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Tratamentos Térmicos
  das Ligas Ferrosas

Isoflama Indústria e Comércio de Equipamentos Ltda

Apresentação: João Carmo Vendramim, Eng.MSc
O que é Aço?

  “É uma liga ferrosa passível de deformação
  plástica que, em geral, apresenta teor de
  carbono entre 0,008% e 2,0% na sua forma
  combinada e, ou, dissolvida e que pode
  conter elementos de liga adicionados, ou
  residuais”
  NBR 6215, outubro de 1985




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Fluxo de Produção do Aço
                                                                                                                                      FORNO-PANELA
                                                                                                                                      AQUECIMENTO
                                                                                                                                      E AJUSTE
                                                                                     GUSA     OXIGÊNIO
                                       O2 (OXIGÊNIO)                                                      SUCATA
CARVÃO                                                                                                                             R.H.
                                                                                                                                   DESGASEIFICAÇÃO
                   COQUERIA                                                                                                        à VÁCUO
                                                                                                               PANELA
                                                                                                               DE AÇO
                                    COQUE                                                                                          E.B.A.
                                                                                                               LÍQUIDO
MINÉRIO                                                                                                                            BORBULHAMENTO
  DE                                                                                         CONVERSOR                             DE ARGÔNIO
FERRO          SINTERIZAÇÃO         SINTER                ALTO-FORNO




                                                        BQ
                              BQA

                                            (LA)
                                       LAMINADOR DE
                                                                             (LTQ)                       FORNO DE REAQUECIMENTO
                                       ACABAMENTO
                                                                      LAMINADOR DE TIRAS A
     (TQ) LINHA DE TESOURAS A                                               QUENTE
              QUENTE

                                                                                                             PLACAS            MÁQUINA DE LINGOTAMENTO
                                                                                                                                      CONTÍNUO
   CFQ/CFQA
                                                                                            (LCG)
                                      DECAPAGEM                                         LAMINADOR DE
                                                                                           CHAPAS
                                                                 DESEMPENADEIRA           GROSSAS
                                                                    A QUENTE
                                BQD                                                                          TRATAMENTO TÉRMICO:
        (LTF)                                                                                                   NORMALIZAÇÃO
   LAMINADOR DE
    TIRAS A FRIO                                                                               CG
                                CFQD                                                                                                           ULTRA-SOM
                                                               LINHA DE TESOURAS


                                        LA LAMINADOR DE
                                         ENCRUAMENTO                                                           TRATAMENTO TÉRMICO:
                                                                                                              TÊMPERA / REVENIMENTO
                                                  LINHA DE INSPEÇÃO             BF
                                                                                                 LINHA DE TESOURAS
     RECOZIMENTO                                                                                                                            CFF



  A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
O Ferro, a Liga Ferrosa: Conceitos Básicos

     Ferro: não tem aplicação industrial
      importante. Substância Pura

     Liga Ferrosa: intensa e ampla aplicação
      industrial. Material base da “revolução
      industrial no século XIX”. Solução sólida
      (composto de vários elementos químicos, tendo
      o Ferro como principal elemento)


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Constituição de uma liga
     A constituição de uma liga é descrita por três parâmetros:

     Fases presentes
     Composição de cada fase
     Proporção de cada fase

  As propriedades mecânicas dependem da constituição da microestrutura.
  Outros fatores de importância nas propriedades:




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Microestrutura
     As propriedades mecânicas de uma liga dependem fundamentalmente da
      microestrutura

     Nas ligas metálicas – caso especial a do aço – a microestrutura está
      definida pelo número de fases presentes, as proporções e o modo pela qual
      estão distribuídas e organizadas

     A microestrutura depende de:

     Composição química (componentes presentes)
     Concentração no sistema
     Tratamento térmico aplicado




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Soluto, Solução, Fase – Conceitos Básicos
     Denomina-se “Fase” à mistura, totalmente uniforme, não apenas quanto à
      composição química, mas também quanto ao estado físico. Fase
      Homogênea diz respeito a um sistema que tenha apenas uma fase, por
      exemplo “um volume de ar”, “um bloco de gelo”. Sistemas compostos de
      uma, ou mais, fases são denominados Heterogêneos, por exemplo “água e
      gelo moído”.


     Solução: trata-se de uma mistura homogênea de espécies química
      microscopicamente dispersas. Por conveniência, a espécie química presente
      em maior quantidade na solução é denominada de “Solvente”. A(s)
      outra(s), em menor quantidade, é (são) o “Soluto”. A priori, não há
      distinção fundamental entre um ou outro.

     Quando se combinam materiais diferentes, ou quando se adicionam
      elementos de liga a um metal, produzem-se Soluções. É importante o
      conhecimento da quantidade de material que se pode adicionar, sem que
      se produza uma segunda fase, ou ter dados sobre a solubilidade de um
      material no outro.
A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
A Natureza Cristalina dos Metais

     Amorfa
  Os átomos são arranjados de forma caótica.
  Por exemplo: Vidro


     Cristalina
  Os átomos são arranjados de forma ordenada.
  Por exemplo: Ferro; Alumínio; Cobre
  Obs.: Todos os metais, muitas cerâmicas e alguns polímeros formam
  estruturas cristalinas sob condições normais de solidificação


A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
A Natureza Cristalina dos Metais

     Nos materiais não-cristalinos ou amorfos não existe
      ordem de longo alcance na disposição dos átomos

     As propriedades dos materiais sólidos cristalinos
      dependem da estrutura cristalina, ou seja, da maneira
      na qual os átomos, moléculas ou íons estão
      espacialmente dispostos.

     Há um número grande de diferentes estruturas
      cristalinas, desde estruturas simples exibidas pelos
      metais até estruturas mais complexas exibidas pelos
      cerâmicos e polímeros
A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
A Natureza Cristalina dos Metais

     Célula Unitária

  Consiste num pequeno grupo de átomos que formam um
  modelo repetitivo ao longo da estrutura tridimensional
  (analogia com elos da corrente)

  A célula unitária é escolhida para representar a simetria da
  estrutura cristalina



A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
A Natureza Cristalina dos Metais

     A célula cristalina CCC – Cúbica de Corpo Centrado
      (Ferro Alfa)




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
A Natureza Cristalina dos Metais

     A célula cristalina CFC – Cúbico de Face Centrada (Ferro
      Gama)




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
A Natureza Cristalina dos Metais

     A célula cristalina HC – hexagonal compacta




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
A Natureza Cristalina dos Metais

     Polimofismo ou Alotropia

  Alguns metais e não-metais podem ter mais de uma
  estrutura cristalina dependendo da temperatura e pressão.
  Esse fenômeno é conhecido como polimorfismo.

  Geralmente as transformações polimorficas são
  acompanhadas de mudanças na densidade e mudanças
  de outras propriedades físicas.


A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
A Natureza Cristalina dos Metais

     Alotropia

  À existência, para um mesmo metal, de
  duas ou mais estruturas cristalinas estáveis,
  dependendo das condições de temperatura
  e pressão, denomina-se              Alotropia.


A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Alotropia do Ferro
     À existência, para um mesmo metal, de duas ou mais estruturas
     cristalinas estáveis, dependendo das condições de temperatura e
                      pressão, denomina-se Alotropia.
   2875 ºC                           Vapor

   1538 ºC                           Líquido

   1394ºC                          Ferro  CCC
    912ºC
                                    Ferro  CFC
    770ºC
                                Não magnético – ferro 
     25 ºC
                                   Ferromagnético
       Ferro  CCC

A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
A Natureza Cristalina dos Metais
    Alotropia do Ferro




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Efeito da Temperatura no parâmetro de
             reticulado do Ferro




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Mudança de volume devido a
           transformação estrutural




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Principais Fases do Aço

     Austenita




     Ferro Gama “γ” (CFC) –é a única fase que pode se transformar em
      outras fases no resfriamento. Estável a temperaturas elevadas, mas
      metaestável (pode se transformar em outras fases) a temperaturas baixas.
      Ela existe quando o aço é aquecido a temperaturas superiores a 910 ºC e é
      estável até resfriamento a 723 ºC. Austenita é uma fase “mole” e dúctil.


A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
As Principais Transformações a partir
                   da Austenita
     A transformação da Austenita em outro
      constituinte pode ocorrer por difusão,
      cisalhamento, ou uma mistura dos dois
      mecanismos:

   Ferrita, Cementita, Perlita
   Ferrita Acicular, Bainita
   Matranrtensita

A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
As Principais Transformações a partir
                   da Austenita
     Austenita     (acima de 723 ºC)

          Resfriamento             Resfriamento       Resfriamento
          Lento                    Moderado           Rápido


          Difusão                  Cisalhamento       Cisalhamento
                                   +
                                   Difusão




  Perlita + Ferrita        Bainita                Martensita
                          Ferrita Acicular
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Principais Fases do Aço
     Ferrita




     Fe Alfa “” (CCC) – é uma fase nucleada a partir do contorno de grão da
      austenita. Devido a baixa solubilidade do carbono na Ferrita (máximo 0,02
      a 723 ºC), o carbono é expulso da rede de austenita e se aglomera em
      carbonetos remanescentes separados da ferrita. Baixa dureza e dúctil.
     A Ferrita Acicular nucleia em inclusões não metálicas e cresce
      radialmente em forma de agulhas.


