tratamento térmico dos aços

Tratamentos Térmicos


• Finalidade:

Alterar as microestruturas e como

consequência as propriedades

mecânicas das ligas metálicas

Tratamentos TérmicosObjetivos:- 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

MATERIAL + TRATAMENTO TÉRMICO

O TRATAMENTO TÉRMICO ESTÁ

ASSOCIADO DIRETAMENTE COM

O TIPO DE MATERIAL.

PORTANTO, DEVE SER

ESCOLHIDO DESDE O INÍCIO DO

PROJETO

Fatores de Influência nos Tratamentos Térmicos

Temperatura

Tempo

Velocidade de resfriamento

Atmosfera*

* para evitar a oxidação ou perda de algum elemento químico (ex: descarbonetação dos aços)


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


Temperatura:

depende do tipo de material e da transformação de fase ou microestrutura desejada


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

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)

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

Principais Tratamentos Térmicos


Recozimento

Normalização

Tempera

e Revenido

Esferoidização ou

Coalescimento

•Alívio de tensões

•Recristalização

•Homogeneização

•Total ou Pleno

•Isotérmico

Solubilização e

envelhecimento

TRATAMENTO TÉRMICO

Recozimento

RECOZIMENTO

• Este tratamento tem por fim restituir ao aço as

características que foram alteradas por

tratamento mecânico ou térmico anterior,

regularizar as estruturas brutas de fusão, obter

estruturas favoráveis à maquinagem ou

deformação a frio, atenuar heterogeneidades

ou, ainda, eliminar ou reduzir tensões internas.

RECOZIMENTO

• Define-se recozimento como o tratamento

térmico que consiste no aquecimento e

manutenção a temperatura determinada,

seguido de arrefecimento lento, através do

domínio de transformação perlítica.

Recozimento: Seus objetivos são os

seguintes: remover tensões devidas a

tratamento mecânicos, diminuir a dureza,

aumentar a ductilidade, regularizar a textura

bruta de fusão, eliminar finalmente, o efeito

de quaisquer tratamentos térmicos ou

mecânicos a que o aço tenha sido

submetido anteriormente.

A estrutura resultante do recozimento é

a normal ou seja: ferrita mais perlita, se o

aço for hipoeutetóide, perlita mais

cementita, se o aço for hipereutetóide e

somente perlita,se for eutetóide.

No aquecimento para o recozimento, a

temperatura deve situar-se a mais ou menos

50°C acima do limite superior da zona crítica .

Para os aços hipoeutetóide, acima do limite

inferior da zona crítica (linha A3). Para os aços

hipereutetóides, Acima da (linha A1).

Para evitar o tempo muito longo exigido pelo

recozimento, pode-se substituir o recozimento comum

pelo recozimento isotérmico, em que o aquecimento é

feito normalmente, mas o esfriamento é dividido em

duas partes.

Esfriamento rápido até uma temperatura situada na

parte superior do diagrama de transformação

isotérmica, onde fica até que a austenita se transforme

nos produtos normais de transformação; a segunda

etapa consiste no esfriamento até a temperatura

ambiente, depois de completada a transformação da

primeira etapa.

Outro tipo de recozimento é o de alívio de

tensões, em que o aquecimento é feito a

temperaturas abaixo da zona crítica. Seu

objetivo é apenas aliviar as tensões

originadas em processos de conformação

mecânica, soldagem, corte por chama,

endireitamento, usinagem, etc

Ex:RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES DOS AÇOS

TemperaturaAbaixo da linha A1

em que

ocorre nenhuma transformação (600-620oC) Ou linha crítica

723 C

Existe ainda um forma de recozimento

que se aplica a tiras e chapas de aço

laminados a frio. Em que as peças são

colocadas em recipientes vedados no

interior de um forno com temperatura entre

600° e 700°C. Esse tipo de processo se

chama recozimento em caixa.

INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA DE RECOZIMENTO NA RESIST. À TRAÇÃO E

DUTILIDADE

Alívio de Tensões(Recuperação/Recovery)

No ferro fundido, o recozimento tende a

aliviar as tensões causadas no

resfriamento das peças. Outra propriedade

importante é a melhora da usinabilidade

mecânica do material.

As temperaturas usadas para alívio de

tensões são:

-sem elementos de liga - 500° a 565°C

-sem baixo teor em ligas - 565° a 600°C

-de baixo teor em ligas - 600° a 650°C

Recozimento azul

Recozimento realizado em condições tais que se

forme uma superfície metálica uma camada de

óxido uniforme e aderente, de cor azulada.

Utiliza-se para peças de ferro fundido que

necessitam de menor dureza do que a obtida

após a fundição.

Recozimento brilhante

Recozimento realizado em condições tais que

evitem a oxidação da superfície metálica.


necessitam de menor dureza do que a

obtida após a fundição.

Recozimento ferrítico

Recozimento aplicado ao ferro fundido,

destinado à obtenção de matriz ferrítica.

Também denominado ferritização.


necessitem de dureza abaixo daquela obtida

após a fundição.

Recozimento intermediário

Recozimento realizado pela permanência em

temperatura dentro da zona crítica. Utiliza-se

para peças que necessitam ser usinadas, com

remoção de cavacos, sob condições particulares.

