2

Tratamentotérmicopodeserdefinidocomooaquecimentoouresfriamen-tocontroladodosmetaisfeitocomafinalidadedealterarsuaspropriedadesfísicasemecânicas,semalteraraformadoprodutofinal.

Uma mola espiral, por exemplo, necessita ser tratada termicamente para serutilizadanosistemadesuspensãodeumveículoautomotor.Aosercomprimi-da,napassagemdoveículoporumalombada,amolaacumulaenergiaamorte-cendoomovimentodaroda.Apósapassagempelalombadaamolaseestendedevolvendoaenergiaacumuladaefazendoarodadoveículoretornaràsuapo-siçãoinicial.Otratamentotérmicopermitequeamolasofradeformaçãoelásticasemperdersuaformaeageometriaoriginal.Pararesistiraessesesforçosépreci-soqueamolatenhadurezaelevada,elasticidadeeresistênciamecânicaparanãosofrerdeformaçãoplásticapermanente.

Tratamentotérmico

tem

pera

tura

em

o C

permanência(tempo de forno)

tempo em horas

resfriamento

900

700

500

300

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9

aque

cimen

to

Módulo 2

3

Nem sempre os tratamentos térmicos são intencionais. Algumas vezes,peçasmetálicassofremtratamentostérmicos,duranteoprocessodefabricação,passandoporciclosdeaquecimentoouresfriamento,quepodemalterarsuaspro-priedadesdeformaprejudicial.Comoexemplopodemoscitaraoperaçãodesol-dagemdeestruturasdeaço,queaoseremaquecidasatétemperaturaselevadaspodemsofrertêmperaefragilização,nazonatermicamenteafetada(ZTA),com-prometendoatenacidadedaestruturacomoumtodo.

Damesmamaneira,operaçõesdeconformaçãoplásticaafriopodemin-troduzirtensõesindesejadas,nointeriordomaterialeesgotarsuacapacidadedesofrerdeformaçãoplásticaadicional,tornando-osfrágeis.Ostratamentostérmicossãofrequentementeassociadoscomoaumentodaresis-tênciadomaterial.Entretanto,podemserutilizadosparaalterarcaracterísticasdefabricabilidade,comousinabilidade,estampabilidadeourestauraçãodedutilida-de,apósintensoprocessodeconformaçãoafrio. Pode-sedizer,então,queostratamentostérmicossãoprocessosdefabri-caçãoquesãoutilizadostantoparafacilitaroutrosprocessosdefabricaçãocomo

4

paraaumentarodesempenhodosprodutosatravésdoaumentoda resistênciamecânicaoudeoutraspropriedades. Obenefíciotrazidopelostratamentostérmicosaosaçosémuitogrande,poisessesmateriais respondemmuitobemaosdiferentesciclosdetratamentoutilizados.Nummesmoaço,dependendodotratamentotérmico,podem-seobterníveis de resistênciamecânica, dureza, dutilidade e tenacidademuito variados,permitindo,porexemplo,amoleceromaterialparausinagemeposteriormenteendurecê-loparaobteraltaresistência.Essaéumadasrazõespelasquaisautiliza-çãocomercialdoaçoémuitomaiorqueadeoutrosmateriais. Umagrandevariedadedetratamentostérmicosetermoquímicospodeserutilizadaemaços,podendo-se,grossomododividi-losemdoisgrupos: 1.Tratamentosdeamolecimento 2.Tratamentosdeendurecimento

Amolecimento Oamolecimentoéfeitoparareduziradureza,removertensõesresiduais,melhoraratenacidadeouquandosedesejarefinarogrãodomaterial. Emdecorrênciadosprocessosdefabricação,porlaminaçãoafriooutrefi-laçãoosaçosendurecem(encruamento)eénecessáriorestaurarsuadutilidadeouremoverastensõesresiduaisexistentes.Emestruturassoldadas,freqüentementeénecessáriofazer-seumtratamentotérmicodeamolecimentopós-soldagemvi-sandodiminuiradurezadeumazonaendurecidaefragilizada(denominadazonatermicamenteafetada)pararestauraratenacidadedomaterial.

Endurecimento Oendurecimentodosaçoséfeitoparaaumentararesistênciamecânicaearesistênciaaodesgaste.Otermo“resistênciamecânica”podeserempregadopara:(a)resistênciaestática-capacidadederesistiracargasdecurtaduraçãonatempe-raturaambiente,(b)resistênciaàfadiga-capacidadederesistiracargascíclicasouflutuantesnotempoe(c)resistênciaàfluência-capacidadederesistiracargasemtemperaturascapazesdeproduziralteraçãoprogressivadasdimensões,duranteoperíododeaplicaçãodacarga.Aresistênciaaodesgasteresultaemmenorperdademassadoscomponentesmetálicosemserviço,poratritocomoutraspeças. Autilizaçãodotratamentotérmicodetêmperaerevenimentopermiteob-terelevadadurezaeaumentararesistênciaàfadigaeaodesgastedeengrena-gens,girabrequins,comandosdeválvula,molas,eoutraspartesmóveis,existentesnointeriordemotoresesistemasdetransmissãodeveículosautomotores. Opré-requisitoparaendurecerumaçoéquehajacarbonosuficienteparaseconseguiroendurecimento.Havendocarbonosuficientenapeçapode-setem-perá-laparaobterendurecimentosuperficial.Entretanto,paraquehajapenetra-çãodedurezanointeriordapeçaénecessáriaumacertaquantidadedeelementos

Módulo 2

5

deliga,introduzidosnoaçocomafinalidadedeaumentarasuatemperabilidade(profundidadedepenetraçãodedurezaportêmpera.) Aspropriedadesmecânicasdosaçossãodependentesdesuamicroestru-turaeumbomentendimentodasetapasdeformaçãodosmicroconstituintesdu-ranteeapóstratamentostérmicospermiteselecionarcommaiorconhecimentoepropriedade,materiaisetratamentostérmicosparaseobterosníveisderesistên-ciamecânicadesejados.

Osmetaissãoconstituídosporumaglomeradocompactodeátomos,ar-ranjadosordenadamente,denominadoestruturacristalina.Osátomoscostumamserrepresentadosporesferasrígidascomosefossembolasdebilhar.Emboraestaformaderepresentaçãosejabastantesimplificada,elaéadequadaparaexplicaraspropriedadesfísicasemecânicasdosmetais. Osaçossãoligasferro-carbonoeparaentendercomoosátomosdeferroecarbonoformamaestruturacristalinaéprecisoantesvisualizarosaglomeradosdeátomosde ferro (raioatômico140pm)eas formascristalinasqueesseele-mentopodeassumir.Emtemperaturaselevadasoaçoapresentaumaestrutura,denominadacúbicadefacecentrada–CFC,mostradanapartesuperiordafiguraabaixo.Éformadapor8átomosdeferro,situadosnosvérticesdeumacélulauni-táriacúbicaepor6átomosdeferro,situadosnasfacesdocubo.Vejaquesomente1/8decadaátomosituadonosvérticesdocubofazefetivamentepartedacélulaunitária. Damesma forma, somente 1/2 de cada átomo situado no centro dasfacesficanointeriordacélulaunitária.Emtemperaturasmaisbaixasosátomosdeferroseorganizamdeoutramaneiraformandoumaestruturacúbicadecorpocentrado-CCC,com8átomosnosvérticesdacélulaunitáriacúbicaeumúnicoátomonocentrodocubo,comomostradonaparteinferiordafiguraabaixo.