A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
CCC para CFC
  Transformação da Ferrita (CCC) em Austenita (CFC)




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Principais Fases do Aço

     Cementita




     Devido a Ferrita não ter espaço suficiente para manter o átomo de carbono,
      todo o carbono expulso da rede de austenita se precipita na forma de
      Carboneto de Ferro (Cementita) – Fe3C . Elevada dureza




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Principais Fases do Aço

     Perlita




     Perlita é uma combinação de plaquetas de Ferrita e Cementita. A Perlita se
      forma, predominantemente, nas regiões da célula com defeitos cristalinos,
      tais como contornos de grãos, carbonetos insolúveis, ou inclusões não-
      metálicas como os sulfetos.




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Principais Fases do Aço

     Martensita




     Martensita – forma-se no resfriamento no campo da Austenita do diagrama Fe-C.
      Ms – temperatura de início de transformação.
     Mf- temperatura final de transformação.
     Ms e Mf dependem do teor de carbono presente (Ms entre 200 a 350 ºC para
      maioria dos aços; e Mf variando entre abaixo de 0 a 200 ºC).
     O mecanismo de formação da martensita não é por difusão, mas por cisalhamento,
      ocorrendo distorção da rede cristalina e formando estrutura tetragonal de corpo
      centrado.

A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
A Martensita
                     A martensita é mais freqüentemente encontrada
                     em aços alto-carbono e ferros-carbono ligado.
                     Os cristais de martensita são formados em placas
                     lenticulares delgadas a placas vizinhas não estão
                     paralelas a cada uma.

                     Ripas de martensita são observadas em aços baixo
                     e médio carbono. Esses cristais são formados
                     como placas interconectadas e tendo a mesma
                     orientação.




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
A Martensita




  A martensita é extremamente dura, frágil, adquirindo dureza pela indução de
  elevada tensões na estrutura cristalina. A martensita pode ser revenida por
  tratamento térmico para reduzir tensões e dureza.
  À capacidade do aço em formar martensita, ou em adquirir dureza, é
  denominada de “Endurecibilidade”



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A Martensita
     A martensita é uma solução sólida supersaturada de carbono em ferro
      tetragonal de corpo centrado (TCC), ou seja uma forma distorcida do ferro
      cúbico de corpo centrado (CCC). Abaixo, martensita com estrutura de
      agulhas




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Diagrama de Fases Fe-C (Fe-Fe3C)




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Principais Informações do Diagrama Fe-C

 Temperatura
 abaixo da linha
 A1 em que
 nenhuma
 transformação
 ocorre (723 ºC)




                                                723 C
                             Ou linha crítica




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Principais Informações do Diagrama Fe-C

    Principais Informações do Diagrama de Equilíbrio

    Aço Hipoeutetóide: Solução sólida de Ferro com Carbono entre
     0,002 e 0,8%


    Aço Eutetóide:      Solução sólida de Ferro com 0,8% de Carbono


    Aço Hipereutetóide: Solução sólida de Ferro com Carbono
     entre 0,8% e 2,0%


    723 ºC: linha que sinaliza o limite da transformação de fase
     Austenita para as fases Perlita e Ferrita


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Principais Informações do Diagrama Fe-C

     Linhas de transformação para o aquecimento e resfriamento nas ligas Fe-C




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Principais Informações do Diagrama Fe-C

    Para aços Hipoeutetóides as temperaturas críticas A1 e A3 podem ser
     estimadas, em consideração aos elementos de liga, conforme as equações:




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Principais Informações do Diagrama Fe-C
    Temperaturas Críticas para alguns aços




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Principais Informações do Diagrama Fe-C




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Principais Informações do Diagrama Fe-C
    Fases no Aquecimento / Resfriamento do Aço Hipoeutetóide



 •   As quantidades de ferrita e perlita
     variam conforme a % de carbono
     e podem ser determinadas pela
     regra das alavancas

 •   Partes claras  pró-eutetóide ferrita




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Principais Informações do Diagrama Fe-C




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Principais Informações do Diagrama Fe-C
    Aquecimento / Resfriamento do Aço Eutetóide




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Principais Informações do Diagrama Fe-C
     Estrutura do aço Eutetóide (100% perlítico)




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Principais Informações do Diagrama Fe-C
    Aquecimento / Resfriamento do Aço Hipereutetóide




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Principais Informações do Diagrama Fe-C
    Estrutura típica de aço Hipereutetóide com 1,3%C




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O que é Tratamento Térmico?


  Operação ou conjunto de operações
  realizadas no estado sólido compreendendo
  o aquecimento, a permanência em
  determinadas temperaturas e resfriamento,
  realizados com a finalidade de conferir ao
  material determinadas características.
                                                         NBR 8653


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Tratamentos Térmicos

       Finalidade

       Alterar as microestruturas e como
       consequência as propriedades
       mecânicas, magnéticas e elétricas das
       ligas metálicas


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Tratamentos Térmicos
    Objetivos:
   -   Remover tensões internas
   -   Aumentar ou diminuir a dureza
   -   Modificar Propriedades Mecânicas, Elétricas e Magnéticas
   -   Aumentar / diminuir a ductilidade
   -   Aumentar / diminuir a tenacidade
   -   Melhorar a usinabilidade
   -   Reduzir / aumentar a resistência ao desgaste
   -   Melhorar a resistência à corrosão
   -   Melhorar a resistência ao calor




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Fatores de Influencia nos
        Tratamentos Térmicos

    Temperatura
    Tempo
    Velocidade de Resfriamento
    Atmosfera*


   *   para evitar a oxidação ou a perda de algum elemento químico
       (por ex: descarbonetação dos aços)


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Fatores de Influencia nos
            Tratamentos Térmicos
     Temperatura

      Velocidade (prevenção à trincas e
      introdução de tensões); Temperatura
      máxima de aquecimento (dependente do
      tipo de material e objetivo final do
      tratamento térmico, em termos de
      microestrutura e propriedades mecânicas).

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Fatores de Influencia nos
            Tratamentos Térmicos
     Tempo (à Temperatura)


       Quanto mais tempo à temperatura mais
      completa a dissolução de carbonetos de ferro
      e/ou outras fases presentes (elementos de liga)
      no ferro gama (austenita), contudo maior será o
      tamanho de grão




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Fatores de Influencia nos
            Tratamentos Térmicos
     Resfriamento


      Importante devido ditar as propriedades
      mecânicas finais desejadas. Deve ser
      considerado a Seção e a Forma da peça para
      reduzir efeitos como Deformação / Distorção, ou
      mesmo, Trincas.



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Fatores de Influencia nos
            Tratamentos Térmicos
     Atmosfera


      Muito importante para evitar a Oxidação /
      Descarbonetação; ou para introduzir
      átomos de Carbono e, ou, Nitrogênio
      (processos de Cementação / Nitretação)



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Fatores de Influencia nos
        Tratamentos Térmicos
      Tempo:
       O tempo de tratamento térmico depende das
       dimensões da peça e da microestrutura final desejada.
       Quanto maior o Tempo à Temperatura:

      Maior a segurança da completa dissolução das fases
       para posterior transformação no resfriamento
      Maior será o tamanho de grão (isto não é bom!)
      Tempos longos facilitam a oxidação se a atmosfera do
       forno de aquecimento não for protetora (vácuo, gás
       inerte, ou “redutora”)
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Fatores de Influencia nos
         Tratamentos Térmicos

       Temperatura:


        Depende do tipo de material e da
        transformação de fase ou microestrutura
        desejada



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Fatores de Influencia nos
        Tratamentos Térmicos

      Velocidade de Resfriamento


     Depende do tipo de material e da
     transformação de fase ou microestrutura
     desejada
   - Importante porque determina a microestrutura
     final



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Principais Meios de Resfriamento

    Ambiente do forno (+ brando)
    Ao Ar
    Banho de Sais ou Metal Fundido ( Pb)
    Óleo
    Soluções aquosas de NaOH, Na2CO3 ou
     NaCl (meios severos)
    Solução aquosa de Polímeros (severo)



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Como Escolher o Meio de
             Resfriamento ?
    É um compromisso entre:

 -   Obtenção das características finais desejadas
     (microestruturas e propriedades),
 -   Não desenvolver fissuras / trincas
 -   Mínimo empenamento
 -   Mínima geração de concentração de tensões


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Curvas TTT – Transformação Tempo
                 Temperatura

     As curvas do Diagrama de Fases – Fe-C (ou Fe-Fe3C) – não
      mostram as fases que estão presentes com diferentes taxas de
      resfriamento.
     As curvas do diagrama “TTT” mostram qual o efeito das diferentes
      taxas de resfriamento que podem formar fases desde a fase
      austenita.
     As curvas de resfriamento no diagrama TTT podem correlacionar
      temperatura, tempo, espessura e respectiva dureza da fase
      resultante
     As curvas TTT estabelecem a temperatura e o tempo em que ocorre
      uma determinada transformação e só tem validade para
      transformações a temperatura constante


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Curvas TTT – Transformação Tempo
                 Temperatura
  Definição de Curva TTT

     lugar geométrico dos pontos de Inicio e Fim de transformação
      austenítica do aço


  Pontos importantes da curva TTT

     “i” – Inicio de transformação
     “f” – Fim de transformação
     “Mi” – Início de transformação martensítica
     “Mf” – Fim de transformação martensítica


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Curvas TTT – Transformação Tempo
               Temperatura




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Curvas TTT – Transformação Tempo
               Temperatura




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Curvas TTT – Transformação Tempo
               Temperatura




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Curvas TTT – Transformação Tempo
               Temperatura




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Curvas TTT – Transformação Tempo
               Temperatura




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Curvas TTT – Transformação Tempo
               Temperatura

