Ensaio de tratamentos termicos

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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO”
CAMPUS DE GUARATINGUETÁ
Propriedades Mecânicas dos Materiais
Assunto: Tratamentos térmicos
 
Professor: Thomaz Manabu
Luiz Henrique Torres da Costa nº101031
2012
Introdução
Tratamento térmico consiste em aquecer o metal a uma certa temperatura, sob uma certa velocidade, manter o metal aquecido a esta temperatura, por um certo tempo, e depois resfriar o metal a uma certa velocidade para que o mesmo apresente as características metalúrgicas e mecânicas desejadas, ou seja, aquecer, manter quente por um tempo e resfriar. 
Existem diversos tipos de tratamento térmico que podem ser aplicados aos metais. A determinação de qual o correto tipo de tratamento dependerá das características que se deseja obter, tais como, resistência mecânica, dureza, estrutura metalúrgica, tamanho de grão, usinabilidade, dentre muitas outras, também depende da liga envolvida e da durabilidade (vida útil) que se deseja alcançar, tudo isso sem modificar o estado físico do metal, se ele é sólido permanecerá sólido.
Objetivo
O objetivo deste ensaio é obter a dureza gerada por cada tipo de tratamento térmico e comprovar a sua eficiência.
Fundamentação Teórica
Tratamento térmico é o conjunto de operações de aquecimento a que são submetidos os aços, sob condições controladas de temperatura, tempo, atmosfera do forno e velocidade de resfriamento, com o objetivo de alterar as suas propriedades ou conferir-lhes características determinadas.
	As propriedades dos aços dependem, em princípio, da sua estrutura. Os tratamentos térmicos modificam, em maior ou menor escala, a estrutura dos aços, resultando, em conseqüência, na alteração mais ou menos pronunciada, de suas propriedades. Como foi mostrado na teoria, vimos como se produzem transformações na austenita, segundo o tipo, a velocidade e as condições de esfriamento adotadas. Cada uma das estruturas apresenta suas características próprias, que se transferem ao aço, conforme a estrutura ou combinação de estruturas presentes.
	Os principais objetivos dos tratamentos térmicos são os seguintes:
remoção de tensões;
aumento ou diminuição de dureza;
aumento da resistência mecânica;
melhora da ductilidade;
melhora da resistência ao desgaste;
melhora das propriedades de corte;
melhora da resistência à corrosão;
melhora da resistência ao calor;
modificação das propriedades magnéticas e elétricas.
Resumidamente, podemos enumerar os principais fatores que interferem num tratamento térmico. São eles:
aquecimento;
tempo de permanência à temperatura de aquecimento;
resfriamento;
atmosfera do forno.
	Dentre os principais tratamentos térmicos, destacamos o recozimento, a normalização, e a têmpera. 	
	
Recozimento
 	É o tratamento térmico realizado com o fim de alcançar um ou vários dos seguintes objetivos: remover tensões devidas aos tratamentos mecânicos a frio ou a quente, diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade do aço, alterar as propriedades mecânicas como resistência, ductilidade, etc., ajustar o tamanho do grão, regularizar a textura bruta de fusão, remover gases, produzir uma microestrutura definida, eliminar enfim os efeitos de quaisquer tratamentos térmicos ou mecânicos a que o aço tiver sido anteriormente submetido.
Dentre os tipos de recozimento podemos destacar:
Recozimento total ou pleno: Consiste no aquecimento do aço acima da zona crítica durante o tempo necessário e suficiente para ter-se a solução do carbono ou dos elementos de liga no ferro gama, seguido do resfriamento lento, realizado sob condições que permitam a formação dos constituintes normais de acordo com o diagrama ferro-carbono. Esse resfriamento lento pode significar manter a peça no interior do forno e controlar a velocidade de resfriamento. 
Recozimento isotérmico: Consiste no aquecimento do aço nas mesmas condições que para o recozimento total, seguido de um resfriamento rápido até uma temperatura situada dentro da porção superior do diagrama de transformação isotérmico, onde o material é mantido durante o tempo necessário a se produzir transformação completa. A estrutura final, contudo é mais uniforme que no recozimento pleno.
Recozimento para alívio de tensões: Consiste no aquecimento do aço a temperatura abaixo do limite inferior da zona crítica. O objetivo é aliviar as tensões originadas durante a solidificação ou produzidas em operações de transformação mecânica. Essas tensões começam a ser aliviadas a temperatura logo acima da temperatura ambiente; entretanto, é aconselhável aquecimento lento até pelo menos 500 °C para garantir melhores resultados. De qualquer maneira a temperatura de aquecimento deve ser a mínima compatível com o tipo e as condições da peça, para que não se modifique sua estrutura interna, assim como não se produzam alterações sensíveis de suas propriedades mecânicas. Geralmente essas peças seguem o resfriamento ao ar.
Normalização
Esse tratamento consiste no aquecimento do aço a uma temperatura acima da zona crítica, seguida de resfriamento ao ar. A normalização visa refinar a granulação grosseira de peças de aço fundido principalmente; e freqüentemente e com o mesmo objetivo, a normalização é aplicada em peças depois de laminadas ou forjadas. A normalização é ainda usada como tratamento preliminar à tempera e ao revenido, justamente para produzir estrutura mais uniforme do que obtida por laminação, por exemplo, além de reduzir a tendência ao empenamento e facilitar a solução de carbonetos e elementos de liga. Os constituintes que se obtém na normalização são ferrita e perlita fina, ou cementita e perlita fina, ou em alguns casos bainita. 
Têmpera
 	Consiste no aquecimento do aço até sua temperatura de austenitização – entre 815 ° e 870°C (acima da curva A1) – seguido de resfriamento rápido. Os meios de resfriamentos dependem da endurecibilidade dos aços, da forma e dimensões da peças, porque o que se procura nessa operação, é a obtenção da estrutura martensítica, fazendo com que a curva de resfriamento passe a esquerda do cotovelo da curva TTT, evitando assim a transformação da austenita em seus produtos normais. Os meios mais comuns de resfriamento são os líquidos (água, salmoura e óleo) ou gasosos (ar e gases inertes). 
Vale destacar que os objetivos principais dessa operação, sob o ponto de vista de propriedades mecânicas, são aumento da dureza do aço e da sua resistência à tração. Resultam também da tempera, redução da ductilidade, da tenacidade e o aparecimento de apreciáveis tensões internas, que podem
Procedimento Experimental
No forno foram colocadas 4 amostras do tipo aço 1050, se encontrando na temperatura de austenitização á 850°C onde permaneceram por 42 minutos. Após esse tempo se retirou uma amostra que foi resfriada a temperatura ambiente realizando o tratamento de normalização, para isso foi utilizado a tenaz e os trajes apropriados, como luva de amianto e avental. Após retirado a amostra a mesma é posicionada sobre um tijolo refretário esfriando.
Outra amostra se encontrava pronta, proveniente de um resfriamento de 2 horas dentro do forno, proporcionando o tratamento de recozimento.
Por seguinte outra amostra é retirada do forno e resfriada em água. Deve-se agitar a água ao máximo para que o resfriamento seja homgeneo. 
Por fim repete-se o ultimo procedimento só que para o resfriamento em óleo. Esses dois últimos métodos são caracterizados como tempera, em água e em óleo respectivamente.
Após a realização de todos os tratamentos as amostras foram lixadas e tiveram suas durezas medidas. 
Resultados e discussões
A partir do ensaio foram obtidos os seguintes valores:
	
