Tratamentos Térmicos em Aço

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Engenharia Mecânica
Ciência dos Materiais II
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TRATAMENTOS TÉRMICO
Processos de aquecimento e resfriamento controlados aplicados aos metais e suas ligas para modificações da microestrutura sem alterar a forma final da peça.
Temperatura de aquecimento
Velocidade de resfriamento
Composição química do material
Técnica descoberta pelos romanos ao desentortarem suas espadas.
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TRATAMENTOS TÉRMICO
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TRATAMENTOS TÉRMICO
Procede-se da seguinte forma:
Coloca-se a peça no forno com temperatura adequada ao tipo de material.
Deixa-se a peça no forno durante o tempo estabelecido.
Desliga-se o forno e retira-se a peça.
Coloca-se a peça numa bancada.
Deixa-se a peça resfriar em temperatura ambiente.
UMA MOLA AO SER COMPRIMIDA, ACUMULA ENERGIA E, AO SER SOLTA, ELA SE ESTENDE DE FORMA VIOLENTA. PORTANTO, A MOLA DEVE TER DUREZA,
ELASTICIDADE E RESISTÊNCIA PARA SUPORTAR ESSES MOVIMENTOS SEM SE ROMPER. ISSO É CONSEGUIDO POR MEIO DO TRATAMENTO TÉRMICO.
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TRATAMENTOS TÉRMICO
Principais objetivos:
Remoção de tensões residuais
Controle de dureza
Aumenta da resistência mecânica
Melhorada da ductibilidade
Melhora da usinabilidade
Melhora da resistência ao desgaste
Melhora das propriedades de corte
Melhora da resistência a corrosão
Melhorada da resistência ao calor
Modificação das propriedades elétricas e magnéticas.
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CÉLULAS UNITÁRIAS
O aço se compõe de um aglomerado compacto de átomos arranjados ordenadamente, denominado estrutura cristalina.
Na passagem do estado líquido para o sólido, os
átomos que compõem o aço vão se agrupando, à medida que a temperatura diminui.
ANTES DO TRATAMENTO TÉRMICO, DEVE SE CONHECER AS CARACTERÍSTICAS DO AÇO, PRINCIPALMENTE AS ESTRUTURAS CRISTALINAS.
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GRÃOS
As células unitárias se organizam em três dimensões, apresentando um contorno de agregado de cristais irregulares, esses cristais recebem o nome de grãos.
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SISTEMA CRISTALINO
Cúbico de Corpo Centrado (CCC)
Cúbico de Face Centrada (CFC)
Hexagonal Compacto (HC) 
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CONSTITUINTES DO AÇO
Duas amostras de aço vistas em microscópio metalográfico.
	Baixo Carbono (0,1%)				 Médio Carbono (0,5%)
Os grãos escuros são mais duros e resistentes do que os grãos claros.
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CONSTITUINTES DO AÇO
Ferrita (grãos claros) apresenta estrutura CCC.
Perlita (grãos escuros) é formada de lâminas alternadas com 88% de ferrita e 12% de cementita.
Grão de perlita
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Gráfico ferro carbono
Diagrama de equilíbrio ferro- carbono.
A3: PASSAGEM DA ESTRUTURA CCC PARA CFC
A1: LIMITE ENTRE FERRITA E PERLITA DA AUSTENITA
ACM: QUANTIDADE DE CARBONO DISSOLVIDO NA AUSTENITA
FE3C: CARBONETO DE FERRO, CHAMADO DE CEMENTITA.
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AQUECIMENTO DO AÇO
O que acontece com o aço com 0,4% C ao ser aquecido?
Até 300ºC, a estrutura do aço é igual a temperatura ambiente: ferrita e perlita.
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AQUECIMENTO DO AÇO
A 760ºC inicia-se uma transformação na estrutura do aço: a perlita se transforma em austenita e a ferrita permanece estável.
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AQUECIMENTO DO AÇO
A 850ºC, toda a estrutura do aço se transforma em austenita.
