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Breve curso de tratamentos térmicos
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Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas
Isoflama Indústria e Comércio de Equipamentos Ltda
Apresentação: João Carmo Vendramim, Eng.MSc
A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
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
C G
C F F
(LTQ)
LAMINADOR DE TIRAS A
QUENTE
SUCATA
MÁQUINA DE LINGOTAMENTO
CONTÍNUO
GUSA
PANELA
DE AÇO
LÍQUIDO
ALTO-FORNOCONVERSOR
Fluxo de Produção do Aço
COQUERIA
CARVÃO
MINÉRIO
DE
FERRO SINTERIZAÇÃO
O2 (OXIGÊNIO)
SINTER
COQUE
OXIGÊNIO
RECOZIMENTO
(LTF)
LAMINADOR DE
TIRAS A FRIO
P L A C A S
(LA)
LAMINADOR DE
ACABAMENTO
(TQ) LINHA DE TESOURAS A
QUENTE
E.B.A.
BORBULHAMENTO
DE ARGÔNIO
FORNO-PANELA
AQUECIMENTO
E AJUSTE
R.H.
DESGASEIFICAÇÃO
à VÁCUO
DESEMPENADEIRA
A QUENTE
(LCG)
LAMINADOR DE
CHAPAS
GROSSAS
TRATAMENTO TÉRMICO:
TÊMPERA / REVENIMENTO
TRATAMENTO TÉRMICO:
NORMALIZAÇÃO
ULTRA-SOM
LINHA DE INSPEÇÃO
LA LAMINADOR DE
ENCRUAMENTO
LINHA DE TESOURAS
B QB Q A
B F
C F Q / C F Q A
DECAPAGEM
C F Q D
B Q D
LINHA DE TESOURAS
FORNO DE REAQUECIMENTO
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)
A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
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
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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; CobreObs.: Todos os metais, muitas cerâmicas e alguns polímeros formam
estruturas cristalinas sob condições normais de solidificação
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Nos materiais não-cristalinos ou amorfos não existeordem de longo alcance na disposição dos átomos
As propriedades dos materiais sólidos cristalinosdependem da estrutura cristalina, ou seja, da maneirana qual os átomos, moléculas ou íons estãoespacialmente dispostos.
Há um número grande de diferentes estruturascristalinas, desde estruturas simples exibidas pelosmetais até estruturas mais complexas exibidas peloscerâmicos e polímeros
A Natureza Cristalina dos Metais
A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
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 Natureza Cristalina dos Metais
A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
A célula cristalina CCC – Cúbica de Corpo Centrado (Ferro Alfa)
A Natureza Cristalina dos Metais
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A Natureza Cristalina dos Metais
A célula cristalina CFC – Cúbico de Face Centrada (Ferro Gama)
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A célula cristalina HC – hexagonal compacta
A Natureza Cristalina dos Metais
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.
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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.
Vapor2875 ºC
Líquido
Ferro CCC
Ferro CFC
Ferro CCC
Não magnético – ferro
Ferromagnético
1538 ºC
1394ºC
912ºC
770ºC
25 ºC
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Alotropia do Ferro
A Natureza Cristalina dos Metais
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Efeito da Temperatura no parâmetro de reticulado do Ferro
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Mudança de volume devido a transformação estrutural
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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.
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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
As Principais Transformações a partir da Austenita
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As Principais Transformações a partir da Austenita
Austenita (acima de 723 ºC)
Resfriamento
Moderado
Cisalhamento
+
Difusão
Perlita + Ferrita
Resfriamento
Rápido
Cisalhamento
Resfriamento
Lento
Difusão
BainitaFerrita Acicular
Martensita
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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.
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CCC para CFC
Transformação da Ferrita (CCC) em Austenita (CFC)
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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
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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.
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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.
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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.
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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
Ou linha crítica723 C
Temperatura
abaixo da linhaA1 em quenenhumatransformaçãoocorre (723 ºC)
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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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Linhas de transformação para o aquecimento e resfriamento nas ligas Fe-C
Principais Informações do Diagrama Fe-C
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Para aços Hipoeutetóides as temperaturas críticas A1 e A3 podem ser estimadas, em consideração aos elementos de liga, conforme as equações:
Principais Informações do Diagrama Fe-C
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Temperaturas Críticas para alguns aços
Principais Informações do Diagrama Fe-C
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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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Estrutura do aço Eutetóide (100% perlítico)
Principais Informações do Diagrama Fe-C
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Principais Informações do Diagrama Fe-C
Aquecimento / Resfriamento do Aço Hipereutetóide
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Estrutura típica de aço Hipereutetóide com 1,3%C
Principais Informações do Diagrama Fe-C
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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.