Estrutura cristalina

6

Posições atômicas

Posições atômicas

Célula unitária

Célula unitária

(d) face-cetred cubic close packing

(a) Empacotamento cúbico de corpo centrado - CCC

AestruturaCFC–denominadaaustenitaoufaseγ-éestáveldesdetemperaturasmuitoaltas,logoapósasolidificaçãodoaço,passandopelastemperaturasdela-minaçãoouforjamento(1000a1200ºC),atéatemperaturade912ºC.A912ºCocorreatransformaçãodoferroCFCparaaestruturaCCC–denominadaferritaoufaseα-estávelatéatemperaturaambiente. Aaustenita,nosaçosdebaixaliga,nãoéumafaseestávelnatemperaturaambiente1.Jáaferritaéestáveleapresentapropriedadesmecânicasdedurezaeresistênciamuitobaixas.Emcompensaçãoéumafasequeapresentaaltadutilida-deealtaconformabilidade. Praticamente todos os tratamentos térmicos realizados em aços se ba-seiamnatransformação Feγ

CFC fgFeαccc.Seessatransformaçãonãoexistissenãohaveriaapossibilidadedeendurecerosaçoseobtermateriaistãodurosetãoresistentesaodesgasteeàfadiga. Ocarbono,porsuavezéumátomomuitopequeno(raioatômico70pm),quandocomparadocomoátomodeferro,queocupaasposiçõesvaziasexistentesnoreticuladocristalinodoferro,chamadasposiçõesintersticiais,comomostradonafiguraaolado.

1Aaustenitapodeaparecercomoumafasemetaestável–austenitaretida-nosaçostempera-dos,nomeiodeplaquetasdemartensita.Suapresençaimpedeaobtençãodedurezaselevadasnosaçostemperados.

(a)Empacotamentocúbicodefacecentrada-CFC

(b)Empacotamentocúbicodecorpocentrado-CCC

Módulo 2

7

Quandooteordecarbonoémaisaltoocarbonosecombinacomoferroformandoumafasece-râmica -carbonetodeferroFe3C,denominadacementita.Aestruturacristalinadacementitaécomplexa,com16átomosporcélulaunitária,12deferroe4decarbono.Éumafasemuitodura(1050HV)efrágilesuaspropriedadesmecâni-cassãoparecidascomasdovidro.

1100

1000

900

800

700

Tem

prer

atur

a (o C)

600

Composição % (C)

727 oC

Fe3C

α + Fe3C

γ + Fe3C

α + γ

γ

γ

γ

γ

α α

PerlitaFerrita

Austenita

500

4000 1.0 2.0

b

a

x

x

Diagrama de equilíbrio Fe-C Existemdiagramasquedescrevem,paraasligasFe-C,asfaixasdetempera-turasemqueasfasesferrita,austenitaecementitasãoestáveiseastemperaturasemqueocorremastransformações.Essesdiagramassãochamadosdiagramasdeequilíbrio.Atravésdessediagramasépossívelpreverquaisfasesseformamquan-dooaçoéresfriadolentamente(noequilíbrio).NafiguraabaixoodiagramadeequilíbrioFe-Cmostraqueaferritaéumafasequeapareceisoladasomenteparateoresmuitobaixosdecarbono<0,02%C.Nosaçosemqueoteordecarbonoémaiorque0,02%C,ocorreprecipitaçãodecementita(Fe3C).Aprecipitaçãodece-mentitaocorredeformaalternadacomaferritaformandoumaestruturalamelardenominadaperlita.Pode-sedizerqueaperlitaéummaterialcompósitonatural,poiséconstituídadelamelasalternadasdeferritaecementita.

8

Quando o teor de carbono émenorque0,02%C,oaçocontémsomenteferrita,sendomuitomoleedútil.Poroutro ladoosaçoscom0,8%Capresentamnamicroestru-tura100%deperlita.Seaumentarmosoteordecarbonodosaçosentre0,1e0,8%,tere-mos um aumento da quantidade de perlitae umadiminuição da quantidadede ferrita.Assim,umaçocom0,4%Ctemaproximada-mente50%deferritae50%deperlita.

Pode-secolocarnumgráficoavariaçãodaquantidadedeferritaeperlita,emaçoscomteordecarbonoentre0e0,8%eaquantidadedecementitaeperlitanosaçoscomteordecarbonomaior0,8%.

Quandoumaçocontendo0,4%Céaquecidoacimade727ºC,dentrodazonacrítica,aperlitaexistentenamicroestruturasetransformaemaustenitaeaferritacontinuaestável.Se,entretanto,aquecermosacimadeaproximadamente830ºCtodoomaterialsetransformaemaustenita.

Microestruturadeumaçocom0,4%C.FerritaePerlita

FERRITA

0,40

50

100

0,8 1,2 1,6 2,0 % C

PERLITA

% P

ERLI

TA

FERRITA

CEMENTITA

Variaçãodaporcentagemdeperlitaemfunçãodoteordecarbononosaçosresfriadoslentamente

Estrutura dos aços resfriados lentamente

Módulo 2

9

ZONA DEAUSTENITIZAÇÃO

Resf

riam

ento

Tem

pera

tura

em

o C

PERLITA + FERRITA

0 0,4 0,8 1,2

910

A2

Acm

768

727

FERRITA E AUSTENITA

Ambiente

A1

A3

ZONA CRÍTICA

Teor de carbono em %

AUSTENITA

A1

Seagoraresfriarmosomateriallentamenteaaustenitacomeçaasetrans-formaremferrita,dentrodazonacrítica,efinalmentea727ºCtodaaustenitasetransformaemperlita.

Acementitaendureceoaçoeaferritaomantémtenaz.Adurezadaperlitaéintermediáriaentreadurezadaferritaedacementita,comosevênatabelaabaixo.

Aspropriedadesmecânicasdosaçoscarbonoresfriadoslentamentevariamcomoteordecarbono.Quantomaioréoteordecarbonomaioressãoolimitedeescoamento,olimitederesistênciaeadurezaemenoréadutilidade,comopodeservistonográficoabaixo. Essavariaçãograndedepropriedadesgerafamíliasdiferentesdemateriais.Ummaterialmuitobomparaumacertaaplicaçãopodesertotalmenteinadequa-doparaoutra.Se,porexemplo,compararmosasvigasmetálicasutilizadasnacons-truçãodeumaponte,comostrilhosdetremqueserãofixadosaosdormentesdemadeira,assentadossobreaplataformadeumaponte,vemosqueasvigasdevemterresistênciamecânicasuficienteparaaguentarascargasaplicadas(tremdecar-gapassandosobreaponte).Oprojetistasabe,entretanto,queomaterialselecio-

Microconstituinte Dureza(HV)

Ferrita(Fe-α) 90

Cementita(Fe3C) 1050

Perlita(α+Fe3C) 230

10

nadodevetertenacidadeàfraturaeresistiràformaçãoepropagaçãodetrincas.Alémdisso,aestruturadevepodersersoldada,poisesseéométodoconstrutivodemenorcustoparaestetipodeponte.OaçoselecionadoseriaumaçoC-Mn-ASTMA572grau50,contendonomáximo0,23%C,sobpenadenãoapresentarsoldabilidadesuficienteparaafinalidade.

GRÁFICO MOSTRANDO APROXIMADAMENTE A VARIAÇÃO DE ALGUMAS MECÂNICAS DOS AÇOS COMUNS, ESFRIADOS LENTAMENTE.

