6 têmpera e revenimento

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Têmpera
Definição:
		É o aquecimento do aço acima da zona crítica, com permanência nesta temperatura o tempo necessário para completa homogenização da Austenita e seguido de um resfriamento rápido, em água, óleo ou salmoura.
Representação gráfica:
		Nos tratamentos citados anteriormente , os esfriamentos se davam relativamente lentos, mas no caso da tempera o esfriamento é rápido, não valendo então as estruturas ditadas pelo diagrama Ferro – carbono.
		Convém frisar que a medida que aumentamos a velocidade de esfriamento, a estrutura vai se tornando cada vez mais refinada, ou seja, as lamelas (Fe3C + Ferrita) de perlita vão se tornando cada vez mais fina , a té que a uma certa velocidade, não ocorre a transformação em perlita mas sim, em uma estrutura denominada martensita, que pode ser, considerada como uma solução sólida super - saturada e metaestável de carbono em ferro alfa.
		Observa-se ainda que a transformação da austenita em martensita é brusca e ocorre por escorregamento de planos cristalográficos, não havendo difusão dos átomos. Sendo então que a composição química da martensita é idêntica a da austenita que lhe deu origem.
Finalidade da têmpera:
		A principal finalidade da têmpera é aumentar a dureza do material conferida pela estrutura denominada de "martensita" que é o resultado do tratamento de têmpera. Para a obtenção da martensita a curva de resfriamento deve passar a esquerda do cotovelo da curva "C", evitando-se assim a transformação da austenita em perlita e ferrita.
Mi = temperatura de início de formação da martensita
Mf = temperatura final de formação da martensita
Obs.: entre Mi e Mf ocorre a transformação da Austenita em Martensita
O que é Estrutura Martensita?
		A martensita é um produto da têmpera do aço e é formada da autenita supersatrada de carbono.
		A austenita (solução sólida de ferro gama + C) tem solubilidade maior que a ferrita (Fe(). No resfriamento lento (recozimento e Normalização), o carbono segrega a medida que se forma a ferrita,. Entretanto, quando se esfria bruscamente o aço do estado Austenítico., o processo de difusão do carbono não ocorre, resultando numa estrutura tetragonal de corpo centrado, ligeiramente distorcida.
		Na transformação da austenita (CFC = cúbica de face centrada) a martensita (TCC = tetragonal de corpo centrado) temos um aumento de volume da ordem de 4 %.
		Devido ao aumento de volume, a estrutura martensita é altamente tencionada (tensão interna).
		A dureza da martensita depende do teor de carbono, sendo tanto maior quanto maior for a %C. Um aço para ser temperado deve ter no mínimo 0,30 %C.
Efeito do tamanho de grão da austenita sobre certas características dos aços
	Propriedade
	Tendências nos aços temperados
	
	Austenita grosseira (TG ( 5)
	Austenita fina (TG ( 5)
	Endurecibilidade
	Mais profunda
	Mais profundo
	Empenamento
	Maior
	Menor
	Fissuras de têmpera
	Mais freqüente
	Geralmente ausente
	Fissuras de retificação
	Maiores
	Menores
	Tensões residuais
	maiores
	Menores
	Austenita retida
	mais
	Menos
	Tenacidade a mesma dureza
	Menos tenazes
	Mais tenazes
Obs.:
Uma adição de 10% de sal de cozinha aumenta o efeito de resfriamento.
A temperatura dos banhos de têmpera deve ser de 20 a 30 oC para a água, pois ultrapassando-se este valor máximo a têmpera se torna irregular.
O volume do banho deve ser o maior possível, prevendo-se se necessário um sistema de refrigeração. Para a água também devemos fazer uma troca periódica.
A agitação do banho por meio de um dispositivo conveniente ou da própria peça facilita a troca de calor, assegurando-se assim uma distribuição idêntica da líquido em toda a superfície da peça.
O aumento do volume do banho limita evidentemente o aumento de sua temperatura, facilitando assim o arrefecimento.
A saída do forno, mergulham-se as peças imediatamente no banho, devendo as peças longas preferencialmente serem temperadas na vertical, e as peças de seção irregular mergulhadas de modo a oferecer primeiro a parte de maior volume ao meio líquido.
