Aula 11 - Tratamentos Termicos

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Tratamento Térmico de Aços
Prof. Jomar Berton Junior
E-mail: jomar.junior@ifpr.edu.br
Introdução
Diversos fenômenos que ocorrem nos metais e nas ligas em temperaturas
elevadas — por exemplo, a recuperação, a recristalização e a decomposição
da austenita. Esses fenômenos são eficazes na alteração das características
mecânicas quando são empregados tratamentos térmicos ou processos térmicos
apropriados. De fato, o uso de tratamentos térmicos em ligas comerciais é uma
prática extremamente comum.
Introdução
Recuperação: A recuperação é um processo de tratamento térmico em materiais
cristalinos, como metais, que ocorre em temperaturas moderadas. Durante a
recuperação, as tensões internas e os defeitos introduzidos durante a deformação
plástica são parcialmente aliviados. Esse processo envolve a movimentação e o
rearranjo das discordâncias presentes na estrutura cristalina, resultando em uma
redução da densidade de discordâncias e do conteúdo de energia armazenada
nos defeitos. Como resultado, ocorre um relaxamento das tensões residuais e
uma diminuição da dureza do material, embora a estrutura cristalina geralmente
permaneça essencialmente a mesma.
Introdução
Recristalização: A recristalização é um fenômeno que ocorre em materiais
cristalinos, incluindo metais, quando são submetidos a altas temperaturas. É um
processo no qual a estrutura cristalina do material é reordenada, resultando
na formação de novos grãos cristalinos com menor quantidade de defeitos,
como discordâncias e impurezas.
Recristalização
Recristalização
Introdução
Decomposição de Austenita: A austenita é uma fase cristalina de alta
temperatura e estrutura cúbica de faces centradas (CFC) presente em ligas de
aço quando aquecidas a temperaturas elevadas. Durante o resfriamento, a
austenita pode sofrer transformações estruturais que levam à formação de
outras fases, como ferrita, perlita, bainita e martensita.
A transformação da austenita em outras fases ocorre devido à mudança nas
condições termodinâmicas, como a diminuição da temperatura e/ou a presença de
elementos de liga. Essas transformações têm um impacto significativo nas
propriedades mecânicas e microestruturais do aço tratado termicamente.
Decomposição da Austenita
Decomposição da Austenita
Diagramas TTT (transformação Tempo Temperatura)
Diagramas TTT (Transformação Tempo Temperatura)
Diagramas TTT 
Transformação 
Tempo 
Temperatura
Diagramas TTT (Transformação Tempo Temperatura)
Tratamentos Térmicos dos Aços
Fases do tratamento térmico:
• Aquecimento;
• Manutenção na temperatura desejada;
• Resfriamento.
Tratamentos Térmicos dos Aços
Tratamentos Térmicos dos Aços
Tratamentos Térmicos dos Aços
Recozimento 
Objetivos:
• Aliviar tensões internas devido à trabalhos mecânicos;
• Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade;
• Alterar as propriedades mecânicas como Resistência e ductibilidade;
• Homogeneizar microestruturas brutas de fundição;
• Melhorar as propriedade elétricas e magnéticas;
• Anular tratamentos térmicos anteriores.
Alívio de Tensões
Tensões residuais internas podem se desenvolver em peças metálicas em razão
de:
1) Processos de deformação plástica, tais como usinagem e lixamento;
2) Resfriamento não uniforme de uma peça que foi processada ou fabricada, a
uma temperatura elevada, tal como na soldagem ou na fundição;
3) Uma transformação de fases induzida por um resfriamento onde a fase original
e o produto apresentam massas específicas diferentes.
Alívio de Tensões
Objetivo:
Remoção de tensões internas originadas de processos mecânicos e metalúrgicos
(trabalho à frio, soldagem, etc)
Temperatura
Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase (feito abaixo da zona crítica)
Resfriamento
Deve-se evitar velocidades muito altas devido ao risco de distorções
Alívio de Tensões
Alívio de Tensões
Recozimento
Qualquer processo de recozimento consiste em três estágios:
1) Aquecimento até a temperatura desejada;
2) Manutenção ou “encharque” naquela temperatura;
3) Resfriamento, geralmente até a temperatura ambiente. O tempo é um
parâmetro importante nesses procedimentos.
O tempo é um parâmetro importante nesses procedimentos.
Recozimento Subcrítico
Objetivo:
Aplicado para anular os efeitos do trabalho a frio — isto é, para reduzir a dureza e aumentar a
ductilidade de um metal que foi previamente encruado.
O recozimento subcrítico é utilizado comumente durante procedimentos de fabricação que
requerem extensa deformação plástica, para permitir a continuidade da deformação sem fratura ou
um consumo excessivo de energia.
