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TRATAMENTOS TERMICOS - GERAL.ppt
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- 2. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Tratamentos Térmicos Finalidade: Alteraras microestruturas e como consequência as propriedades mecânicas das ligas metálicas
- 3. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Tratamentos Térmicos Objetivos: -Remoção de tensões internas - Aumento ou diminuição da dureza - Aumento da resistência mecânica - Melhora da ductilidade - Melhora da usinabilidade - Melhora da resistência ao desgaste - Melhora da resistência à corrosão - Melhora da resistência ao calor - Melhora das propriedades elétricas e magnéticas
- 4. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS MATERIAL + TRATAMENTOTÉRMICO O TRATAMENTO TÉRMICO ESTÁ ASSOCIADO DIRETAMENTE COM O TIPO DE MATERIAL. PORTANTO, DEVE SER ESCOLHIDO DESDE O INÍCIO DO PROJETO
- 5. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Fatores de Influêncianos Tratamentos Térmicos Temperatura Tempo Velocidade de resfriamento Atmosfera* * para evitar a oxidação ou perda de algum elemento químico (ex: descarbonetação dos aços)
- 6. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Fatores de Influêncianos Tratamentos Térmicos Tempo: O tempo de trat. térmico depende muito das dimensões da peça e da microestrutura desejada. Quanto maior o tempo: maior a segurança da completa dissolução das fases para posterior transformação maior será o tamanho de grão Tempos longos facilitam a oxidação
- 7. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Fatores de Influêncianos Tratamentos Térmicos Temperatura: depende do tipo de material e da transformação de fase ou microestrutura desejada
- 8. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Fatores de Influêncianos Tratamentos Térmicos Velocidade de Resfriamento: -Depende do tipo de material e da transformação de fase ou microestrutura desejada - É o mais importante porque é ele que efetivamente determinará a microestrutura, além da composição química do material
- 9. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Principais Meios deResfriamento Ambiente do forno (+ brando) Ar Banho de sais ou metal fundido (+ comum é o de Pb) Óleo Água Soluções aquosas de NaOH, Na2CO3 ou NaCl (+ severos)
- 10. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Como Escolher oMeio de Resfriamento ???? É um compromisso entre: - Obtenção das caracterísitcas finais desejadas (microestruturas e propriedades), - Sem o aparecimento de fissuras e empenamento na peça, - Sem a geração de grande concentração de tensões
- 11. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Principais Tratamentos Térmicos TratamentosTérmicos Recozimento Normalização Tempera e Revenido Esferoidização ou Coalescimento •Alívio de tensões •Recristalização •Homogeneização •Total ou Pleno •Isotérmico Solubilização e envelhecimento
- 12. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 1- RECOZIMENTO Objetivos: -Remoção de tensões internas devido aos tratamentos mecânicos - Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade - Alterar as propriedades mecânicas como a resistência e ductilidade - Ajustar o tamanho de grão - Melhorar as propriedades elétricas e magnéticas - Produzir uma microestrutura definida
- 13. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS TIPOS DE RECOZIMENTO 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)
- 14. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 1.1- RECOZIMENTO PARA ALÍVIODE TENSÕES Objetivo Remoção de tensões internas originadas de processos (tratamentos mecânicos, soldagem, corte, …) Temperatura Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase Resfriamento Deve-se evitar velocidades muito altas devido ao risco de distorções
- 15. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Ex:RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DETENSÕES DOS AÇOS Temperatura Abaixo da linha A1 em que ocorre nenhuma transformação (600-620oC) Ou linha crítica 723 C
- 16. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS INFLUÊNCIA DA TEMPERATURADE RECOZIMENTO NA RESIST. À TRAÇÃO E DUTILIDADE Alívio de Tensões (Recuperação/Recovery)
- 17. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 1.2- RECOZIMENTO PARA RECRISTALIZAÇÃO Objetivo Elimina o encruamento gerado pela deformação à frio Temperatura Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase Resfriamento Lento (ao ar ou ao forno)
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- 19. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 1.3- RECOZIMENTO HOMOGENEIZAÇÃO Objetivo Melhorara homogeneidade da microestruturade peças fundidas Temperatura Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase Resfriamento Lento (ao ar ou ao forno)
- 20. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 1.4- RECOZIMENTO TOTALOU PLENO Objetivo Obter dureza e estrutura controlada para os aços
- 21. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 1.4- RECOZIMENTO TOTALOU PLENO Temperatura Hipoeutetóide 50 °C acima da linha A3 Hipereutetóide Entre as linhas Acm e A1 Resfriamento Lento (dentro do forno) implica em tempo longo de processo (desvantagem) Usado para aços
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- 23. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 1.1- RECOZIMENTO TOTALOU PLENO Constituintes Estruturais resultantes Hipoeutetóide ferrita + perlita grosseira Eutetóide perlita grosseira Hipereutetóide cementita + perlita grosseira * A pelita 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
- 24. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 1.5- RECOZIMENTO ISOTÉRMICO OUCÍCLICO A diferença do recozimento pleno está no resfriamento que é bem mais rápido, tornando-o mais prático e mais econômico, 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 Usado para aços
- 25. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 2- ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO ESFEROIDITAObjetivo Produção de uma estrutura globular ou esferoidal de carbonetos no aço melhora a usinabilidade, especialmente dos aços alto carbono facilita a deformação a frio
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- 27. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS OUTRAS MANEIRAS DEPRODUZIR ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO Aquecimento por tempo prolongado a uma temperatura logo abaixo da linha inferior da zona crítica, Aquecimento e resfriamentos alternados entre temperaturas que estão logo acima e logo abaixo da linha inferior de transformação.
