Unidade 7 - Tratamentos Térmicos

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Princípios da Ciência e Tecnologia 
dos Materiais
CCE 0291 (2 créditos)
Fábio Oliveira
2015/2
Unidade 7 
Tratamentos Térmicos
Introdução
Tratamento térmico pode ser definido como o
aquecimento ou resfriamento controlado dos
metais feito com a finalidade de alterar suas
propriedades físicas e mecânicas, sem alterar a
forma do produto final.
Introdução
Nem sempre os tratamentos térmicos são
intencionais. Algumas vezes, peças metálicas
sofrem tratamentos térmicos, durante o
processo de fabricação, que podem alterar as
propriedades de forma prejudicial.
Introdução
Como exemplo pode-se citar a operação de
soldagem de estruturas de aço, que ao serem
aquecidas até temperaturas elevadas podem sofrer
têmpera e fragilização, na zona termicamente
afetada (ZTA), comprometedendo a tenacidade de
todo o material.
Introdução
Os tratamentos térmicos são frequentemente
associados com o aumento de resistência do
material. Entretanto, podem ser utilizados para
alterar características como usinabilidade ou
estampabilidade.
Introdução
Pode-se dizer, então, que os tratamentos
térmicos são processos de fabricação que
facilitam outros processos de fabricação e
aumentam o desempenho dos produtos através
do aumento da resistência mecânica ou de
outras propriedades.
Fases 
• Austenita: é uma solução em estado sólido de cementita
no ferro, ou seja, cristais mistos que contêm átomos de
ferro.
• Ferrita: é o ferro praticamente puro. Possui estrutura CCC
abaixo de 906 °C e estrutura CFC acima desta
temperatura.
• Cementita: é o carboneto de ferro (Fe3C), isto é, uma
combinação química de ferro e carbono.
Fases 
• Perlita: microestrutura para o aço eutetóide, composta
por camadas ou lamelas alternadas de ferrita e
cementita.
• Bainita: composta por “agulhas” de cementita em uma
matriz de ferrita.
• Martensita: é resultado da transformação da austenita
sem o processo de difusão. Esta fase compete com a
formação de perlita e bainita.
Diagrama de Equilíbrio Fe-C
Diagrama de Equilíbrio Fe-C
Reação Eutética: uma fase líquida se
transforma em duas fases sólidas.
Reação Eutetóide: uma fase sólida se
transforma em duas fases sólidas.
Resumo de Fases no Diagrama Fe-C
Aços X Fases
• 0 à 0,80% C: o aço é
composto por ferrita e perlita.
• 0,80 à 0,90% C: o aço é
perlítico.
• Acima de 0,90% C: o aço é
composto de perlita e cementita.
Tratamentos Térmicos
Temperaturas de Transformação - Austenita
Recozimento
O recozimento consiste em elevar lentamente
a temperatura do aço até aproximadamente 50
°C acima da temperatura crítica de
austenitização e, em seguida, deixá-lo resfriar
dentro do forno com uma velocidade de ± 25
°C/h até 50 °C abaixo da zona crítica.
Recozimento
Este tratamento garante ductilidade ao aço que,
antes possuía um comportamento frágil.
Normalização
A normalização do aço é feita quando se
deseja refinar o grão do material. Este
tratamento consiste no aquecimento do aço até
60 °C acima da temperatura de austenitização,
garantindo a formação de uma estrutura 100%
austenítica. Em seguida, o aço é retirado do
forno e deixado resfriar ao ar.
Normalização
Como a velocidade de resfriamento é heterogênea,
a microestrutura obtida também será.
Normalização
Têmpera
A têmpera consiste no aquecimento do aço até
uma temperatura 50 °C acima da temperatura
crítica para formação da austenita e, em seguida
resfriá-lo bruscamente em água, óleo ou meios
de têmpera de composição química especial.
Têmpera
O microconstituinte obtido após o tratamento de
têmpera é a martensita, muito dura e frágil.
Têmpera
Têmpera
Como a taxa de resfriamento é alta, obtém-se,
na verdade, um gradiente de temperaturas
entre a superfície e o centro da peça. Então se a
têmpera foi feita em peças de espessuras
médias e grandes o aço pode apresentar
microestruturas e propriedades mecânicas
diferentes.
