico. Portanto, resumem-se a seguir os principais pontos vistos at aqui:

Tratamento Trmico:

O que : conjunto de operaes de aquecimento e resfriamento sob condies controladas de tempo e temperatura.

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Objetivo: determinar as propriedades finais do metal atravs da alterao de sua estrutura.

Principais Variveis de Processo: temperatura, tempo, velocidade de resfriamento e aquecimento, meio de resfriamento, atmosfera do forno.

Temperatura: medida do grau de agitao dos tomos.

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2. AOS

2.1 DEFINIES

Ao Liga ferro-carbono com at 2,11% de carbono. Elementos residuais do processo de fabricao e da matria prima podem estar presentes, como o enxofre, fsforo, silcio e mangans. Os aos-liga contm ainda outros elementos para conferir propriedades especficas, como o cromo, nquel, molibdnio, titnio, vandio, tungstnio, entre outros. Os aos so classificados de acordo com o teor de carbono e de elementos de liga em aos carbono (baixo, mdio e alto carbono) e aos liga (baixa, mdia e alta liga). A tabela a seguir mostra a classificao SAE AISI dos principais aos (xx indica o teor de carbono dividido por cem):

Tabela 1: Classificao dos aos ao Carbono cdigo 10xx 11xx 12xx 15xx 13xx 23xx 25xx 31xx 32xx 33xx 34xx 40xx 44xx 41xx 43xx 43BVxx 47xx 81xx 86xx 87xx 88xx 93xx 94xx 97xx 98xx 46xx 48xx teores dos elementos (% em peso) ao carbono comum (Mn 1,00 mximo) ressulfurado ressulfurado e refosforizado ao carbono comum com Mn entre 1,00 e 1,65 Mn = 1,75 Ni = 3,00 Ni = 5,00 Ni = 1,25 e Cr = 0,65 e 0,80 Ni = 1,75 e Cr = 1,07 Ni = 3,50 e Cr = 1,50 e 1,57 Ni = 3,00 e Cr = 0,77 Mo = 0,20 a 0,25 Mo = 0,40 a 0,52 Cr = 0,50 a 0,95 e Mo = 0,12 a 0,30 Ni = 1,80; Cr = 0,50 e 0,80; Mo = 0,25 Ni = 1,80; Cr = 0,50; Mo = 0,12 e 0,25; V = 0,03 Ni = 1,05; Cr = 0,45; Mo = 0,20 e 0,35 Ni = 0,30; Cr = 0,40; Mo = 0,12 Ni = 0,55; Cr = 0,50; Mo = 0,20 Ni = 0,55; Cr = 0,50; Mo = 0,25 Ni = 0,55; Cr = 0,50; Mo = 0,35 Ni = 3,25; Cr = 1,20; Mo = 0,12 Ni = 0,45; Cr = 0,40; Mo = 0,12 Ni = 0,55; Cr = 0,20; Mo = 0,20 Ni = 1,00; Cr = 0,80; Mo = 0,25 Ni = 0,85 e 1,82; Mo = 0,20 e 0,25 Ni = 3,50; Mo = 0,25

Mangans Nquel

Nquel Cromo

Molibdnio Cromo Molibdnio

Nquel Cromo Molibdnio

Nquel Molibdnio

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Cromo

Cromo Vandio Cromo Tungstnio Silcio Mangans Boro Chumbo Vandio

50xx 51xx 50xxx 51xxx 52xxx 61xx 72xx 92xx xxBxx xxLxx xxVxx

Cr = 0,27 a 0,65 Cr = 0,80 a 1,05 Cr = 0,50; C = 1,00 mnimo Cr = 1,02; C = 1,00 mnimo Cr = 1,45; C = 1,00 mnimo Cr = 0,60 a 0,95; V = 0,10 a 0,15 Cr = 0,75; W = 1,75 Si = 1,40 a 2,00; Mn = 0,65 a 0,85; Cr = at 0,65 B = boro L = chumbo (lead em ingls) V = vandio

Ferrita (ferro alfa) uma soluo slida do carbono no ferro CCC (cbico de corpo centrado). Mxima solubilidade do carbono no ferro: 0,02% a temperatura eutetide (727 C). Baixa dureza, baixo limite de resistncia, alto alongamento.

