NOTA DE AULA 06 MM

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MATERIAIS METÁLICOS 
CURSO: Engenharia Mecânica – 4º Semestre 
Prof. Francisco Nascimento 
 
 
UNIDADE II: NOTA DE AULA – 06 
 
1. TRATAMENTOS TÉRMICOS 
 
Entende-se por tratamento térmico, o conjunto de operações de aquecimento, 
permanência e resfriamento das ligas de metais em estado sólido com a finalidade de 
mudar sua estrutura e conseguir as propriedades físicas e mecânicas desejadas. 
 
Tratam-se termicamente não só as peças semi-acabadas (blocos, lingotes, etc.), com 
o objetivo de diminuir sua dureza, melhorar a usinabilidade e preparar sua estrutura 
para o tratamento térmico definitivo posterior, más também as peças terminadas e 
ferramentas, com o fim de proporcionar-lhes as propriedades definitivas exigidas. 
 
Como conseqüência do tratamento térmico pode variar-se em amplos limites as 
propriedades das ligas. Assim por exemplo, em aços com dureza inicial de HB = 150 -
200, com a ajuda da têmpera se pode elevar a dureza até alcançar HB = 600 – 650.; 
também se podem elevar repentinamente com um tratamento térmico o alongamento; a 
resiliência e a resistência à ruptura. 
 
A elevação das propriedades mecânicas dos metais por meio de tratamento térmico, 
permite aumentar as tensões admissíveis e reduzir o tamanho e peso da peça, 
conservando, ou inclusive, aumentando sua resistência mecânica, segurança e 
estabilidade em serviços. 
 
1.1 FATORES DE INFLUÊNCIA 
 
Os principais fatores que determinam o regime de tratamento térmico são a 
“temperatura” e o “tempo”; portanto, qualquer regime de tratamento térmico pode 
representar-se graficamente em função da temperatura ( T ) e do tempo ( t ) conforma 
mostra a figura 1.1 abaixo. 
 
 
 
 
Fig. 1.1 Esquema de tratamento térmico do aço 
 
Permanência 
Aquecimento 
Permanência 
 
 
 
 
 
1.2. TRATAMENTO TÉRMICO DE RECOZIMENTO 
 
O recozimento dos aços é um tipo de tratamento térmico, que consiste no 
aquecimento do metal até uma determinada temperatura, permanência a essa 
temperatura, e posterior resfriamento lento. 
 
O fim do recozimento dos aços é a obtenção da estrutura equilibrada, a eliminação 
das tensões residuais e, em relação com isto, a elevação das propriedades 
mecânicas e tecnológicas. 
 
Existem diferentes tipos de recozimento: completo; incompleto; isotérmico; recozido 
para obtenção de perlita globular; de difusão e de recristalização. Todos são aplicados 
com o objetivo específico de as modificações do aço, conforme propriedades 
mencionadas anteriormente. 
 
1.2.1. Normalização dos Aços 
 
Denomina-se normalização dos aços, o aquecimento a temperaturas acima da linha 
GE´S no diagrama de equilíbrio ferro-carbono, permanência a esta temperatura, assim 
como durante o recozimento, e resfriamento posterior ao ar. A normalização, refina os 
grãos de perlita, desfaz o reticulado do carboneto de ferro (Fe3C) nos aços 
hipereutetoides e eleva as propriedades mecânicas dos aços. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Na construção de máquinas modernas a normalização é mais empregada do que o 
recozimento, já que é de melhor rendimento e de melhores resultados. 
 
As normas aproximadas do tempo de aquecimento para blocos cilíndricos, incluindo 
também o tempo de permanência, são os seguintes: 
 
• No forno à temperatura de 600 °C – 100 s para cada mm de diâmetro 
• No forno à temperatura de 800 °C – 50 s para cada mm de diâmetro 
• No banho de sais à temperatura de 800 °C – 25 s para cada mm de diâmetro 
• No banho de chumbo à temperatura de 800 °C – 10 s para cada mm de diâmetro 
 
Ao aquecer lingotes de seção quadrada o tempo indicado tem de ser aumentado 1,5 
vezes, e ao aquecer pranchas, duas vezes. 
 
 
Os aços carbono se resfriam à velocidade de 100 – 200 °C/h, os de liga a 50 – 60 
°C/h, e o posterior resfriamento pode se feito ao ar. Durante o recozimento completo se 
verifica a recristalização fásica; e do aço de grão grosso, se obtém o de grão fino (refino 
de grão). 
 
1.3. TÊMPERA DOS AÇOS 
 
O objetivo da têmpera é o de obter uma alta dureza ou solidez na peça. Ao temperar, 
a austenita obtida em conseqüência do aquecimento do aço até a temperatura de 
têmpera (900 – 1000 °C), super resfria-se até a temperatura necessária e se transforma 
em martensita. Neste caso, o aquecimento do aço se efetua como durante o 
recozimento. 
 
1.3.1. Formas de Resfriamento para a Têmpera 
 
É desejável que o meio de resfriamento para a têmpera esfrie com rapidez na zona de 
temperaturas onde a austenita tem pouca estabilidade (600 – 550 °C) e de forma lenta 
na zona de temperatura da transformação martensítica (300 – 200 °C) para que não se 
originem tensões. 
 