Meio de resfriamento
		Os meios de resfriamento para o tratamento de têmpera podem ser :
Salmoura
H2O
Óleo
		O meio de resfriamento a ser utilizado depende do tipo de aço , da espessura da peça, da geometria. Esse deve retirar o calor da peça no menor tempo possível para impedir a formação de outros constituintes que não sejam a martensita, como por exemplo a ferrita e a perlita.
Tensões internas provenientes do tratamento térmico de têmpera
		Pelo que foi exposto sobre a natureza da estrutura Martensita, conclui-se que a mesma se caracteriza por excessiva dureza e por apresentar tensões internas consideráveis (aumento do volume CFC--TCC 4"~). Simultaneamente a essas tensões, por assim dizer estruturais, o aço temperado caracteriza-se por apresentar apreciáveis tensões térmicas. Estas são ocasionadas pelo fato de que materiais resfriados rapidamente, esfriam de maneira não uniforme, visto que a sua superfície atinge a temperatura ambiente mais rapidamente do que as regiões centrais, ocasionando mudanças volumétricas não uniformes, com as camadas superficiais contraindo mais rapidamente do que as regiões internas.
		Em última análise, pois. após temperado, o aço apresenta-se no estado de apreciáveis tensões internas. Quando estas tensões internas ultrapassam o limite de escoamento do aço, ocorre sua de - formação plástica e as peças apresentar-se-ão empenadas, se entre- tanto, as tensões internas excederem o limite de resistência ã tração do material, então ocorrerão inevitáveis fissuras e as peças estarão perdidas.
		Essas tensões internas não podem ser totalmente evitadas, podem contudo, ser reduzidas (minimizadas), mediante a vários artifícios práticos e de vários tratamentos térmicos (revenido).
		Os inconvenientes apontados, excessiva dureza da martensita e o estado de tensões internas. são atenuadas pelo reaquecimento do aço temperado ã temperaturas determinadas. t óbvio que tal operação torna-se desnecessária se as tensões internas originadas tiverem provocado trincas (fissuras).
Revenimento: (tempering)
Definição:
		É o aquecimento do aço temperado até uma temperatura conveniente, abaixo da zona crítica durante um determinado tempo para obtenção das propriedades desejadas seguido de um determinado tempo para obtenção das propriedades desejadas seguido de um resfriamento qualquer.
		Devemos fazer o revenimento pois, depois da têmpera, o aço fica extremamente duro e frágil, não podendo de modo nenhum servir às utilizações a que se destina.
Finalidades do revenimento:
1a- alívio tensões internas provenientes da têmpera.
2a- corrigir as excessivas dureza e fragilidade dos materiais temperados aumentando as propriedades de ductilidade e resistência a choques (tenacidade).
		Recomenda-se revenir imediatamente após a têmpera para evitar o aparecimento de trinca (ruptura), a qual pode ocorrer se aguardar muito tempo para realizar o revenido (no máximo 1 hora após a operação de têmpera).
		O aquecimento da martensita permite a reversão do reticulado instável (TCC) ao reticulado estável cúbico corpo centrado (CCC) produz reajustamentos internos que aliviam as tensões e, além disso, ocorre precipitações de carbonetos.
Temperaturas de revenimento:
		Verifica-se que a temperatura de revenido pode ser escolhida de acordo com a combinação de propriedades mecânicas que se deseja no aço temperado.
O revenido pode ser executado em várias faixas de temperatura, tendo como efeito, para aços ao carbono, o seguido:
80 a 160 oC
		A martensita fica menos tetragonal, ocorre alívio nas tensões e a dureza permanece praticamente inalterada.
230 a 280 oC
A dureza diminui ligeiramente no início, podendoocorrer acréscimo depois, devido à transformação da austenita retida.
260 a 360 oC
		Neste estágio a dureza cai acentuadamente.
400 a 650 oC
		Revenidos nestas temperaturas são para “beneficiamento”, isto é, têmpera seguida de revenimento a alta temperatura. A estrutura resultante é a “martensita revenida” (antigamente denominada sorbita). A martensita deixa o formato de agulhas e passa a globulares.
Acima de 650 oC
		Surge uma estrutura denominada de “esferoidita”, que é constituída de glóbulos de cementita (Fe3C) numa matriz de ferrita.
		Pelo que acabamos de expor, percebe-se que a temperatura de revenido pode ser escolhida de acordo com a combinação de propriedades mecânicas que se deseja no aço temperado.
