tratamentos térmicos

Diagrama de Fase Ferro-Carbono

Reao perittica +L !

1Reao eutetide +Fe3C !

Reao euttica L +Fe3C !

Ligas Fe-C

ferrita

cementita

austenita

Aos FoFos

Diagrama Metaestvel Fe-Fe3C

Microestrutura:

Fases

3

Fe3C

Perlita (+Fe3C)

Ledeburita (+Fe3C)Ledeburita

Transformada

ConstituintesBifsicos

(+Fe3C)

Microestruturas nas ligas Fe-C

Transformao de um ao eutetide (0,8% de C) em resfriamento lento. No ponto a sua estrutura permanece

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estrutura permanece austentica. Abaixo da temperatura eutetide, ponto b, aparece uma estrutura lamelar denominada perlita.

5(a) Microestrutura de um ao eutetide resfriado lentamente. Consiste em perlita lamelar. A fase mais escura a cementita, e a fase branca ferrita. (b) Representao esquemtica da formao de perlita da austenita: a direo da difuso do carbono est indicado pelas setas.

(a) (b)

Transformao de uma ao hipoeutetide(0,76% de C) em resfriamento lento. A 875C, no ponto c, a microestrutura se constitui apenas de austenita. No ponto d se

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constitui apenas de austenita. No ponto d se observa +. No ponto f toda a austenita presente se transforma em perlita.

7Microestrutura de um ao carbono hipoeutetidecom 0,38% de carbono resfriado lentatamente. O constituinte branco a ferrita pr-eutetode; o constituinte escuro a perlita.

Transformao de um ao hipereutetideresfriado lentamente. Em g se observa apenas austenita, em h, austenita e cementita. No ponto i toda a austenita remanescente

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austenita remanescente convertida em perlita, de forma que a microestrutura resultante consiste de perlita e cementita pr-eutetide.

Microestrura de um ao carbono hipereutetidecom 1,4% de carbono resfriado lentamente. O constituinte branco a cementita pr-eutetode que se formou nos

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que se formou nos contornos de gro da austenita inicial; o constituinte escuro perlita lamelar grosseira.

Influncia de outros elementos de liga

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(a) (b)

(a) Variao da temperatura eutetide em funo da concentrao de diversos elementos de liga, (b)Variao da composio eutetide (%C) em funo da concentrao dos elementos de liga.

Tratamentos Trmicos Ao variar o modo como os aos so aquecidos e resfriados pode-resfriados pode-se obter diferentes propriedades mecnicas para o mesmo material.

Fatores de Influncia nos Fatores de Influncia nos Tratamentos TrmicosTratamentos Trmicos

TemperaturaTemperatura TempoTempo Velocidade de resfriamentoVelocidade de resfriamento Velocidade de resfriamentoVelocidade de resfriamento Atmosfera*Atmosfera*

* * para evitar a oxidao ou perda de para evitar a oxidao ou perda de algum elemento qumico (ex: algum elemento qumico (ex: descarbonetao dos aos)descarbonetao dos aos)

Tempo:Tempo:

O tempo de trat. trmico depende muito O tempo de trat. trmico depende muito das dimenses da pea e da das dimenses da pea e da microestrutura desejada.microestrutura desejada.


microestrutura desejada.microestrutura desejada.Quanto maior o tempo:Quanto maior o tempo:

maior a segurana da completa dissoluo maior a segurana da completa dissoluo das fases para posterior transformaodas fases para posterior transformao

maior ser o tamanho de gromaior ser o tamanho de groTempos longos facilitam a oxidao

Temperatura:Temperatura:

depende do tipo de material e da depende do tipo de material e da transformao de fase ou transformao de fase ou


transformao de fase ou transformao de fase ou microestrutura desejadamicroestrutura desejada

Velocidade de Resfriamento:Velocidade de Resfriamento:

-- Depende do tipo de material e da Depende do tipo de material e da transformao de fase ou transformao de fase ou


transformao de fase ou transformao de fase ou microestrutura desejadamicroestrutura desejada

-- o mais importante porque ele que o mais importante porque ele que efetivamente determinar a efetivamente determinar a microestrutura, alm da composio microestrutura, alm da composio qumica do materialqumica do material

Principais Meios de ResfriamentoPrincipais Meios de Resfriamento

Ambiente do forno (+ brando) Ar Banho de sais ou metal fundido (+ comum o de Banho de sais ou metal fundido (+ comum o de Pb)

leo gua Solues aquosas de NaOH, Na2CO3ou NaCl (+ severos)

Recozimento Consiste em aquecer o metal at a temperatura crtica e resfriar lentamente (dentro do forno).

