Tratamentos Térmicos nos Aços

Prof.KalilIT_139

Metal

“Uma substância química elementar opaca, lustrosa, boa condutora de calor e de eletricidade e boa refletora de luz,

quando conveniente polida” O metal mais empregado é ainda o

ferro Outros importantes: alumínio,

cobre, chumbo, zinco, estanho, níquel e magnésio.

Ocorrência dos Metais Alguns são encontrados no estado

nativo (quase puro): ouro e platina Na maioria das vezes, combinados

com outros elementos (minerais): hematita, calcita etc..

“Minério”: minerais que se podem extrair os metais (jazidas)

Estrutura Cristalina dos Metais

Os metais, ao se soli-dificarem, “cristalizam” (átomos em posições definidas e ordenadas)

Reticulado Cristalino formam as células unitárias

Grão – conjunto de células unitárias

Principais Reticulados Cristalinos

cúbico centrado(9 átomos): ferro alfa, cromo, etc …

cúbico de face cen-trada(14 átomos): ferro gama, alumínio, cobre, …

Hexagonal compacto: zinco, magnésio, …

Alotropia Propriedade que certos metais

apresen-tam de possuírem reticulados cristalinos diferentes.

Exemplo: Ferro alfa – CC à temperatura

ambiente Ferro gama – CFC à T > 912 oC Diamante e Grafite

Alotropia São alterações da estrutura cristalina

dependendo da faixa de temperatura em que se encontram os metais.

Ferro alfa, gama e beta são formas alotrópicas diferentes, no qual apresentam estruturas cristalinas e propriedades físicas diferentes, porém o número de átomos da mesma massa não varia

Alotropia A disposição alotrópica dos aços

(liga ferro-carbono) nos tratamentos térmicos, faz com que o ferro alfa solubiliza menor quantidades de carbono (até 0,02% C) e o ferro gama dissolve maiores percentuais (até 2,11%), isto altera as propriedades físicas dos aços para uma mesma composição química.

Ligas Metálicas“Substâncias que consistem em misturas

íntimas de dois ou mais elementos químicos, dos quais pelo menos um é

metal, e possuindo propriedades metálicas”

Elementos estranhos são intencional-mente adicionados a um metal, com a finalidade de melhorar as propriedades usuais ou obter certas propriedades específicas

Diagrama de equilíbrio Fe-CFe3C, Fe e grafita (carbono na forma lamelar)

Ligas de aços – 0 a 2,11 % de C

Ligas de Ferros Fundidos – acima de 2,11% a 6,7% de C

Ferro alfa – dissolve até 0,02% C

Ferro gama – dissolve ate 2,11 % C

Diagrama de equilíbrio Fe-C

Ponto S : eutetóide - Aço Ponto C: eutético – ferro

fundido Aço hipoeutetóide 0,008 -

0,77 C Aço hipereutetóide 0,77 -

2,11 Fe Fundido hipoeutético

2,11-4,3 Fe Fundido hipereutético >

4,3 Ferrita: ferro comercialmente

puro (C < 0,008%), pouco resistente, mole e dúctil – ferro alfa

Fe3C carboneto de ferro - 6,7% C (cementita)

Diagrama de equilíbrio Fe-CFe3C, Fe e grafita (carbono na forma lamelar)

Austenita: solução sólida de C no F gama . Boa resistência e apreciável tenacidade, não magnético

Cementita: Carbono na

forma Fe3C (carboneto de ferro, 6,7% de C). Muito duro, porém frágil. Finas laminas.

Ferrita: Ferro praticamente puro. Baixa dureza e resistência a tração, elevada dutilidade e resistente ao impacto (Ferro alfa).

Diagrama de equilíbrio Fe-C

Perlita: 88% ferrita (ferro alfa) + 12% cementita (Fe3C). Forma lamelar. Propriedades intermediárias

Depende da liga e do tempo de resfriamento

Exemplo de resfriamento lento de um aço a 0,35%(hipoeutetoide) e 1,4% de C (hipereutetóde).