Figura 1: matriz ferrtica - ao C (0,010%)

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Austenita (ferro gama) uma soluo slida do carbono no ferro CFC (cbico de face centrada). Mxima solubilidade do carbono no ferro: 2,11% a temperatura euttica (1148C). Alta resistncia mecnica e tenacidade.

Figura 2: matriz austentica - ao inoxidvel 304

Cementita (Fe3C) um composto intermetlico de ferro e carbono. Possui estrutura ortorrmbica com 12 tomos de ferro e 4 de carbono por clula. Alta dureza e alta fragilidade.

Ferrita Delta uma soluo slida do carbono no ferro CCC, mas difere do ferro alfa quanto ao parmetro de rede. Mxima solubilidade do carbono no ferro: 0,09% a temperatura perittica (1495C).

Figura 3: Ferrita delta

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Martensita uma soluo slida supersaturada de carbono no ferro com estrutura TCC (tetragonal de corpo centrado). formada com resfriamento rpido por reao de cisalhamento entre os planos cristalogrficos (no envolve difuso). Alta dureza, resistncia mecnica e fragilidade; possui tenses internas. Aos com at 0,6% de C: forma de ripas (placas longas e finas paralelas entre si que formam blocos). Aos com mais de 0,6% de C: forma acicular (agulhas longas e finas); A sua dureza depende dos tomos de C, que dificultam o movimento das discordncias; h, tambm, nmero reduzido de sistemas de escorregamento na estrutura TCC.

Figura 4: Martensita - ao 1020 temperado em gua

Bainita Microconstituinte formado no resfriamento rpido isotrmico (entre a perlita e a martensita). formada pelas fases ferrita e cementita mas no na forma de lamelas (como na perlita). Apresenta propriedades semelhantes s da martensita revenida. dividida em bainita superior e inferior. A superior formada por uma matriz de ferrita na forma de ripas separadas por partculas alongadas de cementita na forma de bastes. Forma-se entre 550 e 350 C.

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Figura 5: Bainita

A bainita inferior se forma entre 350 e 250 C e constituda por uma matriz de ferrita na forma de placas com partculas de cementita muito finas e alongadas no seu interior. Perlita Microconstituinte formado pelas fases ferrita e cementita em camadas (lamelas) alternadas. formada no resfriamento lento. Dividida entre perlita grossa e fina. A perlita grossa se forma logo abaixo da temperatura eutetide. Como a temperatura mais alta, a difuso do carbono mais eficiente, isto , ele se locomove por distncias mais longas gerando camadas de cementita mais espessas. A perlita fina se forma em torno de 550 C. Como a temperatura menor o carbono se difunde por distncias menores resultando em lamelas mais estreitas. A granulao mais fina e a resistncia mecnica maior em relao a perlita grossa.

Figura 6: Perlita - camadas alternadas de ferrita (branco) e cementita (preto)

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Diagrama de Equilbrio Fe-Fe3C

Figura 7: Diagrama de Equilbrio Fe-Fe3C

O diagrama de equilbrio um grfico que mostra, em funo da composio qumica do metal e da temperatura em que se encontra: - as fases presentes; - a quantidade relativa destas fases; - as reaes (transformaes) de fases que ocorrem.

A figura 7 o diagrama do ferro e carbeto de ferro. A linha horizontal em torno de 727C a linha de transformao A1: Temperatura Crtica Inferior. Outras linhas importantes so Ac3 e Acm, que so as Temperaturas Crticas Superiores para aos hipo e hipereutticos, respectivamente.

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Ao Eutetide Ao com teor de C = 0,80%. Microestrutura: formada pelo microconstituinte Perlita (Ferrita e Cementita em camadas alternadas).

Figura 8: ao eutetide

Ao Hipoeutetide Ao com teor de C < 0,80%. Microestrutura: Ferrita + Perlita

Figura 9: ao hipoeutetide ferrita (branco) e perlita (escuro)

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Ao Hipereutetide Ao com teor de C > 0,80%. Microestrutura: Perlita + Cementita

Figura 10: ao hipereutetide perlita (escuro) e cementita (branco)

As microestruturas mencionadas nas figuras 8, 9 e 10 se formam somente com resfriamento lento (no forno ou ao ar), pois demandam tempo para se formarem. As alteraes ocorrem atravs de modificaes no reticulado cristalino do ferro e por movimentao dos tomos por difuso. Outras microestruturas, como martensita e bainita, se formam atravs de resfriamento rpido (como se ver visto mais adiante). Efeitos dos elementos de liga nos aos H elementos de liga que favorecem a formao da ferrita (alfagnicos) e outros que favorecem a formao da austenita (gamagnicos), elevando e diminuindo a temperatura crtica de transformao (A1): Ni, Mn, N, C Cr, Mo, W, Ti estabilizam austenita estabilizam ferrita

Outros efeitos so: formam carbonetos; provocam endurecimento por soluo slida; atuam no refino de gro.