RECOZIMENTO ISOTÉRMICO OU

CÍCLICO• 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

Recozimento isotérmico

Recozimento caracterizado por uma austenitização

seguida de transformação isotérmica da austenita na

região formação da perlita.

Utiliza-se para peças que necessitam ser usinadas, com

remoção de cavacos e que após a usinagem, devam

sofrer tratamentos térmicos finais com distorções

dimensionais mínimas e sempre repetitivas para

grandes séries de produção.

Transformações isotérmicas

• um aço pode ser endurecido por tratamento

térmico. Se a fase estável austenite de um aço

eutectóide (0.8% C) , for arrefecida logo abaixo

da temperatura de transformação em equilíbrio,

ocorre uma transformação com difusão.

Nesta transformação o processo de crescimento

envolve a reorganização da fase inicial em

fases bem diferentes (ferrite e cementite).


• A transformação da austenite num dado

aço pode ser resumida convenientemente

no diagrama TTT (tempo-temperatura-

transformação) desse aço.


• Curvas experimentais típicas de (a)

transformação isotérmica, (b) transformação no

arrefecimento utilizadas para construção do

diagrama TTT de um aço.

• As curvas isotérmicas (c) fornecem dados para

construir um diagrama TTT

Recozimento para alívio de tensões

Recozimento subcrítico visando a eliminação de

tensões internas sem modificação fundamental

das propriedades existentes, realizado após

deformação a frio, tratamento térmico, soldagem,

usinagem etc.

Recozimento para crescimento de grão

Recozimento caracterizado por permanência em

temperatura significativamente acima de zona crítica,

resfriamento lento até a temperatura abaixo do ponto A1

e subsequente resfriamento arbitrário até a temperatura

ambiente, destinado a produzir crescimento de grão.

Utiliza-se para peças que necessitam ser usinadas, com

remoção de cavacos e que, após a usinagem, devem

sofrer tratamentos térmicos finais com distorções

dimensionais mínimas e sempre repetitivas para

grandes séries de produção.

HOMOGENEIZAÇÃO

O recozimento de homogeneização, também chamado de difusão, tem por fim melhorar as propriedades das peças tratadas, à custa de uma melhor distribuição em toda a massa dos componentes químicos ou dos constituintes estruturais.

No recozimento de crescimento de grão, pretende-se dar ao material maior ductilidade, para que possa ser mais facilmente deformável. O aumento do tamanho de grão resulta dum aquecimento a temperatura elevada, desde que ultrapasse a temperatura de coalescência, dependendo do tempo de permanência a essa temperatura.

Recozimento para homogeneização

Recozimento caracterizado por um aquecimento

até uma temperatura consideravelmente acima

do ponto AC3, longa permanência nessa

temperatura e resfriamento adequado ao fim em

vista, para eliminação de variações locais de

composição do material.

RECOZIMENTO HOMOGENEIZAÇÃO

Objetivo Melhorar a homogeneidade da microestruturade peças

fundidas

Temperatura

Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase

Resfriamento Lento (ao ar ou ao forno)

Globulização no Recozimento

• O processo de globulização baseia-se

fundamentalmente num mecanismo de

difusão controlada, que provoca o

arredondamento e o crescimento dos

grãos, já que não existe a austenização

completa.

Recuperação do Recozimento

• O terceiro Grupo engloba os recozimentos sub-críticos, nos quais a temperatura atingida é inferior a Ac1. Dentro deste grupo destacam-se os recozimentos de restauração ou recuperação, de recristalização e de desgaseificação. Embora nos recozimentos sub-críticos o aquecimento é realizado a uma temperatura abaixo da zona crítica seguido de arrefecimento a velocidade conveniente, são também considerados recozimentos, visto que a estrutura final é sempre mais estável.

Normalização do Recozimento

• Este tratamento consiste no aquecimento de peças a temperaturas de 25 a 50ºC acima da temperatura crítica de transformação Ac3 para os aços hipoeutectóides, seguindo-se o arrefecimento ao ar, após adequada manutenção da temperatura durante um certo tempo.

• Com a normalização pretende-se alcançar uma estrutura homogénea e um grão fino, além da eliminação de irregularidades estruturais provocadas por tratamentos mecânicos a quente e a eliminação de tensões residuais.

Patentagem

• O tratamento conhecido sob o nome de

"patentagem" não é mais que um recozimento

isotérmico em que a temperatura do banho

para esse fim é de cerca de 530ºC, para um

aço de 0.7% de carbono. Obtém-se uma

microestrutura eutectóide cuja perlite é muito

fina e praticamente irresolúvel ao microscópio

óptico.

Recozimento para recristalização

Recozimento caracterizado pela permanência em

temperatura dentro da faixa de recristalização,

após deformação realizada abaixo dessa faixa.

Utiliza-se para peças deformadas plasticamente

a frio, com a finalidade de reduzirem ao seus

limites de escoamento e de resistência.

- 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)

Recozimento para solubilização

Recozimento em consequencia do qual um ou mais

constituintes entram em solução. Geralmente

caracterizado por um resfriamento rápido destinado à

retenção daqueles constituintes em solução na

temperatura ambiente. Também denominado

solubilização. Utiliza-se para peças que, durante as

diversas etapas de produção, apresentam segregações

dos elementos de liga da matriz básica.

