TRATAMENTOS TÉRMICOS E TERMOQUÍMICOS DOS AÇOS

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<p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>1</p><p>São Paulo</p><p>2015</p><p>FUNDAMENTOS dos</p><p>TRATAMENTOS TÉRMICOS e</p><p>TERMOQUÍMICOS dos AÇOS</p><p>Luiz Roberto Hirschheimer</p><p>Introdução</p><p>2</p><p>Arquivo: TRATAMENTOS TÉRMICOS E TERMOQUÍMICOS DOS AÇOS</p><p>Divisão Técnica: Tratamento Térmico e Engenharia de Superfície</p><p>Direitos exclusivos de publicação reservados à ABM - Associação Brasileira de Metalurgia, Materiais e</p><p>Mineração. É indispensável à autorização por escrito para qualquer reprodução desse trabalho.</p><p>As opiniões manifestadas não representam as da ABM, sendo de responsabilidade dos autores.</p><p>Autores e editores tiveram o máximo cuidado para indicar a fonte dos materiais utilizados, com o intuito</p><p>de preservar os direitos autorais. No caso de inadvertidamente a identificação de algum material ter sido</p><p>omitida, acertos posteriores serão feitos.</p><p>ABM - Associação Brasileira de Metalurgia, Materiai s e Mineração</p><p>Rua Antonio Comparato, 218 - Campo Belo</p><p>CEP 04605-030 - São Paulo – SP</p><p>Fone: (11) 5534-4333 | Fax: (11) 5534-4330</p><p>cursos@abmbrasil.com.br</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>3</p><p>SUMÁRIO</p><p>APRESENTAÇÃO ..................................... ............................................................................... 5</p><p>COORDENAÇÃO, AUTORIA E DOCÊNCIA .................. .......................................................... 5</p><p>1- INTRODUÇÃO ....................................................................................................................... 6</p><p>2- FÍSICA DOS METAIS PARA O TRATAMENTO TÉRMICO DOS AÇOS ............................. 10</p><p>3- CONCEITOS FUNDAMENTAIS DO DIAGRAMA FERRO-CARBONO ............................... 15</p><p>3.1- Pontos e linhas relevantes no diagrama Fe-C ................................................................... 18</p><p>3.2- Definição das fases do diagrama Fe-C .............................................................................. 19</p><p>4- CURVAS TTT (TEMPERATURA – TEMPO – TRANSFORMAÇÃO) ................................... 22</p><p>4.1- Martensita ......................................................................................................................... 24</p><p>4.2- Bainita ............................................................................................................................... 27</p><p>4.3- Microestruturas típicas ...................................................................................................... 27</p><p>5- INFLUÊNCIA DOS ELEMENTOS DE LIGA ADICIONADOS AOS AÇOS ........................... 29</p><p>6- OPERAÇÕES DE TRATAMENTOS TÉRMICOS ................................................................. 37</p><p>6.1 Recozimentos ..................................................................................................................... 38</p><p>6.2- Têmpera dos aços carbono e de baixa liga ....................................................................... 41</p><p>6.3- Revenido dos Aços Carbono e de Baixa Liga .................................................................... 42</p><p>6.4- Martêmpera ....................................................................................................................... 44</p><p>6.5- Austêmpera ....................................................................................................................... 45</p><p>6.6- Solubilização ..................................................................................................................... 46</p><p>7-TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS-FERRAMENTA ................................................. 47</p><p>7.1- O que são aços-ferramenta? ............................................................................................. 48</p><p>7.2- Como escolher o aço correto para a confecção de um ferramental? ................................. 48</p><p>7.3- Etapas do tratamento térmico ............................................................................................ 48</p><p>7.4- Tratamentos Térmicos dos Aços Rápidos .................................................................... 55</p><p>8- TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS .................................................................................. 60</p><p>8.1- Potencial ........................................................................................................................... 61</p><p>8.2- Capacidade do aço em absorver o elemento químico a ser difundido ............................... 61</p><p>Introdução</p><p>4</p><p>8.3- Carbonetação (Cementação) .......................................................................................... 61</p><p>8.3.1- Cinética da cementação......................................................................................................63</p><p>8.4- Cementação gasosa..............................................................................................................65</p><p>8.5- Cementação líquida...............................................................................................................66</p><p>8.6- Cementação sólida................................................................................................................67</p><p>8.7- Cementação a baixa pressão (a vácuo)................................................................................67</p><p>8.8- Carbonitretação ................................................................................................................. 70</p><p>8.9- Nitretação e Nitrocarbonetação ..................................................................................... 71</p><p>8.10- Nitretação/ Nitrocarbonetação gasosa.................................................................................76</p><p>8.11- Nitrocarbonetação líquida....................................................................................................76</p><p>8.12- Nitretação/ Nitrocarbonetação a plasma..............................................................................77</p><p>8.13- Boretação ....................................................................................................................... 79</p><p>9- EMPENAMENTOS E DISTORÇÕES DIMENSIONAIS ........................................................ 81</p><p>9.1- Origens das distorções relativas aos tratamentos térmicos ............................................... 82</p><p>10- PROBLEMAS QUE MAIS OCORREM NA MEDIÇÃO DAS DUREZ AS ............................ 87</p><p>ANEXO – TABELAS DE DUREZAS E SUA UTILIZAÇÃO ...................................................... 92</p><p>REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................................... 102</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>5</p><p>COORDENAÇÃO, AUTORIA E DOCÊNCIA.</p><p>Luiz Roberto Hirschheimer</p><p>Engenheiro metalurgista pela Escola de Engenharia Mauá/ SP, pós-graduado em física dos</p><p>metais na TU Clausthal/ Alemanha e em administração industrial, pelo Instituto Mauá de</p><p>Tecnologia.</p><p>Ex-gerente técnico e de desenvolvimento de novos processos das empresas Brasimet Comércio</p><p>e Indústria S.A. (atual Bodycote) e Techniques Surfaces do Brasil Ltda. Foi o primeiro diretor da</p><p>Divisão Técnica Tratamentos Térmicos e Engenharia de Superfícies da ABM.</p><p>Sócio proprietário da empresa Hirschheimer Serviços Ltda.</p><p>APRESENTAÇÃO.</p><p>Curso destinado a engenheiros, técnicos e estudantes de graduação das áreas de mecânica,</p><p>materiais, metalurgia e controle de qualidade, que atuem direta ou indiretamente com o tema</p><p>“tratamentos térmicos dos aços”.</p><p>O objetivo é transmitir conhecimento – e não somente informações que podem ser obtidas</p><p>pela Internet</p><p>se deve à necessidade desta categoria de materiais destinarem-se, quase sempre, à</p><p>confecção de ferramentas de corte. Os esforços que precisam ser suportados por estas operações de usinagem,</p><p>sempre realizadas a altas velocidades (o que gera altas temperaturas durante o trabalho), são o atrito abrasivo, a</p><p>tendência à flambagem (precisam manter uma rigidez apropriada) e a corrosão (causada pela ação de alguns</p><p>fluidos refrigerantes).</p><p>Devido à sua composição química, para realizar-se a austenitização dos aços rápidos utilizam-se temperaturas</p><p>que, normalmente, superam aquelas empregadas para os demais aços-ferramenta de alta liga. É preciso, porém,</p><p>tomar cuidados para que não se dissolvam mais carbonetos do que os recomendados na austenita (vide</p><p>Capítulo 7.3.3.3). Consequentemente, os tempos de permanência na temperatura de austenitização devem ser</p><p>sensivelmente reduzidos – vide figura 7.7.</p><p>Tratamentos térmicos dos aços-ferramenta</p><p>56</p><p>Figura 7.7: tempos e temperaturas recomendadas para a austenitização dos aços rápidos, em função</p><p>das durezas superficiais desejadas (fonte: Erasteel)</p><p>7.4.1- Revenido dos aços rápidos</p><p>O revenimento dos aços rápidos também é regido pela difusão dos carbonetos que foram dissolvidos na</p><p>austenita.</p><p>• Até cerca de 270ºC: a martensita branca se transforma em martensita cúbica, devido à difusão de</p><p>carbonetos Ɛ (Capitulo 7.3.5). Ocorre uma pequena queda da dureza (entre 2 e 6 pontos HRC). A</p><p>quantidade de austenita retida permanece inalterada.</p><p>• Entre 300°C e 400ºC: os carbonetos Ɛ transformam-se em cementita. A quantidade de austenita retida</p><p>permanece, praticamente, inalterada.</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>57</p><p>Entre 400°C e 560ºC: inicia-se a precipitação de carbonetos dos elementos de liga. O empobrecimento</p><p>da austenita (retida) nesta faixa de temperaturas permite que ela se transforme em martensita. Ocorre</p><p>um aumento acentuado da dureza (endurecimento por precipitação de carbonetos, também</p><p>denominado endurecimento secundário) – vide figura 7.8.</p><p>Figura 7.8: Diagrama de revenimento de um aço do tipo AISI M2, austenitizado a 1.210ºC</p><p>• Atenção: de uma maneira geral - mas dependendo da composição química e do processo de fabricação</p><p>do aço (portanto consulte o fabricante do aço) a melhor relação possível entre a rigidez e a tenacidade</p><p>de uma ferramenta de aço rápido é aquela obtida por um revenimento realizado a 560ºC. Logo, a</p><p>temperatura e o tempo de austenitização que devem ser utilizados, são aqueles que permitem a</p><p>dissolução da quantidade correta de carbono na austenita, para que a dureza desejada seja obtida com</p><p>três revenimentos realizados a 560ºC – vide figuras 7.9 e 7.10</p><p>Tratamentos térmicos dos aços-ferramenta</p><p>58</p><p>Figura 7.9: Temperaturas recomendadas para a austenitização de alguns aços rápidos (fonte: Erasteel)</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>59</p><p>Figura 7.10: Temperaturas de austenitização recomendadas para alguns tipos de aços rápidos, em</p><p>função da dureza final desejada, após revenimentos realizados a 560ºC (fonte: Erasteel)</p><p>Tratamentos termoquímicos</p><p>60</p><p>CAPÍTULO 8 – TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS</p><p>Luiz Roberto Hirschheimer</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>61</p><p>Tratamentos termoquímicos são processos que têm por objetivo difundir átomos de pequenas dimensões nas</p><p>superfícies das peças (vide figura 2.3), com o objetivo de aumentar sua rigidez e sua resistência ao desgaste.</p><p>Como a difusão destes átomos só é economicamente viável quando for realizada a altas temperaturas (entre</p><p>~380 e ~1.100ºC), os processos são denominados “termoquímicos”.</p><p>Atualmente, os processos mais comumente utilizados são a cementação (ou carbonetação), a</p><p>carbonitretação, a nitretação, a nitrocarbonetação e a boretação – vale a pena mencionar que processos</p><p>como a “vanadização” (introdução de vanádio) e de outros elementos metálicos, cujos processos de tratamento</p><p>são similares à boretação, não serão abordados neste curso. Tais processos são conhecidos pela sigla “TRD” –</p><p>Thermo Reactive Diffusion.</p><p>Dois são os conceitos fundamentais que regem estes tratamentos:</p><p>8.1- Potencial</p><p>É a capacidade que o meio ambiente, onde as peças a serem tratadas estão inseridas, tem, para suprir os átomos</p><p>(íons) necessários até a superfície das peças a serem tratadas.</p><p>O potencial de um meio doador de íons pode ser regulado por meio de sondas (para meios gasosos), análises</p><p>químicas (para meios líquidos), vazões dos gases + densidades das correntes elétricas (para plasmas), corpos de</p><p>prova inseridos no meio (método da folha Durferrit), etc.</p><p>Como exemplo didático (e bastante simplificado), numa atmosfera gasosa cementante o monóxido de carbono</p><p>(CO) pode decompor-se da seguinte maneira:</p><p>2CO→CO2 + C</p><p>ou seja, 2 moles de CO produzirão 1 mol de CO2 e 1 mol de carbono nascente, que será oferecido à superfície</p><p>das peças.</p><p>Nas condições normais de temperatura e pressão, um mol de CO2 ocupa o volume de 22,4 litros. Logo, a</p><p>presença de cada mol de CO2 indicará a presença de 12 g de carbono nascente na atmosfera. Se um analisador</p><p>de gás CO2 for utilizado para o controle da atmosfera do forno, a percentagem de CO2 medida indicará a</p><p>quantidade de carbono disponível para o processo de cementação.</p><p>O restante do cálculo se baseia em pura matemática e é isto que está inserido nos PLC’s dos equipamentos de</p><p>controle existentes. Dada a quantidade de CO2 contida na atmosfera, a aparelhagem já estará calibrada</p><p>diretamente em %C.</p><p>8.2- Capacidade do aço de absorver o elemento químico a ser difundido</p><p>Isto está relacionado à solubilidade e ao coeficiente de difusão do elemento químico no aço.</p><p>8.3- Carbonetação (Cementação)</p><p>É o processo termoquímico que visa introduzir íons de carbono através das superfícies das peças de aço, com a</p><p>finalidade de conferir-lhes as seguintes propriedades:</p><p>Tratamentos termoquímicos</p><p>62</p><p>- Alta resistência ao atrito abrasivo (dureza superficial).</p><p>- Alta resistência à fadiga mecânica.</p><p>- Núcleo tenaz.</p><p>Os aços mais utilizados para este tipo de tratamento são os aços de baixo carbono e aqueles especialmente</p><p>concebidos para o processo de cementação.</p><p>Peças cementadas suportam altas cargas superficiais (superiores a 50 Mpa, dependendo da profundidade da</p><p>camada) e choques mecânicos, desde que seu perfil de endurecimento (leia-se perfil de distribuição da</p><p>resistência mecânica, seja adequado. Isto sempre será possível alcançar, desde que o gradiente de carbono (e,</p><p>consequentemente, da dureza obtida após a têmpera e o revenido), medido num corte transversal à peça,</p><p>apresente o formato aproximado de uma curva de Gauss (vide figura 8.1).</p><p>Exemplos típicos de peças que necessitam destas propriedades são, engrenagens, eixos e pinhões utilizados na</p><p>construção das mais variadas máquinas.</p><p>Figura 8.1: gradientes de queda da dureza de peças cementadas, em função do teor de carbono, ou da</p><p>dureza encontrada ao pé da camada.</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>63</p><p>8.3.1- Cinética da cementação</p><p>A equação básica que rege a difusão do carbono na austenita é a seguinte:</p><p>Onde:</p><p>x = profundidade da camada cementada, em cm;</p><p>D = coeficiente de difusão do carbono na austenita, em cm²/s;</p><p>t = tempo de cementação, em s;</p><p>Cx,t = % de carbono ao final da camada cementada x, após um tempo de cementação t;</p><p>Co = % de carbono inicialmente contida no</p><p>aço;</p><p>Cs = % de carbono mantida na superfície do aço durante a cementação; e</p><p>β = coeficiente de velocidade de transporte de carbono da atmosfera para a superfície da peça, em cm/s.</p><p>Para poder-se utilizar esta equação, que inclui conceitos sobre o aço (o coeficiente de difusão, D, envolve a</p><p>composição química do aço) e sobre a atmosfera cementada (o coeficiente de velocidade, β, envolve</p><p>conhecimentos sobre as reações físico-químicas na interface aço/atmosfera) são necessárias algumas</p><p>definições.</p><p>8.3.2- Coeficiente de difusão do carbono na austenita</p><p>Da literatura pode-se definir que o coeficiente D, que melhor se adequou à prática da cementação, é dado pela</p><p>seguinte equação:</p><p>Onde:</p><p>T = temperatura de cementação, em °K; e</p><p>D = coeficiente de difusão do carbono, em ferro γ, em cm²/s.</p><p>8.3.3- Fator de correção, devido à presença de elementos de liga no aço</p><p>A presença de elementos de liga no aço modifica o diagrama Fe-C, aumentando ou diminuindo o campo de</p><p>existência da austenita. Logo, a quantidade de carbono possível de ser dissolvida na austenita a uma</p><p>determinada temperatura de cementação varia conforme a composição química do aço. Um estreitamento do</p><p>campo γ significa, portanto, que teores de carbono menores são suficientes para saturar a austenita e que</p><p>qualquer excesso levará à formação de carbonetos estáveis à temperatura de tratamento.</p><p>A influência dos elementos de liga pode ser definida pela seguinte Equação:</p><p>Onde:</p><p>Cc = % de carbono equivalente no sistema binário Fe-C; e</p><p>C = % de carbono no sistema complexo Fe-C-Mn-Si-etc.</p><p>Tratamentos termoquímicos</p><p>64</p><p>Quando a relação</p><p>��</p><p>�</p><p>for menor do que 1 pode-se afirmar que o aço é facilmente “cementável”, ou seja, serão</p><p>necessárias menores quantidades de carbono para preencher o campo de austenita.</p><p>A tabela abaixo cita da relação</p><p>��</p><p>�</p><p>para alguns dos aços mais utilizados na cementação.</p><p>Tipo de Aço</p><p>��</p><p>�</p><p>AISI 1010 1,035</p><p>AISI 3310 0,981</p><p>AISI 4320 0,979</p><p>AISI 5115 0,939</p><p>AISI 8620 0,975</p><p>AISI 9315 1,002</p><p>DIN 16MnCr5 0,931</p><p>DIN 17CrNiMo6 0,942</p><p>8.3.4- Coeficiente de velocidade do transporte de carbono da atmosfera para a superfície da peça</p><p>Este conceito pode ser definido didaticamente como sendo a maior ou menor facilidade da atmosfera</p><p>cementante ceder carbono à superfície das peças. Seu valor depende da composição química dos gases</p><p>contidos no forno de cementação, apresentando valores mais elevados para atmosferas menos densas como,</p><p>por exemplo, aquelas contendo maiores teores de hidrogênio resultante das reações químicas e termoquímicas</p><p>de decomposição dos gases.</p><p>Os valores β podem variar entre:</p><p>• β = 1,25.10-5 cm/s, para atmosferas constituídas por gases endométricos; e</p><p>• β = 2,50.10-5 cm/s, para atmosferas obtidas a partir de alcoóis craqueados.</p><p>8.3.5- Exemplo de aplicação prática</p><p>Cementação de aço AISI 8620, com camada de 1,0 mm, à temperatura de 1.182°K.</p><p>1ª etapa: cálculo do coeficiente D.</p><p>2ª etapa: cálculo do coeficiente D corrigido devido à presença de elementos de liga, no aço AISI 8620.</p><p>D = 1,60.10-7 x 0,975 = 1,56.10-7 cm2/s</p><p>3ª etapa: cálculo de cinética de cementação</p><p>• x = 0,1 cm</p><p>• D = 1,56.10-7 cm²/s;</p><p>• Cx,t = 0,3%C x 0,975 = 0,29%C;</p><p>• Cs = 0,8%C x 0,975 = 0,78%C;</p><p>• Co = 0,2%C x 0,975 = 0,20%C; e</p><p>• β = 1,25.10-5 cm/s (se for gás endotérmico) ou 2,50.10-5 cm/s (se for álcool).