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2.2 RESFRIAMENTO RPIDO CURVAS TTT E TRC

Quando o resfriamento rpido, no h tempo suficiente para os tomos se movimentarem por difuso. Sendo assim, as microestruturas formadas sero diferentes daquelas previstas pelo diagrama de equilbrio. O diagrama de equilbrio no mais til para prever as microestruturas formadas, uma vez que essas reaes ocorrem fora das condies de equilbrio. O resfriamento rpido pode ser contnuo ou isotrmico: Contnuo: resfriamento rpido e direto at a temperatura ambiente (curva TRC = Transformao Resfriamento Contnuo). Isotrmico: resfriamento rpido at uma temperatura abaixo da crtica e manuteno nesta temperatura at que toda austenita se transforme. Curva TTT = Temperatura Tempo Transformao

Figura 11: Curva TTT

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A transformao tem incio quando uma curva de resfriamento corta a curva de transformao; ela termina quando a curva de resfriamento corta a curva de transformao pela segunda vez.

Ms (Mi) Mf

incio da formao de martensita

fim da formao de martensita

A curva TTT tem forma de C. O pico da transformao (a transformao mais rpida) no joelho ou cotovelo da curva. Isso ocorre porque nesta faixa de temperatura tanto a difuso quanto diferena de temperatura em relao eutetide so mximas. A temperaturas mais altas (prximas do eutetide) a difuso alta, mas a diferena de temperatura (da eutetide para da transformao) baixa. Enquanto que para baixas temperaturas esta diferena de temperatura alta, mas a difuso baixa. Quando um desses dois eventos lento, a transformao ocorre a uma taxa mais lenta.

Fatores que afetam a posio das curvas TTT e Temperabilidade

Fatores como, composio qumica do ao, tamanho de gro da austenita e homogeneidade da austenita, deslocam as curvas de transformao para a direita ou para a esquerda. Ou seja, dificultam ou favorecem a formao das fases e constituintes.

De forma geral, podemos pensar que quanto mais para a direita a curva de transformao, mais difcil ser a obteno da perlita. Resfriamentos mais longos devero ser aplicados. Nesta situao, mais fcil a obteno da martensita (no so necessrios resfriamentos to rpidos para a sua obteno). - Composio Qumica Qualquer elemento de liga (exceto o cobalto Co) desloca a curva para a direita, isto , favorece a formao da martensita. Isto ocorre porque quanto mais elementos de liga estiverem presentes, mais elementos devero se difundir para formao da perlita acarretando em maior tempo para a transformao, dificultando a sua formao.

- Tamanho de Gro da Austenita No resfriamento, durante a formao da perlita, ela ir nuclear nos contornos de gro da austenita. Assim, quanto menos contornos de gro existirem, mais difcil ser a

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nucleao e formao da perlita. Uma austenita com tamanho de gro grosseiro possui menor rea de contornos de gro, e portanto, favorece a formao da martensita (gro grosso desloca a curva para a direita). - Homogeneidade da Austenita Homogeneidade da austenita quer dizer que a austenita est isenta (limpa) de carbonetos. A formao da perlita favorecida pela presena de carbonetos, sendo assim, quando eles no esto presentes favorecida a formao da martensita (austenita homognea desloca a curva para a direita). Temperabilidade ou Endurecibilidade A temperabilidade descreve a habilidade do metal ser endurecido pela formao de martensita. Ela uma medida do quanto a dureza cai a medida que se penetra da superfcie para o ncleo do metal.

Enquanto a dureza do ao depende do teor de carbono, a temperabilidade depende da presena de elementos de liga e do tamanho de gro da austenita.