Objetivos: diminuir a dureza e melhorar Objetivos: diminuir a dureza e melhorar a ductilidade dos aos (para usinagem, corte, estampagem, etc), remover gases dissolvidos, homogeneizar a estrutura dos gros, entre outros.

RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO Objetivo Objetivo Amolecer o ao Regenerar sua microestrutura apagando tratamentos

trmicos anteriores

TemperaturaTemperatura TemperaturaTemperatura Hipoeutetides e eutetides : 50o C acima do limite

superior da zona crtica Hipereutetides: 50o C acima do limite inferior da

zona crtica

ResfriamentoResfriamento Lento (ao ar ou ao forno)

RECOZIMENTO TOTAL OU PLENORECOZIMENTO TOTAL OU PLENO

Constituintes microestruturais Constituintes microestruturais resultantesresultantes

HipoeutetideHipoeutetide ferrita + perlita grosseiraferrita + perlita grosseiraHipoeutetideHipoeutetide ferrita + perlita grosseiraferrita + perlita grosseiraEutetide Eutetide perlita grosseiraperlita grosseiraHipereutetideHipereutetide cementita + perlita grosseiracementita + perlita grosseira* * A pelita grosseira ideal para melhorar a usinabilidade dos aos baixo e mdio carbono

* Para melhorar a usinabilidade dos aos alto carbono recomenda-se a esferoidizao

Ferrite (white) and pearlite in a hot-rolled Fe 0.2% C binary alloy. Picral etch. Magnification bar is 20 m in length.

Coarse lamellar pearlite in a hot-rolled Fe 0.8% C binary alloy. Picral etch. Magnification bar is 20 m in length.

Intergranular proeutectoid cementite and pearlite in a hot-rolled Fe 1.0% C binary alloy. Picral etch. Magnification bar is 20 m in length.

Coarse intergranular proeutectoid cementite (white, outlined) and pearlite in a hot-rolled Fe 1.2% C binary alloy. Picral etch. Magnification bar is 20 m in length.

Esferoidizao (Coalescimento) A esferoidizao um processo normalmente usado

com aos hipereutetides. Nesses aos, a perlita envolvida por uma rede de cementita que dificulta trabalhos de usinagem e outros processos de fabricao.

O tratamento consiste em aquecer, manter por um longo tempo a pea em temperatura um pouco abaixo da formao da austenita e resfriar (exemplo: abcd da Figura). Tambm possvel alternar temperaturas da formao da austenita e resfriar (exemplo: abcd da Figura). Tambm possvel alternar temperaturas abaixo e acima, como ab123d da figura.

ESFEROIDIZAO OU ESFEROIDIZAO OU COALESCIMENTOCOALESCIMENTO

Objetivo:Produo de uma estrutura globular ou esferoidal de carbonetos no aocarbonetos no ao

melhora a usinabilidade, especialmente dos aos alto carbono facilita a deformao a frio

Spheroidize annealed microstructure of type W1 carbon tool steel (Fe - 1.05% C 0.25% Mn 0.2% Si) etched with Berahas sodium molybdate reagent which colored both the cementite particles (brownish red) and the ferrite matrix. Original at 1000X.

Normalizao O ao aquecido at a temperatura de austenitizao

e resfriado ao ar. Objetivos: refinar o tamanho de gro (normalizar),

aumentar a resistncia mecnica do ao (em relao ao ao recozido) e reduzir segregaes resultantes de vazamento ou forjamento, de modo a obter uma estrutura mais uniforme.

