Metalografia e Tratamento Térmico

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20/12/2012
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METALOGRAFIA E METALOGRAFIA E 
TRATAMENTO TÉRMICOTRATAMENTO TÉRMICO
Professor Me. Paulo Machado
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TRATAMENTOS TÉRMICOSTRATAMENTOS TÉRMICOS
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1- INTRODUÇÃO
•HISTÓRIA
Os processos de tratamento térmico dos aços são
conhecidos pela humanidade há pelo menos 3.000 anos. A
literatura medieval cita processos “ mágicos ” de tratamento
de espadas, as espadas de Damasco eram aquecidas
ate à cor do sol e depois resfriadas para endurecimento
ao serem enfiadas na barriga de escravas.
1- INTRODUÇÃO
•DEFINIÇÃO
-É o conjunto de operações de aquecimento e resfriamento
a que podem ser submetidos os materiais, FERROSOS E
NÃO FERROSOS, sob condições controladas de
TEMPERATURA, TEMPO, ATMOSFERA E VELOCIDADE
DE RESFRIAMENTO, com o objetivo de alterar as suas
propriedades ou conferir-lhes características determinadas.
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1- INTRODUÇÃO
•OBJETIVOS
-Remoção de tensões internas causadas por resfriamento
desigual ou Trabalho Mecânico à Frio;
-Aumento ou diminuição da: Dureza; Resistência Mecânica;
Ductilidade; Usinabilidade; Resistência ao Desgaste;
Propriedades de Corte; Resistência à Corrosão; Resistência
ao Calor e Propriedades Elétricas ou Magnéticas.
2- FATORES DE INFLUÊNCIA NOS 
TRATAMENTOS TÉRMICOS
•VELOCIDADE DE AQUECIMENTO
- Deve ser levada em conta quando o aço apresentar
tensões residuais devido ao encruamento prévio ou
estado inteiramente martensítico porque, nessas
condições, um aquecimento muito rápido pode provocar
empenamento ou aparecimento de fissuras.
Figura – Esquema 
ilustrando a 
Velocidade de 
Aquecimento, 
necessária ao 
desenvolvimento do 
Tratamento 
Térmico.
s
N
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2.1- AQUECIMENTO
A3 (limite superior da 
zona crítica acima da 
qual a estrutura 
apresenta-se 
totalmente 
austenítica) e A1 
(entre A1 e A3 
encontramos 
austenita e ferrita), 
para aços 
hipoeutetóides)
2.1- AQUECIMENTO
Acm (limite superior 
da zona crítica acima 
da qual a estrutura 
apresenta-se 
totalmente 
austenítica) e A1 
(entre A1 e Acm 
encontramos 
austenita e 
cementita), para aços 
hipereutetóides)
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2.1- AQUECIMENTO
�� TemperaturaTemperatura
Abaixo da linha A1 
���� em que
ocorre nenhuma
transformação
(600-620oC)
Ou linha crítica
723 °°°°C
2.1- TEMPERATURA DE AQUECIMENTO
•OBSERVAÇÃO
- Estará relacionada com o teor de carbono, quando tratar-
se de um aço, uma vez que: quanto mais elevada a
temperatura acima da zona crítica mais completa poderá
ser a dissolução das fases no ferro gama ( Fe-γγγγ );
entretanto, maior o tamanho de grão da austenita ( γγγγ ) ⇔⇔⇔⇔
desvantagem maior do que vantagem.
Figura – Esquema 
ilustrando a 
influência da 
Temperatura sobre o 
Tamanho de Grão 
[TG].
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2.2- TEMPO DE AQUECIMENTO
-Tempo de Permanência à Temperatura de Aquecimento:
Influência semelhante a da temperatura de aquecimento,
quanto mais longo o tempo, na temperatura de tratamento
maior o tamanho de grão. Esta etapa do tratamento térmico
é também conhecida como encharcamento e destina-se a
homogeneização química e física da austenita.
Figura – Esquema 
ilustrando a Parada 
Térmica, necessária 
ao desenvolvimento do 
Tratamento Térmico.
2.1- TEMPO DE AQUECIMENTO
-Tempos muito longos, apesar de possibilitarem a completa
dissolução de carbonetos ou outras fases presentes no Fe-
γγγγ, podem causar a oxidação ou a descarbonetação e o
conseqüente crescimento do tamanho de grão do aço ⇔
desvantagem maior do que vantagem.
Figura – Esquema 
ilustrando a 
influência do Tempo 
sobre o Tamanho de 
Grão [TG].
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2.2- ATMOSFERA DO FORNO
- No tratamento térmico de peças de aço deve-se evitar dois
fenômenos; A OXIDAÇÃO, pela formação de casca de
óxido e A DESCARBONETAÇÃO, pela formação de uma
camada mais mole na superfície da peça. Tais fenômenos
podem ser evitados com o uso de uma atmosfera protetora
ou controladora no interior da câmara do forno, a qual, ao
prevenir a formação da casca de óxido, evita o uso de
métodos de limpeza e, ao eliminar a descarbonetação,
garante uma superfície uniformemente dura e resistente ao
desgaste.