Os ensaios utilizados para medio da temperabilidade so os mtodos de Grossman e Jominy. A figura a seguir mostra uma curva Jominy para o ao carbono 1045.

Figura 12: Curva Jominy do ao 1045

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3. TRATAMENTOS TRMICOS DOS AOS

3.1 RECOZIMENTO No recozimento o ao aquecido at a temperatura desejada, abaixo (sub crtico) ou acima (pleno) de Ac1, mantido nesta temperatura (encharcamento) e resfriado lentamente at a temperatura ambiente (geralmente dentro do forno). Objetivos do recozimento:

- remover tenses de tratamentos mecnicos anteriores; - reduzir a dureza para melhorar a usinabilidade; - ajustar o tamanho de gro; - eliminar os efeitos de quaisquer tratamentos trmicos ou mecnicos anteriores.

Microestrutura resultante:

- perlita , para os aos eutetides - ferrita + perlita, para os hipoeutetides - cementita + perlita, para os hipereutetides

Figura 13: Diagrama esquemtico do Recozimento

3.2 NORMALIZAO Na normalizao o ao aquecido at a temperatura desejada no campo austentico, mantido nesta temperatura e resfriado ao ar at a temperatura ambiente. Objetivos:

- refinar a granulao grosseira; - homogeneizar a microestrutura.

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Microestrutura resultante:

- perlita fina , para os aos eutetides - ferrita + perlita fina, para os hipoeutetides - cementita + perlita fina, para os hipereutetides

Figura 14: Diagrama esquemtico da Normalizao

O diagrama de equilbrio abaixo mostra as faixas de temperatura para os tratamentos descritos at agora:

Figura 15: Faixas de temperatura para Recozimento e Normalizao

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3.3 TMPERA E REVENIMENTO Na tmpera o ao austenitizado e ento resfriado rapidamente at a temperatura ambiente (em gua, polmero, leo ou at ao ar). Objetivos:

- aumentar a dureza; - aumentar a resistncia mecnica;

Microestrutura resultante: martensita

No revenimento o ao temperado aquecido a uma temperatura abaixo da eutetide, mantido nesta temperatura e resfriado ao ar. Objetivos:

- corrigir os problemas gerados na tmpera, como dureza excessiva e fragilidade; - aliviar ou remover tenses.

Microestrutura resultante: martensita revenida

Figura 16: Diagrama esquemtico da Tmpera e Revenimento

A dureza aps a tmpera, ou seja, a dureza da martensita, depende somente do teor de carbono (independente se o ao baixa ou alta liga). Observa-se no grfico a seguir que a dureza da martensita mxima para 0,8% de carbono.

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Figura 17: Dureza vs %C aps a tmpera

Figura 18: Dureza vs %C aps a tmpera em funo do teor de martensita

Fixado o teor de carbono, quanto maior for a temperatura de tmpera (de austenitizao) maior ser a dureza da martensita. Isto ocorre porque quanto mais elevada esta temperatura, maior a dissoluo dos carbonetos na austenita, com isso, maior o teor de carbono presente nesta austenita, que estar presente na martensita aps o resfriamento. Mas, tambm, quanto maior for a temperatura de tmpera, maior ser a fragilidade da martensita. Quanto maior esta temperatura, maior o tamanho de gro austentico. Aps o resfriamento, maior tambm ser o tamanho de gro da martensita (as ripas sero mais longas) e a probabilidade de ocorrer trincas aumenta.

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Em algumas aplicaes desejada a formao de martensita somente na superfcie ao. Isto possvel atravs do tratamento de Tmpera Superficial. No iremos entrar em detalhes deste e de outros tratamentos superficiais. Mas, basicamente, a Tmpera Superficial pode ser por Chama (aquecimento com oxi-acetileno) ou por Induo (induo eletromagntica). Aps o aquecimento e manuteno nesta temperatura, a pea resfriada com jato dgua.