                                        A – (No forno) = Perlita Grossa
                                        B -(Ar) = Perlita fina
                                        C -(Ar soprado) = Perlita + fina

                                        D –(Óleo) = Perlita fina +
                                                     + Martensita
                                         E- (Água) = Martensita




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Curvas TTT – Transformação Tempo
               Temperatura




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Transformações

     http://www.matter.org.uk/steelmatter/met
      allurgy/7_1_2.html




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Fatores que influenciam a posição da
                   curva TTT
     Teor de Carbono
      Maior o teor em carbono mais a curva TTT está deslocada para a direita

     Composição química
      Quanto maior o teor e a quantidade em elementos de liga, mais numerosas
      e complexas são as reações no resfriamento. Todos os elementos de liga
      (exceto o Cobalto) deslocam as curvas para a direita, retardando as
      transformações, facilitando a formação da martensita. Em determinados
      aços pode-se obter martensita mesmo com resfriamento lento

     Tamanho de grão da austenita

     Efeito da seção da peça

     Velocidade de resfriamento

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Fatores que influenciam a posição da
                   curva TTT
     Efeito do Carbono nas temperaturas de início e fim da transformação
      austenítica




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Fatores que influenciam a posição da
                   curva TTT
     Tamanho de Grão:
      O aço com granulação grosseira apresenta, em geral, propriedades
      inferiores às do mesmo aço com granulação fina, à temperatura
      ambiente.
      O tamanho de grão é determinado por comparação direta ao
      microscópio.




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Curvas TRC

     Nos processos industriais a maioria das
      transformações ocorrem por resfriamento
      contínuo. A partir desse fato se
      desenvolveu as curvas TRC –
      Transformação por Resfriamento Contínuo




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Curvas TRC




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Curvas TRC para alguns Aços

     SAE 1060




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Curvas TRC para alguns Aços

     SAE 1090




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Curvas TRC para alguns Aços

     SAE 4340




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Curvas TRC para alguns Aços

     AISI H13




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Principais Tratamentos Térmicos
                    Tratamentos Térmicos


   Recozimento                                      Solubilização e
                                                    Envelhecimento


                  Normalização               Esferoidização ou
                                               Coalescimento

   •Alívio de tensões
   •Recristalização                 Têmpera
   •Homogeneização
                                 e Revenimento
   •Total ou Pleno
   •Isotérmico
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Objetivo do Alívio de Tensão

     Uniformizar / reduzir tensões introduzidas por operação
      de usinagem; lixamento; soldagem; fabricação;
      resfriamento brusco

     Uniformizar / Reduzir tensões introduzidas por
      tratamentos termo-mecânicos

     Temperatura
           Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase
     Resfriamento
           Evitar velocidades muito altas devido ao risco de distorções


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Objetivo do Recozimento
     Recozimento Sub-Crítico:
    Realizado abaixo de A1.
    Recuperar a dutilidade do aço trabalhado a frio
    Principais transformações: “recristalização” e
     “recuperação”
    Recozimento Pleno
    Realizado acima de A3.
    Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade
    Coalescimento
     Realizado acima e abaixo de A1
    Alterar microestrutura para a menor resistência / dureza

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O ciclo térmico de Recozimento




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Recozimento Pleno


    Temperatura


 Aço Hipoeutetóide: 50 ºC acima de A1

 Aço Hipereutetóide: Entre os limites Acm e A1

    Resfriamento (lento, dentro do forno, controlado)




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Recozimento Pleno
     Constituintes Estruturais resultantes

  Hipoeutetóide Ferrita + Perlita grosseira
  Eutetóide  Perlita grosseira
  Hipereutetóide Cementita + Perlita Grosseira
  * A perlita grosseira é ideal para melhorar a usinabilidade
     dos aços baixo e médio carbono
  * Para melhorar a usinabilidade dos aços alto carbono
     recomenda-se a Esferoidização

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Recozimento Isotérmico
      Isotérmico: transformação ocorre à temperatura constante




      Permite obter estrutura final + homogênea
      Não é aplicável para peças de grande volume porque é difícil de
       baixar a temperatura do núcleo da mesma
      Esse tratamento é geralmente executado em banho de sais

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Esferoidização, ou Coalescimento


     Objetivo

     Produzir uma estrutura
     globular ou esferoidal de
     carbonetos no aço
  

    Melhorar a usinabilidade, especialmente a
    dos aços alto carbono
    Facilitar a deformação a frio

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Influencia da Temperatura de Recozimento na
        Resistência à Tração e Ductilidade




 Alívio de Tensões
 (Recuperação/Recovery)




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Objetivo da Normalização

     Realizado acima de A3 / Acm
     Refino de grão (por meio de recristalização) e
      homogeneização da estrutura para melhor
      resposta na têmpera / revenimento posterior
     Melhoria da usinabilidade
     Refino de estruturas brutas de fusão (peças
      fundidas)
     Propriedades mecânicas desejadas


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Alivio de Tensão; Recozimento;
                     Normalização




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Solubilização e Envelhecimento
 Consiste na precipitação de outra fase na forma de partículas
 extremamente finas e uniformemente distribuídas. Essa nova fase
 endurece a liga proporcionando máxima dureza e resistência

                                                         Chamado de
           Solubilização                                 envelhecimento que
                                                         pode ser
                                   Resfriamento em       Natural ou Artificial
                                   água

                                 Precipitação
                                                                        A ppt se dá
                                                        A ppt se dá a   acima da T
                                                        T ambiente      ambiente por
                                                                        reaqueci-
                                                                        mento



   Importante: O fabricante desse tipo de aço fornece no estado Solubilizado
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Têmpera
    Temperatura: Superior à linha crítica (A1)
     Evitar o superaquecimento, pois formaria matensita
     acicular muito grosseira, de elevada fragilidade
    Resfriamento: Rápido de maneira a formar
     martensíta
     (recomendável ver as curvas TTT – fabricantes de aços e /
      ou literaturas técnicas)
    Meios de Resfriamento: Depende da composição
     do aço (principalmente da % de Carbono e Elementos de
     liga) e geometria / espessura da peça


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Objetivo da Têmpera

     Operação de resfriamento do aço à temperatura
      de austenitização em um meio com óleo, água, ou
      gás nitrogênio sob pressão para:


     Obter estrutura metaestável “Martensita”
     Ótima combinação de resistência e tenacidade
     Incrementar a dureza
     Incrementar a resistência a tração
     Reduzir a tenacidade



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O ciclo térmico de Têmpera e Revenimento




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Têmpera




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Têmpera

    Problemas práticos no Resfriamento

     A peça poderá apresentar Empenamento ou Fissuras devidos ao
     resfriamento não uniforme. A parte externa esfria mais rapidamente,
     transformando-se em martensita antes da parte interna. Durante o
     curto tempo em que as partes externa e interna estão com diferentes
     microestruturas, aparecem tensões mecânicas consideráveis. A região
     que contém a martensita é frágil e pode trincar.




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Têmpera
    Ilustração esquemática do estado de tensão existente em um bloco
     de aço durante os estágios da têmpera em água [1]




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Têmpera
              Resfriamento: diferentes seções




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Têmpera
    Mudança de volume devido a formação de Martensita




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Objetivo do Revenimento

      Operação fundamental para adequar as
      propriedades mecânicas do aço após a Têmpera

     Aliviar, ou remover, tensões da martensita
      obtida pela têmpera. Martensita revenida

     Reduzir a dureza e aumentar a tenacidade




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Reações de Revenido

 150 - 230 °C  início de precipitação de
   carbonetos
  Estrutura: martensita revenida (escura, preta)
  Dureza: 65 RC 60 - 63 HRC


 230 - 400 °C  carbonetos continuam
   precipitando na forma globular (invisível ao
   microscópio)
  Estrutura: “Troostita”
  Dureza: 62 RC -50 HRC

A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Reações de Revenido

 400 - 500 °C  os carbonetos crescem em
   glóbulos, visíveis ao microscópio
  Estrutura: SORBITA
  Dureza: 20-45 HRC


 650 - 738 °C  os carbonetos formam partículas
   globulares
  Estrutura: Esferoidita
  Dureza: < 20 HRC

A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Microestruturas no Revenimento

   Troostita e Martensita                       Sorbita




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Temperatura versus Dureza no Revenimento




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Fragilidade ao Revenido
    Ocorre em determinados tipos de aços quando aquecidos na
     faixa de temperatura entre 375-475 °C, ou quando resfriados
     lentamente nesta faixa.
    A fragilidade ocorre mais rapidamente na faixa de 470-475 °C
    A fragilidade só é revelada no ensaio de resistência ao
     impacto (Charpy) e não há alteração na microestrutura.
    Aços-liga de baixo teor de liga
    Aços que contém apreciáveis quantidades de Mn, Ni, Cr, Sb*,
     P, S
    Aços ao Cr-Ni são os mais susceptíveis ao fenômeno
    Recuperar o aço fragilizado ao revenido: reaquecer o aço a
     uma temperatura de ~600 °C seguido de resfriamento rápido
     até abaixo de 300C




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Revenimento
                                            A Temperatura
                                             de Revenimento
                                             é selecionada de
                                             acordo com as
                                             combinações de
                                             propriedades
                                             desejadas



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Martempera

      Operação de resfriamento do aço à temperatura de
      austenitização em um meio (sal fundido, óleo) com
      temperatura acima da temperatura de formação da
      martensita


  Objetivo da Martempera

     Prevenir a grandes diferenças de temperaturas Núcleo /
      Superfície durante o resfriamento
     Formação uniforme de martensita através da seção da peça
     Reduzir tensões residuais
     Reduzir empenamento / distorção
     Reduzir risco de trinca

A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Martempera




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Austempera
     Operação de resfriamento do aço à temperatura de
     austenitização em um meio como sal fundido, ou óleo, à
     temperatura acima da formação de martensita e
     permanecer tempo suficiente para completar a
     transformação estrutural.
     Nem todo aço pode ser austemperado. Consultar a ficha
     técnica do aço com o fabricante, ou literaturas técnicas

 Objetivos da Austempera:

    Obter estrutura “bainita” – mais tenaz e propriedades
     semelhantes a da martensita revenida
    Reduzir tensões internas
    Maior tenacidade
    Dispensar o revenimento

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Austempera

     Bainita
     A Bainita nucleia no contorno de grão austenítico e
      cresce em forma de um feixe de agulhas paralelas




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Austempera




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Martempera e Austempera




       Processos alternativos para evitar distorções / trincas

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Martempera Modificada

     A Martempera pode ser realizada de duas
      formas distintas:

     Clássica: aguardar acima da Ms

     Modificada: transformar dentro dos limites
      da Ms e Mf


A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
O tratamento Sub-Zero, ou Criogenia
              (Nitrogênio Líquido)
     Alguns tipos de aço, especialmente os de alta liga,
      não conseguem finalizar a transformação de
      austenita em martensita. Mf abaixo de 0 ºC.