</p><p>Então:</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>65</p><p>• t Endo ≅ 19.321s ≅ 5,4h</p><p>• t Álcool ≅ 17.956s ≅ 5,0h</p><p>8.3.6- Observação importante</p><p>Note que o cálculo foi realizado com um potencial de carbono (Cs) constante de 0,8%. Na prática dos</p><p>tratamentos térmicos, tempo é dinheiro e, portanto, vale a pena pensar em reduzir o tempo de cementação. Se</p><p>por qualquer razão não quisermos aumentar a temperatura, pode-se pensar em aumentar o valor de Cs.</p><p>Para calcular a solubilidade do carbono na austenita, pode-se utilizar a seguinte Equação:</p><p>Onde:</p><p>• ac = atividade do carbono na austenita, no sistema binário Fe-C;</p><p>• Cc = concentração de carbono, no sistema binário Fe-C; e</p><p>• T – temperatura de cementação, em °K.</p><p>Como a atividade do carbono sempre se refere àquela da grafita, mas, no aço, o carbono se encontra na forma</p><p>de cementita, a prática demonstrou que se pode aplicar um redutor de 10%. Para determinar a solubilidade</p><p>máxima, deve-se portanto, adotar ac = 0,9. Neste caso, teremos:</p><p>O valor calculado para Cc será 1,1%C no sistema binário Fe-C. para o aço AISI 8620, o valor de Cs será 1,1 x</p><p>0,975 = 1,07%C. Com este valor, os tempos de cementação necessários para atingir a camada de 1,0 mm, a</p><p>1.183°K, serão reduzidos para:</p><p>• t Endo ≅ 14.070s ≅ 3,9h</p><p>• t Álcool ≅ 12.979s ≅ 3,6h</p><p>É importante lembrar que, se resfriarmos uma peça cementada contendo teor de carbono equivalente à</p><p>máxima concentração solúvel na austenita, diretamente da temperatura de cementação, certamente haverá</p><p>precipitação de cementita na microestrutura metalográfica, a não ser que a geometria e as propriedades</p><p>desejadas para a peça tratada permitam uma têmpera imediata. Na maioria das vezes, porém, as peças</p><p>cementadas devem ser temperadas a temperaturas inferiores a da cementação. Nestes casos, deve-se ajustar o</p><p>teor superficial de carbono (Cs) para o desejado na temperatura de têmpera escolhida, permitindo sua difusão</p><p>em direção ao núcleo da peça. O tempo necessário para que esta difusão ocorra, na temperatura escolhida para</p><p>a têmpera, varia de 15% a 25% do tempo gasto para a cementação.</p><p>8.4- Cementação gasosa</p><p>Como o próprio nome diz, o doador de carbono é um hidrocarboneto gasoso (como o propano e o gás</p><p>natural), ou líquido (como o metanol e o etanol), que normalmente é vaporizado à entrada do forno e</p><p>adicionado a um gás neutro, como o nitrogênio.</p><p>Tratamentos termoquímicos</p><p>66</p><p>O CO e os demais hidrocarbonetos resultantes da dissociação como, por exemplo, CH4, decompõe-se quase</p><p>completamente em carbono e hidrogênio. Se a quantidade (oferta) de carbono nascente for excessiva e não</p><p>puder ser absorvida pela superfície do aço, haverá a formação de fuligem. Como a fuligem forma uma barreira</p><p>à penetração do carbono para dentro do aço, algumas regiões superficiais poderão apresentar uma menor</p><p>profundidade de difusão de carbono, originando a formação de “pontos moles”.</p><p>Os fornos utilizados para a cementação gasosa podem ser contínuos ou estacionários, contém um tanque de</p><p>óleo embutido para a execução da têmpera e CLP’s para o controle de todo o processo (vide figuras 8.2 e 8.3).</p><p>O processo pode ser realizado a temperaturas de até 940ºC, por tempos que variam de 30 minutos até algumas</p><p>horas, dependendo da profundidade desejada para a difusão do carbono.</p><p>Figura 8.2: forno câmera de cementação Figura 8.3: esquema de um forno câmara de cementação</p><p>8.5- Cementação líquida</p><p>É realizada em banhos de sais fundidos contendo cianetos e cloretos alcalinos e alcalino-terrosos (vide figura</p><p>8.4).</p><p>A reação básica que rege a cementação nos banhos de sais é a seguinte:</p><p>2 NaCN + O2 → 2 NaCNO</p><p>2 NaCNO + 0,5 O2 → Na2O + 2 CO + 2 N</p><p>2 CO ↔ CO2 + C</p><p>CO2 + Na2O → Na2CO3</p><p>2NaCN + 1,5 O2 → C + N2 + Na2CO3 (lama no fundo do cadinho)</p><p>Pode-se perceber que, mesmo denominada “cementação líquida”, as reações, para que o processo se</p><p>desenvolva, podem ser compreendidas como se ocorressem na cementação gasosa.</p><p>Note-se que, a temperaturas mais elevadas (> 870ºC), os íons do nitrogênio nascente, produzido pela reação</p><p>química, combinam-se rapidamente, formando moléculas. Moléculas são estáveis e, portanto, não conseguem</p><p>difundir através da superfície do aço. Já a temperaturas mais baixas (entre 780°C e 850ºC) o tempo de vida dos</p><p>íons de nitrogênio permite que, ao menos em parte, eles possam</p><p>difundir. Neste caso, o processo passa a</p><p>denominar-se carbonitretação líquida (ou cianetação).</p><p>Os fabricantes dos sais para cementação já fornecem produtos acabados que garantem determinados potenciais</p><p>de carbono (de 0,80 a 1,2%C). O controle do potencial de carbono é realizado por meio de análises químicas</p><p>periódicas (normalmente, a cada 8 ou 12 horas), para que a oferta de carbono do banho permaneça</p><p>razoavelmente constante.</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>67</p><p>Vantagens da cementação líquida: baixo custo de investimento; não necessita de mão de obra muito</p><p>especializada; permite operar continuamente, colocando-se ou retirando-se peças a qualquer momento</p><p>(camadas altas e baixas).</p><p>Desvantagens da cementação líquida: os sais utilizados são nocivos à saúde; a operação exige o uso de EPI’s</p><p>dedicados, tanto por causa dos sais, quanto por causa das altas temperaturas no ambiente de trabalho; o</p><p>resfriamento (têmpera) das peças em óleo exige grandes esforços para a limpeza final (recomenda-se efetuar a</p><p>têmpera em água, salmoura ou em banhos de sais de resfriamento, entre 160°C e 180ºC); deve-se evitar o</p><p>resfriamento das peças ao ar, pois os sais aderentes poderão oxidar, ou mesmo descarbonetar parcialmente as</p><p>superfícies.</p><p>Figura 8.4: Forno de cementação em banho de sais fundidos</p><p>8.6- Cementação sólida</p><p>É realizada em caixas metálicas, contendo “produtos carbonetantes”, geralmente constituídos por carvão de</p><p>madeira, coque metalúrgico e ativadores (catalizadores) à base de carbonatos alcalinos e alcalino-terrosos.</p><p>Preenche-se o fundo da caixa com uma camada da mistura carbonetante, sobre ela dispõe-se as peças a serem</p><p>cementadas e cobre-se todo o restante da caixa com o produto. Fecha-se a caixa com uma tampa e veda-se</p><p>com argamassa refratária.</p><p>Vantagens da cementação sólida: pode ser realizada em qualquer tipo de forno; não requer atmosferas</p><p>protetoras; não requer mão de obra especializada; é econômica para pequenos lotes de peças e para peças de</p><p>grandes dimensões.</p><p>Desvantagens da cementação sólida: não é indicada para a obtenção de camadas finas; o controle do potencial</p><p>de carbono é bastante difícil; a têmpera direta pode ser bastante difícil devido à dificuldade de remoção das</p><p>peças da caixa.</p><p>8.7- Cementação à baixa pressão (em fornos a vácuo)</p><p>8.7.1- Justificativas para o interesse no processo: os trabalhos de retificação, de peças que foram</p><p>cementadas, temperadas e revenidas, representam custos consideráveis, porque as superfícies a serem usinadas</p><p>encontram-se muito duras (acima de 60 HRC).</p><p>Tratamentos termoquímicos</p><p>68</p><p>A retificação faz-se necessária para eliminarem-se defeitos superficiais, naturalmente oriundos dos processos de</p><p>cementação gasosa, líquida ou sólida, a saber:</p><p>- aumento da rugosidade superficial: causada pela introdução de átomos de carbono na superfície, formando</p><p>carbonetos (lembre-se que dois corpos não podem ocupar o mesmo lugar no espaço e, que é muito improvável</p><p>que o aumento dos volumes se dê por igual por toda a superfície).</p><p>- formação de uma camada sub superficial oxidada: causada pela presença de gases oxidantes na atmosfera</p><p>cementante. Esta ocorrência é denominada “corrosão superficial intergranular” e sua profundidade situa-se,</p><p>normalmente, entre 5 e 30 µm, dependendo da profundidade da camada cementada (vide figura 8.5).</p><p>(a) (b)</p><p>Figura 8.5: (a) Low pressure carburizing (LPC), without intergranular oxidation; (b) Atmospheric gas</p><p>carburizing, with intergranular oxidation.</p><p>A não remoção dos defeitos citados reduz, significativamente, a capacidade das peças suportarem cargas</p><p>superficiais elevadas (superiores a 50 Mpa), além de as deixarem frágeis, levando à formação de “pites” durante</p><p>o trabalho no campo.</p><p>Grandes fabricantes de engrenagens e de peças usinadas em tornos automáticos, com grande complexidade</p><p>geométrica, são os principais usuários desta tecnologia.</p><p>Apesar do alto custo do capital empregado na aquisição do equipamento a vácuo para a cementação, o cálculo</p><p>final unitário das peças acabadas é compensador, devido à redução significativa dos trabalhos mecânicos a</p><p>serem realizados após o tratamento termoquímico.</p><p>8.7.2- O processo A cementação a baixa pressão (em inglês, é denominada LPG – Low Pressure Carburizing) é</p><p>realizada em conjuntos de fornos a vácuo dotados de uma ou mais câmaras de cementação. A têmpera pode</p><p>ser realizada sob gás (normalmente nitrogênio a pressões da ordem de 16 a 20 bares), ou em um tanque de</p><p>óleo, embutido no próprio forno (vide figuras 8.6 e 8.7). O processo utiliza-se de hidrocarbonetos isentos do</p><p>elemento oxigênio, tais como acetileno (C2H2), propano (C3H8), etc., como fontes doadoras de carbono.</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>69</p><p>Figura 8.6: sistema de fornos para “LPG” Figura 8.7: interior de um forno a vácuo para “LPG”</p><p>A oferta de carbono é determinada pelo craqueamento do gás utilizado e não por reações químicas em</p><p>equilíbrio. Portanto, quanto mais alta for a temperatura utilizada pela cementação, e menor for o tamanho da</p><p>cadeia molecular do hidrocarboneto, maior será a efetividade do craqueamento.</p><p>Utilizam-se temperaturas entre 810°C e 1.080°C. Como a grande maioria dos aços não suporta temperaturas de</p><p>tratamento térmico acima de 940°C, sem ocasionar crescimento do tamanho de grão, para temperaturas mais</p><p>altas será preciso utilizar aços especialmente fabricados para atender a esta tecnologia.</p><p>A grande vantagem da cementação a baixa pressão reside no fato de poderem-se obter profundidades</p><p>cementadas profundas, isentas de corrosão superficial intergranular, realizando o tratamento a temperaturas</p><p>elevadas. Por exemplo, se a 910°C (1.183°K) os processos de cementação a gás e líquida produzem camadas ao</p><p>redor de 1,0 mm após cerca de 5 horas (vide cinética da cementação); quando o processo for realizado a</p><p>1.000°C (1.273°K), neste mesmo tempo atinge-se 2,7 mm de profundidade. Pode-se perceber que para o</p><p>mesmo tempo gasto numa cementação convencional, a cementação à baixa pressão pode permitir a obtenção</p><p>de camadas muito mais profundas..</p><p>Como o craqueamento dos hidrocarbonetos não pode ser considerado uma reação em equilíbrio, o controle do</p><p>processo é realizado por meio de modelamentos matemático que consideram o gás que será utilizado, a</p><p>totalidade (somatória) das áreas que serão cementadas, a temperatura escolhida, o aço utilizado na fabricação</p><p>das peças e o teor superficial de carbono desejado ao final do tratamento. O algoritmo resultante está contido</p><p>num CLP, que determinará tempos de craqueamento (denominados intervalos de cementação) e tempos de</p><p>difusão do carbono no aço (vide figuras 8.8 e 8.9).</p><p>Tratamentos termoquímicos</p><p>70</p><p>Figura 8.8: dados de entrada para a prática de “LPG”</p><p>Figura 8.9: gráficos resultantes de um processo de cementação “LPG”</p><p>8.8- Carbonitretação</p><p>A carbonitretação é um processo termoquímico, aplicado principalmente a peças de aço-carbono que,</p><p>associado à têmpera, visa endurecer suas superfícies por meio da difusão conjunta de carbono e nitrogênio.</p><p>A introdução de nitrogênio confere à periferia das peças tratadas algumas características que as diferem das</p><p>peças apenas cementadas:</p><p>- O campo de existência da austenita se alarga (vide Capítulo 5). Consequentemente, maiores quantidades de</p><p>carbono serão necessárias para que cada grão de austenita permita sua difusão para o próximo. Logo, o</p><p>crescimento das camadas carbonitretadas é mais lento do que o das camadas apenas cementadas.</p><p>- As temperaturas Mi e Mf serão deslocadas para valores mais baixos (vide Capítulo 4) e a possibilidade da</p><p>ocorrência de austenita retida, após a têmpera, aumenta</p><p>bastante.</p><p>- Maior resistência à perda de dureza pela ação do revenido.</p><p>Para evitar-se a ocorrência de austenita retida, é preciso controlar, rigorosamente, as adições de nitrogênio e de</p><p>carbono. Quando o processo é realizado em banhos de sais, devem-se utilizar sais especialmente balanceados</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>71</p><p>(consulte seu fornecedor). Quando a carbonitretação é realizada a gás, a adição de gás amônia (NH3) aos gases</p><p>utilizados na cementação precisa ser bem regulada.</p><p>O processo é realizado a temperaturas que podem variar entre 780°C e 870°C, por tempos variáveis entre</p><p>30 minutos e 6 horas, obtendo-se camadas com profundidades entre 0,05 e 0,60 mm.</p><p>Dependendo do teor de carbono e de nitrogênio contido na camada nitretada, após a têmpera poderá surgir</p><p>uma microestrutura constituída por bainita e martensita em proporções tais, que o revenimento poderá ser</p><p>dispensado. A dureza superficial, nestas condições, poderá alcançar valões superiores a 60 HRC.</p><p>A carbonitretação é recomendada para peças que necessitem de resistências à fadiga e ao impacto maiores do</p><p>que peças cementadas de pequenas dimensões poderiam oferecer como, por exemplo, componentes para</p><p>cintos de segurança, pinhões e engrenagens com pequenos dentes, etc.</p><p>8.9- Nitretação e Nitrocarbonetação</p><p>São processos onde se introduzem íons de nitrogênio (nitretação), ou, então, simultaneamente, íons de</p><p>nitrogênio e de carbono (nitrocarbonetação) através das superfícies das peças, visando obter as seguintes</p><p>propriedades:</p><p>- Baixo coeficiente de atrito adesivo (metal x metal);</p><p>- Baixo coeficiente de engripamento (poder auto lubrificante);</p><p>- Baixa aderência a plásticos e metais liquefeitos;</p><p>- Alta resistência à fadiga de contato (formação de pites);</p><p>- Alta resistência à fadiga mecânica (vibrações, flexões alternadas, etc.);</p><p>- Alta resistência à fadiga térmica;</p><p>- Alta resistência à corrosão. Peças nitrocarbonetadas resistem, em média, a 48 horas de teste de salt-spray,</p><p>desde que apresentem uma “camada branca formada por nitretos Ɛ – vide capítulo 8.9.1</p><p>Se, após a nitrocarbonetação ainda for realizado um processo complementar de oxidação da camada, este valor</p><p>pode chegar a 144 horas e o processo passará a denominar-se “oxinitrocarbonetação”. Se, entre o processo</p><p>de nitrocarbonetação e a oxidação, for realizado um polimento das superfícies, de modo a produzir</p><p>rugosidades < 0,2 µm, a resistência à corrosão chega a ultrapassar 400 horas de teste de salt spray.</p><p>Exemplos típicos de peças e ferramentais que se utilizam destas propriedades são anéis para pistões de motores</p><p>automotivos, virabrequins, eixos de comando de válvulas, válvulas para motores, moldes para injeção de</p><p>plásticos e de metais não ferrosos (ligas de alumínio e de cobre), matrizes de forjamento, etc.</p><p>Nitrogênio e carbono serão introduzidos através das superfícies das peças a baixas temperaturas, ou seja, na</p><p>fase ferrítica (vide figura 8.10). Isto significa que as velocidades de difusão serão menores do que aquelas</p><p>obtidas nos processos de cementação e carbonitretação e, a menos que se permaneça com as peças nos fornos</p><p>por períodos muito prolongados, as profundidades alcançadas pelas camadas serão significativamente menores.</p><p>Portanto, nos casos mais comuns, não se recomenda aplicar às peças tratadas, cargas superficiais superiores a</p><p>~20 MPa (>50 MPa para peças cementadas ou carbonitretadas).</p><p>Tratamentos termoquímicos</p><p>72</p><p>Figura 8.10: diagrama de equilíbrio Fe-N</p><p>No diagrama de equilíbrio Fe-N da figura 8.10 existem alguns tipos de nitretos que podem influenciar muito a</p><p>qualidade final das peças tratadas – α’ (Fe16N2), �’ (Fe4N) e Ɛ (Fe2,3N). Portanto, é de suma importância</p><p>conhecer suas propriedades, para que se tome a decisão correta sobre como conduzir o processo de nitretação.</p><p>8.9.1- Camada branca (zona de nitretos complexos)</p><p>Se o meio nitretante (fornecedor de nitrogênio nascente) oferecer muito mais íons de nitrogênio do que as</p><p>superfícies das peças podem difundir, isto é, se a velocidade de transporte do nitrogênio do meio nitretante for</p><p>maior do que a velocidade de sua difusão no sentido do núcleo da peça formar-se-á, na superfície, uma densa</p><p>camada de nitretos complexos, à qual se denomina camada branca (vide figura 8.11).</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>73</p><p>Figura 8.11: (Ampliação: 500:1; Ataque: Nital) Aços carbono nitretados a plasma.</p><p>A camada branca pode estar formada por nitretos do tipo Ɛ (FeMe2,3N) e/ou do tipo �’ (FeMe4N). Suas</p><p>características assemelham-se às dos materiais cerâmicos, o que impede, por exemplo, a adesão de superfícies</p><p>metálicas, por fricção. É daí que provem três propriedades muito interessantes das peças nitretadas e/ou</p><p>nitrocarbonetadas – Baixo coeficiente de atrito adesivo, baixo coeficiente de engripamento e baixa aderência a</p><p>plásticos e metais. Ainda pelo seu caráter cerâmico, a camada branca também é responsável pelo aumento da</p><p>resistência à corrosão das peças tratadas.</p><p>8.9.2- Zona de difusão</p><p>Abaixo da zona de formação de nitretos complexos (camada branca) o nitrogênio continuou se difundindo,</p><p>sempre em direção do núcleo da peça. Esta região denomina-se zona de difusão.</p><p>A zona de difusão é constituída por nitretos α’, �’ e até Ɛ que, se precipitaram na matriz, contribuindo para o</p><p>bloqueio dos movimentos das discordâncias do aço (Capítulo 2). Logo, sua resistência mecânica é elevada.</p><p>No capítulo 8.9.1 mencionamos que a camada branca tem características cerâmicas. Sabe-se que cerâmicas são</p><p>frágeis; então como a formação de uma camada branca pode ser benéfica para uma peça?</p><p>A resposta é simples. É preciso analisar o conjunto “camada branca + zona de difusão”. Desde que</p><p>convenientemente dimensionados, esforços que forem exercidos sobre a camada branca serão absorvidos pela</p><p>zona de difusão, cuja dureza resistência mecânica é alta. Para se entender isto melhor, podemos fazer uma</p><p>analogia entre a camada branca e uma placa de vidro. Se o vidro estivesse apoiado sobre um colchão (mole) e</p><p>exercêssemos alguma pressão sobre ele, certamente ele seria estilhaçado. Por outro lado, porém, se o vidro</p><p>estivesse apoiado sobre um substrato duro (no chão, por exemplo), qualquer esforço praticado sobre ele seria</p><p>uniformemente distribuído e, ele permaneceria intacto.