Temperabilidade e Tratamentos Térmicos

Influência do tamanho de grão e dos elementos de liga nos diagramas isotérmicos

(temperabilidade):

Grão:

Maior o grão mais para a direita está o cotovelo (maior tempo para o início da transformação).

Isto ocorre porque quanto maior é o grão, menor a área de contorno de grão e, portanto, menor a

área de sítios preferenciais de nucleação de novas fases, atrasando as transformações.

Elementos de liga:

Todos os elementos, menos o cobalto, dificultam a difusão dos átomos, deslocando para a direita

o cotovelo das curvas de transformação. Assim, as reações são retardadas e as temperaturas de

transformação decrescem, inclusive MS. O carbono é o principal elemento, podendo colocar MS abaixo

da temperatura ambiente (lembrar a respeito da formação de austenita retida).

Temperabilidade:

Susceptibilidade de endurecimento por um rápido resfriamento.

Capacidade de um aço transformar-se total ou parcialmente de austenita para martensita.

Relacionar então o tamanho de grão e elementos de liga com a temperabilidade.

Quando se avalia a temperabilidade de um aço, investiga-se a possibilidade do aço eliminar as

reações que são dependentes de difusão como a reação perlítica (eutetóide) e bainítica.

Dureza formação de martensita é dependente do diâmetro que afeta a velocidade de

resfriamento.

Elementos de liga efeito deseja-se ter dureza para componentes de grandes seções. Assim,

estes elementos aumentam o tempo para a decomposição da austenita.

Na temperabilidade, deve-se também observar-se a variação de dureza ao longo da peça, bem

como ao longo de seções idênticas fabricadas com aços de diferentes composições .

Fatores que afetam a distribuição de dureza:

Experimento Várias barras de diâmetros diferentes são austenitizados e resfriados rapidamente,

fazendo-se medições de dureza ao longo do diâmetro das barras (ver Figuras 1 e 2).

Aços 1045 e 6140 (0,6-0,95%Cr, 0,1-0,15%V, 0,4%C).

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Figura 1 - Perfis de dureza em barras de aço SAE 1045 e 6140 temperadas em água.

Figura 2 - Perfis de dureza em barras de aço SAE 1045 e 6140 temperadas em óleo.

Lembrar que a adição dos elementos de liga retardam a difusão e, portanto, as reações que

dependem desta. Assim, a temperabilidade do material é maior (menor variação de dureza), ou seja,

mais tempo para o material se transformar em martensita. Lembrar também do efeito do meio de

resfriamento, o qual afeta a velocidade de resfriamento.

Conclusão: Quedas menos acentuadas de dureza, ao longo da seção da barra, para o aço 6140,

devido ao efeito dos elementos de lega. Este efeito é importante quando deseja-se manter uma dureza

alta-média para barras de grande diâmetro.

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Tratamentos Térmicos: (ver Metals Handbook, vol.4, Heat treating).

Fatores de influência:

Deve-se observar uma série de fatores. Um erro de avaliação produz uma microestrutura diferente

com propriedades não desejadas.

1. Temperatura:

Específica para o tratamento térmico que se deseja. Não deve ser excessivamente alta para não

promover o crescimento de grão (queda da tenacidade).

2. Tempo:

As reações levam um tempo para ocorrerem. Deve haver a completa homogeneização da estrutura

(austenitização). Não deve ser excessivamente longo para não ocorrer o crescimento de grão.

3. Velocidade de resfriamento:

Erro na escolha pode produzir microestruturas diferentes que levam a diferentes propriedades

mecânicas. É o mais importante!

Dois pontos Microestruturas diferentes (martensita)

Trincas e empenamento

4. Proteção das peças:

Acima de 600oC: C(aço) + O2 CO2 Descarbonetação

Camadas descarbonetadas menor teor de C

Depende: T e t

Menor conteúdo de C Menor dureza obtida por têmpera.

Proteção atmosfera neutra (argônio).

Tipos mais comuns de tratamentos térmicos:

1. Esferoidização (coalescimento):

Realizado, principalmente, para aços hipereutetóides com o objetivo de aumentar a usinabilidade

ou para aços hipoeutetóides para aumentar a capacidade de conformação a frio. Aços com baixo

carbono são raramente esferoidizados para melhorar usinagem, porque estes ficam muito macios e

“pastosos”, produzindo cavacos muito longos. Estes aços só serão esferoidizados quando uma severa

deformação plástica a frio é necessária.

Deseja-se realizar um processo de usinagem ou conformação a frio de uma peça. O recozimento

poderá não baixar a dureza o suficiente.

Pelo menos duas maneiras de ser realizado:

1. Temperatura logo abaixo da T eutetóide por 8-20 horas com resfriamento ao ar.

2. Austenitizar e colocar em uma temperatura logo abaixo da T eutetóide por 8-20 horas(ver

Figura 3).

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Figura 3 - Curva de transformação para o processo de esferoidização.

Microestrutura final Fundo de ferrita com a cementita e outros carbonetos de elementos de liga

na forma esferoidal dispersos na matriz Esferoidita (ver Figura 4).

Figura 4 - Microestrutura de um aço esferoidizado.