     O tratamento consiste no resfriamento do aço a
      temperaturas abaixo da temperatura ambiente

      Ex: Nitrogênio líquido: - 196 ºC
          Nitrogênio + álcool: - 70 a - 120 ºC




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
A Prática do TT
     Geometria com diferenças de espessura apresenta severas dificuldades
      para a realização do tratamento térmico
     Áreas finas aquecem mais rápido que as áreas mais grossas e as
      transformações de fase ocorrem primeiro nestas
     Dilatação térmica é outro fator de importância
     Dilatação térmica e transformação de fase conduzem a peça a sofrer
      gradientes volumétricos internos e gradientes de tensão que, se acima de
      um valor crítico, o qual depende do material e dimensões físicas da peça,
      pode gerar trincas e fissuras internas e superficiais
     A heterogeneidade geométrica e de estrutura interna é fator de
      desequilíbrio nas transformações (vide norma NADCA). Segregações,
      defeitos internos como inclusões, microporosidades e heterogeneidade na
      distribuição granulométrica.




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
A Prática do TT
     O resfriamento é o fator mais importante do ponto de vista de tratamentos
      térmicos das ligas ferrosas
     Modificando-se a velocidade de resfriamento depois de adequada
      permanência à temperatura de aquecimento, pode-se obter mudanças
      estruturais que promovem o aumento da ductilidade ou elevação da dureza
      e da resistência mecânica
     No tratamento térmico a escolha correta do resfriamento – e como conduzi-
      lo – é de fundamental importância. Dependendo da geometria da peça
      (grandes ou pequenas alterações de forma), seções finas versus grosseiras,
      pode acarretar na seleção de um meio de resfriamento diferente daquele
      que seria recomendado. Nesses casos, busca-se o equilíbrio da equação
      “custo-benefício”




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
A Prática do TT
      Detalhes para o Resfriamento - os meios mais utilizados industrialmente, a
       partir do mais rápido:

  1.   Soluções aquosas salinas com NaCl, NaOH ou Na2CO3
  2.   Água
  3.   Polímeros fundidos
  4.   Óleos com diferentes viscosidades
  5.   Ar
  6.   Vácuo

       Conforme esses meios estejam em agitação, repouso, ou dependendo de
       sua temperatura, a eficiência é igualmente alterada. Portanto, deve-se
       observar sistemas de refrigeração e do fluido refrigerante para garantia de
       sua eficiência ao longo do processo de tratamento térmico


A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
A Prática do TT
     Ainda sobre o Resfriamento....

 1.   Evitar meios refrigerantes líquidos em condição estática, pois o vapor que
      se forma na superfície da peça reduz drasticamente a refrigeração
 2.   Se o meio refrigerante for solução aquosa, evitar o aquecimento, pois este
      reduz drasticamente a eficiência de refrigeração. Por exemplo, aquecer
      água de 18 ºC para 75 ºC resulta na redução da sua eficiência em 95%!
 3.   Meios líquidos são os mais severos refrigerantes (água, óleo, soluções
      salinas, etc.). Portanto, todo cuidado é pouco para reduzir riscos de trincas
      e deformações acentuadas.
 4.   Óleo de têmpera especialmente fabricado para esta operação exige o
      aquecimento deste. Nesse caso, ver a recomendação do fabricante do
      óleo, geralmente em torno de 60 a 90 ºC. Alguns óleos podem operar até
      a 160 ºC. Importante: dispositivos adequados de combate a incêndio
      devem estar disponíveis e prontos para agir se necessários
 5.   Resfriamento em forno exige o controle de temperatura, ou elaboração de
      rampas
A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
A Prática do TT – Resumo Geral
     Fatores de Influencia nos Tratamentos Térmicos:

 1.   Componente: Tamanho e Geometria; Estrutura Original (tamanho de
      grão, encruamento, segregação, microinclusão, porosidade, defeitos, etc...)

 2.   Aquecimento: Tipo de forno; Temperatura Crítica; Taxa de Aquecimento

 3.   Tempo de Aquecimento: Homogeneização da Temperatura; Crescimento
      de Grão

 4.   Ambiente de Aquecimento: Reações que podem ocorrer na superfície
      da peça (descarbonetação, carbonetação, oxidação, “carepas”)

 5.   Resfriamento: Ambiente de Resfriamento; Taxa de Resfriamento;
      Temperatura Mínima

A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Temperabilidade

     Temperabilidade
      Capacidade do aço formar martensita a uma
      determinada profundidade.

     Métodos utilizados para avaliar a temperabilidade:

     Taxa de Resfriamento Crítico
     Ensaio Grossmann
     Ensaio Jominy


A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Ensaio Jominy




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Jominy
    http://www.youtube.com/watch?v=hxOHvpAZy2o
    http://www.matter.org.uk/steelmatter/metallurgy/7_1_1.html




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Jominy




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Jominy




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Jominy




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Temperabilidade




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Temperabilidade dos Aços Carbono




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Sistema Al-Cu



  Solubilização
                                  5,65%




          A fase endurecedora das ligas Al-Cu é CuAl2 ()
A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
7- Outros tratamentos
       térmicos
Sub-Zero / Criogenia
     Alguns tipos de aço, especialmente os de alta liga,
      não conseguem finalizar a transformação Austenita
      para Martensita.
      Esse tratamento consiste no resfriamento do aço a
      temperaturas abaixo da ambiente (zero graú)
     Ex: Nitrogênio líquido: - 196 ºC (Criogenia)
           Nitrogênio + Álcool: -70 a – 120 ºC (Sub-Zero)

  Vantagens:
   Estrutura uniforme (isenta de austenita retida)
   Estabilidade dimensional
  Desvantagens:
   Risco de desenvolver trincas



A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Sub-Zero / Criogenia
  Exemplo: Aço AISI 1321 Cementado  linhas Mi e Mf rebaixadas.
  Nessa caso, a formação da martensita não se finaliza e isto resulta
  em austenita residual a temperatura ambiente




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Caso Prático - I

       Examine o seguinte procedimento adotado por uma
       da empresa:

      Peça: eixo (10x100) mm
      Aço: SAE 1045
      Condições de trabalho: solicitação à abrasão pura
      Tratamento térmico solicitado: beneficiamento para
       dureza de 55HRC
      Condição para tempera: peça totalmente acabada



A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Caso Prático - II
     Qual o tratamento térmico seria mais apropriado para
     a peça “eixo flangeado” para reconstituir a
     homogeneidade microestrutural com a finalidade de
     posteriormente se efetuar a têmpera?

     Informações: A região flangeada apresenta
      granulação fina e homogênea, resultante do trabalho
      à quente; já o restante do eixo, que não sofre
      conformação, apresenta-se com microestrutura
      grosseira e heterogênea, devido ao aquecimento
      para forjamento.

A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Caso Prático - III

      Porta insertos de metal duro são usados em
      estampos progressivos, confeccionados em
      aço AISI D2 e temperados para 60/62 HRC.

      Este tipo de aço costuma reter até 50% de
      austenita em sua estrutura à temperatura
      ambiente. Há algum inconveniente disto?
      Comente a sua resposta.


A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Caso Prático - IV
  Qual seria a melhor rota de tratamento
   térmico para uma peça em aço SAE 4340
   especificação de dureza final 48-52 HRC e
   com 30 a 40% de usinagem? Qual meio
   de resfriamento utilizaria?
  Um bloco de aço 4140 não alcançou a
   dureza especificada após a têmpera. Qual
   procedimento adotaria para o
   retratamento?
A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Caso Prático - V

   Um bloco de aço AISI H13 com 50% de
    usinagem. Especificação 48-50 HRC.
    Qual a melhor rota de tratamento
    térmico? Se esse bloco não alcançar a
    dureza especificada, qual procedimento
    adotaria para o retratamento?
   Um bloco de aço AISI 4340 apresenta
    áreas não usinadas, ainda em “bruto”.
    Qual seria o risco para a têmpera?
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Caso Prático - VI

     Para construir uma peça existe a
      possibilidade de se utilizar dois tipos de
      aços: SAE 4140 e SAE 4340. E nesse
      caso, o projetista sugere utilizar o aço de
      “maior temperabilidade”. Qual critério
      seria utilizado para selecionar o aço
      adequado?