</p><p>8.9.3- Questões importantes</p><p>Tratamentos termoquímicos</p><p>74</p><p>É importante mencionar que a presença de carbono na camada nitretada – processo de nitrocarbonetação – e</p><p>quanto maior for a densidade dos nitrocarbonetos formados (o tipo Ɛ, ou seja, FeMe2,3C contém</p><p>aproximadamente 10%N), maior será a tenacidade da camada branca.</p><p>Se o potencial de nitrogênio for mantido constantemente alto, durante todo o processo de nitretação, alguns</p><p>dos íons de nitrogênio, difundidos na superfície, poderão deixar de ser capturados imediatamente pelos átomos</p><p>de ferro, ou dos demais elementos de liga, unindo-se a outros e formando moléculas. As moléculas de</p><p>nitrogênio formadas exercem grandes pressões nos interstícios dos reticulados cristalinos, formando “bolhas”,</p><p>que originam porosidades na camada branca (vide figura 8.12).</p><p>Figura 8.12: (Ampliação: 500:1; Ataque: Nital) Aço SAE 4140 nitretado em banho de sais.</p><p>As porosidades contidas na periferia da camada branca, desde que não se apresentem contínuas, nem excedam</p><p>~25% de sua espessura total, poderão ser úteis para a retenção de lubrificantes (por exemplo, para virabrequins</p><p>e outros componentes de máquinas com difícil acesso a uma lubrificação eficiente). Valores muito maiores do</p><p>este fragilizarão a superfície a ponto de causar seu “desplacamento” no campo.</p><p>Tanto a dureza superficial, quanto a profundidade efetiva de nitretação alcançáveis</p><p>dependem, exclusivamente</p><p>da maior ou menor quantidade de elementos de liga formadores de nitretos, contidos no aço (vide tabela</p><p>abaixo).</p><p>Tipo de aço SAE / ASTM / DIN Camada efetiva (µm) Dureza Superficial HV 0,2</p><p>Baixo carbono 1010, 1020, 9SMn28K 250 a 500 � 350</p><p>Médio carbono 1038, 1045, 1060 250 a 500 � 500</p><p>Cementação 8620, 16MnCr5 180 a 350 � 550</p><p>Baixa liga 4140, 4340, 5140, 8640 180 a 350 � 600</p><p>Nitretação 1.8550 180 a 350 � 900</p><p>Trab. a quente H10, H11, H12, H13 120 a 250 � 900</p><p>Trab. a frio D2, D3, D6, 1.2990 120 a 250 � 900</p><p>Inoxidável 310, 316, 410, 420 20 a 70 � 1000</p><p>Como a zona de difusão é constituída por nitretos, originados pelos íons de nitrogênio que penetraram mais</p><p>profundamente, a ação de bloqueio das discordâncias contribui para o aumento da resistência à fadiga sub</p><p>superficial, da resistência à fadiga mecânica e da resistência à fadiga térmica.</p><p>Nos aços contendo maiores quantidades de elementos de ligas, como o são os aços-ferramenta e os aços</p><p>inoxidáveis, um potencial de nitrogênio excessivo poderá ocasionar a precipitação de nitretos Ɛ ou �’ nos</p><p>contornos dos grãos da zona de difusão (vide figura 8.13). Se tais precipitações não forem eliminadas por um</p><p>processo posterior de difusão, realizado em meio neutro, à mesma temperatura, pelo triplo do tempo utilizado</p><p>para a nitretação, as peças poderão apresentar-se frágeis.</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>75</p><p>Figura 8.13: (Ampliação: 500:1; ataque: Nital) Aço AISI H13 nitretado, apresentando nitretos</p><p>precipitados nos contornos dos grãos da zona de difusão</p><p>Os tratamentos podem ser realizados, em meios líquidos (banhos de sais), gasosos, ou plasma. As temperaturas</p><p>empregadas são baixas (entre ~380 e 620ºC).</p><p>Tratamentos termoquímicos</p><p>76</p><p>8.10- Nitretação/ nitrocarbonetação gasosa</p><p>As peças são expostas a uma atmosfera protetora (geralmente nitrogênio), à qual se adiciona amônia. O</p><p>nitrogênio nascente surge da seguinte reação química:</p><p>2 NH3 → 2 N + 3 H2</p><p>Para realizar-se a nitrocarbonetação, adicionam-se ainda gás nitrogênio (como lastro), CO2, gás endotérmico,</p><p>etc.</p><p>O processo é realizado a temperaturas que, normalmente, variam entre 500°C e 600ºC.</p><p>O controle dos potenciais de nitrogênio, ou nitrogênio + carbono, é realizado por sistemas de análise de</p><p>H2/CO2, ou por meio de sondas de nitrogênio que, associados à temperatura, à medição das vazões (em peso)</p><p>dos gases utilizados, à profundidade da camada desejada, ao aço utilizado e à composição da camada nitretada</p><p>desejada (com ou sem camada branca, com ou sem porosidades, etc.) fornecem os dados necessários a um</p><p>CLP, que controla todo o processo.</p><p>Os equipamentos utilizados podem variar desde fornos tipo poço (vide figura 8.14) até fornos câmera e mesmo</p><p>contínuos.</p><p>Figura 8.14: Forno poço para nitretação gasosa</p><p>Os tempos de tratamento podem variar de 20 até 120 horas para a obtenção de profundidades nitretadas</p><p>efetivas de 0,2 até 1,0 mm.</p><p>O permite a realização de tratamentos parciais, recobrindo-se as superfícies das peças, que não se desejam</p><p>nitretar, com pastas especiais, ou por meio de cobreamento.</p><p>8.11- Nitrocarbonetação líquida</p><p>É realizada em banhos de sais alcalinos e alcalino-terrosos, especialmente concebidos para esta finalidade. Aos</p><p>cadinhos que contém os sais adiciona-se ar (vide figura 8.5.5), de modo a obter o seguinte resultado:</p><p>2 NaCNO + 0,5 O2 (do ar) → Na2O + 2 CO + 2 N</p><p>2 CO ↔ CO2 + C</p><p>CO2 + Na2O → Na2CO3</p><p>2NaCN + 1,5 O2 → C + 2N + Na2CO3 (lama no fundo do cadinho)</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>77</p><p>Pode-se observar que o processo sempre será o de nitrocarbonetação, pois a decomposição do cianato sempre</p><p>gerará carbono nascente.</p><p>Um ponto forte desta tecnologia é o tempo curto necessário para o tratamento. Assim, por exemplo, para</p><p>obter-se uma camada efetiva de ~0,35 mm num aço-carbono, bastarão 60 minutos a 570ºC. A espessura da</p><p>camada branca correspondente será de 10 a 15 µm.</p><p>Uma de suas desvantagens é não permitir o tratamento parcial de partes da superfície das peças, pois o sal</p><p>dissolve, tanto as pastas protetivas, quanto as regiões cobreadas.</p><p>Devido ao alto potencial de nitrocarbonetação, os banhos de sais sempre produzirão camadas brancas do tipo</p><p>Ɛ.</p><p>A oxinitrocarbonetação realizada em banhos de sais é o que apresenta os melhores resultados para a obtenção</p><p>de resistências à corrosão superiores a 144 horas de salt spray (vide figuras 8.15 e 8.16).</p><p>Figura 8.15: Forno de nitretação em banho de sais Figura 8.16: Peças oxinitrocarbonetadas</p><p>8.12- Nitretação a plasma (iônica)</p><p>Processo que permite grande flexibilidade para a regulagem dos potenciais (vide capítulo) de C e/ou C+N.</p><p>Baseia-se na introdução das peças num forno a vácuo, normalmente vertical (vide figura 8.19), onde se produz</p><p>um campo magnético. Desta forma, o gás nitrogênio se dissociará em dois íons (com carga positiva) de N e</p><p>dois electrons (carga negativa).</p><p>As peças serão posicionadas sobre uma base que constitui o catodo (polo negativo) do campo magnético. A</p><p>campânula, que recobrirá a carga, constituirá o anodo (polo positivo) – vide à esquerda da figura 8.17.</p><p>Tratamentos termoquímicos</p><p>78</p><p>Figura 8.17: Esquema do forno de nitretação a plasma.</p><p>Depois de colocada a campânula sobre a carga, posiciona-se o forno sobre ela. Termopares controlam os</p><p>elementos de aquecimento (TW1 a TW5), a temperatura da carga (TL) e o controle geral (TC) – vide à direita</p><p>da figura 8.17.</p><p>Antes de iniciar-se a nitretação, propriamente dita, executa-se uma limpeza prévia da carga a ser tratada, por</p><p>meio da introdução hidrogênio, ou de argônio no campo magnético - esta etapa do processo, denominada</p><p>“sputtering”, visa eliminar óxidos e outras aderências que se encontrarem nas superfícies das peças.</p><p>A nitretação, propriamente dita, é feita por meio de gás nitrogênio que, ao penetrar no campo magnético perde</p><p>dois elétrons, que serão atraídos para a campânula do equipamento (-). Automaticamente, os íons de nitrogênio</p><p>fluirão para a carga (+) – (vide figura 8.18).</p><p>Figura 8.18: esquema geral da nitretação a plasma</p><p>Como a dissociação dos átomos de nitrogênio não pode ser considerada uma reação em equilíbrio, o controle</p><p>do processo é realizado por meio de modelamentos matemáticos que consideram a voltagem a ser aplicada ao</p><p>sistema, a totalidade (somatória) das áreas que serão nitretadas, a densidade da corrente elétrica que será</p><p>empregada, o gás que será utilizado, a temperatura do tratamento, o aço utilizado na fabricação das peças e a</p><p>qualidade da camada desejada ao final do tratamento (com ou sem camada branca, etc.). O algoritmo resultante</p><p>está contido num CLP, que determinará tempos de dissociação (denominados tempos de nitretação) e tempos</p><p>de difusão do nitrogênio no aço.</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>79</p><p>Figura 8.19: Forno sino para nitretação a plasma</p><p>8.13- Boretação</p><p>É um processo termoquímico, onde se difunde boro pela superfície das peças, com o objetivo de aumentar sua</p><p>resistência ao desgaste abrasivo. A dureza superficial alcançada encontra-se na faixa entre 1.800 e 2.000 HV 0,2.</p><p>Diferentemente dos processos termoquímicos vistos até aqui, a boretação não apresentará um gradiente de</p><p>concentração decrescente de boro abaixo da camada boretada superficial (vide figura 8.20).</p><p>Figura 8.20: Representação esquemática dos gradientes de dureza: (a) aço 16MnCr5 cementado,</p><p>temperado e revenido; (b) aço SAE 1015 nitretado em banho de sal a 570°C (90 min) e resfriado em</p><p>água; (c) aço SAE 1045 boretado em caixa a 900°C (3 h).</p><p>O processo mais utilizado</p><p>para a boretação é em meio sólido. Para tanto, utiliza-se uma caixa metálica no</p><p>fundo da qual se espalha o produto e se apoiam as peças. A seguir, preenche-se o restante do volume da caixa.</p><p>Tratamentos termoquímicos</p><p>80</p><p>Não é preciso tampar a caixa; ao contrário, quanto menos impedido for o acesso de ar ao conjunto, melhor</p><p>será o resultado do tratamento.</p><p>Os pellets do produto para boretação (de tamanho similar aos pellets utilizados como formicidas) compõem-se</p><p>de carbeto de boro, de um produto neutro (que serve para diluir e evitar a cocção do carbeto) e de um ativador.</p><p>As temperaturas de tratamento situam-se entre 850 e 1.000ºC e, os tempos, de 10 minutos a algumas horas. A</p><p>900ºC, por exemplo, a profundidade alcançada por um aço SAE 1015, após 3 horas, será de ~100 µm.</p><p>A microestrutura metalográfica das camadas boretadas caracteriza-se pela aparição de “dentes” ricos em boro,</p><p>que penetram na matriz do aço (vide figura 8.21). Esta característica é responsável por uma forte “ancoragem”</p><p>da camada ao substrato, impedindo seu desplacamento no campo. Estes “dentes” sempre serão mais</p><p>acentuados quanto menor for o teor de elementos de liga no aço. Em casos extremos como, por exemplo, num</p><p>aço inoxidável, contendo 18% Cr e 8% Ni, os “dentes” boretados serão bem menos acentuados.</p><p>Ela é constituída pelos boretos FeB (um pouco mais duros, porém frágeis) e Fe2B (com dureza levemente</p><p>abaixo da apresentada pela fase FeB, porém com maior tenacidade).</p><p>Figura 8.21:. aspecto metalográfico da superfície de uma peça boretada</p><p>Aplicações típicas do processo de boretação podem ser encontradas nas indústrias cerâmicas, de materiais de</p><p>construção, de mineração, de máquinas têxteis, etc. Na indústria automobilística a boretação é utilizada em</p><p>peças submetidas à abrasão, a altas velocidades como, por exemplo, engrenagens da bomba de óleo.</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>81</p><p>CAPÍTULO 9 – EMPENAMENTOS E</p><p>DISTORÇÕES DIMENSIONAIS</p><p>Luiz Roberto Hirschheimer</p><p>Empenamentos e distorções dimensionais</p><p>82</p><p>Empenamentos e distorções dimensionais são características que podem comprometer a qualidade final de um</p><p>processo de tratamento térmico, mesmo que outros resultados, tais como dureza e microestrutura</p><p>metalográfica se apresentem conforme solicitadas.</p><p>Os empenamentos e distorções dimensionais são comuns no setor ferramenteiro, geralmente resultantes de</p><p>tratamentos térmicos em componentes de moldes e ferramentas.</p><p>A norma DIN 17014 define o termo “distorção” da seguinte maneira:</p><p>Distorção = alteração dimensional + alteração de forma</p><p>Estas duas alterações podem ocorrer separadamente. Todavia, a execução de um tratamento térmico ou</p><p>termoquímico quase sempre provoca a superposição de ambas.</p><p>As distorções podem ser classificadas em:</p><p>• Inevitáveis - são aquelas decorrentes das alterações que ocorrem durante as etapas de difusão</p><p>(processos termoquímicos), austenitização e têmpera dos aços.</p><p>Também são inevitáveis as distorções provenientes de tensões térmicas, causadas pelos gradientes de</p><p>temperaturas que se formam durante o aquecimento (expansão) e o resfriamento (contração) de peças e</p><p>ferramentas com geometrias complexas.</p><p>• Evitáveis - são aquelas resultantes de um projeto bem elaborado, da seleção de um aço apropriado e de</p><p>um tratamento térmico bem conduzido.</p><p>Se estes dois fatores forem considerados, desde a elaboração do projeto, muitas “dores de cabeça” poderão ser</p><p>evitadas.</p><p>9.1- Origens das distorções relativas aos tratamentos térmicos</p><p>A figura 9.1 apresenta, esquematicamente, as origens das distorções dimensionais constatadas em peças e</p><p>ferramentas. Percebe-se que o problema não pode ser debitado exclusivamente à qualidade do aço, à geometria</p><p>das peças ou à execução dos tratamentos térmicos. A questão é sistêmica e cada passo merece ser estudado</p><p>criteriosamente.</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>83</p><p>Figura 9.1: origens das distorções dimensionais</p><p>9.2- Alterações volumétricas inevitáveis nos aços-ferramentas</p><p>De maneira geral, os aços-ferramentas temperados e revenidos apresentam distorções dimensionais com</p><p>valores próximos aos descritos na tabela abaixo:</p><p>Empenamentos e distorções dimensionais</p><p>84</p><p>9.3- Empenamentos evitáveis pelos processos de usinagem</p><p>A análise de um diagrama genérico “tensão x deformação” de qualquer tipo de aço mostra a existência de um</p><p>ponto na curva denominado limite de escoamento do material (vide figura 9.2). Antes de submeter-se uma peça</p><p>ou uma ferramenta ao tratamento térmico final, é importante que esta se apresente distensionada (sem tensões</p><p>internas). Os processos de conformação mecânica (usinagem, forjamento e outros) introduzem tensões nas</p><p>peças. Se estes esforços ultrapassarem o limite de escoamento do aço, quando as peças, ou ferramentas forem</p><p>submetidas ao tratamento térmico, naturalmente ocorrerá um alívio de tensões entre 450°C e 600ºC.</p><p>Consequentemente, aparecerá uma deformação plástica permanente. Logo, prosseguindo-se com o</p><p>aquecimento até a temperatura de austenitização, já se estará processando uma peça/ ferramenta “pré-</p><p>deformada”. Somando-se este fato com as distorções inevitáveis de um tratamento térmico (vide figura 9.1), o</p><p>resultado poderá ser catastrófico. Por estas razões, recomenda-se que, sempre após uma usinagem de desbaste</p><p>seja efetuado um recozimento de alívio de tensões. A partir de então, pode-se efetuar a usinagem de</p><p>acabamento, com todas as precauções necessárias para não ultrapassar o limite de escoamento do aço.</p><p>Figura 9.2: Diagrama esquemático tensão x deformação</p><p>9.4- Empenamentos evitáveis pelos processos de retífica e polimento</p><p>De modo análogo ao que foi descrito no capítulo 9.3, um pequeno grau de encruamento (genericamente, entre</p><p>5% e 10%), determinado por operações de retífica ou de polimento executadas antes do tratamento térmico,</p><p>poderá produzir ondulações na superfície das ferramentas tratadas, facilmente visíveis sob a incidência de luz</p><p>dirigida. Este problema está relacionado ao fenômeno denominado “recristalização secundária”, que se</p><p>caracteriza pelo crescimento anormal dos grãos que se encontram junto à superfície da peça ou da ferramenta,</p><p>aumentando sua temperabilidade e, consequentemente, provocando um crescimento localizado destas áreas. A</p><p>figura 9.3 apresenta o diagrama do comportamento do tamanho de grão em função do grau de deformação e</p><p>da temperatura.</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>85</p><p>Figura 9.3: Diagrama de recristalização secundária</p><p>9.5- Empenamentos evitáveis pela montagem da carga no forno</p><p>A disposição da carga de peças e/ou ferramentas dentro de um forno de tratamento térmico é um dos</p><p>principais fatores para o sucesso do processo. Como o limite de escoamento do aço diminui sensivelmente</p><p>com o aumento da temperatura, quando se aquece uma peça ou uma ferramenta até a temperatura de</p><p>austenitização, a simples ação de seu próprio peso poderá causar deformações permanentes (fenômeno</p><p>metalúrgico denominado fluência). Logo, o posicionamento da carga a ser tratada deve ser criteriosamente</p><p>estudado, ou seja, as peças devem estar bem apoiadas sobre dispositivos firmes e que não deformem. Na</p><p>formação de uma carga de tratamento térmico, tanto a uniformidade do aquecimento quanto a da têmpera, têm</p><p>importância fundamental, principalmente quando se quiser evitar o empenamento de peças com geometrias</p><p>complexas ou muito delgadas (vide figura 9.4).</p><p>Figura 9.4: peças com geometrias sujeitas a deformações pelos</p><p>tratamentos térmicos</p><p>9.6- Distorções dimensionais de peças nitretadas/nitrocarbonetadas</p><p>A introdução de átomos de nitrogênio e de carbono na superfície de uma peça determina aumentos</p><p>volumétricos e, portanto, distorções dimensionais. Há, porém, duas situações que podem ser contrapostas a</p><p>este efeito:</p><p>Empenamentos e distorções dimensionais</p><p>86</p><p>• Como os processos de nitretação e de nitrocarbonetação são, normalmente realizados a temperaturas</p><p>entre 400°C e 600°C, poderão ocorrer outras deformações, causadas pelo efeito do alívio de tensões</p><p>(vide Capítulo 9.3); e</p><p>• Se as peças a serem nitretadas precisarem ser previamente temperadas e revenidas, poderão ocorrer</p><p>reduções de volumes, decorrentes da continuação do “efeito de revenimento”, durante a nitretação.</p><p>Geralmente é possível afirmar que, para aços de construção mecânica, o diâmetro de uma peça cresce,</p><p>aproximadamente, na proporção de 1/2 a 2/3 da espessura da “camada branca”, desde que se respeitem</p><p>algumas regras:</p><p>1. A microestrutura metalográfica do aço a ser nitretado ou nitrocarbonetado, deve permanecer estável</p><p>durante o processo. Para peças previamente temperadas e revenidas, isto significa que a temperatura de</p><p>revenimento deve ser de 30°C a 50°C acima daquela que será utilizada pelo processo de nitretação ou</p><p>de nitrocarbonetação e;</p><p>2. Peças que não necessitem de um beneficiamento prévio à nitretação deverão ser submetidas a um</p><p>processo de alívio de tensões (vide Capítulo 9.3), respeitando-se os mesmos parâmetros de</p><p>temperaturas mencionados na 1ª regra.