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Introdução Recozimento

recozimento pleno esferoidização recozimento para alívio de tensões normalização

Têmpera Revenido Tratamentos Térmicos Especiais

Austêmpera Martêmpera

Tratamentos Termoquímicos Cementação Nitretação Cianetação Carbonitretação Boretação

Tratamentos Térmicos

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Principais Transformações de Fase no Estado Sólido Transformações Alotrópicas Transformações Martensíticas Solubilização e precipitação Reações Eutetóides

Transformação da Austenita Transformações Isotérmicas Transformações com Resfriamento Contínuo

Variáveis nos Tratamentos Térmicosaquecimento (temperatura de tratamento)taxa de aquecimento tempo de permanência na temperatura de tratamentotaxa de resfriamento

Tratamentos TérmicosIntrodução

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Transformações Alotrópicas são mudanças na cristalização dos metais que, em função da

temperatura e/ou da pressão, passam a arranjar seus átomos segundo estruturas cristalinas diferentes.

as transformações alotrópicas são reversíveis com a variação da temperatura, e como acontecem pequenos deslocamentos dos átomos, não dependem do tempo para difusão.

Tratamentos Térmicos- Introdução

a transformação do ferro gama (estrutura cúbica de face centrada) em ferro alfa (estrutura cúbica de corpo centrado) é não-difusional porque os movimentos atômicos são de uma fração do parâmetro cristalino e não há modificação na composição química das fases.

(a) O reticulado cristalino tetragonal de corpo centrado coincide com o cúbico de face centrada, como se pode

visualizar, observando-se duas células unitárias CFC vizinhas. (b) Pequenos movimentos atômicos transformam

a estrutura TCC em (C) CCC.

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Transformações Mastensíticas As transformações martensíticas podem ocorrer em ligas ferrosas

e não-ferrosas. A martensita é uma solução sólida supersaturada de carbono na

estrutura tetragonal de corpo centrado que pode ser obtida através de um resfriamento rápido de uma estrutura austenítica.

Tratamentos TérmicosIntrodução

O carbono dissolve-se na austenita, acomodando-se, principalmente, nos interstícios octaédricos. A figura ao lado ilustra as posições que podem ser ocupadas pelos átomos de carbono na austenita. Mesmo com 2% de carbono, apenas cerca de um décimo das posições octaédricas indicadas são, efetivamente, ocupadas pelos átomos de carbono.

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Com o resfriamento, a austenita (CFC) tende a se transformar em ferrita (CCC).

Caso o resfriamento seja muito rápido, o carbono em solução sólida interstical na austenita não terá tempo para se difundir e formar carbonetos. Como resultado, o carbono permanece retido em solução sólida, submetendo o cristal a uma distorção, de modo a manter a estrutura tetragonal pelo deslocamento dos átomos de ferro na direção C, (figura abaixo).

A relação entre os parâmetros C e A aumenta linearmente com o teor de carbono. Caso este seja igual a zero, a estrutura obtida será cúbica de corpo centrado.

Tratamentos TérmicosIntrodução

(A) Modelo simples para a transformação da austenita em martensita. (B) Estrutura da martensita onde os átomos de carbono promovem uma distorção tetragonal pelo afastamento dos átomos de ferro, segundo a direção vertical.

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Tratamentos TérmicosIntrodução

No processo chamado de envelhecimento, a liga, totalmente solubilizada, sofre um resfriamento rápido, obtendo-se uma solução sólida supersaturada na temperatura ambiente. Através de um aquecimento posterior, a difusão se passa, formando precipitados submicroscópicos. Caso o tempo do tratamento seja muito prolongado ou caso a temperatura seja mais elevada, tem-se o superenvelhecimento da liga, onde o crescimento dos precipitados torna-os visíveis no microscópio ótico.

Solubulização e Precipitação O processo de nucleação da precipitação ocorre pela formação de

núcleos preferencialmente nos locais do metal onde a energia armazenada é maior, como contornos de grãos e regiões de alta densidade de discordâncias (nucleação heterogênea).

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Tratamentos TérmicosIntrodução

A nucleação da perlita se passa quase que exclusivamente nos contornos de grão da austenita com a ferrita proeutetóide para os aços hipoeutetóides ou nos contornos de grão entre a austenita e a cementita nos aços hipereutetóides. Inicialmente, é formada uma pequena placa que pode ser cementita ou ferrita. Dos lados desta plaqueta formam-se, então, outras placas de ferrita ou cementita. O núcleo cresce, formando uma colônia de perlita.

Reações Eutetóides Transformação de uma fase, no estado sólido, em duas outras, também

no estado sólido. Nos aços, tem-se a reação eutetóide onde a austenita forma um

constituinte denominado de perlita, composto por lamelas alternadas das fases ferrita e cementita. Esta reação ocorre sem a influência da presença de outros elementos de liga, para um teor de carbono igual a 0,77% na temperatura de equilíbrio de 723oC.

