Aula 6 Tratamentos Termicos

Prévia do material em texto

Materiais de Construção Mecânica Aplicada 
6º SEMESTRE (ENG. MEC) 
Prof.Luciano de Lima Lopes 
limalolopes@gmail.com 
AULA 6 
 
Tratamentos Térmicos 
Prof. Luciano de Lima Lopes 
limalolopes@Hotmail.com 
3 
Tratamentos Térmicos 
Origem do tratamento térmico 
Introdução 
O imperador romano Júlio César já afirmava, no ano 55 
a.C., que os guerreiros bretões se defrontavam com o 
problema de suas armas entortarem após certo tempo 
de uso. Isso 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 num leito de carvão vegetal e resfriado, 
em seguida, em salmoura. 
 
Esse procedimento pode ser considerado a primeira 
forma de tratamento térmico, pois permitia a 
fabricação de armas mais duras e mais resistentes 
Definição 
Tratamento térmico é o conjunto de operações de aquecimento 
e resfriamento a que são submetidos os aços, sob condições 
controladas de temperatura, tempo, atmosfera e velocidade de 
resfriamento, com o objetivo de alterar as suas propriedades ou 
conferir-lhes características determinadas. 
 
Tratamento Térmico 
durante o processo 
de fabricação 
OBJETIVO: 
Obtenção das propriedades 
físicas desejadas 
Ciclo Térmico 
T
e
m
p
e
ra
tu
ra
 (
ºC
) 
log tempo (s) 
a)Velocidade de aquecimento: 
b)Temperatura de patamar e tempo de permanência na temp. (encharque); 
c)Velocidade de resfriamento; 
d) Atmosfera do forno. 
727ºC 
900ºC 
(d) Atmosfera do Forno: Oxidante 
Redutora 
 Neutra (argônio) 
Vácuo 
 
Ac1 
Acm 
Zona crítica 
O tratamento térmico provoca mudanças nas propriedades mecânicas do aço. 
Essas mudanças dependem de três fatores: 
 
- Temperatura de aquecimento; 
- Velocidade de resfriamento; 
- Composição química do material. 
Estrutura Cristalina de Corpo Centrado - CCC 
Ciclo Térmico 
Tratamentos Térmicos e Controle da 
Microestrutura 
 
• Finalidade: 
 Alterar as microestruturas e como consequência as propriedades 
mecânicas das ligas metálicas. 
MICROESTRUTURAS PROPRIEDADES MECÂNICAS 
Principais Objetivos dos 
Tratamentos Térmicos 
• Remoção de tensões internas (oriundas de esfriamento 
desigual, trabalho mecânico ou outra causa); 
• Aumento ou diminuição da dureza; 
• Aumento da resistência mecânica; 
• Melhora da ductilidade; 
• Melhora da usinabilidade; 
• Melhora da resistência ao desgaste; 
• Melhora das propriedades de corte; 
• Melhora da resistência à corrosão; 
• Melhora da resistência ao calor; 
• Modificação das propriedades elétricas e magnéticas. 
 
Aquecimento de Um Aço Carbono Com 
0,4% De Carbono 
300ºc 
850ºC 
760ºC 
Tratamentos Térmicos 
Em geral, a melhora de uma ou mais propriedades, mediante 
um determinado tratamento térmico, é conseguida com prejuízo de 
outras. 
Por exemplo: 
O aumento da ductilidade provoca: 
• diminuição da dureza; 
•diminuição da resistência à tração. 
Tensão
Temperado
Revenido
Recozido
Deformação
 
Grandezas importantes 
Velocidade de resfriamento define as propriedades finais 
É necessário saber utilizar os diagramas de fases para que seja 
possível projetar um tratamento térmico para uma dada liga que 
possua as características mecânicas desejadas à temperatura 
ambiente. 
 
 Na prática, as transformações de fases, em geral, não ocorrem 
em condições de equilíbrio e não podem ser analisadas através 
do diagrama de equilíbrio. 
 
Para a análise das transformações em condições de não 
equilíbrio foram desenvolvidos novos diagramas que levam em 
conta a variável tempo. 
Diagrama de Transformação de Fases 
 Tais diagramas são denominados curvas TTT (por 
representarem as Transformações de fase em função do Tempo 
e da Temperatura). 
 Nos diagramas de equilíbrio as variáveis são a temperatura e 
a composição, com a introdução da variável tempo, no caso das 
curvas TTT. 
Diagrama de Transformação de Fases 
Diagrama de Transformação de Fases 
As transformações vistas no diagrama Fe-C pressupõem velocidades de 
resfriamento bastante baixas, de forma que todos os rearranjos atômicos 
possam se completar. Mudanças importantes podem acontecer se o aço, 
sob temperatura acima de 727°C, for bruscamente resfriado. As 
transformações podem não se efetivar totalmente e outras podem ocorrer, 
afetando sensivelmente as propriedades mecânicas. 
 
