Sara Rodrigues Monografia revisada

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Faculdade Pitágoras 
Curso de Engenharia de Produção
Sara Rodrigues dos Santos
Análise dos parâmetros para tratamento térmico em tubos de Aço Carbono
Betim
2015
Sara Rodrigues dos Santos
Análise dos parâmetros para tratamento térmico em tubos de Aço Carbono
Monografia apresentada ao curso de Engenharia de Produção da Faculdade Pitágoras, Unidade Betim, como parte das exigências para a obtenção do título de bacharel em Engenharia de Produção.
Orientador: Leandro Martins de Morais
Betim
2015
Sara Rodrigues Dos Santos
Análise dos parâmetros para tratamento térmico em tubos de Aço Carbono
Monografia submetida à Banca Examinadora designada pela Faculdade Pitágoras como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em Engenharia de Produção.
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Professor Leandro Martins de Morais – Orientador
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Professor Dejanir José Campos Júnior - Avaliador
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Professora Cíntia Rodrigues Lima – Coordenadora do curso de Engenharia de Produção
Betim, 15 de junho de 2015
Reveste-se de força e dignidade; sorri diante do futuro, fala com sabedoria, ensina com amor, cuida dos negócios de sua casa e não dá lugar a preguiça. Seus filhos se levantam e a elogiam, seu marido também a elogia, dizendo: “muitas mulheres são exemplares, mas você a todas superam".
Á beleza é enganosa e a formosura é passageira, mas a mulher que teme ao senhor será elogiada.
Provérbios 31:25-30
 
 
AGRADECIMENTOS
A Deus, que está acima de tudo, e de todos. À minha família, minha Mãe e meus irmãos pelo carinho, paciência e confiança depositados.
A todos os amigos e professores que participaram ativamente da minha vida nesses preciosos anos de estudo. 
RESUMO
O presente trabalho tem por objetivo estudar o processo de Tratamento térmico em tubos de aço carbono, utilizados na indústria em geral. Componentes que necessitam de alta dureza superficial e de grande resistência ao desgaste, do aumento da ductilidade que provoca simultaneamente queda nos valores de dureza e resistência à tração. É necessário, pois, que o tratamento térmico seja escolhido e aplicado criteriosamente, para que os inconvenientes apontados sejam reduzidos ao mínimo. Para os aços, a permanência na temperatura de patamar durante um determinado tempo serve para homogeneizar a austenita e deve ser seguido de resfriamento lento, geralmente no próprio forno. Os principais objetivos a serem alcançados por este tratamento são: aumentar a dureza do metal; melhorar a usinabilidade; aliviar tensões internas e homogeneizar a microestrutura de peça.
Palavras chave: Resistencia, tempo, temperatura, ductilidade, dureza
ABSTRACT
This paper aims to study the process of heat treatment of carbon steel tubes, used in the industry in general. Components that require high hardness and high wear resistance, increased ductility which simultaneously causes a decline in hardness and tensile strength. It is therefore necessary to choose the heat treatment and apply it carefully so that the pointed disadvantages are minimized. For steels, the stay in the threshold temperature for a given time serves to homogenize the austenite and should be followed by slow cooling, usually in the oven itself. The main objectives to be achieved by this treatment is to increase the hardness of the metal; improve machinability; relieve internal stresses and homogenize the microstructure piece.
Keywords: Resistance, time, temperature, ductility , hardness
NTRODUÇÃO
Conforme Professor da USP André Paulo Tschiptschin, 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, e seu uso comercial supera o de todos os demais materiais. 
Os aços são tratados com a finalidade de provocar o amolecimento, feito pela redução da dureza, remoção de tensões residuais, melhoria da tenacidade, restauração da ductilidade, redução do tamanho do grão ou alteração das propriedades eletromagnéticas do aço.
 Restaurar a ductilidade ou remover as tensões residuais é uma operação necessária quando uma grande quantidade de trabalho a frio tenha sido executada (como laminação a frio ou trefilação) ou o endurecimento dos aços que é feito para aumentar a resistência mecânica, a resistência ao desgaste e a resistência à fadiga. 
O endurecimento é fortemente dependente do teor de carbono do aço. A presença de elementos de liga possibilita o endurecimento de peças de grandes dimensões, o que não seria possível com do uso de aços comuns ao carbono.
 Este trabalho abordará os processos de tratamento térmico em tubos de aço carbono.
Problema 
Imagine um tubo de proteção de porta de um automóvel. Ele precisa de resistência para oferecer segurança, pois, se ele for maleável demais vai deformar com uma colisão e se ele for duro demais, corre o risco de se quebrar com o impacto. Nesses casos, a vida do usuário estaria em risco.
Qual a influência e porque é necessário aplicar métodos de tratamento térmico nos metais?
Quais os tipos de tratamento térmico são aplicáveis ao aço carbono?
As respostas a essas questões serão dadas no decorrer desse trabalho.
 Justificativa
Os metais, para serem utilizados, deverão ter formas e dimensões adequadas, o que pode ser conseguido com deformação plástica a frio ou a quente. Entretanto, a deformação a frio imprimida ao metal conduz a uma elevação da densidade de discordâncias e concentração de lacunas, ou seja, tem-se um metal encruado. O resultado dessa operação é a modificação das propriedades mecânicas e físicas do produto, algumas com elevação (resistência mecânica, dureza, limite de escoamento, etc) e diminuição de outras (tenacidade, ductilidade, condutividade térmica, etc
O tratamento térmico aplicado corretamente, possibilita a recuperação, a recristalização primária e a homogeneização da estrutura do metal, antes encruado, restabelecendo as propriedades mecânicas e físicas de acordo com aplicação prevista. O estudo realizado mostra como é possível alcançar estes objetivos. 
