MATERIAIS DE ENGENHARIA II - TRATAMENTOS TÃ_RMICOS - 1 DE 2.pdf

MATERIAIS DE ENGENHARIA II MÁRCIO SILVA
3) TRATAMENTOS TÉRMICOS:
- DEFINIÇÃO:
➢O Tratamento Térmico é um processo de aquecimento (sem
fusão) de um material até uma região de estabilidade de uma
determinada fase, mantê-lo nessa temperatura por um período
de tempo, geralmente de 1 hora e então seguir com o
arrefecimento com velocidades que variam conforme a
propriedade mecânica que se quer obter.
➢ O objetivo principal é aumentar, diminuir, melhorar e alterar,
de um modo geral, as propriedades mecânicas dos materiais.
➢ Uma das formas de alterar a microestrutura do material é
realizando um tratamento térmico.

- FASES
O tratamento térmico pode ser feito em três fases distintas:
1 - Aquecimento
2 - Manutenção da Temperatura
3 - Arrefecimento
MATERIAL + TRATAMENTO TÉRMICO
O TRATAMENTO TÉRMICO ESTÁ ASSOCIADO
DIRETAMENTE COM O TIPO DE MATERIAL.
PORTANTO, DEVE SER ESCOLHIDO DESDE O
INÍCIO DO PROJECTO

- DEFINIÇÃO
Zona crítica:
Onde começa
a aparecer a
Austenite

- OBJETIVOS:
- Remoção de tensões internas
- Aumento ou diminuição da dureza
- Aumento da resistência mecânica
- Melhora da ductilidade
- Melhora da maquinabilidade
- Melhora da resistência ao desgaste
- Melhora da resistência à corrosão
- Melhora da resistência ao calor
- Melhora das propriedades elétricas e magnéticas

- FATORES PRINCIPAIS
➢ Fatores que influenciam na estrutura cristalina do metal:
➢Temperatura de aquecimento.
➢Tempo de permanência em determinada temperatura.
➢ Velocidade de arrefecimento.
➢Composição Química.
➢ Esses fatores determinam a microestrutura do material,
definindo as propriedades dos metais.

- FATORES PRINCIPAIS:
➢ Quanto mais alta a Temperatura ou mais longo o Tempo de
aquecimento, maior o tamanho do grão.
➢ O aumento da Temperatura fornece a energia necessária para
o grão crescer durante aquecimento e permanência à
temperatura de homogeneização.
➢ A Velocidade de Arrefecimento irá definir a microestrutura
resultante e as consequentes propriedades mecânicas.
➢ Composição Química: quanto maior a quantidade de um ou
mais elementos químicos presentes na liga, mais fácil será de se
obter uma microestrutura do tipo martensite.

- PRINCIPAIS MEIOS DE ARREFECIMENTO:
- Ambiente do forno (+ brando)
- Ar
- Banho de sais ou metal fundido (+ comum é o de Chumbo)
- Óleo
- Água
- Soluções aquosas de NaOH, Na2CO3 ou NaCl (+ severos)
Para escolher o melhor meio de arrefecimento, deve-se
estabelecer o compromisso de:
- Obter as caracterísitcas finais requisitadas (microestruturas e
propriedades) para o material/peça;
- Sem o aparecimento de fissuras e empenamento na peça e
- Sem a geração de grande concentração de tensões.

AÇOS E FERROS FUNDIDOS – DIAGRAMA FE-C
(INFLUÊNCIA DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA)
0,008%
8

- CURVAS TEMPO-TEMPERATURA-TRANSFORMAÇÃO (TTT)

- CLASSES OU TIPOS:
Existem duas classes de Tratamentos Térmicos;
1ª) modificam as propriedades de toda a massa do aço.
a - Recozimento
b - Normalização
c - Têmpera
2ª) Os que modificam as propriedades somente numa fina
camada superficial da peça.
a - Cementação
b - Nitruração
c - Carbonitruração

- RECOZIMENTO:
Em qualquer Tratamento Térmico, o Aquecer e Manter na
Temperatura são sempre os mesmos. O que difere a
Temperatura de Manutenção (depende da liga) e a Velocidade
de Arrefecimento, o qual deve ser feito lentamente, tanto mais
lento quanto maior for a porcentagem de carbono do aço.

- RECOZIMENTO:
O recozimento é o tratamento térmico que tem por finalidade
eliminar a dureza de uma peça temperada ou homogeneizar,
igualar materiais com tensões internas resultantes do
forjamento, da laminação, trefilação etc..
Finalidades do Recozimento
1 - Recozimento para eliminar a dureza de uma peça temperada.
2 - Recozimento para normalizar a estrutura de um material.
Recozimento para alívio de tensões (qualquer liga metálica)
Recozimento para recristalização (qualquer liga metálica)
Recozimento para homogeneização (para peças fundidas)
Recozimento total ou pleno (aços)
Recozimento isotérmico ou cíclico (aços)
Tipos de Recozimento

- RECOZIMENTO DE ALÍVIO DE TENSÕES:
Alívio de Tensões
(Recuperação/Recovery)

- RECOZIMENTO DE RECRISTALIZAÇÃO:

- RECOZIMENTO:
No ARREFECIMENTO para recozimento adotam-se os seguintes
processos:
1 - Arrefecimento dentro do forno.
2 - Exposição da peça aquecida ao ar livre (pouco usado).
2 - Colocação da peça em caixas contendo cal, cinza, areia ou
outros materiais (ou seja, cobre as peças com esses).

- EFEITOS DO RECOZIMENTO NOS AÇOS:
a) Elimina a dureza de uma peça temperada anteriormente,
fazendo-se voltar a sua dureza normal.
b) Torna o aço mais homogéneo, melhora sua ductilidade
tornando-o facilmente maquinável.

