INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO RIO GRANDE DO NORTE

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO RIO GRANDE DO NORTE
MATERIAIS DE CONSTRUÇÕES MECÂNICAS
SEMINARIO DE MATERIAIS DE CONSTRUÇÕES MECÂNICAS
TRATAMENTOS TERMICOS
PARNAMIRIM/RN
2017
DAVID LOURENÇO DA SILVA
JOSÉ CLEITON SILVA DE MENDONÇA
RAFAEL MENDES DA SILVA
THALLYS GALVÃO DA SILVA
SEMINARIO DE MATERIAIS DE CONSTRUÇÕES MECÂNICAS
TRATAMENTOS TERMICOS
Trabalho apresentado à disciplina materiais de construções mecânicas, como parte de atividade avaliativa referente ao quarto bimestre.
Orientador: Prof.(º) Welber Júnior
PARNAMIRIM/RN
2017
Introdução
O tratamento térmico é o processo de aquecer e resfriar um aço, visando modificar as suas propriedades. Um tratamento térmico é feito em três fases distintas: aquecimento; manutenção da temperatura; e resfriamento. 
Existem duas classes de tratamentos térmicos: 
Os tratamentos que por simples aquecimento e resfriamento, modificam as propriedades de toda a massa do aço, tais como: 
Têmpera 
Revenimento 
Recozimento 
Os tratamentos que modificam as propriedades somente numa fina camada superficial da peça. 
	Nestes tratamentos térmicos, a peça é aquecida juntamente com produtos químicos e posteriormente resfriada. São estes: 
Cementação 
Nitretação 
Definição:
Tratamento Térmico é um ciclo de aquecimento e resfriamento realizado nos metais com o objetivo de alterar as suas propriedades físicas e mecânicas, sem mudar a forma do produto. O tratamento térmico às vezes acontece inadvertidamente, como “efeito colateral” de um processo de fabricação que cause aquecimento ou resfriamento no metal, como nos casos de soldagem e de forjamento.
O tratamento térmico é normalmente associado com o aumento da resistência do material, mas também pode ser usado para melhorar a usinabilidade, a conformabilidade e restaurar a ductilidade depois de uma operação a frio. Logo, o tratamento térmico é uma operação que pode auxiliar outros processos de manufatura e/ou melhorar o desempenho de produtos, aumentando sua resistência ou alterando outras características desejáveis.
Os aços são especialmente adequados para o tratamento térmico, uma vez que:
Respondem satisfatoriamente aos tratamentos, em termos das características desejadas,
Seu uso comercial supera o de todos os demais materiais.
Tipos:
Têmpera
É o tratamento térmico aplicado aos aços com porcentagem igual ou maior do que 0,4% de carbono. O efeito principal da têmpera num aço é o aumento de dureza. 
Com a dureza, entretanto, cresce também a fragilidade, que se manifesta através do reduzido alongamento de ruptura e tenacidade, e, com a velocidade de resfriamento, aumentam as distorções térmicas e as tensões internas. A têmpera representa especial importância na fabricação de instrumentos de corte, mancais de rolamentos e molas elásticas. 
Fases da têmpera: 
1ª Fase 
Aquecimento – A peça é aquecida em forno ou forja (Figura 1), até uma temperatura recomendada. (Por volta de 800ºC para os aços ao carbono). 
 
2ª Fase: 
Manutenção da temperatura – Atingida a temperatura desejada esta deve ser mantida por algum tempo a fim de uniformizar o aquecimento em toda a peça. 
 
3ª Fase: 
Resfriamento – A peça uniformemente aquecida na temperatura desejada é resfriada em água, óleo ou jato de ar (Figura 1). 
 
Figura 1 – Aquecimento e resfriamento da peça tratada. 
Observações:
A temperatura de aquecimento e o meio de resfriamento são dados em tabelas: 
 	