 
O gráfico da Figura 01 é um 
exemplo aproximado para um aço 
eutetóide, considerado inicialmente 
em temperatura na região da 
austenita (acima de 727°C, linha A) 
e posteriormente resfriado. 
 
Têmpera 
Têmpera é um dos processos utilizados no tratamento térmico 
de metais para aumentar a dureza e consequentemente a 
resistência dos mesmos. 
 
 O processo da têmpera consiste em duas etapas: 
Aquecimento e esfriamento rápido ou brusco. 
O aquecimento visa obter a organização dos cristais do metal, 
numa fase chamada austenitização. 
 
 O nome Austenita deriva do sobrenome, Austen, do 
descobridor dessa fase, a qual é explicada abaixo. O 
esfriamento brusco visa obter a estrutura martensita 
(supersaturada em carbono; nome deriva do sobrenome 
Martens, de seu descobridor). 
Na têmpera o aquecimento deve ser superior à temperatura 
crítica, que é de 727ºC. 
 
O objetivo é conduzir o metal a uma fase, na qual se obtém o 
melhor arranjo possível dos cristais do metal, e portanto, da 
futura dureza. 
 
Severidade de tempera – depende do meio onde o aço é 
resfriado depois da austenitização. 
Têmpera 
 Têmpera por chama: Aquecimento provém de chama 
direcionada à peça, através de maçarico ou outro instrumento, 
podendo assim ser parcialmente temperada. O aquecimento é 
obtido por indução elétrica, seguida de um resfriamento brusco, 
normalmente em água. 
 
 Têmpera superficial: Aquecimento somente da superfície 
através de indução ou chama até a austenitização, seguida de 
um resfriamento rápido. 
 
 Têmpera total: Aquecimento total da peça até temperatura de 
austenitização seguida de resfriamento, em meio pré-
determinado. 
Têmpera 
 Têmpera por indução: O aço é aquecido por um campo 
magnético gerado por uma corrente alternada de alta 
frequência que passa através de um indutor (bobina de cobre 
resfriada a água). Campo gerado depende da resistência da 
corrente e do número de voltas da bobina. 
Têmpera 
• O aumento do teor de C e / 
ou a adição de elementos 
de liga (exceto o Co) 
deslocam as curvas TTT 
para a direita, possibilitando 
o uso de meios de têmpera 
menos severos para a 
obtenção da microestrutura 
martensítica. 
A 
M 
P 
B 
T 
Tempo [s]  25  50  75 
Têmpera 
Martêmpera e Austêmpera 
 Tratamentos para evitar distorções e trincas nos materiais. 
 
 Martêmpera => martensita com grãos uniformes. 
 
 Austêmpera => bainita 
O resfriamento é temporariamente interrompido, criando um 
passo isotérmico, no qual toda a peça atinge a mesma 
temperatura. 
A seguir o resfriamento é feito lentamente de forma que a 
martensita se forma uniformemente através da peça. A 
ductilidade é conseguida através de um revenimento final. 
Martêmpera 
Austêmpera 
Neste processo o procedimento é análogo à martêmpera. 
Entretanto a fase isotérmica é prolongada até que ocorra a 
completa transformação em bainita. Como a microestrutura 
formada é mais estável (a +Fe3C), o resfriamentosubsequente 
não gera martensita. Não existe a fase de reaquecimento, 
tornando o processo mais barato. 
Revenimento 
 O aço antes deve ser temperado. Elimina tensões internas 
da têmpera, diminui o limite de escoamento e aumenta em 
muito a ductilidade. 
 
 A têmpera gera grandes tensões no material (a expansão 
volumétrica gerada pela martensita é de até 4%), por isso 
deve ser sempre acompanhada de revenimento. 
 
 O revenimento alivia ou remove tensões, corrige a dureza 
e a fragilidade, aumenta a dureza e a tenacidade do material. 
 
 A temperatura do revenimento deve ser escolhida para 
atender as propriedades especificadas em projeto. 
Operação de têmpera com posterior revenimento 
Revenimento 
Tensão
Temperado
Revenido
Recozido
Deformação
 
Recozimento 
 Tratamento térmico no qual o material é exposto a uma 
temperatura elevada por um período de tempo prolongado e 
em seguida resfriado lentamente. 
 
