2 Tratamentos termomecanicos

Prévia do material em texto

TRATAMENTOS TERMOMECÂNICOS
 
10 100
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
 Transversal
T
e
n
s
ã
o
 
d
e
 
E
s
c
o
a
m
e
n
t
o
 
[
M
P
a
]
 
 Longitudinal
Tempo [min]δ = 50% δ = 30% 5 t2 t3 t4 180
. . .
Temperatura [ºC]
335
325
315
305
Figura 3.2. Diagrama dos tratamentos termomecânicos. Tempo [min]
 
10 100
0,4
0,6
0,8
1,0
F
r
a
ç
ã
o
 
R
e
c
r
i
s
t
a
l
i
z
a
d
a
 
[
%
]
Tempo [min]
100
35
40
45
50
55
H
V
5
Tempo [min]
Figura 3.2. Diagrama dos tratamentos termomecânicos.
Porque estudar tratamentos 
termomecânicos?
� O processamento termomecânico de materiais está
TRATAMENTOS TERMOMECÂNICOS
diretamente relacionado com as propriedades mecânicas
que um material deve ter para atender a uma necessidade
de projeto ou aplicação específica.
� Além disso, é essencial uma compreensão dos
mecanismos de obtenção das microestruturas e da
dependência destes em relação ao tempo e temperatura.
� Os tratamentos termomecânicos são obtidos na prática
(industrialmente) como resultado dos processos de
conformação plástica (ex: forjamento, laminação, trefilação
ou extrusão) aliados ao tratamento térmico.
Principais objetivos:
TRATAMENTOS TERMOMECÂNICOS
� Principais objetivos:
- ganho de propriedades mecânicas (endurecimento);
- aumento da ductilidade (redução da dureza);
- alívio de tensões;
- estabilização microestrutural;
- refino de grão;
- eliminação de porosidade;
� Solubilização
Este tratamento envolve o aquecimento à tempera
adequada, durante um tempo suficiente para a dissolução
de um ou mais constituintes, seguido de resfriamento
bastante rápido para mantê-los em solução.
Recozimento
PRINCIPAIS TRATAMENTOS TÉRMICOS
� Recozimento
Tratamento térmico no qual o material é exposto a uma
temperatura elevada por um período de tempo prolongado,
sendo, em seguida, resfriado lentamente.
Objetivos:
- aliviar tensões;
- aumento da ductilidade/tenacidade;
- produção de uma microestrutura específica.
� Recozimento intermediário
Consiste em um tratamento térmico usado para anular os
PRINCIPAIS TRATAMENTOS TÉRMICOS
O recozimento pode ser divido em quatro tipos:
Consiste em um tratamento térmico usado para anular os
efeitos da deformação plástica a frio (aumentar a
ductilidade de um metal previamente encruado). Neste
caso, podem ocorrer processos de recuperação e
recristalização, no entanto, o crescimento de grão deve
ser evitado.
� Recozimento para alívio de tensões
Tensões residuais internas podem se desenvolver em
peças metálicas devido a processos de deformação
PRINCIPAIS TRATAMENTOS TÉRMICOS
peças metálicas devido a processos de deformação
plástica, resfriamento não uniforme e transformações
de fase durante o resfriamento. Caso estas tensões não
sejam removidas, distorções e empenamento podem
ocorrer. O tratamento consiste em aquecer a peça a uma
determinada temperatura, permanecendo até o equilíbrio
(uniformização) e, em seguida, resfriá-la ao ar até a
temperatura ambiente.
� Normalização
Tratamento térmico de recozimento usado para refinar
grãos e produzir uma distribuição de tamanhos mais
PRINCIPAIS TRATAMENTOS TÉRMICOS
grãos e produzir uma distribuição de tamanhos mais
uniforme. Normalmente realizado em aços deformados
plasticamente e que possuem grãos de perlita de formato
irregular. O tratamento consiste em aquecer por algum
tempo o material a elevadas temperaturas (austenitização
para os aços) e depois resfriá-lo ao ar.
� Recozimento subcrítico
Consiste em aquecer por um longo período de tempo a
liga (aço) até uma temperatura imediatamente abaixo da
PRINCIPAIS TRATAMENTOS TÉRMICOS
liga (aço) até uma temperatura imediatamente abaixo da
temperatura eutetóide (≈ 700ºC para os aços), na região
α + Fe3C do diagrama de fase (a fim de se produzir a
estrutura da cementita globulizada) e, depois, resfriá-lo ao
ar.
� Têmperas
� Têmpera (a)
Uma liga solubilizada à temperatura T>T0 deve ser
PRINCIPAIS TRATAMENTOS TÉRMICOS
Uma liga solubilizada à temperatura T>T0 deve ser
resfriada rapidamente até a temperatura T3, de modo que
os domínios de transformação de fase no diagrama TTT
não sejam ultrapassados. A têmpera rápida impede que
os mecanismos difusionais sejam ativados de modo que a
liga mantém a mesma composição química da fase única
à alta temperatura, permanecendo em condições
metaestáveis.
Ex: obtenção da martensita nos aços.
� Têmpera (b)
Uma liga solubilizada à temperatura T>T0 deve ser
resfriada bruscamente até a temperatura T2, sem que se
realize nenhuma transformação. Na temperatura T2, a liga
PRINCIPAIS TRATAMENTOS TÉRMICOS
realize nenhuma transformação. Na temperatura T2, a liga
evolui total ou parcialmente, passando do estado
metaestável para o estado estável, ou ainda, para um
estado intermediário também metaestável.
Ex: austêmpera nos aços.
Austêmpera é uma transformação isotérmica para a
