Aula 6 - trat térmico

Tratamentos Térmicos

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Tratamentos Térmicos (TT)

A temperatura à qual o metal é aquecido, o

período de tempo em que ele é mantido àquela

temperatura e a taxa sob a qual ele é resfriado,

todos esses parâmetros influenciam na

estrutura cristalina do metal. Essa estrutura

cristalina, normalmente denominada

microestrutura, determina as propriedades

específicas dos metais. Há vários modos de se

manipular a microestrutura, seja na siderúrgica

ou no procedimento de soldagem. Dentre os

métodos mais comuns de se manipular a

microestrutura estão os tratamentos térmicos.


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Tratamentos Térmicos (TT)

O principal objetivo dos TT é

aumentar, diminuir, melhorar, alterar

de um modo geral, as propriedades

mecânicas dos materiais.

Os TT consistem, basicamente,

em aquecer o material a certa

temperatura, mantê-lo por um dado

tempo e esfriá-lo sobre de

determinadas condições.


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Fatores que influenciam os TT

•Aquecimento(Velocidade/Temperatura);

•Manutenção da Temperatura acima da

Zona Crítica (Encharque);

•Resfriamento;

•Atmosfera do Forno.


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Zona Crítica

A1

Aço Hipoeutetoide/Hipereutetoide

Encharque

Quente

Frio

Temperatura uniforme

30° a 80°C

Responsável

pela qualidade

do produto final.


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Influência do

Aquecimento e

do Encharque


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CRESCIMENTO DO GRÃO


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Zona Crítica

A1

Aço Hipoeutetoide/Hipereutetoide

Encharque

Quente

Frio

Temperatura uniforme


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Por que o resfriamento é responsável pela

qualidade do produto final????


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Eutetóide

A1


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E como isso acontece???

?


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CURVAS TTT

início final


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Zona Crítica A1

Perlita

Bainita

Martensita

Gráfico mostrando o controle do resfriamento no diagrama TTT

912°C

Mi

Mf

Encharque

Aço Hipoeutetoide


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Dureza dos Microconstituintes (HB)

• Austenita : 300

• Ferrita : 80

• Perlita : 200-250

• Cementita : 700

• Martensita : 500-650

• Bainita : 400-500

• Martensita Revenida : 250-400


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Recozimento

Total ou Pleno

Recozimento

Isotérmico

Normalização

Resfriamento ao ar

Tempera e

Revenido

Resfriamento Lento

(Dentro do forno)


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Diagrama Fe – Fe3C


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Quando se quer alterar ou

modificar apenas determinada

secção da peça, aplicamos

tratamentos superficiais e/ou

termoquímicos.

Os principais são:

• Cianetação;

• Nitretação;

• Cementação;

• Carbonitretação.

Tratamentos Termoquímicos


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CEMENTAÇÃO

NITRETAÇÃO CIANETAÇÃO CARBONITRETAÇÃO

BORETAÇÃO

ADIÇÃO DE C ADIÇÃO DE NADIÇÃO DE

C e N

ADIÇÃO DE

C e NADIÇÃO DE B

Sólida

Líquida

Gasosa

Plasma

Líquida

Gasosa

PlasmaLíquida Gasosa

Sólida

T proc.= acima

da temp. crítica

(850-950 C

ou mais)

Dureza:~65HRC

Camada: até

10 mm

T proc.= abaixo

da temp. crítica

(500-600C)

Dureza:~1000-

1100HV

Camada: até

1 mm

T proc.= 650-

850 C

Camada: de 0,1

a 0,3 mm

T proc.=

(700-900 C)

Camada: ~7 mm

T proc.=

(900 C)

Dureza:

~700-2000HV

Camada: 4 h

produz

100 mícrons

Tratamentos Termoquímicos


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Recozimento

Tratamento aplicado para devolver ao

material, as texturas resultantes de um outro TT

ou Tratamento Mecânico, sofrido anteriormente

pelo material. Seus objetivos são:

• Remover tensões devidas a um tratamento

mecânico a quente ou a frio;

• Diminuir a dureza,

• Diminuir a resistência mecânica;

• Aumentar a ductibilidade;

• Modificar os característicos elétricos e

magnéticos;

• Ajustar o tamanho do grão;


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Matéria Prima (Grãos normais)

Grãos deformados (laminação)

Grãos Recristalizados


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Recozimento

Total ou Pleno

IsotérmicoAlívio de

tensões

Recristalização

Resfriamento

Lento

(dentro do forno)

Temperatura

Abaixo da linha A1

(600°-620°C)

- Resfriamento Lento

(ao ar ou dentro do

forno)

Elimina o

encruamento gerado

pelos processos de

deformação à frio

Temperatura

Abaixo da linha A1

(727°C - Não ocorre

transformação)

No resfriamento,

deve-se evitar

velocidades muito

altas devido ao risco

de distorções


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Normalização

É o recozimento com resfriamento

ao ar, para obtenção de uma granulação

mais fina do que a obtida no recozimento

(esfriamento no forno).