NORMALIZAO TemperaturaHipoeutetide e eutetide 30o C acima do recozimento

plenoHipereutetide 50o C acima do limite superior da zona

crticacrtica

*No h formao de um invlucro de carbonetos frgeis devido a velocidade de refriamento ser maior

ResfriamentoAo ar (calmo ou forado)

NORMALIZAONORMALIZAO Constituintes Estruturais Constituintes Estruturais resultantesresultantes

HipoeutetideHipoeutetide ferrita + perlita finaferrita + perlita finaHipoeutetideHipoeutetide ferrita + perlita finaferrita + perlita finaEutetide Eutetide perlita finaperlita finaHipereutetideHipereutetide cementita + perlita fina cementita + perlita fina

* Em relao ao recozimento a microestrutura * Em relao ao recozimento a microestrutura mais fina, apresenta menor quantidade e melhor mais fina, apresenta menor quantidade e melhor distribuio de carbonetosdistribuio de carbonetos

As-Rolled 1040 Carbon steel (Fe 0.4% C 0.75% Mn) etched sequentially with 4% picral and 2% nital revealing a fine structure of approximately half ferrite and half pearlite. Originals at 200X (left) and 500X (right). The fine grain size is due to proper control of the

finishing temperature (temperature of bars at the last mill stand).

Normalized (871 C, 1600 F for 1 hour, air cool) 1040 carbon steel (Fe 0.4% C 0.75% Mn) etched sequentially with 4% picral and 2% nital revealing a fine structure of

approximately half ferrite and half pearlite. Originals at 200X (left) and 500X (right). The structure is slightly finer than the as-rolled structure.

Microstructure of hot-rolled eutectoid Fe 0.80% C 0.21% Mn 0.22% Sirevealing a pearlitic structure where some of the lamellae are resolvable at the

original magnification of 1000X. Etched with 2% nital.

Fine pearlitic structure in normalized (780 C, 1436 F 1 h, air cool) 1080 steel (Fe 0.8% C 0.75% Mn) etched with 4% picral. Some of the lamellae are resolvable.

Original at 1000X.

(a) Dureza em funo da concentrao de carbono nos aos com perlita fina e grosseira, e esferoidita. (b) Ductilidade em funo da concentrao de carbono para aos carbono com microestrura de perlita fina e grosseira, e esferoidita

+ Fe3C

+ Fe3C

Recristalizao

+ + Fe3C

TRANSFORMAES MULTIFSICASAs condies de equilbrio caracterizadas pelo

diagrama de fases ocorrem apenas quando o resfriamento dado em taxas extremamente lentas, o que para fins prticos invivel.

Um resfriamento fora do equilbrio pode ocasionar: Ocorrncias de fases ou transformaes em

temperaturas diferentes daquela prevista no diagrama

Existncia a temperatura ambiente de fases que no aparecem no diagrama

CURVAS TTT

As curvas TTT estabelecem relaes entre a temperatura em que ocorre a transformao da austenita e a estrutura e propriedades das fases estrutura e propriedades das fases produzidas com o tempo.

As transformaes se processam temperatura constante

CURVAS TTT

incio finalincio final

TRANSFORMAES ISOTRMICASDiagrama de Transformao Isotrmica para uma liga Fe-C de composio Eutetide

A transformao de austenita em perlita ocorre apenas se a liga for perlita ocorre apenas se a liga for super resfriada at abaixo da temperatura do eutetide

esquerda da curva do incio de transformao apenas austenita estar presente, enquanto que a direita da curva do trmino de transformao apenas existir perlita. Entre as duas curvas ambos esto presentes

TRANSFORMAES ISOTRMICAS A transformao

isotrmica realizada a temperaturas imediatamente abaixo da temperatura do eutetide produz uma perlita grosseira , enquanto que uma transformao a uma temperatura em torno de 540o C produz perlita fina

TRANSFORMAO ISOTRMICA DE LIGA FE-C

PERLITA FINA E GROSSEIRA

Fotomicrografias de (a) perlita grosseira (b) perlita fina

temperatura em torno temperatura em torno de 540C produzido uma perlita mais fina, pois com a diminuio da temperatura, a taxa de difuso do carbono diminui, e as camadas se tornam progressivamente mais finas

BAINITA medida que a temperatura

de transformao reduzida aps a formao de perlita fina, um novo microconstituinte formado: a bainita

Como ocorre na perlita (lamelas) a microestrutura da bainita consiste nas fases

Perlita

da bainita consiste nas fases ferrita e cementita, mas os arranjos so diferentes (agulhas ou placas de cementita bem mais fina !)