Temperatura:
Não deve ocorrer mudança de fase
Permite também que ocorram os processos de recuperação e recristalização.
Resfriamento:
Lento
Recozimento Subcrítico
Normalmente, deseja-se uma microestrutura com grãos finos; portanto, o
tratamento térmico é encerrado antes que ocorra um crescimento apreciável dos
grãos.
Recozimento de Ligas Ferrosas
A1 - temperatura crítica inferior
A3 e Acm temperatura 
crítica superior para os 
aços hipoeutetoides e 
hipereutetoides
respectivamente
Normalização
Objetivo:
refinar os grãos (isto é, para diminuir o tamanho médio dos grãos)
e produzir uma distribuição de tamanhos mais uniforme e
desejável; os aços perlíticos com grãos finos são mais tenazes que
os com grãos mais grossos.
Temperatura:
A normalização é obtida pelo aquecimento até pelo menos 55°C
acima da temperatura crítica superior. Após tempo suficiente para
a liga transformar-se completamente em austenita — um
procedimento denominado austenitização
Resfriamento:
Lento: resfriamento ao ar.
Normalização
Normalização
Normalização
Recozimento Pleno
Objetivo:
É empregado em aços com baixo e médio teor de carbono que serão usinados ou que
sofrerão extensa deformação plástica durante uma operação de conformação. Baixar a
dureza através da austenização
Temperatura:
Aproximadamente 50°C acima da curva de temperatura crítica, para garantir
transformação de fase.
Resfriamento:
Lento, ao forno,
O produto microestrutural desse recozimento é perlita grossa a qual é relativamente
macia e dúctil. O procedimento de resfriamento em um recozimento pleno demanda
tempo. Como resultado temos uma microestrutura com grãos pequenos e uma
estrutura uniforme de grãos.
Recozimento Pleno
Recozimento Pleno
Recozimento Pleno
Alívio de Tensões
Esferoidização
Os aços com médio e alto teor de carbono e com uma microestrutura composta por
perlita grossa ainda podem ser muito duros para serem convenientemente usinados ou
plasticamente deformados. Esses aços podem ser termicamente tratados ou recozidos
para desenvolver a estrutura da cementita globulizada (esferoidizada)
Esferoidização
Os aços com cementita globulizada têm ductilidade máxima e menor dureza e são
usinados ou deformados com facilidade. O tratamento térmico de esferoidização,
durante o qual existe uma coalescência do Fe3C para formar partículas esferoides,
pode ser conduzido por diferentes métodos, conforme a seguir:
• Aquecimento da liga até uma temperatura imediatamente abaixo da eutetoide
[curva A1, ou até aproximadamente 700°C] na região α + Fe3C do diagrama de fases.
Se a microestrutura original contiver perlita, os tempos de recozimento subcrítico
serão geralmente na faixa entre 15 e 25 horas.
• Aquecimento até uma temperatura imediatamente acima da temperatura eutetoide,
e então um resfriamento muito lento no forno ou a manutenção a uma temperatura
imediatamente abaixo da temperatura eutetoide.
• Aquecimento e resfriamento alternados dentro de aproximadamente ±50°C da curva
A1
Esferoidização
Esferoidização
Em certo grau, a taxa na qual a cementita globulizada se forma depende da
microestrutura previamente existente. Por exemplo, ela é mais lenta para a perlita, e,
quanto mais fina for a perlita, mais rápida será a taxa. Além disso, um trabalho a frio,
prévio, aumenta a taxa da reação de formação da cementita esferoidizada (globulizada)Têmpera
Os procedimentos convencionais de tratamento térmico para a produção de aços
martensíticos envolvem normalmente o resfriamento rápido e contínuo de uma
amostra austenitizada em algum tipo de meio de têmpera, tais como a água, o óleo ou
o ar.
Têmpera
Objetivo:
É o tratamento clássico para endurecer o aço, aumentando a resistência mecânica
Temperatura:
Superior à linha crítica
Evita-se o superaquecimento, pois forma martensita de elevada fragilidade.
Resfriamento:
Brusco
(água, óleo, ar circulante)
Têmpera
Têmpera
Martensita: É uma solução sólida supersaturada de carbono (não se forma por difusão)
• Microestrutura acircular (em forma de agulhas);
• É dura e frágil;
• Tem estrutura tetragonal cúbica(é uma fase metaestável, por isso não aparece no
diagrama ferro-carbono).
• Ocorre devido à falta de tempo da estrutura mudar de CFC-austenita para CCC-
ferrita e cementita)
Na martensita todo o carbono permanece intersticial, formando uma solução sólida de
ferro supersaturada em carbono, que é capaz de transformar-se em outras estruturas,
por difusão, quando aquecida.