EM FUNÇÃO DO TEOR DE CARBONO

Teor de carbono em %

AÇOS LAMINADOS OU FORJADOS

300

100

90

80

70

60

50

40

30

0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.7

35

40

30

25

20

15

10

5

2

250

200

150

100

Alongamento

Limite

de r

esist

ência

Dure

za B

rinel

l

SERVIÇO METALOGRÁFICO DO I.P.T. S. PAULOQUADRO nº 1 - 1946

Alon

gam

ento

em

% m

edid

o em

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com

prim

ento

igua

l a 1

0 di

amet

ros o

u 11

,3 √

S

Dureza

Lim

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ncia

à tr

ação

em

Kg

po m

m2

Variaçãodaspropriedadesmecânicasdosaçosresfriadoslentamente,comoteordecarbono.[Colpaert,H.]Metalografiadosprodutossiderúrgicoscomuns–Ed.EdgarBlücher,1970.

Módulo 2

11

Jáoaçodotrilhodeveapresentaralémdeelevadaresistênciamecânica,elevadaresistênciaaodesgaste,poisasrodasdotremtrabalhamdiretamente,so-breotrilho,eocontatometal-metalnãolubrificadoconstituiasolicitaçãocrítica.Osaçosparatrilhoutilizadoshojeemdiasão100%perlíticoseparatantodevemconteraproximadamente0,8%C.

A têmpera consiste emaqueceroaçoatéumatempera-turaacimadazonacrítica(auste-nitização),mantê-lonestatempe-raturaporumcertotempoeemseguidaresfria-lobruscamente.

AçoARBL-ASTMA572grau50,com0,23%Cmax,utilizadoparafabricar

vigasestruturais,200X.

Aço1080,com0,8%C,100%perlítico,utilizadoparafabricartrilhosde

trem.500X.

Têmpera do aço Oartefatotemperadomaisantigo,datadode1.100AC,foiencontradoemruínasarqueológicas,nailhadeChipre.Entretanto,atêmperadoaçoparecetersidodesenvolvidamaisamplamentepelosromanos,paraendurecereaumentararesistênciaaodesgastedeferramentas.Oprocessofoidescobertocasualmente.Osferreirosapósmartelaremsuasferramentasaquenteesfriavam-nasemáguaparaquenãoficassemquentesdentrodaoficina.Apósatêmperaaferramentasetornavamuitodura.Ospovosantigospassaramausaratêmperaparaendurecerarmasbrancas,taiscomoespadas,facas,sabres,etc.

12

Mi

Ferrita (CCC)

Zona Crítica

Austenita (CFC)

Martensita (TC)

Água

Tempo

T (oC)

AbaixodeumatemperaturaMideiníciodeformaçãodemartensitaforma--seumaestruturamuitoduraefrágildenominadamartensita,comreticuladoTC-tetragonalcompacto. AestruturamartensíticaéformadaporagulhasouplacasmuitofinascomosevênaFiguraabaixo.

Somentenametadedoséculopassadocomeçou-seaentenderporqueoaçoendurecequandoresfriadobruscamente.OreticuladoTCéumreticuladoCCCdistorcidodevidoaoexcessodecarbonocontido.Aferritatemcapacidademuitopequenadedissolvercarbononoreticulado.Jáaaustenitapodedissolver,emaltatemperatura,todoocarbonocontidonoaço.Duranteoresfriamento,nãohátem-

2%nital-100X 2%nital-1000X

Módulo 2

13

900

800

700

600

500

400

300

200

1000,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

68

65

60

50

40

3020100

0

Dure

za (H

V)

Dure

za (H

RC)

% Carbono

posuficienteparaaaustenitasetransformarnovamenteemferritaoucementitaeocarbonoemexcessoficaretidonaestruturamartensítica,promovendofortedistorçãoeintroduzindotensõeselevadasnoreticulado.Astensõesinternassãotantomaioresquantomaioroteordecarbonoemexcesso,sendoresponsáveispeloaumentodedurezadoaço.

Afiguraacimamostraavariaçãodadurezadosaçostemperadoscomoteordecarbono.Dependendodoteordecarbonodoaçoépossívelobterdurezasquevãode20HRCatéaproximadamente67HRC.Nosaçosdemuitoalto teordecarbononãoseobtémdurezasmaiselevadasdevidoàretençãodeaustenita(quandonemtodaaustenitasetransformaparamartensita).

Curvas TTT Quandoosaçossãoresfriadoscomvelocidadesintermediáriasoutrasmi-croestruturasseformam.Paradescreveroqueocorreduranteoresfriamentodosaçossubmetidoatratamentosisotérmicos,utilizam-seascurvasTTT–Tempera-tura,Tempo,Transformação.Sãodiagramasquerelacionamastemperaturaseostemposdeinícioefimdetransformação.Épossívellocalizarnascurvasasregiõesemqueseformamferrita,perlita,bainitaemartensita.

14

Zona Crítica Ferrita

Bainita

Perlita Fina

Perlita Grossa

1s 10s 1min

A+M

A+F+C

A+F

1h 1 dia Tempo

Martensita

Am

A

Mi

Mf

T (oC)

Curva de fim de transformação

Curva de início de transformação

T (oC)

1s 10s 1min 1h 1 dia Tempo

AcurvaTTTabaixomostraarepresentaçãodeumatransformaçãodefaseduranteumciclotérmico.Acurvamaisàesquerda(azul)correspondeaoiníciodastransformaçõeseamaisàdireita (corvermelha)aofimdas transformações.NasduascurvasexistemduasretashorizontaisdenominadasrespectivamenteMieMf.Sãoastemperaturasdeinícioefimdetransformaçãomartensítica. Quando uma curva de resfriamento cruza a curva TTT a transformaçãoocorre,naregiãoassinaladaporumserrilhado.Sabemosqualaestruturaéforma-daanalisando-seemqueregiãodacurvaTTTocorreuatransformação.

Módulo 2

15

Zona Crítica Ferrita

Perlita

Bainita

1s 10s 1min 1h 1 dia Tempo

Martensita

Am

A

Mi

Mf

T (oC)

Curvas RC Paratratamentostérmicosindustriais,emqueraramenteastemperaturassãomantidasconstanteseaspeçassãocontinuamenteresfriadasdesdeatempe-raturadeaustenitizaçãoatéatemperaturaambiente,utilizam-securvasderesfria-mentocontínuoquedescrevemastransformaçõesemresfriamentocontínuo.

Abainitaéumaestruturaacicularqueseformaemumaregiãointermediáriaen-treadeformaçãodeperlitaeademartensita.Possuielevadadurezaeboatenacidade.

No tratamento térmico indicadonacurvaRCacimahaverá formaçãodeumamisturadeferrita,perlitaebainitanamicroestruturadoaço. Nostratamentostérmicosindustriais,emqueoresfriamentodoaçoécon-tínuopodem-seformarmisturasdemicroestruturas,comomostraasériede6cur-vasderesfriamentosuperpostasàcurvaRC.OsnúmerosindicadoscorrespondemàdurezaVickersalcançadaapóscadaumdostratamentostérmicosindicados.

2%nital-500X

16

(f)DPH=481(e)DPH=415

T (oC)800

700

600

500

400

300

1 102 103 10410

200481 336

415

217

DPH

A

F

P

B

M

170 139

0

(b)DPH=170(a)DPH=139

(d)DPH=336(c)DPH=217

Módulo 2

17

Microestruturasformadasapósresfriamentocomseisdiferentesvelocida-desderesfriamentoindicadasnafiguraanterior.OsnúmerosDPHsãoasdurezasVickersdecadaestrutura.

