05-Aplicações e processamento de ligas metalicas.pdf

Universidade Federal do Paraná

Setor de Tecnologia

Departamento de Engenharia Mecânica

Prof. Rodrigo Perito Cardoso

TM343 Materiais de Engenharia

Capítulo 11 – Aplicações e processamento de ligas metálicas

Onde estamos?

• Introdução • Revisão dos conceitos de mecanismos de endurecimento e

diagramas de fase • Alumínio e suas ligas

– Classificação das ligas de Al – Tratamentos térmicos das ligas de Alumínio – Metalurgia das ligas de Alumínio

• Ligas ferrosas – Aços e ferros fundidos – Diagramas TTT e TRC – Tratamentos térmicos dos metais ferrosos – Metalurgia dos metais ferrosos – Tratamentos termoquímicos

• Noções de Outras ligas (Mg, Ti, Co, Ni, etc)

O que era importante lembrar da aula anterior

• Conceitos básicos de transformação de fase

– Nucleação x Crescimento

– Super-resfriamento (Superaquecimento)

• Microestruturas no sistema Fe-C

– Perlita

– Bainita

– Cementita globulizada (esferoidita)

– Martensita

– Martensita revenida

O que era importante lembrar da aula anterior

• Diagramas TTT

– Origem

– Como aplicar

• Diagramas TRC

– Diferença com relação ao TTT

– Como aplicar

– Como propor um tratamento térmico para obter uma da microestrutura (propriedade)

• Relação microestrutura – propriedade

– saber qualitativamente como quem é mais resistente , mais dúctil, mais tenaz, etc.

Roteiro da aula • Introdução

• Tipos de ligas Metálicas

– Ligas ferrosas (Aços (alta e baixa liga e não ligados), Ferros fundidos (cinzento, nodular, branco, maleável e vermicular) )

– Ligas não-ferrosas (cobre, alumínio, magnésio, titânio, metais refratários, superligas, metais nobres)

• Fabricação de metais (conformação,fundição, metalurgia do pó, soldagem)

• Processamento Térmico de Metais (recozimento, têmpera, ensaio Jominy, precipitação, etc... )

Introdução

• Um material só é útil se pudermos fabricar algo com ele

• Etapas da fabricação de uma lata de refrigerante a partir de uma folha de Al (trefilação, conformação e pintura)

Introdução

• Por que estudar as ligas?

– Conhecer uma variedade de ligas

– Propriedades

– Seleção de materiais - > escolher material com a combinação correta de propriedades - > com facilidade de fabricação.

Tipos de ligas metálicas

• Divisão:

– Ligas ferrosas -> ferro é o principal e constituinte (ex: aços e ferros fundidos)

– Ligas não ferrosas -> o resto onde o ferro não é o principal constituinte (ex: Al, Cu, Ti, Mg, etc)

Ligas Ferrosas

• Produzidas em maior quantidade que qualquer outro material.

• Ligas de especial importância como material de engenharia

• Motivos:

1. Abundância na crosta terrestre

2. Custo -> técnicas de extração, refino, produção de ligas e fabricação relativamente econômicas

3. Versatilidade das ligas ferrosas (ampla gama de propriedades físicas e mecânicas, entretanto em geral resistem pouco à corrosão)

Esquema da classificação para materiais ferrosos

• Definição: Ligas ferro carbono que pode conter apreciável concentração de elementos de liga

• Propriedades sensíveis ao teor de carbono, que em geral é inferior a 1%p.

• Podem ser classificado pelo teor de carbono

– Aço baixo carbono (até 0,25%p C)

– Aço médio carbono (entre 0,25 e 0,6 de %p C)

– Aço alto carbono (entre 0,6 e 1,4 de %p C)

– Normalmente contem impurezas e Mn

Aços com baixo teor de carbono

• São os aços produzidos em maior quantidade

• Contém até 0,25%p C

• Não são temperáveis

• Endurecimento obtido por trabalho a frio

• Microestrutura: Ferrita + Perlita

• Baixa dureza e resistência

• Elevada ductilidade e tenacidade

• Usináveis e soldáveis

• Menor custo de produção entre os aços

• Aplicações típicas:

– Estrutura de automóveis

– Perfil (I, canelado, angulado)

– Chapas (tubulações edificações, pontes, latas)

• Em geral:

– Limite de escoamento de 275 Mpa

– Limite de resistência 415 a 550 Mpa

– Ductilidade de 25%AL

• Também são aços com baixo teor de carbono os aços baixa liga de alta resistência

– Até 10% de Cr, V, Ni e Mo

– Tratáveis termicamente

– Limite de resistência de 480 Mpa

– Mas permanecem dúcteis, usináveis e conformáveis

– São mais resistentes à corrosão que os aços comuns

– Aplicações: Estruturas, vasos de pressão, etc

Composição alguns aços

Propriedades mecânicas de alguns aços

Aços com médio teor de carbono

• Contém entre 0,25 e 0,6%p C

• Tratáveis termicamente (austenitização, tempera e revenido)

• Normalmente utilizados na condição revenida

• Microestrutura: Matensita revenida

• Possuem baixa endurecibilidade (temperabilidade): Taxas elevadas de resfriamento e seções finas

• São mais resistentes porem menos dúcteis e tenaz

• Aplicações: Rodas e trilhos de trem, engrenagens, virabrequins e outras peças de máquinas e componentes de alta resistência.

Aços com médio teor de carbono

• Na norma AISI/SAE (código de 4 dígitos):

– Dois primeiros dígitos: • Indicam o teor de liga

• Para aços comuns ao carbono 10

• Para aços ligados outros (ex: 13, 41, 43)

– Dois últimos dígitos:

• Percentual em peso de carbono multiplicado por 100

• Ex: 1060 -> aço comum com 0,6%p de C

• Outras normas existem (ex: UNS)

Sistemas de designação AISI/SAE e UNS

Aplicações típicas e faixa de propriedades para alguns aços temperados e revenidos

Aços com alto teor de carbono

• Contém entre 0,6 e 1,4%p C

• São os mais duros e mais resistentes

• Portanto os menos dúcteis e tenazes

• Usados temperados e revenidos

• São resistentes ao desgaste e mantém o fio de corte (faca)

• Ex: aços ferramentas e de matriz (contêm Cr, V, W e Mo -> elementos formadores de carbonetos muito duros e resistentes ao desgaste)

• Aplicações: ferramentas, matrizes, facas, lâminas, molas, etc

Designação, composição e aplicações de aços ferramenta

Aços inoxidáveis

• Altamente residentes à corrosão

• Principal elemento de liga é o Cr (mínino 11%p solubilizado para garantir a inoxidabilidade)

• Resistência à corrosão também é melhorada pela adição de Ni e Mo

• Divididos em três classes (segundo a estrutura):

– Martensíticos

– Austeníticos

– Ferríticos

• Ampla faixa de propriedades com resistência à corrosão (versatilidade)

Aços inoxidáveis • Os martensíticos podem ser tratados termicamente

produzindo martensíta

• Adição de elementos de liga modifica o diagrama Ferro-Carbono -> para os aços inoxidáveis austeníticos o campo da austenita (g) se estende até a temperatura ambiente.

• Austeníticos e ferríticos endurecíeis por trabalho a frio

• Os austenítticos são os mais resistentes a corrosão (elevado teor de Cr e Ni) -> são os mais produzidos

• Ferríticos e martensíticos -> magnéticos (austeníticos não)

• Usado para elevadas temperaturas e ambientes severos (alguns resistem à corrosão até 1000°C)

• Aplicações: Turbinas a gás, caldeiras de vapor, fornos, usinas nucleares, etc

Designação, composição, propriedades e aplicações de aços inoxidáveis

Aços de ultra-alta resistência

Ferros fundidos

• Ferros fundidos: são ligas ferrosas com teor de carbono acima de 2,14%p C, em geral entre 3,0 e 4,5%p C.

• Do diagrama Fe-C -> Ligas se tornam líquidas entre 1150 e 1300 °C -> o que é relativamente baixo (eutético) -> facilidade de fundição

• Além disso os ferros fundidos são frágeis, logo a fundição é a técnica mais apropriada de fabricação

• A cementita é um composto metaestável, e em algumas condições pode se decompor:

• Logo, o verdadeiro diagrama de equilíbrio Fe-C não é o que utilizamos anteriormente

Ferros fundidos

Ferros fundidos Verdadeiro diagrama de equilíbrio:

Fe-Fe3C -> eutetóide e eutético a 727 e 1147 °C

Fe-C -> eutetóide e eutético a 740 e 1153 °C

Se estende

até 100%C

• Formação de grafita é regulada:

– Pela taxa de resfriamemto

– Pela composição

• Grafia é favorecida pela adição de Si superior a 1%p

• Taxa de resfriamento lenta favorece a grafitização.