No diagrama de transformao isotrmica a bainita se forma abaixo do joelho enquanto a perlita se forma acima

Bainita

BAINITA Para temperaturas entre 300C e

540C a bainita se forma como uma srie de agulhas de ferrita separadas por partculas alongadas de cementita (bainitasuperior)

Para temperaturas entre 200C e 300C a ferrita encontra-se em 300C a ferrita encontra-se em placas e partculas finas de cementita se formam no interior dessas placas (bainita inferior)

A fotomicrografia (a) apresenta uma estrutura baintica superior com finssimas agulhas de ferrita e (b) apresenta uma estrutura baintica infeior com partculas de cementita formadas no interior das placas de ferrita

Gro baintico


Bainita superior


Bainita inferior

MARTENSITA

- A martensita se forma quando o resfriamento for rpido o suficiente de forma a evitar a difuso do carbono, ficando o mesmo retido em soluo. Como conseqncia disso,

AUSTENITA

Como conseqncia disso, ocorre a transformao polimrfica mostrada ao lado.

- Como a martensita no envolve difuso, a sua formao ocorre instantaneamente (independente do tempo).

MARTENSITA

TRANSFORMAO ALOTRPICA COM

AUMENTO DE VOLUME, que leva concentrao de tenses

MARTENSITA Sendo uma fase fora de equilbrio, a martensita no

aparece no diagrama de fases ferro carbeto de ferro

uma soluo slida supersatura de carbono (no se forma por difuso), todo o carbono permanece intersticial, podendo transformar-se em outras intersticial, podendo transformar-se em outras estruturas por difuso quando aquecida

dura e frgil, por isso sempre necessrio um tratamento de revenimento aps a formao de martensita

Duas microestruturas so encontradas; em ripas e lenticular

Temperatura e Morfologias de Transformao Martenstica

CURVA TTT PARA AO EUTETIDE O incio da transformao

martenstica est representado por uma linha horizontal designada por M(start).Duas outras linhas horizontais e tracejadas representadas por M(50%) e M(90%) indicam os M(90%) indicam os percentuais da transformao de austenita em martensita

As temperaturas nas quais esto localizadas variam de acordo com o material, mas so relativamente baixas, pois a difuso de carbono deve ser inexistente

RESFRIAMENTO CONTNUO A maioria dos tratamentos

trmicos para os aos envolve o resfriamento contnuo de uma amostra at a temperatura ambiente

Um diagrama de transformao isotrmica s vlido para temperatura constante e tal temperatura constante e tal diagrama deve ser modificado para transformas com mudanas constantes de temperaturas

No resfriamento contnuo o tempo exigido para que uma reao tenha seu incio e o seu trmino retardado e as curvas so deslocadas para tempos mais longos e temperaturas menores

RESFRIAMENTO CONTNUO A transformao tem incio aps um

perodo de tempo que corresponde interseco da curva de resfriamento com a curva de incio da reao, e termina com o cruzamento da curva com o trmino da transformaoda transformao

Normalmente, no ir se formar bainita para aos ferro-carbono resfriados continuamente, pois toda a austenita se transformar em perlita

Para qualquer curva de resfriamento que passe por AB a austenita no reagida transforma-se em martensita

RESFRIAMENTO CONTNUO Para o resfriamento contnuo

de uma liga de ao existe uma taxa de tmpera crtica que representa a taxa mnima de tmpera para se produzir uma estrutura totalmente martensticamartenstica

Para taxas de resfriamento superiores crtica existir apenas martensita. Alm disso existir uma faixa de taxas em que perlita e martensita so produzidos e finalmente uma estrutura totalmente perltica se desenvolve para baixas taxas de resfriamento

RESFRIAMENTO CONTNUO

A (FORNO)= Perlita grossaB (AR)= Perlita + fina (+

dura que a anterior)dura que a anterior)C(AR SOPRADO)= Perlita +

fina que a anteriorD (LEO)= Perlita +

martensitaE (GUA)= Martensita

Revenimento Tratamento trmico

realizado em baixa temperatura (abaixo da T eutetide), usado para reduzir a usado para reduzir a dureza da martensita, permitindo que ela se decomponha em fases de equilbrio.