Objetivo geral
O objetivo principal deste trabalho é, mostrar uma análise sobre o tratamento térmico em materiais fabricados em aço carbono para atender as necessidades da indústria.
4.1 Objetivos específicos
Analisar o aço carbono, metal base da pesquisa;
Analisar a estrutura do aço carbono;
Analisar a importância do tratamento térmico no aço carbono;
Analisar os tipos de tratamento térmico aplicáveis ao aço carbono.
Referencial teórico
Aço Carbono
Aços são ligas ferro-carbono que podem conter apreciáveis concentrações de outros elementos de liga; existem milhares de ligas que têm diferentes composições e/ou tratamentos térmicos. As propriedades mecânicas são sensíveis ao teor de carbono, que é normalmente menor do que 1,0% em peso. Alguns dos aços mais comuns são classificados de acordo com a concentração de carbono, isto é, em tipos baixo-carbono, médio-carbono e alto-carbono. Também existem subclasses dentro de cada grupo de acordo com
a concentração de outros elementos de liga. Aços-carbono comuns contém apenas concentrações residuais de impurezas outras que não o carbono. Para aços-liga, elementos de liga são intencionalmente adicionados em concentrações específicas. (Callister, Introdução a Ciência e Engenharia dos Materiais 2º ed)
Aço carbono é uma liga metálica resultante da combinação de ferro e carbono. O carbono é um elemento importante que afeta as propriedades mecânicas do aço carbono. Com o aumento do teor de carbono, ponto de escoamento de aço carbono e a resistência à tração são aumentadas, e a resistência à ruptura aumentaram mais do que o limite de elasticidade. Além disso, como o teor de carbono aumenta, a ductilidade do aço carbono e tenacidade. Quando o teor de carbono aço carbono excede 0,45%, o limite de escoamento aumenta, há pouca plasticidade e a resistência é reduzida significativamente. Com o aumento do teor de carbono, aço de carbono a temperatura de solidificação diminui, o fluxo de aço fundido e torna-se melhor desempenho de fundição.
5.1 Estrutura cristalina
 
Segundo Callister, materiais sólidos podem ser classificados de acordo com a regularidade com que átomos ou íons se arranjam entre si. Um material cristalino é um no qual átomos estão situados numa disposição repetitiva ou periódica ao longo de grandes distâncias atômicas; isto é, existe uma ordenação de grande alcance tal que na solidificação, os átomos se posicionarão entre si num modo tridimensional repetitivo, onde cada átomo está ligado aos seus átomos vizinhos mais próximos. Todos os metais, muitos materiais cerâmicos, e certos polímeros foram estruturas cristalinas sob condições normais de Solidificação. (Callister, Introdução a Ciência e Engenharia dos Materiais 2º ed)
O aço se compõe de um aglomerado compacto de átomos arranjados ordenadamente, denominado estrutura cristalina.
Na siderurgia, com a oxidação do ferro-gusa, produz-se o aço no estado líquido. Na passagem do estado líquido para o sólido, os átomos que compõem o aço vão se agrupando, à medida que a temperatura diminui. Nesse processo de agrupamento, os átomos vão se organizando de modo a assumir posições definidas e ordenadas, formando figuras geométricas tridimensionais que se repetem. A esse conjunto de átomos, que ocupam posições fixas e formam uma estrutura, denominamos célula unitária. 
Durante o processo de solidificação, as células unitárias vão se multiplicando, lado a lado, e formam uma rede cristalina. As células unitárias se organizam em três dimensões, apresentando um contorno de agregado de cristais irregulares. Esses cristais recebem o nome de grãos. Cada grão é composto por milhares de células unitárias (átomos com disposição fixa e formando figuras geométricas típicas CFC ou CCC ou HC etc) 
A ligação atômica neste grupo de material é metálica e assim não-direcional em natureza. Consequentemente, não existem restrições quanto ao número e posição dos átomos vizinhos mais próximos; isto conduz a números relativamente grandes de vizinhos mais próximos e empilhamento atômico denso para a maioria das estruturas cristalinas. Também para metais, usando o modelo da esfera rígida para a estrutura cristalina, cada esfera representa um núcleo do íon. Três estruturas cristalinas relativamente simples são encontradas para muitos dos metais comuns: cúbica de face centrada, cúbica de corpo centrado e hexagonal compacta. (Callister, Introdução a Ciência e Engenharia dos Materiais 2º ed)
5.1.1 Reticulado Cúbico de Corpo Centrado (CCC): 	
 Na CCC cada átomo dos vértices do cubo é dividido com 8 células unitárias. Já o átomo do centro pertence somente a sua célula unitária. Número de átomos por célula: 2
Exemplos: Fe, Cr e 
 
5.1.2 Reticulado Cúbico de face centrada:
Na CFC cada átomo dos vértices do cubo é dividido com 8 células unitárias. Já os átomos das faces pertencem somente a duas células unitárias. Número de átomos por célula: 4 Exemplos: Al, Cu e Pb, Ag e Ni. 
5.11.3 Reticulado hexagonal compacto (HC)
Cada átomo tangencia 3 átomos da camada de cima, 6 átomos no seu próprio plano e 3 na camada de baixo do seu 3 na camada de baixo do seu plano. O número de coordenação para a estrutura HC é 12 e, portanto, o fator de empacotamento é o mesmo da cfc, ou seja, 0,7. 