Recozimento pleno Emconseqüênciadosprocessosdefabricação(fundição,lingotamentocon-vencional,superaquecimento,etc.)asbarrasetarugosdeaçopodemacumularten-sõeseapresentarmicroestruturasheterogêneascomexageradotamanhodegrãoedurezaelevada.Orecozimentoplenoéfeitocomoobjetivodereduziromáximoadurezadoaço.Pormeiodorecozimentoplenoépossívelaumentaradutilidadeeausinabilidadedoaçoalémdecontrolarseutamanhodegrão.Utiliza-seestetrata-mentoquandonasequênciadefabricaçãooaçodevesofrerelevadograudedefor-maçãoouapeçadeveserusinada.Orecozimentoplenogarantedutilidadeapeçasqueemoutrascircunstânciasapresentariamcomportamentofrágil.

Orecozimentoplenoconsisteemelevarlentamenteatemperaturadoaçoatéaproximadamente50ºCacimadazonacrítica(austenitizaçãototal),nocasodosaçoscomteordecarbonomenorque0,8%.Aformaçãodeaustenitaemaltatem-peraturadestróitodasasestruturasexistentesanteriormenteaoaquecimento.Noresfriamentoformam-seaferritaeaperlitagrossaquegarantemamolecimentodomaterial.Paraosaçoscomteordecarbonomaiorque0,8%(52100)orecozimentoéfeitoemtemperatura50ºCacimadolimiteinferiordazonacrítica.

TEMPE

RATU

RA

ORIGINAL DEFORMADO ESTADOPERMAN-ENTE

18

ZONA DEAUSTENITIZAÇÃO

Resf

riam

ento

Tem

pera

tura

em

o C

PERLITA + FERRITA

0 0,4 0,8 1,2

910

A2

Acm

768

727

FERRITA E AUSTENITA

Ambiente

RecozimentoplenoA1

A3

ZONA CRÍTICA

Teor de carbono em %

AUSTENITA

A1

AÇOS-CARBONOABNT (AISI)

1020 855o - 900o 111 - 149111 - 149126 - 197137 - 207137 - 207156 - 217156 - 217156 - 217167 - 229167 - 229167 - 229167 - 229

855o - 900o

840o - 885o

840o - 885o

790o - 870o

790o - 870o

790o - 870o

790o - 840o

790o - 840o

790o - 840o

790o - 830o

790o - 830o

855o

855o

840o

840o

790o

790o

790o

790o

790o

790o

790o

790o

700o

700o

650o

650o

650o

650o

650o

650o

650o

650o

650o

660o

1025

1030

1035

1040

1045

1050

1060

1070

1080

1090

1095

TEMPERATURA DE AUSTENIZAÇÃO oC

CICLO DERESFRIAMENTO* DE ATÉ

FAIXA DE DUREZA(BRINELL)

*Resfriamento a 25oC/h, no interior do forno.

Oaçoémantidonatemperaturaporumtemposuficienteparaqueaestru-turasetorneausteníticaouumamisturadeaustenita+cementitaeemseguidaéresfriadodentrodofornocomumavelocidadedeaproximadamente25ºC/h,atéaproximadamente50ºCabaixodazonacrítica.Apartirdesta temperaturaoaçopodeserresfriadoaoar.Éimportantequeapassagempelafaixadetemperaturasemqueocorreatransformaçãosejabastantelentaparaqueseformeperlitagrossa,perlitaesferoidizadaecementitaesferoidizadanaestruturadomaterial.Natabelaabaixoépossívelobterastemperaturasdeaustenitizaçãoeosciclosderesfriamentoparaaçoscomdiferentesteoresdecarbono,bemcomosuasdurezas.

Módulo 2

19

Resf

riam

ento

Tem

pera

tura

em

o C

Teor de carbono em %

Perlita + Cementita

AUSTENITA

ZONA DEAUSTENITIZAÇÃO

0 0,4 0,8 1,2

910

A2

Acm

768

727

FERRITA E AUSTENITA

Ambiente

EsferoidizaçãoA1 A1

A3

ZONA CRÍTICA

Aquecimento prolongado abaixo da ZC

Resfriamento lento no forno

Zona Crítica

Tempo

T

Esferoidização Osaçosdealtocarbono%C>0,8%(p.eaçospararolamento)apresentamumaredefrágildecementitaprecipitadanoscontornosdaperlita.Estaquantidademaiordecementitapresentenestesaços torna-osdifíceisdeusinar.Paramelho-rarsuausinabilidadefaz-seumtratamentodeesferoidização.Otratamentoéassimchamadoporqueaspartículasdecementitatornam-seesféricasapóstempospro-longadosdeexposiçãoatemperaturasligeiramentesubcríticas.Otratamentopro-duzcementitaesferoidalemumamatrizdeferrita,eliminandoapresençadeperlitaearededecarbonetosfrágeisanteriormenteexistentesnamicroestrutura.

Otratamentoconsisteemaquecimentodoaçoatéumafaixadetemperatu-ras50ºCabaixodazonacrítica,manutençãoprolongada(váriashoras)nestatempe-raturaeresfriamentolentodentrodoforno.

Esta estrutura confere mínimadurezaemáximausinabilidade.

20

TEMPO

TEM

PERA

TURA

ZONA CRÍTICA

Osaçosdebaixoteordecarbonoqua-senuncasãoesferoidizadosporquesãomuitomolesedeformáveiseempastama ferramenta, provocando seu aqueci-mentoedesgasteexcessivo.

Alívio de tensões Oaquecimentodosaçosparaalíviodetensõeséfeitoparareduzirtensõesresiduaisintroduzidasporusinagempesadaouconformaçãomecânicaafrio.Muitasvezesétambémchamadoderecozimentosubcrítico.Geralmenteéfeitoemtempe-raturassubcríticaseatravésdestetratamentoconsegue-seaumentaradutilidade,melhorarausinabilidade,removertensõesresiduais,atravésdareduçãodadureza,dolimitedeescoamentoedolimitederesistênciadomaterial.

Normalização Anormalizaçãodoaçoéfeitaquandosedesejarefinarogrãodomaterial.Oaçocomgrãosgrandes tendeaapresentarmaiorheterogeneidadedeproprie-dadesemaiorfragilidade.Orefinodegrãogarantemaiorhomogeneidadedepro-priedades,emaiortenacidade.Otratamentotérmicodenormalizaçãoconsistenoaquecimentodoaçoaté60ºCacimadolimitesuperiordazonacrítica(A3ouAcm),sempregarantindoaustenitizaçãototaldomaterial.Emseguidaéretiradodofornoedeixadoresfriaraoarnatural.Aestruturaresultanteédepequenosgrãosdeferritaeperlitafina.Essetratamentoébemmaisbaratoqueoderecozimentopleno,poisofornopodeserdesligadologoapósofimdoperíododeaustenitização.

Módulo 2

21

Aprincipaldiferençaentreostratamentosderecozimentoplenoedenor-malizaçãoéqueaspeçastratadasemrecozimentoplenoapresentamdutilidadeeusinabilidadehomogêneasemtodasasregiões,jáqueapeçatodaficaexpostaaocicloderesfriamento.Jánocasodapeçanormalizadaavelocidadederesfriamentonãoéuniforme.Seçõesmaisespessasresfriammaislentamentedoqueseçõesmaisfinas.Comoavelocidadederesfriamentoéheterogênea,amicroestruturaeaspro-priedades(usinabilidadeeconformabilidade)tambémosão.Casosedesejeusinarapeçanasetapassubseqüentesdefabricaçãoémelhorfazerorecozimentopleno.