Têmpera
Revenimento
O tratamento de têmpera torna as peças muito
duras e frágeis. Geralmente as peças temperadas
são sempre revenidas, visando baixar a dureza e
aumentar a tenacidade. A peça é submetida a um
aquecimento lento até 230 °C. Com isso uma
pequena quantidade de perlita se reorganiza. Este
fato acarreta na formação da martensita revenida.
Austêmpera
Na austêmpera, após a austenitização feita de
maneira semelhante àquela realizada para a
têmpera convencional, o aço é mergulhado em um
banho constituído de uma mistura de sais fundidos,
mantendo a temperatura constante, entre 250 e
450 °C. Obtém-se a microestrutura da bainita, para
os aços tratados por este tratamento térmico.
Austêmpera
Martêmpera
Muitas vezes é conveniente submeter o aço ao
tratamento térmico de martêmpera, que
permite eliminar a diferença de temperaturas e
tempos de transformação entre a superfície e o
núcleo da peça.
Martêmpera
Este tratamento consiste na austenitização do
aço nas temperaturas usuais seguida de
têmpera em óleo aquecido ou em banho de sais
em uma temperatura logo acima da
temperatura Mi, por tempo suficiente.
Martêmpera
Microestruturas e suas 
propriedades mecânicas
Microconstituinte Fases presentes Arranjo das fases Propriedades 
mecânicas
Cementita
globulizada
Ferrita α + Fe3C Partículas esféricas
de Fe3C em matriz 
de ferrita α
Pouco resistente e 
dúctil
Perlita grosseira Ferrita α + Fe3C Camadas alternadas 
de ferrita α e Fe3C 
grossas
Mais dura e 
resistente e menos 
dúctil que a 
cementita
globulizada
Perlita fina Ferrita α + Fe3C Camadas alternadas 
de ferrita α e Fe3C 
finas
Mais dura e 
resistente e menos 
dúctil que a perlita
grosseira
Microestruturas e suas 
propriedades mecânicas
Microconstituinte Fases presentes Arranjo das fases Propriedades 
mecânicas
Bainita Ferrita α + Fe3C Partículas muito 
finas e alongadas de 
Fe3C em matriz de 
ferrita α
Dureza e resistência 
maiores que as da 
perlita fina 
Martensita revenida Ferrita α + Fe3C Partículas muito 
pequenas e esféricas 
de Fe3C em uma 
matriz de ferrita α
Resistente mas não 
tão dura quanto a 
martensita porém, 
mais dúctil
Martensita Tetragonal de corpo
centrado, 
monofásico
Grãos com formato 
de agulha
Muito dura e muito 
frágil
Austenita
(ferrita CFC)
Perlita
( + Fe3C)
Bainita
( + partículas Fe3C)
Martensita
(TCC)
Resfriamento
lento
Resfriamento
moderado
Resfriamento
rápido (têmpera)
Martensita revenida
Reaquecimento
Resumindo...
Sistema Fe-C
• A taxa de transformação r é o inverso do tempo necessário
para que metade da transformação ocorra:
Exercícios
1. Para que serve o revenimento dos aços? Defina-o.
2. Explique os tratamentos térmicos de normalização e de
recozimento.
3. No que consiste o tratamento térmico de martêmpera? Qual
a diferença entre este tratamento térmico e o da
austêmpera, em relação à microestrutura obtida?
4. Defina recozimento.
5. Para que são utilizados os tratamentos térmicos dos aços?
Exercícios
6. Considerando o diagrama de transformação isotérmica para uma liga ferro-
carbono com composição eutetóide, especifique a natureza da microestrutura
final (em termos dos microconstituintes presentes e das porcentagens
aproximadas) de uma pequena amostra que foi submetida aos seguintes
tratamentos tempo-temperatura. Assuma que tal amostra encontra-se por
tempo suficiente na temperatura 760 °C, obtendo-se uma estrutura totalmente
austenítica.
a) Resfriar rapidamente até 350 °C, manter por 10⁴ s e, então, temperar até
temperatura ambiente.b) Resfriar rapidamente até 250 °C, manter por 100 s e, então, temperar até
temperatura ambiente.
c) Resfriar rapidamente até 650 °C, manter por 20 s, resfriar rapidamente até
400 °C, manter por 10³ s e, então, temperar até temperatura ambiente.
Exercícios
Exercícios
7. Dê a temperatura mínima aproximada na qual é possível
austenitizar cada uma das seguintes ligas ferro-carbono durante
um tratamento térmico de normalização:
a) 0,20 %p C;
b) 0,76 %p C;
c) 0,95%p C.