Aula 06 - Tratamentos termicos_20130604085207

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Tratamento Térmico 
 
 
Professora: Rafaela Azevedo 
Engenheira Mecânica 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
História: 
 
É bastante antiga a preocupação do homem em obter metais 
resistentes e de qualidade. O imperador romano Júlio César já 
afirmava, no ano 55 a.C., que os guerreiros se defrontavam com o 
problema das armas entortarem após certo tempo de uso, o que os 
obrigava a interromper as lutas para consertar suas armas de ferro. 
 
Os romanos, por sua vez, já haviam descoberto que o ferro se tornava 
mais duro quando aquecido durante longo tempo em um leito de carvão 
vegetal e, em seguida, resfriado em salmoura. Esse procedimento pode 
ser considerado a primeira forma de tratamento térmico, pois permitia a 
fabricação de armas mais duras e resistentes. 
 
Entretanto, foram necessários muitos anos para que o homem 
aprendesse a lidar de modo mais eficiente com o calor e com os 
processos de resfriamento, e, assim, fazer o tratamento térmico 
adequado dos metais. 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Definição: 
 
Tratamentos térmicos são ciclos térmicos compostos por fases de 
aquecimento, permanência e resfriamento que visam alterar a estrutura 
natural dos metais com o objetivo principal de conferir ou melhorar suas 
propriedades mecânicas ou de corrigir defeitos e distorções causadas 
por processos anteriores do tratamento dos metais (laminação, 
tratamentos anteriores, etc.). 
Alguns tratamentos para 
realizar alterações nas 
propriedades mecânicas, 
dos aços em particular, 
necessitam que o 
aquecimento se dê a 
temperaturas em que o 
carbono esteja totalmente 
solubilizado. 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Tipos de Tratamentos Térmicos: 
 
Os principais tratamentos térmicos que serão estudados estão 
abaixo representados: 
 
- Recozimento; 
 
- Normalização; 
 
- Tempera; 
 
- Revenimento; 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Os principais objetivos dos tratamentos térmicos 
são: 
 
- Aumento ou diminuição da dureza; 
 
- Aumento da resistência mecânica; 
 
- Melhora da resistência a corrosão; 
 
- Melhora da usinabilidade; 
 
- Melhora da resistência ao desgaste; 
 
- Remoção de tensões (causados pelo esfriamento desigual); 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Principais fatores que influenciam o tratamento 
térmico: 
 
Os principais fatores a serem considerados em um tratamento térmico 
são: aquecimento, tempo de permanência à temperatura e resfriamento. 
 
Aquecimento: O aquecimento rápido é obtido colocando-se a peça que 
está à temperatura ambiente dentro do forno pré - aquecido. Isto só é 
possível com peças que não trincam ou deformam com choques 
térmicos. 
 
As peças que trincam ou deformam através de choques térmicos, devem 
ser aquecidos lentamente, isto é, a peça deve ser colocada no forno que 
está à temperatura ambiente e aquecida juntamente com o forno. 
 
A temperatura de aquecimento deverá ser adequada para que ocorram 
as modificações estruturais desejadas. Se ela for inferior a essa 
temperatura, as modificações estruturais não ocorrerão, se for superior, 
ocorrerá um crescimento dos grãos que tornará o aço frágil. 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Principais fatores que influenciam o tratamento 
térmico: 
 
Tempo de permanência a temperatura: É o tempo em que a 
peça deve permanecer na temperatura do tratamento térmico, 
a fim de garantir completa mudança na estrutura do aço. 
 
O tempo de permanência na mesma temperatura deve ser o 
suficiente para que as peças se aqueçam de modo uniforme 
em toda a secção. Se o tempo de permanência for além do 
necessário, pode haver indesejável crescimento dos grãos. 
 
Para cada tipo de aço temos um tempo de permanência 
diferente. 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Principais fatores que influenciam o tratamento 
térmico: 
 
Resfriamento: A velocidade de resfriamento é o fator mais 
importante na obtenção da estrutura desejada na peça. Diferentes 
estruturas, podem ser obtidas com diferentes velocidades de 
resfriamento. Cuidados devem ser tomados para que os 
resfriamentos não sejam demasiadamente lentos, resultando 
estruturas com baixa resistência mecânica e baixa dureza, ou então 
resfriamento bruto demais, causando empenamento ou até mesmo 
ruptura da peça. 
 