5.2. Um problema
O aumento ou a redução da dureza do aço depende do modo como ele foi termicamente. Uma fresa requer um tipo de tratamento térmico que a torne dura para a retirada de cavacos de um material. Outro exemplo: para que o aço adquira deformação permanente, como é o caso do forjamento, é necessário um tipo de tratamento térmico que possibilite a mais baixa dureza a esse aço. Temos, assim, duas situações opostas de alteração das propriedades do aço. Tais situações mostram a necessidade de se conhecer bem os constituintes do aço, antes de submetê-lo a um tratamento térmico,
Alguns dos princípios cinéticos básicos das transformações em estado sólido são agora estendidos e aplicados especificamente para as ligas ferro-carbono em termos das relações entre o tratamento térmico, o desenvolvimento da microestrutura e as propriedades mecânicas. Esse sistema foi escolhido porque é familiar e porque possibilita uma grande variedade de microestruturas e propriedades mecânicas para as ligas ferro-carbono (ou aço). (Callister Introdução a Ciência e Engenharia dos Materiais 5º ed)
5.3 Microconstituintes do aço:
Ferro puro, no aquecimento, experimenta 2 mudanças em estrutura cristalina antes de se fundir. À temperatura ambiente a forma estável, chamada ferrita, ou ferro a, tem uma estrutura cristalina CCC. A ferrita experimenta uma transformação polimórfica à austenita CFC, ou ferro g, a 912oC(1674oF). Esta austenita persiste até 1394oC(2541oF), temperatura na qual a austenita CFC se reverte de volta para a fase CCC conhecida como ferrita d, que finalmente se funde a 1538°C(2800oF). (Callister Introdução a Ciência e Engenharia dos Materiais 2º ed)
]5.3.1 Austenita: 
É uma solução sólida de carbono em ferro gama. Somente é estável as temperaturas superiores a 723 ºC, desdobrando-se por reação eutetóide, a temperaturas inferiores, em ferrita e cementita. Somente pode aparecer austenita a temperatura ambiente nos aços austeníticos, nesse caso, a austenita é estável a temperatura ambiente. É deformável como o ferro gama, pouco dura, apresenta grande resistência ao desgaste, é magnética, e é o constituinte mais denso dos aços e não é atacada por reagentes. A resistência da austenita retida à temperatura ambiente oscila entre 80 e 100 daN/mm2 e alongamento entre 20 e 25 %. Pode dissolver até 1,7 – 1,8 % de carbono. Apresente rede cristalográfica cúbica de face centrada. 
5.3.2 Ferrita: 
Este constituinte está formado por uma solução sólida de inserção de carbono em ferro alfa. É o constituinte mais mole dos aços, porém é o mais tenaz, e o mais maleável, sua resistência a tração é de 28 daN/mm2 e alongamento de 35%. Sua solubilidade máxima é de 0,008 %. Pode também manter em solução de substituição a outros elementos tais como Si, P, Ni, Cr, Cu, que aparecem nos aços, bem como impurezas como elementos de ligação. A ferrita apresenta-se nos aços como constituinte e misturada com a cementita para formar parte da perlita. Se o aço é muito pobre em carbono, sua estrutura está formada quase que totalmente por grãos de ferrita cujos limites podem ser revelados facilmente com o microscópio, depois de um ataque com ácido nítrico diluído. Os grãos são equiaxiais. 
5.3.3 Perlita: 
Formada por uma mistura eutetóide de duas fases, ferrita e cementita, produzida a 723 ºC quando a composição é de 0,8 %. Sua estrutura está constituída por lâminas alternadas de ferrita e cementita, sendo a espessura das lâminas de ferrita superior ao das de cementita, estas últimas ficam em relevo depois do ataque
com ácido nítrico. A perlita é mais dura e resistente que a ferrita, porém mais branda e maleável que a cementita. Apresenta-se em forma laminar, reticular e globular. 
5.3.4 Cementita: 
É o constituinte que aparece em fundições e aços. É o carboneto de ferro, de fórmula Fe3C. É muito frágil e duro, apresentando mais de 840 Vickers, e é muito resistente ao cisalhamento. Em baixas temperaturas é ferromagnético e perde esta propriedade a 212 ºC (ponto de Curie). O ponto de fundição acima de 1950 ºC, e é termodinamicamente instável a temperaturas inferiores a 1200ºC. 
5.3.5 Bainita:
 É o constituinte que se obtém na transformação isotérmica da austenita quando a temperatura do banho de resfriamento é de 250 a 500 °C. Apresenta 2 tipos de estrutura: a bainita superior de aspecto arborescente formada a 500 – 580°C, composta por uma matriz ferrítica contendo carbonetos e a bainita inferior, formada a 250 – 400 °C, tem um aspecto similar a martensita e está constituída por agulhas alargadas de ferrita que contém placas finas de carboneto. A bainita tem dureza que vai de 40 a 60 HRc. 
5.3.6 Sorbita:
 É obtida com um revenimento depois da têmpera. Ao realizar o aquecimento a martensita experimenta uma série de transformações e no intervalo compreendido entre 400 e 650 °C a antiga martensita perdeu tanto carbono, que se converteu em ferrita. A estrutura aí obtida é conhecida como sorbita.
 
5.3.7 Martensita:
 É uma solução sólida, intersticial, supersaturada de carbono em ferro alfa. É o constituinte estrutural da têmpera dos aços e sua microestrutura apresenta-se na forma de agulhas cruzadas. Os átomos de ferro estão como na ferrita, nos vértices. Os átomos de carbono estão nas faces e nas arestas, apresenta por isso uma rede distorcida. Esta distorção da rede é a responsável pela dureza da martensita. Apresenta uma rede tetragonal. Suas características mecânicas são resistência a tração entre 170 – 250 kg/mm2 dureza HRC entre 50 – 60, alongamento de 0,5 % e é magnética. 
