Diagrama TTT e Revenimento em Engenharia Mecânica

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Engenharia Mecânica
Tratamento Termoquímicos e Superficial
Aula 4
DORCENTE: Msc. RAFAEL THOMAS PIMENTEL TABOSA
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FATORES QUE AFETAM A POSIÇÃO DAS CURVAS
DO DIAGRAMA TTT, ENDURECIBILIDADE
OU TEMPERABILIDADE
1. O que é um diagrama TTT?
Diagrama tempo-temperatura-transformação que apresentam curvas de início e término da transformação austenítica para uma determinada temperatura e tempo.
2. Descreva, de maneira sintética, como ocorrem os resfriamentos de aços isotérmica e continuamente, ressaltando as diferenças entre estes dois métodos de resfriamento.
Um diagrama de equilíbrio, como o Fe-C possui diversas transformações de fase que ocorrem em determinadas temperaturas e que são dependentes da composição e da temperatura da liga.
Tais mudanças de fase existem considerando-se resfriamentos lentos e temperaturas fixas. Quando se necessita de informações adicionais a respeito dessas transformações com velocidades de resfriamento rápidas, por exemplo, necessita-se de outro diagrama, denominado Diagrama Isotérmico ou Diagrama TTT (Tempo – Temperatura – Transformação).
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DO DIAGRAMA TTT, ENDURECIBILIDADE
OU TEMPERABILIDADE
Nas ligas que são resfriadas de forma contínua, a temperatura decresce continuamente com o tempo, indo da temperatura de formação da austenita até a temperatura ambiente. Assim, o diagrama isotérmico não terá mais aplicação, pois a temperatura não se mantém constante durante as transformações de fase, sendo necessária a utilização de outra espécie de curva, denominada diagrama de resfriamento contínuo.
Nesse diagrama pode-se observar como as transformações de fase ocorrem em uma liga ferro-carbono-aço, quando se realiza resfriamento a uma taxa contínua no tempo.
Há algumas semelhanças nas transformações de fase quando comparadas às existentes no diagrama isotérmico, contudo existem mudanças em função da variação contínua da temperatura.
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DO DIAGRAMA TTT, ENDURECIBILIDADE
OU TEMPERABILIDADE
3. O que representam os “joelhos” nos diagramas TTT?
O “joelho” é a representação do ponto no qual há uma modificação no aço, havendo acima e abaixo deste ponto, diferentes constituintes formados, em função do tempo de resfriamento da liga.
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DO DIAGRAMA TTT, ENDURECIBILIDADE
OU TEMPERABILIDADE
4. Cite os fatores que afetam a posição das curvas em C ou em TTT.
Teor de carbono
Quanto maior o teor de carbono e de elementos de liga no aço (com exceção do cobalto) mais para a direita se deslocam as curvas, facilitando a têmpera da liga ferro-carbono.
Tamanho do grão da austenita
Quanto maior o tamanho de grão da austenita antes do resfriamento, mais para a direita se deslocam as curvas, facilitando a têmpera. As transformações iniciam-se nos contornos de grão, contudo, o aumento do tamanho de grão prejudica algumas propriedades mecânicas do aço como dureza, por exemplo.
Composição química (elementos de liga)
Quanto mais homogênea a austenita (sem partículas de carboneto, impurezas, etc.) mais para a direita se deslocam as curvas TTT, o que facilita a têmpera dos aços. Em geral quanto mais alta a temperatura de aquecimento e quanto maior o tempo de permanência mais homogênea a austenita será.
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Explicação Rápida Revenido
Revenimento é aplicado nos aços para corrigir a tenacidade e a dureza excessiva, conseguindo o aumento da tenacidade dos aços.
Revenimento é o reaquecimento das peças temperadas, a temperaturas abaixo da linha inferior de transformação do aço. Dependendo da temperatura resulta em pequena ou grande transformação da estrutura martensítica..
Na faixa de 140°C e 200°C não há alterações expressivas num aço, a dureza cai para 58 a 60 RC dependendo da composição do aço. O revenimento, nesta faixa de temperatura mudou pouco o aço.
Na faixa de 210°C e 260°C as tensões são alteradas, e começa a baixar a dureza, e não teve nenhuma modificação na estrutura considerável. O revenimento inicia a alteração da estrutura.
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Explicação Rápida Revenido
Na faixa de 270°C e 360°C começa a precipitação de carbonetos finos. O revenimento já faz mudanças maiores na estrutura.