Estas velocidades podem ser: Muito lenta, lenta e rápida. 
Muito lenta: obtido com a peça resfriada dentro do forno. 
Lento: peça resfriada ao ar livre. 
Rápido: Peça resfriada em meios líquidos, como por exemplo: água, 
óleo ou salmoura. 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Equipamento utilizado no tratamento térmico: 
 
O principal equipamento usado no tratamento térmico é o 
forno, que pode ser contínuo ou intermitente, dependendo de 
sua aplicação. 
 
Os fornos, de modo geral, são de fácil manipulação. Quando 
bem operados e assistidos com manutenção periódica, têm 
sua vida útil prolongada. 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Equipamento utilizado no tratamento térmico: 
 
Fornos contínuos: Aplicado para grandes produções (produção em 
série), onde o material entra por um lado do forno e sai por outro, 
transportado por uma correia transportadora. 
 
Forno intermitente: É o carregamento intermitente, onde neste tipo 
de forno o local de entrada e saída da peça é a mesma. 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Equipamento utilizado no tratamento térmico: 
 
Todos os modelos de fornos têm uma carcaça construída com 
chapas de aço-carbono, com espessura variada. O isolamento 
da carcaça pode ser feito com material cerâmico refratário, 
assegurando que o forno preserve o calor com um mínimo de 
perda. Ao se abrirem as portas, os circuitos de resistência 
desligam - se automaticamente, o que permite efetuar, com 
segurança, operações de carga e descarga. 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Pirômetro: 
 
Quando e por que é necessário medir a temperatura durante 
um tratamento térmico? 
 
Os efeitos da variação de temperatura provocam alterações 
internas nos materiais, modificando suas propriedades. Por 
isso, é necessário um rigoroso controle da temperatura 
durante o processo de tratamento térmico. 
 
Um objeto reflete, transmite e emite energia. Somente a 
energia emitida interessa para a medição de temperatura. 
 
A emissividade caracteriza o percentual de energia que é 
emitido pela superfície. 
 
É a energia emitida, corrigida de acordo com a emissividade 
do material, que indica a temperatura do objeto. 
 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Pirômetro: 
 
Quando e por que é necessário medir a temperatura durante um 
tratamento térmico? 
 
Os efeitos da variação de temperatura provocam alterações internas 
nos materiais, modificando suas propriedades. Por isso, é necessário 
um rigoroso controle da temperatura durante o processo de tratamento 
térmico. 
 
Um objeto reflete, transmite e emite energia. Somente a energia emitida 
interessa para a medição de temperatura. 
 
A emissividade caracteriza o percentual de energia que é emitido pela 
superfície. É a energia emitida, corrigida de acordo com a emissividade 
do material, que indica a temperatura do objeto. 
 
Portanto, para uma medição correta, torna-se necessário conhecer o 
material a ser medido para o ajuste manual no equipamento da 
emissividade, que, normalmente, varia entre 0,1 e 1 (é a capacidade de um 
objeto em emitir energia). 
 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Pirômetro: 
 
Para melhor entendimento, vamos examinar os conceitos de 
temperatura e calor. 
 
Temperatura 
Grandeza física que indica o estado de agitação das partículasde um corpo e seu nível térmico. A agitação das partículas 
aumenta à medida que o corpo vai ficando mais quente. 
 
Calor 
Energia térmica que flui entre dois corpos ou sistemas que 
apresentam temperaturas diferentes. 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Pirômetro: 
 
Medição de temperaturas de -32ºC até 3000ºC. 
 
Erro do equipamento de 1% ou 2%. 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Pirômetro: 
 
Vantagens: 
Medição à distância 
Rapidez 
 
Desvantagens: 
Custo elevado 
Necessita conhecer emissividade do corpo 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Normalização: 
 
Consiste na austenitização completa do aço, seguido de um 
resfriamento ao ar, ou seja, para os aços hipoeutetoides, deve-
se aquecer acima da linha A3 e para os aços hipereutetóides, 
deve-se aquecer acima da linha ACM, e por ultimo para os 
aços eutetóides, eleva-se a uma temperatura de 727ºC. 
 
