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Finalidade dos tratamentos térmicos:ajuste das propriedades mecânicas através de

alterações da microestrutura do material.

Tratamentos Térmicos [7]

1>

aquecimento

etapas encharque

resfriamento

Tratamentos térmicos

alívio de tensõescontrole da dureza e resistência mecânicausinabilidaderesistência à corrosão

“gargalo”na

produçãoindustrial

Tecnologia para geração de calor:

Tratamentos Térmicos

2>

batelada

Fornos

contínuo

forno para temperatura máxima de1100oC, com 6m Largura x 6m Alturax 12m Comprimento forno elétrico para

pequenas peças

forno elétrico para temperaturamáxima de 1100oC, com 300mmLargura x 100mm Alturax 2250mm Comprimento

Tecnologia para geração de calor:


3>

batelada

Fornos

contínuo

energia (elétrica / gás / óleo combustível / carvão)

troca de calor (condução / convecção / radiação)

isolamento térmico / refratários

atmosfera (redutora / oxidante / inerte / vácuo)

Tecnologia para controle de temperatura:


4>

SENSORES DE TEMPERATURA

termômetros de bulbo (baixas temperaturas)

junções bimetálicas (baixas temperaturas)

termopares (baixo custo e alta versatilidade)

pirômetros óticos (altas temperaturas)

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 160005

10152025303540455055

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

S K J T

f.e.m

. [m

V]

temperatura [oC]



5>

TERMOPARES – 2 diferentes ligas metálicas definem afaixa de temperatura onde o sensor é aplicado.

Tipo:

S – Pt / Pt-RhK – cromel (Ni-Cr)

/ alumel (Ni-Al)J – Fe/constantan

(Cu-Ni)T – Cu/constantan

(Cu-Ni)



6>

TERMOPARES – saída de sinal elétrico permite controlede potência de fornos elétricos.

T T

t t

controlador liga-desliga controlador PID

Atmosfera do forno:gases podem reagir quimicamente com a superfície da peça


7>

Oxidação do ferro em atmosfera CO-CO2

Natureza:inerteredutoraoxidante

N2 (asfixiante) inerteH2 (inflamável, asfixiante) redutorCO (inflamável, tóxico) redutor / carbonetadorCO2 (tóxico, asfixiante) oxidante / descarbonetadorCH4 (inflamável, asfixiante nitretador

descarbonetação:(C) + CO2 → 2 CO

oxidação:Fe + CO2 → FeO + CO

3FeO + CO2 → Fe3O4 + CO

Parâmetros de controle nos tratamentos térmicos:


8>Aquecimento Encharque Resfriamento

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

te

mpe

ratu

ra

tempo

A1

A3

γ

α + γ

α + C

Tratamentos de recozimento:


9>

• Recozimento pleno• Normalização• Homogeneização

Recozimento supercrítico

Recozimento intercrítico

Recozimento subcrítico

• Estrutura duplex

• Esferoidização• Alívio de tensões

A1

A3

Recozimento pleno:


10>Diagrama de equilíbrio Fe-C (detalhe)

Procedimento:

• Aquecimento hipoeutetóide: A3 + 50°Chipereutetóide: A1 + 50°C

• Encharque pelo tempo necessário (1 hora / pol.)

• Resfriamento bem lento(forno desligado, p. ex.)

Resultado do recozimento pleno:


11>Aço 1040 recozido. Nital.20 μm

açoencruado

parcialmenterecristalizado

completamenterecristalizado

20 μm

Normalização:



Procedimento:

• Aquecimento:hipoeutetóide: T > A3 + 50°Chipereutetóide: T > Acm + 50°C


• Resfriamento lento(ao ar tranquilo, p. ex.)

Resultado da normalização:


13>15 μm

aço baixo carbonoapós normalização

• Eliminação da microestrutura resultantede tratamentos térmicos anteriores.

• Refinamento da microestrutura.

• Homogeneização da microestrutura.

• Preparação para o beneficiamento.

Homogeneização:



Procedimento:

• Aquecimento:usualmente superior a 1000°C(depende da composição)


• Resfriamento depende dotipo de processamento

Tratamentos para beneficiamento dos aços:


15>

Têmpera: aumento de resistência mecânica e durezados aços causado pela formação da martensita, um microconstituinte que usual-mente apresenta um comportamento frágil.

Revenido: tratamento subsequente à têmpera, cuja principal finalidade é o ajuste das proprieda-des mecânicas (especialmente a tenacidade).

Resfriamento dos aços após austenitização:


Diagrama deresfriamentocontínuo doaço Cr-MoABNT 4140

16>

Influência da composição química:


17>

)Mn(%3,24)Si(%225)C(%353521)C(M os −−−=

)Mo(%8,25)Cr(%7,17)Ni(%4,27 −−−

50Ni

10Cr

5Mo

5MnCCE ++++=

elementos de ligas aumentam a temperabilidade e promovem endurecimento por solução sólida

carbono equivalente (CE): aços com CE < 0,5 resistemmais ao trincamento provocado pela têmpera.

Ensaio de temperabilidade (Jominy):


18>

cilindros padronizados (φ 1” x 4”)são resfriados por uma das

extremidades e medidas de durezana direção axial são realizadas

O elemento carbono:


19>

carbono abaixamento da temperatura Ms

O elemento carbono:


20>

carbono alteração dos parâmetros de rede

)C(%044,0548,3)A(ao

o ⋅+=

Austenita (CFC):

)C(%013,0861,2)A(ao

⋅−=

)C(%116,0861,2)A(co

⋅+=

Martensita (TCC):

resultado: ΔV ~ + 4%

trincas

O elemento carbono:


21>

carbono alteração da dureza da martensita

Os tratamentos de beneficiamentosomente são eficazes em açoscom teor de carbono superior a

0,25% peso.

O revenido: ajuste das propriedades mecânicas apósa têmpera do aço.


22>

Etapa 1 (< 250°C): precipitaçãodo carboneto ε (HC, metaestável)

Etapa 2 (200 a 300°C): decomposição da austenita retida

Etapa 3 (200 a 350°C): substituição do carboneto ε pelacementita e redução da distorçãodo reticulado TCC;

Etapa 4 (> 350°C): coalescimento e esferoidizaçãoda cementita e recristalização da ferrita CCC;


Bibliografia:

Chiaverini, V. Aços e Ferros Fundidos. ABM, São Paulo, 5a. ed., 1987, pp. 75-81.

Van Vlack, L. H. Princípios de Ciência dos Materiais. Ed. Edgard Blucher, São Paulo, 1970, pp. 300-303.

Chiaverini, V. Tecnologia Mecânica. McGraw-Hill, São Paulo, 2a. ed., 1986, pp. 240-244.

American Society for Metals. ASM Handbook, Vol. 4: HeatTreating. 10th ed., 1991.

23

Notas de aula preparadas pelo Prof. Juno Gallego para a disciplina Lab. Materiais de Construção Mecânica I.® 2015. Permitida a impressão e divulgação. http://www.feis.unesp.br/#!/departamentos/engenharia-mecanica/grupos/maprotec/educacional/

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