Recozimento pleno

Recozimento caracterizado por um resfriamento

lento através da zona crítica, a partir da

temperatura de austenitização(geralmente acima

de AC1 para aços hipoeutetóides e entre

AC31 e ACCM para os hipereutetóides).

Utiliza-se para peças de ferro fundido

que necessitam de menor dureza do que a

obtida após a fundição.

RECOZIMENTO TOTAL OU

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

++Fe3C

+Fe3C

Recozimento

total ou pleno

RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO

Constituintes Estruturais resultantesHipoeutetóide 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 teor carbono recomenda-se a esferoidização

Recristalização

Nucleação e crescimento de novos grãos,

geralmente equipais e isentos de tensão, a partir

de uma matriz deformada plasticamente.

Utiliza-se para peças deformadas plasticamente

a frio, com a finalidade de reduzirem aos seus

limites de escoamento e de resistência.

ESFEROIDIZAÇÃO OU

COALESCIMENTO

• Esferoidização é um tratamento térmico

para o aço, visando dar forma esférica a

um dos tipos de grãos que formam o aço,

os de um material denominado cementita.

É um tipo de tratamento indicado para

aços de alto teor de Carbono (contém

mais cementita).

ESFEROIDIZAÇÃO OU

COALESCIMENTO

ESFEROIDITA ObjetivoProdução de uma estrutura

globular ou esferoidal de

carbonetos no aço

melhora a

usinabilidade,

especialmente dos aços

alto carbono

facilita a deformação a

frio

++Fe3C

+Fe3C

Esferoidização

ou

coalescimento

OUTRAS MANEIRAS DE PRODUZIR

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.

PROPRIEDADES MECÂNICAS

As propriedades mecânicas de um material

influenciam determinantemente a sua

aptidão para uma dada aplicação.

Para melhor se compreender o que significa

resistência mecânica, é útil o conhecimento

dos fenômenos de deformação dos

materiais.

Deformação Elástica

Existem dois conceitos fundamentais na

deformação elástica dos materiais: a definição

de tensão e a definição de deformação.

A causa física da deformação é sempre uma

força F aplicada externamente.

Para tratamentos quantitativos, o seguinte

conceito de tensão tem várias vantagens:

• (tensão) = F/A

Deformação Plástica

• Em contraste com a simplicidade da

deformação elástica, a deformação

plástica ocorre de vários modos distintos.

No entanto, o resultado final é sempre a

deformação permanente.

Ensaios Mecânicos

São os seguintes os ensaios mecânicos

mais utilizados:

• Ensaios de dureza

• Ensaios de fadiga

• Ensaios de flexão transversal

Têmpera• elevadas de dureza e resistência mecânica. O

processo consiste no aquecimento até O

objetivo da têmpera está na obtenção de uma

microestrutura que proporcione ao aço

propriedades a temperatura de austenitização,

ou seja, entre 815 °C e 870 °C. O controle da

temperatura durante o aquecimento, nos

fornos, é feito por pirômetros. Nas forjas o

mecânico identifica a temperatura pela cor do

material aquecido (ver quadro).

Têmpera• É importante ressaltar que o aquecimento deve

ser lento no início, a fim de não provocar

defeitos no metal. A manutenção da

temperatura varia de acordo com a forma da

peça e o tempo nessa fase deve ser bem

controlado. Em seguida, o aço é submetido a

um resfriamento rápido, provocando a

obtenção de uma estrutura martensítica.

Têmpera• Os meios de Têmpera mais freqüentemente

usados são: óleo, água, salmoura, solução de

solda cáustica e também preparados químicos

específicos..

Em qualquer um destes meios existem 3

estágios durante o resfriamento da peça:

Têmpera

• 1) Inicia-se imediatamente após a

imersão da peça no meio líquido e

caracteriza-se pela formação de cortina de

vapor que envolve toda a superfície da

peça. A transferência de calor é feita por

radiação e condução através do filme de

vapor com velocidade relativamente lenta.

Por esta razão é altamente indesejável.

Têmpera

• 2) Neste estágio dá-se o rompimento da cortina

de vapor e a superfície da peça é molhada pelo

líquido de têmpera, dando início à ebulição. O

resfriamento é bastante rápido e o calor é

transferido por grande massa de vapor.

Têmpera• 3) Cessada ebulição, começa o terceiro

estágio, que é lento. A transferência de calor se

dá por convenção e condução até atingir

equilíbrio de temperatura.

• Para eliminar rapidamente a cortina de vapor

formada no primeiro estágio basta que adicione

sal na água (9%) ou soda cáustica (3%).

Têmpera• A têmpera seja o tratamento térmico mais

conhecido. Consiste basicamente, em resfriar o

material de maneira que não haja tempo para

transformação da austenita em ferrita e perlita,

até que se atinja a temperatura de

transformação da austenita em martensita,

segundo o processo de mudança estrutural.