2.2- ATMOSFERA DO FORNO
- As atmosfera mais comuns são as obtidas pela combustão
total ou parcial de carvão, óleo e gás, e estas atmosferas
podem apresentar Oxigênio ( O ), Nitrogênio ( N ), Anidrido
com CO2, Vapor d´agua, CO, H, Hidrocarbonetos.
Entretanto, é preciso sempre um estudo cuidadoso das
proporções corretas dos vários constituintes de uma
atmosfera protetora para que, no tratamento normal do aço,
sejam evitadas tanto A OXIDAÇÃO como A
DESCARBONETAÇÃO e A CARBONETAÇÃO.
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2.2- ATMOSFERA DO FORNO
•EXEMPLO
- O oxigênio sempre e o CO, sob certas condições, podem
provocar a descarbonetação do aço.
-Os Hidrocarbonetos sempre e o CO, sob certas
condições, podem carbonetar o aço.
Reações de Oxidação:
2 Fe+O2 ⇒ 2 FeO ⇒ provocada pelo O2
Fe+CO2 ⇒ FeO+CO ⇑ ⇒ provocada pelo CO2
Fe+H2O⇑ ⇒ FeO+H2 ⇑ ⇒ provocada pelo H2O ⇑
2.2- ATMOSFERA DO FORNO
Reações de descarbonetação [oxidação
preferencial do carbono, pode ocorrer abaixo de A1,
no Fe3 C, ou acima de A1, na austenita ( γ )].
2C + O2 ⇒ 2CO ⇒ provocada pelo O2
C + CO2 ⇒ 2CO2 ⇒ provocada pelo CO2
C + 2H2 ⇒ CH4 ⇒ provocada pelo H2O ⇑
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2.3- EMPACOTAMENTO
-Consiste em proteger a peça contra o oxigênio do
ar atmosférico que em contato com o carbono em
presença de temperatura considerável, forma os
gases monóxido de carbono (CO) e o dióxido de
carbono (CO2).
2.4- RESFRIAMENTO
-É o fator mais importante no tratamento térmico
dos metais por possibilitar efetivamente a obtenção
da microestrutura e, consequentemente, determina
as propriedades finais do elemento em estudo.
Pela VELOCIDADE DE RESFRIAMENTO DA
AUSTENITA pode-se obter ARRANJOS
ESTRUTURAIS que agregam a ferrita + perlita [ αααα
+ (αααα + Fe3C )]; só a perlita (αααα + Fe3C ); cementita
+ perlita [Fe3C + (αααα + Fe3C )]; a bainita e,
finalmente, a martensita.
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2.4- RESFRIAMENTO
-Entretanto, não pode ser esquecido que tais
possibilidades dependem de componentes como:
a composição química do aço, as dimensões do
elemento, a capacidade de extração de calor do
meio refrigerante.
- Os meios de resfriamentos podem ser:
2.4- RESFRIAMENTO
Tabela 2.1 - Severidade de Têmpera ( H ) para alguns meios de 
resfriamentos
Meios de Resfriamentos Situação Severidade ( H )
Ar calmo 0,02
Óleo sem agitação 0,20
Óleo com agitação moderada 0,35
Óleo com forte agitação 0,50
Óleo com agitação violenta 0,70
Água sem agitação 1,00
Água com forte agitação 1,50
Salmoura sem agitação 2,00
Salmoura com agitação violenta 5,00
- Na escolha do meio de resfriamento é preciso
conciliar o tipo de estrutura final desejada, a
profundidade a alcançar, a maior seção e forma da
peça, para evitar empenamentos, distorções ou
mesmo trincas na mesma.
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2.5- DETERMINAÇÃO DO TEMPO TOTAL DE 
TRATAMENTO
Figura – Esquema ilustrativo de um ciclo total de 
tratamento térmico
t1 = Tempo de 
aquecimento ( t1
= ½ hora/pol ou 
1,18 min/mm )
2.5- DETERMINAÇÃO DO TEMPO TOTAL DE 
TRATAMENTO
Figura – Esquema ilustrativo de um ciclo total de 
tratamento térmico
t2 = Tempo de 
encharcamento
(t2 = 1 h/pol ou 
2,36 min/mm)
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2.5- DETERMINAÇÃO DO TEMPO TOTAL DE 
TRATAMENTO
Figura – Esquema ilustrativo de um ciclo total de 
tratamento térmico
t3 = Tempo total 
( tT = 3/2 
hora/pol ou 
3,54 min/mm )
2.5- DETERMINAÇÃO DO TEMPO TOTAL DE 
TRATAMENTO
-Exemplo:no caso do CP ter 13 mm, obtém-se
para:
t1 = 1,18 min/mm x 13 mm = 15,34 min; t2 = 2,36
min/mm x 13 mm = 30,68 min.
tT = 3,54 (min/mm ) x 13 mm = 46 min.