A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Caso Prático - VII

     Depois da realização do tratamento
      térmico de têmpera e revenimento de um
      aço se constatou que a dureza máxima
      não foi alcançada. Descreva as
      possibilidades que podem ser a causa
      dessa “não-conformidade”.




A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
RESUMOS
Transformações

                                  AUSTENITA
                   Resf. lento                            Resf. Rápido
                                      Resf. moderado      (Têmpera)
             Perlita
   ( + Fe3C) + a fase próeutetóide     Bainita             Martensita
                                                            (fase tetragonal)
                                        ( + Fe3C)

                                                          reaquecimento
    Ferrita ou cementita
                                            Martensita Revenida
                                                     ( + Fe3C)

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Tratamentos Térmicos

     Recozimento                                         Têmpera e
    Total ou Pleno                                        Revenido
                       Recozimento
                                       Normalização
                        Isotérmico

  Resfriamento
     Lento
                                       Resfriamento
 (dentro do forno)
                                           ao ar




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Recozimento

    Total ou Pleno                                              Recristalização

                                         Alívio de
                       Isotérmico
                                          Tensão
                                                                     Temperatura
  Resfriamento                                                  Abaixo da linha A1 

     Lento                            Temperatura                   (600-620 ºC)
 (dentro do forno)                    Abaixo da linha A1          - Resfriamento
                                      Não ocorre nenhuma               Lento
                                      transformação               (ao ar ou dentro
                                      Resfriamento                    do forno)
                                      Deve-se evitar                 **Elimina o
                                      velocidades muito altas       encruamento
                                      devido ao risco de            gerado pelos
                                      distorções                    processos de
                                                                  deformação à frio