O material se transforma em austenita. Depois de uma a três 
horas, o forno é desligado. A peça é retirada e colocada numa 
bancada, para resfriar. 
 
De acordo com o tempo que a peça deve permanecer dentro 
do forno, existe uma regra empírica que recomenda uma hora 
por polegada de espessura. 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Normalização: 
 
 
Os constituintes que se 
obtém na normalização 
são ferrita e perlita fina 
ou cementita e perlita 
fina, ou somente perlita 
fina. 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Normalização: 
 
Tem por objetivo refinar e homogeneizar a estrutura do aço. É 
muito utilizado em peças que necessitam ser usinadas, com 
remoção de cavacos, evitando com isso, desgaste excessivo 
das ferramentas de usinagem. 
 
 
 
 
 
 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Recozimento: 
 
Quando uma peça sai do processo inicial de fabricação –
extrusão, laminação – tem de passar por outros processos 
mecânicos antes de ficar pronta. Um eixo, por exemplo, 
precisa ser usinado, desbastado em torno e perfurado. O aço 
deve estar macio para ser trabalhado. 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Recozimento: 
 
Recozimento é o tratamento térmico realizado com a 
finalidade de alcançar um ou vários dos seguintes objetivos: 
 
– Reduzir a dureza do aço; 
 
– Melhorar propriedade mecânica como resistência; 
 
- Aumentar a ductibilidade; 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Recozimento: 
 
Consiste no aquecimento do aço acima da zona critica (727ºC – 
Linha A1) para os aços hipereutetoides e eutetóides, já para os aços 
hopoeutetoides, deve-se elevar a temperatura acima da linha A3, 
durante o tempo suficiente para a completa solução do carbono ou 
dos elementos de liga, seguido de um resfriamento muito lento, 
desligando-se o forno e deixando que a peça resfrie ao mesmo 
tempo que o forno. 
 
Nessas condições obtém-se para os aços hipoeutetoides tem-se a 
perlita grosseira + ferrita, para os aços hipereutetóides tem-se a 
perlita grosseira + cementita, e por ultimo para os aços eutetóides 
tem-se a perlita grosseira, com considerável melhora na 
usinabilidade dos aços. 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Recozimento: 
 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Têmpera: 
 
Têmpera é o tratamento térmico executado em um aço quando se 
deseja aumentar sua dureza e resistência mecânica. A operação 
consiste basicamente de três etapas: aquecimento, manutenção de 
determinada temperatura e resfriamento. 
 
O tratamento térmico de têmpera nos aços tem como objetivo a 
obtenção de uma microestrutura que proporcione propriedades de 
dureza e resistência mecânica elevada. Neste processo, a região a 
ser temperada é inicialmente aquecida à temperatura de 
austenitização e em seguida, é submetida a um resfriamento rápido. 
 
A microestrutura resultante é composta predominantemente de 
martensita, uma fase que apresenta elevada dureza. 
 
Quando a austenita é resfriada muito rapidamente, não há tempo 
para que se transforme em ferrita, cementita ou perlita, e ela se 
transforma em novo constituinte do aço chamado martensita. 
 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Têmpera: 
 
Em princípio, qualquer que seja o tipo de aço hipoeutetóide ou 
hipereutetóide, a temperatura de aquecimento para têmpera 
deve ser superior à da linha de transformação A1 e A3, 
quando a estrutura consistirá de grãos de austenita, em vez de 
perlita. 
 
A escolha do meio de resfriamento na têmpera depende, 
inicialmente, da dureza deseja, das formas e dimensões da 
peça e da capacidade de endurecimento do aço. Em principio 
quanto maior a capacidade de resfriamento do meio, maior a 
dureza final, mas em velocidades de resfriamento muito 
drásticas, em meio a grandes capacidades de resfriamento 
podem ser prejudiciais em função do tamanho da peça. 
 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Têmpera: 
 
As soluções aquosas constituem os meios mais rápidos de 
resfriamento e são os de menor custo. Por este motivo são as mais 
utilizadas, desde que as formas das peças não sejam sujeitas a 
empenamento. Seu uso, portanto fica limitado a peças simples. 
 