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2.5- DETERMINAÇÃO DO TEMPO TOTAL DE 
TRATAMENTO
OBS:
-Quando se coloca a peça na temperatura de
tratamento, por precaução, devido ao
empacotamento, deve-se adicionar 5 min ao valor
de tT.
-Em fornos com o meio de aquecimento líquido o
tempo total é de ¼ dos valores obtidos
anteriormente.
2.6- DETERMINAÇÃO DA TEMPERATURA DE 
TRATAMENTO
-Esta temperatura é obtida com o auxílio do
diagrama de equilíbrio da liga ou aço, sendo
dependente das suas composições química e
finalidades (tipos) do tratamento térmico.
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3- TRATAMENTOS TÉRMICOS
-Os tratamentos térmicos usuais aplicados nos
aços podem ser:
Normalização; Recozimento; Coalescimento; 
Têmpera; Revenido; Martêmpera e Austêmpera.
3.1- NORMALIZAÇÃO
•DEFINIÇÃO
- Consiste no aquecimento do aço a uma temperatura
acima da zona crítica, seguido de resfriamento ao ar.
•OBJETIVO
- Visa principalmente refinar a granulação grosseira de
peças de aço fundido ( texturas brutas de fusão ), que não
sofreu processo mecânico; Eliminar encruamento ( pontos
duros na estrutura oriundos de processos mecânicos à frio
); Dar ao aço suas características normais por
homogeneizar química e fisicamente a sua estrutura.
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3.1.1- DETERMINAÇÃO DA TEMPERATURA DE 
NORMALIZAÇÃO
-A título de sugestão existem autores que propõe os
seguintes intervalos de temperatura para nos aços:
Hipo–eutetóides – (A3 + 50) oC; 
Eutetóides – ( A1 + 50 ) oC; 
Hiper–eutetóides – (Acm+ 50) oC.
Figura: Esquema 
ilustrativo de um 
ciclo de 
Normalização 
Enfatizando a 
determinação da 
temperatura.
3.1.1- DETERMINAÇÃO DA TEMPERATURA DE 
NORMALIZAÇÃO
- Cujos produtos estruturais a temperatura ambiente são:
Ferrita (α) e Perlita (α + Fe3C) para os aços Hipo–
eutetóides ;
Perlita (α + Fe3 C) para os aços Eutetóides;
Perlita (α + Fe3 C) e Cementita (Fe3 C) para os aços Hiper–
eutetóides.
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3.1.1- DETERMINAÇÃO DA TEMPERATURA DE 
NORMALIZAÇÃO
-Para um aço hipo-eutetóide temos a seguinte
microestrutura:
[A] [B]
Figura 2.4.1 – Foto micrográfica de um aço carbono comum ASTM
A635/1016 ou A659/1016, [0,12-0,18]%C (max). Espessura ¾ Pol.: Em [A]
Ataque Nital 2%, 15seg., 500X – As áreas escuras são Perlitas e as áreas
claras são Ferritas; Em [B] Ataque Nital 4%, 10seg., 500X – As áreas
claras são Ferritas.
3.1.1- DETERMINAÇÃO DA TEMPERATURA DE 
NORMALIZAÇÃO
- Entretanto, deve-se sempre lembrar que, rigorosamente,
os resultados destes tratamentos térmicos dependem da
espessura da peça pois as velocidades de resfriamento são
maiores para peças delgadas do que em peças grossas.
Figura: Esquema 
ilustrativo de um 
ciclo de 
Normalização 
enfatizando a 
velocidade de 
resfriamento 
moderada.
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3.2- RECOZIMENTO
•DEFINIÇÃO
- Consiste no aquecimento do aço acima da zona crítica
durante o tempo necessário e suficiente para se ter solução
de carbono ou elemento de liga, no ferro gama (Fe-γ),
seguido de resfriamento lento. Deixando que a peça resfrie
junto com o forno.
•PODEM SER CLASSIFICADOS EM:
- Recozimento Total ou Pleno; Isotérmico ou Cíclico: Para
alívio de tensões.
3.2- RECOZIMENTO
•OBJETIVO
- Remover tensões devidas aos trabalhos mecânicos à frio
ou à quente; Alterar as propriedades mecânicas; Modificar
as características elétricas e magnéticas; Ajustar o tamanho
de grão; Regularizar as texturas brutas de fusão, remover
gases, ....mas principalmente diminuir a dureza para
melhorar a usinabilidade do aço.
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3.2.1- DETERMINAÇÃO DA TEMPERATURA 
TOTAL DE RECOZIMENTO PLENO
-A título de sugestão existem autores que propõe os
seguintes intervalos de temperatura para nos aços:
Hipo–eutetóides – (A3 + 50) oC; 
Eutetóides – ( A1 + 50 ) oC; 
Hiper–eutetóides – (A1 + 50) oC.
Figura: Esquema 
ilustrativo de um 
ciclo de 
Recozimento 
pleno para aços 
carbono comum.