CARACTERÍSTICA DA AUSTENITA?
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RESFRIAMENTO DO AÇO
Resfriamento lento até chegar à temperatura ambiente.
Se o aço for resfriado bruscamente, ele se transformará em martensita, um constituinte duro.
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TENSÕES INTERNAS
São forças mecânicas presas dentro da peça causadas por processos de fabricação como solda, fundição, usinagem ou resfriamento desigual.
SOLIDIFICAÇÃO DO AÇO: RESFRIAMENTO DIFERENTE ENTRE A SUSPERFICIE E NUCLEO, GRÃOS COM FORMAS DIFERENTES.
PERFIS FORMADO A FRIO, LAMINAÇÃO
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TRATAMENTO TÉRMICO
Nem sempre é realizado na fase final do processo de fabricação.
Dependendo do tipo de peça é preciso, primeiro, corrigir a irregularidade da estrutura metálica e reduzir as tensões internas que ela apresenta.
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ALÍVIO DE TENSÕES
Recozimento subcrítico: Processo realizado a uma temperatura abaixo da zona crítica.
Aquecimento 595 a 675º C seguido de resfriamento lento ao ar.
Utilizado para recuperar a ductilidade do aço trabalhado a frio.
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RECOZIMENTO SUB CRÍTICO
Recuperação: Rearranjo das discordâncias
Recristalização: Surgimento de novos cristais não deformados.
Crescimento de grãos: Redução dos contornos de grãos.
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ALÍVIO DE TENSÕES
Recozimento pleno: Aquecimento a uma temperatura acima da zona crítica durante o tempo necessário e suficiente para se ter dissolução do carbono ou dos elementos de liga no ferro gama seguindo de uma resfriamento muito lento dentro do forno.
Objetivo de diminuir dureza, aumentar a ductibilidade, melhorar a usinabilidade e ajustar o tamanho do grão.
A temperatura de recozimento pleno é de, aproximadamente, 50ºC acima da linha A3 para hipoeutetóides e A1 para hipereutetóides.
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RECOZIMENTO PLENO
Quanto mais baixa for a temperatura da austenitização, mais heterogênea será a austenita para o mesmo tempo de tratamento.
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RECOZIMENTO PLENO
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ALÍVIO DE TENSÕES
Normalização: Processo realizado a uma temperatura acima da zona crítica, consiste em refinar (diminuir) a granulação grosseira da peça, de modo que os grãos fiquem numa faixa de tamanho considerada normal.
O refino do grão garante maior homogeneidade de propriedades e maior tenacidade.
No processo de normalização, a peça é levada ao forno com temperatura acima da zona crítica, na faixa de 750ºC a 950ºC. 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 se resfriar.
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NORMALIZAÇÃO
Aquecimento do aço até 60ºC acima do limite superior da zona crítica (A3 e ACM), garantindo sempre a austenitização.
Retirado do forno e deixado resfriar ao ar livre.
Microestrutura resultante é de pequeno grãos de ferrita e perlita fina.
No processo de normalização, a peça é levada ao forno com temperatura acima da zona crítica, na faixa de 750ºC a 950ºC. 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 se resfriar.
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ALÍVIO DE TENSÕES
Esferoidização: Significa dar forma de esfera à cementita.
Processo indicado para aços de alto teor de carbono que podem ser muito duros para serem usinados ou plasticamente deformados.
AMOLECER OS AÇOS COM ALTO TEOR DE CARBONO.
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ESFEROIDIZAÇÃO
Aquecimento do aço durante um período de tempo suficientemente longo, aproximadamente 700°C durante 18 a 24 horas e deixado em uma temperatura abaixo da zona crítica, outra microestrutura irá se formar, chamada de esferoidita.
Aquecimento até uma temperatura imediatamente acima da zona crítica, com um resfriamento muito lento no forno ou a manutenção a uma temperatura imediatamente abaixo da zona crítica.
AMOLECER OS AÇOS COM ALTO TEOR DE CARBONO.