Têmpera
A martensita se forma quando o
resfriamento for rápido o suficiente de
forma a evitar a difusão do carbono,
ficando o mesmo retido em solução.
Em consequência disso, ocorre a
transformação polimórfica mostrada
ao lado.
Como a martensita não envolve
difusão, a sua formação ocorre
instantaneamente (independente do
tempo).
Têmpera
Martensita
* Se a velocidade de resfriamento não for 
rápida o Suficiente, pode aparecer perlita, ou 
ainda, ferrita e cementita
Têmpera
Capacidade de aço adquirir
dureza a uma certa profundidade.
Têmpera
Capacidade de aço adquirir
dureza a uma certa profundidade.
Têmpera
Capacidade de aço adquirir
dureza a uma certa profundidade.
Têmpera
Perfis radiais de dureza para 
amostras cilíndricas
Temperabilidade
Fatores que afetam a temperabilidade:
• Teor dos elementos de liga;
• Tamanho do grão de austenita;
• Homogeneidade da austenita.
Temperabilidade
Teor dos elementos de liga:
• Quanto maior o teor e o número de elementos na liga, mais numerosas e
complexas são as reações.
• O carbono e todos os outros elementos de liga (exceto o cobalto) deslocam a curva
para a direita, retardando as transformações, facilitando assim a formação de
martensita.
Em determinados aços, a martensita surge mesmo em resfriamentos lentos.
Temperabilidade
Temperabilidade
Temperabilidade
Têmpera
Para amostras cilíndricas de um
aço ABNT 4140 temperado em
óleo.
Têmpera
A severidade da têmpera é um termo usado para indicar a taxa de resfriamento;
quanto mais rápido for o resfriamento, mais severa será a têmpera. Dos três meios de
têmpera mais comuns — água, óleo e ar —, a água produz o resfriamento mais severo,
seguida pelo óleo, que por sua vez é mais eficaz que o ar.2 O grau de agitação de cada
meio também influencia a taxa de remoção de calor.
O aumento da velocidade do meio de resfriamento ao longo da superfície da amostra
melhora a eficiência da têmpera.
Para os aços com maior teor de carbono, a têmpera em água é muito severa, pois
podem ser produzidas trincas ou ocorrer empenamento. O resfriamento ao ar de aços-
carbono comuns austenitizados produz normalmente uma estrutura quase
exclusivamente perlítica.
Têmpera
Têmpera
Revenimento
Objetivos
Tratamento posterior a tempera que visa aliviar tensões provenientes do resfriamento
brusco.
Temperatura:
Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase. Pode ser escolhida de acordo com
as propriedades desejadas (geralmente na faixa de 150°C a 600°C)
Resfriamento:
Moderado
Revenimento
Revenimento
O revenimento é o mesmo que alívio de tensões?
Não, lembrando que no alívio de tensões não há mudança de fase, por se tratar de
uma temperatura abaixo da crítica.
O procedimento dos dois é bem parecido, porém o revenimento só é feito em aços
temperados, ou seja, após a têmpera.
Nesses materiais, pode-se haver modificações na estrutura cristalina, com a
precipitação de carbonetos e a redistribuição de elementos de liga, resultando em uma
microestrutura mais estável e menos propensa a fraturas.
Martêmpera
O resfriamento é temporariamente
interrompido, criando um passo
isotérmico, no qual toda a peça
mantenha a mesma temperatura. A
seguir o resfriamento é feito
lentamente de forma que a
martensita se forme
uniformemente através da peça. A
ductilidade é conseguida através de
um revenimento final.
Austêmpera
Outra alternativa para evitar
distorções e trincas.
Nesse processo o procedimento é
parecido com o a austêmpera,
porém a fase isotérmica é
prolongada até que ocorra a
transformação completa em
bainita.
Bainita
A Bainita é um microconstituinte tipicamente formado nos aços, resultante da decomposição
da austenita em um produto de duas fases: ferrita em forma de placas e partículas de
carbonetos (geralmente cementita).
Aços bainíticos possuem a característica de aliarem elevada resistência, próxima à da
martensita, com boa tenacidade.
Bainita
Tratamentos superficiais
São feitos visando alterar apenas as características da superfície. Mantendo no centro
da peça características anteriores ao processo.
Têmpera Superficial
É empregado quando se deseja uma superfície dura e resistente ao desgaste, sem
alteração na tenacidade do núcleo. É utilizado para peças sujeitas à impacto.
Pode ser feito por indução ou por chama.