A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Tratamento Térmico



                          FIM

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Tratamentos.térmicos

  • 1. Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas Isoflama Indústria e Comércio de Equipamentos Ltda Apresentação: João Carmo Vendramim, Eng.MSc
  • 2. O que é Aço? “É uma liga ferrosa passível de deformação plástica que, em geral, apresenta teor de carbono entre 0,008% e 2,0% na sua forma combinada e, ou, dissolvida e que pode conter elementos de liga adicionados, ou residuais” NBR 6215, outubro de 1985 A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 3. Fluxo de Produção do Aço FORNO-PANELA AQUECIMENTO E AJUSTE GUSA OXIGÊNIO O2 (OXIGÊNIO) SUCATA CARVÃO R.H. DESGASEIFICAÇÃO COQUERIA à VÁCUO PANELA DE AÇO COQUE E.B.A. LÍQUIDO MINÉRIO BORBULHAMENTO DE CONVERSOR DE ARGÔNIO FERRO SINTERIZAÇÃO SINTER ALTO-FORNO BQ BQA (LA) LAMINADOR DE (LTQ) FORNO DE REAQUECIMENTO ACABAMENTO LAMINADOR DE TIRAS A (TQ) LINHA DE TESOURAS A QUENTE QUENTE PLACAS MÁQUINA DE LINGOTAMENTO CONTÍNUO CFQ/CFQA (LCG) DECAPAGEM LAMINADOR DE CHAPAS DESEMPENADEIRA GROSSAS A QUENTE BQD TRATAMENTO TÉRMICO: (LTF) NORMALIZAÇÃO LAMINADOR DE TIRAS A FRIO CG CFQD ULTRA-SOM LINHA DE TESOURAS LA LAMINADOR DE ENCRUAMENTO TRATAMENTO TÉRMICO: TÊMPERA / REVENIMENTO LINHA DE INSPEÇÃO BF LINHA DE TESOURAS RECOZIMENTO CFF A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 4. O Ferro, a Liga Ferrosa: Conceitos Básicos  Ferro: não tem aplicação industrial importante. Substância Pura  Liga Ferrosa: intensa e ampla aplicação industrial. Material base da “revolução industrial no século XIX”. Solução sólida (composto de vários elementos químicos, tendo o Ferro como principal elemento) A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 5. Constituição de uma liga  A constituição de uma liga é descrita por três parâmetros:  Fases presentes  Composição de cada fase  Proporção de cada fase As propriedades mecânicas dependem da constituição da microestrutura. Outros fatores de importância nas propriedades: A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 6. Microestrutura  As propriedades mecânicas de uma liga dependem fundamentalmente da microestrutura  Nas ligas metálicas – caso especial a do aço – a microestrutura está definida pelo número de fases presentes, as proporções e o modo pela qual estão distribuídas e organizadas  A microestrutura depende de:  Composição química (componentes presentes)  Concentração no sistema  Tratamento térmico aplicado A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 7. Soluto, Solução, Fase – Conceitos Básicos  Denomina-se “Fase” à mistura, totalmente uniforme, não apenas quanto à composição química, mas também quanto ao estado físico. Fase Homogênea diz respeito a um sistema que tenha apenas uma fase, por exemplo “um volume de ar”, “um bloco de gelo”. Sistemas compostos de uma, ou mais, fases são denominados Heterogêneos, por exemplo “água e gelo moído”.  Solução: trata-se de uma mistura homogênea de espécies química microscopicamente dispersas. Por conveniência, a espécie química presente em maior quantidade na solução é denominada de “Solvente”. A(s) outra(s), em menor quantidade, é (são) o “Soluto”. A priori, não há distinção fundamental entre um ou outro.  Quando se combinam materiais diferentes, ou quando se adicionam elementos de liga a um metal, produzem-se Soluções. É importante o conhecimento da quantidade de material que se pode adicionar, sem que se produza uma segunda fase, ou ter dados sobre a solubilidade de um material no outro. A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 8. A Natureza Cristalina dos Metais  Amorfa Os átomos são arranjados de forma caótica. Por exemplo: Vidro  Cristalina Os átomos são arranjados de forma ordenada. Por exemplo: Ferro; Alumínio; Cobre Obs.: Todos os metais, muitas cerâmicas e alguns polímeros formam estruturas cristalinas sob condições normais de solidificação A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 9. A Natureza Cristalina dos Metais  Nos materiais não-cristalinos ou amorfos não existe ordem de longo alcance na disposição dos átomos  As propriedades dos materiais sólidos cristalinos dependem da estrutura cristalina, ou seja, da maneira na qual os átomos, moléculas ou íons estão espacialmente dispostos.  Há um número grande de diferentes estruturas cristalinas, desde estruturas simples exibidas pelos metais até estruturas mais complexas exibidas pelos cerâmicos e polímeros A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 10. A Natureza Cristalina dos Metais  Célula Unitária Consiste num pequeno grupo de átomos que formam um modelo repetitivo ao longo da estrutura tridimensional (analogia com elos da corrente) A célula unitária é escolhida para representar a simetria da estrutura cristalina A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 11. A Natureza Cristalina dos Metais  A célula cristalina CCC – Cúbica de Corpo Centrado (Ferro Alfa) A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 12. A Natureza Cristalina dos Metais  A célula cristalina CFC – Cúbico de Face Centrada (Ferro Gama) A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 13. A Natureza Cristalina dos Metais  A célula cristalina HC – hexagonal compacta A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 14. A Natureza Cristalina dos Metais  Polimofismo ou Alotropia Alguns metais e não-metais podem ter mais de uma estrutura cristalina dependendo da temperatura e pressão. Esse fenômeno é conhecido como polimorfismo. Geralmente as transformações polimorficas são acompanhadas de mudanças na densidade e mudanças de outras propriedades físicas. A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 15. A Natureza Cristalina dos Metais  Alotropia À existência, para um mesmo metal, de duas ou mais estruturas cristalinas estáveis, dependendo das condições de temperatura e pressão, denomina-se Alotropia. A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 16. Alotropia do Ferro À existência, para um mesmo metal, de duas ou mais estruturas cristalinas estáveis, dependendo das condições de temperatura e pressão, denomina-se Alotropia. 2875 ºC Vapor 1538 ºC Líquido 1394ºC Ferro  CCC 912ºC Ferro  CFC 770ºC Não magnético – ferro  25 ºC Ferromagnético Ferro  CCC A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 17. A Natureza Cristalina dos Metais  Alotropia do Ferro A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 18. Efeito da Temperatura no parâmetro de reticulado do Ferro A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 19. Mudança de volume devido a transformação estrutural A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 20. Principais Fases do Aço  Austenita  Ferro Gama “γ” (CFC) –é a única fase que pode se transformar em outras fases no resfriamento. Estável a temperaturas elevadas, mas metaestável (pode se transformar em outras fases) a temperaturas baixas. Ela existe quando o aço é aquecido a temperaturas superiores a 910 ºC e é estável até resfriamento a 723 ºC. Austenita é uma fase “mole” e dúctil. A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 21. As Principais Transformações a partir da Austenita  A transformação da Austenita em outro constituinte pode ocorrer por difusão, cisalhamento, ou uma mistura dos dois mecanismos:  Ferrita, Cementita, Perlita  Ferrita Acicular, Bainita  Matranrtensita A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 22. As Principais Transformações a partir da Austenita  Austenita (acima de 723 ºC) Resfriamento Resfriamento Resfriamento Lento Moderado Rápido Difusão Cisalhamento Cisalhamento + Difusão Perlita + Ferrita Bainita Martensita Ferrita Acicular A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 23. Principais Fases do Aço  Ferrita  Fe Alfa “” (CCC) – é uma fase nucleada a partir do contorno de grão da austenita. Devido a baixa solubilidade do carbono na Ferrita (máximo 0,02 a 723 ºC), o carbono é expulso da rede de austenita e se aglomera em carbonetos remanescentes separados da ferrita. Baixa dureza e dúctil.  A Ferrita Acicular nucleia em inclusões não metálicas e cresce radialmente em forma de agulhas. A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 24. CCC para CFC  Transformação da Ferrita (CCC) em Austenita (CFC) A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 25. Principais Fases do Aço  Cementita  Devido a Ferrita não ter espaço suficiente para manter o átomo de carbono, todo o carbono expulso da rede de austenita se precipita na forma de Carboneto de Ferro (Cementita) – Fe3C . Elevada dureza A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 26. Principais Fases do Aço  Perlita  Perlita é uma combinação de plaquetas de Ferrita e Cementita. A Perlita se forma, predominantemente, nas regiões da célula com defeitos cristalinos, tais como contornos de grãos, carbonetos insolúveis, ou inclusões não- metálicas como os sulfetos. A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 27. Principais Fases do Aço  Martensita  Martensita – forma-se no resfriamento no campo da Austenita do diagrama Fe-C. Ms – temperatura de início de transformação.  Mf- temperatura final de transformação.  Ms e Mf dependem do teor de carbono presente (Ms entre 200 a 350 ºC para maioria dos aços; e Mf variando entre abaixo de 0 a 200 ºC).  O mecanismo de formação da martensita não é por difusão, mas por cisalhamento, ocorrendo distorção da rede cristalina e formando estrutura tetragonal de corpo centrado. A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 28. A Martensita A martensita é mais freqüentemente encontrada em aços alto-carbono e ferros-carbono ligado. Os cristais de martensita são formados em placas lenticulares delgadas a placas vizinhas não estão paralelas a cada uma. Ripas de martensita são observadas em aços baixo e médio carbono. Esses cristais são formados como placas interconectadas e tendo a mesma orientação. A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 29. A Martensita A martensita é extremamente dura, frágil, adquirindo dureza pela indução de elevada tensões na estrutura cristalina. A martensita pode ser revenida por tratamento térmico para reduzir tensões e dureza. À capacidade do aço em formar martensita, ou em adquirir dureza, é denominada de “Endurecibilidade” A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 30. A Martensita  A martensita é uma solução sólida supersaturada de carbono em ferro tetragonal de corpo centrado (TCC), ou seja uma forma distorcida do ferro cúbico de corpo centrado (CCC). Abaixo, martensita com estrutura de agulhas A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 31. Diagrama de Fases Fe-C (Fe-Fe3C) A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 32. Principais Informações do Diagrama Fe-C Temperatura abaixo da linha A1 em que nenhuma transformação ocorre (723 ºC) 723 C Ou linha crítica A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 33. Principais Informações do Diagrama Fe-C  Principais Informações do Diagrama de Equilíbrio  Aço Hipoeutetóide: Solução sólida de Ferro com Carbono entre 0,002 e 0,8%  Aço Eutetóide: Solução sólida de Ferro com 0,8% de Carbono  Aço Hipereutetóide: Solução sólida de Ferro com Carbono entre 0,8% e 2,0%  723 ºC: linha que sinaliza o limite da transformação de fase Austenita para as fases Perlita e Ferrita A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 34. Principais Informações do Diagrama Fe-C  Linhas de transformação para o aquecimento e resfriamento nas ligas Fe-C A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 35. Principais Informações do Diagrama Fe-C  Para aços Hipoeutetóides as temperaturas críticas A1 e A3 podem ser estimadas, em consideração aos elementos de liga, conforme as equações: A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 36. Principais Informações do Diagrama Fe-C  Temperaturas Críticas para alguns aços A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 37. Principais Informações do Diagrama Fe-C A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 38. Principais Informações do Diagrama Fe-C  Fases no Aquecimento / Resfriamento do Aço Hipoeutetóide • As quantidades de ferrita e perlita variam conforme a % de carbono e podem ser determinadas pela regra das alavancas • Partes claras  pró-eutetóide ferrita A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 39. Principais Informações do Diagrama Fe-C A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 40. Principais Informações do Diagrama Fe-C  Aquecimento / Resfriamento do Aço Eutetóide A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 41. Principais Informações do Diagrama Fe-C  Estrutura do aço Eutetóide (100% perlítico) A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 42. Principais Informações do Diagrama Fe-C  Aquecimento / Resfriamento do Aço Hipereutetóide A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 43. Principais Informações do Diagrama Fe-C  Estrutura típica de aço Hipereutetóide com 1,3%C A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 44. O que é Tratamento Térmico? Operação ou conjunto de operações realizadas no estado sólido compreendendo o aquecimento, a permanência em determinadas temperaturas e resfriamento, realizados com a finalidade de conferir ao material determinadas características. NBR 8653 A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 45. Tratamentos Térmicos  