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ESFEROIDIZAÇÃO
AMOLECER OS AÇOS COM ALTO TEOR DE CARBONO.
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TRATAMENTO TÉRMICO
Tratamentos para aumentar a dureza do aço:
Têmpera
Revenimento
Austêmpera
Martêmpera
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TÊMPERA
Processo destinado à obtenção de dureza, possibilita vida longa à ferramenta que não se desgasta nem se deforma rapidamente.
Aquecimento acima da zona crítica (750 a 900ºC).
Resfriamento brusco.
Mudanças profundas nas propriedades do aço.
Tensões internas. 
O RESFRIAMENTO BRUSCO PROVOCA CHOQUE TÉRMICO, PODENDO PROVOCAR DANOS IRREPARÁVEIS AO MATERIAL. 
MAS O RESFRIAMENTO BRUSCO É NECESSÁRIO À FORMAÇÃO DA MARTENSITA. DEPENDENDO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO AÇO, PODEMOS RESFRIÁ-LO DE FORMA MENOS
SEVERA, USANDO ÓLEO OU JATO DE AR.
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REVENIMENTO
Processo destinado a corrigir a dureza excessiva da têmpera, aliviar ou remover as tensões internas.
Posterior a têmpera.
Temperatura abaixo da zona crítica (100 a 700ºC).
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MARTÊMPERA
Aquecida acima da zona crítica para se obter a austenita.
Resfriada em duas etapas: Na primeira, a peça é mergulhada num banho de sal fundido ou óleo quente.
Segunda é a do resfriamento finalrápido.
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MARTÊMPERA
A martensita obtida apresenta-se uniforme e homogênea, diminuindo riscos de trincas.
Necessário submeter a peça a revenimento.
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AUSTÊMPERA
Comparação.
BAIANITA TEM UMA DUZERA INFERIOR A DA MARTENSINTA
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AUSTÊMPERA
Adequado a aços de alta temperabilidade (alto teor de carbono).
Aquecida acima da zona crítica, por certo tempo, até que toda a estrutura se transforme em austenita (posição 1).
Resfriada bruscamente em banho de sal fundido, com temperatura entre 260 e 440ºC (posição 2).
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AUSTÊMPERA
Permanece nessa temperatura por um tempo, até que sejam cortadas as duas curvas (posição 3), ocorrendo transformação da austenita em bainita.
Resfriada ao ar livre (posição 4).
Não é necessário submeter a peça a revenimento.
BAIANITA TEM UMA DUZERA INFERIOR A DA MARTENSINTA
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AUSTÊMPERA
A bainita é uma micro estrutura que possui dureza semelhante a da martensita revenida, porém com maior tenacidade.
BAIANITA TEM UMA DUZERA INFERIOR A DA MARTENSINTA
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AUSTÊMPERA e martêmpera
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eXERCÍCIOS
Explique com suas palavras cada tratamento térmico:
Recozimento sub crítico
Recozimento Pleno
Normalização
Esferoidização
Têmpera
Martêmpera
Austêmpera
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eXERCÍCIOS
2. Uma empresa precisa fabricar um eixo de aço carbono que será submetido a esforços mecânicos e desgaste.
O componente precisa apresentar elevada dureza superficial, mas não pode ser excessivamente frágil. 
Com base no conteúdo estudado:
Qual tratamento térmico você escolheria?
Qual seria a sequência de tratamentos?
Explique o objetivo de cada etapa.
Qual microestrutura você espera obter?
Quais propriedades mecânicas serão favorecidas?
O que poderia acontecer se fosse realizada apenas a têmpera, sem o revenimento?
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eXERCÍCIOS
3. Você recebeu três peças e precisa escolher o tratamento adequado. Justifique.
Peça A: precisa ficar mais macia e fácil de usinar.
Peça B: precisa ter maior dureza e resistência ao desgaste.
Peça C: precisa ter boa dureza, mas maior tenacidade e menor risco de trincas
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