Alteraes na microestrutura da martensita aps o revenido

A martensita uma estrutura metaestvel e se decompe com o reaquecimento atravs de processos de difuso.

Onde a martensita TCC monofsica, que est supersaturada em carbono se transforma em martensita revenida, composta por ferrita e cementita

A microestrutura da martensita revenida consiste em partculas de cementita extremamente pequenas e uniformemente distribudas

MARTENSITA REVENIDA No estado temperado, a martensita, alm de

ser mais dura, to frgil que no pode ser utilizada para a maioria das aplicaes

As tenses internas que possam ter sido introduzidas durante a tmpera tem um efeito de enfraquecimento

A ductilidade e a tenacidade podem ser aprimoradas e as tenses internas aprimoradas e as tenses internas aliviadas atravs um tratamento de revenimento

O revenido conseguido atravs do aquecimento de um ao martenstico at uma temperatura abaixo do eutetide durante um intervalo de tempo especfico

Esse tratamento, permite atravs de processos de difuso do carbono a formao de martensita revenida ( = Ferrita + Cementita Fe3C !)

RESUMO DAS TRANSFORMAES

AUSTENITA

PerlitaBainita Martensita

Resf. lento Resf. moderadoResf. Rpido(Tmpera)

Perlita( + Fe3C) + a fase

preutetide

Bainita

( + Fe3C)

Martensita

(fase tetragonal)

Martensita Revenida

( + Fe3C)Ferrita ou cementita

reaquecimento

PROPRIEDADES MECNICAS A cementita mais dura, porm

mais frgil do que a ferrita.Dessa forma aumentando a frao de Fe3C ir resultar em um material mais duro e mais resistente.

A espessura da camada de cada fase tambm influencia. A perlita fina mais dura e mais resistente fina mais dura e mais resistente que a perlita grosseira.A perlita fina possui maior restrio ao movimento de discordncias e um maior reforo de cementita na perlita, devido maior rea de contornos de fases

Na esferoidita existe uma menor rea de contornos e menor restrio de discordncias, portanto menos dura e menos resistente

PROPRIEDADES MECNICAS Uma vez que a cementita mais

frgil, o aumento do seu teor resultar em uma diminuio de ductilidade

A perlita grosseira mais dctil que a perlita fina, pois existe uma que a perlita fina, pois existe uma maior restrio deformao plstica na perlita fina

A esferoidita extremamente dctil, muito mais do que a perlita fina e perlita grosseira. Alm disso so extremamente tenazes, pois qualquer trinca encontra uma pequena de partculas frgeis de cementita

PROPRIEDADES MECNICAS A martensita mais dura, mais

resistente e mais frgil. A sua dureza depende do teor de carbono para aos com at aproximadamente 0,6% de C

Essas propriedades so atribudas aos tomos de carbono intersticiais que restringem o movimento de discordncias

A martensita revenida possui partculas de cementita extremamente pequenas, o que lhe d uma melhor ductilidade e tenacidade

A diminuio da dureza com o aumento da temperatura devida essencialmente difuso dos tomos de carbono dos seus locais intersticiais (com tenses elevadas) para formarem precipitados de uma segunda fase o carboneto de ferro. Ou seja aumentando a temperatura se acelera a difuso, a taxa de crescimento da cementita aumenta e consequentemente a taxa de amolecimento.

Efeito da Temperatura de Revenido

Propriedades Mecnicas do Revenido

Aos com determinadas porcentagens de carbono e elementos de liga podem apresentar aps a tmpera uma austenita residual que no se transformou

No tratamento de revenido a austenita retida se transforma em outros constituintes, apresentando assim um aumento significativo de dureza (dureza secundria)

No caso da liga representada pela curva 1 esse aumento de dureza ocorre entre 350o C e 550o C

As curvas 2 e 3 representam a mesma liga e pode-se observar que quanto maior a temperatura de austenitizao, maior o aumento de dureza por apresentar mais austenita retida

de dureza (dureza secundria)

tratamentos térmicos

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