Tratamentos Térmicos.pdf

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Tecnologia dos Materiais
Aços para Construção Mecânica
Tratamentos térmicos
• Finalidade:
Alterar as microestruturas e como
consequência as propriedades mecânicas
das ligas metálicas

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• 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

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MATERIAL + TRATAMENTO TÉRMICO
O TRATAMENTO TÉRMICO ESTÁ
ASSOCIADO DIRETAMENTE COM O
TIPO DE MATERIAL.
PORTANTO, DEVE SER ESCOLHIDO
DESDE O INÍCIO DO PROJETO

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Fatores de influência no TT
 Temperatura
 Tempo
 Velocidade de resfriamento
 Atmosfera*
* para evitar a oxidação ou perda de
algum elemento químico (ex:
descarbonetação dos aços)

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 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

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

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 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

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Principais Meios de Resfriamento
 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)

Comportamento mecânico de ligas
ferro-carbono
Materiais para Construção Mecânica
Transformações de Fases em Metais
CEMENTITA GLOBULIZADA
CEMENTITA GLOBULIZADA
PERLITA GROSSEIRA
PERLITA GROSSEIRA
PERLITA FINA
PERLITA FINA
BAINITA SUPERIOR
BAINITA SUPERIOR
BAINITA INFERIOR
BAINITA INFERIOR
MARTENSITA
MARTENSITA
DUREZA
DUREZA
DUCTILIDADE
DUCTILIDADE
RESITÊNCIA
MECÂNICA
RESITÊNCIA
MECÂNICA

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Como Escolher o Meio 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

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Tratamentos Térmicos
Recozimento
Normalização
Tempera
e Revenido
Esferoidização ou
Coalescimento
•Alívio de tensões
•Recristalização
•Homogeneização
•Total ou Pleno
•Isotérmico
Solubilização e
envelhecimento

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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

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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)’

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Recozimento para alívio de 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

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Recozimento para alívio de tensões dos
aços
 Temperatura
Abaixo da linha A1
 em que
ocorre nenhuma
transformação
(600-620oC)
Ou linha crítica
723 C

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Recozimento para alívio de tensões dos
aços
Alívio de Tensões
(Recuperação/Recovery)

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Recozimento para recristalização
 Objetivo
Elimina o encruamento gerado pela deformação à frio
 Temperatura
 Resfriamento
 Lento (ao ar ou ao forno)

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Recozimento para recristalização

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Recozimento para homogeneização
 Objetivo
Melhorar a homogeneidade da microestruturade peças fundidas
 Temperatura
 Resfriamento
 Lento (ao ar ou ao forno)

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Têmpera
Objetivos:
 Obter estrutura matensítica
que promove:
- Aumento na dureza
- Aumento na resistência à
tração
- redução na tenacidade
*** A têmpera gera tensões 
deve-se fazer revenido
posteriormente

MARTENSITA
• É um microconstituinte MONOFÁSICO METAESTÁVEL, formado pelo
resfriamento RÁPIDO (TÊMPERA) de ligas ferro-carbono
AUSTENITIZADAS.
• A transformação de austenita em martensita COMPETE com as
transformações AUSTENITA-PERLITA e AUSTENITA-BAINITA.
• A formação de martensita é um processo NÃO-DIFUSIVO: ocorre
quase INSTANTANEAMENTE quando se atinge a temperatura de
transformação.
• A martensita é uma SOLUÇÃO SÓLIDA SUPERSATURADA DE
CARBONO em ferro que adquire estrutura TETRAGONAL DE CORPO
CENTRADO (TC).
• A transformação martensítica ocorre também em outros sistemas
de ligas, sendo sempre caracterizada pela AUSÊNCIA DE DIFUSÃO.

Martensita
Austenita
Ferrita
Martensita
Resfriamento lento
Resfriamento rápido

Temperatura
(ºC)
800
700
600
500
400
300
200
100
1 10 102 103 104 105
Tempo
B
P
A
B
P
A
A
A
A
M
M
M
(início)
(50%)
(90%)
Temperatura eutetóide
+
+
50%
Aço EUTETÓIDE
A
B
P
M
: Austenita
: Perlita
: Bainita
: Martensita
Têmpera

MATENSITA EM RIPAS

MARTENSITA EM PLACAS

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Têmpera

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Têmpera
• Temperatura
Superior à 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)

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Têmpera
• Meios de Resfriamento
Depende muito da composição do aço (% de
carbono e elementos de liga) e da
espessura da peça

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Temperabilidade
• CAPACIDADE DE UM 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 POR MEIO DE
ENSAIOS NORMALIZADOS

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Temperabilidade dos aços em função do
teor de carbono

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Dureza adiquirida

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Revenido
*** Sempre acompanha a têmpera
Objetivos:
- Alivia ou remove tensões
- Corrige a dureza e a fragilidade, aumentando a
dureza e a tenacidade

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Revenido
• Temperatura
Pode ser escolhida
de acordo com
as combinações
de propriedades
desejadas

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Revenido
150- 230°C os 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

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Estágios do Revenido
100-200°C→os carbonetos ε (Fe2.4C) começam a
precipitarDureza: 65 RC → 60-63 HRC;
200-350°C→Austenita retida se transforma em ferrita e
cementita;
200-350°C → carboneto Fe3C precipita. Dureza: 62 RC →
50 HRC
350-500°C→Segregação de impurezas e elementos de
liga (fragilização do revenido)
400-500°C → os carbonetos (de Fe ) crescem em
glóbulosDureza: 20-45 HRC
500-700°C → Formação de carbonetos com elementos
de liga (W, V, Nb, Cr); Fe3C pode dissolver)
endurecimento secundárioEstágios

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Revenido

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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.