- 28. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Usada para aços 3-NORMALIZAÇÃO Objetivos: Refinar o grão Melhorar a uniformidade da microestrutra *** É usada antes da têmpera e revenido
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- 30. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 3- NORMALIZAÇÃO Temperatura Hipoeutetóideacima da linha A3 Hipereutetóide acima da linha Acm* *Não há formação de um invólucro de carbonetos frágeis devido a velocidade de refriamento ser maior Resfriamento Ao ar (calmo ou forçado)
- 31. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 3- NORMALIZAÇÃO ConstituintesEstruturais resultantes Hipoeutetóide ferrita + perlita fina Eutetóide perlita fina Hipereutetóide cementita + perlita fina * Conforme o aço pode-se obter bainita Em relação ao recozimento a microestrutura é mais fina, apresenta menor quantidade e melhor distribuição de carbonetos
- 32. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 4- TÊMPERA Objetivos: Obterestrutura matensítica que promove: - Aumento na dureza - Aumento na resistência à tração - redução na tenacidade *** A têmpera gera tensões deve-se fazer revenido posteriormente
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- 34. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 4- TÊMPERA Temperatura Superiorà linha crítica (A1) * Deve-se evitar o superaquecimento, pois formaria matensita acidular muito grosseira, de elevada fragilidade Resfriamento Rápido de maneira a formar martensíta (ver curvas TTT)
- 35. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 4- TÊMPERA Meiosde Resfriamento Depende muito da composição do aço (% de carbono e elementos de liga) e da espessura da peça
- 36. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS TEMPERABILIDADE CAPACIDADE DEUM AÇO ADQUIRIR DUREZA POR TÊMPERA A UMA CERTA PROFUNDIDADE VEJA EXEMPLO COMPARATIVO DA TEMPERABILIDADE UM AÇO 1040 E DE UM AÇO 8640 A CURVA QUE INDICA A QUEDA DE DUREZA EM FUNÇÃO DA PROFUNDIDADE RECEBE O NOME DE CURVA JOMINY QUE É OBTIDA
- 37. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS TEMPERABILIDADE Veja comoé feito o ensaio de temperabilidade Jominy no site: www.cimm.com.br/material didático
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- 39. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS TEMPERABILIDADE DOS AÇOSEM FUNÇÃO DO TEOR DE CARBONO
- 40. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 5- REVENIDO *** Sempreacompanha a têmpera Objetivos: - Alivia ou remove tensões - Corrige a dureza e a fragilidade, aumentando a dureza e a tenacidade
- 41. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 5- REVENIDO Temperatura Podeser escolhida de acordo com as combinações de propriedades desejadas
- 42. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 5- REVENIDO 150- 230°Cos carbonetos começam a precipitar Estrutura: martensita revenida (escura, preta) Dureza: 65 RC 60-63 RC 230-400°C os carbonetos continuam a precipitar em forma globular (invisível ao microscópio) Estrutura: TROOSTITA Dureza: 62 RC 50 RC
- 43. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 5- REVENIDO 400- 500°Cos carbonetos crescem em glóbulos, visíveis ao microscópio Estrutura: SORBITA Dureza: 20-45 RC 650-738°C os carbonetos formam partículas globulares Estrutura: ESFEROIDITA Dureza: <20 RC
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- 45. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS FRAGILIDADE DE 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 resist. ao choque, não há alteração na microestrutura.