O que é Tratamento Térmico?
NBR 8653
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Tratamentos Térmicos
Finalidade
Alterar as microestruturas e como
consequência as propriedadesmecânicas, 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 fasespara 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, gásinerte, ou “redutora”)
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Fatores de Influencia nos Tratamentos Térmicos
Temperatura:
Depende do tipo de material e da transformação de fase ou microestruturadesejada
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Fatores de Influencia nos Tratamentos Térmicos
Velocidade de Resfriamento
Depende do tipo de material e da
transformação de fase ou microestruturadesejada
- Importante porque determina a microestruturafinal
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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 ouNaCl (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/metallurgy/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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Efeito do Carbono nas temperaturas de início e fim da transformação austenítica
Fatores que influenciam a posição da curva TTT
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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
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Curvas TRC
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Curvas TRC para alguns Aços
SAE 1060
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Curvas TRC para alguns Aços
SAE 1090
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Curvas TRC para alguns Aços
SAE 4340
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Curvas TRC para alguns Aços
AISI H13
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Principais Tratamentos Térmicos
Tratamentos Térmicos
Recozimento
Normalização
Têmpera e Revenimento
Esferoidização ouCoalescimento
•Alívio de tensões•Recristalização•Homogeneização•Total ou Pleno•Isotérmico
Solubilização e Envelhecimento
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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 usinabilidadedos aços baixo e médio carbono
* Para melhorar a usinabilidade dos aços alto carbonorecomenda-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 naResistência 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
Solubilização
Precipitação
Resfriamento em água
Chamado de envelhecimento quepode serNatural ou Artificial
A ppt se dá a T ambiente
A ppt se dá acima da T ambiente por reaqueci-mento
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
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 matensitaacicular 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
A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
O ciclo térmico de Têmpera e Revenimento
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Têmpera
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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.
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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
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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
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Microestruturas no Revenimento
Troostita e Martensita Sorbita
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Temperatura versus Dureza no Revenimento
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Fragilidade ao Revenido
Ocorre em determinados tipos de aços quando aquecidos na faixa de temperatura entre 375-475 °C, ou quando resfriadoslentamente nesta faixa.
A fragilidade ocorre mais rapidamente na faixa de 470-475 °C
A fragilidade só é revelada no ensaio de resistência aoimpacto (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 rápidoaté abaixo de 300C
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Revenimento
A Temperaturade Revenimento é selecionada de acordo com as combinações de propriedadesdesejadas
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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
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Martempera
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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
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Austempera
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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
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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
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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.
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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”
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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
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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
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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
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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
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Ensaio Jominy
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Jominy
http://www.youtube.com/watch?v=hxOHvpAZy2o
http://www.matter.org.uk/steelmatter/metallurgy/7_1_1.html
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Jominy
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Jominy
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Jominy
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Temperabilidade
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Temperabilidade dos Aços Carbono
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Sistema Al-Cu
A fase endurecedora das ligas Al-Cu é CuAl2 ()
Solubilização5,65%
7- Outros tratamentos térmicos
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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
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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
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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
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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.
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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.
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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?
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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?
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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”.
RESUMOS
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Transformações
AUSTENITA
Perlita( + Fe3C) + a fase próeutetóide Bainita
( + Fe3C)
Martensita
(fase tetragonal)
Martensita Revenida
( + Fe3C)
Ferrita ou cementita
Resf. lentoResf. moderado
Resf. Rápido
(Têmpera)
reaquecimento
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Tratamentos Térmicos
RecozimentoTotal ou Pleno
RecozimentoIsotérmico
Normalização
Têmpera e Revenido
Resfriamento Lento
(dentro do forno)Resfriamento
ao ar
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Recozimento
Total ou Pleno
IsotérmicoAlívio de Tensão
Recristalização
Resfriamento Lento
(dentro do forno)TemperaturaAbaixo da linha A1 Não ocorre nenhumatransformaçãoResfriamentoDeve-se evitarvelocidades muito altasdevido ao risco de distorções
TemperaturaAbaixo da linha A1
(600-620 ºC)- Resfriamento
Lento (ao ar ou dentro
do forno)**Elimina o
encruamentogerado pelosprocessos de
deformação à frio
A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
Tratamento Térmico
FIM