É possível melhorar as propriedades do aço, adicionando, durante sua fabricação, outros elementos químicos, como níquel, molibdênio, tungstênio, vanádio, crômio. Assim como um atleta necessita de vitaminas para melhorar seu desempenho, o aço precisa desses elementos químicos como “reforço vitamínico” para melhorar suas propriedades.
Tratamento térmico
Tratamento Térmico é um ciclo de aquecimento e resfriamento controlado com o objetivo de alterar as suas propriedades físicas e mecânicas, sem mudar a forma do produto. (Chiaverini, 1996)
O objetivo dos tratamentos térmicos são:
- Remoção de tensões internas
- Aumento ou diminuição da dureza
- Aumento da resistência mecânica
- Melhora da ductilidade
- Melhora da usinabilidade
- Melhora da resistência ao desgaste
- Melhora da resistência à corrosão
- Melhora da resistência ao calor
- Melhora das propriedades elétricas e magnéticas
Os principais fatores que influem nos tratamentos térmicos são: 
– Temperatura de aquecimento da peça; 
– Tempo em que a peça permanece na temperatura; 
– Atmosfera de aquecimento
– Velocidade e condições de resfriamento.
5.4.1 Aquecimento
O caso mais frequente de tratamento térmico do aço é alterar uma ou diversas de suas propriedades mecânicas, mediante uma determinada modificação que se processa na sua estrutura. Assim sendo, o aquecimento é geralmente realizado a uma temperatura acima da crítica, porque então tem-se a completa austenização do aço, ou seja total dissolução do carboneto de ferro gama: essa austenização é o ponto de partida para as transformações posteriores desejadas, as quais se processarão em função da velocidade de esfriamento adotada. Na fase de aquecimento, dentro do processo de tratamento térmico, devem ser apropriadamente consideradas 
a velocidade de aquecimento e a temperatura máxima de aquecimento.
Tempo de permanência à temperatura de aquecimento
A influência do tempo de permanência do aço à temperatura escolhida de aquecimento é mais ou menos idêntica à da máxima temperatura de aquecimento, isto é, quanto mais longo o tempo à temperatura considerada de austenização, tanto mais completa a dissolução do carboneto de ferro ou outras fases presentes (elemento de liga) no ferro gama, entretanto maior o tamanho de grão resultante.
Resfriamento
Este é o fator mais importante, pois é ele que determinará efetivamente a estrutura e, em consequência, as propriedades finais dos aços. Como pela variação da velocidade de resfriamento pode-se obter desde a perlita grosseira de baixa resistência mecânica e baixa dureza até a martensita que é o constituinte mais duro resultante dos tratamentos térmicos. Por outro lado, a obtenção desses constituintes não é só função da velocidade de resfriamento, dependendo também da composição do aço (teor em elemento de liga, deslocando a posição das curvas em C), das dimensões (seção) das peças, etc. Os meios de esfriamento usuais são: ambiente do forno, ar e meios líquidos. 
O resfriamento mais brando é, evidentemente, o realizado no próprio interior do forno e ele se torna mais severo à medida que se passa para o ar ou para um meio líquido, onde a extrema agitação dá origem aos meios de esfriamento mais drásticos ou violentos. Na escolha do meio de esfriamento, o fator inicial a ser considerado é o tipo de estrutura final desejada a uma determinada profundidade. 
De fato, a seção e a forma da peça influem consideravelmente na escolha daquele meio. Um meio de resfriamento menos drástico, como óleo, seria o indicado sob o ponto de vista de empenamento ou ruptura, porque reduz o gradiente de temperatura apreciavelmente durante o resfriamento, mas não podem satisfazer sob o ponto de vista de profundidade de endurecimento. 
É preciso, então conciliar as duas coisas: resfriar adequadamente para obtenção da estrutura e das propriedades desejadas à profundidade prevista e, ao mesmo tempo, evitar empenamento distorção ou mesmo ruptura da peça quando submetida ao resfriamento. Tal condição se consegue com a escolha apropriada do aço. Os meios de resfriamento mais utilizados são: soluções aquosas, águas, óleo e ar.
A importância do tratamento térmico
As propriedades mecânicas, bem como o desempenho em serviço, de um metal e em especial das ligas dependem da sua composição química, da estrutura cristalina, do histórico de processamento e dos tratamentos térmicos realizados. De forma simplificada os tratamentos térmicos podem ser descritos por são ciclos de aquecimento e resfriamento controlados em material metálico (metal ou liga) que causam modificações na microestrutura do mesmo. Essas modificações têm por consequência alterações nas propriedades mecânicas e no comportamento
Dependendo da aplicação. Os fatores que determinam os tipos de tratamentos térmicos são: temperatura, taxas de aquecimento e resfriamento, tempo de permanência em uma determinada temperatura. A escolha adequada desses elementos está diretamente relacionada com a estrutura das ligas.
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.
Os aços são tratados para diversas finalidades, dentre elas estão:
Amolecimento
Endurecimento
Amolecimento 
O amolecimento é feito para redução da dureza, remoção de tensões residuais, melhoria da tenacidade, restauração da ductilidade, redução do tamanho do grão ou alteração das propriedades eletromagnéticas do aço. Restaurar a ductilidade ou remover as tensões residuais
é uma operação necessária quando uma grande quantidade de trabalho a frio tenha sido executada (como laminação a frio ou trefilação). As principais formas de amolecimento do aço são: recozimento de recristalização, recozimento pleno, recozimento de esferoidização e normalização.