- 46. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS AÇOS SUSCEPTÍVEIS À FRAGILIDADEDE REVENIDO 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 suceptíveis ao fenômeno *é o mais prejudicial
- 47. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS COMO MINIMIZAR A FRAGILIDADEDE REVENIDO Manter os teores de P abaixo de 0,005% e S menor 0,01% Reaquecer o aço fragilizado a uma temperatura de ~600 °C seguido de refriamento rápido até abaixo de 300 °C .
- 48. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 6- SOLUBILIZAÇÃO SEGUIDADE PRECIPITAÇÃO OU ENVELHECIMENTO Consiste na precipitação de outra fase, na forma de partículas extremamente pequenas e uniformemente distribuídas. Esta nova fase enrijece a liga. Após o envelhecimento o material terá adquirido máxima dureza e resistência. O envelhecimento pode ser natural ou artificial.
- 49. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS 6- Tratamento térmicode solubilização seguido de envelhecimento Solubilização Precipitação Resfriamento em água Chamado de envelhecimento que pode ser natural ou artificial A ppt se dá a T ambiente A ppt se dá acima da T ambiente por reaqueci- mento
- 50. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS EXEMPLO: Sistema Al-Cu Afase endurecedora das ligas Al-Cu é CuAl2 () Solubilização 5,65%
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- 52. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS TRATAMENTO SUB-ZERO Algunstipos de aço, especialmente os alta liga, não conseguem finalizar a transformação de austenita em martensita. O tratamento consiste no resfriamento do aço a temperaturas abaixo da ambiente Ex: Nitrogênio líquido: -170oC Nitrogênio + álcool: -70oC
- 53. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS AÇO AISI 1321cementado as linhas Mi e Mf são abaixadas. Neste aço a formação da martensita não se finaliza, levando a se ter austenita residual a temperatura ambiente.
- 54. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS AUSTEMPERA E MARTEMPERA Problemas práticos no resfriamento convencional e têmpera A peça/ parte 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. Os tratamentos térmicos denominados de martempera e austempera vieram para solucionar este problema
- 55. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS MARTEMPERA O resfriamentoé temporariamente interrompido, criando um passo isotérmico, no qual toda a peça atinga a mesma temperatura. A seguir o resfriamento é feito lentamente de forma que a martensita se forma uniformemente através da peça. A ductilidade é conseguida através de um revenimento final.
- 56. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS AUSTEMPERA Outra alternativapara evitar distorções e trincas é o tratamento denominado austêmpera, ilustrado ao lado Neste processo o procedimento é análogo à martêmpera. Entretanto a fase isotérmica é prolongada até que ocorra a completa transformação em bainita. Como a microestrutura formada é mais estável (alfa+Fe3C), o resfriamento subsequente não gera martensita. Não existe a fase de reaquecimento, tornando o processo mais barato.
- 57. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS MARTEMPERA E AUSTEMPERA alternativaspara evitar distorções e trincas
- 58. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS CASO PRÁTICO 1 Façauma análise do seguinte procedimento adotado por uma da empresa Peça: eixo (10x100)mm Aço: SAE 1045 Condições de trabalho: solicitação à abrasão pura Tratamento solicitado: beneficiamento para dureza de 55HRC Condição para tempera: peça totalmente acabada
- 59. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS CASO PRÁTICO 2 Qualo tratamento térmico que você acha mais apropriado para um dado eixo flangeado para reconstituir a homogeneidade microestrutural com a finalidade de posteriormente ser efetuada a tempera? Informações: A região flangeada apresenta-se com 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.
- 60. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS CASO PRÁTICO 3 Portainsertos 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 sua resposta.
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- 62. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS TRANSFORMAÇÕES AUSTENITA Perlita ( + Fe3C)+ a fase próeutetóide Bainita ( + Fe3C) Martensita (fase tetragonal) Martensita Revenida ( + Fe3C) Ferrita ou cementita Resf. lento Resf. moderado Resf. Rápido (Têmpera) reaquecimento
- 63. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Tratamentos Térmicos Recozimento Total ouPleno Recozimento Isotérmico Normalização Tempera e Revenido Resfriamento Lento (dentro do forno) Resfriamento ao ar
- 64. Eleani Maria da Costa - PGETEMA/PUCRS Recozimento Total ou Pleno Isotérmico Alíviode tensões Recristalização Resfriamento Lento (dentro do forno) Temperatura Abaixo da linha A1 Não ocorre nenhuma transformação Resfriamento Deve-se evitar velocidades muito altas devido ao risco de distorções Temperatura Abaixo da linha A1 (600-620oC) - Resfriamento Lento (ao ar ou dentro do forno) **Elimina o encruamento gerado pelos processos de deformação à frio