Têmpera

• O processo provoca algumas deficiências

no aço, como a redução da ductilidade e

da tenacidade, além de tensões internas

que podem ocasionar deformação,

empenamento e fissuração. Por conta

disso, é recomendável que o aço

temperado seja submetido ao revenimento

DIFERENTES VARIAÇÕES da

Têmpera

• Os meios líquidos e gasosos são os mais utilizados para o resfriamento do aço. Entre os líquidos estão a água, água com sal ou aditivos cáusticos, óleo ou soluções aquosas de polímeros. Entre os gasosos estão o próprio ar e os gases inertes, como nitrogênio, hélio e argônio. Os meios e as velocidades de resfriamento resultam em diferentes variações de têmpera.

Têmpera

• Têmpera direta: processo mais utilizado,

consiste no resfriamento rápido, direto da

temperatura de austenitização;

Têmpera em tempo variável: a velocidade

de resfriamento é alterada durante o

processo, de acordo com o resultado

esperado. Normalmente, utilizam-se dois

meios diferentes de resfriamento;

Têmpera

• Têmpera diferencial: apenas algumas

áreas da peça de aço são temperadas, as

demais recebem isolamento. Utiliza-se

para peças que necessitem de regiões

duras e algumas áreas moles.

Têmpera

Têmpera da camada cementada: restrita à camada periférica da peça cementada.Utiliza-se para peças nas quais o núcleo deve apresentar durezas baixas;

Têmpera direta de cementação: para peça cementada diretamente da temperatura de cementação sem resfriamento intermediário;

Têmpera

• Têmpera do núcleo; Utiliza-se para peças

cementadas, nas quais o núcleo deve

apresentar durezas médias;

Têmpera

• Têmpera dupla: realizada em duas etapas. A

primeira a partir da temperatura de têmpera do

material do núcleo e a segunda a partir da

temperatura da têmpera do material da camada

cementada. Utiliza-se para peças com

camadas profundas de cementação, com a

finalidade de aumentar-se a tenacidade do

núcleo.

TÊMPERA SUPERFICIAL

Quando o objetivo é criar apenas uma

superfície dura, resistente à abrasão, é mais

conveniente optar pela têmpera superficial.

Esse método, que substitui a têmpera

normal, é aplicado principalmente em peças

de máquinas. Existem várias razões para

que o endurecimento superficial seja

escolhido, e não o endurecimento total.


• São elas:

• Dificuldade de tratar peças de grandes dimensões em fornos convencionais;

• Possibilidade de endurecer apenas as áreas críticas, como dentes de engrenagens, grandes cilindros, etc;

• Possibilidade de melhorar a precisão dimensional de peças planas, grandes ou delgadas;

• Possibilidade de utilizar aços mais econômicos, como aço carbono;


Diminuição dos riscos de aparecimento de

fissuras originadas no resfriamento, após o

aquecimento. Com a opção pela têmpera

superficial é possível obter superfícies de alta

dureza e resistência do desgaste, boa

resistência à fadiga por dobramento, boa

capacidade para resistir cargas de contato e

resistência satisfatória ao empenamento.


• As temperaturas de aquecimento devem

proporcionar a austenitização do aço, pois

só assim é possível obter á martensita no

resfriamento posterior. As temperaturas,

os meios de resfriamento e as durezas

resultantes para aços carbono são:


• 0,30%C - 900-975 °C – água – 50 RC

0,35%C – 900 °C – água – 52 RC

0,40%C – 870-900 °C – água – 55 RC

0,45%C – 870-900 ºC – água – 58 RC

0,50%C – 870 °C – água – 60 RC

0,60%C – 850-875 °C – água – 64 RC

- óleo – 62 RC

Têmpera

Forno para Têmpera

Têmpera por Indução• Descrição

Têmpera consiste no aquecimento do aço até sua transformação austenítica, seguido de maior velocidade de resfriamento, ou seja, resfriado na velocidade crítica da têmpera, visando a obtenção do constituinte estrutural acicular chamado martensita.

A obtenção da martensita visa o aumento do limite de resistência à tração e da dureza do aço.

Endurecimento Superficial -

Têmpera Superficial• Aquecimento superficial com a utilização do processo

de têmpera superficial é um processo que consiste

basicamente no aquecimento rápido acima da

temperatura crítica de uma fina camada superficial da

peça, seguida de um resfriamento rápido.

Como conseqüência deste tratamento toda a

microestrutura que foi austenitizada se transforma em

martensita. Como o aquecimento produz apenas uma

pequena camada austenitizada, somente ela será

endurecida, ficando o restante da peça com a dureza

original.


Têmpera Superficial• Como resultado teremos uma camada

superficial de dureza elevada, correspondente

ao teor de carbono original do aço e um

núcleo dúctil e tenaz.. Para que se consiga

obter esta fina camada endurecida é

necessário que a fonte de calor produza um

aquecimento rápido, impedindo o

aquecimento do restante da peça por

condução do calor em direção ao núcleo.


Têmpera Superficial

Os principais motivos da utilização do endurecimento superficial são:

• o tamanho da peças que torna difícil a utilização de processos convencionais de têmpera

• quando o endurecimento deve ser seletivo, isto é, quando temos a necessidade de temperar apenas algumas áreas que serão submetidas ao desgaste

• quando se requer precisão dimensional

que não pode ser conseguida por outros

métodos

• quando se deseja utilizar materiais de

baixo custo em peças de solicitação

menos severa

REVENIMENTO

Revenimento é um tratamento térmico

utilizado no aço para corrigir inconvenientes

decorrentes da têmpera, sendo, portanto, e

sempre aplicado posteriormente a ela.