Exemplo de um ferro fundido a 2,7% de C (hipoeutetoide)

Diagrama de equilíbrio Fe-C Em resumo, a austenita (Ferro gama) existente

acima da linha A1 pode se transformar em:ferrita + perlita (ferrita +cementita)somente perlitaperlita + cementitaLedeburita (glóbulos de perlita c/ fundo de

cementita) Isto ocorre se houver tempo suficiente para

permitir o equilíbrio Devido a isto os metais tem suas propriedades

modificadas

Representação dos aços abaixo da temperatura de transformação resfriado lentamente

Representação dos Ferro Fundido abaixo da temperatura de transformação resfriado lentamente

Branco – apresenta o carbono quase que inteiramente ligado – fratura branca

Cinzento – mais que 2% C – formação de arbono livre – grafita- fratura escura

Tratamentos Térmicos

Velocidades de aquecimento e principalmente resfriamento provoca alterações nas transformações alotrópicas (ferro gama –ferro alfa)

Altera propriedades mecânicas dos metais.

Tratamentos térmicos é o processo que eleva-se a temperatura até a sua transformação e controla-se a velocidade de seu resfriamento para obter características desejadas.

O diagrama chamada Curva TTT (tempo – temperatura – transformação) possibilita o controle das transformações.

Diagrama de equilíbrio Fe-Caço eutetóide- Tempo de resfriamento

Tempo de esfriamento lento:Austenita(Fe gama) perlita(Fe alfa + Fe3C)

Tempo de esfriamento mais rápido:Austenita martensita(solução sólida de ferro

alfa supersaturada de carbono, estrutura +dura e frágil dos aços) + perlita

Tempo de esfriamento rápido Austenita martensita

Curvas TTT

Diagrama de transformação isotérmica ou Curva TTT de um aço eutetóide e estruturas resultantes

Curvas TTT Utilizados para o estudo dos

tratamento térmicos

Tratamentos Térmicos Normais: quando ocorre

apenas mudança estrutural (têmpera, revenido, recozimento e normalização)

Termoquímicos: quando ocorre mudança na composição química (cementação e nitretação)

Recozimento Objetiva remover

tensões (devidas aos processos de fundição e conformação mecânica a quente ou a frio), diminuir a dureza, melhorar a ductilidade e ajustar o tamanho de grãos.

Resfriamento mais lento

Recozimento Trabalho de

deformação a frio => encruamento (deformação plástica)

Recristalização por recozimento - restaura a estrutura quando submetida a encruamento.

Recozimento Etapas:

Recuperação Recristalização (alívio de

tensões)

Aumento do tamanho do grão

Normalização Mesmos objetivos e

procedimentos do recozimento, porém com resfriamento menos lento => me-lhores propriedades mecânicas (estru-tura com granulação mais fina)

Têmpera Resfriamento

rápido objetivando o aumento da dureza (martensita), da resistência ao desgaste, da resis-tência a tração e diminuição da ductilidade

Revenido Aplicados nos

aços temperados, imediatamente após a têmpera

Objetivando corrigir o excesso de têmpera

Cementação Enriquecimento

superficial de carbono, em aços de baixo carbono

Peça deve ser posteriormente temperada

A profundidade de cementação depen-de da temperatura, do tempo à tempe-ratura e da concen-tração de carbono.

Nitretação O endurecimento superficial é

obtido pela ação do nitrogênio Não há necessidade de têmpera

A Figura mostra a microestrutura visualizada no microscópio. As áreas brancas são de ferrita e as áreas escuras são de perlita, cuja estrutura lamelar não é evidenciada por se tratar de ampliação relativamente pequena.

Aço ABNT 1045 – Aspecto micrográfico de um aço hipoeutetóide. Ampliação: 400 vezes

A Figura mostra o aspecto micrográfico do aço hipoeutetóide temperado. As partes mais escuras são os veios da martensita em forma de agulha.

Aço ABNT 1045 – Têmpera

Figura mostra o aspecto micrográfico do aço hipoeutetóide temperado e revenido a 300ºC

Aço ABNT 1045 – Revenido a 300° C

Aço ABNT 1045 – Revenido a 300, 450, 600 e 700 °C

Materiais de construção de máquinas Ensaio de tração e tratamentos térmicos

Tensão

Temperado

Revenido

Recozido

Deformação

Bibliografia Transparências montadas com base no livro: Tecnologia Mecânica, Vol. 1, 2 e 3. Vicente

Chiaverini. McGraw-Hill. 1977. Favorato, B. et al., Ensaios de tratamentos

térmicos em amostras de aço ABNT 1045, Revista Educação e Tecnologia, 2006