ZONA DEAUSTENITIZAÇÃO

Resf

riam

ento

Tem

pera

tura

em

o C

Teor de carbono em %

PERLITA + FERRITA

AUSTENITA

0 0,4 0,8 1,2

910

A2

Acm

768

727

FERRITA E AUSTENITA

Ambiente

Normalização

A1 A1

A3

ZONA CRÍTICA

Zona Crítica Ferrita

Perlita

Bainita

1s 10s 1min 1h 1 dia Tempo

Martensita

Am

A

Mi

Mf

T (oC)

22

Tratamentos para endurecimento do aço Ostratamentosdeendurecimentovisamaumentararesistênciamecânicadosaços.

Têmpera Otratamentoconsisteemaquecimentoatéumatemperatura50ºCacimadatemperaturacrítica(amesmafaixautilizadaapararecozimentopleno)eemse-guidaresfria-lobruscamenteemágua,óleoouemmeiosdetêmperadecomposiçãoquímicaespecial.

ZONA DEAUSTENITIZAÇÃO

Resf

riam

ento

Tem

pera

tura

em

o C

PERLITA + FERRITA

0 0,4 0,8 1,2

910

A2

Acm

768

727

FERRITA E AUSTENITA

Ambiente

Austernizaçãopara Têmpera

A1

A3

ZONA CRÍTICA

Teor de carbono em %

AUSTENITA

A1

Módulo 2

23

Oobjetivodo tratamentode têmperaéobtermartensitanaestruturadoaço,microconstituintemuitoduroefrágil.Paratanto,aspeçasdevemserresfriadasrapidamente,paraevitaraformaçãodeferrita,perlita,bainita,microconstituintesmaismolesqueamartensita.

Quandosefazoresfriamentobruscodoaço,duranteatêmpera,ocorrecho-quetérmicodevidoàpassagemdapeçadetemperaturasde850a900ºCparaatemperaturaambiente,empoucossegundos. O resfriamento brusco pode causar distorções e até mesmo trincas napeça,denominadastrincasdetêmpera.Entretanto,oresfriamentodeveserrápi-doosuficienteparagarantirqueseformemartensitanasuperfíciedomaterial.OtempodisponívelpararesfriamentoédadopeladistânciadocotovelodacurvaRCaoeixodastemperaturas.QuantomaisdeslocadaparaadireitaacurvaRC,maisfácilétemperaroaço.

Zona Crítica Ferrita

Perlita

Bainita

1s 10s 1min 1h 1 dia Tempo

Martensita

Am

A

Mi

Mf

T (oC)

24

Quandoavelocidadederesfriamentoéalta,estabelecem-segrandesdife-rençasdetemperaturaentraasuperfícieeocentrodapeça,poisasuperfícieemcontatodireto comomeio refrigerante resfria rápido, enquantoo núcleo resfriamaislentamente.

Assim,quandosefaztratamentostérmicosdepeçasmédiasegrandesdeve--sesemprelevaremconsideraçãoqueonúcleoeasuperfície,submetidosadiferen-tesvelocidadesderesfriamento,podemapresentarmicroestruturasepropriedadesmecânicasmuitodiferentes.

Cor

Branco

Amarelo Claro

Amarelo

Laranja Claro

Laranja

Vermelho Claro

Cereja Claro

Cereja

Cereja Escuro

Sangue Claro

Sangue Escuro

oC

1200

1100

1050

980

930

870

810

760

700

650

600

Módulo 2

25

Pode-seobservarqueatransformaçãodoaçonasuperfícieocorreemape-nas3segundosenquantononúcleoiniciaapós8segundosesomenteterminaapósaproximadamente30segundos. Emprincípioépossívelobteromesmovalordedurezaemaçostemperadoscomdiferentesteoresdecarbono.Épossívelobterdurezade50HRCcom99,9%demartensitae0,25%Coucom95%demartensitae0,35%C,oucom90%demarten-sitae0,4%C,oucom80%demartensitae0,45%Couaindacom50%demartensitae0,6%C.NaFiguraabaixoobserva-sequequantomaioréoteordecarbonodoaço,maioréadurezadamartensitaobtida.

IssopodeservistonaCurvaRCabaixo,emqueasuperfíciedapeçaapresen-tamartensitaeonúcleoumamisturadeferrita,perlita,bainitaemartensita.

70

60

50

40

30

20

Hard

anes

s HRC

0 0,20 0,40 0,60 0,80Carbon, %

50% martensite80%

martensite

90% martensite

95% martensite99,9%

martensite

70

60

50

40

30

20

Hard

anes

s HRC

70

60

50

40

30

20

Hard

anes

s HRC

70

60

50

40

30

20

Hard

anes

s HRC

70

60

50

40

30

20

Hard

anes

s HRC

0 0,20 0,40 0,60 0,80Carbon, %

0 0,20 0,40 0,60 0,80Carbon, %

0 0,20 0,40 0,60 0,80Carbon, %

0 0,20 0,40 0,60 0,80Carbon, %

Zona Crítica Ferrita

Perlita

Bainita

1s 10s 1min 1h 1 dia Tempo

Martensita

Am

A

Mi

Mf

T (oC)

26

100 80 60 40 20

% Martensíta

700

560

600

550

500

450

400

Lim

ite d

e fa

diga

(MPa

)

36 HRC

134040424340514080B40

Éprecisoteremmentequequantomaioréoteordecarbonomaisfrágiléoaço.Damesmaforma,quantomaisheterogêneaéaestruturadoaço(misturademartensita,bainita,perlitaeferrita)menoréasuaresistênciaàfadiga.Destaformaaseleçãodomaterialdevesempreserfeitaadotando-seomenorteordecarbonocompatívelcomadurezadesejada.

Martêmpera Muitasvezeséconvenientesubmeteroaçoaumtratamentodemartêmpe-ra,quepermiteeliminaradiferençadetemperaturasetemposdetransformaçãoentreasuperfícieeonúcleodoaço.AmartêmperaconsistenaaustenitizaçãodoaçonastemperaturasusuaisseguidadetêmperaemóleoaquecidoouembanhodesaisemumatemperaturalogoacimadatemperaturaMi.Otempodemanutençãonestatemperaturadevesersuficienteparaequalizaratemperaturaemtodaapeça,sem,entretanto,deixarqueocorraatransformaçãobainítica.Estetratamentoéfei-tocomoobjetivodeminimizarasdistorçõeseastensõesresiduaisdecorrentesdasdiferençasdetemperaturanasuperfícieenointeriordapeça.

Módulo 2

27

Revenimento Otratamentodetêmperatornaaspeçasmuitoduras,porémmuitofrágeis.Salvorarasexceçõesaspeçastemperadassãosemprerevenidas,visandobaixaradurezaeaumentaratenacidade.Duranteorevenido,amartensitacomestruturaTCperdeoexcessodecarbonoemsoluçãoeseureticuladocristalinovaisetornandomaispróximododaferrita,semdistorçãoesemacúmulodetensõesmecânicas.Quantomaisaltaatemperaturaderevenido,menorédistorçãodoreticulado,me-noréadurezaemaioréatenacidadedoaço.Nosaçosparaconstruçãomecânica,debaixaligaealtaresistência,adurezacaicontinuamentecomatemperaturaderevenido,comomostraafiguranapáginaseguinte.