REVENIMENTO

A temperatura de revenimento do

normalmente situa-se entre 150°C e

600°C, e o tempo de duração entre 1h e

3h. Todavia, quanto maior a temperatura

empregada, mais o revenido tende a

reduzir a dureza originalmente obtida na

têmpera.

REVENIMENTOA temperatura de revenido e o tempo de

manutenção desta temperatura influem

decisivamente nas propriedades finais obtidas

no aço: quanto mais tempo e/ou maior

temperatura, mais dúctil se torna o aço.

Os elementos de liga contidos no aço também

influem no revenido,mudando o comportamento

do aço no processo.

REVENIMENTO: RESFRIAMENTO

A escolha do meio de resfriamento adequado depende basicamente do tipo de aço utilizado, e das propriedades mecânicas que se pretende obter.

A seguir alguns tipos de tratamento que utilizam banhos de sais como meio de resfriamento.

RESFRIAMENTO

Esse tratamento consiste no aquecimento do

material temperado até uma determinada

temperatura, permanência nessa temperatura

por um determinado período de tempo,

e resfriamento posterior que em geral é

realizado ao ar, mas em determinados casos

deve ser realizado em água, óleo e sais.

Resfriamento no revenimento

O revenimento em banhos de sais tem sido

em diversas ocasiões preferido em função da

ótima homogeneidade de temperaturas que

proporciona.

RESFRIAMENTO e REVENIMENTO

Produtos: GS 430 / GS 520

Temperatura de trabalho: 500-700ºC

Características:

Indicado para resfriamento e revenimento de

aços rápidos e de alta liga.

RESFRIAMENTO e REVENIMENTO

Produtos: GS 230

Temperatura de trabalho: 270-600ºC

Características: Indicado para resfriamento e

revenimento de aços em geral

Condições de Tratamento Térmico Vantagens

- Temperatura de austenitização menor que

1050ºC - Mesma condição de Tratamento do

aço, Menor distorção e custo de tratamento

térmico que os aços rápidos.

- Meio de Resfriamento: óleo, ar ou nitrogênio -

Menor distorção após têmpera.

- Temperatura de revenimento, 500ºC - Maior

estabilidade dimensional.

- Em termos microestruturais, a matriz é mais

tenaz.

OBJETIVO

• Minimizar os efeitos das altas durezas

(alta fragilidade)

• Homogeneização da estrutura

martensítica

• Resfriamento:

• Normalmente realizado em óleo

• Fragilidade

Alguns aços apresentam após o

revenimento, certa fragilidade,

principalmente quando a temperatura de

tratamento é da ordem de 270oC

A correção deste tipo de problema pode ser

feita por sub-resfriamento ou por duplo

revenimento.

Cementação

Cementação

A cementação é um tratamento que

consiste em aumentar a porcentagem de

carbono numa fina camada externa da

peça.

Cementação

Após a cementação tempera-se a peça;

as partes externas adquirem elevada

dureza enquanto as partes internas

permanecem sem alterações.

Cementação

O processo de endurecimento superficial

de cementação é o processo mais

utilizado atualmente e tem permanecido

praticamente inalterado ao longo do

tempo. Este processo é geralmente

utilizado na produção de pistas e roletes

de rolamento, engrenagens, buchas e

juntas homocinéticas.

O método consiste essencialmente no

aquecimento da peça envolta em um meio rico

em carbono, fazendo com que o carbono

difunda para o interior aumentando o teor de

carbono da camada superficial.

A principal reação, que ocorre entre o

carbono e o ferro, e que é a responsável pela

difusão do carbono para o interior da peça,

pode ser representada da seguinte

maneira: 3Fe +C Fe3C

Após a difusão do carbono é feita uma têmpera

seguida de revenido para que se produza a

máxima dureza.

Como o processo envolve a difusão do

carbono, é necessário que se dê o tempo

necessário para que isto ocorra.

Tempos crescentes propiciam maiores

espessuras das camadas cementadas.

Cementação

• Como conseqüência, teremos um perfil de

dureza associado ao perfil de

concentração de carbono. Os aços

comumente utilizados possuem 0,10 a

0,25 % C e a temperatura varia entre 900

e 950o C embora possam ser utilizadas

temperaturas na faixa de 850 a 1000o C.

Cementação

A máxima dureza atingida depois da

têmpera nos aços ao carbono ocorre para

um teor de carbono de 0,8%. Para teores

superiores a este a dureza cai devido à

retenção de austenita. Este percentual

pode variar para aços que tenham maior

tendência à retenção de austenita, como

acontece com os aço contendo níquel.

Principais variáveis do processo

O processo de cementação, conforme já

foi comentado acima, depende de vários

fatores que exercem influência tanto na

espessura da camada cementada como

na profundidade do endurecimento.

Efeito da temperaturaA velocidade de difusão do carbono no aço está

estreitamente ligada à temperatura. A velocidade de

difusão do carbono a 927o C é 40% superior do que a

871o C. Fica claro neste caso que quanto maior a

temperatura menor o tempo que a peça terá que

permanecer no forno. Estes dados referem-se ao

aço no estado austenítico, e só poderia ser assim, já

que somente no estado austenítico teremos

solubilidade do carbono suficiente para se chegar aos

percentuais utilizados na camada superficial de peças

cementadas.