</p><p>As duas regras não significam que seja impossível realizar-se uma nitretação ou nitrocarbonetação com</p><p>distorções dimensionais muito próximas a zero. Para grandes lotes de peças produzidas em série, onde as</p><p>matérias primas, os métodos e os processos de usinagem e, quando necessário, os ciclos de têmpera e revenido</p><p>estiverem bem definidos, é possível nitretar ou nitrocarbonetar peças que poderão ser utilizadas de imediato.</p><p>Todavia, é necessária a realização de testes preliminares para a adequação de cada um dos parâmetros citados</p><p>na figura 9.1.</p><p>9.7- Conclusões</p><p>Empenamentos e distorções dimensionais, constatados após a realização de um tratamento térmico, podem ser</p><p>reduzidos a um mínimo aceitável, desde que todas as informações técnicas sejam de conhecimento da equipe</p><p>responsável pelo projeto, pelos métodos e processos de fabricação e também pelo tratador térmico.</p><p>Não basta anotar no desenho a frase: “Executar o tratamento térmico isento de deformações”. É preciso ter</p><p>uma visão sistêmica de todos os fenômenos que podem ocorrer e preparar procedimentos confiáveis.</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>87</p><p>CAPÍTULO 10 – PROBLEMAS QUE MAIS OCORREM NA MEDIÇÃO</p><p>DAS DUREZAS</p><p>Tradução do artigo “Common problems in Rockwell hardness testing”, de autoria de Douglas B. McGhee,</p><p>presidente da empresa “Newage Testing Instruments Inc”, publicado na revista Heat Treating</p><p>Progress, de Maio/Junho de 2004).</p><p>Problemas que mais ocorrem na medição das durezas</p><p>88</p><p>10.1- Três problemas básicos</p><p>A grande maioria dos problemas que ocorrem nas medições de durezas nas escalas Rockwell pode ser separada</p><p>em três categorias (precisão, repetitividade e correlação) e devem-se a cinco causas principais (durômetro,</p><p>operador, maio ambiente, preparação da amostra e calibração). Antes de discutir estas causas, é muito</p><p>importante definir os problemas:</p><p>- Precisão: é a capacidade que um durômetro tem, de garantir que as peças testadas apresentem valores</p><p>confiáveis e rastreáveis a padrões devidamente certificados;</p><p>- Repetitividade: é a capacidade que um durômetro tem, de repetir, várias vezes, os resultados encontrados</p><p>em padrões de dureza devidamente certificados;</p><p>- Correlação: é a capacidade de um durômetro indicar resultados similares ao de outro devidamente</p><p>calibrado.</p><p>Se as definições dos problemas forem bem compreendidas, será mais fácil correlacioná-los às causas dos</p><p>problemas. Na verdade, só existem cinco causas principais, mas cada uma delas envolve todas, ou quase todas</p><p>as outras. Discuti-las é o objetivo deste capítulo.</p><p>10.2- Problemas relacionadas aos durômetros</p><p>Uma das frases que mais se ouve é “meu durômetro está indicando durezas altas demais”. Uma afirmação</p><p>destas sempre acaba levantando suspeitas sobre a qualidade, ou sobre o estado do penetrador.</p><p>Quando se testam peças temperadas, os penetradores utilizados têm pontas de diamante. Diamantes são</p><p>usados porque têm dureza muito alta e não se deformam. Por outro lado, estas características também</p><p>constituem o “ponto fraco” dos diamantes, pois os torna quebradiços. Quaisquer choques ou impactos podem</p><p>danificá-los, mudando o formato de sua ponta cônica (com ângulo de 120° e raio de concordância de 0,2 mm)</p><p>para cônica sem raio de concordância, ou mesmo para um tronco de cone. Este novo formato do diamante</p><p>aumentará a área de contato do penetrador com a peça a ser testada, reduzindo a profundidade da penetração;</p><p>consequentemente a dureza indicada será mais alta do que a real. A figura 10.1 mostra exemplos de uma ponta</p><p>“sadia” e de outra quebrada.</p><p>(a) (b)</p><p>Figura 10.1: (a) Ponta de diamante quebrada. Note que o raio de concordância foi interrompido,</p><p>criando uma angulação que dificulta a penetração do diamante; (b) Ponta de diamante sabia. Note</p><p>que a delicadeza do raio de concordância e a suavidade dos contornos do diamante.</p><p>As mesmas considerações feitas para os penetradores com pontas diamantadas também são válidas para</p><p>aquelas que utilizam esferas. A norma ASTM E18, que aborda os testes de durezas nas escalas Rockwell, por</p><p>enquanto, ainda permite o uso de pontas esféricas de aço rápido. Porém, quando se mede a dureza de uma</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>89</p><p>peça temperada com mais do que 58 HRC, certamente a ponta esférica do penetrador de aço será achatada,</p><p>resultando no mesmo problema descrito para as pontas de diamante quebradas.</p><p>A nova versão da norma ASTM E18 recomenda o uso de esferas de carbeto de tungstênio, para evitar a</p><p>problemática do achatamento das esferas de aço rápido. Esta nova edição da norma tornará mandatório o uso</p><p>das esferas de carbeto, mas permitirá o uso das esferas de aço, desde que as partes interessadas concordem.</p><p>Logo, devemos nos preparar para a mudança que virá em breve. Os mesmos “porta esferas” atuais poderão ser</p><p>utilizados no futuro, bastando trocar as esferas. Deve-se, porém, ter o cuidado de fazer uma revisão nos</p><p>durômetros antes de começar a usá-los, utilizando blocos-padrões calibrados com esferas de carbeto.</p><p>10.3- Deflexões</p><p>Se as peças apresentarem poeiras, graxas, rebarbas etc. em suas superfícies, elas poderão defletir-se durante os</p><p>testes de dureza, determinando erros de medição, O mesmo poderá ocorrer se os dispositivos utilizados como</p><p>suportes para as peças apresentarem estes problemas (vide Capítulo 10.4).</p><p>As peças devem estar sempre firmemente apoiadas antes de se aplicar a carga. Raramente isto ocorre</p><p>quando se usam as mãos para “equilibrar” as peças (vide figura 10.2).</p><p>Figura 10.2: A utilização de dispositivos apropriados para apoio das peças é importantíssima</p><p>Para se ter uma ideia do que uma pequena deflexão pode representar num teste de dureza, lembre-se que cada</p><p>ponto Rockwell-Normal (escalas A, B e C) representa uma penetração de 0,02 mm.</p><p>10.4- Dispositivos</p><p>Nem sempre se dá aos dispositivos de suporte das peças a merecida atenção, o que é um erro. Se suas</p><p>superfícies estiverem rugosas, desgastadas, esburacadas, oxidadas etc. elas deverão ser retificadas. Estes</p><p>mesmos cuidados devem ser dados ao seu assento sobre o fuso do durômetro. Recomenda-se</p><p>que fuso e</p><p>dispositivos de suporte sejam sempre retificados em conjunto.</p><p>Problemas que mais ocorrem na medição das durezas</p><p>90</p><p>10.5- Problemas relacionados aos operadores dos durômetros</p><p>Evidentemente, erros de operação podem ser a causa de muitos problemas. Por este motivo, é indispensável</p><p>treinar adequadamente um operador, para torná-lo competente e confiável. Ele deverá compreender a teoria</p><p>dos métodos utilizados para os testes de dureza, ser treinado na operação dos durômetros, saber preparar</p><p>corpos de provas e saber como fixá-los sobre os durômetros. À medida que o operador for adquirindo</p><p>experiência, ele desenvolverá a sensibilidade necessária à execução dos testes, prevenindo erros. Na maior parte</p><p>das vezes, um bom treinamento elimina a necessidade de retestar peças, além de proteger o alto investimento</p><p>feito no durômetro.</p><p>10.6- Problemas relacionados ao meio ambiente</p><p>Sujeira e vibrações são, sem dúvidas, as fontes mais frequentes dos erros de medição de durezas. Sujeira</p><p>acumulada no fuso, nos rolamentos ou sob os dispositivos de apoio das peças podem chegar ao extremo de</p><p>inutilizar totalmente um durômetro. As deflexões, causadas por sujeiras, já foram comentadas no Capítulo 10.3.</p><p>Bons hábitos de limpeza e de organização do local de trabalho, combinados com “bom senso”, ajudam a</p><p>resolver estes problemas. Assim, por exemplo, lixar amostras nas imediações de um durômetro deveria ser</p><p>proibido. Se o ambiente em que se encontra o durômetro não puder ser melhorado, deve-se adotar o costume</p><p>de cobrir o aparelho quando este não estiver em uso.</p><p>Vibrações também podem influir nos resultados dos testes de durezas (normalmente os valores indicados serão</p><p>mais baixos do que os reais). Vibrações no sentido vertical do aparelho podem causar o balanço dos pesos,</p><p>resultando em impactos que aumentam a força aplicada às peças. Além disto, vibrações podem determinar a</p><p>movimentação das peças durante a execução dos testes, com consequentes erros de leituras. Lembre-se,</p><p>sempre, de que na medição de durezas falamos de alguns poucos centésimos de milímetro.</p><p>10.7- Causas relacionadas à preparação das amostras</p><p>Superfícies mal preparadas determinam resultados duvidosos. Se houver interesse em saber apenas</p><p>aproximadamente um valor de dureza, uma preparação “mais ou menos” servirá, mas se o interesse for</p><p>determinar com precisão a dureza de uma peça, sua superfície deverá ser polida. Lembre-se que o método de</p><p>determinação da dureza Rockwell inicia-se logo abaixo da superfície, o que significa que uma superfície rugosa</p><p>poderá, e irá, causar resultados inconsistentes.</p><p>Peças revestidas, ou tratadas por processos termoquímicos, podem apresentar resultados de durezas que não</p><p>representem uma realidade. Para estes casos, é necessário selecionar uma combinação “carga/penetrador” que</p><p>assegure que a dureza medida representará aquela do revestimento, ou do tratamento termoquímico realizado.</p><p>Lembre-se da regra das “10 vezes” – A espessura de uma peça ou de uma camada deve ser, no mínimo,</p><p>10 vezes maior do que a profundidade atingida pelo penetrador. Por outro lado, se houver interesse em</p><p>determinar somente a dureza do substrato, e não do revestimento ou da camada, esta deverá ser</p><p>adequadamente removida.</p><p>A presença de óxidos e de descarbonetações nas peças a serem testadas também causam desvios de resultados.</p><p>Nestes casos, é necessário remover estas ocorrências antes de efetuar o teste de dureza. Óleos e graxas também</p><p>devem ser removidos das superfícies antes de qualquer medição (lembre-se das deflexões, comentadas no</p><p>capítulo 10.3).</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>91</p><p>10.8- Problemas relacionados à calibração</p><p>Há um velho ditado que diz: “O sabor da sopa depende do que se puser dentro dela para cozinhar”. O mesmo</p><p>vale para a manutenção e para a calibração de instrumentos de medição. Se a empresa que cuida de seus</p><p>instrumentos não faz nada além de “passar alguns padrões”, ou seja, aquilo que você mesmo poderia fazer, é</p><p>mais do que a hora de procurar por outra.</p><p>A coisa mais importante que uma empresa de calibrações deve fazer é a manutenção preventiva do durômetro.</p><p>O mínimo que deve ser feito é a inspeção e limpeza do fuso e dos rolamentos. Uma máquina suja pode fazer</p><p>leituras corretas na hora da calibração, mas estes valores apresentarão discrepâncias à medida que a sujeira for</p><p>sendo comprimida e adensada.</p><p>Por último, verifique se a empresa que o está atendendo é certificada pelas normas ISO. Na maioria dos casos,</p><p>isto constitui uma garantia sobre a competência do prestador de serviços.</p><p>Anexo</p><p>92</p><p>ANEXO – TABELAS DE DUREZAS</p><p>E SUA UTILIZAÇÃO</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>93</p><p>O que se apresenta a seguir não tem o intuito de ensinar as diversas técnicas empregadas nos diversos ensaios</p><p>de durezas pois, para tanto, existem livros e manuais de operação que os fabricantes de durômetros enviam</p><p>juntamente com as respectivas máquinas.</p><p>Este anexo visa fornecer, de forma resumida, algumas das tabelas mais utilizadas no dia-a-dia.</p><p>1- DUREZA BRINELL</p><p>Diâmetro da esfera,</p><p>em mm</p><p>Carga aplicada, em kgf</p><p>10,0 3.000 1.000 500 250 125</p><p>5,0 750 250 125 62,5 31,25</p><p>2,5 187,5 62,5 31,25 15,625 7,812</p><p>1,0 30 10 5 - -</p><p>Faixa de durezas</p><p>abrangidas</p><p>95,5</p><p>a</p><p>450</p><p>31,8</p><p>a</p><p>200</p><p>15,9</p><p>a</p><p>100</p><p>7,9</p><p>a</p><p>50</p><p>4</p><p>a</p><p>25</p><p>Utilização</p><p>Preferencial</p><p>F</p><p>er</p><p>ro</p><p>, a</p><p>ço</p><p>, f</p><p>er</p><p>ro</p><p>f</p><p>un</p><p>di</p><p>do</p><p>, a</p><p>ço</p><p>f</p><p>un</p><p>di</p><p>do</p><p>,</p><p>lig</p><p>as</p><p>d</p><p>e</p><p>tit</p><p>ân</p><p>io</p><p>, l</p><p>ig</p><p>as</p><p>d</p><p>e</p><p>ní</p><p>qu</p><p>el</p><p>e</p><p>c</p><p>ob</p><p>al</p><p>to</p><p>ut</p><p>ili</p><p>za</p><p>da</p><p>s</p><p>em</p><p>a</p><p>lta</p><p>s</p><p>te</p><p>m</p><p>pe</p><p>ra</p><p>tu</p><p>ra</p><p>s.</p><p>L</p><p>ig</p><p>as</p><p>d</p><p>e</p><p>al</p><p>um</p><p>ín</p><p>io</p><p>, d</p><p>e</p><p>co</p><p>br</p><p>e,</p><p>d</p><p>e</p><p>m</p><p>ag</p><p>né</p><p>si</p><p>o,</p><p>d</p><p>e</p><p>zi</p><p>nc</p><p>o,</p><p>la</p><p>tõ</p><p>es</p><p>, b</p><p>ro</p><p>nz</p><p>es</p><p>,</p><p>co</p><p>br</p><p>es</p><p>e</p><p>n</p><p>íq</p><p>ue</p><p>l p</p><p>ur</p><p>os</p><p>.</p><p>A</p><p>lu</p><p>m</p><p>ín</p><p>io</p><p>, m</p><p>ag</p><p>né</p><p>si</p><p>o,</p><p>c</p><p>ob</p><p>re</p><p>e</p><p>z</p><p>in</p><p>co</p><p>pu</p><p>ro</p><p>s</p><p>e</p><p>la</p><p>tã</p><p>o</p><p>fu</p><p>nd</p><p>id</p><p>o.</p><p>L</p><p>ig</p><p>as</p><p>d</p><p>e</p><p>ch</p><p>um</p><p>bo</p><p>e</p><p>d</p><p>e</p><p>es</p><p>ta</p><p>nh</p><p>o.</p><p>L</p><p>ig</p><p>as</p><p>d</p><p>e</p><p>ch</p><p>um</p><p>bo</p><p>, d</p><p>e</p><p>es</p><p>ta</p><p>nh</p><p>o</p><p>e</p><p>m</p><p>et</p><p>al</p><p>pa</p><p>te</p><p>nt</p><p>e.</p><p>Anexo</p><p>94</p><p>2- DUREZA ROCKWELL</p><p>2.1- Durezas Rockwell normais</p><p>Escala Penetrador</p><p>Carga</p><p>(kgf)</p><p>Utilização Preferencial</p><p>B Esfera Ø 1/16” 100</p><p>Ligas de cobre e alumínio, aços recozidos, ferro maleável</p><p>ferrítico etc.</p><p>C Diamante 150</p><p>Aços e ferros fundidos beneficiados, ferros fundidos</p><p>maleáveis perlíticos, titânio e outros metais mais duros do</p><p>que 100 HRB.</p><p>A Diamante 60</p><p>Ferro fundido, ligas de alumínio e de magnésio, metais</p><p>utilizados para mancais etc.</p><p>D Diamante 100</p><p>Idem HRA, porém com maior espessura endurecida,</p><p>ferro fundido, maleável perlítico etc.</p><p>E Esfera Ø 1/8” 100</p><p>Aços endurecidos ou cementados com pequena espessura</p><p>de endurecimento etc.</p><p>F Esfera Ø 1/16” 60 Ligas recozidas de cobre, chapas finas de metais moles.</p><p>G Esfera Ø 1/16” 150</p><p>Ferro fundido maleável, ligas Cu-Ni-Zn e cuproníqueis.</p><p>Não utilizar para durezas acima de 95 HRG.</p><p>H Esfera Ø 1/8” 60 Alumínio, zinco e chumbo.</p><p>K Esfera Ø 1/8” 150</p><p>Metais para mancais e outros metais muito moles ou</p><p>finos. Recomenda-se utilizar a menor esfera e a maior</p><p>carga possíveis.</p><p>L Esfera Ø 1/4” 60</p><p>M Esfera Ø 1/4” 100</p><p>P Esfera Ø 1/4” 150</p><p>R Esfera Ø 1/2” 60</p><p>S Esfera Ø 1/2” 100</p><p>V Esfera Ø 1/2” 150</p><p>2.2- Durezas Rockwell superficiais</p><p>Carga</p><p>(kgf)</p><p>Escala N</p><p>(diamante)</p><p>Escala T</p><p>(esfera Ø 1/16”)</p><p>Escala W</p><p>(esfera Ø 1/8”)</p><p>Escala X</p><p>(esfera Ø 1/4”)</p><p>Escala Y</p><p>(esfera Ø 1/2”)</p><p>15 15-N 15-T 15-W 15-X 15-Y</p><p>30 30-N 30-T 30-W 30-X 30-Y</p><p>45 45-N 45-T 45-W 45-X 45-Y</p><p>Utilização:</p><p>* Escala N: Aplicações similares às utilizadas pelas escalas HRD, HRC e HRA.</p><p>* Escala T: Aplicações similares às utilizadas</p><p>pelas escalas HRB, HRF e HRG.</p><p>* Escalas W, X e Y: Materiais muito moles.</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>95</p><p>3- DUREZA VICKERS</p><p>As aplicações típicas dos ensaios de durezas Vickers são as mesmas dos ensaios de durezas Rockwell e</p><p>Rockwell superficial. Além destas, a medição de dureza superficial de peças cementadas, com profundidades</p><p>inferiores a 1,27 mm e de camadas metálicas eletro depositadas são, tipicamente, aplicações de dureza Vickers.</p><p>O penetrador utilizado é constituído por uma pirâmide de base quadrada, com ângulo de 136° entre as faces</p><p>opostas, de diamante.</p><p>As cargas mais utilizadas para a determinação da dureza Vickers são de 1-2-3-5-10-30-50-100 e 120 kgf. Para</p><p>ensaios de microdureza, as cargas utilizadas vão de 1 gf até 1.000 gf.</p><p>4- CUIDADOS ESPECIAIS PARA A MEDIÇÃO DE DUREZAS</p><p>4.1- Preparação da peça a ser medida</p><p>A peça deve estar perfeitamente apoiada, de modo a não sofrer oscilações ou escorregamentos por ocasião da</p><p>aplicação da carga.</p><p>A superfície, cuja dureza deverá ser medida, deverá ser rigorosamente lixada, polida, limpa e seca, além de ser</p><p>posicionada a 90° em relação ao eixo do penetrador.</p><p>4.2- Determinação da escala de dureza a ser utilizada, em função da espessura da peça ou da</p><p>profundidade da camada cementada</p><p>Frequentemente, as especificações para as durezas superficiais das peças são fornecidas em escala que, se</p><p>aplicadas diretamente, fornecerão resultados errôneos sobre os valores reais.</p><p>Por definição, a profundidade alcançada pelo penetrador, durante o teste de dureza, não deve ultrapassar a</p><p>décima parte da espessura da peça ou da camada endurecida (nitretada, nitrocarbonetada, carbonitretada,</p><p>carbonetada etc.). Utilize, portanto, as recomendações contidas na tabela 4.2.