Endurecimento – 
O endurecimento dos aços é feito para aumentar a resistência mecânica, a resistência ao desgaste e a resistência à fadiga. O endurecimento é fortemente dependente do teor de carbono do aço. A presença de elementos de liga possibilita o endurecimento de peças de grandes dimensões, o que não seria possível quando do uso de aços comuns ao carbono. Os tratamentos de endurecimento são: têmpera, austêmpera, e martêmpera.
 Aços carbono tratados termicamente
O tratamento térmico dos aços carbono permite atingir tensões de escoamento entre 315 e 520 MPa. O aço carbono tratado termicamente é referenciado como pertencente ao grupo de aços de alta resistência. Estes aços são basicamente aços carbono-manganês ou aço carbono-manganês-silício, podendo conter outros elementos. 
Aços de baixa liga tem melhor endurecibilidade do que os aços carbono, portanto podem apresentar melhor resistência e tenacidade em peças de maiores dimensões de seção transversal. Os elementos de liga também melhoram a resistência a temperaturas elevadas e à corrosão. Como desvantagem, diminui a soldabilidade destes aços, o que torna o processo mais caro do que para aços carbono.
 Principais tratamentos térmicos. 
 Serão abordados os tratamentos que por simples aquecimento e resfriamento, modificam as propriedades de toda a massa do aço, são eles: Têmpera, Revenimento, Recozimento e Normalização.
	Têmpera
Os procedimentos convencionais de tratamento térmico para produção de aços martensíticos envolvem normalmente o resfriamento rápido e contínuo de uma amostra austenitizada em algum tipo de meio de resfriamento, tal como a água, o óleo ou o ar. As propriedades ótimas de um aço que foi submetido a um
Processo de tempera e depois de revenimento podem ser obtidas somente se durante o tratamento térmico por têmpera a amostra tiver sido convertida para conter um elevado teor de martensita; a formação de qualquer perlita e/ou Bainita irá resultar em uma combinação outra que não a melhor combinação de características mecânicas. Durante o tratamento de tempera, é impossível resfriar a amostra a uma taxa uniforme ao longo de toda a sua extensão; as regiões na superfície irão sempre resfriar mais rapidamente do que as regiões no interior. Portanto, a austenita irá se transformar ao longo de uma faixa de temperaturas, produzindo uma possível variação nas microestruturas e propriedades em função da posição no interior de uma amostra. O sucesso de um tratamento térmico de aços paia produzir uma estrutura predominantemente martensítica ao longo de toda a seção reta do material depende principalmente de três fatores: (1) da composição da liga, (2) do tipo e da natureza do meio de resfriamento e (3) do tamanho e da forma da amostra. A influência de cada um desses fatores será agora discutida. (Callister Introdução a Ciência e Engenharia dos Materiais 5º ed)
Têmpera é um processo de tratamento térmico de aços para aumentar a dureza e a resistência dos mesmos. A têmpera tem duas etapas: aquecimento e resfriamento rápido. O aquecimento tem como objetivo obter a organização dos cristais do metal, numa fase chamada austenitização. O resfriamento brusco visa obter a estrutura martensita. Na têmpera o aquecimento é superior à temperatura crítica, que é de 727ºC. O objetivo é conduzir o aço a uma fase, na qual se obtém o melhor arranjo possível dos cristais do aço, para obter a futura dureza. Após dessa fase o aço pode ser submetido a outras fases, dependendo das necessidades. A temperatura nessa fase é temperatura de austenização. Cada aço tem sua composição, a temperatura de varia de aço para aço.  A têmpera é obtida em temperaturas diferentes, o que depende da composição do aço da peça e dos seus objetivos. Portanto, a têmpera de uma dada peça leva em consideração muitos fatores. O próprio tempo de exposição da peça na temperatura de austenização é considerado quando se faz a sua têmpera. Cada aço tem uma temperatura de austenização, e que é aquela que proporciona o máximo de dureza. Essa temperatura é obtida dentro de fornos, os quais podem ser por chama ou por indução elétrica. Dependendo das exigências do cliente, a austenização, e consequentemente a têmpera, vai ocorrer apenas na superfície da peça ou em toda ela. A segunda etapa da têmpera é o resfriamento, o qual deve ser brusco, em óleo ou água. A rapidez do resfriamento é importante para impedir que o aço mude para fase diferente daquela que se obteve na temperatura de austenização (obter estrutura martensítica). Quase sempre, após a têmpera, a peça é submetida ao revenimento.
Diferentes variações
Os meios líquidos e gasosos são os mais utilizados para o resfriamento do aço. Entre os líquidos estão a água, água com sal ou aditivos cáusticos, óleo ou soluções aquosas de polímeros. Entre os gasosos estão o próprio ar e os gases inertes, como nitrogênio, hélio e argônio. Os meios e as velocidades de resfriamento resultam em diferentes variações da têmpera. 
a) Têmpera direta: processo mais utilizado, consiste no resfriamento rápido, direto da temperatura de austenitização; Têmpera em tempo variável: a velocidade de resfriamento é alterada durante o processo, de acordo com o resultado esperado. Normalmente, utilizam-se dois meios diferentes de resfriamento;
b) Têmpera diferencial: apenas algumas áreas da peça de aço são temperadas, as demais recebem isolamento. Utiliza-se para peças que necessitem de regiões duras e algumas áreas moles.
c) Têmpera da camada cementada: restrita à camada periférica da peça, cementada. Utiliza-se para peças nas quais o núcleo deve apresentar durezas baixas;
d) Têmpera direta de cementação: para peça cementada diretamente da temperatura de cementação sem resfriamento intermediário;
Têmpera do núcleo; Utiliza-se para peças cementadas, nas quais o núcleo deve apresentar durezas médias;
e) Têmpera dupla: realizada em duas etapas. A primeira a partir da temperatura de têmpera do material do núcleo e a segunda a partir da temperatura da têmpera do material da camada cementada. Utiliza-se para peças com camadas profundas de cementação, com a finalidade de aumentar-se a tenacidade do núcleo.