No revenimento a estrutura TCC instvel da martensita transformada na CCC estvel. Ela se decompe em ferrita e cementita (finas partculas de cementita distribudas numa matriz de ferrita). Outro fenmeno que ocorre a precipitao de carbonetos. Em alguns casos realizado um segundo ou at mltiplos revenimentos. Isto feito porque, em alguns aos, aps a tmpera, ainda se encontra alguma frao de austenita (chamada de austenita retida, que no se transformou em martensita aps a tmpera). Esta austenita ir se transformar em martensita aps o primeiro revenimento, resultando em alta dureza e fragilidade. Sendo necessrio, portanto, um segundo revenimento para revenir a martensita formada. Durante o resfriamento do revenimento, caso ainda se tenha austenita retida, ela ir se transformar em martensita que, associada a precipitao de carbonetos de liga, ir resultar no chamado endurecimento secundrio. No revenimento as transformaes de fase se do por difuso atmica, que um processo dependente da temperatura. Sendo assim, quanto maior a temperatura de revenimento, maior a taxa de difuso do carbono, maior ser o tamanho dos carbonetos, com isso, menor a rea de contornos de gros entre a ferrita e a cementita e, portanto, menor a dureza. Resumindo, quanto maior a temperatura de revenimento menor a dureza. Acima de 650C a dureza diminui em funo do coalescimento dos precipitados.

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3.4 MARTMPERA Na martmpera o ao austenitizado, resfriado rapidamente e mantido no meio de resfriamento at que a temperatura seja uniforme em toda a pea. Em seguida, o material resfriado ao ar e submetido ao revenimento. Objetivos: - diminuir o empenamento que geralmente ocorre no resfriamento rpido da tmpera comum. Microestrutura resultante: martensita revenida

Figura 19: Diagrama esquemtico da Martmpera

3.5 AUSTMPERA Na austmpera o ao austenitizado, resfriado rapidamente at uma temperatura acima de Mi e mantido nesta temperatura at o fim da transformao da austenita em bainita. Em seguida ele resfriado ao ar at temperatura ambiente. Microestrutura resultante: bainita.

Figura 20: Diagrama esquemtico da Austmpera

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3.6 ENDURECIMENTO POR PRECIPITAO O endurecimento por precipitao o fenmeno de aumento de dureza e resistncia mecnica do metal atravs da precipitao de partculas extremamente pequenas e uniformemente dispersas em uma matriz original. O aumento da dureza ocorre porque estes precipitados dificultam o movimento das discordncias ao longo da matriz metlica. A discordncia dever cortar ou contornar o precipitado para que continue a se locomover. O endurecimento por precipitao tambm chamado de

Envelhecimento, pois o aumento da dureza ocorre ao longo do tempo. Mas, quando o tempo atinge um valor acima do crtico, se observa uma diminuio da dureza. Isto ocorre devido ao coalescimento dos precipitados. Para que este fenmeno descrito acima ocorra o metal deve ser submetido a dois tratamentos trmicos: o de Solubilizao e o de Envelhecimento. Na solubilizao, o metal aquecido a uma temperatura onde ele se torna monofsico e todos os tomos de soluto ficam em soluo slida. Em seguida, ele resfriado rapidamente (geralmente em gua) para que no haja tempo suficiente para o rearranjo e precipitao de uma segunda fase. Em seguida, o material aquecido a uma temperatura abaixo da crtica, mantido por um tempo determinado e resfriado ao ar. Durante o envelhecimento ocorre a precipitao das partculas. Para que estes tratamentos trmicos sejam possveis, duas condies so necessrias: - deve haver uma solubilidade mxima aprecivel do soluto no solvente (na solubilizao); e - o limite de solubilidade do soluto no solvente deve cair rapidamente com a reduo da temperatura. Este tipo de tratamento muito utilizado em algumas ligas de alumnio e, tambm, em alguns aos, como os inoxidveis endurecveis por precipitao (PH). 3.7 SUB ZERO Como j comentado anteriormente, em alguns casos, certa quantidade de austenita pode estar presente mesmo aps o revenimento. a chamada austenita retida que no se transformou em martensita aps o resfriamento. Para provocar a transformao desta austenita retida se faz o tratamento trmico Sub Zero. Este tratamento consiste em resfriar o ao a temperaturas abaixo de zero, podendo atingir at 180C. Para se atingir as baixas temperaturas usado, geralmente, nitrognio lquido.

