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Finalidade dos tratamentos térmicos:ajuste das propriedades mecânicas através de
alterações da microestrutura do material.
Tratamentos Térmicos [7]
1>
aquecimento
etapas encharque
resfriamento
Tratamentos térmicos
alívio de tensõescontrole da dureza e resistência mecânicausinabilidaderesistência à corrosão
“gargalo”na
produçãoindustrial
Tecnologia para geração de calor:
Tratamentos Térmicos
2>
batelada
Fornos
contínuo
forno para temperatura máxima de1100oC, com 6m Largura x 6m Alturax 12m Comprimento forno elétrico para
pequenas peças
forno elétrico para temperaturamáxima de 1100oC, com 300mmLargura x 100mm Alturax 2250mm Comprimento
Tecnologia para geração de calor:
Tratamentos Térmicos
3>
batelada
Fornos
contínuo
energia (elétrica / gás / óleo combustível / carvão)
troca de calor (condução / convecção / radiação)
isolamento térmico / refratários
atmosfera (redutora / oxidante / inerte / vácuo)
Tecnologia para controle de temperatura:
Tratamentos Térmicos
4>
SENSORES DE TEMPERATURA
termômetros de bulbo (baixas temperaturas)
junções bimetálicas (baixas temperaturas)
termopares (baixo custo e alta versatilidade)
pirômetros óticos (altas temperaturas)
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 160005
10152025303540455055
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
S K J T
f.e.m
. [m
V]
temperatura [oC]
Tecnologia para controle de temperatura:
Tratamentos Térmicos
5>
TERMOPARES – 2 diferentes ligas metálicas definem afaixa de temperatura onde o sensor é aplicado.
Tipo:
S – Pt / Pt-RhK – cromel (Ni-Cr)
/ alumel (Ni-Al)J – Fe/constantan
(Cu-Ni)T – Cu/constantan
(Cu-Ni)
Tecnologia para controle de temperatura:
Tratamentos Térmicos
6>
TERMOPARES – saída de sinal elétrico permite controlede potência de fornos elétricos.
T T
t t
controlador liga-desliga controlador PID
Atmosfera do forno:gases podem reagir quimicamente com a superfície da peça
Tratamentos Térmicos
7>
Oxidação do ferro em atmosfera CO-CO2
Natureza:inerteredutoraoxidante
N2 (asfixiante) inerteH2 (inflamável, asfixiante) redutorCO (inflamável, tóxico) redutor / carbonetadorCO2 (tóxico, asfixiante) oxidante / descarbonetadorCH4 (inflamável, asfixiante nitretador
descarbonetação:(C) + CO2 → 2 CO
oxidação:Fe + CO2 → FeO + CO
3FeO + CO2 → Fe3O4 + CO
Parâmetros de controle nos tratamentos térmicos:
Tratamentos Térmicos
8>Aquecimento Encharque Resfriamento
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
te
mpe
ratu
ra
tempo
A1
A3
γ
α + γ
α + C
Tratamentos de recozimento:
Tratamentos Térmicos
9>
• Recozimento pleno• Normalização• Homogeneização
Recozimento supercrítico
Recozimento intercrítico
Recozimento subcrítico
• Estrutura duplex
• Esferoidização• Alívio de tensões
A1
A3
Recozimento pleno:
Tratamentos Térmicos
10>Diagrama de equilíbrio Fe-C (detalhe)
Procedimento:
• Aquecimento hipoeutetóide: A3 + 50°Chipereutetóide: A1 + 50°C
• Encharque pelo tempo necessário (1 hora / pol.)
• Resfriamento bem lento(forno desligado, p. ex.)
Resultado do recozimento pleno:
Tratamentos Térmicos
11>Aço 1040 recozido. Nital.20 μm
açoencruado
parcialmenterecristalizado
completamenterecristalizado
20 μm
Normalização:
Tratamentos Térmicos
12>Diagrama de equilíbrio Fe-C (detalhe)
Procedimento:
• Aquecimento:hipoeutetóide: T > A3 + 50°Chipereutetóide: T > Acm + 50°C
• Encharque pelo tempo necessário (1 hora / pol.)