Na faixa de 370°C e 730°C a transformação na estrutura é maior. Conforme a temperatura de revenimento é maior, a Cementita precipitada fica mais grossa e se tornam visíveis numa matriz férrica. A 730°C o revenimento pode levar a uma queda da dureza significativa.
Aços altamente ligados apresentam um comportamento diferente no revenimento, pois na faixa de 500°C e 600°C apresentam precipitação de carboneto de liga (endurecimento secundário).
O processo de revenimento é feito para atender as especificações de dureza dos clientes.
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Explicação Rápida Revenido
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Austenita retida ou residual — Como se viu, a principal causa de retenção da
austenita é a composição química dos aços. O elemento mais importante nesse sentido é o carbono, o qual rebaixa de modo significativo a linha Mi de início de formação da martensita.
Isso devido ao fato do carbono em solução sólida aumentar a resistência ao cisalhamento da austenita sendo, portanto, necessário aplicar-se maior esforço para que comece o cisalhamento que leve ao início da formação da martensita.
O mesmo ocorre com a temperatura Mf correspondente ao fim da formação da martensita. Essa temperatura já se situa abaixo da temperatura ambiente em aços com carbono superior a cerca de 0,3%. A temperatura Mf parece ser constante a —155ºC para aços-carbono de baixa liga e —100ºC para aços rápidos e aços de alto cromo e alto carbono, independentemente da posição da linha Mi
Desse modo, apreciáveis quantidades de austenita não transformada (ou austenita residual ou retida) podem estar presentes à temperatura ambiente juntamente com a martensita, à medida que aumenta o teor do carbono.
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No caso do resfriamento, essa estabilização depende de dois fatores:
— velocidade de resfriamento;
— interrupção do resfriamento, antes de se completar a transformação da austenita.
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Em resumo:
— os aços-carbono comuns, à medida que aumenta o teor de carbono, mostram
tendência pronunciada à retenção da austenita;
— do mesmo modo atuam os elementos de liga, com exceção do cobalto;
— outro fator que pode provocar a retenção da austenita é a temperatura de austenitização; Quanto mais alta for a mesma, maior a quantidade de austenita residual;
— no que se refere ao fenômeno de estabilização da austenita, os elementos de
liga mostram uma tendência variável. Assim, os elementos manganês e níquel tendem a diminuir esse efeito. Por exemplo, num aço com 1% de carbono, a tendência para estabilização é quase praticamente eliminada a cerca de 2,5% de manganês ou será diminuída de dois terços pela adição de 4,5% de níquel; *
— outros elementos formadores de carbonetos como tungstênio e vanádio, podem igualmente aumentar a tendência à estabilização com temperaturas suficientemente elevadas para dissolvê-los na austenita;
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Endurecibilidade ou temperabilidade.
— Em vista do que foi exposto até, agora, principalmente em relação às curvas TTT e à velocidade de esfriamento, é evidente que só se pode obter num aço endurecimento total, ou seja, formação da estrutura martensítica, quando a velocidade de esfriamento é tal que evite a formação da perlita fina.
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O significado da temperabilidade não deve ser tomado como dizendo respeito somente à obtenção da máxima dureza, em várias profundidades, em função da velocidade de esfriamento; 
“temperabilidade” deve ser ligada igualmente à obtenção da máxima tenacidade, emfunção da microestrutura produzida no esfriamento. Como se verá, por ocasião do estudo dos tratamentos térmicos, as estruturas mais desejadas para esse fim são as bainíticas obtidas na faixa de mais baixa temperatura e a “martensita revenida”.
Assim, o conhecimento da temperabilidade dos aços é essencial, porque o mais importante objetivo do tratamento térmico do aço é obter a maior dureza e a mais alta tenacidade, em condições controladas de velocidade de esfriamento, à uma profundidade determinada ou através de toda a sua secção e de modo a reduzir ao mínimo as tensões de esfriamento.
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Medida da temperabilidade — Os dois métodos mais conhecidos para medir a temperabilidade de um aço são o “método de Grossmann” e o “método de Jominy”.
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Método de Grossmann 
Consiste em resfriar a partir do estado austenítico, uma série de barras cilíndricas de diâmetros crescentes, em condições controladas de esfriamento. 
As barras são em seguidas quebradas, medindo-se a dureza através de toda a sua secção transversal. Esse ensaio permite, pois, determinar a profundidade a que o aço endurece, não só pela medida de dureza como também pela observação das estruturas resultantes. 
