Faculdade Nadir Dias de FigueiredoTurma: 4º snProfessor: Paulo SérgioComponentes:Cláudio EwertonJaimeGeovane Osasco 2016

Introdução• Profissionais de Tratamentos Térmicos tem por função de

realizar têmpera em aços. Por vezes se deparou com questões tais como a distorção dimensional em produtos pós têmperas. Tais problemas como trincas decorrentes de têmpera má realizada ou de meio inadequado, empenamentos etc.

Introdução Trincas decorrentes de têmpera

Introdução

• Passagem do estado líquido para o estado sólido, através de arrefecimento (resfriamento).

Distorções evitáveis

Homogeneidade térmica do equipamento Controle da temperatura Controle do tempo de processo Controle da velocidade de resfriamento Seleção do ciclo térmico Tensões residuais

Homogeneidade térmica do equipamento

O equipamento usado para o tratamento térmico deve proporcionar a máxima homogeneidade térmica possível, de modo a aquecer/resfriar a peça em toda a sua superfície de maneira homogênea.

A geometria da peça tem forte interferência nesse quesito.

Homogeneidade térmica do equipamentoQuando se fala em homogeneidade térmica do

equipamento, refere- se à etapa de aquecimento.

Tratamentos que tem de ser conduzidos em mais de um equipamento, por exemplo; um para aquecer e outro para resfriar.

Nesse tipo de equipamento as peças após atingirem a temperatura necessária (em geral superior a 780°C), são transferidas para outro equipamento.

Homogeneidade térmica do equipamento

Homogeneidade térmica do equipamento

Dependendo do tamanho da peça (comprimento) haverá considerável diferença de temperatura entre a primeira parte e a última. Essa diferença terá enorme efeito na distorção dimensional resultante.

O equipamento mais utilizado, com estas características é o forno a vácuo.

o resfriamento é feito com gás sob pressão, em geral o nitrogênio.

Homogeneidade térmica do equipamentoEsta concepção permite que o

resfriamento seja igualmente homogêneo.permitindo uma extração de calor

controlada e igual em toda a superfície da peça.

Controle da temperatura

O equipamento deve permitir o controle de temperatura, dentro de faixas bastante estreitas, a depender do tipo de serviço de tratamento térmico, de maneira a não permitir variações em diferentes partes do forno.

Controle da temperaturaAlém de não permitir variações

apreciáveis, o equipamento deve ter controles que não permitam temperaturas acima da faixa estabelecida.

Quanto maior a peça, maior a sua massa e, portanto maior o tempo que levará para homogeneização da temperatura entre a superfície e o núcleo.

Controle da temperatura

• Para o sucesso do tratamento térmico, em termos microestruturais, é importante que o núcleo da peça atinja a temperatura desejada.

• Mas sem que a superfície fique submetida à altas temperaturas por tempo excessivo

• para evitar, por exemplo, crescimento de grão, que poderá influenciar nas propriedades mecânicas após tratamento térmico.

Controle da temperatura

• Independentemente da maneira como é feito o controle, torna-se claro que ele é absolutamente indispensável, e o equipamento escolhido deve permitir a colocação de um número mínimo de termopares para controle do processo.

Controle do tempo de processo

• Da mesma forma que a temperatura, o tempo de processo deve ser controlado a cada etapa do tratamento térmico, de maneira a controlar a velocidade com que as reações metalúrgicas e térmicas ocorrem.

• Num processo como a têmpera do aço, a fase de aquecimento pode contribuir para aumentar as distorções dimensionais.

Controle do tempo de processo

• O tempo de processo não deve ser longo a não causar dano à peça e/ou sua microestrutura (por exemplo, crescimento de grão), nem tão curto que não permita que a temperatura atinja uniformemente a extensão possível da peça.

Controle do tempo de processo

• Claro que a presença do profissional experiente de tratamento térmico ainda é indispensável,

• Pelo menos para estabelecer as diferenças entre superfície e núcleo aceitáveis, ponto a ponto da peça, mas há uma considerável redução no grau de subjetividade, em relação à situação anterior, sem os termopares de arraste.

Controle da velocidade de resfriamento

• Para cada tipo de aço, há uma velocidade mínima de resfriamento, acima da qual não é possível uma transformação homogênea da microestrutura.

• A velocidade máxima poderia ser definida como aquela velocidade de resfriamento acima da qual as distorções dimensionais ficam acima de uma dada necessidade desejada (por exemplo, sobre-metal previsto), causando danos algumas vezes irreparáveis.

Controle da velocidade de resfriamento

• O ideal é sempre trabalhar dentro da velocidade mínima, de maneira a prevenir surgimento de distorções dimensionais muito acima do tolerável.

• Entretanto, para os casos em que essa prática não é possível, a movimentação no mínimo em uma das etapas, deve-se recorrer a artifícios de modo a ter sob controle ao menos parte das variáveis tempo e temperatura.

Seleção do ciclo térmico

• Entende-se por ciclo térmico, todo o ciclo que engloba aquecimento/resfriamento da peça durante o processo de têmpera.

• Todas as etapas citadas são parte integrante do ciclo térmico, e devem fazer parte das preocupações do profissional de tratamentos térmicos, para, entre muitas outras razões, prevenir as distorções dimensionais.