</p><p>Anexo</p><p>96</p><p>Tabela 4.2</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>97</p><p>5- TABELAS DE EQUIVALÊNCIA DAS DIVERSAS ESCALAS DE DUREZA, CONFORME</p><p>NORMA SAE J-417b, PARA AÇOS</p><p>5.1- Equivalência de durezas com base na Dureza Brinell</p><p>Diâmetro</p><p>da</p><p>impressão</p><p>Brinell em</p><p>mm</p><p>Dureza Brinell</p><p>Carga de 3000kg</p><p>Esfera de 10mm Dureza</p><p>Vickers</p><p>Dureza Rockwell Dureza Rockwell</p><p>Superficial Dureza</p><p>Shore</p><p>Resistência</p><p>à tração</p><p>Esfera</p><p>de aço</p><p>Esfera de</p><p>tungstênio</p><p>Escala A Escala B Escala C Escala</p><p>15N</p><p>Escala</p><p>30N</p><p>Escala</p><p>45N KSI Kg/mm2</p><p>2.25 - 745 840 84.1 - 65.3 92.3 82.2 72.2 91 - -</p><p>2.30 - 712 - - - - - - - - - -</p><p>2.35 - 682 737 82.2 - 61.7 91.0 79.0 68.5 84 - -</p><p>2.40 - 653 697 81.2 - 60.0 90.2 77.5 66.5 81 - -</p><p>2.45 - 627 667 80.5 - 58.7 89.6 76.3 65.1 79 - -</p><p>2.50 - 601 640 79.8 - 57.3 89.0 75.1 63.5 77 - -</p><p>2.55 - 578 615 79.1 - 56.0 88.4 73.9 62.1 75 - -</p><p>2.60 - 555 591 78.4 - 54.7 87.8 72.7 60.6 73 298 209.5</p><p>2.65 - 534 569 77.8 - 53.5 87.2 71.6 59.2 71 288 202.5</p><p>2.70 - 514 547 76.9 - 52.1 86.5 70.3 57.6 70 274 192.6</p><p>- 495 - 539 76.7 - 516 86.3 69.9 56.9 - 269 189.1</p><p>2.75 - 495 528 76.3 - 51.0 85.9 69.4 56.1 68 264 185.6</p><p>- 477 - 516 75.9 - 50.3 85.6 68.7 55.2 - 258 181.4</p><p>2.80 - 477 508 75.6 - 49.6 85.3 68.2 54.5 66 252 177.2</p><p>- 461 - 495 75.1 - 48.8 84.9 67.4 53.5 - 244 171.5</p><p>2.85 - 461 491 74.9 - 48.5 84.7 67.2 53.2 65 242 170.1</p><p>- 444 - 474 74.3 - 47.2 84.1 66.0 51.7 - 231 162.4</p><p>2.90 - 444 472 74.2 - 47.1 84.0 65.8 51.5 63 230 161.7</p><p>2.95 429 429 455 73.4 - 45.7 83.4 64.6 49.9 61 219 154.0</p><p>3.00 415 415 440 72.8 - 44.5 82.8 63.5 48.4 59 212 149.1</p><p>3.05 401 401 425 72.0 - 43.1 82.0 62.3 46.9 58 202 142.0</p><p>3.10 388 388 410 71.4 - 41.8 81.4 61.1 45.3 56 193 135.7</p><p>3.15 375 375 396 70.6 - 40.4 80.6 59.9 43.6 54 184 129.4</p><p>3.20 363 363 383 70.0 - 39.1 80.0 58.7 42.0 52 177 124.4</p><p>3.25 352 352 372 69.3 (110.0) 37.9 79.3 57.6 40.5 51 171 120.2</p><p>3.30 341 341 360 68.7 (109.0) 36.6 78.6 56.4 39.1 50 164 115.3</p><p>3.35 331 331 350 68.1 (108.5) 35.5 78.0 55.4 37.8 48 159 111.8</p><p>3.40 321 321 339 67.5 (108.0) 34.3 77.3 54.3 36.4 47 154 108.3</p><p>3.45 311 311 328 66.9 (107.5) 33.1 76.7 53.3 34.4 46 149 104.8</p><p>3.50 302 302 319 66.3 (107.0) 32.1 76.1 52.2 33.8 45 146 102.6</p><p>3.55 293 293 309 65.7 (106.0) 30.9 75.5 51.2 32.4 43 141 99.1</p><p>3.60 285 285 301 65.3 (105.5) 29.9 75.0 50.3 31.2 - 138 97.0</p><p>3.65 277 277 292 64.6 (104.5) 28.8 74.4 49.3 29.9 41 134 94.2</p><p>3.70 269 269 284 64.1 (104.0) 27.6 73.7 48.3 28.5 40 130 91.4</p><p>3.75 262 262 276 63.6 (103.0) 26.6 73.1 47.3 27.3 39 127 89.3</p><p>3.80 255 255 269 63.0 (102.0) 25.4 72.5 46.2 26.0 38 123 86.5</p><p>3.85 248 248 261 62.5 (101.0) 24.2 71.7 45.1 24.5 37 120 84.4</p><p>3.90 241 241 253 61.8 100.0 22.8 70.9 43.9 22.8 36 116 81.6</p><p>3.95 235 235 247 61.4 99.0 21.7 70.3 42.9 21.5 35 114 80.1</p><p>4.00 229 229 241 60.8 98.2 20.5 69.7 41.9 20.1 34 111 78.0</p><p>4.05 223 223 234 - 97.3 (18.8) - - - - - -</p><p>4.10 217 217 228 - 96.4 (17.5) - - - 33 105 73.8</p><p>4.15 212 212 222 - 95,5 (16.0) - - - - 102 71.5</p><p>4.20 207 207 218 - 94.6 (15.2) - - - 32 100 70.3</p><p>4.25 201 201 212 - 93.8 (13.8) - - - 32 98 68.9</p><p>4.30 197 197 207 - 92.8 (12.7) - - - 30 95 66.8</p><p>4.35 192 192 202 - 91.9 (11.5) - - - 29 93 65.4</p><p>4.40 187 187 196 - 90.7 (10.0) - - - - 90 63.3</p><p>4.45 183 183 192 - 90.0 (9.0) - - - 28 89 62.6</p><p>4.50 179 179 188 - 89.0 (8.0) - - - 27 87 61.2</p><p>4.55 174 174 182 - 87.8 (6.4) - - - - 85 59.8</p><p>4.60 170 170 178 - 86,8 (5.4) - - - 26 83 58.4</p><p>4.65 167 167 175 - 86.0 (4.4) - - - - 81 56.9</p><p>4.70 163 163 171 - 85.0 (3.3) - - - 25 79 55.5</p><p>4.80 156 156 163 - 82.9 (0.9) - - - - 76 53.4</p><p>4.90 149 149 156 - 80.8 - - - - 23 73 51.3</p><p>5.00 143 143 150 - 78.7 - - - - 22 71 49.9</p><p>5.10 137 137 143 - 76.4 - - - - 21 67 47.1</p><p>5.20 131 131 137 - 74.0 - - - - - 65 45.7</p><p>5.30 126 126 132 - 72.0 - - - - 20 63 44.3</p><p>5.40 121 121 127 - 69.8 - - - - 19 60 42.2</p><p>5.50 116 116 122 - 67.7 - - - - 18 58 40.8</p><p>5.60 111 111 117 - 65.7 - - - - 15 56 39.4</p><p>Os valores entre parênteses servem apenas como informação, pois estão fora da escala normal.</p><p>Anexo</p><p>98</p><p>Observações:</p><p>a) A tabela 5.1 é válida para aços carbono e aços-liga nas condições recozidas, normalizadas e temperadas e</p><p>revenidas, sendo menos precisa para aços encruados e aços austeníticos. Os valores entre parênteses</p><p>encontram-se além da escala normal, sendo apenas informativos;</p><p>b) Os valores das durezas Brinell baseiam-se nos diâmetros da impressão dos testes. Caso ocorram</p><p>deformações da esfera, durante os testes, os valores medidos apresentarão variações proporcionais às</p><p>deformações sofridas pela esfera. Portanto, para durezas altas, as equivalências entre as durezas Brinell,</p><p>Vickers e Rockwell são afetadas pelo tipo de esfera utilizada. As esferas standard, de aço, tendem a deforma-</p><p>se mais do que as esferas de carbeto de tungstênio, resultando, desta forma em impressões de maior</p><p>diâmetro sobre as peças e, portanto, em valores Brinell mais baixos. Exemplificando, numa peça com</p><p>dureza de 539 a 547 HB, uma esfera de aço deixará uma impressão de Ø 2,70 mm (514 HB). A conversão</p><p>destes dois valores de dureza Brinell para as escalas Vickers ou Rockwell resultará em durezas diferentes.</p><p>5.2- Equivalência de durezas com base na Dureza Rockwell-C</p><p>Dureza</p><p>Rockwell C</p><p>Dureza</p><p>Vickers</p><p>Dureza Brinell</p><p>Carga de 3000kg</p><p>Esfera de 10mm</p><p>Dureza Rockwell Dureza Rockwell</p><p>Superficial</p><p>Dureza</p><p>Shore</p><p>Resistência</p><p>à tração</p><p>Esfera</p><p>de aço</p><p>Esfera de</p><p>tungstênio</p><p>Escala A Escala B Escala</p><p>15N</p><p>Escala</p><p>30N</p><p>Escala</p><p>45N KSI Kg/mm2</p><p>68 940 - - 85.6 - 93.2 84.4 75.4 97 - -</p><p>67 900 - - 82.0 - 92.9 83.6 74.2 95 - -</p><p>66 865 - - 84.5 - 92.5 82.8 73.3 92 - -</p><p>65 832 - 739 83.9 - 92.2 81.9 72.0 91 - -</p><p>64 800 - 722 83.4 - 91.8 81.1 71.0 88 - -</p><p>63 772 - 705 82.8 - 91.4 80.1 69.9 87 - -</p><p>62 746 - 688 82.3 - 91.1 79.3 68.8 85 - -</p><p>61 720</p><p>- 670 81.8 - 90.7 78.4 67.7 83 - -</p><p>60 697 - 654 81.2 - 90.2 77.5 66.6 81 - -</p><p>59 674 - 634 80.7 - 89.8 76.6 65.5 80 - -</p><p>58 653 - 615 80.1 - 89.3 75.7 64.3 78 - -</p><p>57 633 - 595 79.6 - 88.9 74.8 63.2 76 - -</p><p>56 613 - 577 79.0 - 88.3 73.9 62.0 75 - -</p><p>55 595 - 560 78.5 - 87.9 73.0 60.9 74 301 211.6</p><p>54 577 - 543 78.0 - 87.4 72.0 59.8 72 292 205.3</p><p>53 560 - 525 77.4 - 86.9 71.2 58.6 71 283 199.0</p><p>52 544 500 512 76.8 - 86.4 70.2 57.4 69 273 191.9</p><p>51 528 487 496 76.3 - 85.9 69.4 56.1 68 264 185.6</p><p>50 513 475 481 75.9 - 85.5 68.5 55.0 67 255 179.3</p><p>49 498 464 469 75.2 - 85.0 67.6 53.8 66 246 173.0</p><p>48 484 451 455 74.7 - 84.5 66.7 52.5 64 237 166.6</p><p>47 471 442 443 74.1 - 83.9 65.8 51.4 63 229 161.0</p><p>46 458 432 432 73.6 - 83.5 64.8 50.3 62 222 156.1</p><p>45 446 421 421 73.1 - 83.0 64.0 49.0 60 215 151.2</p><p>44 434 409 409 72.5 - 82.5 63.1 47.8 58 208 146.2</p><p>43 423 400 400 72.0 - 82.0 62.6 46.7 57 201 141.3</p><p>42 412 390 390 71.5 - 81.5 61.3 45.5 56 194 136.4</p><p>41 402 381 381 70.9 - 80.9 60.4 44.3 55 188 132.2</p><p>40 392 371 371 70.4 - 80.4 59.5 43.1 54 181 127.3</p><p>39 382 362 362 69.9 - 79.9 58.6 41.9 52 176 123.7</p><p>38 372 353 353 69.4 - 79.4 57.7 40.8 51 171 120.2</p><p>37 363 344 344 68.9 - 78.8 56.8 39.6 50 168 118.1</p><p>36 354 336 336 68.4 (109.0) 78.3 55.9 38.4 49 162 113.9</p><p>35 345 327 327 67.9 (108.5) 77.7 55.0 37.2 48 157 110.4</p><p>34 336 319 319 67.4 (108.0) 77.2 54.2 36.1 47 153 107.6</p><p>33 327 311 311 66.8 (107.5) 76.6 53.3 34.9 46 149 104.8</p><p>32 318 301 301 66.3 (107.0) 76.1 52.1 33.7 44 145 101.9</p><p>31 310 294 294 65.8 (108.0) 75.6 51.3 32.5 43 142 99.8</p><p>30 302 286 286 65.3 (105.5) 75.0 50.4 31.3 42 138 97.0</p><p>29 294 279 279 64.7 (104.5) 74.5 49.5 30.1 41 135 94.9</p><p>28 286 271 271 64.3 (104.0) 73.9 48.6 28.9 41 132 92.8</p><p>27 279 264 264 63.8 (103.0) 73.3 47.7 27.8 40 128 90.0</p><p>26 272 258 258 63.3 (102.5) 72.8 46.8 26.7 38 125 87.9</p><p>25 266 253 253 62.8 (101.5) 72.2 45.9 25.5 38 122 85.8</p><p>24 260 247 247 62.4 (101.0) 71.6 45.0 24.3 37 120 84.4</p><p>23 254 243 243 62.0 100.0 71.0 44.0 23.1 36 117 82.3</p><p>22 248 237 237 61.5 99.0 70.5 43.2 22.0 35 114 80.1</p><p>21 243 231 231 61.0 98.5 69.9 42.3 20.7 35 112 78.7</p><p>20 238 226 226 60.5 97.8 69.4 41.5 19.6 34 110 77.3</p><p>(18) 230 219 219 - 96.7 - - - 33 106 74.5</p><p>(16) 222 212 212 - 95.5 - - - 32 102 71.7</p><p>(14) 213 203 203 - 93.9 - - - 31 98 68.9</p><p>(12) 204 194 194 - 92.3 - - - 29 94 66.1</p><p>(10) 196 187 187 - 90.7 - - - 28 90 63.3</p><p>(8) 188 179 179 - 89.5 - - - 27 87 61.2</p><p>(6) 180 171 171 - 87.1 - - - 26 84 59.1</p><p>(4) 173 165 165 - 85.5 - - - 25 80 56.2</p><p>(2) 166 158 158 - 83.5 - - - 24 77 54.1</p><p>(0) 160 152 152 - 81.7 - - - 24 75 52.7</p><p>Os valores entre parênteses servem apenas como informação, pois estão fora da escala normal.</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>99</p><p>5.3- Determinação da dureza Rockwell-C em superfícies cilíndricas (extraído do VEW-Edelstahl</p><p>Handbuch)</p><p>Exemplo: Numa peça cilíndrica de 5,5mm de diâmetro, mediu-se a dureza de 59HRC. O valor encontrado na</p><p>escala do meio determina a correção a ser somada ao valor medido, para se obter a dureza real, equivalente</p><p>aquela obtida numa superfície plana.</p><p>59 + 2,5 = 61,5 HRC</p><p>Observação: Para se utilizar este nomograma é preciso que a superfície da peça esteja retificada e que o eixo</p><p>do penetrador de diamante tenha a direção do centro da peça cilíndrica. Testes não concêntricos darão sempre</p><p>valores de dureza mais baixos e fortemente discrepantes.</p><p>Anexo</p><p>100</p><p>6- TOLERÂNCIAS A SEREM OBSERVADAS NA MEDIÇÃO DE DUREZAS (NORMA DIN</p><p>50150)</p><p>VALORES MÉDIOS DESVIOS PERMISSÍVEIS DA MÉDIA</p><p>Dureza</p><p>Vickers carga</p><p>≥ 5kgf (HV)</p><p>Dureza</p><p>Brinell</p><p>carga =</p><p>30xD2 (HB)</p><p>Dureza Rockwell</p><p>Dureza Vickers</p><p>(HV)</p><p>Dureza Brinell</p><p>(HB)</p><p>Dureza Rockwell</p><p>HRB HRC 5kgf ≥ 10kgf D=2,5mm</p><p>D=5 ou</p><p>10mm</p><p>HRB HRC</p><p>80</p><p>85</p><p>90</p><p>95</p><p>100</p><p>80</p><p>85</p><p>90</p><p>95</p><p>100</p><p>36,4</p><p>42,4</p><p>47,4</p><p>52,0</p><p>56,4</p><p>± 3 ± 2 ± 2 ± 2 ± 3</p><p>105</p><p>110</p><p>115</p><p>120</p><p>125</p><p>105</p><p>110</p><p>115</p><p>120</p><p>125</p><p>60,0</p><p>63,4</p><p>69,4</p><p>69,4</p><p>72,0</p><p>± 4 ± 3 ± 3 ± 2 ± 3</p><p>130</p><p>135</p><p>140</p><p>145</p><p>150</p><p>130</p><p>135</p><p>140</p><p>145</p><p>150</p><p>74,4</p><p>76,4</p><p>78,4</p><p>80,4</p><p>82,2</p><p>± 5 ± 4 ± 4 ± 3 ± 3</p><p>155</p><p>160</p><p>165</p><p>170</p><p>175</p><p>155</p><p>160</p><p>165</p><p>170</p><p>175</p><p>83,8</p><p>85,4</p><p>86,8</p><p>88,2</p><p>89,6</p><p>± 7 ± 4 ± 4 ± 3 ± 3</p><p>180</p><p>185</p><p>190</p><p>195</p><p>200</p><p>180</p><p>185</p><p>190</p><p>195</p><p>200</p><p>90,8</p><p>91,8</p><p>93,0</p><p>94,0</p><p>95,0</p><p>± 8 ± 5 ± 5 ± 4 ± 3</p><p>205</p><p>210</p><p>215</p><p>220</p><p>225</p><p>205</p><p>210</p><p>215</p><p>220</p><p>225</p><p>95,8</p><p>96,6</p><p>97,6</p><p>98,2</p><p>99,0</p><p>± 10 ± 6 ± 6 ± 5 ± 3</p><p>230</p><p>235</p><p>240</p><p>245</p><p>250</p><p>230</p><p>235</p><p>240</p><p>245</p><p>250</p><p>19,2</p><p>20,2</p><p>21,2</p><p>22,1</p><p>23,0</p><p>± 11 ± 7 ± 6 ± 5 ± 2</p><p>255</p><p>260</p><p>265</p><p>270</p><p>275</p><p>255</p><p>260</p><p>265</p><p>270</p><p>275</p><p>23,8</p><p>24,6</p><p>25,4</p><p>26,2</p><p>26,9</p><p>± 13 ± 8 ± 7 ± 6 ± 2</p><p>280</p><p>285</p><p>290</p><p>295</p><p>300</p><p>280</p><p>285</p><p>290</p><p>295</p><p>300</p><p>27,6</p><p>28,3</p><p>29,0</p><p>29,6</p><p>30,3</p><p>± 15 ± 9 ± 7 ± 6 ± 2</p><p>310</p><p>320</p><p>330</p><p>340</p><p>350</p><p>310</p><p>320</p><p>330</p><p>340</p><p>350</p><p>31,5</p><p>32,7</p><p>33,8</p><p>34,9</p><p>36,0</p><p>± 18 ± 11 ± 8 ± 7 ± 2</p><p>360</p><p>370</p><p>380</p><p>390</p><p>400</p><p>359</p><p>368</p><p>376</p><p>385</p><p>392</p><p>37,0</p><p>38,0</p><p>38,9</p><p>39,8</p><p>40,7</p><p>± 22 ± 13 ± 10 ± 8 ± 2</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>101</p><p>VALORES MÉDIOS DESVIOS PERMISSÍVEIS DA MÉDIA</p><p>Dureza</p><p>Vickers carga</p><p>≥ 5kgf (HV)</p><p>Dureza</p><p>Brinell</p><p>carga =</p><p>30xD2 (HB)</p><p>Dureza Rockwell</p><p>Dureza Vickers</p><p>(HV)</p><p>Dureza Brinell</p><p>(HB)</p><p>Dureza Rockwell</p><p>HRB HRC 5kgf ≥ 10kgf D=2,5mm</p><p>D=5 ou</p><p>10mm</p><p>HRB HRC</p><p>410</p><p>420</p><p>430</p><p>440</p><p>450</p><p>400</p><p>408</p><p>415</p><p>423</p><p>430</p><p>41,5</p><p>42,4</p><p>43,2</p><p>44,0</p><p>44,8</p><p>± 26 ± 15 ± 11 ± 9 ± 2</p><p>460</p><p>470</p><p>480</p><p>490</p><p>500</p><p>45,5</p><p>46,3</p><p>47,0</p><p>47,7</p><p>48,3</p><p>± 30 ± 18 ± 2</p><p>510</p><p>520</p><p>530</p><p>540</p><p>550</p><p>49,0</p><p>49,6</p><p>50,3</p><p>50,9</p><p>51,5</p><p>± 32 ± 20 ± 2</p><p>560</p><p>570</p><p>580</p><p>590</p><p>600</p><p>52,1</p><p>52,7</p><p>53,3</p><p>53,8</p><p>54,4</p><p>± 35 ± 22 ± 2</p><p>610</p><p>620</p><p>630</p><p>640</p><p>650</p><p>54,9</p><p>55,4</p><p>55,9</p><p>56,4</p><p>56,9</p><p>± 38 ± 25 ± 2</p><p>660</p><p>670</p><p>680</p><p>690</p><p>700</p><p>57,4</p><p>57,9</p><p>58,4</p><p>58,9</p><p>59,3</p><p>± 42 ± 28 ± 2</p><p>720</p><p>740</p><p>760</p><p>780</p><p>800</p><p>60,2</p><p>61,1</p><p>61,9</p><p>62,7</p><p>63,5</p><p>± 50 ± 32 ± 2</p><p>820</p><p>840</p><p>860</p><p>880</p><p>900</p><p>64,3</p><p>65,0</p><p>65,7</p><p>66,3</p><p>66,9</p><p>± 60 ± 40 ± 2</p><p>920</p><p>940</p><p>67,5</p><p>68,0</p><p>± 60 ± 40 ± 2</p><p>Anexo</p><p>102</p><p>REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS</p><p>• Jaime A. Spim Jr. - curso “Tratamentos térmicos e termoquímicos” – ABM 2011.</p><p>• Vicente Chiaverini - Aços e Ferros Fundidos – ABM 2002.</p><p>• Hubertus Colpaert – Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns – Editora Edgar Blücher,</p><p>2ª edição, 1959.</p><p>• Metals Handbook – Volume 2 – 8ª edição, 1964.</p><p>• Atlas zur Wärmebehandlung der Stähle – Max Planck Institut/ Verlag Stahleisen, 1958.</p><p>• Ruth Chateerjee-Fischer – Wärmebehnandlung von Eisenwerkstoffen – Nitrieren und</p><p>Nitrocarburieren – Expert Verlag, 1995.</p><p>• H. J. Eckstein – Wärmebehnandlung von Stahl – VEB Verlag, 1971.</p><p>• Ekabor-Borier-Mitteilungen – Degussa/ Durferrit, 1974.</p><p>• Revista Industrial Heating – Jul/Set 2011.</p><p>• Revista Ferramental – Set/Out 2009.</p><p>• Arquivos da Brasimet Comércio e Indústria S. A.</p><p>• Arquivos da Techniques Surfaces Ltda.</p><p>• Catálogos e manuais da Villares Metals.</p><p>• Catálogos e manuais da Aços Böhler-Uddeholm do Brasil</p><p>• Catálogos e manuais da Carpenter Tech. Corp.</p><p>• Catálogos e manuais da Aubert & Duval – Tool Steels.</p><p>• Catálogos e manuais da Erasteel S. A.</p><p>• Catálogos e manuais da Schmolz+Bickenbach do Brasil.</p><p>– sobre os principais processos de tratamentos térmicos e termoquímicos utilizados</p><p>pela indústria metalomecânica. Os conceitos e a metodologia empregada no curso vis am</p><p>capacitar seus frequentadores a planejar corretamen te, interpretar e resolver eventuais</p><p>não conformidades, e ainda sugerir melhorias para q ue as peças e componentes tratados</p><p>tenham melhor desempenho no campo.</p><p>Introdução</p><p>6</p><p>CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO</p><p>Luiz Roberto Hirschheimer</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>7</p><p>A indústria metalomecânica utiliza-se de peças de aço com os mais variados requisitos e propriedades. Elas</p><p>devem estar aptas a suportar condições de trabalho específicas, ou seja, resistir a esforços e cargas pré-</p><p>determinadas pelo projeto.</p><p>Os processos de produção, desde a matéria prima (fundida, forjada, laminada, etc.), passando por todas as</p><p>etapas de conformação mecânica/ usinagem, nem sempre fornecem os produtos com as propriedades</p><p>necessárias a uma determinada aplicação. Para que alcancem tudo que delas se espera, elas ainda precisarão ser</p><p>beneficiadas. É aí que aparecem as soluções oferecidas pelos tratamentos térmicos e termoquímicos e, por</p><p>vezes, pelos revestimentos superficiais (assunto que não será abordado neste curso).</p><p>Tratamentos térmicos são, fundamentalmente, operações de aquecimento e resfriamento controladas, que</p><p>objetivam alterações nas propriedades físicas (rigidez, tenacidade, resistências mecânicas e à fadiga, etc.) e</p><p>superficiais (resistência a diversos tipos de atritos, resistência à corrosão, etc.).</p><p>De modo geral, os tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços são possíveis de serem realizados por dois</p><p>motivos:</p><p>1. Recristalização � Cristais deformados plasticamente (encruados) contém mais energia e defeitos</p><p>acumulado pelas conformações mecânicas (usinagens, etc.) do que aqueles que permaneceram intactos.</p><p>Quando aquecidos a temperaturas adequadas, estes cristais podem se reacomodar de modo ordenado,</p><p>não deformado e com tamanho adequado.</p><p>2. Mudanças de fases cristalográficas � Operações de aquecimento e resfriamento podem alterar os a</p><p>microestrutura metalográfica dos aços. Consequentemente, desde que estas operações sejam bem</p><p>compreendidas, pode-se adequar diferentes fases metalográficas às necessidades que as peças têm, para</p><p>apresentarem bom desempenho no campo.</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos têm, resumidamente, os seguintes objetivos:</p><p>• Reduzir as tensões internas introduzidas por processos de conformação mecânica;</p><p>• Aumentar ou diminuir a dureza;</p><p>• Aumentar a resistência mecânica;</p><p>• Melhorar a ductilidade;</p><p>• Melhorar a usinabilidade;</p><p>• Aumentar a resistência ao atrito;</p><p>• Aumentar a retenção do corte das ferramentas;</p><p>• Aumentar a resistência à corrosão;</p><p>• Aumentar a resistência ao calor; e</p><p>• Modificar propriedades elétricas e magnéticas.</p><p>É importante mencionar que existem propriedades que podem ser interpretadas como sendo antagônicas.</p><p>Assim, por exemplo, rigidez (alta dureza) e tenacidade (alta resistência a impactos) podem ser difíceis de obter</p><p>na mesma peça. Nestes casos, é preciso encontrar soluções de compromisso. Estas envolvem a seleção do aço</p><p>apropriado, o tratamento térmico, ou termoquímico correto e o processo que garanta o mínimo possível de</p><p>quaisquer empenamentos e distorções dimensionais.</p><p>Introdução</p><p>8</p><p>Para a compreensão e, principalmente para o controle adequado de um tratamento térmico/ termoquímico, os</p><p>principais fatores que influenciam os tratamentos térmicos são:</p><p>• Temperatura, tempo, meio e gradiente de aquecimento; e</p><p>• Velocidade e meio de resfriamento.</p><p>O aquecimento tem a finalidade de modificar a microestrutura original do aço, permitindo que suas</p><p>propriedades sejam alteradas. Ele deve ser realizado acima daquela que os metalurgistas denominam</p><p>“temperatura crítica de recristalização”. O resfriamento, realizado posteriormente, completa as alterações</p><p>microestruturais necessárias, para que as características finais das peças atinjam os valores desejados.</p><p>A velocidade (gradiente) do aquecimento deve ser adequada. Se for lenta demais poderá provocar um</p><p>crescimento indesejável dos grãos, o que prejudica as propriedades mecânicas. Se for muito rápida e as peças a</p><p>serem tratadas contiverem muitas tensões internas, poderá acarretar empenamentos indesejados, ou mesmo</p><p>trincas. No caso dos aços, o ideal é fazê-lo em etapas (Figura 1.1).</p><p>Figura 1.1: Tipos de aquecimento em tratamentos térmicos. (a) Aquecimento em etapa única; (b)</p><p>aquecimento em diferentes etapas.</p><p>A temperatura de aquecimento deve ser escolhida dentre aquelas informadas pelo fabricante do aço. O</p><p>conhecimento dos diagramas de equilíbrio, no qual as aciarias gastam muito tempo e dinheiro, é fundamental</p><p>para que não ocorra aquecimento insuficiente ou excessivo. Logo, é preciso dispor de fornos adequados,</p><p>dotados de sistemas de controle e registro de temperatura confiáveis.</p><p>O tempo de aquecimento tem conceito semelhante ao da temperatura de aquecimento, ou seja, o tempo deve</p><p>ser suficiente para que as peças se aqueçam de modo uniforme, por toda sua secção transversal. Se for</p><p>excessivo, poderá causar crescimento indesejável dos grãos (compare os diagramas da Figura 1.1).</p><p>O ambiente (meio) de aquecimento – e também de resfriamento – se não for adequado, poderá provocar</p><p>alguns fenômenos prejudiciais:</p><p>• Oxidação: formação de uma película de óxidos de ferro � 2 Fe+O2 → 2 FeO</p><p>• Descarbonetação (provocada pelo oxigênio e/ou dióxido de carbono e/ou vapor d’água): resulta na</p><p>formação de uma camada mais mole na superfície � Fe+CO2 →FeO+CO / Fe+H2O → FeO+H2.