Efeito da temperatura

Neste caso, o limite inferior de temperatura para o processo está condicionado à austenitização do aço e o limite superior está condicionado ao crescimento do grão. Se por um lado temos um aumento significativo da velocidade de difusão com o aumento da temperatura, por outro temos o crescimento do grão da austenita à medida em que usamos temperaturas mais altas. Como quanto maior o tamanho de grão menor é a tenacidade do material, este efeito se torna indesejado.

Efeito da Temperatura

temos dois compromissos que são

antagônicos: ao aumentarmos a

temperatura aumentamos a velocidade de

difusão mas também aumentamos o

tamanho de grão.

Efeito do Tempo

A difusão do carbono também é influenciada

pelo tempo em que a peça fica na temperatura

de tratamento.

Em geral na prática esta espessura está

limitada a 2,5 mm o que já dá um tempo de

cementção de aproximadamente 25 horas a

uma temperatura de 925o C.

Processos de cementaçãoCementação em caixa

Cementação por via gasosa

Cementação por via liquida

Cementação em CaixaA cementação em caixa ou também chamada cementação por via sólida é o processo de cementação mais antigo. Ele tem sido utilizado até nossos dias por que é um método de fácil execução, não necessitando de equipamento sofisticado. Neste processo são utilizados como fonte de carbono materiais sólidos à temperatura ambiente, embora todas as reações que ocorrem durante a cementação sejam gasosas. Para a execução do processo as peças são colocadas em uma caixa e envoltas pela mistura cementante que normalmente é composta de uma fonte de carbono - carvão vegetal, coque ou osso - e de um ativador - carbonato de bário ou carbonato de sódio.

Cementação por via gasosaA cementação por via gasosa é um processo que se popularizou nas últimas décadas devido à evolução dos fornos de tratamento e dos métodos de análise química. Neste processo são utilizados gases como fonte de carbono, os quais podem ser o gás natural ou gases manufaturados, tais como o monóxido de carbono e o metano. As reações que ocorrem para a decomposição dos gases são as mostradas abaixo:

• 2CO C + CO2 (5)

Cementação por via liquida• A cementação por via líquida ou em banho de sais

fundidos é um processo em que se tem um banho

formado por diversos componentes que passam para

o estado líquido após uma determinada temperatura.

Este processo é ainda hoje bastante utilizado, embora

existam uma série de restrições de ordem ambiental

para a sua utilização. Os componentes do banho mais

comuns são cianeto de sódio ou cianeto de potássio,

cloreto de bário, cloreto de potássio ou cloreto de

sódio, carbonato de sódio ou carbonato de bário

Nitretação

“Tratamento termoquímico em que se promove

enriquecimento superficial com nitrogênio.

É utilizado para peças que necessitam de alta

resistência á fadiga de contato, alta resistência

ao atrito adesivo e submetidas a cargas

superficiais baixas.”

• Como atua?

• • Formação de camada de nitretos (“camada de

compostos”).

• • Endurecimento por precipitação de nitretos

(de Fe, Al e Cr principalmente) na camada

onde houve a penetração por difusão do N.

• • Endurecimento por solução sólida de N na

matriz.

• Como é realizada?

Entre 500°C e 550°C por períodos de até 90

horas, após têmpera e revenimento do material

(o revenimento deve ser conduzido a

temperatura no mínimo 30°C superior a da

nitretação,garantindo estabilidade

microestrutural do metal base).

• Vantagens se comparada a cementação:

Pode ser utilizada para o aumento de

dureza superficial de aços de médio e alto teor

de carbono.

Pequena alteração dimensional.

• Desvantagens se comparada a cementação:

Processo lento.

Camadas muito delgadas.

Transição entre camada e metal base muito

brusca.

Tipos de camada e utilização

Endurecimento superficial (comum aos 3

tipos)Maior velocidade de processo, usada

quando há impacto ou

carregamento elevado, que leve a repetina

ruptura da camada e seu destacamento.

Maior velocidade de processo,muito mais frágil

que ’, porém permite baixo coeficiente de

atrito e é porosa, para retenção de lubrificantes.

Only diffusion zone

Nitretação a plasma

Como é realizada?

Carregamento da câmara

Pré aquecimento entre 450 e 570°C

Ionização do gás

Limpeza da superfície, Aceleração dos átomos

contra a superfície NITRETAÇÃO

Tipos de camada e composição do gás

Only diffusion zone

1 – 5% N2

15 – 30% N2

60 – 70% N2

1 – 3% CH4

O processo de nitretação é um processo que a

exemplo da cementação também altera a

composição de uma camada superficial do aço.

Entretanto, ao contrário da cementação, a

camada nitretada não necessita ser temperada,

tendo em vista que os nitretos que se formam

já possuem dureza elevada.

Isto faz com que não haja o inconveniente do

empenamento. Além disso, a nitretação é feita

na faixa de temperatura entre 500° e 600° C, o

que diminui a possibilidade empenamentos por

transformação de fase.