Com a normalização obtém-se os

seguintes resultados:

• Aumento na dureza;

• Aumento no escoamento;

• Aumento na resistência;

• Diminuição alongamento;

• Diminuição na estricção.


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SAE 1077


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SAE 4340


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Comparação das curvas de Recozimento e Normalização


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Têmpera

O objetivo fundamental da têmpera é obter

uma estrutura martensítica, que consiste no

aquecimento acima da zona crítica e no

resfriamento rápido. Seu objetivo é, em geral:

Aumentar

• a dureza;

• a resistência à tração,

• compressão e desgaste;

• o limite de escoamento;

Diminuir:

• resiliência;

• alongamento;

• estricção;

• ductibilidade;

• elasticidade;

• densidade, etc.


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Têmpera (Cont.)

A têmpera dá aos aços a

faculdade de manter melhor o

magnetismo, ou seja, conserva-se

imantado mais fortemente depois

de submetido a um campo

magnético.

Ex.: Imãs permanentes, agulhas

magnéticas (bússolas).


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Superfície

Centro

Tipos de Resfriamento

Água

Ar

Óleo

Observe que a

peça apresentará

uma dureza

superficial mais

elevada que no

centro


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Comportamento do Alumínio após o Resfriamento


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Revenido

Consiste em reaquecer a peça

temperada ate uma temperatura

conveniente abaixo da zona crítica e

esfriá-la lentamente, preferencialmente.

O revenido é usado com o intuito de

corrigir alguns defeitos da têmpera

quando se manifesta uma dureza ou

fragilidade excessiva.

O revenido só se aplica aos aços

temperados.


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REVENIDO

Temperatura °C Comportamento Estrutura Final Dureza HRC

150 - 230Os carbonetos começam a

precipitarMartensita

Revenida60 - 65

230 - 400

Os carbonetos continuam a

precipitar em forma

globular (invisível ao

microscópio)

Troostita 50 - 62

400 - 500

Os carbonetos crescem em

glóbulos, visíveis ao

microscópio

Sorbita 20 - 45

650 - 738Os carbonetos forma

partículas globularesEsferoidita < 20


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Perlita Grossa Perlita Fina


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MartensitaMartensita Revenida


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Troostita/Martensita Bainita


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Aspectos dos grãos

Recristalizado Deformado


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Objetivo

Quando se deseja obter uma

estrutura bainítica, usam-se alguns

desses tratamentos que substituem,

com vantagens, alguns dos

tratamentos térmicos convencionais.

Os mais usados são:

• Austêmpera

• Martêmpera

Tratamentos Isotérmicos


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Austêmpera

Consiste no aquecimento dos

aços a temperaturas acima da

zona crítica seguido de

esfriamento rápido de modo a

evitar a transformação da

austenita até o nível de

temperaturas correspondentes a

formação da bainita.



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O aço é mantido a essa

temperatura, tempo necessário para

que a transformação da austenita

em bainita se complete, que

dependo da velocidade de

resfriamento, obter-se-á uma bainita

mais ou menos dura.



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A bainita é uma estrutura que, de um

modo geral, substitui a martensita

revenida, ou seja, em muitos casos a

austêmpera substitui os tratamentos de

têmpera e revenido.

A austêmpera se aplica aos aços de

temperabilidade relativamente elevada,

como os que contem carbono acima de

0,50%. Para os que possuem teores de

carbono mais baixo, o manganês mais

elevado ou ainda, outros elementos de

liga.



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A austêmpera não é indicada às

peças com espessuras superiores a

5mm se forem de aço carbono, se

forem ligas admite-se até 25mm.

Isto se deve ao fato da austêmpera

provocar alterações nas curvas de

resfriamento, não apresentando

bons resultados em peças de

grandes dimensões.



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Martêmpera

O objetivo da martêmpera é

obter a martensita, como na

têmpera. O que difere no

tratamento, é que ao atingir, no

resfriamento, a linha Mi (início de

formação da martensita), o

resfriamento é retardado, de modo

que esta se forme mais lentamente.