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Aços susceptíveis a fragilidade de 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

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Como diminuir fragilidade de 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 .

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

Tratamentos Térmicos
Recozimento
Total ou Pleno
Recozimento
Isotérmico
Normalização
Tempera e
Revenido
Resfriamento
Lento
(dentro do forno)
Resfriamento
ao ar

Recozimento
Total ou Pleno
Isotérmico
Alívio de
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

BAINITA
Temperatura eutetóide
Bainita
inferior
Bainita
superior B
P
A
A
A B
+
A+ P
A
Perlita fina
Perlita grossa
600
700
800
500
400
300
200
100
1 10 102 103 104 105
Temperatura
(ºC)
Tempo (s)
?
: Austenita
: Perlita
: Bainita
A
B
P

Bainita inferior
Bainita inferior
Bainita superior
Bainita superior
BAINITA SUPERIOR X BAINITA
INFERIOR
Ferrita
Ferrita
Cementita
Cementita
Martensita
Martensita
Ferrita
Ferrita
Cementita
Cementita
Martensita
Martensita

COMPORTAMENTO MECÂNICO DE
LIGAS FERRO-CARBONO
• PERLITA:
– O aumento da quantidade de cementita torna a perlita mais dura e frágil.
– A cementita (DURA e RESISTENTE) restringe a deformação da ferrita (MAIS
MACIA).
– Quanto MAIS FINAS as lamelas de ferrita e cementita, MAIOR A ÁREA DE
CONTORNO entre as fases e MAIS DURO E RESISTENTE é o material.
• CEMENTITA GLOBULIZADA:
– A precipitação da cementita em forma de PARTÍCULAS ESFEROIDAIS REDUZ A
ÁREA DE CONTORNO entre a cementita e a ferrita.
– É a estrutura mais MACIA, DÚCTIL e TENAZ dos aços.
• BAINITA:
– A estrutura MAIS FINA (as partículas de ferrita e cementita são MENORES do
que as encontradas na perlita) torna os aços bainíticos mais DUROS e
RESISTENTES do que os PELÍTICOS.

COMPORTAMENTO MECÂNICO DE
LIGAS FERRO-CARBONO
• MARTENSITA:
– É a microestrutura mais DURA e RESISTENTE dos aços.
– É também a MAIS FRÁGIL: possui ductilidade DESPREZÍVEL.
– Causas da elevada dureza e resistência:
• Grande eficiência dos átomos de carbono intersticiais em restringir o
movimento das discordâncias.
• O número reduzido de sistemas de escorregamento da estrutura
tetragonal de corpo centrado (TCC).
– A austenita é mais densa do que a martensita: há portanto um
aumento de volume durante a têmpera.
– Portanto, peças grandes, resfriadas muito rapidamente, podem
TRINCAR.

MARTENSITA REVENIDA
• A grande fragilidade da martensita inviabiliza o seu uso para a maioria
das aplicações.
• REVENIDO: tratamento térmico que tem por objetivos AUMENTAR A
DUCTILIDADE e a TENACIDADE da martensita, além de ALIVIAR AS
TENSÕES INTERNAS geradas pelo processo de têmpera.
• Consiste em se aquecer o aço temperado a temperaturas entre 250 e
650 ºC, por um tempo específico.
• O alívio das tensões ocorre em temperaturas mais baixas, em torno de
200 ºC.
• Durante o tratamento, os PROCESSOS DE DIFUSÃO transformam a
estrutura martensítica em MARTENSITA REVENIDA, pela precipitação
do carbono retido.
Martensita (TCC,
monofásica)
Martensita (TCC,
monofásica)
Martensita revenida (fases
 + Fe3C)
Martensita revenida (fases
 + Fe3C)
REVENIDO

Martensita revenida
• A estrutura da martensita revenida consiste em
PARTÍCULAS MUITO PEQUENAS de cementita,
dispersas uniformemente em uma matriz contínua
de ferrita.
• A grande área de contato entre a ferrita e a
cementita tornam a estrutura QUASE TÃO DURA e
RESISTENTE quanto a martensita.
• A matriz contínua de ferrita confere boa
ductibilidade.
Microestrutura da
martensita revenida
Microestrutura da
martensita revenida

Martensita revenida
• Quanto maior o tempo de
tratamento, MENOS DURO e
MAIS DÚCTIL se torna o material,
devido ao CRESCIMENTO DAS
PARTÍCULAS DE CEMENTITA.

TRANSFORMAÇÕES DE FASE DE UM
AÇO EUTETÓIDE
AUSTENITA
AUSTENITA
PERLITA ( +
Fe3C)
PERLITA ( +
Fe3C)
BAINITA ( +
Fe3C)
BAINITA ( +
Fe3C)
MARTENSITA
(monofásica,
TCC)
MARTENSITA
(monofásica,
TCC)
MARTENSITA
REVENIDA ( +
Fe3C)
MARTENSITA
REVENIDA ( +
Fe3C)
Resfriamento
lento
Resfriamento
moderado
Resfriamento
rápido
Revenido

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