Têmpera superficial
Quando o objetivo é criar apenas uma superfície dura, resistente à abrasão, é mais conveniente optar pela têmpera superficial. Esse método, que substitui a têmpera normal, é aplicado principalmente em peças de máquinas. Existem várias razões para que o endurecimento superficial seja escolhido, e não o endurecimento total. São elas:
Dificuldade de tratar peças de grandes dimensões em fornos convencionais;
Possibilidade de endurecer apenas as áreas críticas, como dentes de engrenagens, grandes cilindros, etc;
Possibilidade de melhorar a precisão dimensional de peças planas, grandes ou delgadas;
Possibilidade de utilizar aços mais econômicos, como aço carbono;
Diminuição dos riscos de aparecimento de fissuras originadas no resfriamento, após o aquecimento. Com a opção pela têmpera superficial é possível obter superfícies de alta dureza e resistência do desgaste, boa resistência à fadiga por dobramento, boa capacidade para resistir cargas de contato e resistência satisfatória ao empenamento. 
As temperaturas de aquecimento devem proporcionar a austenitização do aço, pois só assim é possível obterá martensita no resfriamento posterior. Na têmpera, o aço é colocado em um forno até atingir a temperatura de aproximadamente dois terços de seu ponto de fusão. Depois de permanecer nessa temperatura por um período, ocorre rápido resfriamento. A operação alcança melhores resultados quando os fornos utilizados funcionam a vácuo. A ausência de ar garante algumas vantagens. O processo é limpo e mais fácil de ser controlado dentro de tolerâncias menores de temperatura.
O resfriamento, neste caso, pode ser feito por meio de gás nitrogênio injetado sob pressão nas peças aquecidas. Caso não seja necessário tal rigor, podem ser usados fornos de atmosfera controlada. O resfriamento, então, é feito em banhos de óleo ou em banhos de sais fundidos, processo cada vez mais em desuso por conta das agressões que causa ao meio ambiente.
 Revenimento
Revenimento é aplicado nos aços para corrigir a tenacidade e a dureza excessiva, conseguindo o aumento da tenacidade dos aços. Revenimento é o reaquecimento das peças temperadas, a temperaturas abaixo da linha inferior de transformação do aço. Dependendo da temperatura resulta em pequena ou grande transformação da estrutura martensítica. Na faixa de 140°C e 200°C não há alterações expressivas num aço, a dureza cai para 58 a 60 RC dependendo da composição do aço. O revenimento, nesta faixa de temperatura mudou pouco o aço. Na faixa de 210°C e 260°C as tensões são alteradas, e começa a baixar a dureza, e não teve nenhuma modificação na estrutura considerável. O revenimento inicia a alteração da estrutura. Na faixa de 270°C e 360°C começa a precipitação de carbonetos finos. O revenimento já faz mudanças maiores na estrutura. Na faixa de 370°C e 730°C a transformação na estrutura é maior. Conforme a temperatura de revenimento é maior, a Cementita precipitada fica mais grossa e se tornam visíveis numa matriz férrica. A 730°C o revenimento pode levar a uma queda da dureza significativa. 
O revenimento consiste no aquecimento da matéria-prima temperada em até um terço de sua temperatura de fusão. Depois de determinado período, ocorre o resfriamento, executado de forma mais lenta do que na têmpera. Também nessa operação os fornos a vácuo são mais eficientes. Neles, o resfriamento pode ser feito com gás nitrogênio, em operações que duram entre uma hora e uma hora e meia.
 Recozimento
0 termo recozimento se refere a um tratamento térmico no qual um material é exposto a uma temperatura elevada por um período de tempo prolongado, sendo ele então resfriado lentamente. Normalmente, o recozimento é realizado com os objetivos de (1) aliviar tensões; (2) tornar o material mais mole, dúctil e tenaz; ti ou (3) produzir uma microestrutura específica. É possível realizar diferentes tratamentos térmicos de recozimento; eles são caracterizados pelas mudanças que são induzidas, as quais muitas vezes são micro - estruturais, e que são responsáveis pela alteração das propriedades mecânicas. (Callister Introdução a Ciência e Engenharia dos Materiais 5º ed)
Durante o processo de deformação mecânica, não só as dimensões do material são alteradas, mas também a microestrutura resultante no material deformado. Embora, a maior parte da energia gasta nos processos de conformação a frio seja perdida na forma de calor e apenas 2 a 10% dessa energia é armazenada na forma de defeitos cristalinos, esses defeitos causam um aumento de dureza significativo no material metálico. A esse fenômeno de aumento de dureza e resistência mecânica com o processo de deformação plástica ou mecânica é dado o nome de encruamento. 
O tratamento térmico genérico recozimento abrange os seguintes tratamentos específicos: A estrutura esférica (carbetos globulares em uma matriz de ferrita) em aços carbono melhora a formabilidade a frio de aços e permite severas deformações, como a trefilação a frio e o repuxamento profundo. Porém, uma estrutura esférica de aços carbono (< 0,4%C) não está sempre adaptada para certas operações de usinagem, porque o material é suave demais e pode grudar nas ferramentas de corte.