• De modo geral a microestrutura depende da composição e do tratamento térmico

Ferros fundidos

Tipos de ferros fundidos

Cinzento

Nodular (dúctil)

Branco Vermicular

maleável

Ferro Fundido Cinzento

• Teor de carbono entre 2,5 e 4,0%p

• Teor de silício entre 1 e 3%p

• Grafita em forma de flocos em uma matriz ferrítica ou perlítica

• Se fraturada a superfície tem aparência acinzentada -> daí o nome

• Pouco resistente e frágil sob tração (microestrutura com pontas de flocos pontiagudas -> concentrador de tensão)

• Muito mais resistente e dúctil sob

compressão

• Muito eficientes no amortecimento de energia vibracional (aplicação em bases de máquinas e blocos de motores)

• Elevada resistência

ao desgaste

Ferro fundido cinzento

• Apresentam alta fluidez na temperatura

de fundição -> permite fundição de formas

complexas, além disso a contração é baixa

• É um dos materiais mais baratos que existe

• Outras microestruturas podem ser obtidas por ajuste de composição e tratamento adequado

• Ex: ↓Si ↑taxa de resfriamento previne a dissociação completa da cementita -> microestrutura com flocos de grafita em uma matriz perlítica

Ferro Fundido Nodular (ou Dúctil)

• Obtido pela adição de Mg ou Ce

• Grafita se forma em forma de

Nódulos esféricos e não flocos

• Matriz ferrítica ou perlítica, depen-

dendo do tratamento térmico, envolvendo os nódulos de grafita

•Matriz ferrítica obtida por tratamento a 700°C por várias horas

•Mais resistentes e mais dúcteis que os cinzentos - > características próxima aos aços (válvulas, virabrequins, corpos de bombas, engrenagens, etc)

Ferro Fundido Branco e Maleável • Obtidos com menos de 1%p de Si

com elevadas taxas de resfriamento

Maioria do carbono forma cementita

• Superfície de uma fratura tem apa-

rência esbranquiçada -> nome

• Seções grossa podem possuir apenas uma camada de ferro Branco (↑taxa de resfriamento), ferro cinzento se forma no interior (↓taxa de resfriamento)

• Extremamente duro e frágil -> aplicado quando a resistência ao desgaste é importante (cilindro de laminação)

Ferro Fundido Maleável

• O ferro fundido branco é produto

intermediário para produção do

ferro fundido maleável

• Obtido do ferro fundido branco

mantido muitas horas aquecimento entre 800 e 900 °C (atmosfera controlada)

• Cementita em forma de rosetas em matriz ferrítica ou perlítica (taxa de resfriamento)

• Semelhante ao nodular (resistente, dúctil) -> engrenagens, barras de ligação, conexões, etc.

Ferro Fundido Vermicular

• O mais recente deles

• Si entre 1,7 e 3%p

• C entre 3,1 e 4%p

• Grafita em forma de vermes

(intermediária entre cinzento e nodular)

• Até 20% da grafita pode estar em nódulos (evitar aresta vivas)

• Adição de Mg e/ou Ce em menor quantidade

• Matriz pode ser ferrítica ou perlítica

Ferro Fundido Vermicular

• Aumento na nodularidade das

partículas leva a maior resistência e

ductilidade

• Propriedades compatíveis com os

Ferros fundidos nodulares e maleáveis

• Em comparação com outros ferros fundidos:

– Maior condutividade térmica

– Maior resistência ao choque térmico

– Menor oxidação em temperaturas elevadas

• Blocos de motores, carcaças de caixa de engrenagem, discos de freio, polias, etc

Designação, propriedades e aplicações de ferros fundidos

Variação de composição e tratamento na microestrutura dos Ferros Fundidos

Ligas não ferrosas

• Aços são largamente aplicados, mas têm limitação:

– Massa específica elevada

– Condutividade térmica baixa

– Suscetibilidade à corrosão

• Uso de outras ligas podem trazer vantagens

• Em alguns casos, necessidade de outras ligas

Ligas de cobre

• Cobre Puro:

– baixa resistência e elevada ductilidade

– elevada capacidade de endurecimento por trabalho a frio (CFC)