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O resfriamento é feito em óleo

quente ou sal fundido, que deve ser

mantido a temperatura de Mi ou pouco

superior. O material deve permanecer

nesta temperatura tempo suficiente para

que ela fique uniforme em toda sua

seção. Em seguida resfria-se ao ar.

A martensita se forma em toda

seção da peça uniformemente, evitando-

se, assim, o aparecimento de quantidade

excessiva de tensões internas.



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Em seguida procede-se o revenido

como na têmpera comum.

Os aços-liga são os mais indicados

para esse tratamento. A seção da peça é

uma variável importante a ser

considerado.

As propriedades de um aço

martemperado e revenido são idênticas a

de um aço temperado e revenido.

A martêmpera e a austêmpera

também são aplicados aos ferros

fundidos cinzentos.



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A1727°C

Perlita

Bainita

Martensita

Austêmpera

Martêmpera

Austenita


(Curva TTT)T(°C)

T(min)


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F: Perlita + Bainita


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TR ____ têmpera + revenido... 830ºC ( 10’ ) → óleo → 460ºC ( 20’ )

AT ____ austêmpera............... 830ºC ( 10’ ) → 320ºC ( 40’ ) → ar

Comparação entre Austêmpera e Têmpera+Revenido



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CEMENTAÇÃO

NITRETAÇÃO CIANETAÇÃO CARBONITRETAÇÃO

BORETAÇÃO

ADIÇÃO DE C

ADIÇÃO DE N

ADIÇÃO DE

C e N

ADIÇÃO DE

C e NADIÇÃO DE B

Sólida

Líquida

Gasosa

Plasma

Líquida

Gasosa

Plasma

Líquida

Gasosa

Sólida

T proc.= acima

da temp. crítica

(850-950 C

ou mais)

Dureza:~65HRC

Camada: até

10 mm

T proc.= abaixo

da temp. crítica

(500-600C)

Dureza:~1000-

1100HV

Camada: até

1 mm

T proc.= 650-

850 C

Camada: de 0,1

a 0,3 mm

T proc.=

(700-900 C)

Camada: ~7 mm

T proc.=

(900 C)

Dureza:

~700-2000HV

Camada: 4 h

produz

100 mícrons


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Cementação

A cementação é um

tratamento superficial, que

consiste em aumentar a

porcentagem de carbono numa

fina camada externa da peça.


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Cementação (Cont.)

A adição de carbono pode ser:

• Sólida;

• Líquida;

• Gasosa;

• Plasma.

A temperatura do processo é

cerca de 850º a 950ºC, para se

obter uma penetração de ~10mm


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Cementação (Cont.)

A cementação é feita aquecendo-se a

peça de aço de baixo teor de carbono, junto

com um material rico em carbono

(carburante). Quando a peça atinge alta

temperatura (750ºC a 1.000ºC) passa a

absorver parte do carbono do carburante.

Quanto mais tempo a peça permanecer

aquecida com o carburante, mais espessa se

tornará a camada.


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Fases da cementação

1ª Fase: Aquecimento

• Cementação em caixa:

As peças são colocadas em caixas

juntamente com o carburante, fechadas

hermeticamente e aquecidas até a

temperatura recomendada.

• Cementação em banho:

As peças são mergulhadas no

carburante líquido aquecido, através de

cestas ou ganchos.


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Fases da cementação (Cont.)

2ª Fase: Manutenção da temperatura

O tempo de duração desta fase varia

de acordo com a espessura da camada

que se deseja e da qualidade do

carburante utilizado. (0,1mm a 0,2mm por

hora).


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Fases da cementação (Cont.)

3ª Fase: Resfriamento

A peça é esfriada lentamente dentro

da própria caixa.

Após a cementação as peças são

temperadas.


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Nitretação

É um processo semelhante à

cementação, que se faz aquecendo o aço

a uma temperatura de 500ºC a 525ºC na

presença de um gás denominado

Nitrogênio (Ni). Após algum tempo, obtém-

se uma fina camada, extremamente dura,

não havendo necessidade de temperar a

peça.


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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Livros:

• Van Vlack, “Princípios de Ciência e Tecnologia

dos Materiais”. Ed Campos.

• Ernani, "Materiais“

• Callister, Willina D. Jr- Ciência e Engenharia dos

Materiais - Uma Introdução – Ed. LTC

Web Sites:

• Informe metalúrgico, http://www.infomet.com.br

• http://www.jcaruso.hpg.ig.com.br/cursos/toto/

• Agência Nacional de Energia Elétrica,

http://www.aneel.gov.br

http://www.infomet.com.br/

http://www.jcaruso.hpg.ig.com.br/cursos/toto/

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