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Variáveis nos tratamentos térmicos aquecimento (temperatura de tratamento)

aquecimento exagerado --> excessivo aumento do tamanho do grão; oxidação superficial intensa; oxidação intergranular (inutiliza o material).

taxa de aquecimento (apenas em alguns casos) normalmente não é importante, mas em alguns casos (peças previamente encruadas ou

totalmente martensíticas) pode causar empenamento e/ou trincas; tempo de permanência na temperatura de tratamento; deve ser o suficiente para a homogeneização da temperatura da peça e obter-se a estrutura

desejada; períodos muito longos podem causar fragilidade pelo crescimento do grão ou grande

descarbonetação superficial.

taxa de resfriamento as estruturas resultantes da transformação da austenita são função do tipo de resfriamento; as propriedades do material (resistência à tração, à fadiga, ao impacto) poderão depender do tipo

de resfriamento; Técnicas de resfriamento intenso podem gerar taxas de resfriamentos diferenciados numa mesma

peça, gerando tensões térmicas (empenamento ou trincas).

Tratamentos Térmicos- Introdução

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Recozimento recozimento pleno esferoidização recozimento para alívio de

tensões normalização

Tratamentos Térmicos

Recozimento Pleno Definição - aquecimento a cerca de 30°C acima da zona crítica

(acima da linha A3, figura acima) para os aços hipoeutetóides, faixa 4 na próxima figura, ou acima do patamar eutetóide (acima de A1) para os aços hipereutetóides, durante o tempo necessário para uma completa austenitização, seguido de um resfriamento lento.

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Tratamentos Térmicos

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Tratamentos Térmicos Recozimento Pleno

Tempo de permanência na temperatura de tratamento dependo do material; em geral, 20 min por cm de espessura (para peças de grandes

dimensões este tempo pode ser aumentado). Resfriamento

usualmente, é feito no forno; taxa de 20 a 30 °C por hora até 300 a 500 °C, abaixo deste patamar

pode-se resfriar ao ar. Objetivo

regenerar a estrutura; diminuir a dureza; aumentar a ductilidade; aliviar tensões internas causadas por tratamento anterior; refinar o grão.

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Tratamentos Térmicos Recozimento - Esferoidização

Definição Solubilização dos carbonetos (austenitização da peça), seguida pela

manutenção da temperatura logo abaixo da linha A1 (faixa 13 da figura geral) durante um período de 12 a 15 horas;

Nos aços hipereutetóides o aquecimento deve ser acima da linha A1 de maneira a esferoidizar a cementita, que se encontra entre grãos;

Não se deve, no tratamento de esferoidização, austenitizar o aço mais que 50 °C acima de A1, nem obter-se a transformação da austenita mais de 50 °C abaixo de A1.

Objetivo para os aços de alto carbono é preferível a estrutura “esferoidita”

onde os carbonetos encontram-se na forma de glóbulos; melhorar a usinabilidade do material.

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Tratamentos Térmicos Recozimento para alívio de tensões

Definição É o aquecimento abaixo da zona crítica (subcrítico) durante o tempo

necessário para reduzir a dureza e aliviar as tensões, seguido de um resfriamento qualquer.

Mecanismos As discordâncias, nucleadas e multiplicadas pela deformação plástica, rearranjam-

se pelo aquecimento acima da temperatura de recristalização. Na temperatura elevada, as discordâncias movimentam-se com mais facilidade,

possibilitando a ocorrência de deformações plásticas, localizadas onde as tensões residuais são mais altas.

A tensão residual fica, então, reduzida a um valor próximo ao limite de escoamento do material na temperatura do tratamento.

Com o progressivo aumento no número de discordâncias no arranjo, este transforma-se em contorno de grão, separando cristais com orientações diferentes.

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Tratamentos Térmicos Recozimento para alívio de tensões

Objetivo aliviar as tensões residuais da solidificação (fundição ou

soldagem) eliminar o encruamento em peças deformadas a frio,

possibilitando realizar deformações adicionais.

Temperatura de alívio de tensões após a soldagem de vasos de pressão, segundo o CODAP.

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Tratamentos Térmicos Recozimento - Normalização

Definição Consiste no aquecimento acima da zona crítica (acima da linha A3 ou da

linha Acm) durante um determinado tempo para completa homogeneização da austenita, seguido de um resfriamento ao ar tranqüilo.

Efeitos da Normalização aumento da dureza e da resistência mecânica; menor tamanho de grão que no recozimento pleno, devido ao

resfriamento mais rápido.

Objetivo refino da granulação grosseira de peças forjadas ou fundidas; homogeneizar a composição química, pela diminuição da segregação

através da difusão; dar maior uniformidade à estrutura das peças que serão submetidas ao

tratamento de têmpera e revenido;