As salmouras são soluções aquosas de cloreto de sódio ou 
potássio, frequentemente com aditivos, que inibem a corrosão. Elas 
apresentam o inconveniente de serem corrosivos, deste modo os 
materiais de seu manuseio devem ser protegidos com camadas 
contra corrosão. 
 
Os óleos são convencionalmente um meio de resfriamento mais 
lento que a água e salmoura, nele o resfriamento das peças é 
menos relevante, por isso o resfriamento no choque térmico é 
menor e a probabilidade de empenamento diminui. Os óleos podem 
ser de origem mineral, vegetal ou animal. 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Têmpera: 
 
O aço deve ser aquecido em torno de 50°C acima da linha A1 (zona 
crítica) para transformar a perlita definitivamente em austenita. 
 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Têmpera: 
 
Houve um grande avanço tecnológico quando o homem 
descobriu como conferir dureza ao aço. Os dentes da 
engrenagem, o amortecedor do carro, as brocas devem ser 
fabricados com aço endurecido, para suportarem os esforços 
a que são submetidos. 
 
A têmpera é um processo de tratamento térmico do aço 
destinado à obtenção de dureza. Uma têmpera feita 
corretamente possibilita vida longa à ferramenta, que não se 
desgasta nem se deforma rapidamente. 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Revenimento: 
 
O revenido é o tratamento térmico que normalmente 
acompanha a têmpera, pois elimina a maioria dos 
inconvenientes produzidos por esta, como por exemplo, as 
excessivas durezas e fragilidade do material, aumentando sua 
resistência ao choque. 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Revenimento: 
 
O revenido consiste no reaquecimento de peças temperadas, 
a temperaturas situadas abaixo da linha inferior de 
transformação A1 do aço, entre 100 ºC e 700 ºC, e o tempo de 
permanência no forno varia de 1 a 3 horas. 
 
Quanto mais alta a temperatura ou quanto maior o tempo do 
revenido, maior a diminuição da dureza do material. 
 
Geralmente o resfriamento é realizado em óleo. 
 
 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Revenimento: 
 
De uma forma geral, a temperatura do revenido apresenta as 
seguintes características: 
 
-Entre 25 ºC e 100 ºC a dureza do material é pouco afetada; 
 
-Entre 100 ºC e 250 ºC a dureza pode chegar a 60 RC; 
 
-Entre 200 ºC e 300 ºC a dureza continua caindo; 
 
-Entre 250 ºC e 350 ºC a dureza alcança valores pouco 
superiores a 50 RC; 
 
-Entre 400 ºC e 700 ºC a dureza cai para valores de 45 a 15 
RC; 
 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Exercícios:O recozimento consiste em aquecer o aço em 
temperatura: 
a) ( ) abaixo da zona crítica; 
b) ( ) no limite da zona crítica; 
c) ( ) acima da temperatura ambiente; 
d) ( ) acima da zona crítica. 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Exercícios: 
 
O recozimento consiste em aquecer o aço em 
temperatura: 
a) ( ) abaixo da zona crítica; 
b) ( ) no limite da zona crítica; 
c) ( ) acima da temperatura ambiente; 
d) ( ) acima da zona crítica. 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Ensaio Jominy: 
 
Atualmente o ensaio Jominy é um dos testes mais usados na prática 
industrial para a avaliação da temperabilidade. 
 
O ensaio Jominy, é designado para avaliar a temperabilidade de um 
aço, ou seja, a capacidade de se obter dureza a uma dada 
profundidade da peça por tratamento térmico de têmpera. 
 
O ensaio consiste em um dispositivo onde se coloca um corpo de 
prova cilíndrico, austenitizado, sobre um jato de água, até seu total 
resfriamento. Em seguida é realizada a leitura da dureza ao longo 
de seu comprimento. 
 
Como será visto adiante, ao resfriar o corpo de prova a partir de 
uma extremidade têm-se, portanto, diferentes taxas de resfriamento 
ao longo do comprimento. 
 