Zona Crítica Ferrita

Bainita

Perlita Fina

Perlita Grossa

1s 10s 1min

A+M

A+F+C

A+F

1h 1 dia Tempo

Martensita

Am

A

Mi

Mf

T (oC)

Amicroestruturafinalémartensítica,dealtadurezaebaixatenacidade.Damesmaformaquenatêmperaconvencional,essetratamentodeveserseguidoderevenimentoparaaumentaratenacidade.

28

0 100 200 300 400 500 600 700 800 Temperatura (oC)

0,026% C

0,057% C

0,097% C

0,18% C

0,39% C800

700

600

500

400

300

200

100

0

Dure

za (H

VN)

Ener

gia

abso

rvid

a no

ens

aio

de im

pact

o (ib

*pé)

Temperatura oC

Temperatura oF

250

#4130

#4140

#4150

60

216o

221o

227o

232o

238o

243o

249o

254o

260o

266o

271o

277o

282o

288o

293o

299o

310o

321o

332o

338o

343o

50

40

30

20

10

0

300 350 400

100 200 300 400 500 600 700

Color Celsius

Existeumafaixadetemperaturasemqueorevenidodeveserevitadopois,atenacidadeébastanteprejudicada.Estefenômenochama-sefragilidadeazuloufragilidadedos500ºF(260ºC).Onomefragilidadeazuldeve-seaofatodequenafaixadetemperaturasemqueessafragilidadeocorre,forma-seumapelículadeóxi-doazulada,conformesevênatabelaabaixo,quemostraascoresdorevenidodeaçosaocarbono.Afiguraabaixomostraaquedadeenergiaabsorvidanoensaiodeimpacto,nafaixadetemperaturasentre260e375°C(500a700°F).

Módulo 2

29

Austêmpera Aaustêmperaétambém,umtratamentotérmicoparaendurecimentodeaços.Naaustêmpera,apósaustenitizaçãofeitademaneirasemelhanteàquelare-alizadaparatêmperaconvencional,oaçoémergulhadoemumbanhoconstituídodeumamisturadesaisfundidos,mantidoatemperaturaconstante,entre250e450ºC.Oresfriamentofeitoembanhodesaisvisaevitaraformaçãodeferritaeperlitaeinduziraformaçãodebainitanaspeças. A bainita é uma estrutura que tem dureza semelhante à damartensitarevenida,porém,maiortenacidade.Secompararmosduasbarrasdeummesmoaço,umatemperadaemóleoerevenidaa200ºCeoutraaustemperadaa325ºC,ambascomamesmadurezade54HRC,abarratemperadaapresentamenorvalordeenergiaabsorvidanoensaiodeimpactoqueabarraaustemperada,portantomenorresistênciaaoimpacto.

Zona CríticaFerrita

Bainita

Perlita Fina

Perlita Grossa

1s 10s 1min

A+M

A+F+C

A+F

1h 1 dia Tempo

Martensita

Am

A

Mi

Mf

T (oC)

NaFiguraabaixosevêumapeçasendointroduzidaembanhodesaisfundidosparatratamentodeaustêmpera

30

Têmpera por indução Atêmperaporinduçãoéumatécnicadeendurecimentosuperficialbastanteutilizadaemaços.Oaquecimentodapeçaéfeitosuperficialmenteporindução.Umaoumaisbobinas,alimentadasporfontesdepotência induzemcorrenteselétricasnasuperfíciedoaçoasertratado.Ascorrentesaquecemoaçoporefeitoresistivo.Atingidaatemperaturadeaustenitizaçãooaçoéresfriadoporjatosdeáguaoudegás(nitrogênio)demodoagarantiraformaçãodemartensitaemsuasuperfície. Otratamentopodeserfeitoemfornosesistemasderesfriamentocontí-nuos,comoomostradonoesquemaabaixo,referenteaumainstalaçãodetêm-peradetubosmecânicos.

Linha híbrida de têmpera e revenimentoEnsaio de impacto

(opcional) Esteira de saída

Esteira de saídaEsteira de alimentação

Alimentação de tubos

Reservatório de água

Aquecimento indutivo de têmpera por jato de gás

Forno derevenido

Mesa de operações

Fontes de potência

Bobinas de aquecimento Têmpera

Descarga

Módulo 2

31

Temperabilidade Quandofazemosa têmperadepeçasdeaço,principalmentedepeçasdemédiasougrandesdimensões,resultamdiferençasdedurezaentreasuperfícieeonúcleo,emconseqüênciadasdiferençasdevelocidadesderesfriamento. Umamaneiradeavaliardiferençasdedurezaexistentesempeçasdedife-rentesdimensõeséfazeroensaiodecurvasemUemquecilindrosdediferentesdi-âmetros,fabricadosapartirdeummesmoaço,sãotemperadosnomesmomeiodetêmpera.Apósatêmperaoscilindrossãocortadostransversalmenteesubmetidosamediçõesdedurezaaolongodeseudiâmetro.Asuperfícietemperadaapresentamaiordurezaenquantoonúcleo,submetidoavelocidadesderesfriamentomenoresficamaismole.Atransiçãoentrearegião100%temperada(100%demartensita)paraonúcleonãotemperadoégradualeacurvaemUmostraessavariação.Paraci-lindrosmuitoespessosasvelocidadesderesfriamentosuperficiaissãomuitolentasnãosendopossívelatingiradurezamáximamesmonasuperfíciedoaçoutilizado.

TEMPERADO EM ÁGUA TEMPERADO EM ÁGUA

DURE

ZA R

OCK

WEL

L - C

DURE

ZA R

OCK

WEL

L - C

DURE

ZA B

RIN

ELL

(APR

OX.)

DURE

ZA B

RIN

ELL

(APR

OX.)

60

50

40

30

20

10

60

50

40

30

20

10

600

500

400

300

200

DURE

ZA R

OCK

WEL

L - C

DURE

ZA B

RIN

ELL

(APR

OX.)

60

50

40

30

20

10

600

500

400

300

200

600

500

400

300

200

AÇO SAE 1040 AÇO SAE 3340

TEMPERADO EM ÓLEO

DURE

ZA R

OCK

WEL

L - C

DURE

ZA B

RIN

ELL

(APR

OX.)

60

50

40

30

20

10

600

500

400

300

200

TEMPERADO EM ÓLEOTEMPERADO EM ÓLEO

32

NafiguraacimaépossívelobservarascurvasemUdedoisaçoscontendo0,4%C(1040e3340)temperadosemáguaeemóleo.Adurezamáximaconsegui-daparaosdoisaçoséde59a60HRC,paracilindrosdepequenodiâmetro.Apesardeoaço3340terquantidadesapreciáveisdeelementosdeligaadurezamáximaatingidanatêmperaépraticamenteamesmaqueadoaçocarbono.Deumama-neirageralpode-seafirmarqueadurezamáximaquesepodeatingiremumaçotemperadodependesomentedoteordecarbono Observa-senafigura,também,queapenetraçãodedurezanointeriordocilindrodoaço ligadoémuitomaiorqueadoaço1040.Oselementosde liga,presentesnoaço,aumentamaprofundidadedeendurecimentoportêmpera,cha-madadetemperabilidade.Atemperabilidadeéacapacidadedeumaçoendurecerportêmperaatéumacertaprofundidade. Atemperabilidadeéumapropriedadeassociadaàprofundidadeatingidaporendurecimentonatêmpera.Atemperabilidadenãopodeserassociadaàmá-ximadurezadoaço.Aprincipalrazãopelaqualseadicionamelementosdeligaaosaçoséaumentaratemperabilidade,ouseja,aprofundidadecapazdeendurecerportêmpera. Atítulodeexemplopodemosanalisarocasodeumeixodeponterolantedegrandeporte,comdiâmetro180mm.Sefabricarmosoeixocomaço5140,con-tendo0,4%Ce1%Cr,aosefazeratêmperaemóleoobtém-se,antesderevenir,nomáximo30HRCdedurezanasuperfíciee20HRCamenosde30mmdasuper-fície.Omesmoeixopodeserfabricadoemaço4340.Nestecasoadurezamáximaéde50HRCnasuperfícieecaipara45HRCnonúcleodapeça.Amicroestrutura,nessecasoé100%bainítica.