Entre as vantagens da nitretação podemos

citar as seguintes:

- alta dureza com alta resistência ao desgaste

- alta resistência à fadiga e baixa sensibilidade

ao entalhe

- melhor resistência à corrosão

- alta estabilidade dimensional

Nos aços ligados ocorre a formação de nitretos

complexos dos elementos de liga que

aumentam a dureza da camada nitretada.

A camada nitretada tem menor espessura do

que a cementada, raramente ultrapassando 0,8

mm, caso contrário os tempos seriam muito

grandes o que torna o método antieconômico.

MÉTODO DE NITRETAÇÃO

Métodos de nitretação

- Nitretação a gás Neste processo é utilizada amônia que é

injetada no forno aquecido geralmente a 510° C. Nesta temperatura a amônia se dissocia de acordo com a seguinte equação

- 2NH3 2N + 3H2

- como pode ser visto esta reação libera nitrogênio atômico que difunde para o aço,os tempos de tratamento variam entre 12 e 120 horas

Nitretação por via líquida

A nitretação por via líquida é o processo em

temos um banho semelhante ao utilizado na

cementação líquida.

Neste banho teremos, então, cianeto de sódio

ou potássio, carbonato de sódio ou de potássio

e cloreto de potássio ou de sódio.

Este banho contém entre 30 e 40% de cianeto.

A dissociação do cianeto se dá da seguinte

maneira:

2NaCN + O2 2NaCNO

4NaCNO 2NaCN + Na2CO3 + CO + 2N

Normalmente a temperatura utilizada situa-se

entre 550° e 570° C.

Nesta faixa de temperatura não ocorre a reação

de cementação e portanto teremos apenas a

adição de nitrogênio ao aço.

Os tempos de nitretação são curtos, geralmente

entre 1 e 4 horas.

Objetivo• Objetiva o endurecimento superficial de

aços por absorção de nitrogênio

• É realizado em fornos com atmosfera

controlada, rica em Nitrogênio (em geral

NH3)

Aços para nitretação

– São utilizados aços com teores de carbono entre

0,13 e 0,40%, podendo ter adições de alumínio

(essencial), cromo, silício, tungstênio e vanádio.

• Nitretação parcial

– As partes das peças que não se queira tratar são

cobertas por estanho ou liga estanho-chumbo (80-

20)

– Podem ser cobertas com cobre (com espessuras

entre 0,01 e 0,02mm)

CÁLCULO DE

ENGRENAGEM

ENGRENAGEM

ENGRENAGEM

Engrenagem cilíndrica de dentes

retos• A engrenagem cilíndrica de dentes retos é a

mais comum que existe.

Para a sua construção é necessário

considerar uma série de dados, a saber:• número de dentes (Z)

• diâmetro externo (de)

• módulo (m)

• diâmetro primitivo (dp)

• diâmetro interno (di)

• altura do dente (h)

• altura da cabeça (a)

• altura do pé do dente (b)

• passo (p)

Cálculo do módulo

O módulo (m) de uma engrenagem é a

medida que representa a relação entre o

diâmetro primitivo (dp) dessa mesma

engrenagem e seu número de dentes (Z).

Essa relação é representada matematicamente

do seguinte modo:

DicaOs elementos dessa fórmula podem ser

usados também para calcular o diâmetro

primitivo da engrenagem dp = m · Z

Servem igualmente para calcular o número de

dentes:

Com o módulo e o número de dentes

determina-se a ferramenta a ser usada para

fresar a engrenagem.

O módulo também auxilia nos cálculos para

se encontrar todas as outras dimensões da

engrenagem já citadas.

Você pode calcular o módulo a partir da

medida do diâmetro externo e do número de

dentes da engrenagem.

Problema você juntou os fragmentos da

engrenagem e contou o número de dentes:

Z = 60.

Depois você mediu o diâmetro externo e

obteve: de = 124 mm.Guarde esses dados para

usar daqui a pouco.

Cálculo do diâmetro externo

• O diâmetro externo é igual ao diâmetro

primitivo (dp) mais duas vezes a altura da

cabeça do dente (a) que, por sua vez, é igual a

um módulo. Isso é fácil de verificar, se você

observar o desenho a seguir.

Matematicamente,

isso corresponde a:

de = dp + 2m

Como, para o nosso problema, já temos o

valor do diâmetro externo (que é124 mm), não

precisamos calculá-lo.

Para resolver o problema de construção da

engrenagem que apresentamos a você, é

preciso calcular o módulo a partir das medidas

que temos. Vamos então trabalhar essa

fórmula de modo que ela nos auxilie a fazer o

cálculo de que necessitamos.

Já vimos lá na “Dica” que dp = m · Z. Como não temos um valor numérico para dp, fazemos a substituição dentro da fórmula de cálculo do diâmetro externo (de). Então temos:

de = dp + 2 · m

de = m · Z + 2 · m

A partir dessa fórmula, temos finalmente:

de = m (Z + 2)

Substituindo os valores:

124 = m (60 + 2)

124 = m · 62

m =

m = 2

Portanto, o módulo da engrenagem que você

precisa construir é igual a 2.

Observe como usamos a fórmula do diâmetro

externo para fazer esse cálculo.

Isso pode ser feito usando qualquer dado

conhecido relacionado ao módulo.