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3.8 TRATAMENTOS TERMOQUMICOS Os tratamentos descritos at aqui no provocam alterao alguma de composio qumica no ao. J os tratamentos termoqumicos, como o prprio nome indica, alteram a composio qumica do ao. Esta alterao superficial, e no na pea toda. O objetivo destes tratamentos o endurecimento superficial do ao atravs desta alterao de composio qumica. Geralmente se deseja uma superfcie com elevadas dureza e resistncia ao desgaste e um ncleo macio e tenaz. Os principais tratamentos termoqumicos so: Cementao, Nitretao,

Carbonitretao e Boretao. Cementao A cementao o mais conhecido destes processos. Consiste em um enriquecimento superficial em carbono. A camada cementada, aps a tmpera do ao, pode atingir at 60 HRC. A temperatura para o processo entre 850 e 950C. A temperatura a principal varivel do processo, uma vez que a cementao ocorre por difuso, que diretamente relacionada a temperatura. A cementao pode ser Slida (em caixa), Lquida ou Gasosa.

Figura 21: camada cementada

Cementao em caixa O ao colocado sob uma camada rica em carbono, que pode ser carvo, grafite ou uma mistura carburizante de carvo e carbonato de brio (BaCO3).

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Reaes que ocorrem no processo: C na caixa reage com o O2 do ar formando CO2: C(s) + O2(g) CO2 reage com o C da caixa formando CO: CO2(g) + C(s) processo reagindo com o C da caixa: 2 CO(g) + 3 Fe(s) CO2(g) 2 CO(g)

CO reage com o Fe do ao formando Fe3C (C no ao) e liberando CO2 reiniciando o Fe3C(s) + CO2(g)

O carbonato de brio adicionado para acelerar a formao de CO, que ir reagir com o Fe gerando a cementao. As reaes que ocorrem so:

No aquecimento, o BaCO3 se dissocia em BaO e CO2: BaCO3(s) CO2 reage com o C formando CO: CO2(g) + C(s) Gasosa 2 CO(g)

BaO + CO2(g)

Utiliza-se uma mistura carburizante gasosa de CO, CH4 ou H2. Reaes: 2 CO(g) + 3 Fe(s) CH4(g) + 3 Fe(s) Fe3C(s) + CO2(g) Fe3C(s) + 2 H2(g) Fe3C(s) + H2O(g)

CO(g) + H2(g) + 3 Fe(s) Lquida

Na cementao lquida o ao imerso em um banho de sais fundidos, que a fonte de carbono. Este banho contm cloreto de brio (BaCl2), cloreto de potssio (KCl), cloreto de sdio (NaCl) e cianeto de sdio (NaCN). Reaes:

2 NaCN(l) + BaCl2(l) Ba(CN)2(l) + 3 Fe(s)

Ba(CN)2(l) + 2 NaCl(l) Fe3C(s) + Ba(CN)2(l)

Aps o processo de cementao o ao deve ser temperado para obteno da dureza desejada e para refino de gro (que cresceu durante o tratamento de cementao).

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Nitretao A nitretao consiste no enriquecimento superficial em nitrognio. A dureza da camada nitretada pode atingir de 68 a 70 HRC. A temperatura para o processo fica entre 510 e 570C. Ela pode ser lquida (banho de sais fundidos) ou gasosa (com amnia NH3).

Figura 22: camada nitretada

Carbonitretao A carbonitretao consiste no enriquecimento simultneo em carbono e nitrognio. O processo pode ser por cianetao (banho de sais fundidos de NaCN a 850C) ou ento atravs de uma mistura gasosa entre amnia e um gs carburizante. H necessidade de tmpera aps o tratamento.

Figura 23: camada carbonitretada

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Boretao A boretao o enriquecimento em boro. A dureza da camada boretada pode atingir entre 1700 e 2000 HV (Vickers). Nestes valores no h converso para a escala Rockwell, mas, somente como comparao, 900 HV = 68 HRC). Processo pode ser slido, lquido ou gasoso e realizado entre 850 e 1050C.

Figura 24: camada boretada

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REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

ASM Metals Handbook Volumes 1, 4 e 9.

Chiaverini, Vicente. Tratamentos Trmicos das Ligas Metlicas. 1 edio. So Paulo SP. ABM. 2003.

Chiaverini, Vicente. Aos e Ferros Fundidos. 7 edio. So Paulo SP. ABM. 2005.

Callister, William D. Jr. Cincia e Engenharia de Materiais: Uma Introduo. 5 edio. Rio de Janeiro RJ. LTC. 2002.

Site www.infomet.com.br

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