Finalidade Alterar as microestruturas e como consequência as propriedades mecânicas, magnéticas e elétricas das ligas metálicas A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 46. Tratamentos Térmicos  Objetivos: - Remover tensões internas - Aumentar ou diminuir a dureza - Modificar Propriedades Mecânicas, Elétricas e Magnéticas - Aumentar / diminuir a ductilidade - Aumentar / diminuir a tenacidade - Melhorar a usinabilidade - Reduzir / aumentar a resistência ao desgaste - Melhorar a resistência à corrosão - Melhorar a resistência ao calor A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 47. Fatores de Influencia nos Tratamentos Térmicos  Temperatura  Tempo  Velocidade de Resfriamento  Atmosfera* * para evitar a oxidação ou a perda de algum elemento químico (por ex: descarbonetação dos aços) A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 48. Fatores de Influencia nos Tratamentos Térmicos  Temperatura Velocidade (prevenção à trincas e introdução de tensões); Temperatura máxima de aquecimento (dependente do tipo de material e objetivo final do tratamento térmico, em termos de microestrutura e propriedades mecânicas). A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 49. Fatores de Influencia nos Tratamentos Térmicos  Tempo (à Temperatura) Quanto mais tempo à temperatura mais completa a dissolução de carbonetos de ferro e/ou outras fases presentes (elementos de liga) no ferro gama (austenita), contudo maior será o tamanho de grão A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 50. Fatores de Influencia nos Tratamentos Térmicos  Resfriamento Importante devido ditar as propriedades mecânicas finais desejadas. Deve ser considerado a Seção e a Forma da peça para reduzir efeitos como Deformação / Distorção, ou mesmo, Trincas. A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 51. Fatores de Influencia nos Tratamentos Térmicos  Atmosfera Muito importante para evitar a Oxidação / Descarbonetação; ou para introduzir átomos de Carbono e, ou, Nitrogênio (processos de Cementação / Nitretação) A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 52. Fatores de Influencia nos Tratamentos Térmicos  Tempo: O tempo de tratamento térmico depende das dimensões da peça e da microestrutura final desejada. Quanto maior o Tempo à Temperatura:  Maior a segurança da completa dissolução das fases para posterior transformação no resfriamento  Maior será o tamanho de grão (isto não é bom!)  Tempos longos facilitam a oxidação se a atmosfera do forno de aquecimento não for protetora (vácuo, gás inerte, ou “redutora”) A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 53. Fatores de Influencia nos Tratamentos Térmicos  Temperatura: Depende do tipo de material e da transformação de fase ou microestrutura desejada A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 54. Fatores de Influencia nos Tratamentos Térmicos  Velocidade de Resfriamento Depende do tipo de material e da transformação de fase ou microestrutura desejada - Importante porque determina a microestrutura final A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 55. Principais Meios de Resfriamento  Ambiente do forno (+ brando)  Ao Ar  Banho de Sais ou Metal Fundido ( Pb)  Óleo  Soluções aquosas de NaOH, Na2CO3 ou NaCl (meios severos)  Solução aquosa de Polímeros (severo) A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 56. Como Escolher o Meio de Resfriamento ?  É um compromisso entre: - Obtenção das características finais desejadas (microestruturas e propriedades), - Não desenvolver fissuras / trincas - Mínimo empenamento - Mínima geração de concentração de tensões A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 57. Curvas TTT – Transformação Tempo Temperatura  As curvas do Diagrama de Fases – Fe-C (ou Fe-Fe3C) – não mostram as fases que estão presentes com diferentes taxas de resfriamento.  As curvas do diagrama “TTT” mostram qual o efeito das diferentes taxas de resfriamento que podem formar fases desde a fase austenita.  As curvas de resfriamento no diagrama TTT podem correlacionar temperatura, tempo, espessura e respectiva dureza da fase resultante  As curvas TTT estabelecem a temperatura e o tempo em que ocorre uma determinada transformação e só tem validade para transformações a temperatura constante A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 58. Curvas TTT – Transformação Tempo Temperatura Definição de Curva TTT  lugar geométrico dos pontos de Inicio e Fim de transformação austenítica do aço Pontos importantes da curva TTT  “i” – Inicio de transformação  “f” – Fim de transformação  “Mi” – Início de transformação martensítica  “Mf” – Fim de transformação martensítica A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 59. Curvas TTT – Transformação Tempo Temperatura A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 60. Curvas TTT – Transformação Tempo Temperatura A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 61. Curvas TTT – Transformação Tempo Temperatura A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 62. Curvas TTT – Transformação Tempo Temperatura A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 63. Curvas TTT – Transformação Tempo Temperatura A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 64. Curvas TTT – Transformação Tempo Temperatura A – (No forno) = Perlita Grossa B -(Ar) = Perlita fina C -(Ar soprado) = Perlita + fina D –(Óleo) = Perlita fina + + Martensita E- (Água) = Martensita A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 65. Curvas TTT – Transformação Tempo Temperatura A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 66. Transformações  http://www.matter.org.uk/steelmatter/met allurgy/7_1_2.html A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 67. Fatores que influenciam a posição da curva TTT  Teor de Carbono Maior o teor em carbono mais a curva TTT está deslocada para a direita  Composição química Quanto maior o teor e a quantidade em elementos de liga, mais numerosas e complexas são as reações no resfriamento. Todos os elementos de liga (exceto o Cobalto) deslocam as curvas para a direita, retardando as transformações, facilitando a formação da martensita. Em determinados aços pode-se obter martensita mesmo com resfriamento lento  Tamanho de grão da austenita  Efeito da seção da peça  Velocidade de resfriamento A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 68. Fatores que influenciam a posição da curva TTT  Efeito do Carbono nas temperaturas de início e fim da transformação austenítica A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 69. Fatores que influenciam a posição da curva TTT  Tamanho de Grão: O aço com granulação grosseira apresenta, em geral, propriedades inferiores às do mesmo aço com granulação fina, à temperatura ambiente. O tamanho de grão é determinado por comparação direta ao microscópio. A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 70. Curvas TRC  Nos processos industriais a maioria das transformações ocorrem por resfriamento contínuo. A partir desse fato se desenvolveu as curvas TRC – Transformação por Resfriamento Contínuo A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 71. Curvas TRC A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 72. Curvas TRC para alguns Aços  SAE 1060 A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 73. Curvas TRC para alguns Aços  SAE 1090 A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 74. Curvas TRC para alguns Aços  SAE 4340 A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 75. Curvas TRC para alguns Aços  AISI H13 A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 76. Principais Tratamentos Térmicos Tratamentos Térmicos Recozimento Solubilização e Envelhecimento Normalização Esferoidização ou Coalescimento •Alívio de tensões •Recristalização Têmpera •Homogeneização e Revenimento •Total ou Pleno •Isotérmico A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 77. Objetivo do Alívio de Tensão  Uniformizar / reduzir tensões introduzidas por operação de usinagem; lixamento; soldagem; fabricação; resfriamento brusco  Uniformizar / Reduzir tensões introduzidas por tratamentos termo-mecânicos  Temperatura  Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase  Resfriamento Evitar velocidades muito altas devido ao risco de distorções A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 78. Objetivo do Recozimento  Recozimento Sub-Crítico:  Realizado abaixo de A1.  Recuperar a dutilidade do aço trabalhado a frio  Principais transformações: “recristalização” e “recuperação”  Recozimento Pleno  Realizado acima de A3.  Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade  Coalescimento  Realizado acima e abaixo de A1  Alterar microestrutura para a menor resistência / dureza A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 79. O ciclo térmico de Recozimento A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 80. Recozimento Pleno  Temperatura Aço Hipoeutetóide: 50 ºC acima de A1 Aço Hipereutetóide: Entre os limites Acm e A1  Resfriamento (lento, dentro do forno, controlado) A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 81. Recozimento Pleno  Constituintes Estruturais resultantes Hipoeutetóide Ferrita + Perlita grosseira Eutetóide  Perlita grosseira Hipereutetóide Cementita + Perlita Grosseira * A perlita grosseira é ideal para melhorar a usinabilidade dos aços baixo e médio carbono * Para melhorar a usinabilidade dos aços alto carbono recomenda-se a Esferoidização A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 82. Recozimento Isotérmico  Isotérmico: transformação ocorre à temperatura constante  Permite obter estrutura final + homogênea  Não é aplicável para peças de grande volume porque é difícil de baixar a temperatura do núcleo da mesma  Esse tratamento é geralmente executado em banho de sais A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 83. Esferoidização, ou Coalescimento  Objetivo  Produzir uma estrutura  globular ou esferoidal de  carbonetos no aço    Melhorar a usinabilidade, especialmente a dos aços alto carbono   Facilitar a deformação a frio A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 84. Influencia da Temperatura de Recozimento na Resistência à Tração e Ductilidade Alívio de Tensões (Recuperação/Recovery) A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 85. Objetivo da Normalização  Realizado acima de A3 / Acm  Refino de grão (por meio de recristalização) e homogeneização da estrutura para melhor resposta na têmpera / revenimento posterior  Melhoria da usinabilidade  Refino de estruturas brutas de fusão (peças fundidas)  Propriedades mecânicas desejadas A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 86. Alivio de Tensão; Recozimento; Normalização A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 87. Solubilização e Envelhecimento Consiste na precipitação de outra fase na forma de partículas extremamente finas e uniformemente distribuídas. Essa nova fase endurece a liga proporcionando máxima dureza e resistência Chamado de Solubilização envelhecimento que pode ser Resfriamento em Natural ou Artificial água Precipitação A ppt se dá A ppt se dá a acima da T T ambiente ambiente por reaqueci- mento Importante: O fabricante desse tipo de aço fornece no estado Solubilizado A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 88. Têmpera  Temperatura: Superior à linha crítica (A1) Evitar o superaquecimento, pois formaria matensita acicular muito grosseira, de elevada fragilidade  Resfriamento: Rápido de maneira a formar martensíta (recomendável ver as curvas TTT – fabricantes de aços e / ou literaturas técnicas)  Meios de Resfriamento: Depende da composição do aço (principalmente da % de Carbono e Elementos de liga) e geometria / espessura da peça A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 89. Objetivo da Têmpera  Operação de resfriamento do aço à temperatura de austenitização em um meio com óleo, água, ou gás nitrogênio sob pressão para:  Obter estrutura metaestável “Martensita”  Ótima combinação de resistência e tenacidade  Incrementar a dureza  Incrementar a resistência a tração  Reduzir a tenacidade A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 90. O ciclo térmico de Têmpera e Revenimento A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 91. Têmpera A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 92. Têmpera  Problemas práticos no Resfriamento A peça poderá apresentar Empenamento ou Fissuras devidos ao resfriamento não uniforme. A parte externa esfria mais rapidamente, transformando-se em martensita antes da parte interna. Durante o curto tempo em que as partes externa e interna estão com diferentes microestruturas, aparecem tensões mecânicas consideráveis. A região que contém a martensita é frágil e pode trincar. A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 93. Têmpera  Ilustração esquemática do estado de tensão existente em um bloco de aço durante os estágios da têmpera em água [1] A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 94. Têmpera  Resfriamento: diferentes seções A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 95. Têmpera  Mudança de volume devido a formação de Martensita A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 96. Objetivo do Revenimento Operação fundamental para adequar as propriedades mecânicas do aço após a Têmpera  Aliviar, ou remover, tensões da martensita obtida pela têmpera. Martensita revenida  Reduzir a dureza e aumentar a tenacidade A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 97. Reações de Revenido 150 - 230 °C  início de precipitação de carbonetos  Estrutura: martensita revenida (escura, preta)  Dureza: 65 RC 60 - 63 HRC 230 - 400 °C  carbonetos continuam precipitando na forma globular (invisível ao microscópio)  Estrutura: “Troostita”  Dureza: 62 RC -50 HRC A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 98. Reações de Revenido 400 - 500 °C  os carbonetos crescem em glóbulos, visíveis ao microscópio  Estrutura: SORBITA  Dureza: 20-45 HRC 650 - 738 °C  os carbonetos formam partículas globulares  Estrutura: Esferoidita  Dureza: < 20 HRC A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 99. Microestruturas no Revenimento Troostita e Martensita Sorbita A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 100. Temperatura versus Dureza no Revenimento A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 101. Fragilidade ao Revenido  Ocorre em determinados tipos de aços quando aquecidos na faixa de temperatura entre 375-475 °C, ou quando resfriados lentamente nesta faixa.  