Têmpera superficial
Introdução:
		O endurecimento superficial dos aços, em grande número de aplicações de peças de máquinas é, freqüentemente, mais conveniente que seu endurecimento total pela têmpera normal, visto que, nessas aplicações, objetiva-se apenas a criação de uma superfície dura e de grande resistência ao desgaste e à abrasão.
		O endurecimento superficial pode ser produzido por vários métodos, a saber:
a) Tratamento Mecânico da superfície, mediante a qual se obtém uma superfície encruada, com resistência e dureza crescentes, em função da sua intensidade;
b) Tratamento químico da superfície, mediante métodos como cromeação dura, metalização, cerâmica e outros;
c) Tratamento termo - químicos, tais como cementação, nitretação, boretação e outros;
d) Têmpera superficial:
		Os tratamentos “a” e “b” não possuem nada em comum com os tratamentos térmicos, motivo pelo qual não serão abordados no estudo.
A têmpera superficial consiste em produzir-se uma têmpera localizada apenas na superfície do aço, que assim possuirão as propriedades e características típicas da estrutura Martensita.
Vários são os motivos que determinam a preferencia da tempera superficial em relação a têmpera normal (ou total ).
Obtenção de superfícies duras e resistentes ao desgaste em peças de aço, devido as suas dimensões ou as tolerâncias dimensionais exigidas seria impossível endurecer convenientemente e através de toda a seção.
Obtenção de propriedades superficiais que não seriam indica - das para a seção inteira das peças.
Finalmente, obtenção de combinação de altas resistências ao desgaste e dureza superficial com suficiente ductilidade e tenacidade no núcleo da peça.
		Além dessas considerações acima, a têmpera superficial apresenta ""' outras vantagens, tais como:
não exige fornos de aquecimento;
é mais rápida que a têmpera comum;
pode ser realizada em qualquer lugar da oficina;
não produz apreciável oxidação ou descarbonetacão do aço;
permite o emprego de aços de custo mais baixo;
não é poluente, etc.
		Os processos usuais de têmpera superficial são divididos em função da fonte de resfriamento:
têmpera por chama;
têmpera por indução.
Têmpera por chama:
		Neste processo aquece-se rapidamente, acima da zona crítica, a superfície a ser endurecida, por intermédio de uma chama de OXIACETILENO, seguindo-se um jato de água, a produzir uma camada endurecida até a profundidade desejada.
		As velocidades de aquecimento com chamas de OXIACETILENO, variam de 5 a 30 cm/minuto e, normalmente, o meio de resfriamento empregado é a água à temperatura ambiente, ou eventualmente, quando se deseja uma têmpera menos severa usa - se o óleo (dependendo do tipo de aço a ser tratado).
		Há três métodos de aplicação do endurecimento por chama:
método progressivo		(peça fixa)
método giratório			(peça móvel )
método combinado		(progressivo + giratório)
Método progressivo:
		O equipamento necessário para o método progressivo, consiste de um ou mais cabeçotes de chama e de um dispositivo de resfriamento, montados num carro que pode se movimentar a uma velocidade regulável.
Obs. : Peça estacionária e a chama + resfriamento móveis.
		O método progressivo é empregado para endurecer seções grandes. Ex. dentes de engrenagem das hidroelétricas (tempera-se dente a dente).
Método giratório:
		É empregado em peças de seção circular ou semicircular, tais como rodas, cames e pequenas engrenagens. Na sua forma mais simples, utiliza-se um mecanismo para girar a peça num plano horizontal ou vertical, ficando sua superfície sujeita à ação da chama.
		Desde que se consiga um aquecimento uniforme, a velocidade de rotação é relativamente pouco importante. Depois que a superfície da peça tiver sido aquecida por intermédio de um ou mais cabeçotes de chamas - a chama é extinta ou retirada e a peça é resfriada por imersão, ou por chuveiro, obtém-se assim têmpera superficial.
Método "Combinado Progressivo + Giratório"
		Como o próprio nome já diz alia-se os dois anteriores; a peça é girada como no método giratório, ao mesmo tempo que a chama se movimenta de uma extremidade a outra. Somente uma faixa estreita de circunferência é aquecida progressivamente, à medida que a chama se move de uma extremidade a outra. O resfriamento segue imediatamente atrás da chama. Ex.: Têmpera superficial em eixos.