produção de uma estrutura bainítica, a qual não é tão
dura como a martensita, mas é mais tenaz.
� Têmpera seguida de revenimento (c)
Uma liga temperada nas condições (a) deve ser em
seguida reaquecida até a temperatura T2, permanecendo
nesta temperatura por um tempo prolongado. De um
PRINCIPAIS TRATAMENTOS TÉRMICOS
nesta temperatura por um tempo prolongado. De um
modo geral, o revenimento ou revenido é um tratamento
que serve para aliviar as tensões da têmpera e,
dependendo do tipo de liga, pode ocorrer uma
precipitação com dispersão de finas partículas nesta faixa
de temperatura.
Ex: aços rápidos.
� Têmpera seguida de recozimento (d)
Uma liga depois de temperada em condições idênticas a
(a) deve ser reaquecida até uma temperatura próxima a
T1 para que, nesta temperatura, possa atingir o seu
estado de equilíbrio, o qual é produzido por
transformações de fase denominadas de envelhecimento.
PRINCIPAIS TRATAMENTOS TÉRMICOS
transformações de fase denominadas de envelhecimento.
� Martêmpera
Consiste em austenitizar o aço e, então, resfriar
rapidamente (sem atingir a curva TTT), chegando assim a
temperatura de formação da martensita, onde é deixado
isotérmico por um certo tempo até ser resfriado em banho
de sal. A martensita obtida apresenta-se uniforme e
homogênea, diminuindo os riscos de empeno e trincas.
� Esferoidização / Coalescimento
Este é um tratamento que visa produzir uma
microestrutura esferoidal, constituída de pequenas
partículas aproximadamente esféricas de carboneto numa
matriz ferrítica. Essa estrutura é obtida em aços de médio
PRINCIPAIS TRATAMENTOS TÉRMICOS
matriz ferrítica. Essa estrutura é obtida em aços de médio
e alto carbono e caracteriza-se por ser dúctil e ao mesmo
tempo de alta usinabilidade.
Uma das técnicas mais empregadas e também rápida
consiste em efetuar-se uma austenitização parcial ou total
e, em seguida, manter o aço logo abaixo da temperatura
inicial de formação da austenita por um certo tempo.
� A deformação plástica altera, significativamente, a
cinética das transformações, modificando as curvas do
diagrama TTT, propiciando, portanto, um aumento da taxa
de nucleação nas regiões mais afetadas pela deformação
(contornos de grãos e subgrãos).
EFEITOS DA DEFORMAÇÃO
(contornos de grãos e subgrãos).
� Elevadas taxas de deformação a quente (>50%)
produzem um aumento considerável da densidade de
discordâncias, dessa forma, se o material for resfriado e,
em seguida, envelhecido, haverá a precipitação de fases
endurecedoraspreferencialmente nas regiões de
contornos de grãos e subgrãos (ricas em defeitos).
Ausforming
� Um exemplo clássico de processamento termomecânico é o
tratamento “ausforming”, feito em aços. Neste tratamento, uma matriz
austenítica é resfriada rapidamente até uma temperatura entre os
domínios perlítico e bainítico e, em seguida, sofre uma deformação
(δ). Após deformação, o material é resfriado bruscamente, dando
origem a uma martensita mais resistente que a tradicional.
PROCESSAMENTO TERMOMECÂNICO
origem a uma martensita mais resistente que a tradicional.
Trabalhabilidade x resistência
� Além das ligas ferrosas, a indústria de transformação tem
produzido ligas de materiais não-ferrosos cada vez mais e
com melhor qualidade.
PROCESSAMENTO TERMOMECÂNICO
com melhor qualidade.
� A trabalhabilidade, aliada a alta resistência ao final do
processo, pode ser obtida mediante adequação de
tratamentos termomecânicos, combinados a tratamentos
térmicos intermediários e posteriores. As figuras a seguir
mostram alguns dos ciclos termomecânicos que podem
ser utilizados em ligas envelhecíeis.
PROCESSAMENTO TERMOMECÂNICO
� No primeiro ciclo, a deformação com resfriamento parcial é iniciada logo após
o tratamento de solubilização. Após a deformação a liga é resfriada
bruscamente para que solução sólida deformada não recristalize e possa
manter-se na condição de supersaturação. No estado metaestável, a liga é
então envelhecida para precipitação das fases endurecedoras.
� No segundo ciclo, a deformação é feita na mesma temperatura de
solubilização, de modo que o material parcialmente recristalizado é resfriado
bruscamente até a temperatura na qual ocorrerá o envelhecimento.
FIM
TRATAMENTOS TERMOMECÂNICOS
CONFORMAÇÃO PLÁSTICA
δδδδ
ANULA EFEITO DA DEFORMAÇÃO A FRIO
Microestrutura de um material
policristalino encruado (deformado
a frio).
Microestrutura de um material
policristalino recristalizado.
45
50
55
RECUPERAÇÃO / RECRISTALIZAÇÃO
10 100
30
35
40
 
H
V
5
Tempo [min]
Curva de dureza Vickers em função do
tempo de recozimento AA 8011.
Diagrama eutetóide αααα + Fe3C
TÊMPERAS
T = temperatura de solubilização
T3 ≈ temperatura ambiente
OBTENÇÃO DA MARTENSITA
AUSTÊMPERA
 
Austenitização 
Resfriamento brusco 
r
a
t
u
r
a
 
TÊMPERA SEGUIDA DE REVENIMENTO
1º 
Revenimento 
2º 
Revenimento 
3º 
Revenimento 
Pré-aquecimento 
Temperatura crítica - Transformação 
Tempo 
T
e
m
p
e
r
a
t
u