O ensaio deve ser realizado através dos parâmetros estabelecidos 
pela norma NBR 6339. 
 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Ensaio Jominy: 
 
Os tratamentos térmicos empregados nos aços têm como 
objetivo alterar suas propriedades. 
 
Um tratamento térmico é feito em três fases: 
 
1º - Aquecimento; 
 
2º - Tempo de permanência a temperatura; 
 
3º - Resfriamento; 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Ensaio Jominy: 
 
Fatores que influenciam no tratamento: 
 
- Temperatura: 
Depende do tipo de material e da transformação de fase ou 
microestrutura desejada. 
 
- Tempo: 
O tempo de tratamento térmico depende muito das dimensões da 
peça e da microestrutura desejada. 
Quanto maior o tempo, maior a segurança da completa dissolução 
das fases para posterior transformação. 
 
- Velocidade de resfriamento: 
É o mais importante porque é ele que efetivamente determinará a 
microestrutura, além da dureza do material. 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Ensaio Jominy – Corpo de prova: 
 
O corpo de prova deve ter forma cilíndrica, de 25 mm de 
diâmetro por 100 mm de comprimento. A extremidade do 
corpo de prova que é colocado no suporte, deve ter além das 
medidas padrões, um acréscimo de 7 mm de diâmetro e 3 mm 
de comprimento. 
 
 
 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Ensaio Jominy: 
 
Inicialmente devemos ligar o forno e configurá-lo para atingir a 
temperatura de austenitização (912ºC). 
 
O corpo de prova ao ser colocado no forno deve aguardar um 
tempo de 30 minutos. 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Ensaio Jominy: 
 
Após a remoção do forno, o corpo de prova deve ser colocado 
no dispositivo Jominy onde dirige-se um jato de água com 
temperatura em média de 24ºC contra uma das extremidades. 
A distância entre a mangueira e o corpo de prova deve ser de 
12,7 mm. 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Ensaio Jominy: 
 
Depois de atingir a temperatura ambiente, faz-se um corte ao 
longo do comprimento do corpo de prova com profundidade de 
0,4 mm. 
Logo em seguida devem ser marcadas no corpo de prova com 
caneta, onde serão realizadas as leituras de dureza para os 
primeiros 50 mm. 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Ensaio Jominy: 
 
Para os primeiros 12,8 mm, as leituras de dureza são 
realizadas em intervalos de 1,6 mm. 
A distância entre os 12,8 mm e 50 mm, as leituras de dureza 
são realizadas em intervalos de 3,2 mm. 
As leituras de dureza devem ser realizadas a partir da 
extremidade que recebeu o jato de água. 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Ensaio Jominy: 
 
O ensaio de dureza é realizado com equipamento chamado 
durômetro, que tem como unidade de medida o Rockwell C 
(HRC). 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Ensaio Jominy: 
 
Para alguns aços que foram ensaiados a extremidade que 
recebeu o jato de água é resfriada mais rapidamente e exibe a 
maior dureza, conforme veremos em dois tipos de aço: 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Ensaio Jominy: 
 
Para alguns aços que foram ensaiados a extremidade que 
recebeu o jato de água é resfriada mais rapidamente e exibe a 
maior dureza, conforme veremos em dois tipos de aço: 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Ensaio Jominy: 
 
Observando o gráfico percebemos que o aço 1040 alcançou 
uma dureza maior próximo à superfície da extremidade que 
recebeu o jato de água e teve uma queda brusca ao longo do 
corpo. 
 
Esse tipo de condição é favorável para a fabricação de peças 
que necessitem de maior resistência ao desgaste na superfície 
e resistência ao impacto, como por exemplo na fabricação de 
engrenagens. 
Tratamentos Térmicos em Aços 
 
Ensaio Jominy: 
 
No aço 4340 podemos perceber que a dureza não diminui 
tanto quanto no aço 1040. 
 
O aço 4340 possui elementos de liga que faz com que 
aumente a dureza do aço. 
 
Como pode ser observado nos gráficos, o aço 4340 é o aço 
com maior temperabilidade, ou seja, possui uma maior 
capacidade de se obter dureza a uma dada profundidade, 
proporcionando maior rigidez na peça fabricada. 
 
Indicado para virabrequins de caminhões e automóveis.