• Para temperar as peças feitas de aço-carbono, com alta velocidade crítica de 
temperatura, utiliza-se corretamente a água. A água. Ao esfriar intensamente a peça 
na zona de temperatura de (600 – 500 °C), continua esfriando eficazmente também 
na zona de transformação martensítica (300 – 200 °C), o que um dos 
inconvenientes da água. 
 
• A peculiaridade positiva do óleo, como meio de resfriamento, consiste em que é 
quase insensível a mudança de temperatura: o óleo tempera do mesmo modo aos 
20 °C como aos 150 – 200 °C. 
 
1.3.2. Processos de Têmpera 
 
Na prática aplicam-se vários procedimentos de têmpera, segundo a composição do 
aço; a forma da peça e a dureza de que se deseja obter. 
 
Com relação a temperatura do aquecimento, a têmpera se divide em: 
 
• Completa – se aplica para obter, com o aquecimento do aço acima da linha GE´S 
do diagrama de equilíbrio Fe-C, o estado monofásico, de austenita e transformá-la 
depois em estrutura martensítica. 
 
• Incompleta – se obtém ao aquecer o aço acima da linha PSK, mas inferior a linha 
GE´S diagrama de equilíbrio Fe-C. 
 
1.3.3. Temperabilidade do Aço 
 
Denomina-se temperabilidade dos aços, sua propriedade de temperar-se até uma 
profundidade determinada. 
 
 
 
Por profundidade de temperabilidade, costuma-se entender a distância desde a 
superfície até a camada com estrutura semi-martensítica, composta de 50% de 
martensita e 50% de troostita. A profundidade de temperabilidade depende da 
composição química do aço ou, mais exatamente, do valor da velocidade crítica de 
têmpera: quanto menor a velocidade crítica, tanto maior é a profundidade de 
temperabilidade. 
 
1.4 REVENIDO 
 
O objetivo do revenido consiste em eliminar parcial ou completamente as tensões 
internas, reduzir a dureza e elevar a resiliência. 
 
O revenido é a operação final do tratamento térmico; do modo de realizá-lo dependem 
as propriedades das peças termicamente tratadas. 
 
Os fatores fundamentais do revenido dos aços são: a temperatura de aquecimento 
e a duração de permanência a esta temperatura. 
 
Submetem-se ao revenido as peças temperadas com estruturas de “martensita 
tetragonal” e “austenita residual”. Ambas as estruturas são instáveis e tendem a 
transformar-se por aquecimento em estados mais estáveis com mudanças de 
volumes, visto que os volumes específicos das estruturas são diferentes e estão 
situados em ordem do aumento de seus volumes específicos da seguinte forma: 
 
Austenita < perlita < sorbita <troostita < martensita 
 
Ou seja, a austenita tem volume esférico mínimo e a martensita, o volume máximo 
entre as estruturas de ligas do Fe-C, que se obtém pelo tratamento térmico. Ao 
transformar-se a martensita, ocorre a diminuição de volume (comprimento), e ao 
decompor-se a austenita ocorre o aumento de volume (comprimento). 
 
As mudanças de estrutura do aço no revenido, conduzem também as mudanças das 
propriedades mecânicas. 
 
1.5. TRATAMENTOS TÉRMICOS DO FERRO FUNDIDO CINZENTO 
 
Os ferros fundidos ligados, modificados e de altatenacidade, assim como os aços, 
submetem-se aos seguintes tipos de tratamentos térmicos: 
 
• Rcozimento para eliminar as tensões internas em peças moldadas de forma 
complicada 
 
Aquece-se lentamente (75 – 100 °C/h) até aos 500 – 550 °C, permanência a esta 
temperatura durante umas 2 – a 5 horas, e depois resfriamento lento dentro do forno 
(50 – 60 °C/h) até ao 20 °C. este tipo de recozimento se substitui por permanência 
longa ao ar (até um ano) das peças moldadas colocadas em armazéns. Processo que 
se costuma denominar de envelhecimento natural. Neste caso as tensões se eliminam 
só parcialmente (20 – 30%). 
 
 
 
 
• Recozimento para reduzir a dureza e melhorar a usinabilidade 
 
Este recozimento se realiza aquecendo-os até 850 – 900 °C durante 1 – 2 horas, o que 
origina a grafitação da cementita livre, segundo a fórmula Fe3C → 3Fe + C. 
 
• Normalização 
 
Realiza-se aquecendo-os até 850 – 870 °C, com o objetivo de elevar o conteúdo de 
carbono ligado, a expenso da dissolução de uma parte de carbono livre na austenita, e 
por resfriamento ao ar para conseguir a estrutura de sorbita. 
 
• Têmpera 
 
Para obter nos diferentes tipos de ferros fundidos cinzento a estrutura de martensita, 
troostita e sorbita. A têmpera se realiza do mesmo modo que nos aços; a temperatura 
de aquecimento oscila de 810 – 900 °C. 
 