• Resfriamento lento(ao ar tranquilo, p. ex.)
Resultado da normalização:
Tratamentos Térmicos
13>15 μm
aço baixo carbonoapós normalização
• Eliminação da microestrutura resultantede tratamentos térmicos anteriores.
• Refinamento da microestrutura.
• Homogeneização da microestrutura.
• Preparação para o beneficiamento.
Homogeneização:
Tratamentos Térmicos
14>Diagrama de equilíbrio Fe-C (detalhe)
Procedimento:
• Aquecimento:usualmente superior a 1000°C(depende da composição)
• Encharque pelo tempo necessário (1 hora / pol.)
• Resfriamento depende dotipo de processamento
Tratamentos para beneficiamento dos aços:
Tratamentos Térmicos
15>
Têmpera: aumento de resistência mecânica e durezados aços causado pela formação da martensita, um microconstituinte que usual-mente apresenta um comportamento frágil.
Revenido: tratamento subsequente à têmpera, cuja principal finalidade é o ajuste das proprieda-des mecânicas (especialmente a tenacidade).
Resfriamento dos aços após austenitização:
Tratamentos Térmicos
Diagrama deresfriamentocontínuo doaço Cr-MoABNT 4140
16>
Influência da composição química:
Tratamentos Térmicos
17>
)Mn(%3,24)Si(%225)C(%353521)C(M os −−−=
)Mo(%8,25)Cr(%7,17)Ni(%4,27 −−−
50Ni
10Cr
5Mo
5MnCCE ++++=
elementos de ligas aumentam a temperabilidade e promovem endurecimento por solução sólida
carbono equivalente (CE): aços com CE < 0,5 resistemmais ao trincamento provocado pela têmpera.
Ensaio de temperabilidade (Jominy):
Tratamentos Térmicos
18>
cilindros padronizados (φ 1” x 4”)são resfriados por uma das
extremidades e medidas de durezana direção axial são realizadas
O elemento carbono:
Tratamentos Térmicos
19>
carbono abaixamento da temperatura Ms
O elemento carbono:
Tratamentos Térmicos
20>
carbono alteração dos parâmetros de rede
)C(%044,0548,3)A(ao
o ⋅+=
Austenita (CFC):
)C(%013,0861,2)A(ao
⋅−=
)C(%116,0861,2)A(co
⋅+=
Martensita (TCC):
resultado: ΔV ~ + 4%
trincas
O elemento carbono:
Tratamentos Térmicos
21>
carbono alteração da dureza da martensita
Os tratamentos de beneficiamentosomente são eficazes em açoscom teor de carbono superior a
0,25% peso.
O revenido: ajuste das propriedades mecânicas apósa têmpera do aço.
Tratamentos Térmicos
22>
Etapa 1 (< 250°C): precipitaçãodo carboneto ε (HC, metaestável)
Etapa 2 (200 a 300°C): decomposição da austenita retida
Etapa 3 (200 a 350°C): substituição do carboneto ε pelacementita e redução da distorçãodo reticulado TCC;
Etapa 4 (> 350°C): coalescimento e esferoidizaçãoda cementita e recristalização da ferrita CCC;
Tratamentos Térmicos
Bibliografia:
Chiaverini, V. Aços e Ferros Fundidos. ABM, São Paulo, 5a. ed., 1987, pp. 75-81.
Van Vlack, L. H. Princípios de Ciência dos Materiais. Ed. Edgard Blucher, São Paulo, 1970, pp. 300-303.
Chiaverini, V. Tecnologia Mecânica. McGraw-Hill, São Paulo, 2a. ed., 1986, pp. 240-244.
American Society for Metals. ASM Handbook, Vol. 4: HeatTreating. 10th ed., 1991.
23
Notas de aula preparadas pelo Prof. Juno Gallego para a disciplina Lab. Materiais de Construção Mecânica I.® 2015. Permitida a impressão e divulgação. http://www.feis.unesp.br/#!/departamentos/engenharia-mecanica/grupos/maprotec/educacional/