Ferrita

Perlita

Bainita

1s 10s 1min 1h 1 dia Tempo

Martensita

Am

A

Mi

Mf

T (oC)

Zona Crítica

Módulo 2

33

ComparandoascurvasRCdosdoisaçosobserva-sequeaprincipaldiferen-çaestánadistânciadascurvasaoeixodasordenadas.Selecionaraçoscommaiorteor de elementos de liga equivale a trabalhar com curvas RC deslocadas paraadireita.Osaçosdemaiortemperabilidadepodemsetemperadosparavaloreselevadosdedurezautilizandomeiosderesfriamentomaisbrandos,minimizandodestaformaasdistorçõeseastensõesresiduais.

Ensaio jominy Umensaiodeexecuçãobemmaissimplesequepermiteavaliaratempe-rabilidadedosaçoséoensaioJominy.Umcorpodeprovacilíndricocomaproxi-madamente10cmdecomprimentoe2,5cmdediâmetroésubmetidoàtêmperaem suaponta.Daponta temperada até aoutra extremidadeestabelece-seumgradientedevelocidadesderesfriamento,representativasdasvelocidadesderes-friamentoencontradasemsessõesespessasdepeçastemperadas.

Opinoéaustenitizado,retiradodofornoe imediatamentecolocadoemumsuporte.Nestemomentoabre-seumre-gistroque fazcomqueum jatodeáguaincidanapontadopinotemperando-o.Opinopermaneceresfriandonodispositivoatéatemperaturaambiente.Apósretificade duas faces paralelas, fazem-semedi-dasdedurezaemintervalosregularmen-teespaçadosde1/16”avosdepolegada,determinando-sea curvadevariaçãodedurezaemfunçãodadistânciaJominy.

Ferrita

Perlita

1s 10s 1min 1h 1 dia Tempo

Martensita

Am

A

Mi

Mf

Zona Crítica

Bainita

Amostra

Jato de água

34

60

45 30 17 10 7 5.5 4.5600190

Pino Jominy

Água

10074

50

40

30

200

Dure

za H

RC

Distância à ponta temperada (pol)

Velocidade de resfriamento oF/s

ENSAIO JOMINY

Pino Jominy

Medidas de dureza

Ponta temperada

416

816

12 1616

2016

24 2816

3216

361616

4016

4416 16

4 pol 1 pol

2 pol

pol12

Dure

za R

C

Distância Jominy (mm)

1000

800

600

400

200

20 30 40 50 60 70100

4340

4140

Pinosdeaços ligadosdealta temperabilidadeapresentamvariaçãomuitopequenadedurezaaolongodadistânciaàextremidadetemperada(1).PinosdeaçoscarbonoeoutrosaçosdebaixatemperabilidadeapresentamcurvasJominycomva-riaçãoacentuadadedurezapróximodaextremidadetemperada(2).

Quandosedesejaobtercamadastemperadasespessas,homogeneamenteconstitu-ídasde100%demartensitaoupeçasquecontenham100%demartensitaaolongodetodaaseçãotransversalénecessárioutilizaraçosdealtatemperabilidade.

Módulo 2

35

% (EM PESO)

Mn

CuNi

Si

Cr

C

Mo

mm

D

16

12

8

4

0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.00.40.20

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

Aumentar a temperabi-lidadedeumaçoequi-vale a deslocar a curvaTTTouRCdosaçosparaa direita, permitindoque sejam resfriadoscom menores veloci-dades, diminuindo asdistorções e propensãodos mesmos a trincar duranteatêmpera.

Efeito dos elementos de liga natemperabilidade dos aços

OselementosdeligaC,Mo,Mn,Cr,SieNitêmefeitoacentuadosobreatempe-rabilidadedosaços,comosevênográficoabaixo,emqueΔDéoaumentododiâmetrotemperável.Ocarbonoéoelementoquímicoquetemomaiorpoderdeaumentaratemperabilidadedosaços.Eé,também,omaisbarato.Infelizmenteoaumentodoteordecarbonocausaumadiminuiçãoacentuadadetenacidade.Açosdemaisaltoteordecarbonotemperadossãomuitoduros,porém,muitofrágeis.OelementodeligamaisefetivoparaaumentaratemperabilidadedosaçoséoMo.Esseelemento,entretanto,émuitocarosendocotadoem2011aUS$40,00porquilo.Nosúltimosanosseuusotemsidoconsideradoproibitivo.Oelementoquímico,queapresentaamelhorrelaçãocusto/benefícionoaumentodatemperabilidadedosaçoséoMn.

Utilização de curvas RC para selecionar aços e tratamentos térmicos

ExistemprogramascomputacionaisquepermitemconstruirascurvasRCparaumagrandevariedadedeaçosparaconstruçãomecânicaesimulartratamentostérmi-cosempeçassimplescomseçãocircular(cilindros)ouretangular(chapas,placas,taru-gos)dediferentesdimensões.SobreascurvasRCsãosuperpostasascurvasdevariaçãodetemperaturacomotempo,correspondentesaoresfriamentodasuperfícieedonú-cleo,emdiferentesmeiosdetêmpera.Nessesprogramashátambémummóduloqueprevêasmicroestruturas formadasapóstratamentotérmicodesdeasuperfícieatéocentrodapeça,bemcomoasdurezascorrespondentes,comomostramasfigurasabai-xo.Éumaferramentamuitoútilparaespecificaçãodetratamentostérmicoseseleçãodemateriais.

36

Nafigura vamos avaliar o queocorre quando temperamosumabarra de aço1050com30mmdediâmetro,austenitizadoa843ºCpor100minemóleoa49ºCsemagitação.OtamanhodegrãodoaçonessecasoéASTM7.

NascurvasRCépossívelobterastemperaturasAc3,Ac1detransformaçãodoaço,quedelimitamazonacrítica,alémdeMi(eminglêsMs)eMf.Acurvaazuléacurvaderesfriamentodasuperfíciedocilindroeacurvavermelhaacurvaderesfriamentodonúcleo.Asduascurvasazuisdetransformaçãocorrespondemàformaçãodeperlitaedebainita.Observandoafigurasabemosqueapeçadeveráapresentarperlitaebainitaalémdemartensitanamicroestrutura.

Módulo 2

37

Oprogramapermiteavaliarquantitativamentequantodecadaumdestesconstituinteshánointeriordomaterial.Nocasoanalisadotemos45%deperlita,25%debainitae30%demartensitanasuperfíciee60%deperlita,15%debainitae25%demartensitanonúcleo.