– Resistente à corrosão

• Ligas (normalmente endurecidas por solução sólida ou trabalho a frio)

• Mais comuns (Latão e Bronze)

Ligas de cobre

• Latão (zinco substiticional)

a (até 35% Zn)-> CFC

b’ -> CCC

Ligas a e a+ b’

Uso: bijuteria, cartuchos

de munição, radiadores,

instrumentos musicais,

moedas

Ligas de cobre

• Bronze (Sn, Al, Si e Ni):

– Mais resistentes que os latões

– Elevada resistência à corrosão

• Ligas Cu-Be -> tratáveis termicamente (precipitação):

– Elevada resistência (1400 MPa)

– Boas propriedade elétricas e térmicas

– Resistência à corrosão

– Caras -> Berílio

Ligas de cobre

Ligas de alumínio

• Massa específica baixa (Al 2,7 g/cm3 – Fe 7,9 g/cm3)

• Elevada condutividade térmica e elétrica

• Resistente à corrosão

• Fácil conformação -> CFC (ex: papel alumínio)

• Dúctil até temperaturas muito baixas

• Principal restrição -> ponto de fusão 660°C -> limita sua aplicação

Ligas de alumínio

• Variação da resistência:

– Trabalho a frio

– Ligas(Cu, Mg, Si, Mn, Zn)

• Solução sólida

• Tratáveis termicamente (precipitação)

• Classes -> fundidas e forjadas

• Designadas por 4 números + designação de revenido

– ex: F (como fabricado), H (encruado) e O (recozido) -> mais detalhes no decorrer do curso

Ligas de alumínio

• Aplicações: Aviões, latas, perfis, blocos, pistões, etc

• Recentemente uso de ligas com Mg e Ti tem sido empregadas para redução de consumo de combustíveis em transportes -> resistência específica (limite de resistência/peso)

• Ultima geração Al-Li -> industria aeroespácial

– Caras -> reatividade do Li

Ligas de alumínio

Ligas de Magnésio

• Massa específica muito baixa (1,7 g/cm3 )

• Estrutura HC -> pouco dúctil

• Baixa resistência e módulo de elasticidade (ponto de fusão 651 °C)

• Altamente reativo (pó entra em ignição facilmente)

• Casses Fundidas e Forjadas (algumas tratáveis termicamente) (Al, Zn, Mn)

Ligas de Magnésio

• Aplicações:

– Aeronaves

– Mísseis

– Malas

– Muitas vezes substitui o plástico (motosserras, volante de carro, coluna de direção, computadores celulares)

Ligas de Magnésio

Ligas de titânio • Apresenta uma combinação extraordinária de

propriedades

– Massa específica (4,5 g/cm3)

– Ponto de fusão 1668 °C

– E = 107 GPa

– Limite de resistência até 1400 Mpa -> resistência específica excepcional

– Resistente à corrosão

• Limitações:

– Reatividade com outros metais em temperatura elevada

– Ligas caras (tecnologia de refino, fusão e fundição)

(aeronaves, implantes, industria petroquímica)

Ligas de titânio

Metais refratários

• Metais de elevado ponto de fusão

• Nb (2468 °C), Mo(2623 °C), W (3410 °C, o mais auto dos metais) e Ta (2996 °C)

• Forte interação interatômica -> elevados E, resistência e dureza a elevada temperatura

• Aplicação:

– Ta, Mo -> elemento de liga em aço inoxidável

– Mo, W-> resistência, fornos

– Ta -> “imune” a ataque químico abaixo de 150 °C (aplicações exigindo ↑ resistentes à corrosão)

As superligas

• Componentes de turbinas -> aplicações exigindo exposição em ambientes severamente oxidantes e temperaturas elevadas por tempo considerável.

• Ligas a base de Co, Ni e Fe

• Elementos de liga: Refratários (Nb, Mo, W e Ta), Cr e Ti

• Também aplicados em reatores nucleares e indústria petroquímica

Metais Nobres

• Ag (prata), Au (ouro), Pt (platina), Pd (paládio), Rh (ródio), Ru (rutênio), Ir (irídio) e Os (ósmio)

• Pouco resistentes, dúcteis e resistentes à corrosão

• Comummente aplicados em joalheria

– Ag e Au -> aumento de resistência por solução sólida (prata de lei 7,5% Cu)

– Materiais de restauração dentária, contatos elétricos

– Pt -> catalisador e termopares

22610 kg/m3

Ligas diversas

• Níquel (resistência a corrosão):