Recozimento total ou pleno:
Um tratamento térmico conhecido por recozimento pleno é usado com frequência em aços com teores baixos e médios de carbono que serão submetidos a usinagem ou que irão experimentar uma extensa deformação plástica durante uma operação de conformação. A liga é austenitizada pelo seu aquecimento a até 15 a 40°C (30 a 70°F) acima das linhas A3 ou A, até que seja atingida uma condição de equilíbrio. A liga é então resfriada no próprio forno; isto é, o forno de tratamento térmico é desligado e tanto o forno como o aço resfriam até a temperatura ambiente à mesma taxa, um processo que demanda várias horas de resfriamento. O produto micro - estrutural desse recozimento é uma perlita grosseira (além de qualquer fase proeutetóide), relativamente mole e dúctil. O procedimento de resfriamento em um recozimento pleno (também mostrado na Fig. 10.18) demanda tempo; entretanto, tem-se como resultado uma microestrutura que possui grãos pequenos e uma estrutura granular uniforme. (Callister Introdução a Ciência e Engenharia dos Materiais 5º ed)
O recozimento total ou pleno consiste em aquecer o aço acima da zona crítica, durante o tempo necessário e suficiente para se ter solução do carbono ou dos elementos de liga no ferro gama, seguido de um resfriamento muito lento, ou mediante o controle da velocidade de resfriamento do forno ou desligando-se o mesmo e deixando que o aço resfrie ao mesmo tempo que ele. Nestas condições obtém-se perlita grosseira que é a estrutura ideal para melhorar a usinabilidade dos aços de baixo e médio carbono.
Recozimento Isotérmico ou cíclico:
 Consiste no aquecimento do aço nas mesmas condições que 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 a transformação completa. Em seguida, o resfriamento até a temperatura ambiente pode ser com maiores velocidades e a estrutura final resultante é mais uniforme que no caso do recozimento pleno.
Coalescimento ou esferoidização:
Aços de médio e alto carbono tendo uma microestrutura que contém mesmo perlita grossa podem ser demasiado duros para serem convenientemente usinados ou plasticamente deformados. Estes aços, e de fato qualquer aço, pode ser tratado termicamente ou recozido para desenvolver a estrutura esferoidita. Aços esferoidizados têm uma máxima maciez e ductilidade e são facilmente usinados ou deformados. O tratamento térmico de esferoidização consiste de aquecimento da liga até uma temperatura justo abaixo do ponto eutetóide, ou ao redor de 700oC (1300oF)] na região a + Fe3C do diagrama de fases. Se a microestrutura precursora contiver perlita, tempos de esferoidização ordinariamente situar-se-ão entre 15 e 25 horas. Durante este recozimento existe um coalescimento da Fe3C para formar as partículas esferoides (Callister, 2ºedição 1991).
É um processo de recozimento que visa obter uma forma globular ou esferoidal de carboneto no aço e com valores de dureza muito baixos para utilização em peças que necessitam de deformação plástica. Geralmente, as peças são mantidas a uma temperatura ligeiramente acima da linha inferior de transformação, seguido de resfriamento lento ou aquecimento por tempo prolongado a uma temperatura logo abaixo da linha inferior da zona crítica ou alternar as duas alternativas citadas anteriormente.
O tratamento térmico de esferoidização tem como objetivo produzir uma microestrutura de carbonetos globulares em uma matriz ferrítica. Esta microestrutura é necessária no processamento dos aços de médio carbono quando se deseja mínima dureza, máxima ductilidade e usinabilidade. Os carbonetos adquirem a forma esférica durante o coalescimento para minimizar a relação entre a energia livre de superfície e a volumétrica, reduzindo a energia total do sistema. Em função do ciclo térmico do processo de esferoidização pode haver variações no tamanho e distribuição dos carbonetos e no tamanho de grão ou sub grão da ferrita que podem alterar significativamente a ductilidade e consequentemente, a conformabilidade dos aços. Aços de alto carbono, quando necessitam ser usinados ou conformados mecanicamente, apresentam dureza elevada no estado normalizado ou possibilidade de ter carbonetos nos contornos de grão após recozimento, tornando-os frágeis. Aços médio carbono, quando necessitam máxima ductilidade para
trabalhos que exigem muito esforço tanto da ferramenta quanto do material, também devem ser esferoidizados. A esferoidização aumenta a vida das ferramentas e facilita as operações de conformação mecânica e usinagem. 
O processo de esferoidização envolve ciclos térmicos longos e portanto, são tratamentos caros. A compreensão dos parâmetros micro estruturais que afetam as propriedades mecânicas de aços esferoidizados permite que sejam otimizados estes tratamentos térmicos. A otimização irá consequentemente reduzir custos e aumentar a competitividade das indústrias.