Estudamos as fórmulas para calcular o

diâmetro primitivo, o módulo, o número de

dentes e o diâmetro externo de uma

engrenagem cilíndrica de dentes retos.

Agora exercícios!

Cálculo da altura total do dente

A altura total (h) do dente de uma engrenagem

cilíndrica de dentes retos é igual a 2 módulos

mais 1/6 de um módulo. O desenho a seguir

ilustra esta definição. Observe.

Cálculo da altura total do dente

A engrenagem que você tem de fabricar. Já calculamos o valor do

módulo: m = 2. A altura total do dente (h) será:

h = 2,166 · m

h = 2,166 · 2

h = 4,33 mm

DicaA altura total do dente da engrenagem é,

também, a soma da altura da cabeça do dente

(a) mais a altura do pé do dente (b), ou seja,

h = a + b.

Cálculo da altura total do dente1- Calcule a altura total (h) dos dentes de uma

engrenagem cujo módulo é 1,75.

2- Calcule o módulo de uma engrenagem cuja

altura total (h) do dente é 4,33 mm.

Cálculo da altura do pé do dente

da engrenagem

Vamos então calcular a altura do pé do dente da engrenagem do

nosso problema.sabemos que o módulo dessa engrenagem é 2.

Assim:

b = 1,166 · m

b = 1,166 · 2

b = 2,332 mm

A altura do pé do dente da engrenagem (b) é de 2,332 mm.

Cálculo da altura do pé dente

1- Calcule a altura do pé dente (b) de uma

engrenagem cilíndrica, sabendo que o módulo

é igual a 1,5.

2- Calcule o módulo de uma engrenagem

cilíndrica, sabendo que a altura do pé do dente

(b) é de 3,498 mm.

Cálculo de diâmetro interno

O diâmetro interno (di) é igual ao diâmetro

primitivo (dp) menos 2 vezes a altura do pé do

dente (b).

Matematicamente isso é o mesmo que:

di = dp - 2b

Como b é igual a 1,166 · m, podemos escrever:

di = dp - 2 · 1,166 · m

Portanto:

di = dp - 2,33 · m

Como dp = m · Z, também é possível fazer a substituição:

di = m · Z - 2,33 · m

Reescrevendo, temos:

di = m (Z - 2,33)

Substituindo os valores da engrenagem que você precisa construir, temos:

di = 2(60 - 2,33)

di = 2 · 57,67

di = 115,34 mm

ExercícioCalcule o diâmetro interno de uma engrenagem

cilíndrica que tem um diâmetro primitivo de 75 mm e um módulo igual a 1,5.

Calcule o diâmetro interno de uma engrenagem cilíndrica com 50 dentes e módulo igual a 1,5.

Calcule o módulo de uma engrenagem da qual você conhece o diâmetro interno (di = 37,67 mm) e o número de dentes (Z = 40).

Cálculo do passoO passo é a medida do arco da circunferência

do diâmetro primitivo que corresponde a um

dente e a um vão da engrenagem.

Ele é calculado a partir do perímetro da

circunferência do diâmetro primitivo (dp · π)

dividido pelo número de dentes da

engrenagem, porque o número de dentes

corresponde ao número de passos.

Matematicamente isso dá:

Assim, para calcular o passo, empregamos a

fórmula p = m · π Com ela,

vamos calcular o passo da engrenagem que

você tem de construir:

p = 2 · 3,14

p = 6,28 mm

Portanto,o passo dessa engrenagem é 6,28 mm.

O passo é um dado muito importante entre as

medidas de uma engrenagem.

Exercício

1- Calcule o passo de uma engrenagem cujo

módulo é 3.

2- Sabendo que o passo de uma engrenagem

é 12,56 mm, calcule seu módulo.

Cálculo da distância entre eixosUma engrenagem jamais trabalha sozinha.

Tendo isso em mente, dá para perceber que,

além das medidas que já calculamos,

precisamos conhecer também a distância entre

os centros dos eixos que apóiam as

engrenagens. Essa medida se baseia no ponto

de contato entre as engrenagens.

Esse ponto está localizado na tangente das

circunferências que correspondem aos

diâmetros primitivos das engrenagens.

Cálculo da distância entre eixos

Assim, a distância entre os centros (d) é igual à metade do diâmetro

primitivo da primeira engrenagem dp mais a metade do diâmetro primitivo

da segunda engrenagem dp2

.

Na máquina sob manutenção de nosso

problema inicial, a engrenagem 1 tem

o diâmetro primitivo de 120 mm (já dado) e o dp

da engrenagem 2 tem 60 mm. Substituindo os

valores, podemos calcular:

Exercício

1-Sabendo que o número de dentes da engrenagem 1 é 60 e o da engrenagem 2 é 150 e que seus módulos são iguais a 2,calcule a distância entre seus centros.

2-Calcule dp, de, di, h, a, b e p de uma engrenagem cilíndrica de dentes retos com 45 dentes e módulo 4.

3- Sabendo que o diâmetro externo de uma engrenagem cilíndrica é de 88 mm e que ela tem 20 dentes, calcule m, dp, di, h, a, b e p.

4-Calcule a distância entre centros das duas engrenagens dos exercícios 2 e 3.

FIM

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tratamento térmico dos aços