	Têmpera
	Material a temperar
	Temperatura de pré-aquecimento
	Temperatura de têmpera
	Cor do material na têmpera
	Resfriar em
	Aço 1040 a 1050
Aço 1060 a 1080
Aço 1090
Aço prata
Aço para molas
Aço rápido
	500°C
500°C
500°C
550°C
600°C
550°C a 900°C
	830°C
790°C
775°C
800°C
875°C
1300°C
	Vermelho
Vermelho escuro
Vermelho laranja
Vermelho escuro
Vermelho claro
Branco
	Água
Água ou óleo
Água
Água
Água
Água
O controle da temperatura durante o aquecimento, nos fornos, é feito por aparelhos denominados pirômetros. Nas forjas o mecânico identifica a temperatura pela cor do material aquecido. 
De início o aquecimento deve ser lento, (pré-aquecimento), afim de não provocar defeitos na peça. 
A manutenção da temperatura varia de acordo com a forma da peça; o tempo nesta fase não deve ser além do necessário. 
Reduz-se a fragilidade de um aço temperado com um outro tratamento térmico denominado revenimento. 
Efeitos da têmpera
Aumento considerável da dureza do aço
Aumento da fragilidade em virtude do aumento de dureza. (O aço torna-se muito quebradiço). Reduz-se a fragilidade de um aço temperado com um outro tratamento térmico denominado revenimento.​
Têmpera superficial
	É um processo de têmpera realizado somente na superfície da peça, cujo aquecimento é provocado por indução eletromagnética, através de bobinas apropriadas.
	A profundidade da camada temperada depende principalmente da frequência usada, quanto maior a frequência, menor a profundidade de camada aquecida e consequentemente temperada.
Processos usuais
Por chama; por indução; por laser;
Têmpera à chama
	Pelo uso de intenso calor da chama oxi-acetilênica uma fina camada da superfície de uma peça é rapidamente aquecida atingindo temperaturas acima da crítica - 850° C. Imediatamente em seguida a peça é duplamente resfriada pôr um jato de agua e pela condução do calor ao seu interior. ​
	Têmpera oxi-acetilênica.
Têmpera por indução
	A têmpera por indução é um processo de fabricação que produz um endurecimento da superfície de determinado material, onde o aquecimento se dá através de indução elétrica e há um resfriamento brusco, que normalmente ocorre com o auxílio de água​
Têmpera por laser
	O tratamento térmico a LASER é um processo autógeno (não há adição de material), possui o objetivo de tratar termicamente uma área pré-selecionada da peça sem fundir o material e tem o princípio muito parecido com os processos tradicionais: Os maiores candidatos para receberem o tratamento são materiais ferrosos (aços e ferros fundidos). ​
Revenimento
É o tratamento térmico que se faz nos aços já temperados, com a finalidade de diminuir a sua fragilidade e dureza, isto é, torná-lo menos quebradiço, aumentando consideravelmente a sua resistência aos choques. Tem como finalidade aliviar as tensões internas oriundas da têmpera e recuperar a tenacidade, mantendo a dureza para condições específicas. 
O revenimento é feito aquecendo-se a peça temperada até uma certa temperatura resfriando-a em seguida. As temperaturas de revenimento são encontradas em tabelas e para os aços ao carbono variam entre 210ºC e 320ºC. 
Geralmente, toda peça temperada passa por um revenimento, sendo até comum dizer-se “peça temperada” ao invés de “peça temperada e revenida”. 
Fases do Revenimento 
1ª Fase: 
Aquecimento – Feito geralmente em fornos controlando-se a temperatura com pirômetro. 
Nos pequenos trabalhos, o aquecimento pode ser feito apoiando-se a peça polida, em um bloco de aço aquecido ao rubro. 
O forte calor que desprende do bloco aquece lentamente a peça, produzindo nesta uma coloração que varia à medida que a temperatura aumenta. Essas cores, que possibilitam identificar a temperatura da peça, são denominadas cores de revenimento (Quadro 1). 
Quadro 1 – Cores de revenimento 
	Cor 
	Temperatura (C) 	 
	Cor 
	Temperatura (C) 
	Amarelo claro 
		210 ° C	 
	Castanho vermelho 
	270 °C
	Amarelo palha 
		220 °C	 
	Violeta 
	280 °C
	Amarelo 
		230 °C	 
	Azul escuro 
	290 °C
	Amarelo escuro 
		240 °C	 
	Azul marinho 
	300 °C
	Amarelo ouro 
		250 °C	 
	Azul claro 
	310 °C
	Castanho claro 
		260 °C	 
	Azul acinzentado 
	320 °C
 
(Observação: A dureza diminui com o aumento da temperatura de revenido). 
2ª Fase: 
Manutenção da Temperatura – Possível quando o aquecimento é feito em fornos.3ª Fase: 
Resfriamento – O resfriamento da peça pode ser: 
Lento – deixando-a esfriar naturalmente. 
Rápido – mergulhando-a em água ou óleo. 
Efeitos do Revenimento
Diminui um pouco a dureza da peça temperada, porém aumenta consideravelmente a sua resistência aos choques.
Geralmente, toda peça após ser temperada passa por um revenimento.
Recozimento
O recozimento é o tratamento térmico que tem por finalidade eliminar a dureza de uma peça temperada ou normalizar materiais com tensões internas resultantes do forjamento, da laminação, trefilação etc. Tem as funções também de tornar o aço mais homogêneo (controle de sua textura granular) o que melhora sua ductilidade tornando-o facilmente usinável, e remover de inclusões gasosas. Pode ser realizado também para reverter os processos de têmpera e revenido
O resfriamento pode ser feito em cinza, cal (materiais potencialmente descabonizantes) e areia. 
 Este tratamento pode ser aplicado, por exemplo, em arames de aço recozidos, recozimento de aços duros para usinagem em torno ou para serem mais facilmente estampados ou forjados. 
Tipos de recozimento: 
 
Recozimento para eliminar a dureza de uma peça temperada. 
 