Recozimento para alívio de tensões: 
Tensões residuais internas podem se desenvolver em peças metálicas em resposta ao seguinte: (1) processos de deformação plástica, tais como usinagem e lixamento; (2) resfriamento não-uniforme de uma peça que foi processada ou fabricada a uma temperatura elevada, tal como em uma solda ou uma fundição; e (3) uma transformação de fases que seja induzida mediante um resfriamento onde as fases de origem e de produto possuem densidades diferentes. Distorção e empenamento podem ocorrer se essas tensões residuais não forem removidas. Essas tensões residuais podem ser eliminadas através de um tratamento térmico de recozimento para o alívio de tensões, onde a peça é aquecida até a temperatura recomendada, mantida a essa temperatura por um tempo suficiente para se atingir uma temperatura uniforme, e finalmente resfriada ao ar até a temperatura ambiente. A temperatura de recozimento é normalmente uma temperatura relativamente baixa, de tal modo que os efeitos que resultam da deformação plástica a frio e de outros tratamentos térmicos não sejam afetados. (Callister Introdução a Ciência e Engenharia dos Materiais 5º ed)
Consiste no aquecimento do aço a temperaturas abaixo do limite inferior da zona crítica e o objetivo é aliviar as tensões originadas durante a solidificação ou produzidas em operações de transformação mecânica a frio, como estampagem profunda, ou em operações de endireitamento, corte por chama, soldagem ou usinagem. 
Efeitos do recozimento no aço:
Elimina a dureza de uma peça temperada anteriormente, fazendo-se voltar a sua dureza normal. 
Torna o aço mais homogêneo, melhora sua ductilidade tornando-o facilmente usinável. 
 Normalização
Aços que foram deformados plasticamente mediante, por exemplo, uma operação de laminação, são compostos por grãos de perlita (e, muito provavelmente, uma fase proeutetóide), que possuem um formato irregular e que são relativamente grandes, mas que variam substancialmente em tamanho. Um tratamento térmico de recozimento conhecido por normalização é usado para refinar os grãos (isto é, para diminuir o tamanho médio do grão) e produzir uma distribuição de tamanhos mais uniforme e desejável; aços perlíticos com grãos finos são mais tenazes do que aços perlíticos com grãos mais grosseiros. (Callister Introdução a Ciência e Engenharia dos Materiais 5º ed)
A Normalização é o processo de tratamento térmico que tem como objetivo diminuir a granulação do aço, é um tratamento que refina a estrutura do aço, dando propriedades melhores que as conseguidas no processo de recozimento. Esse processo pode ser feito no final ou pode ser um processo intermediário.
O processo de Normalização é feito em duas partes, o aquecimento que o tempo depende da espessura da peça em atmosfera controlada e resfriamento ao ar livre. É feito o aquecimento (austenização) a mais ou menos 900°C e o resfriamento é até 600°C. Na alteração de temperatura, a estrutura passa de austenita para perlita e ferrita. Resumindo, a Normalização é um processo de recozimento. O objetivo da normalização é deixar o material em um estado normal, ou seja, com a ausência de tensões internas e até mesmo distribuição de carbono. Para esse processo, altas temperaturas são mantidas até a transformação completa da austenita com refrigeração a ar. É usado geralmente como um pós-tratamento para forjar, e pré-tratamento para têmpera e revenido. A indução é usada na maioria das aplicações de recozimento e normalização em relação aos fornos convencionais.
Vantagens do aquecimento por indução:
Tratados com controle de parâmetros em tempo real
Resultados metalúrgicos semelhantes aos obtidos em fornos convencionais
Menor poluição ambiental
Aumento da eficiência energética
Tempo de processamento reduzido
Capacidade de controlar com precisão a temperatura
Capacidade de aquecer pequenas áreas, sem alterar as características do restante da peça
Ciclo preciso e repetitivo de calor
Redução de oxidação da superfície
Ambiente de trabalho melhorado
Conclusão:
Conclui-se que os parâmetros adotados para o tratamento térmico devem estar de acordo com o resultado esperado ao fim do processo. Aquecer a peça à temperatura adequada deixando o tempo necessário para que ocorra a austenização e a escolha adequada do meio em que se fará o resfriamento são pontos importantíssimos para a obtenção dos resultados esperados e deve se fazer um estudo destes fatores antes de se iniciar um processo de tratamento térmico.Com o material adequado existem mais chances de seu projeto ser bem sucedido.
O mundo seria, um tanto, complicado se não houvesse o tratamento térmico, pois essa técnica é muito utilizada no ramo automobilístico e proporciona maior segurança aos veículos, é utilizada também na fabricação de vários bens de consumo, ou seja, “viveríamos na idade da pedra”.
Os benefícios que podem ser conseguidos através da utilização de tratamentos térmicos em peças e perfis de aço são inúmeros. Vimos no decorrer deste trabalho que há tratamentos para amolecimento com a finalidade de deixar a peça maleável facilitando sua utilização para processos posteriores como usinagem; para endurecimento para aplicações que necessitem de alta resistência, para aliviar tensões decorrentes de processos anteriores como forjamento e laminação além de tratamentos que promovem o refino de grão. 
A implantação do tratamento térmico possibilitará a empresa a melhorar a qualidade de seus produtos e adequá-los a seus processos posteriores, atendendo a um mercado cada vez mais exigente. E os produtos conseguidos através de materiais tratados termicamente proporcionam conforto e segurança para toda a sociedade.
Referências bibliográficas:
CIAVERINI, Vicente - Aços e Ferros Fundidos – 7ª edição – 2002 Senai – Departamento Regional do Espírito Santo
CHIAVERINI, Vicente. Tratamentos térmicos das ligas ferrosas. 2ª edição. São Paulo: Associação Brasileira de Metais. 1987.
CALLISTER. JR, Willian. D – Introdução a Ciência e Engenharia dos Materiais 2º edição Inc., New York, NY,1991
CALLISTER, William D. Ciência e Engenharia de Materiais: uma ntrodução.5º edição Livros Técnicos e Científicos Editora S.A. Rio de Janeiro – RJ, 2002
FRAINER, Vitor José. Apostila: Princípios de tratamentos térmicos. Fundação Universidade Federal do Rio Grande – RS, 2006