– Revestimentos

– Monel (65Ni-28Cu + Fe)

– Elemento de liga em aços inoxidáveis e superligas

• Chumbo, estanho e suas ligas

– Dúcteis, baixa temperatura de fusão

– Sofrem recristalização à temperatura ambiente

– Soldas, baterias, barreiras contra raios-X, latas estanhadas (folha de flandres – industria de alimentos)

Ligas diversas

• Zinco:

– Aço galvanizado

• Zircônio:

– Difícil refino

– Propriedades semelhantes ao Ti

– Principal característica -> resistência à corrosão

– Transparente aos nêutrons (revestimento de urânio – combustível nuclear)

– Aplicado em diversas aplicações na indústria nuclear e química (elevado custo)

Fabricação de metais

• Normalmente antes da fabricação tem-se o refino, a formação de ligas e o tratamento térmico

• Algumas técnicas:

– Conformação

– Fundição

– Metalurgia do pó

– Soldagem

– Usinagem

Escolha depende de vários fatores (propriedades, tamanho, forma, custo)

Ligas para moeda de euro

Material base -> Cu

2 Euros -> bimetálica (anel 75Cu-25Ni

prateado + disco em três camadas, Níquel

nas superfícies e latão no interior)

1 Euro -> é o inverso da 2 Euros

50, 20 e 10, centavos -> Ouro nórdico

(89Cu5Al5Zn1Sn)

5, 2 e 1 centavo -> aço revestido com cobre

Escolha das ligas:

-Facilidade de diferenciação (cor,

tamanho)

- Segurança (dificuldade de falsificação)

diferente condutividade elétrica

(assinatura eletrônica)

-Fácil cunhagem – Ductilidade e dureza

-Resistente ao desgaste

-Resistência a corrosão

-Valor intrínseco

-Reciclabilidade

-Saúde humana -> antibacteriana

Técnica de fabricação a serem discutidas

Conformação de metais

• São aquelas que dão forma à peça por deformação plástica -> tensão (força) externa aplicada deve exceder a tensão limite de escoamento

– Trabalho a quente (recristalização) -> grandes deformações e operações podem ser sucessíveis -> material permanece dúctil -> menores cargas

– Trabalho a frio -> aumento de resistência e diminuição da ductilidade (encruamento) -> melhor acabamento superficial e maior controle dimensional -> operações sucessivas exigem tratamento de recristalização (Vídeo)

Conformação de metais Forjamento: deformação de uma

peças-> matriz aberta ou fechada (boa

estrutura de grãos e propriedades

mecânicas) (vídeo)

Laminação: deformação entre rolos

(Chapas , formas circulares, perfis em I

Trilhos) (vídeos 1 , 2, 3)

Extrusão: Material forçado através de

um orifício (Barras, tubos) Trefilação: Material puxado através de

um orifício cônico (Barras, arames)

Fundição

• Produção de a partir de uma material totalmente fundido vazado em um molde que possui a forma desejada -> metal sobre contração

• Aplicadas quando – Formas grandes e complicadas

– Ligas de baixa ductilidade, mesmo a quente

– Baixo custo é necessário

• Diferentes técnicas existem:

– Fundição em molde de areia: mais comunmente utilizado. Molde de duas partes produzido pela compactação de areia (blocos de cilindro, hidrantes de incêndio, conexões de tubulação de grande porte )

Fundição em molde de areia (Vídeo)

Fundição

– Fundição em matriz: Metal líquido inserido em um molde sob pressão -> elevada produção barateando o processo (aplicável para peças pequenas de materiais de baixo ponto de fusão, Zn, Mg, Al)

Fundição (Vídeo)

– Fundição de revestimento ou de precisão (cera perdida): modelo em cera revestido com uma lama cerâmica. A lama endurece, retira-se a cera por aquecimento e obtêm-se o molde -> usada quando se necessita de precisão dimensional e acabamento superficial (palheta de turbina, joias)

Fundição

– Fundição com espuma perdida (molde consumível): Variante da cera perdida -> modelo produzido em espuma (isopor) e arei é compactada ao redor do molde. No vazamento o metal líquido vaporiza a espuma e a areia compactada serve de molde (formas complexas e boa tolerância) -> mais rápida e simples que a fundição em molde de areia (blocos de motores, virabrequins, estruturas de motores elétricos)

Fundição

– Fundição contínua: Normalmente aplicado após o refino para produção de lingotes (matéria prima para conformação) -> altamente automatizada e eficiente.