Asmicroestruturas formadas resultamemvaloresdedurezaquepodemserobservadosnafiguraabaixo.Nasuperfícieabarracilíndricaterá42HRCapósatêmperaecercade37HRCapósrevenidoa177ºCpor1hora.

38

Comooteordecarbononãoéhomogêneo,ao longo da seção transversal da peça, a análisedoqueocorrenotratamentotérmicoéumpoucomaiscomplicada.

Cementação Acementaçãoéumtratamentotermoquímicofeitoparaenriquecerasuperfí-ciedapeçaemcarbono.Umaçocementadoéumaçodebaixocarbono(nomáximo0,2%C),contendoounãoelementosdeliga,tratadotermoquimicamentedeformaaseobterteordecarbonopróximode0,8%nasuperfície.Aespessuradecamadapodevariarde0,5a2,0mm.Engrenagensdecaixasdecâmbioesistemasdetransmissãosãogeralmentecementadas.

0 0,5

600

500

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

γ + L

+ L

γ + Fe3C

α + Fe3C

1493o

723o

A3

L

4,3

?

Acm

A2A1

1147o

1534o

1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5% C (em peso)

910o

0,800,02

α + γ

α

δ

δ

Módulo 2

39

Pode-seutilizaroprogramadeconstruçãodecurvasRCparaestimarascaracterísticasdetransformaçãodoaçocementadoconformeexemploilustradonapáginaseguinte.

TEM

PERA

TURA

TEMPO

AÇO COM0,1 % C

AÇO COM0,4 % C

AÇO COM0,8 % C

TEMPO TEMPO

FF

Mi

MiMi

B B B

P PP

Cadaregiãonointeriordomaterialtemteordecarbonodiferenteesofrediferentestransformações.Atemperaturadeaustenitizaçãoparacadaumadasre-giõesdomaterialédiferente.Alémdisso,ocarbonodeslocaacurvaRCparadireitaeaomesmotempoabaixaatemperaturaMi.

Consequentementeasestruturasresultantesdatêmperasãobastantediferentes.

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Umbarradeaço8620,contendo0,5%Cr,0,5%Nie0,2%Mo,com30mmdediâmetro,cementadopara0,8%Cnasuperfície,austenitizadonatemperaturade843ºC,por100min,apóstêmperaemóleosemagitaçãoa49ºC,apresentacurvasRCederesfriamentocomomostraafiguraseguinte.

ReparequeatemperaturaMfdoaçonasuperfícieéde-34ºC.Aotempe-rarmosoaçoemóleoaquecidoatransformaçãomartensíticanãotermina.Umacertaquantidadedeaustenitaretidanãosetransforma,impedindoalcançardu-

Módulo 2

41

Adurezaapósatêmperaatinge62HRCnasuperfície,64HRCumpoucomaisparaden-troedepoiscomeçaacairchegandoa32HRCnonúcleo.

rezamáximanasuperfície.Quantomaisaltoéoteordecarbononasuperfíciedoaçomaiorseráoteordeaustenitaretidaemenorseráadureza.Amicroestruturaresultantedestetratamentoéconstituídapor90%demartensitae10%deaustenitaretidanasu-perfíciee20%deferrita,75%debainitaesomente5%demartensitanonúcleo.

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Tratamentos sub-zero Existemtratamentostérmicossub-zerofeitoscomoobjetivodepromoveratrans-formaçãodaaustenitaretidaparamartensitaeaumentaradurezasuperficialdoaço.Otratamentoconsisteemresfriarapeçajátemperadaemnitrogêniolíquido(-197ºC)oumisturasdelíquidosemtemperaturasabaixodezerograus,paraqueatemperaturaMfdoaçosejacruzada,permitindoqueocorra100%detransformação.

Éumtratamentotérmicofreqüentementeaplicadoaosaçosdealtocarbono,principalmenteoaçoferramenta.Aresistênciaaodesgasteaumentamuitoapóstrata-mentosub-zero,comopodeservistonográficoabaixo.Umaçopararolamentopodeaumentarde2até5vezessuaresistênciaaodesgastequandotratadosub-zeroparaeliminaçãodeaustenitaretida.

Rela

ção

entr

e re

sistê

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desg

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aç

os tr

atad

os /

aços

não

trat

ados

-85oC

-195oC

D252100

7

6

5

4

3

2

1

0A2 M2 01

Módulo 2

43

Tratamento criogênico Umtratamentotérmicorecentementedesenvolvidoéotratamentocriogênico.Consisteemresfriarpeças(mesmoquenãotenhamaustenitaretidaemsuaestrutura)atétemperaturassub-zeroemantê-lasnestatemperaturaporváriashoras.Emseguidaaspeçassãoaquecidasatéatemperaturaambienteemtemposprolongadosde8a20horas.Posteriormentesãorevenidasentre150e600ºCparabaixaradurezaeaumentaratenacidade.São tratamentos demorados que trazembenefícios acentuados às propriedadesme-cânicasdomaterial.Sabe-sequeojateamentocomgranalhaéumtratamentodesu-perfíciemuito importante para aumentar a resistência à fadiga demolas carregadasdinamicamente.Hárelatosdequearealizaçãodetratamentoscriogênicospodeme-lhoraraindamaisavidaemfadigadestescomponentes.Porexemplo,molasdeválvuladecarrosdecorridapodemperderaté10%desuaforçanoiníciodesuavida(períododeamaciamento).Porestarazãomolasdeválvulasdemotoresdecompetiçãosofremduplojateamentoporgranalha,primeirocomumagranalhamaisgrossaedepoiscomgranalhamaisfina.Oobjetivoécriartensõesresiduaisdecompressãonasuperfíciequeaumentamavidaemfadigadomaterial.Quandoasválvulassofremtratamentocriogê-nicoapósojateamentoobserva-seumaumentonavidaemfadigade5a7vezesemrelaçãoaomaterialsimplesmentejateado.Alemdissoaperdadeforçanoperíododeamaciamentoéreduzidapara3%.

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Resumo de tratamentos térmicos Osbenefícosquepodemserconseguidosatravésdautilizaçãodetratamentostérmicosempeçaseperfisdeaçosãoinúmeros.Existemtratamentosparaamolecimen-toeparaendurecimentodeaços,alémdetratamentosquepromovemorefinodegrão.Ostratamentospodemtambémserclassificadosemtratamentosquealteramaestru-turaeaspropriedadesdapeçatodaouemtratamentossuperficiaisquecondicionampropriedadessomentenasuperfície.Oquadroabaixoresumeospossíveistratamentostérmicosetermoquímicosaplicadosaosaçosdeconstruçãomecânica.

RECOZIMENTO NORMALIZAÇÃO TÊMPERA EREVENIMENTO

ENDURECIMENTOSUPERFICIAL

RECOZIMENTOPLENO

ALÍVIO DE TENSÕES

ESFEROIDIZAÇÃO

AUSTÊMPERA

TÊMPERA E REVENIMENTO

CONVENCIONAIS

MARTÊMPERA

TÊMPERA SUB-ZERO

TRATAMENTOCRIOGÊNIO

CEMENTAÇÃOCIANETAÇÃONITRETAÇÃO

CARBONITRETAÇÃO

TÊMPERAPOR CHAMA

TÊMPERA POR INDUÇÃO

ENDURECIMENTOPOR FEIXE DE LASER

ENDURECIMENTOPOR FEIXE

DE ELÉTRONS