		Vários gases combustíveis podem ser usados na têmpera por chama. A tabela abaixo mostra a quantidade de oxigênio e de gás combustível necessária para aquecer um centímetro quadrado (cm2) de aço a 815 oC a uma profundidade de 3,2 mm, para alguns gases combustíveis queimados com oxigênio.
	Gás
	Proporção de O2 p/ gás combustível
	Tempo de aquec.to em segundos
	Consumo de gás (m3) por cm2
	Consumo de O2 (m3) por cm2
	Acetileno
	1,1
	10
	0,0011
	0,0012
	Metana: CH4
	1,75
	20
	0,00215
	0,0038
	Propana: C3H8
	4,00
	20
	0,00215
	0,0086
Têmpera por indução:
		O calor para aquecer uma peça pode ser gerado na própria peça por indução eletromagnética. Assim, se uma corrente alternada (CA) flui através de um indutor ou bobina de trabalho, estabelece-se nesta um campo magnético altamente concentrado, o qual induz um potencial elétrico na peça a ser aquecida e envolvida pela bobina e, como a peça representa um circuito fechado, a voltagem induzida provoca um fluxo de corrente.
O controle da profundidade de aquecimento é conseguido, jogando-se com as seguintes variáveis:
forma da bobina
distância ou espaçamento entre a bobina e peça
freqüência
tempo de aquecimento
Material da bobina
		Para tais bobinas, usam-se tubos de cobre comercial com dimensões tais que permitam um fluxo de água adequado para seu resfriamento. “A tubulação pode apresentar diâmetros pequenos - da ordem de 1/8” para máquinas de potência muito pequena (baixa), mas para unidades de 20 a 50 KW, o diâmetro da tubulação varia de 3/16” a 1/4".
Entre os vários processos para aplicar-se o aquecimento superficial por indução, pode se citar os seguintes:
Têmpera simultânea:
		A peça a ser temperada é feita girar dentro da bobina, uma vez atingido o tempo necessário para o aquecimento, a força é desligada e a peça imediatamente é resfriada por um jato de água (chuveiro).
Têmpera contínua
		A peça ao mesmo tempo que gira no interior da bobina de indução, move-se ao longo do seu eixo, de modo a se ter uma aplicação progressiva de calor. O dispositivo de resfriamento está montado ã certa distância da bobina.
Revenido dos aços temperados superficialmente
		Após a têmpera superficial, as peças são geralmente submetidas a um revenido, visto que a necessidade de se revenir a Martensita é a mesma, qualquer que tenha sido o tratamento térmico adotado para produzi-la. Geralmente é realizado a temperaturas baixas, principalmente para alívio das tensões originadas no processo de têmpera.
Aços recomendados na têmpera superficial
		Os aços - carbono comuns, na faixa de 0,40 a 0,55%C, são os mais usa- dos nas aplicações de têmpera superficial.
		Eventualmente, usam-se aços - liga, quando se deseja maior resistência no núcleo e porque os aços - carbononão são adequados para a obtenção dessa resistência em determinadas seções, ou ainda, por - que, devido ao peso e ã forma da peça e possibilidade de empenamento ou fissuraçãc não ê recomendado o uso de aço - carbono resfriado em água. Finalmente, os aços de granulação fina devem ser preferidos, visto que a granulação grosseira é mais suscetível de fissuração, durante o resfriamento posterior. 
Bibliografia:
CHIAVERINI, Vicente – Tecnologia Mecânica.
2o edição São Paulo – Ed. McGraw-Hill
CHIAVERINI, Vicente – Aços e ferros fundidos.
4o edição São Paulo – Associação Brasileira dos Metais
SENAI – SP - Tecnologia Mecânica
Curso de Manutenção Mecânica – apostila
Telecurso 2000 profissionalizante - Mecânica
Tratamento térmico
� EMBED MS_ClipArt_Gallery ���
A3
A1
t ( h )
T ( oC )
Temperatura de têmpera
Aços hipoeutetoide		Ttt = TA3 + 50 oC
Aços eutetoide			Ttt = TE + 50 oC
Aços hiper eutetoides 	Ttt = TA1 + 50 oC
Martempera
12000 à 15000 litros de óleo
140 peças: árvore primária
temperatura óleo de resfriamento
 190 oC
800 luvas (900 oC)
150			190 oC
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