Propriedades mecânicas finais ótima ductilidade (deformação a frio) e boa usinabilidade.

2. Recozimento:

Aplicado, normalmente, para aços hipoeutetóides. Na verdade, para aços com menos de 0,5%C.

Este tratamento tem como objetivo diminuir a resistência mecânica do aço e aumentar a ductilidade. Os

aços são então recozidos para aumentar a capacidade de deformação a frio (ver Figura 5), bem como

aumentar a usinabilidade (Lembrar do processo de estampagem do cartucho de bala).

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Figura 5 - Ciclos de deformação a frio e recozimento (cápsula para cartuchos).

Forma de execução austenitização seguida por resfriamento lento até a temperatura ambiente

(resfriamento ao forno). Este é chamado de recozimento pleno ou convencional (ver Figura 6).

Microestrutura final perlita grosseira (baixa dureza).

Figura 6 - Curva de resfriamento para o recozimento convencional.

O recozimento pleno é aplicado para peças de baixa e média temperabilidade! Para aços de alta

temperabilidade, mesmo com o resfriamento lento (ao forno), outro produtos podem ser formados

como perlita fina e até mesmo bainita. Para estes casos, usa-se o recozimento isotérmico (ver Figura 7).

Figura 7 - Curva de transformação de um aço de alta temperabilidade no recozimento.

3. Normalização:

Produz propriedades semelhantes ao recozimento, podendo ser usado adicionalmente para

“normalizar” estruturas não homogêneas resultantes de processos de têmpera, conformação e fundição.

Ocorre, porém, que a normalização é feita geralmente com resfriamento das peças ao ar. Isto conduz a

uma velocidade de resfriamento mais alta do que aquela do recozimento, dando como resultado uma

estrutura formada por perlita mais fina.

O resfriamento da temperatura de normalização é feito ao ar (ver Figura 8). Por incluir um

resfriamento mais acelerado do que o recozimento, além de produzir uma perlita mais fina, irá produzir

uma diminuição do tamanho de grão, que leva a um considerável aumento de tenacidade.

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Figura 8 - Curva de transformação para o processo de normalização de um aço, comparada com a do processo de recozimento convencional.

Normalmente, para ser considerado normalização, deve haver a completa austenitização, isto é,

acima de AC3 para aços hipoeutetóides e acima de ACM para aços hipereutetóides.

Propriedades mecânicas boa ductilidade e baixa dureza, com grande tenacidade.

Lembrar a respeito da perlita fina e grosseira.

Para aços de alta temperabilidade resfriamento ao ar pode produzir bainita ou mesmo

martensita. Portanto, deve-se aplicar um resfriamento mais lento ou mesmo isotérmico.

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4. Têmpera e revenido:

Grande aumento de dureza e resistência mecânica. Contudo, deve-se aplicar o revenimento para

ganhar-se um pouco de tenacidade de ductilidade. Rápido resfriamento a partir da temperatura de

austenitização (ver Figura 9).

Figura 9 - Curva de transformação para o processo de têmpera de um aço.

Questão importante temperabilidade. Deve-se produzir uma completa austenitização do aço

para que dissolvam-se os carbonetos dos elementos de liga e estes possam produzir uma maior

temperabilidade ao aço (produção de martensita para todo o aço, inclusive para componentes de

grandes seções).

Velocidade de resfriamento deve ser tal que impeça a formação de qualquer outro produto que

não seja martensita e, ao mesmo tempo, a mais baixa possível para evitar trincas e empenamento do

material.

Variação da velocidade de resfriamento ao longo da seção da peça pode produzir outras

microestruturas que não martensita, modificando as propriedades mecânicas. Mescla de

microestruturas.

Meios de resfriamento salmoura, água, óleo e produtos sintéticos.

Lembrar da austenita retida!

Revenido

5. Tratamentos Isotérmicos:

5.1 Martêmpera ou têmpera interrompida:

O problema de trincas e empenamentos ocorre devido a grande diferença de temperatura da

superfície da peça e o centro. Usando-se a martêmpera, retarda-se o resfriamento logo acima da MS,

permitindo a equalização da temperatura ao longo da seção da peça, completando-se após o

resfriamento (ver Figura 10).

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Figura 10 - Curva de transformação para o processo de martêmpera de um aço.

Deve-se é claro realizar-se o revenimento após a têmpera.

5.2 Austêmpera:

Austenitização e rápido resfriamento até uma temperatura acima de MS e manutenção até

completa transformação (ver Figura 11). A microestrutura final é a Bainita. Usa-se um banho de sais

fundidos como meio de resfriamento.

Figura 11 - Curva de transformação para o processo de austêmpera de um aço.

Objetivo: Substituição à têmpera ou martêmpera.

Propriedades mecânicas (ver Tabela 1).

Tabela 1 - Propriedades mecânicas para um aço ABNT 1095.

Tratamento Térmico Dureza (HRC)

Tenacidade(J)

Alongamento(%)

Temperado em água e revenido 52,5 19 ---

Martêmpera e revenido 52,8 33 ---

Austêmpera 52,5 54 8

Problemas da austêmpera:

- Muito caro

- Nem todos os aços podem ser tratados.

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