 Objetivos: Aliviar tensões, tornar o material mais mole, 
dúctil e tenaz e produzir uma microestrutura específica. 
 
 Qualquer processo de recozimento consiste em três 
estágios: (1) aquecimento até a temperatura desejada, (2) 
manutenção da temperatura e (3) resfriamento, geralmente 
até a temperatura ambiente. 
 
 O tempo é um fator importante na condução desse 
tratamento térmico devido aos gradientes de temperatura. 
Recozimento 
Tensão
Temperado
Revenido
Recozido
Deformação
 
Austenitizar e resfriar a lentamente (forno desligado). 
Obtenção de estruturas de equilíbrio 
T
e
m
p
e
ra
tu
ra
 °
C
 
Tempo (s) 
Zona Crítica 
Forno Contínuo 
Normalização 
Austenitizar e resfriar ao ar. 
Reduz o tamanho de grão 
 O tratamento de normalização é definido como o 
aquecimento de uma liga ferrosa em uma temperatura 
adequada acima da temperatura de transformação (zona 
crítica), seguido por um resfriamento ao ar até a temperatura 
ambiente. 
 
 FINALIDADE: uniformizar e refinar a granulação e estrutura 
dos aços. 
 
 Os aços normalizados apresentam como 
microconstituintes, perlita fina, ferrita e cementita, conforme o 
teor de carbono. 
Normalização 
Os processos são desenvolvidos por chama ou por indução. 
 
Têmpera por chama 
Antes da têmpera por chama é necessário o fazer uma normalização. 
Aplicado em peças de tamanho grande ou de formato complexo, que 
não podem ser temperadas em forno de câmara ou em banho de sal. 
 
O aquecimento é feito com maçarico oxiacetilênico a temperatura deve 
ficar acima da zona crítica. 
 
Após o aquecimento, a peça é resfriada por jato d’água ou por imersão 
em óleo. 
 
Um ensaio de dureza mostra a grande diferença de dureza entre a 
superfície e o núcleo. 
 
A têmpera superficial pode ser feita pelos métodos estacionário, 
progressivo ou combinado. 
Têmpera superficial 
Têmpera superficial - por chama 
 
Método estacionário 
Consiste em aplicar a chama na peça, a uma 
temperatura de 800ºC. 
A chama move-se sobre a área que será 
endurecida. 
O resfriamento é imediato na água ou no óleo. 
Têmpera superficial 
Têmpera superficial - por chama 
 
 
Método progressivo 
 
A peça se move e o maçarico 
permanece fixo. 
 
O resfriamento é feito logo após a 
chama ter aquecido a superfície da 
peça. 
 
Têmpera superficial 
Têmpera superficial - por chama 
 
Método combinado 
 
A peça e o maçarico movem-se 
simultaneamente. 
 
É aplicado, geralmente, em peças 
cilíndricas e de grande tamanho. 
 
A dureza final obtida varia de 53 a 62 
Rockwell C. 
 
A espessura da camada endurecida 
pode atingir até 10mm. 
Têmpera superficial 
 
Por Indução 
 
 
A peça é colocada numa bobina em que circula uma corrente elétrica de alta freqüência. 
 
Dentro da bobina indutora, é gerado um forte campo eletromagnético. 
 
A resistência que a peça oferece à passagem desse campo provoca o aquecimento da 
superfície até uma temperatura acima da zona crítica. 
 
Imediatamente após o aquecimento, a peça é resfriada por jatos de água ou de óleo. 
 
Na superfície, forma-se martensita. 
Têmpera superficial 
Têmpera superficial - por Indução 
 
 
Após a têmpera superficial, é necessário revenir a 
camada endurecida. 
 
O revenimento pode ser feito, também, com 
aquecimento por indução, seguido de resfriamento 
lento. 
 
A vantagem da têmpera por indução é que ela permite 
um controle bastante preciso da profundidade da 
camada que recebe o tratamento. 
 
É um processo mais preciso e seguro do que o da 
têmpera por chama. 
 
Têmpera superficial 
 Os tratamentos termoquímicos promovem um endurecimento 
superficial pela modificação da composição química e 
microestrutura em regiões superficiais. 
 
 Seu objetivo é o aumento de dureza e resistência ao desgaste de 
uma camada superficial, mantendo-se a microestrutura do núcleo 
dúctil e tenaz. 
 