Se se representar num gráfico, em abcissas, a secção transversal de uma barra cilíndrica, ou seja, a distância do seu centro às extremidades e, em ordenadas a dureza na escala Rockwell C, por exemplo, poder-se-ia ter os aspectos das figuras 36 e 37, onde se nota também a influência do meio de esfriamento e da composição do aço sobre a profundidade do endurecimento.
No método de Grossmann, costuma-se definir o diâmetro crítico Dc, que corresponde ao diâmetro da barra que, esfriada da temperatura austenítica, mostrará no centro 50% de martensita. 
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Portanto, uma barra cujo diâmetro corresponde ao diâmetro crítico terá o seu núcleo central com 50% de martensita; qualquer diâmetro superior apresentará naturalmente um centro com menor quantidade de martensita, ou seja incompletamente endurecido e qualquer diâmetro inferior apresentará o centro completamente martensítico ou endurecido. 
À separação da zona em que predomina a estrutura martensítica da zona em que predomina a estrutura perlítica é percebida por uma queda brusca na dureza; pode-se, assim, facilmente determinar o diâmetro crítico para um determinado aço. Suponha-se, por exemplo, um aço com composição próxima da do eutetóide, cujo diâmetro crítico se queira conhecer. Uma série de diâmetros diferentes são analisados pelo método Grossmann, com resfriamento em água, resultando uma série de curvas de dureza como a figura 38 indica. Os diâmetros das barras no exemplo considerado variam de 11/16" a 2 1/2".
Para achar o diâmetro crítico, faz-se um gráfico em que em abcissas são representados os diâmetros das barras e em ordenadas a dureza Rockwell C dos centros das barras (fig. 39).
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Verifica-se que a mais brusca queda de dureza no centro tem-se para a barra em que o diâmetro fica entre 1” e 1 1/8" ou aproximadamente 1,05", o qual assim corresponde ao diâmetro crítico.
Tal fato poderia ser perfeitamente comprovado pelo exame das texturas. À dureza crítica é a dureza do centro da barra de diâmetro .crítico. 
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Método de Jominy, também chamado de ensaio do resfriamento da extremidade). Este método foi desenvolvido por Jominy e Boegehold é atualmente o mais usado, tendo sido mesmo padronizado pelas ASTM, SAE e AIS! e no Brasil pela ABNT" *). Consiste no seguinte: 
Um corpo de prova cilíndrico, de 1” de diâmetro por 4" de comprimento é aquecido até a temperatura austenítica e, em seguida, por meio de um dispositivo adequado (fig. 40) dirige-se um jato de água, sob condições controladas de quantidade, pressão e temperatura, contra uma de suas extremidades. 
Depois de esfriado, faz-se um corte longitudinal no corpo de prova, retifica-se as duas superfícies paralelas e opostas e mede-se sua dureza a distâncias variáveis (geralmente intervalos 1/16") a partir da extremidade que recebeu o jato de água. Os valores obtidos são lançados num gráfico, resultando numa curva cujo aspecto é o da figura 41. Essa curva permite também especificar a distância da extremidade esfriada à zona de meia dureza (ou 50% de martensita) como sendo a profundidade de endurecimento Jominy.
O método Jominy está se tornando tão popular que grande número de aços já tem curvas Jominy perfeitamente determinadas.
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O diâmetro crítico (D,) pode ser expresso em termos de diâmetro ideal (D1) pelo uso de gráficos, como o representado na figura 42. Nesse gráfico, nota-se à direita, valores indicados por H, que representam a “severidade de resfriamento”; expressão utilizada para definir quantitativamente as condições de resfriamento
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Existem gráficos que possibilitam a determinação do fator H, partindo-se dos resultados obtidos na determinação da dureza do centro ou núcleo de uma série de barras cilíndricas de diâmetros crescentes esfriadas a partir do estado austenítico. 
Nesses gráficos, uma das ordenadas corresponde exatamente à relação Du/D1 em que D, equivale ao diâmetro de secção central que não endureceu e Du é o diâmetro total.
Para simplificar o estudo, pode-se utilizar os valores da Tabela 5º 
Conhecido o 'valor de H, os valores de temperabilidade em termos de diâmetro crítico podem ser transformados em valores em termos de diâmetro ideal, através das curvas do gráfico da figura 42.
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1 .O que é temperabilidade? Resuma, em poucas palavras, o ensaio aplicado para medir a temperabilidade de peças metálicas.
2. Quais as características do tratamento térmico de revenimento. Cite ainda uma de suas desvantagens.