</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>9</p><p>Estes fenômenos podem ser evitados pelo emprego de atmosferas protetoras no interior dos fornos. As mais</p><p>comuns são obtidas pela combustão total ou parcial de hidrocarbonetos (gases endo- ou exotérmicos), pelo uso</p><p>de gás nitrogênio (com ou sem adições de hidrocarbonetos ou mesmo de hidrogênio), pelo uso de fornos a</p><p>vácuo, etc.</p><p>O resfriamento é, talvez, o fator mais importante para o sucesso de um tratamento térmico. A escolha</p><p>adequada da velocidade de resfriamento, logo após um tempo correto de permanência das peças à temperatura</p><p>de aquecimento, conduz a mudanças microestruturais que influenciam diretamente a elevação da dureza, a</p><p>ductilidade, a resistência mecânica, etc.. Portanto, a escolha do meio de resfriamento é fundamental.</p><p>Os meios de resfriamento mais utilizados industrialmente são (em ordem decrescente): salmoura (água</p><p>contendo 10% de NaCl, ou NaOH, ou Na2CO3), água pura, óleos de têmpera, banhos de sais fundidos, ar,</p><p>vácuo. Há de se observar ainda, que, sob agitação, ou em repouso, as velocidades de resfriamento</p><p>proporcionadas por estes meios também poderá ser alterada para mais, ou para menos.</p><p>Alguns cuidados devem ser tomados na escolha do meio de resfriamento de uma peça. Geometrias muito</p><p>complexas (peças com grandes variações dimensionais), resfriadas num meio muito brusco, geram tensões</p><p>internas que conduzem a empenamentos, ou mesmo rupturas. Para evitarem-se estes problemas, deve-se</p><p>escolher um meio de resfriamento mais brando o que, por outro lado, pode impedir as transformações</p><p>microestruturais necessárias para alcançar as propriedades desejadas. Nestes casos, frequentemente procura-se</p><p>por outro tipo de aço, que permita a realização de um resfriamento mais lento.</p><p>Física dos metais para o tratamento térmico dos aços</p><p>10</p><p>CAPÍTULO 2 – UM POUCO DE FÍSICA DOS METAIS</p><p>Luiz Roberto Hirschheimer</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>11</p><p>As ligas ferrosas são constituídas por uma microestrutura interna ordenada, que se repete nas três direções do</p><p>espaço. O que se observa é um empilhamento de átomos, denominado “reticulado cristalino” (Figura 2.1).</p><p>Figura 2.1: Representação esquemática de um reticulado cristalino.</p><p>Os reticulados cristalinos são o resultado da sobreposição de várias “células unitárias”, como as ilustradas na</p><p>Figura 2.2.</p><p>Figura 2.2: Células unitárias encontradas nos metais e seu respectivo empacotamento atômico. (a)</p><p>Cúbica de corpo centrado – CCC (FE = 0,68); (b) cúbica de face centrada – CFC (FE = 0,74); (c)</p><p>hexagonal compacta – HC.</p><p>Nas células unitárias, átomos muito menores do que os de ferro como, por exemplo, o carbono, o nitrogênio e</p><p>outros, podem ocupar lugares intersticiais, isto é, entre os átomos de ferro (vide figura 2.3).</p><p>Física dos metais para o tratamento térmico dos aços</p><p>12</p><p>Figura 2.3: (a) Distribuição aleatória dos átomos intersticiais; (b) ocupação preferencial nas áreas deformadas.</p><p>Surge então uma pergunta: como é possível que ligas metálicas, tão compactas, podem ser deformadas, isto é,</p><p>forjadas, laminadas, trefiladas, etc., sem se romper? A resposta é simples:</p><p>Dificilmente, na natureza, todas as posições teoricamente existentes num reticulado cristalino, estarão ocupadas</p><p>– existem vazios (vide figura 2.4). Tais vazios, na linguagem metalúrgica, denominam-se “discordâncias”.</p><p>Figura 2.4: Vazios (discordâncias)</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>13</p><p>Quando os metais são submetidos a pressões externas (trabalhos mecânicos), tais como forjamento, laminação,</p><p>trefilação, etc., a partir de um determinado valor, chamado “limite de escoamento”, os átomos que ocupavam</p><p>uma determinada posição no reticulado saltam para posições que se encontravam vazias (vide figuras 2.4 e 2.5).</p><p>Figura 2.5: movimento das discordâncias</p><p>A movimentação, como descrita acima, denomina-se “movimento das discordâncias” e, é responsável pela</p><p>plasticidade dos materiais metálicos.</p><p>O mesmo fenômeno ocorre durante uma operação de usinagem (vide figura 2.6).</p><p>Figura 2.6: Caminhamento de uma discordância provocado por uma deformação plástica. (a) Caminhamento</p><p>em degrau; (b) a força de cizalhamento provocou o deslocamento da discordância pelo espaço de 1 átomo; (c)</p><p>a discordância escorregou por todo o cristal.</p><p>Física dos metais para o tratamento térmico dos aços</p><p>14</p><p>A movimentação das discordâncias pode ser observada, visualmente, quando se executa um ensaio de tração.</p><p>Ele corresponde à estricção dos corpos de prova ensaiados (Figura 2.7).</p><p>Figura 2.7: etapas de um teste de tração</p><p>A realização dos tratamentos térmicos e termoquímicos permite interferir nos fenômenos descritos até aqui e,</p><p>modificar algumas propriedades das ligas metálicas. Uma das maneiras de o fazermos é por meio dos</p><p>tratamentos térmicos e termoquímicos.</p><p>Por exemplo, se nosso objetivo final for aumentar o limite de escoamento de uma peça de aço (leia-se</p><p>dureza), pode-se fazê-lo modificando o formato das células unitárias (é o que ocorre numa têmpera, como</p><p>veremos mais para frente), ou bloqueando a movimentação das discordâncias pela introdução de átomos</p><p>intersticiais (cementação, nitretação, boretação, etc.), ou mesmo com a combinação de ambos.</p><p>Se, pelo contrário, quisermos amolecer o material, para torna-lo mais facilmente trabalhável, agiremos no</p><p>sentido contrário, recozendo ou coalescendo o material.</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>15</p><p>CAPÍTULO 3 - CONCEITOS FUNDAMENTAIS</p><p>DO DIAGRAMA FERRO-CARBONO</p><p>Luiz Roberto Hirschheimer</p><p>Conceitos fundamentais do diagrama ferro-carbono</p><p>16</p><p>A existência de um metal que, dependendo das condições de temperatura e pressão, podem apresentar mais de</p><p>uma microestrutura cristalina, é chamada “alotropia” (vide figura 3.1). Para compreendê-la, precisamos estudá-</p><p>la e, no caso específico das ligas ferrosas, observar ainda a ação do carbono nestas transformações.</p><p>Figura 3.1: Alotropia do ferro</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>17</p><p>Figura 3.2: Diagrama ferro-carbono</p><p>A adição de carbono ao ferro provoca modificações nas temperaturas das transformações alotrópicas, porque o</p><p>carbono age como estabilizante do Fe-� (austenita)... (vide figura 3.2).</p><p>O diagrama de equilíbrio, mostrado na Figura 3.2 é conhecido por “diagrama de equilíbrio Fe-C”. Ele</p><p>apresenta a formação de diversas fases que podem ser observadas na liga Fe-C, como função da temperatura e</p><p>da concentração de carbono presente na liga, considerando velocidades de aquecimento e resfriamento bem</p><p>baixas (< 0,1ºK/s).</p><p>Pode-se observar na Figura 3.2 que a máxima solubilidade do carbono no ferro é de 6,67%. Forma-se aí um</p><p>microconstituinte de estrutura ortorrômbica, denominado “cementita” – Fe3C (vide figura 3C). Teores de</p><p>carbono mais altos determinam a precipitação do carbono na forma de grafite.</p><p>Conceitos fundamentais do diagrama ferro-carbono</p><p>18</p><p>Figura 3.3: Estrutura do Fe3C. A célula unitária é ortorrômbica, com 12 átomos de ferro e 4 átomos de</p><p>Carbono</p><p>3.1- Pontos e Linhas Relevantes no Diagrama Fe-C:</p><p>Figura 3.4: Pontos e linhas importantes no diagrama Fe-C</p><p>• Na linha A1(~723ºC) ocorre a chamada “reação eutectóide”. Durante o resfriamento (linha Ar1), a</p><p>austenita (Fe-�) se transforma numa mistura de ferrita (Fe-α) e cementita (Fe3C). Durante o</p><p>aquecimento (linha Ac1) a mistura de ferrita e cementita se transforma em austenita.</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>19</p><p>• Na linha A2 (~769ºC), não representada na Figura 3.4, ocorre uma modificação da célula unitária CCC</p><p>do ferro (vide figura 2.2), transformando-a de paramagnética em ferromagnética (temperatura de</p><p>Curie).</p><p>• Na linha A3 (temperaturas entre ~723 e ~911ºC e teores de carbono entre 0,008 e 0,77%) ocorrem os</p><p>inícios das transformações da ferrita (Fe-α) em austenita (Fe-�), durante o aquecimento. O oposto</p><p>ocorre durante o resfriamento. Entre as linhas A1 e A3, a ferrita e a austenita coexistem em equilíbrio.</p><p>• Na linha Acm (temperaturas entre ~723 e ~1.147ºC e teores de carbono entre ~0,77 e ~2,11%),</p><p>durante o resfriamento, ocorre o início da dissociação da austenita (Fe-�) em cementita (Fe3C). Entre</p><p>as temperaturas Acm e A1 a austenita e a cementita coexistem em equilíbrio.</p><p>3.2- Definição das Fases do Diagrama Fe-C</p><p>• Ferrita: também conhecida por Fe-α, possui estrutura CCC (vide figura 2.2), pode ser considerada</p><p>como sendo ferro puro. A solubilidade do carbono nesta fase é muito limitada (~0,008% na</p><p>temperatura ambiente e ~0,02% à 723ºC). Apresenta-se extremamente mole e dúctil, com resistência à</p><p>tração inferior a 280 Mpa.</p><p>• Austenita: também conhecida por Fe-�, possui estrutura CFC (vide figura 2,2). Pode ser considerada</p><p>como sendo uma solução sólida, supersaturada de carbono. É bastante mole e dúctil. Pelo fato de</p><p>possuir espaços interatômicos maiores que a ferrita, a solubilidade do carbono é bastante alta, podendo</p><p>alcançar ~2,11%, a 1.147ºC.</p><p>• Ferro-δ: possui estrutura análoga à da ferrita, porém com uma solubilidade muito alta para o carbono,</p><p>por existir a temperaturas muito elevadas. Não tem maior interesse para os tratamentos térmicos.</p><p>• Cementita: nas ligas Fe-C, o excesso de carbono em relação ao limite de solubilidade forma uma</p><p>segunda fase, conhecida também por carboneto de ferro. Sua composição corresponde à fórmula</p><p>Fe3C,</p><p>contendo 12 átomos de ferro e 4 átomos de carbono, o que corresponde a um teor de 6,67% de</p><p>carbono no ferro (vide figura 3.3). Comparada com a ferrita e a austenita, ela é extremamente dura.</p><p>Suas características são similares às das cerâmicas e, portanto, é muito frágil. Contudo, sua presença nos</p><p>aços, contribui, significativamente, para o aumento da resistência, desde que bem monitorada e</p><p>distribuída.</p><p>• Perlita: se um aço contendo 0,73%C for aquecido acima de 723ºC, sua microestrutura mais estável será</p><p>a austenita, com o carbono ocupando os interstícios entre os átomos de ferro. Resfriando-se</p><p>lentamente este aço, às temperaturas abaixo de 723ºC, a austenita não será mais estável e ocorrerá uma</p><p>transformação, denominada “eutectóide”. Como resultado, forma-se uma microestrutura conhecida</p><p>por “perlita”, que se caracteriza pela precipitação simultânea de lamelas de ferrita (mole) e cementita</p><p>(dura), a partir da austenita (vide figura 3.5).</p><p>Conceitos fundamentais do diagrama ferro-carbono</p><p>20</p><p>Figura 3.5: perlita</p><p>A perlita, por corresponder a uma mistura bastante íntima entre a ferrita e a cementita, possui</p><p>propriedades interessantes. Sua resistência à tração é de ~735 Mpa. A dureza de uma perlita fina está</p><p>na ordem de 380 HB, enquanto uma perlita grossa alcança ~ 240 HB.</p><p>• Ledeburita: se uma lida de ferro líquido, contendo ~4,3%C for resfriada lentamente, sua solidificação</p><p>ocorrerá ao atingir 1.147ºC. O fenômeno é denominado “reação eutética”. Formam-se duas fases:</p><p>uma contendo ~6,67%C (cementita) e outra contendo ~2,11%C (austenita). Forma-se, desta maneira,</p><p>uma microestrutura “empacotada”, quase lamelar, denominada “ledeburita” (vide figura 3.6).</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>21</p><p>Figura 3.6: ledeburita (ataque: pícrico/ ampliação: 360:1)</p><p>Curvas TTT (Temperatura – Tempo – Transformação)</p><p>22</p><p>CAPÍTULO 4 - CURVAS TTT</p><p>(TEMPERATURA – TEMPO – TRANSFORMAÇÃO)</p><p>Luiz Roberto Hirschheimer</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>23</p><p>O diagrama de equilíbrio apresentado na figura 3.2 representa as transformações que ocorrem ao longo do</p><p>resfriamento dos aços, mas com velocidades baixíssimas (< 0,1ºK/s). Quando se acelera o resfriamento,</p><p>poderão aparecer outras fases e microestruturas, que não podem ser vistas no diagrama de equilíbrio Fe-C.</p><p>Existem diagramas, denominados “TTT”, essenciais para se compreenderem os tratamentos térmicos.</p><p>Diferentemente do diagrama de equilíbrio Fe-C, o TTT não é um diagrama de equilíbrio, pois leva em</p><p>conta o fator tempo.</p><p>Para que se possam compreender estes diagramas é preciso saber que:</p><p>• A transformação da austenita em perlita, ou outros constituintes, ocorre fundamentalmente por</p><p>fenômenos de difusão, ou seja, precisam de algum tempo para que possam ocorrer. Os átomos</p><p>precisam rearranjar-se e, sempre que uma nova fase for nucleada precisa formar-se um novo contorno.</p><p>• Se a velocidade de resfriamento for alta o suficiente, para impedir que a transformação da austenita</p><p>ocorra na temperatura A1, ela não acontecerá, ao menos de imediato. Consequentemente, na</p><p>temperatura mais baixa, a austenita encontra-se supersaturada.</p><p>• Um aço que tenha sido aquecido e estabilizado dentro do campo austenítico, que tenha sido resfriado</p><p>bruscamente e mantido a uma temperatura abaixo da linha A1, terá sua austenita supersaturada</p><p>decomposta ao longo do tempo, mesmo que esta temperatura seja mais baixa do que a do equilíbrio. Se</p><p>esta temperatura for mantida por um determinado período, a austenita supersaturada vai se transformar</p><p>completamente. Este processo denomina-se “transformação isotérmica da austenita”.</p><p>• A transformação isotérmica, realizada a temperaturas abaixo de A1, precisa de algum tempo para</p><p>iniciar-se. Este período inerte denomina-se “tempo de incubação” (vide figura 4.1). Ele é fortemente</p><p>influenciado pela quantidade de energia (calor/ temperatura) introduzida no aço.</p><p>• Como já dito anteriormente, as formações da ferrita e da perlita são fenômenos regidos pela difusão</p><p>dos átomos de carbono no reticulado cristalino. Ela pode ser dividida em duas etapas distintas –</p><p>nucleação e crescimento. Nos instantes iniciais, a transformação da austenita é continuamente</p><p>aumentada (região A da figura 4.1), devido ao efeito de nucleação, que se inicia logo após o tempo de</p><p>incubação e, se acelera devido à alta energia contida (instabilidade) na austenita supersaturada. A seguir,</p><p>a nucleação se reduz e a transformação da austenita continua com o crescimento dos núcleos formados</p><p>(região B da figura 4.1). Nos instantes finais, a taxa de transformação da austenita diminui, porque ela já</p><p>se encontra bem menos supersaturada.</p><p>Figura 4.1: nucleação e crescimento</p><p>Curvas TTT (Temperatura – Tempo – Transformação)</p><p>24</p><p>• Quanto mais abaixo da temperatura A1 o aço for resfriado bruscamente (a temperaturas ao redor de</p><p>100°C a 150ºC), maior será o grau de supersaturação da austenita e, portanto, maior será o tempo de</p><p>incubação para o início da transformação austenítica.</p><p>• A curva “S” da figura 4.1 representa o início das transformações microestruturais. Quando estas se</p><p>completam, o aspecto diagrama TTT apresenta-se com o formato ilustrado na figura 4.2.</p><p>Figura 4.2: transformações microestruturais</p><p>• De um modo simplificado, pode-se dizer que, entre a temperatura de transformação A1 e o “nariz da</p><p>curva”, o efeito dominante é o de supersaturação da austenita, enquanto abaixo do “nariz” o efeito</p><p>dominante é o de difusão. Na Figura 4.2 nota-se a aparição de dois constituintes que ainda não haviam</p><p>sido mencionados – bainita e martensita.</p><p>4.1- Martensita</p><p>No diagrama da figura 4.2 nota-se que, quanto mais baixa for a temperatura alcançada pelo resfriamento</p><p>brusco da austenita, maior será o tempo necessário para o início de sua transformação e mais supersaturada</p><p>(instável) ela se apresentará. Em temperaturas suficientemente baixas, mas em geral ainda acima da ambiente, a</p><p>microestrutura CFC se transforma em uma de corpo centrado, apesar de todo o carbono ainda se encontrar em</p><p>solução. Por isto, a estrutura de corpo centrado resultante é tetragonal e não cúbica, recebendo o nome de</p><p>“martensita”. Sua aparência assemelha-se à de agulhas.</p><p>Como a martensita não possui uma estrutura cúbica e todo o carbono permanece em solução sólida, o</p><p>escorregamento não ocorre facilmente e, portanto, ela é mais dura, rígida e pouco dúctil (vide figura 4.3).</p><p>Figura 4.3: formação da martensita, ferrita e perlita</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>25</p><p>O aumento da dureza é importante na engenharia, pois permite a obtenção de aços extremamente resistentes à</p><p>abrasão e à deformação plástica.</p><p>Para a obtenção da martensita, a austenita deve ser resfriada com rapidez suficiente, de modo a não permitir</p><p>que ela se transforme em ferrita e cementita. Mesmo assim, dependendo da composição química do aço,</p><p>muitas vezes não é possível formar martensita no núcleo de uma peça muito espessa, já que não se consegue</p><p>remover todo o calor com rapidez suficiente (vide figura 4.4).</p><p>Figura 4.4: (endurecibilidade) A dureza alcançada na superfície vai se reduzindo em direção ao</p><p>núcleo da peça</p><p>Existe uma correlação muito grande entre os resultados possíveis de serem obtidos por uma peça, com sua</p><p>espessura e com a composição química do aço, como veremos no Capítulo 5.</p><p>Com o aumento do teor de carbono do aço, diminuem as temperaturas do início (Mi) e do fim (Mf) de</p><p>formação da martensita (vide figura 4.5).</p><p>Figura 4.5: Temperaturas de início e</p><p>fim da formação da martensita, em função do %C</p><p>Um aço eutectóide (contendo 0,77%C), resfriado bruscamente até a temperatura ambiente, apresentará cerca</p><p>de 80% de martensita e 20% de austenita não transformada, denominada “austenita retida”. Em aços</p><p>contendo mais elementos de liga que não somente o ferro, a temperatura Mf pode situar-se abaixo da</p><p>Curvas TTT (Temperatura – Tempo – Transformação)</p><p>26</p><p>ambiente. Para transformá-la em martensita será necessário abaixar ainda mais a temperatura, às vezes para</p><p>baixo de 0ºC O processo passará a denominar-se “sub-zero”.</p><p>Temperaturas ao redor de -60ºC podem ser conseguidas em soluções de álcool com adições de neve carbônica</p><p>(CO2); nitrogênio líquido proporciona -193ºC..</p><p>As figuras 4.6 e 4.7 mostram, respectivamente, a formação esquemática da formação da martensita e sua</p><p>microestrutura metalográfica.</p><p>Figura 4.6: Representação esquemática da formação da Martensita</p><p>Figura 4.7: microestrutura metalográfica da martensita</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>27</p><p>4.2- Bainita</p><p>Quando um aço carbono é resfriado rapidamente para temperaturas abaixo do “nariz” da curva TTT e</p><p>mantido nesta temperatura, a cementita fica finamente dispersa na matriz de ferrita, formando-se outra</p><p>microestrutura, denominada “bainita”. Ela é classificada de “superior” ou “inferior”, de acordo com a</p><p>temperatura em que foi formada (vide figura 4.8).