Recozimento para normalizar a estrutura de um material. 
	
	Fases do recozimento 
 
1ª Fase: 
Aquecimento – A peça é aquecida a uma temperatura que varia de acordo com o material a ser recozido. (Entre 500ºC e 900ºC). A escolha da temperatura de recozimento é feita mediante a uma consulta (Quadro 2). 
Quadro 2 – Temperatura de recozimento 
	Material
	Temperatura de recozimento
	Aço 1040 – 1050
Aço 1060 – 1080
Aço 1090
Aço rápido
	800 ºC
785 ºC
770 ºC
900 °C
2ª Fase: 
Manutenção da temperatura – A peça deve permanecer aquecida por algum tempo na temperatura recomendada para que as modificações atinjam toda a massa da mesma. 
3ª Fase: 
Resfriamento – O resfriamento deve ser feito lentamente, tanto mais lento quanto maior for a porcentagem de carbono do aço. No resfriamento para recozimento adotam-se os seguintes processos: 
Exposição da peça aquecida ao ar livre. (Processo pouco usado). 
- Colocação da peça em caixas contendo cal, cinza, areia ou outros materiais. 
(Observação – O material para resfriamento da peça deve estar bem seco). 
 Interrompendo-se o aquecimento, deixando a peça esfriar dentro do próprio forno. 
(Nota – No recozimento do cobre e latão o resfriamento deve ser o mais rápido possível). 
Cementação 
Muitas peças de mecânica necessitam ter elevada dureza externa para resistirem ao desgaste; entretanto, internamente precisam permanecer “moles”, para suportarem solavancos (Figura 3). 
 
 
Figura 3 – Engrenagens com partes externas resistentes ao desgaste. 
Essas peças geralmente são em aço de baixa porcentagem de carbono e recebem um tratamento denominado cementação que é um tratamento que consiste em aumentar a porcentagem de carbono numa fina camada externa da peça (Figura 4). 
 
 
Figura 4 – Aumento da porcentagem de carbono na camada externa de uma peça.
Após a cementação tempera-se a peça; as partes externas adquirem elevada dureza enquanto as partes internas permanecem sem alterações (Figura 5). O material resultante possui uma região superficial muito dura e resistente ao desgaste, com um núcleo que permanece tenaz (resistente a choques). 
A cementação é aplicada, principalmente, na fabricação de engrenagens altamente solicitadas, de eixos de comando de válvulas e de outras peças sujeitas ao desgaste durante o funcionamento que, além de elevada dureza, devem apresentar grande resistência ao choque. 
 
 Figura 5 – Peça temperada depois de realizada a cementação. 
A cementação é feita aquecendo-se a peça de aço de baixo teor de carbono, junto com um material rico em carbono (carburante). Quando a peça atinge alta temperatura (750ºC a 1.000ºC) passa a absorver parte do carbono do carburante. 
Quanto mais tempo a peça permanecer aquecida com o carburante, mais espessa se tornará a camada. Os carburantes podem ser sólidos, (grãos ou pós), líquidos ou gasosos. A qualidade dos carburantes influi na rapidez com que se forma a camada. 
Fases da cementação 
1ª Fase:
Aquecimento - Cementação em caixa: As peças são colocadas em caixas juntamente com o carburante, fechadas hermeticamente e aquecidas até a temperatura recomendada. 
Cementação em banho: As peças são mergulhadas no carburante líquido aquecido, através de cestas ou ganchos. 
2ª Fase: 
Manutenção da temperatura – O tempo de duração desta fase varia de acordo com a espessura da camada que se deseja e da qualidade do carburante utilizado. (0,1mm a 0,2mm por hora). 
3ª Fase: 
Resfriamento – A peça é esfriada lentamente dentro da própria caixa. Após a cementação as peças são temperadas. 
 
	
a) b)
Figura 6 – Fase de aquecimento da peça: a) em caixa; b) em banho
Nitretação 
É um processo semelhante a cementação, que se faz aquecendo o aço a uma temperatura de 500ºC a 525ºC na presença do gás nitrogênio. Após algum tempo, obtém-se uma fina camada, extremamente dura, não havendo necessidade de se temperar a peça.