Cementação
Consiste em aquecer o aço, juntamente
com outro material sólido, liquido ou
gasoso, que seja rico em carbono, até a
temperatura acima do ponto de
transformação. Esse aquecimento se faz
durante várias horas, estando o material e
a peça dentro de caixas apropriadas. O
resfriamento deve ser lento. Após a
cementação, deve-se se fazer a têmpera.
Principal efeito: Aumentar a dureza
superficial.
Cementação
Utilizado pó de carbono, gases ricos em
carbono (CO, CH4) ou líquidos como o
cianeto.
Antigamente, era utilizado cinzas
resultantes de queima de material
biológico (couro, chifres, ossos, etc).
Cementação
Cementação
Referências Bibliográficas
CALLISTER, William D.; RETHWISCH, David G. Ciência e engenharia de 
materiais: uma introdução. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012. 817 p.
CHIAVERINI, V.; Tratamento Térmico das Ligas Metálicas. 1. ed. São 
Paulo: ABM, 2008.
CHIAVERINI, V. Aços e ferros fundidos: características gerais, 
tratamentos térmicos, principais tipos. 7. ed. São Paulo: Associação 
Brasileira de Metalurgia e Materiais, 1996.
Padilha, A.F. Materiais de Engenharia. Hemus. São Paulo. 1997
Shackelford, J.F. Ciência dos Materiais. 6ª Ed. Pearson. 2008.
Dúvidas?
1) Explique brevemente o que é um tratamento térmico e qual é o seu objetivo.
2) Cite dois exemplos de tratamentos térmicos e descreva o processo envolvido em
cada um deles.
3) Quais são as propriedades mecânicas que podem ser melhoradas por meio de
tratamentos térmicos? Explique como cada tratamento térmico contribui para essas
melhorias.
4) Discuta a importância dos tratamentos térmicos na indústria metalúrgica. Dê
exemplos de setores industriais que se beneficiam dos tratamentos térmicos e
explique por quê.
	Slide 1: Tratamento Térmico de Aços
	Slide 2: Introdução
	Slide 3: Introdução
	Slide 4: Introdução
	Slide 5: Recristalização
	Slide 6: Recristalização
	Slide 7: Introdução
	Slide 8: Decomposição da Austenita
	Slide 9: Decomposição da Austenita
	Slide 10: Diagramas TTT (Transformação Tempo Temperatura)
	Slide 11: Diagramas TTT Transformação Tempo Temperatura
	Slide 12: Diagramas TTT (Transformação Tempo Temperatura)
	Slide 13: Tratamentos Térmicos dos Aços
	Slide 14: Tratamentos Térmicos dos Aços
	Slide 15: Tratamentos Térmicos dos Aços
	Slide 16: Tratamentos Térmicos dos Aços
	Slide 17: Recozimento 
	Slide 18: Alívio de Tensões
	Slide 19: Alívio de Tensões
	Slide 20: Alívio de Tensões
	Slide 21: Alívio de Tensões
	Slide 22: Recozimento
	Slide 23: Recozimento Subcrítico
	Slide 24: Recozimento Subcrítico
	Slide 25: Recozimento de Ligas Ferrosas
	Slide 26: NormalizaçãoSlide 27: Normalização
	Slide 28: Normalização
	Slide 29: Normalização
	Slide 30: Recozimento Pleno
	Slide 31: Recozimento Pleno
	Slide 32: Recozimento Pleno
	Slide 33: Recozimento Pleno
	Slide 34: Alívio de Tensões
	Slide 35: Esferoidização
	Slide 36: Esferoidização
	Slide 37: Esferoidização
	Slide 38: Esferoidização
	Slide 39: Têmpera
	Slide 40: Têmpera
	Slide 41: Têmpera
	Slide 42: Têmpera
	Slide 43: Têmpera
	Slide 44: Têmpera
	Slide 45: Têmpera
	Slide 46: Têmpera
	Slide 47: Têmpera
	Slide 48: Têmpera
	Slide 49: Temperabilidade
	Slide 50: Temperabilidade
	Slide 51: Temperabilidade
	Slide 52: Temperabilidade
	Slide 53: Temperabilidade
	Slide 54: Têmpera
	Slide 55: Têmpera
	Slide 56: Têmpera
	Slide 57: Têmpera
	Slide 58: Revenimento
	Slide 59: Revenimento
	Slide 60: Revenimento
	Slide 61: Martêmpera
	Slide 62: Austêmpera
	Slide 63: Bainita
	Slide 64: Bainita
	Slide 65: Tratamentos superficiais
	Slide 66: Têmpera Superficial
	Slide 67: Cementação
	Slide 68: Cementação
	Slide 69: Cementação
	Slide 70: Cementação
	Slide 71: Referências Bibliográficas
	Slide 72: Dúvidas?
	Slide 73