 Os tratamentos termoquímicos mais importantes industrialmente 
são: 
 
 cementação; 
 nitretação 
carbonitretação. 
Tratamentos Termoquímicos 
A cementação consiste em introduzir maiores quantidades de carbono em 
superfícies de aço com baixos teores de carbono. 
Por isso, é indicada para aços-carbono ou aços-ligas cujo teor original de 
carbono seja inferior a 0,25%. A cementação aumenta esse teor até valores 
em torno de 1%, assegurando uma superfície dura e um núcleo tenaz. 
Cementação 
Aplicações: 
eixos e engrenagens de 
transmissão de componentes 
automotivos, de turbinas eólicas e 
de bombas 
Cementação 
 Tratamento superficial que consiste em se introduzir carbono 
ou nitrogênio na superfície do aço com o objetivo de se 
aumentar a dureza superficial do material, depois de 
convenientemente temperado. 
 
 Aços de baixo teor de carbono. 
 
 Aquecimento em campo austenítico (900-1000ºC) - difusão 
do C na fase gama. 
 
 A cementação é classificada de acordo com o meio 
empregado para a difusão de carbono: 
cementação gasosa, cementação líquida e cementação solida. 
Certas peças que trabalham em atrito permanente correm o risco de se 
desgastar com facilidade. É o caso, por exemplo, do girabrequim, das 
camisas de cilindros, dos pinos, dos rotores, que precisam ter alta 
resistência ao desgaste sob temperatura relativamente elevada. A peça 
pode adquirir esse nível de resistência por meio da técnica chamada 
nitretação. 
 
A nitretação é indicada na obtenção de peças com superfície de maior 
dureza, para aumentar a resistência do desgaste, à fadiga, à corrosão e 
ao calor. Os aços que melhor se prestam a esse tratamento são os 
nitralloy steels, que são aços que contêm cromo, molibdênio, alumínio e 
um pouco de níquel. Em geral, a nitretação é feita depois da têmpera e 
do revenimento. Assim, as peças nitretadas não precisam de qualquer 
outro tratamento térmico, o que contribui para um baixo índice de 
distorção ou empenamento 
Nitretação 
Nitretação 
Enriquecimento superficial com nitrogênio, usando-se de um 
ambiente nitrogenoso à determinada temperatura, buscando o 
aumento da dureza do aço até certa profundidade. 
 
 O objetivo é difundir o nitrogênio, para isso, temperaturas 
abaixo de 720°C são ideais. 
 
 A nitretação tem menos empenamento em relação a 
cementação, porem, a camada é muito mais fina, chega a 
0,3μm por nitretação gasosa e a 0,15μm por nitretação a 
Plasma. 
Esse processo consiste em introduzir carbono e nitrogênio na 
superfície do aço. O processo pode ser realizado em fornos 
de banhosde sal ou de atmosfera controlada (a gás). A 
superfície da camada carbonitretada adquire dureza e 
resistência ao desgaste. 
A temperatura do processo varia de 705ºC a 900ºC, com uma 
duração de duas horas. Após esse tempo, as peças são 
resfriadas em água ou óleo. 
 
Obtém-se uma camada com espessura de 0,07 a 0,7mm. 
A carbonitretação é usada, geralmente, em peças de pequeno 
porte, como componentes de máquina de escrever, 
carburadores, relógios, aparelhos eletrodomésticos. 
Carbonitretação 
Procedimentos 
Procedimento: 
 
Ligar o forno, aguardar até que a temperatura fique homogênea. 
Com os EPI adequado, e o auxilio no manipulador, colocar a peça dentro forno e fechar. 
Aguardar a temperatura de austenitização da peça. 
Fazer o resfriamento de acordo com o tratamento a ser realizado. 
 
Relação dos materiais: 
 
- Forno 
- Peça 
- Manipulador 
- EPI 
- Água/óleo 
RELATÓRIO 
Equipamentos 
Materiais 
Objetivo 
Procedimento 
Conclusão 
 
 
QUESTÕES 
 
1. Quais foram os Diagramas desenvolvidos para a análise das transformações em condições 
de não equilíbrio dos aços temperados? 
2. Descreva as principais etapas do processo de Tempera? 
3. Represente o gráfico TTT para o processo de Austêmpera. 
4. Cite 5 dos principais objetivos dos Tratamentos Térmicos? 
5. Para qual tipo de aço é indicado o tratamento termoquímico de Cementaçao? Explique.