• Revenido após Têmpera 
 
A ) Com baixa temperatura (180 - 250°C), para eliminar tensões 
B) Com alta temperatura (500 – 600°C), para conseguir a sorbita de revenido. 
 
 
Forno utilizado em tratamentos térmicos 
 
2. TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS 
 
2.1. CEMENTAÇÃO 
 
É um tipo de tratamento termoquímico. O tratamento termoquímico por difusão, 
consiste em enriquecer as camadas superficiais do aço com elemento: carbono 
(cementação); nitrogênio (nitretação); carbono e nitrogênio (Carbonitretação ou 
cianetação); alumínio (colorização); cromo (cromado) entre outros, para elevar a 
resistência ao desgaste, à resistência à corrosão e outras propriedades. 
 
O tratamento termoquímico se faz a temperaturas e em meios tais, que torna possível 
que o elemento que se difunde seja capaz de separar em estado atômico quimicamente 
ativo. 
 
 
 
Durante o tratamento termoquímico realizam-se os seguintes processos: 
 
• Formação por dissociação de alguns compostos do elemento que se difunde em 
estado atômico; 
• A absorção dos átomos do elemento que se difunde pela superfície do aço; 
• A difusão dos átomos do elemento para o interior da peça. 
 
A cementação é o procedimento mais antigo da saturação da superfície dos aços com 
carbono, e se aplica para obter dureza e resistências altas ao desgaste da camada 
superficial, conservando ao mesmo tempo o núcleo macio e tenaz em peças tais como 
engrenagens e pinos de pistão, etc. 
 
Os resultados da cementação dependem dos seguintes fatores: 
• Composição do aço; 
• Composição do meio carburante; 
• Regime de cementação: temperatura e tempo de permanência, e 
• Caráter do tratamento térmico depois da cementação 
 
 
 Penetração da cementação em função do tempo: original; 1hora, 2horas e 4 horas 
 
2.2 – NITRETAÇÃO 
 
A nitretação consiste em aquecer as peças de aço em forno adequado, no qual é 
injetado amônia (gás). A temperatura conveniente a nitretação é de 500 a 550ºC e 
sua duração é da ordem de dias (40 a 90 horas). A essa temperatura, a amônia (NH3) 
é decomposta e o nitrogênio penetra na camada periférica da peça, onde forma 
nitretos de alta dureza. 
 
Os aços que melhor se prestam para esse tratamento são conhecidos por “Nitralloy 
Steels” e contêm cromo, molibdênio, alumínio e um pouco de níquel. Antes da 
nitretação, as peças são em geral temperadas e revenidas, para assegurar um núcleo 
tenaz e tornar a textura da superfície mais propícia à nitretação, e, a seguir, são 
retificadas. 
 
As peças depois de nitretadas não precisam ser temperadas de novo, e atingem na 
sua superfície, dureza e resistência ao desgaste, muito mais elevadas do que o 
máximo que se poderia obter pela têmpera. 
 
Peças nitretadas conservam sua alta dureza mesmo depois de terem sofridos 
aquecimento da ordem de 500ºC, porém perdem a temperaturas mais elevadas. Só 
uma nova nitretação lhes restitui a dureza perdida. 
 
 
 
A nitretação tem o inconveniente de formar uma camada muito delgada (apenas cerca 
de 0,5 mm para um tratamento de 40 horas) e de transição brusca para o material 
subjacente. Na cementação pelo carbono, essa transição é mais gradativa. 
2.3 - CARBONITRETAÇÃO 
Entende-se por carbonitretação, o tratamento termoquímico em que se promove o 
enriquecimento superficial simultâneo com carbono e nitrogênio em peças de aço, 
visando obter superfícies extremamente duras e um núcleo tenaz, aliados a outras 
propriedades mecânicas como resistência à fadiga, resistência ao desgaste e 
resistência à torção. 
A carbonitretação em banho de sal é um tratamento que se enquadra entre a 
nitretação e a cementação. É por este motivo que a temperatura da 
carbonitretação se situa entre as temperaturas destes dois processos. 
A oferta de nitrogênio, que deverá ser difundido no aço, dependerá da composição 
do banho e também de sua temperatura. Sabe-se, no entanto, que a oferta de 
nitrogênio decresce com o aumento da temperatura. 
 
Em vista disto, o tratamento de carbonitretação está subdividido em: 
• Carbonitretação acima de A1 (750ºC a 850ºC) 
• Carbonitretação abaixo de A1 (700ºC a 720ºC) 
 
 
 
 
2.4 – CIANETAÇÃO 
 
A cianetação é praticada mergulhando as peças em sais fundidos contendo cianetos, 
como por exemplo, o de sódio, a temperatura entre 850 e 900ºC. Por este processo 
as partes superficiais das peças absorvem, além do nitrogênio, também o carbono. 
 
As peças cianetadas são depois temperadas a partir do próprio banho. Quando há 
necessidade de temperar de novo uma peça cianetada, seu aquecimento deve ser feito 
num banho semelhante ao que serviu para sua cianetação. Os cianetos são sais 
extremamente tóxicos e seu manuseio exige certos cuidados.