- NORMALIZAÇÃO:
A Normalização é o tratamento térmico que tem por finalidade
aumentar a resistência mecânica do material, por refino de grão,
sem contudo, mudar a microestrutura deste. Arrefecimento ao
Ar (calmo ou forçado).
Objetivos:
➔ Refinar o grão
➔Melhorar a uniformidade
da microestrutra
*** É usada antes da
têmpera e revenido

- TÊMPERA:
É o tratamento térmico aplicado aos aços com porcentagem
igual ou maior do que 0,4% de carbono, para se obter uma
microestrutura martensítica.
O efeito principal da têmpera num aço é o aumento de dureza.
Aquecer, homogeneizar e resfriar em meios mais acelerados
(severos ou não como água, óleo, ar, etc.) em função da
composição química do material.

- TÊMPERA E SEUS EFEITOS:
1 - Aumento considerável da dureza do aço.
2 - Aumento da fragilidade em virtude do aumento de dureza.
(O aço torna-se muito quebradiço).
OBS.: Para reduzir a fragilidade de um aço temperado, aplica-
se um outro tratamento térmico denominado revenimento.

- REVENIMENTO OU REVENIDO:
É o tratamento térmico que se faz nos aços já temperados, com
a finalidade de diminuir a sua fragilidade, isto é, torná-lo menos
quebradiço.
O revenimento é feito aquecendo-se a peça temperada até
uma certa temperatura resfriando-a em seguida.
As temperaturas de revenimento são encontradas em tabelas e
para os aços ao carbono, há uma variação entre 210 e 320 C.
O arrefecimento da peça pode ser:
a) Lento : quando a peça é esfriada naturalmente.
b) Rápido: mergulhando a peça em água ou óleo.

- EFEITOS DO REVENIMENTO:
- Diminui um pouco a dureza da peça temperada, porém
aumenta consideravelmente a sua resistência aos choques.
- Geralmente, toda peça após ser temperada passa por um
revenimento.

- TEMPERABILIDADE:
A temperabilidade traduz a maior ou menor facilidade de um material
obter a microestrutura martensite.
Ou seja, quanto mais lento for o arrefecimento que conduz à
transformação A→M, maior é a temperabilidade do aço.
Factores que influenciam a temperabilidade:
- De maneira geral, todo o factor que tem influência nos tempos
de incubação A→F+C, ou seja na velocidade de germinação da F
ou C, tem uma acção directa sobre a temperabilidade:
- Os elementos de liga em solução na γ (excepto Co) retardam a
germinação dos carbonetos e aumentam a temperabilidade. Mas
a presença de precipitados ou de inclusões pode favorecer a
germinação e diminuir a temperabilidade.
- Maior o tamanho de grão da γ melhora a temperabilidade mas
piora as propriedades mecânicas.

- FACTORES QUE INFLUENCIAM A TEMPERABILIDADE:
Os efeitos dos elementos de liga sobre a temperabilidade dos
aços pode ser quantificado através de várias fórmulas,
denominadas de Carbono Equivalente (CE ou Ceq), o qual
significa que além do Carbono, há outros elementos químicos
(se se presentes no aço) que exercem também influência sobre
a temperabilidade. As fórmulas que adotaremos serão:
Para Aços Carbono Comum
Para Aços Liga
CE = Ceq = C + (Mn/6)

- CONHECER A TEMPERABILIDADE ATRAVÉS DE:
1. Curva Transformação por Resfriamento Contínuo (TRC)
2. Curvas em U (curvas de penetração de têmpera)
3. Diâmetro Crítico
4. Ensaio Jominy
Iremos abordar os dois métodos principais de avaliação
(Diâmetro Crítico e Ensaio Jominy)

- DIÂMETRO CRÍTICO:
O diâmetro crítico (para um dado
meio de arrefecimento) é aquele a
partir do qual deixa de aparecer no
núcleo da peça uma zona com
dureza inferior a 50% de martensite
(considerando que 50% de
martensite representa uma
estrutura não temperada). Se φ
crítico aumenta então a
temperabilidade aumenta.
A dureza crítica é a dureza para 50 %
de martensite.

- ENSAIO JOMINY:
Obtém-se numa só operação e num provete ou corpo
de prova (CP) normalizado com indicações globais sobre
a temperabilidade dos aços: curva Jominy. Este ensaio
está descrito na norma NP-1680.
É realizado em 3 etapas:
1. Austenitização dum provete maquinado no aço a
testar e de dimensões normalizadas. A temperatura
depende do aço e o tempo é de 30 min.
2. Arrefecimento na extremidade do provete por um
jacto de água de acordo com a norma.
3. Medição da dureza ao longo duma geratriz realizada
por rectificação ao longo de todo o comprimento. Os
pontos de medida da dureza estão situados a 1.5; 3; 5;
7; 9; 11; 13; 15; 20; 30; 40; 50; 60; 70 e 80 mm da
extremidade arrefecida e são designados por J1.5; J3;...JX.

- ENSAIO JOMINY:
Os resultados do ensaio são
apresentados numa curva HRC=f(JX)
chamada Curva Jominy do aço.
O estudo experimental do arrefecimento
do provete Jominy permitiu definir uma
velocidade de arrefecimento para cada
ponto JX.
Assim é possível Assim é possível prever,
prever, a partir da curva TRC o a partir da
curva TRC o andamento da curva
andamento da curva Jominy.

- RESUMO DOS TRATAMENTOS TÉRMICOS PRINCIPAIS:
RECOZIMENTO: ARREFECIMENTO MAIS LENTO (NO FORNO)
NORMALIZAÇÃO: NORMALIZAR, ARREFECIMENTO MODERADO (AR)
TÊMPERA: ARREFECIMENTO MAIS RÁPIDO (ÁGUA)

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