Metalurgia do Pó

• Compactação de pós metálicos seguida de tratamento térmico (sinterização)

– Permite produção de peça porosas ou densas (precisão dimensional)

– Aplicada para materiais de elevado ponto de fusão

– Filtros, buchas autolubrificantes, metal duros, engrenagens, etc

Metalurgia do Pó (Vídeos 1, 2)

Soldagem • União de duas peças:

– União metalúrgica (difusão)

– Materiais similares e dissimilares

– Pode ter material de adição

– Envolve fusão

– Zona termicamente afetada (ZTA):

• Recristalização e crescimento de grão (↓resistência)

• Tensões residuais no resfriamento

• No resfriamento pode ocorrer a tempera (taxa de resfriamento e tipo de aço)

• Os aços inoxidáveis podem ser sensibilizados (reduzindo a resistência à corrosão)

Soldagem

Tipo de soldagem tem grande influência na estrutura da solda

Processamento térmico de metais

• Alteração das propriedades

• Extremamente comum em aplicações industriais

• Exemplos (vídeo)

– Recozimento

– Têmpera (Martêmpera)

– Revenimento

– Austêmpera

Processo de recozimento • Manutenção do material a temperatura

elevada seguido de resfriamento lento

• Serve para:

– Alívio de tensões

– Reduzir resistência e aumentar a ductilidade/ tenacidade

– Produzir microestrutura específica

• Estágios -> aquecimento -> manutenção da temperatura (encharque) -> resfriamento até temperatura ambiente

•Tempo de tratamento é importante

Processo de recozimento • Gradientes de temperatura (aquecimento e

resfriamento) na peça geram tenções -> pode levar ao empenamento e/ou trincamento

• Tempo de recozimento deve ser longo o suficiente para permitir a transformação necessária

• Temperatura é fator de extrema importância (maior temperatura acelera o processo)

Tipos de recozimento • Recozimento Intermediário (recristalização)

– Usado para anular o trabalho a frio

– Usado para permitir grandes deformações

– Evita-se o crescimento de grão

– Controle de atmosfera pode ser importante

• Recozimento para alívio de tensões

– Tesões residuais (deformação, resfriamento não uniforme, transformação de fases de diferentes massas específicas)

– Usado para evitar distorção e empenamento

– Temperatura geralmente baixa, para não permitindo a recristalização

Tipos de recozimento (ligas ferrosas)

• Recozimento de normalização

– Usado para promover refino de grão, e obtensão de uma distribuição uniforme de tamanhos de grão

– Temperatura de tratamento pelo menos 50°C acima da temperatura crítica

– Tempo suficiente para transformação completa em austenita (austenitização)

– Resfriamento ao ar (cuidado com aço liga)

Tipos de recozimento • Austenitização (ex: solubilização da perlita)

Tipos de recozimento (ligas ferrosas) • Recozimento Pleno

– Para materiais que serão usinado ou fortemente deformados

– Temperatura 50°C acima de A3 (hipoeutetóides) ou 50°C acima de A1

(hipereuteóides)

– Resfriamento no Forno

(perlita grosseira)

Tipos de recozimento (ligas ferrosas) • Recozimento subcrítico (esferoidização)

– Usados em aços médio e alto carbono para permitir a usinagem e deformação plástica (cementita globulizada)

– Fe3C em esferas • Aquecimento abaixo da

temperatura do eutetóide

(700°C) -> 15 a 25 horas

• Aquecimento acima do

eutetóide e resfriamento ao

• Aquecimento resfriamento

alternados a ±50°C de A1

(carbonetos não dissolvidos +

Austenita não homogênea)

Processo de recozimento

Tratamento térmico de aços

• Em geral envolve austenitização, resfriamento rápido e contínuo seguido de revenimento (vídeos 1, 2, 3, 4) - Têmpera

• Impossível resfria a peça como um todo à mesma taxa

– Superfície resfria mais rápido que o núcleo

– Variação de propriedades

• Resultado depende:

– Composição da liga, Meio de resfriamento, tamanho da peça

Austêmpera

• Aços apropriados

Endurecibilidade (temperabilidade)