</p><p>A bainita superior é formada por laminas finas de ferrita (0,5 µm), com cementita precipitada em seus</p><p>contornos. Já na bainita inferior, a ferrita apresenta-se na forma de agulhas, parecidas com as de martensita,</p><p>que se nucleiam tanto nos contornos, quanto dentro dos grãos originais de austenita. Estas agulhas possuem</p><p>~0,5 µm de espessura, com cementita (Fe3C) ou carbonetos Ɛ (Fe2,4C) em seu interior, dependendo da</p><p>temperatura em que a austenita foi transformada e da composição química do aço (elementos de liga que</p><p>aumentam a atividade de carbono na austenita, como o Si, favorecem a formação de FE2,4C, como veremos</p><p>mais adiante).</p><p>A bainita pode ser obtida por um processo denominado “austêmpera”. Este é realizado por meio de</p><p>resfriamento suficientemente rápido da austenita, para temperaturas situadas abaixo do “nariz” da curva TTT,</p><p>mas inda acima da temperatura Mi de modo a evitar a formação de perlita. Para tanto, os meios de</p><p>resfriamento que mais se utilizam são os banhos de sais fundidos. Os tempos de permanência à temperatura de</p><p>formação são sempre muito longos (vide figura 4.2).</p><p>4.3- Microestruturas Típicas</p><p>A Figura 4.8 mostra as microestruturas de um aço eutectóide (AISI 1080), submetido aos vários tratamentos</p><p>mencionados neste capítulo.</p><p>Curvas TTT (Temperatura – Tempo – Transformação)</p><p>28</p><p>Figura 4.8: Curva TTT para um aço 1080, mostrando as microestrutura obtidas tipos de transformações</p><p>metalográficas</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>29</p><p>CAPÍTULO 5 – INFLUÊNCIA DOS ELEMENTOS</p><p>DE LIGA ADICIONADOS AOS AÇOS</p><p>Luiz Roberto Hirschheimer</p><p>Influência dos elementos de liga adicionados aos aços</p><p>30</p><p>Como já mencionado anteriormente, o ferro pode existir sob duas formas alotrópicas, estáveis a diferentes</p><p>temperaturas – ferrita (Fe-α) e austenita (Fe-�). Ambas se caracterizam por poderem manter, em solução</p><p>sólida, vários elementos de liga.</p><p>A presença de átomos dos elementos de liga no reticulado cristalino do ferro modifica as faixas de</p><p>temperaturas em que ocorrem as transformações microestruturais dos aços. Assim, por exemplo, se no ferro</p><p>puro a mudança do Fe-α para o Fe-� ocorre a 911ºC (vide figura 3.1), a presença de qualquer elemento</p><p>adicional, como o próprio carbono, cria faixas de temperaturas diferentes, mais ou menos estreitas, onde as</p><p>duas formas alotrópicas podem coexistir (vide capítulo 3).</p><p>As diferentes solubilidades dos elementos de liga, nas duas formas alotrópicas dos materiais ferrosos, também</p><p>alteram as quantidades de carbono possíveis de serem mantidas em solução sólida. Tais circunstâncias originam</p><p>modificações importantes no comportamento dos aços, quando se executam seus tratamentos térmicos.</p><p>A presença dos elementos de liga altera os diagramas de equilíbrio da seguinte forma (vide figura 5.1):</p><p>Figura 5.1: Influência dos elementos de liga sobre a formação do diagrama de equilíbrio Fe-C</p><p>Existem elementos de liga que alargam o campo de existência do Fe-�:</p><p>a) Com aumento ilimitado do campo da austenita: Ni, Mn, Co, Rn, Rh, Pd, Os, Jr, Pt.</p><p>b) Com aumento limitado do campo da austenita: C, N, Cu, Zn, Au, Re.</p><p>Outros elementos de liga estreitam o campo de existência do Fe-�:</p><p>c) Com campo da austenita fechado e recuo das linhas de equilíbrio: Be, Al, Si, P, Ti, V, Cr, As, Mo, Sn,</p><p>Sb, W.</p><p>d) Com campo da austenita fechado e linhas de equilíbrio heterogêneas: B, Nb, Ta, Zr, Ce, Hf, S.</p><p>Comentários:</p><p>• Cada elemento de liga adicionado ao aço tem efeitos particulares sobre o diagrama de equilíbrio ferro-</p><p>metal-carbono. Dependendo da maior ou menor quantidade destes elementos adicionados ao aço,</p><p>tanto as temperaturas, quanto as concentrações de carbono possíveis de serem mantidas em equilíbrio</p><p>nas fases α e � variam.</p><p>• Estudos quantitativos, sobre a influência que as adições de elementos de liga aos aços têm sobre as</p><p>propriedades mecânicas alcançáveis pela aplicação dos tratamentos térmicos, são uma das “atividades-</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>31</p><p>fim” das aciarias. Por vezes, alterações da ordem de décimos-%, ou mesmo centésimos-% nas</p><p>concentrações de elementos de liga como V, Mo, Nb, B, etc., produzem efeitos significativos. Aciarias</p><p>modernas, notadamente aquelas especializadas na produção de aços-ferramenta, têm capacidade de</p><p>projetar e produzir materiais que atendam a casos muito particulares como, por exemplo, aços para</p><p>matrizes de extrusão de alumínio, punções para trabalhos a frio, etc.. Recomenda-se, portanto,</p><p>sempre estar em contato com os fabricantes de aços.</p><p>• Aços, de uma maneira geral, não são constituídos, exclusivamente, por ferro, carbono e um único</p><p>elemento de liga. Isto faz com que os diagramas “TTT” (vide capítulo 4) possam variar muito (vide</p><p>figuras 5.2, 5.3, 5.4 e 5.5).</p><p>Figura 5.2: diagrama TTT para um aço SAE 1040</p><p>Influência dos elementos de liga adicionados aos aços</p><p>32</p><p>Figura 5.3: diagrama TTT para um aço SAE 5140</p><p>Figura 5.4: Diagrama TTT para um aço SAE 4140</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>33</p><p>Figura 5.5: Diagrama TTT para um aço SAE 4340</p><p>Impurezas nos aços:</p><p>• Os aços mais comuns sempre conterão pequenos teores de S, Si, Mn, às vezes Cu e traços de outros</p><p>metais e metalóides. Estas impurezas podem combinar-se entre si, formando MnS, MnO, SiO2, Al2O3,</p><p>etc., combinar-se com o ferro, formando FeSi, Fe3P, FeS ou com o carbono, formando Mn3C.</p><p>• Elas podem se apresentar na forma de “inclusões”, ou seja, constituintes não dissolvidos no aço,</p><p>como os sulfetos e óxidos mencionados acima, como constituintes de um eutético (Fe3P), como</p><p>soluções sólidas do ferro (FeSi, Fe3P), ou mesmo na cementita (Mn3C).</p><p>• Inclusões podem ser facilmente vistas ao microscópio, já antes de um “ataque metalográfico” (vide</p><p>figura 5.6).</p><p>• Eutéticos somente após o ataque metalográfico.</p><p>• Soluções sólidas não são detectáveis por metalografia ótica, pois, diante de uma microestrutura</p><p>granular homogênea, não se pode afirmar se são grãos de metal puro, ou de solução sólida.</p><p>• A influência das impurezas dissolvidas nos aços, sobre suas propriedades mecânicas, depende de sua</p><p>natureza, quantidade e distribuição e, no caso específico das inclusões, ainda de seu tamanho e</p><p>distribuição.</p><p>Influência dos elementos de liga adicionados aos aços</p><p>34</p><p>Figura 5.6: Inclusões contidas nos aços.</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>35</p><p>Fósforo: é um dos elementos mais nocivos para os aços. À temperatura ambiente, lhes confere grande</p><p>fragilidade. A fragilidade é agravada no caso dos aços que contém teores de carbono mais altos.</p><p>Nos aços, o fósforo localiza-se na ferrita, formando uma solução sólida, geralmente imperceptível ao</p><p>microscópio, principalmente quando seus teores estão abaixo de 0,1%. Às vezes pode-se detectá-lo</p><p>indiretamente (quando está distribuído em longas estrias de ferrita) – vide figura 5.7. Quando os teores de</p><p>fósforo são mais altos do que 0,1%, o aço começa, por vezes, a apresentar texturas grosseiras e resistentes a</p><p>quaisquer tratamentos térmicos que procurem refiná-las. Teores ainda mais elevados como, por exemplo,</p><p>0,4%,P podem formar um eutético a 1.150ºC que traz, como consequência, a ruptura ou o esboroamento do</p><p>aço, quando for deformado a esta temperatura.</p><p>Figura 5.7: estrias típicas de ferrita contendo altos teores de fósforo</p><p>Enxofre: o teor de enxofre geralmente tolerado para o aço é da ordem de 0,05%. Sua presença é facilmente</p><p>detectável ao microscópio, pois forma inclusões, constituídas por sulfetos de ferro e de manganês visíveis,</p><p>antes mesmo de qualquer ataque metalográfico (vide figura 5.6 – inclusões do tipo A).</p><p>Sulfetos de ferro fundem-se a ~1.000ºC, enquanto os sulfetos de manganês, a ~1.600ºC. Como a afinidade do</p><p>enxofre pelo manganês é maior do que a pelo ferro e, desde que haja uma quantidade manganês</p><p>suficientemente alta, haverá predominância na formação do sulfeto de manganês, evitando-se problemas ao</p><p>redor de 1.000ºC. O enxofre é uma impureza muito difícil de ser eliminada e, por esta razão, o teor de</p><p>manganês no aço é, geralmente, mantido ao redor de dez vezes acima daquela do enxofre (teoricamente, duas</p><p>vezes seriam suficientes).</p><p>Aços com teores de enxofre propositadamente altos (0,10% a 0,20%), mas também com teores de manganês</p><p>tão elevados que evitem a formação de sulfetos de ferro (até 1,65%Mn), são empregados para a fabricação de</p><p>peças em tornos automáticos, com a finalidade de produzir cavacos curtos e quebradiços, o que facilita muito a</p><p>obtenção direta de superfícies bem lisas. Tais aços são conhecidos como “aços de corte livre”.</p><p>Influência dos elementos de liga adicionados aos aços</p><p>36</p><p>Silício: Todos os aços-carbono contêm Si em proporções que variam de 0,05% a 0,30%. Nestas proporções,</p><p>ele forma uma solução sólida com o ferro, tornando-se impossível sua detecção ao microscópio. Teores</p><p>maiores do que os mencionados favorecem a formação de inclusões de silicatos (vide figura 5.6 – inclusões do</p><p>tipo C).</p><p>Manganês: a quantidade de manganês que os aços comuns contêm é maior do que as de fósforo e de enxofre.</p><p>Na siderurgia, ele é intencionalmente adicionado como desoxidante. O manganês combina-se inicialmente com</p><p>o enxofre, formando MnS; o excedente liga-se, em parte ao carbono, formando Mn3C e, em parte se difunde</p><p>na ferrita.</p><p>O manganês aumenta a forjabilidade, a “temperabilidade”, a resistência ao choque e o limite de elasticidade do</p><p>aço, porém diminui sua ductilidade.</p><p>Alumínio: Favorece a obtenção de microestruturas com granulações mais finas, formando com o oxigênio o</p><p>composto Al2O3, que se apresenta ao microscópio na forma de inclusões (vide figura 5.6 – inclusões do tipo</p><p>B).</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>37</p><p>CAPÍTULO 6 – OPERAÇÕES DE</p><p>TRATAMENTOS TÉRMICOS</p><p>Luiz Roberto Hirschheimer</p><p>Operações de tratamentos térmicos</p><p>38</p><p>6.1- Recozimentos</p><p>Figura 6.1: processos de recozimento e normalização</p><p>6.1.1- Recozimento subcrítico (alívio de tensões)</p><p>Tem por objetivo aliviar as tensões introduzidas nas peças durante seu processo de fabricação (fundição,</p><p>forjamento a frio), usinagens, solda, etc., recuperando a ductilidade do aço. Normalmente, é realizado a</p><p>temperaturas entre 500°C e 650ºC, seguido de resfriamento lento no próprio forno.</p><p>6.1.2- Coalescimento</p><p>Tratamento térmico destinado a obter a maior ductilidade possível de um aço, para que ele possa ser facilmente</p><p>deformado em operações de forjamento ou trefilação a frio e trefilação. Normalmente é realizado a</p><p>temperaturas mantidas levemente abaixo de A1 (vide figura 3.4), durante cerca de 1 hora+1min/mm, visando</p><p>desestabilizar a perlita ao máximo, seguido de resfriamento lento no forno (10 a 20ºC/h), até cerca de 600ºC. A</p><p>seguir, o resfriamento poderá ser bastante acelerado. Pode-se perceber que esta modalidade de recozimento é</p><p>bastante longa, mas extremamente útil para conseguir altas taxas de produtividade e baixos custos de</p><p>ferramental em operações de deformação a frio.</p><p>O processo é, geralmente, aplicado a bobinas de fio-máquina, ou barras de aço, utilizadas, por exemplo, na</p><p>produção de pinos para pistões de motores a explosão, na fabricação de parafusos, etc.</p><p>A microestrutura resultante será composta por carbonetos esferoidizados, contidos numa matriz ferrítica (vide</p><p>figura 6.2). A taxa mínima de esferoidização aceitável é 85%.</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>39</p><p>Figura 6.2: Ampliação: 750:1; ataque: Nital) Aço hipereutectóide coalescido. Visualizam-se glóbulos</p><p>de carbonetos sobre um fundo de ferrita.</p><p>Uma microestrutura coalescida também pode ser obtida, muito rapidamente, a partir da martensita, quando</p><p>revenida a altas temperaturas.</p><p>6.1.3- Recozimento pleno</p><p>Tratamento térmico destinado a obter microestruturas constituídas por ferrita e perlita (e, eventualmente,</p><p>carbonetos dispersos) – vide figura 6.3.</p><p>O recozimento pleno proporciona a melhor microestrutura possível para as operações de usinagem de peças,</p><p>quando surgem fenômenos de “empastamento” das ferramentas de corte. Presta-se, também, como tratamento</p><p>intermediário entre operações de têmpera e revenido, quando o primeiro beneficiamento não apresentou os</p><p>resultados esperados e as peças precisarem ser retemperadas.</p><p>O recozimento pleno é ainda utilizado para a homogeneização de estruturas brutas de fundição e de estruturas</p><p>soldadas.</p><p>A temperatura mínima utilizada para este tipo de tratamento é de 50ºC acima do ponto A1 (vide figura 3.4),</p><p>por tempos de 2 horas+1min/mm de espessura. O resfriamento deve ser realizado lentamente no forno, até se</p><p>alcançarem temperaturas inferiores a 300ºC.</p><p>Operações de tratamentos térmicos</p><p>40</p><p>(a)</p><p>(b)</p><p>Figura 6.3: (a) (Ampliação: 160:1; ataque: Nital) Aço SAE 1050 recozido. Observam-se grãos de perlita e</p><p>uma rede de ferrita; (b) (Ampliação: 820:1; ataque: Nital) Mesma microestrutura vista em (a), porém</p><p>com maior ampliação. Pode-se notar, perfeitamente, a textura lamelar da perlita.</p><p>6.1.4- Normalização</p><p>Tratamento térmico similar ao recozimento pleno, utilizando-se, contudo velocidades de resfriamento mais</p><p>altas (normalmente, ao ar), o que determina a obtenção de uma microestrutura mais fina. Devido à maior</p><p>velocidade de resfriamento, a dureza final alcançada será superior àquela obtida pelo recozimento.</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>41</p><p>6.2- Têmpera dos aços carbono e de baixa liga</p><p>Figura 6.4: esquema genérico de temperaturas</p><p>em um processo de têmpera</p><p>Tratamento térmico destinado à obtenção da maior resistência à tração, do maior limite de escoamento, da</p><p>maior resistência ao desgaste e, consequentemente, da maior dureza possível de ser alcançada pelo aço tratado.</p><p>Ao mesmo tempo, as propriedades relacionadas à ductilidade sofrem uma apreciável redução.</p><p>Consta, inicialmente, de um aquecimento, que deve ser realizado, no mínimo, a temperaturas de 50ºC acima de</p><p>A1 (vide figura 3.4) - e consulte o fabricante do aço - por um tempo de manutenção adequado (normalmente</p><p>20’+1min/mm) para que ocorra uma austenitização suficiente para a dissolução das quantidades recomendadas</p><p>de carbono e demais elementos de liga contidos no aço.</p><p>O meio de resfriamento pode variar bastante (vide Capítulo 1) e deve ser escolhido em função do aço utilizado,</p><p>da dureza requerida e das deformações/ empenamentos suportáveis pelo projeto.</p><p>O resfriamento, a ser realizado logo após a austenitização, deve ser suficientemente rápido, para impedir a</p><p>precipitação de cementita e dos demais carbonetos dos elementos de liga do aço nos contornos dos grãos -</p><p>lembre-se que a austenita, a temperaturas abaixo daquelas de equilíbrio, encontra-se supersaturada (vide</p><p>Capítulo 4) - e garantir a formação de martensita, tanto na superfície, quanto no núcleo das peças (vide figura</p><p>6.5).</p><p>Figura 6.5: diagrama TTT genérico</p><p>Operações de tratamentos térmicos</p><p>42</p><p>Na condição apenas temperada, as peças se apresentarão naturalmente frágeis, pois o resfriamento brusco</p><p>introduziu tensões microestruturais (austenita ► martensita tetragonal, também chamada martensita branca –</p><p>vide Capítulo 4). A martensita branca possui a mesma composição química da austenita que a originou.</p><p>Grandes variações dimensionais nas peças determinam diferentes velocidades de resfriamento em suas secções</p><p>transversais. Consequentemente, o resfriamento brusco introduz tensões térmicas nas peças.</p><p>Estes dois “inconvenientes” do aço “apenas temperado”, associada a uma dureza excessiva e quase total</p><p>ausência de ductilidade, exigem um tratamento térmico corretivo, posterior, chamado “revenido”.</p><p>6.3- Revenido dos aços carbono e de baixa liga</p><p>O revenido, realizado imediatamente após a têmpera, altera a microestrutura tetragonal da martensita branca,</p><p>reduzindo sua dureza e aliviando as tensões de resfriamento.</p><p>Utilizam-se temperaturas situadas abaixo de A1, permitindo que a cementita e os demais carbonetos dos</p><p>elementos de liga contidos no aço difundam para fora da matriz martensítica branca, precipitando-se nas</p><p>discordâncias (vide Capítulo 2). Num primeiro estágio, acima de 150ºC, ocorre a redução do grau de</p><p>supersaturação da martensita branca, transformando-a em martensita cúbica (de coloração preta). Embora a</p><p>esta temperatura não ocorra uma acentuada queda da dureza, ocorre uma apreciável redução das tensões</p><p>residuais.</p><p>Num segundo estágio, entre 250 e 400ºC, a precipitação dos carbonetos se acentua, com o aparecimento de</p><p>ferrita entre os grãos de martensita e os carbonetos precipitados e a microestrutura, antigamente denominada</p><p>“sorbita” ainda mantém-se acicular. Acima de 400ºC ocorre uma separação completa da ferrita e da cementita.</p><p>A partir de cerca 700ºC, ocorre o crescimento dos grãos de ferrita e o início da esferoidização dos carbonetos,</p><p>como descrito no Capítulo 6 – Coalescimento (vide figura 6.6).</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>43</p><p>Figura 6.6: Alterações sofridas por um aço-carbono, com microestrutura martensítica, quando</p><p>revenido a temperatura crescente, até acima da zona crítica (Hubertus Colpaert).</p><p>A dureza, a resistência à tração, o limite de escoamento caem, em função da temperatura utilizada no</p><p>revenido, enquanto a estricção e o alongamento aumentam, como o mostra a figura 6.7 (aço AISI 4340).</p><p>Os tratamentos de têmpera e revenido sempre estão associados.</p><p>Operações de tratamentos térmicos</p><p>44</p><p>Figura 6.7: Curvas obtidas após tratamento térmico em corpos de prova</p><p>6.4- Martêmpera</p><p>Como a superfície e o núcleo das peças a serem beneficiadas podem apresentar gradientes de resfriamento</p><p>significativamente diferentes durante a têmpera, é possível que, enquanto o núcleo das peças ainda se apresente</p><p>austenítico, a superfície já se tenha transformado em martensita.</p><p>Como a austenita ocupa um volume menor do que a martensita, isto significa que, quando a superfície da peça</p><p>se transforma em martensita ela exerce tensões de tração sobre o núcleo. Se este for o caso, pela lei da ação e</p><p>reação, o núcleo estará comprimindo a superfície. Quando chega o momento do núcleo se transformar em</p><p>martensita, ele passa a tracionar a superfície. Se esta última força de tração superar o limite de resistência do</p><p>aço que está sendo temperado, formar-se-á uma trinca. Se a força de tração for superior ao limite de</p><p>escoamento, mas inferior ao limite de tração, a peça sofrerá empenamentos.