Seleção do ciclo térmico

• Uma vez fixado o tipo de aço com o qual vai ser confeccionada a peça, serão então fixada a temperatura de austenitização.

• Isso se dá principalmente em função da composição química do material.

Tensões residuais

• Quanto mais rápido o aquecimento, maior a quantidade de tensões residuais que vão se acumular no aço.

• Até temperaturas da ordem de 720°C (quando começa a transformação metalúrgica), ocorre a expansão térmica linear . O ideal é que este fenômeno físico ocorra à menor velocidade possível.

Tensões residuais

Para não comprometer os compromissos de custos e propriedades mecânicas resultantes; o ciclo térmico deve ser projetado de forma a reduzir a um mínimo as velocidades, tanto de aquecimento, como de resfriamento

Dispositivação

• Na dispositivação há que se considerar qual o sentido em que o fluxo de gases se movimenta durante o resfriamento.

• a melhor disposição das peças é aquela em que o fluxo de gases é o mais livre possível e que ocorre de forma a envolver toda a peça homogeneamente

Dispositivação

Objetivo; verificação de variações dimensionais

• Diagrama mostrando a transformação do aço no campo austenítico (processo de têmpera). Aquecimento seguido de resfriamento brusco.

Objetivo: verificação de variações dimensionais

• Microestrutura da Martensita mostrando estrutura de agulhas, de um material após a realização da têmpera. Verifica-se a estrutura na forma de agulhas de martensita uma solução supersaturada de carbono. A martensita é extremamente dura e, portanto, é uma estrutura desejável para os aços usados em ferramentas e maquinário do todos os tipos. 

Objetivo: verificação de variações dimensionais

• Revenimento é aplicado nos aços para corrigir a tenacidade e a dureza excessiva, conseguindo o aumento da tenacidade dos aços.

Objetivo: verificação de variações dimensionais

• distorções que causam alteração nas medidas da peça.

Objetivo: verificação de variações dimensionais

• Determinação de Temperabilidade em aços

Objetivo: verificação de variações dimensionais

• Distorções INEVITÁVEIS de causa térmica• Meio de resfriamento, exemplo realizar têmpera um AÇO

FERRAMENTA – AISI H13 em água ira ocasionar trincas severas no material, portanto torna-se uma distorção inevitável caso, se opte por se realizar a têmpera neste meio (água).

• Meio adequado: Têmpera: Austenitizar  em temperatura próxima de 1020ºC. Aquecer por 1 hora para cada 25 mm de espessura e adicionar 1 hora para cada 25 mm adicionais.

•  Resfriar em ar, óleo morno, banho de sal ou pressão de nitrogênio em forno a vácuo. Durante o aquecimento para a austenitização devem ser realizados 2 pré-aquecimentos para garantir uma homogeneidade de temperatura e minimizar distorções. O resfriamento deve ser adequado à geometria e dimensão das ferramentas.

Objetivo: verificação de variações dimensionais: Condição de tratamento térmico em banho de sais (grupo no qual é preciso transferência térmica•

• As peças são emergidas em fornos com temperaturas que variam de 800°C a 1.100ºC, sempre obedecendo as normas técnicas do aço utilizado na fabricação das peças a serem tratadas. Essas temperaturas são controladas por pirômetros que são calibrados e são aferidas pelos profissionais da área.

verificação de variações dimensionais

Objetivo: Garantir um tratamento térmico de qualidade

primeiramente, o processo empregado precisa ser cuidadosamente conhecido e as variáveis envolvidas conhecidas são:

equipamentos, procedimentos e condições de tempo e temperatura.

verificação de variações dimensionais

Objetivo: verificação de variações dimensionais:

O equipamento mais utilizado, com estas características é o forno a vácuo, este tipo de equipamento tem resfriamento através de gases que são insuflados diretamente na câmara de aquecimento, não havendo necessidade de movimentação das peças. Resfriamento é feito com gás sob pressão, em geral nitrogênio, podendo utilizar também hélio ou argônio.

Objetivo: verificação de variações dimensionais:• Meio para monitoramento de temperatura de peças que sofrem

tratamento térmico, (termopar). A quantidade de termopares no material, está diretamente ligada com o caso da indústria em questão, Ex: norma API – American Petroleun Institute – exige a instalação de no mínimo oito termopares de arraste para a avaliação da uniformidade do equipamento. Já no caso das normas aeroespaciais, em geral mais rigorosas, a exigência atinge doze diferentes pontos.

Objetivo: verificação de variações dimensionais

Sentido do fluxo de gás (indicado pela seta) em forno a vácuo

Nesse sentido transversal o fluxo de gás, não percorre uniformemente pela peça, por consequência a peça não vai obter o tratamento térmico necessário.

Objetivo: verificação de variações dimensionais

• Foto de equipamento típico de banho de sais fundidos, carregado com peças para austenitização. As peças são penduradas em arames de aço.

Conclusão: • A têmpera é muito utilizada em diversos materiais, para

aumento de sua resistência ao choque, mas tem várias variantes no processo.

• Como o tempo de aquecimento do material para a transformação em austenita (zona austenítica), dar o tempo de encharque para toda a sua transformação, a velocidade de resfriamento e o meio de resfriamento adequado para o material em questão seja possível verificar a posição da peça de forma correta (longitudinal), para não prejudicar o material e não perder tempo realizando novamente o mesmo trabalho.

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