• Definição: Habilidade do aço em se transformar em martensita por tempera

– Dependente da liga

• Temperabilidade pode ser determinada pelo Ensaio Jominy ou Grossmann

• Jominy

– Ensaia diversos parâmetros de tratamento

– Ensaio normalizado

– Resultado -> curva de enrurecibilidade

Ensaio Grossmann

• Diversas barras com diâmetro variável. Mede-se a dureza do centro da barra (Caro e pouco usado)

Ensaio Jominy (ver vídeo)

Chanfro após ensaio

Curvas de endurecibilidade E

Taxa de resfriamento

diminui com a distância e a

dureza cai

É conveniente relacionar

dureza com taxa de

resfriamento (pode ser

apresentado no eixo

superior, praticamente igual

para todos os aços, mesma

condutividade térmica)

Curvas de endurecibilidade

Relação:

Curvas Jominy X

Diagramas TRC

Cr + Mo

Quem apresenta maior temperabilidade?

Curvas de endurecibilidade -> 5 ligas com o mesmo teor de carbono

Dureza da

extremidade é a

mesma (57HRC) ->

Mesmo teor de

carbono

Diferentes

profundidades de

endurecimento

Diferentes

temperabilidades

Elementos de liga

retardam a

transformação da

austenita

Taxa de resfriamento

Quem apresenta maior temperabilidade?

Curvas de endurecibilidade -> Teor de carbono

Em qualquer posição

a dureza aumenta

com o teor de carbono

Curvas de endurecibilidade Faixa de valores esperados

Na produção industrial existe uma ligeira

variação do teor de carbono e tamanho de

grão de uma batelada para a outra ->

dispersão de endurecibilidades (mundo

real) -> faixa de valores esperados

Influência do meio de têmpera e da forma da peça

• A taxa de resfriamento depende da taxa de extração térmica, logo do meio de têmpera

• Severidade de têmpera é o termo usado para se referir à taxa de resfriamento

• Meios mais comuns:

– Água

– Óleo

– Ar

– Grau de agitação é importante

• Tempera muito severa pode gerar trincas -> principalmente se o teor de carbono é elevado

Taxa de resfriamento em função do raio

Água (agitação moderada) Óleo (agitação moderada)

Previsão do

perfil de dureza

Têmpera em óleo

Ex: Distribuição radial de dureza

Taxa de resfriamento depende da

razão área/volume

Maior área/volume -> maior a taxa de

resfriamento

Exercício Determinação do perfil de dureza para o aço 1040

tratado termicamente. Determinar o perfil de dureza de

uma barra cilíndrica de 50mm de diâmetro temperada

em água.

Exercício Seleção de liga de aço e tratamento térmico

• Selecionar uma liga de aço para um eixo. Diâmetro de 1 pol. Com dureza superficial mínima de 38 HRC e ductilidade mínima de 12%Al. Definir o tratamento térmico.

Figura 6.19 (dureza X resistência) 38HRC-> 1200MPa

Influência do diâmetro nas propriedades

Ex: 4140 temperado em óleo

O que muda de um diâmetro

para o outro?

Tamanho de grão

• Nucleação heterogênea (Temperatura de austenitização)

Problemas na têmpera

• Tensões internas

Martêmpera

• Reduzir gradientes

Austêmpera Busca elevada dureza com pequena perda de ductilidade (estrutura bainítica)

Utiliza-se resfriamento em:

- Óleo aquecido

- Banho de sais

Austêmpera

• Têmpera x Austêmpera

Microestruturas 1018

Endurecimento por precipitação Formação de partícula extremamente finas e homogeneamente

distribuídas de segunda fase

Endurecimento por envelhecimento -> sinônimo

Al-Cu, Cu-Be, Cu-Sn, Mg-Al, ligas ferrosas (inoxidáveis PH)

Característica obrigatórios:

Solubilidade apreciável

Queda de solubilidade com a

temperatura

Condições não são suficientes

Tratamento térmico de solubilização e precipitação

Formação de solução

sólida supersaturadas

(também existem

curvas em “C”)

Difusão apreciável

Difusão desprezível

Dureza X tempo de envelhecimento

Ex: Al-Cu

Formação de precipitados

Estrutura da liga endurecida por precipitação

Curavas de endurecimento por precipitação

É importante lembrar • Noções gerais dos materiais e aplicações

• Noções mais apuradas de ligas ferrosas

• Noções de processos de fabricação (relacionado ao material utilizado)

• Tratamentos térmicos

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