</p><p>Estas inconveniências podem ser resolvidas, ao menos parcialmente, por meio de uma variação do processo de</p><p>têmpera, denominada “martêmpera” (vide figura 6.8). Nele, as peças são bruscamente resfriadas até uma</p><p>temperatura mantida acima de Mi, lá permanecendo pelo tempo necessário à equalização das temperaturas da</p><p>superfície e do núcleo e, finalmente, temperadas.</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>45</p><p>Figura 6.8: diagrama esquemático de uma martêmpera.</p><p>Da mesma forma como para a têmpera, após a martêmpera também é necessário revenir as peças.</p><p>Na prática, para se possam obter os benefícios da martêmpera, é quase sempre necessário utilizar aços</p><p>contendo alguns elementos de liga.</p><p>6.5- Austêmpera</p><p>É um processo de tratamento térmico recomendado para peças que requeiram alta tenacidade e alta resistência</p><p>à fadiga mecânica como, por exemplo, molas, anéis elásticos, abraçadores, biqueiras de sapatos de segurança,</p><p>sabres para serras elétricas, componentes para cintos de segurança, etc. Note-se que todos estes exemplos</p><p>necessitam de uma propriedade denominada “efeito mola”.</p><p>O processo caracteriza-se pela transformação isotérmica da austenita em bainita (vide Capítulo 4), a</p><p>temperaturas que variam entre ~400 e 260ºC. Os tempos de permanência nas temperaturas indicadas podem</p><p>durar horas, em função da composição química do aço e da espessura das peças (Figura 6.9).</p><p>Operações de tratamentos térmicos</p><p>46</p><p>Figura 6.9: diagrama esquemático de uma austêmpera</p><p>A escolha do aço para a prática da austêmpera é feita em função de seu diagrama TTT. Aços-carbono devem</p><p>conter > 0,45%C. Dentre os aços de construção mecânica, destacam-se as séries SAE 4150, 4350, 5145, 5160,</p><p>9160, etc.</p><p>O processo determina baixos índices de deformações às peças tratadas.</p><p>Nota importante: jamais se deve revenir uma peça austemperada, sob a pena de perderem-se as propriedades</p><p>intrínsecas da bainita que foi obtida.</p><p>6.6- Solubilização</p><p>Tratamento térmico que visa dissolver um ou mais constituintes do aço que tenham sido precipitados durante</p><p>alguma etapa de seu processo de fabricação, promovendo o aumento de sua ductilidade (redução da dureza), o</p><p>alívio das tensões introduzidas por processos de soldagem, a homogeneização microestrutural de aços micro</p><p>fundidos e de aços envelhecíveis por precipitação, etc.</p><p>No caso específico dos aços inoxidáveis austeníticos, a solubilização dissolve os precipitados formados durante</p><p>alguma fase de seu processamento, ou utilização, de modo a garantir a máxima resistência à corrosão possível.</p><p>As temperaturas (similares às utilizadas nos processos de recozimento) e os tempos de manutenção devem ser</p><p>adequados a cada tipo de aço; a velocidade de resfriamento precisa</p><p>ser suficientemente rápida para garantir a</p><p>manutenção dos elementos dissolvidos na solução sólida.</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>47</p><p>CAPÍTULO 7 – TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS-</p><p>FERRAMENTA</p><p>Luiz Roberto Hirschheimer</p><p>Tratamentos térmicos dos aços-ferramenta</p><p>48</p><p>7.1- O que são aços-ferramenta?</p><p>São aços que, depois de temperados e revenidos, deverão resistir a grandes e variados esforços mecânicos e</p><p>ambientais, tais como atrito, corrosão, impacto, etc. e, tudo isso ainda sem entortar ou deformar durante o uso.</p><p>Enfim, espera-se que estes aços apresentem propriedades que garantam vida longa a uma ferramenta de corte,</p><p>a um estampo, a um molde para injeção de plástico ou de alumínio, a uma matriz de forjamento, etc.</p><p>7.2- Como escolher o aço correto para a confecção de um ferramental?</p><p>É preciso conhecer – e muito bem – quais são os esforços (condições de trabalho) que a ferramenta precisa</p><p>suportar. Perguntas como as que aparecem abaixo, precisam ser respondidas por pessoas experientes.</p><p>• Qual é a temperatura máxima que a ferramenta atinge durante o trabalho?</p><p>• O meio ambiente com o qual a ferramenta entra em contato é corrosivo?</p><p>• Qual é o tipo de material que a ferramenta vai trabalhar (aço, ferro fundido, materiais não-ferrosos,</p><p>plásticos, borrachas)?</p><p>• A função da ferramenta será cortar, forjar, puncionar, dobrar, fresar, brunir, extrudar, enfim, o que a</p><p>ferramenta deverá fazer?</p><p>• Durante o trabalho, a ferramenta estará sujeita a vibrações, ou permanecerá bem firme, presa ao “porta</p><p>ferramentas”?</p><p>Vamos dar um exemplo muito simples do que significa “experiência do fabricante” - O que é que um usuário</p><p>leigo julga que uma chave de fenda precisa, para ser considerada de boa qualidade?</p><p>• A princípio, qualquer um diria que ela precisa ser bastante forte (ter resistência mecânica)</p><p>para suportar torções (rigidez) e, ainda, ser mais dura do que os parafusos. Mas quantas</p><p>vezes já vimos pessoas usarem uma chave de fenda para abrir a tampa de uma lata de tinta</p><p>que estava emperrada, ou mesmo para fazer furações? Bem, se a chave de fenda for rígida</p><p>demais, ao tentar abrir a tampa, ela poderá quebrar (e machucar bastante a pessoa que está</p><p>fazendo isto). Logo, ela também precisa suportar um pouco de flexão e algumas pancadas</p><p>(ter tenacidade). Então, boas chaves de fenda precisam ser fabricadas com aços que</p><p>apresentem, após o tratamento térmico, estas duas características - rigidez e tenacidade.</p><p>• Atenção: O exemplo que descrevemos acima é apenas ilustrativo, pois raramente utilizam-</p><p>se “aços-ferramenta” na confecção de chaves de fenda.</p><p>Os fabricantes dos aços-ferramenta gastam muito tempo e dinheiro para desenvolver seus produtos. Logo,</p><p>sempre será bom consultá-los para a escolha do aço mais adequado, em cada caso particular.</p><p>7.3- Etapas do tratamento térmico</p><p>7.3.1- Limpeza das peças</p><p>Antes de se iniciar qualquer tipo de tratamento térmico (não só de ferramentas) é muito importante que as</p><p>peças estejam livres de todo tipo de resíduos aderentes às superfícies (óleos, ferrugens, cavacos, traços de</p><p>metais não ferrosos, etc.). Se este cuidado não for tomado, o aquecimento até a temperatura de têmpera</p><p>(austenitização) poderá causar muitos danos ao aço (descarbonetação, corrosão superficial, etc.), podendo</p><p>chegar até a provocar trincas quando a peça for temperada (resfriamento brusco), como veremos no capítulo</p><p>7.3.4.1.</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>49</p><p>Além dos danos causados às ferramentas, a falta da limpeza prévia contribui para a deterioração dos fornos</p><p>usados no tratamento térmico. Quando o processo é realizado em banhos de sais, a sujeira desequilibra a</p><p>composição química do sal (prejudica seu caráter neutro em relação à corrosão e ao teor de carbono superficial</p><p>do aço - causará descarbonetação). Outra consequência disto será o aumento do consumo do sal.</p><p>Quando o tratamento térmico for realizado em fornos a vácuo, ou sob a proteção de atmosferas gasosas, a</p><p>presença de resíduos facilmente “evaporáveis” (restos de óleos, de metais leves como alumínio, zamak, etc.)</p><p>estragam os componentes internos do equipamento, reduzindo sua vida útil e aumentando a necessidade de se</p><p>efetuarem manutenções corretivas, o que significa “aumento do custo operacional”.</p><p>7.3.2- Pré-aquecimento</p><p>O pré-aquecimento tem três finalidades:</p><p>1ª) Reduzir a fragilidade, poligonalizando (redistribuindo o posicionamento) as novas discordâncias que foram</p><p>introduzidas no material pelas operações mecânicas de fabricação das peças (isto ocorre a temperaturas abaixo</p><p>de 400°C) – vide figura 7.1.</p><p>Figura 7.1: pologonalização das discordâncias</p><p>2ª) Aliviar as tensões de tração e compressão introduzidas no material durante a fabricação das peças (isto</p><p>ocorre, normalmente, entre 450 e 650°C).</p><p>• “Dica” importante: quando as operações de usinagem chegam ao ponto de remover cavacos de</p><p>coloração azulada, é sinal de que o limite de escoamento do aço foi bastante ultrapassado. Um</p><p>procedimento de alívio de tensões reduzirá este estado ao mínimo, porém quase sempre será</p><p>acompanhado de alongamento (deformação da peça/ ferramenta que está sendo tratada).</p><p>3ª) Reduzir os custos da energia de aquecimento gasta pelos fornos de austenitização (o tempo para atingir</p><p>850°C partindo-se, por exemplo, de 350°C, será menor do que se o aquecimento se iniciasse à temperatura</p><p>ambiente).</p><p>7.3.3- Aquecimento</p><p>7.3.3.1- Velocidade de aquecimento</p><p>Embora exista o mito de que um aço-ferramenta se aqueça muito mais rapidamente na superfície do que no</p><p>núcleo e, que a superfície poderia apresentar-se superaquecida enquanto o núcleo ainda se encontrasse frio,</p><p>esta afirmação não é verdadeira. Isto só acontece nos estágios iniciais do aquecimento; à medida que o</p><p>aquecimento se aproxima a temperaturas próximas (± 30°C) às da austenitização completa, as duas</p><p>temperaturas se equivalem, independentemente da massa da peça – vide figura 7.2. Este é um fato muito</p><p>Tratamentos térmicos dos aços-ferramenta</p><p>50</p><p>importante para que se compreendam alguns dos fenômenos que poderão ocorrer durante o tratamento</p><p>térmico destes tipos de aços, como veremos nos capítulos seguintes (formação de trincas de têmpera,</p><p>empenamentos, crescimento dos grãos, precipitação de carbonetos nos contornos dos grãos, etc.).</p><p>Figura 7.2: registro gráfico de temperatura de aquecimento de um forno</p><p>7.3.3.2- Cuidados necessários devidos à geometria das ferramentas</p><p>Dificilmente, as matrizes, estampos, moldes, etc. têm formatos simétricos. Todos apresentam variações, isto é,</p><p>paredes mais finas e outras mais grossas. É preciso evitar que secções mais delgadas alcancem a temperatura de</p><p>austenitização completa, antes daquelas mais espessas. Por isto, e também para permitir certas acomodações</p><p>micro estruturais (Capítulo 2), o aquecimento até a temperatura de austenitização deve ser feito lentamente (em</p><p>etapas de pré-aquecimento).</p><p>Mas atenção: Quando as diferenças entre as espessuras das paredes de uma determinada ferramenta são muito</p><p>grandes, recomenda-se fazer uma “compensação de paredes”. Isto normalmente é feito (tanto para tratamentos</p><p>em banhos de sais, quanto para tratamentos a gás, ou a vácuo) mediante a utilização de materiais refratários</p><p>como, por exemplo, mantas utilizadas para o revestimento de fornos – vide figura 7.3.</p><p>Figura 7.3: compensação de paredes mediante a utilização de mantas refratárias</p><p>Peças com geometrias bem simples podem ser pré-aquecidas em uma única etapa; peças mais complexas</p><p>podem requerer três ou, até mais pré-aquecimentos.</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos</p><p>dos aços</p><p>51</p><p>Exemplos:</p><p>• Um único pré-aquecimento entre 400°C e 650°C.</p><p>• Um segundo pré-aquecimento a uma temperatura próxima à do início da transformação austenítica (±</p><p>850°C).</p><p>• Se a ferramenta for geometricamente muito complexa, a uma temperatura intermediária entre as duas</p><p>acima citadas.</p><p>7.3.3.3- Temperatura de austenitização</p><p>Deve ser escolhida de modo a dissolver (solubilizar) a quantidade correta (recomendada) de carbono e</p><p>elementos de liga na austenita.</p><p>Os fabricantes de aços-ferramenta sempre indicam um intervalo (faixa) de temperaturas a ser respeitado. Se</p><p>prestarmos a devida atenção para a composição química destes aços, poderemos perceber que, quanto maiores</p><p>forem os teores de elementos de ligas formadores de carbonetos de pequenas dimensões (*), menores deverão</p><p>ser as temperaturas escolhidas (dentre as recomendadas) pelo fabricante do aço.</p><p>(*) TiC, ZrC, HfC, VC, V4C3, NbC, Nb4C3, TaC, Ta2C, MoC, Mo2C, W2C, WC, Cr3C2, Cr7C3.</p><p>Se esta “regrinha” não for observada, fatalmente os carbonetos citados acima serão dissolvidos em excesso na</p><p>matriz austenítica do aço, estabilizando-a. Em consequência disto, as curva de início (Mi) e fim (Mf) da</p><p>formação de martensita serão deslocadas para a direita (tempos maiores) e para baixo (temperaturas menores) –</p><p>vide figura 7.4 - Isto quer dizer que, se o meio de resfriamento for mantido, haverá uma maior quantidade de</p><p>austenita retida, ao final da têmpera.</p><p>A presença de uma quantidade excessiva de austenita após a têmpera (austenita retida) pode contribuir para que</p><p>os pequenos carbonetos não sejam precipitados corretamente nas discordâncias, quando forem revenidos. Em</p><p>consequência disto, eles não contribuirão para o bloqueio de seus movimentos, quando a ferramenta for</p><p>submetida a esforços de fadiga.</p><p>Tratamentos térmicos dos aços-ferramenta</p><p>52</p><p>Figura 7.4: Diagrama TTT de um aço do tipo AISI H11, temperado de 1.030 e de 1.100ºC</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>53</p><p>7.3.4- Têmpera</p><p>O resfriamento brusco de um aço que foi previamente austenitizado impede que o carbono e os demais</p><p>elementos de liga, que foram dissolvidos na matriz austenítica durante o aquecimento, se precipitem e a</p><p>“empobreçam”.</p><p>Se a velocidade do resfriamento for insuficiente (lenta demais), uma parte do carbono e dos elementos de liga,</p><p>que estavam dissolvidos na austenita, poderá precipitar-se nos contornos dos grãos – não se pode esquecer</p><p>que, à medida que a austenita vai sendo esfriada sua capacidade de manter elementos dissolvidos diminui.</p><p>Consequentemente, sua contribuição para a melhoria das propriedades mecânicas desejadas será prejudicada.</p><p>Pior ainda é o fato de que os carbonetos precipitados nos contornos dos grãos são extremamente duros e</p><p>grandes o suficiente para fragilizarem o aço – vide figura 7.5.</p><p>Figura 7.5: carbonetos precipitados nos contornos dos grãos, devido a um resfriamento demasiadamente lento.</p><p>Se a têmpera for corretamente executada, a composição química da austenita permanecerá inalterada, durante</p><p>todo o resfriamento.</p><p>A certa altura do resfriamento, quando a austenita alcança temperaturas situadas ao redor de 450°C, algumas</p><p>regiões começam a se transformar diretamente em martensita, enquanto outras permanecem austenítica</p><p>supersaturadas.</p><p>Na medida em que o resfriamento prossegue (a temperatura vai diminuindo), a transformação martensítica se</p><p>estende por toda a peça, até alcançar a temperatura Mf seja alcançada.</p><p>A alta dureza da martensita deve-se ao acúmulo de tensões localizadas, produzidas pelos carbonetos que não</p><p>deixaram suas posições (não se precipitaram da austenita) durante o escorregamento dos planos cristalográficos</p><p>(reação martensítica). A martensita obtida encontra-se supersaturada. Neste estado (imediatamente após a</p><p>têmpera), ela é denominada “martensita branca” e é muito frágil.</p><p>É interessante reparar no fato de que os elementos de liga somente substituem as posições dos átomos de ferro</p><p>no reticulado cristalino e, consequentemente, contribuem muito pouco para o aumento do estado de tensões</p><p>(dureza).</p><p>Tratamentos térmicos dos aços-ferramenta</p><p>54</p><p>7.3.4.1- Cuidados especiais na execução da têmpera</p><p>A receita para evitarem-se trincas de têmpera é muito simples – basta assegurar que a superfície das peças</p><p>permaneça com tensões compressivas.</p><p>Isto é facilmente explicável; basta lembrar que:</p><p>• A martensita tem volume maior do que o da austenita, da bainita e da perlita.</p><p>• O início da transformação da austenita em bainita ou perlita sempre ocorre antes da formação da</p><p>martensita.</p><p>• Logo, é preciso assegurar que o núcleo das ferramentas que estão sendo temperadas inicie sua</p><p>transformação metalográfica antes da superfície. Utilizando-se este raciocínio, é possível entender</p><p>porque peças descarbonetadas podem trincar durante a têmpera.</p><p>7.3.5- Revenido</p><p>O revenimento dos aços ferramenta de alta liga é um fenômeno regido pela difusão dos carbonetos dissolvidos</p><p>na matriz austenítica supersaturada, e que começam a se precipitar em determinadas regiões. Basicamente,</p><p>ocorre em quatro etapas:</p><p>• Entre 100° e 200ºC: forma-se o carboneto Ɛ (Fe2,4C), iniciando-se a transformação da martensita</p><p>tetragonal (branca) em cúbica (mais facilmente revelada por um ataque metalográfico com solução de</p><p>Nital). Ocorre uma pequena redução de volume, mas a quantidade de austenita retida não se altera.</p><p>• Até cerca de 300ºC: a maior difusibilidade dos carbonetos contidos na austenita supersaturada permite</p><p>que quase toda a austenita retida se transforme em martensita. Os carbonetos Ɛ começam a se</p><p>transformar em cementita (Fe3C). Neste estágio do revenimento, a matriz metalográfica pode</p><p>apresentar-se frágil devido à elevada presença de martensita branca junto a carbonetos que se</p><p>precipitaram. Quanto maior for a quantidade de austenita retida neste estágio, maior será a intensidade</p><p>deste fenômeno (fragilidade de revenido).</p><p>• Até cerca de 400ºC: os carbonetos Ɛ se transformam completamente em cementita, na forma de</p><p>plaquetas ou mesmo de pequenos glóbulos. A martensita se empobrece em carbono, contraindo-se.</p><p>• Acima de 450ºC: os carbonetos precipitados aumentam de tamanho, formando carbonetos complexos</p><p>(de ferro e elementos de liga). Ocorre um aumento da dureza, devido a fenômenos de endurecimento</p><p>secundário – vide figura 7.6.</p><p>Figura 7.6: Diagrama de revenimento de um aço tipo AISI H13</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos dos aços</p><p>55</p><p>Deve-se evitar o intervalo de temperaturas entre 450° e 550ºC para evitar a ocorrência da fragilidade de</p><p>revenido. Para evita-la, deve-se “cortar” imediatamente a ação do revenimento - ou seja, impedir o crescimento</p><p>dos carbonetos complexos - resfriando-se rapidamente a carga. Aços contendo molibdênio (Mo) são menos</p><p>propensos a este tipo de problema.</p><p>7.3.5.1- Número de operações de revenido</p><p>Quanto maior for a “quantidade de operações de revenimento”, melhor será a distribuição dos carbonetos</p><p>precipitados e, consequentemente, sua contribuição para o desempenho das ferramentas tratadas. Na prática,</p><p>considerando-se todos os fatores técnicos e econômicos do processo, 3 revenimentos são, normalmente,</p><p>suficientes.</p><p>7.3.5.2- Tempo de revenido</p><p>A prática demonstra que um tempo mínimo de 2 horas (na temperatura indicada pelo fabricante do aço), para</p><p>cada operação de revenimento, é suficiente para ferramentas com espessuras de parede de até 25 mm. Para</p><p>espessuras maiores deve-se acrescentar mais 1 hora (ao tempo mínimo de 2 horas) para cada 20 mm de</p><p>espessura.</p><p>7.4- Tratamentos térmicos dos aços rápidos</p><p>Aços rápidos diferem dos demais aços ferramenta de alta liga por possuírem teores de carbono e de elementos</p><p>de liga ainda mais altos. Isto</p>