	Dureza (HRA)
	Tratamento
	1
	2
	3
	4
	5
	6
	Média
	Desvio Padrão
	Recozido
	57
	57
	56
	54
	54
	54
	55,33
	1,51
	Normalizado
	55
	54
	52
	55
	54
	56
	54,33
	1,37
	Temperado em água
	73
	73
	80
	83
	84
	83
	79,33
	5,09
	Temperado em óleo
	67
	69
	73
	67
	7370
	69,83
	2,71
A forma de como resfriamos as peças mostra-se importantíssima na dureza final do material. Observando os resultados obtidos pela tempera em água e pela tempera em óleo temos que os valores desvio padrão foram relativamente altos isso se deve ao fato de que os dois processos exigiam certo preparo do operador, acarretando em falhas, ou seja, a têmpera ocorreu de forma desigual na superfície das amostras. Parte desse problema também é causado pelo tamanho da peça que provoca um resfriamento desigual e não homogêneo. 
	A velocidade de aquecimento, embora na maioria dos casos seja fator secundário, apresenta certa importância, principalmente quando os aços estão em estado de tensão interna ou possuem tensões residuais devidas a encruamento prévio ou ao estado inteiramente martensítico porque, nessas condições, um aquecimento muito rápido pode provocar empenamento ou mesmo aparecimento de fissuras. Há casos, contudo, de aços fortemente encruados que apresentam uma tendência para excessivo crescimento de grão quando aquecidos lentamente dentro da zona crítica, sendo então conveniente realizar um aquecimento mais rápido através dessa zona de transformação. 
	É muito importante, quando aquecemos um aço a ser tratado termicamente na zona de austenitização, sabermos se ele realmente alcançou este patamar. Entretanto, quanto maior for esta temperatura, maiores serão os grãos austeníticos e, portanto, pior será depois. É preferível não ter 100% dos grãos austenitizados a ter grãos de austenita muito grandes. A austenita retida é um dos grandes problemas da indústria. O custo para retirá-la não é muito baixo.
Conclusão 
Os resultados obtidos ficaram dentro do esperado, uma vez que em ordem crescente de durezas os tratamentos foram recozimento, normalização, tempera em óleo e tempera em água, onde obtivemos martensita ( a dureza da martensita tem que ser maior ou em torno de 55 HRC). Além disso da avaliação do desvio padão temos que é aconselhável que os tratamentos térmicos tenham procedimentos, profissionais qualificados e equipamentos calibrados.
Isso nos mostra a importância do aço na indústria em relação as suas propriedades de tratamento térmico, podendo ser tratado de acordo com sua aplicação. 
	
Bibliografia
 
- CHIAVERINI, V. Aços e Ferros Fundidos, 7ed., São Paulo, Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais - ABM, 1996, 599p.