A fragilidade ocorre mais rapidamente na faixa de 470-475 °C  A fragilidade só é revelada no ensaio de resistência ao impacto (Charpy) e não há alteração na microestrutura.  Aços-liga de baixo teor de liga  Aços que contém apreciáveis quantidades de Mn, Ni, Cr, Sb*, P, S  Aços ao Cr-Ni são os mais susceptíveis ao fenômeno  Recuperar o aço fragilizado ao revenido: reaquecer o aço a uma temperatura de ~600 °C seguido de resfriamento rápido até abaixo de 300C A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 102. Revenimento  A Temperatura de Revenimento é selecionada de acordo com as combinações de propriedades desejadas A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 103. Martempera Operação de resfriamento do aço à temperatura de austenitização em um meio (sal fundido, óleo) com temperatura acima da temperatura de formação da martensita Objetivo da Martempera  Prevenir a grandes diferenças de temperaturas Núcleo / Superfície durante o resfriamento  Formação uniforme de martensita através da seção da peça  Reduzir tensões residuais  Reduzir empenamento / distorção  Reduzir risco de trinca A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 104. Martempera A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 105. Austempera Operação de resfriamento do aço à temperatura de austenitização em um meio como sal fundido, ou óleo, à temperatura acima da formação de martensita e permanecer tempo suficiente para completar a transformação estrutural. Nem todo aço pode ser austemperado. Consultar a ficha técnica do aço com o fabricante, ou literaturas técnicas Objetivos da Austempera:  Obter estrutura “bainita” – mais tenaz e propriedades semelhantes a da martensita revenida  Reduzir tensões internas  Maior tenacidade  Dispensar o revenimento A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 106. Austempera  Bainita  A Bainita nucleia no contorno de grão austenítico e cresce em forma de um feixe de agulhas paralelas A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 107. Austempera A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 108. Martempera e Austempera Processos alternativos para evitar distorções / trincas A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 109. Martempera Modificada  A Martempera pode ser realizada de duas formas distintas:  Clássica: aguardar acima da Ms  Modificada: transformar dentro dos limites da Ms e Mf A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 110. O tratamento Sub-Zero, ou Criogenia (Nitrogênio Líquido)  Alguns tipos de aço, especialmente os de alta liga, não conseguem finalizar a transformação de austenita em martensita. Mf abaixo de 0 ºC.  O tratamento consiste no resfriamento do aço a temperaturas abaixo da temperatura ambiente Ex: Nitrogênio líquido: - 196 ºC Nitrogênio + álcool: - 70 a - 120 ºC A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 111. A Prática do TT  Geometria com diferenças de espessura apresenta severas dificuldades para a realização do tratamento térmico  Áreas finas aquecem mais rápido que as áreas mais grossas e as transformações de fase ocorrem primeiro nestas  Dilatação térmica é outro fator de importância  Dilatação térmica e transformação de fase conduzem a peça a sofrer gradientes volumétricos internos e gradientes de tensão que, se acima de um valor crítico, o qual depende do material e dimensões físicas da peça, pode gerar trincas e fissuras internas e superficiais  A heterogeneidade geométrica e de estrutura interna é fator de desequilíbrio nas transformações (vide norma NADCA). Segregações, defeitos internos como inclusões, microporosidades e heterogeneidade na distribuição granulométrica. A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 112. A Prática do TT  O resfriamento é o fator mais importante do ponto de vista de tratamentos térmicos das ligas ferrosas  Modificando-se a velocidade de resfriamento depois de adequada permanência à temperatura de aquecimento, pode-se obter mudanças estruturais que promovem o aumento da ductilidade ou elevação da dureza e da resistência mecânica  No tratamento térmico a escolha correta do resfriamento – e como conduzi- lo – é de fundamental importância. Dependendo da geometria da peça (grandes ou pequenas alterações de forma), seções finas versus grosseiras, pode acarretar na seleção de um meio de resfriamento diferente daquele que seria recomendado. Nesses casos, busca-se o equilíbrio da equação “custo-benefício” A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 113. A Prática do TT  Detalhes para o Resfriamento - os meios mais utilizados industrialmente, a partir do mais rápido: 1. Soluções aquosas salinas com NaCl, NaOH ou Na2CO3 2. Água 3. Polímeros fundidos 4. Óleos com diferentes viscosidades 5. Ar 6. Vácuo Conforme esses meios estejam em agitação, repouso, ou dependendo de sua temperatura, a eficiência é igualmente alterada. Portanto, deve-se observar sistemas de refrigeração e do fluido refrigerante para garantia de sua eficiência ao longo do processo de tratamento térmico A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 114. A Prática do TT  Ainda sobre o Resfriamento.... 1. Evitar meios refrigerantes líquidos em condição estática, pois o vapor que se forma na superfície da peça reduz drasticamente a refrigeração 2. Se o meio refrigerante for solução aquosa, evitar o aquecimento, pois este reduz drasticamente a eficiência de refrigeração. Por exemplo, aquecer água de 18 ºC para 75 ºC resulta na redução da sua eficiência em 95%! 3. Meios líquidos são os mais severos refrigerantes (água, óleo, soluções salinas, etc.). Portanto, todo cuidado é pouco para reduzir riscos de trincas e deformações acentuadas. 4. Óleo de têmpera especialmente fabricado para esta operação exige o aquecimento deste. Nesse caso, ver a recomendação do fabricante do óleo, geralmente em torno de 60 a 90 ºC. Alguns óleos podem operar até a 160 ºC. Importante: dispositivos adequados de combate a incêndio devem estar disponíveis e prontos para agir se necessários 5. Resfriamento em forno exige o controle de temperatura, ou elaboração de rampas A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 115. A Prática do TT – Resumo Geral  Fatores de Influencia nos Tratamentos Térmicos: 1. Componente: Tamanho e Geometria; Estrutura Original (tamanho de grão, encruamento, segregação, microinclusão, porosidade, defeitos, etc...) 2. Aquecimento: Tipo de forno; Temperatura Crítica; Taxa de Aquecimento 3. Tempo de Aquecimento: Homogeneização da Temperatura; Crescimento de Grão 4. Ambiente de Aquecimento: Reações que podem ocorrer na superfície da peça (descarbonetação, carbonetação, oxidação, “carepas”) 5. Resfriamento: Ambiente de Resfriamento; Taxa de Resfriamento; Temperatura Mínima A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 116. Temperabilidade  Temperabilidade Capacidade do aço formar martensita a uma determinada profundidade.  Métodos utilizados para avaliar a temperabilidade:  Taxa de Resfriamento Crítico  Ensaio Grossmann  Ensaio Jominy A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 117. Ensaio Jominy A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 118. Jominy  http://www.youtube.com/watch?v=hxOHvpAZy2o  http://www.matter.org.uk/steelmatter/metallurgy/7_1_1.html A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 119. Jominy A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 120. Jominy A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 121. Jominy A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 122. Temperabilidade A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 123. Temperabilidade dos Aços Carbono A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 124. Sistema Al-Cu Solubilização 5,65% A fase endurecedora das ligas Al-Cu é CuAl2 () A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 125. 7- Outros tratamentos térmicos
  • 126. Sub-Zero / Criogenia  Alguns tipos de aço, especialmente os de alta liga, não conseguem finalizar a transformação Austenita para Martensita. Esse tratamento consiste no resfriamento do aço a temperaturas abaixo da ambiente (zero graú)  Ex: Nitrogênio líquido: - 196 ºC (Criogenia) Nitrogênio + Álcool: -70 a – 120 ºC (Sub-Zero) Vantagens:  Estrutura uniforme (isenta de austenita retida)  Estabilidade dimensional Desvantagens:  Risco de desenvolver trincas A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 127. Sub-Zero / Criogenia Exemplo: Aço AISI 1321 Cementado  linhas Mi e Mf rebaixadas. Nessa caso, a formação da martensita não se finaliza e isto resulta em austenita residual a temperatura ambiente A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 128. Caso Prático - I Examine o seguinte procedimento adotado por uma da empresa:  Peça: eixo (10x100) mm  Aço: SAE 1045  Condições de trabalho: solicitação à abrasão pura  Tratamento térmico solicitado: beneficiamento para dureza de 55HRC  Condição para tempera: peça totalmente acabada A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 129. Caso Prático - II Qual o tratamento térmico seria mais apropriado para a peça “eixo flangeado” para reconstituir a homogeneidade microestrutural com a finalidade de posteriormente se efetuar a têmpera? Informações: A região flangeada apresenta granulação fina e homogênea, resultante do trabalho à quente; já o restante do eixo, que não sofre conformação, apresenta-se com microestrutura grosseira e heterogênea, devido ao aquecimento para forjamento. A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 130. Caso Prático - III Porta insertos de metal duro são usados em estampos progressivos, confeccionados em aço AISI D2 e temperados para 60/62 HRC. Este tipo de aço costuma reter até 50% de austenita em sua estrutura à temperatura ambiente. Há algum inconveniente disto? Comente a sua resposta. A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 131. Caso Prático - IV  Qual seria a melhor rota de tratamento térmico para uma peça em aço SAE 4340 especificação de dureza final 48-52 HRC e com 30 a 40% de usinagem? Qual meio de resfriamento utilizaria?  Um bloco de aço 4140 não alcançou a dureza especificada após a têmpera. Qual procedimento adotaria para o retratamento? A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 132. Caso Prático - V  Um bloco de aço AISI H13 com 50% de usinagem. Especificação 48-50 HRC. Qual a melhor rota de tratamento térmico? Se esse bloco não alcançar a dureza especificada, qual procedimento adotaria para o retratamento?  Um bloco de aço AISI 4340 apresenta áreas não usinadas, ainda em “bruto”. Qual seria o risco para a têmpera? A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 133. Caso Prático - VI  Para construir uma peça existe a possibilidade de se utilizar dois tipos de aços: SAE 4140 e SAE 4340. E nesse caso, o projetista sugere utilizar o aço de “maior temperabilidade”. Qual critério seria utilizado para selecionar o aço adequado? A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 134. Caso Prático - VII  Depois da realização do tratamento térmico de têmpera e revenimento de um aço se constatou que a dureza máxima não foi alcançada. Descreva as possibilidades que podem ser a causa dessa “não-conformidade”. A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 136. Transformações AUSTENITA Resf. lento Resf. Rápido Resf. moderado (Têmpera) Perlita ( + Fe3C) + a fase próeutetóide Bainita Martensita (fase tetragonal) ( + Fe3C) reaquecimento Ferrita ou cementita Martensita Revenida ( + Fe3C) A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 137. Tratamentos Térmicos Recozimento Têmpera e Total ou Pleno Revenido Recozimento Normalização Isotérmico Resfriamento Lento Resfriamento (dentro do forno) ao ar A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 138. Recozimento Total ou Pleno Recristalização Alívio de Isotérmico Tensão Temperatura Resfriamento Abaixo da linha A1  Lento Temperatura (600-620 ºC) (dentro do forno) Abaixo da linha A1  - Resfriamento Não ocorre nenhuma Lento transformação (ao ar ou dentro Resfriamento do forno) Deve-se evitar **Elimina o velocidades muito altas encruamento devido ao risco de gerado pelos distorções processos de deformação à frio A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  • 139. Tratamento Térmico FIM A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008