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Tratamentos Termicos e Termoquimicos Parte H Capítulo 10 Parte III Golpaert, H.

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Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns – Hubertus Colpaert
Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns – Hubertus Colpaert
Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns – Hubertus Colpaert
Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns – Hubertus Colpaert
Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns
Capítulo 10
Tratamentos Térmicos Convencionais
Noções Básicas
Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns – Hubertus Colpaert
Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns – Hubertus Colpaert
 Na Figura 10.65 observa-se o efeito da temperatura de revenido na microestrutura de um aço com 0,5 %C temperado e revenido.
Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns – Hubertus Colpaert
Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns – Hubertus Colpaert
 Na Figura 10.65 observa-se o efeito da temperatura de revenido na microestrutura de um aço com 0,5 %C temperado e revenido.
Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns – Hubertus Colpaert
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Austenita Retida e Duplo Revenimento
A medida que se aumenta o teor de carbono dos aços, as temperaturas MS e MF diminuem. Aumenta, então, a tendência à retenção de austenita retida, na têmpera. Durante o revenimento pode ocorrer precipitação de carbonetos na austenita retida, reduzindo seu teor de carbono e, portanto, aumentando MS e MF. No resfriamento após revenido, pode se formar nova martensita, que precisa ser, então, revenida. 
Tratamentos de duplo revenimento são aconselhados para diversos aços-ferramenta e aços de alto teor de carbono, com o objetivo de garantir tenacidade e estabilidade dimensional. 
Técnicas de difração de raios X e metalográficas permitem determinar a presença de austenita retida.
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Tratamento Térmico Sub-Zero: Aços de alto teor de carbono aplicados para ferramentas, calibres, rolamento, etc., podem ser submetidos a tratamento térmico sub-zero para eliminar a austenita residual. A Figura 10.67 mostra o efeito da seqüência de tratamentos sub-zero e revenimento sobre a estabilidade dimensional de um calibre de aço-ferramenta. Melhores resultados foram obtidos quando o tatamento sub-zero foi precedido de revenimento do que quando o tratamento sub-zero foi realizado logo após à têmpera.
Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns – Hubertus Colpaert
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Cores de Revenido: Aquecendo-se em presença do ar, uma peça de aço lixada, polida, ou simplesmente esmerilhada, forma-se na sua superfície uma película de óxido, que no início é muito fina e decompõe a luz de modo a dar uma certa coloração à peça. Esta coloração que ocorre entre mais ou menos 220 e 320 0C, para os aços ao carbono, depende da espessura da película, a qual, por sua vez, é função da temperatura. A Tabela 10.3 dá uma relação aproximada entre a temperatura e a coloração correspondente (são as chamadas cores de revenido).
Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns – Hubertus Colpaert
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Têmpera Localizada e ou Têmpera Superficial
Objetivo: Endurecimento superficial do aço visando aumentar a resistência mecânica e ao desgaste e à abrasão na superfície.
A têmpera é realizada somente na superfície (a superfície adquire propriedades e características da estrutura martensítica). A casca endurecida pode ter até 10 mm dependo do processo.
Vantagens da Têmpera Superficial:
Aplica-se à peças de grandes dimensões (engrenagens de 2-3 m).
Permite endurecimento em áreas localizadas.
Pode ser usada na possibilidade da geometria da peça ocasionar grandes deformações.
Permite obter combinações de altas resistências ao desgaste e dureza na superfície, com ductilidade (tenacidade) no núcleo da peça.
Não exige fornos de aquecimento.
É rápida (pode ser aplicada na oficina).
A oxidação e descarbonetação no aço, quando houver, é pequena.
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Processos Usuais de Têmpera Superficial
Por Chama
Por Indução
Por Laser
Por Feixe Eletrônico
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TÊMPERA SUPERFICIAL POR CHAMA
 A superfície é aquecida acima da temperatura crítica (850 - 950 0C) por meio de uma chama oxi-acetilênica.
↓
O resfriamento é feito por um jato de água.
↓
Depois faz-se um revenido para alivio de tensões internas.
Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns – Hubertus Colpaert
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Na Figura 10.67b observam-se alguns exemplos do método de têmpera superficial por chama oxi-acetilênica.
Figura 10.67b - Têmpera superficial por
chama - pode ser feita manualmente ou
com dispositivos especiais, com controle 
ótico de temperatura (Chiaverini, V.).
Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns – Hubertus Colpaert
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Na Figura 10.67c observa-se um caso prático de têmpera superficial, por chama oxi-acetilênica, em uma engrenagem. A profundidade de endurecimento pode ser aumentada pelo prolongamento do tempo na temperatura de tratamento ( é possível atingir até 6,5 mm de profundidade). 
 
Figura 10.67c - Têmpera superficial por chama oxi-acetilênica.
(Fonte: www.cimm.com.br )
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Na têmpera superficial por chama a profundidade de endurecimento é controlada pela:
Intensidade da chama oxi-acetilênica. 
Distância da chama aplicada.
Tempo de duração da chama aplicada.
Método Progressivo para Aplicação da Chama
Consumo de oxigênio: COX= 0.7 (p)1/2 [l/cm2]
Consumo de acetilênico: CAC= 0.45 (p)1/2 [l/cm2]
Tempo de aquecimento: 7 . (p)2 [s]
Velocidade de movimento da torcha: 72/(p)2 [cm/minuto]
Observação: Nas relações acima (p) é a profundidade de endurecimento.
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TÊMPERA SUPERFICIAL POR INDUÇÃO
O calor é gerado na peça por indução eletromagnética, utilizando-se bobinas de indução, nas quais flui uma corrente elétrica de alta freqüência.
VANTAGENS
 Pode-se determinar com precisão profundidade da camada temperada.
O aquecimento é rápido.
As bobinas pode ser facilmente confeccionadas e adaptadas à forma da peça.
Não produz o superaquecimento da peça permitindo a obtenção de uma estrutura martensítica acidular fina.
Geralmente possibilita um maior aumento da dureza 
e da resistência ao desgaste.
A resistência à fadiga é também superior.
Não tem problema de descarbonetação.
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Determinação dos Parâmetros de Processo
A quantidade de calor gerada é dada pela lei de Joule, conforme a seguinte equação:
Q = 0,239 . i2 . R . t 
onde
i = é a corrente em ampère.
R = é a resistência do condutor em ohms.
t = é o tempo em que circula a corrente em segundos.
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A profundidade da camada temperada pelo processo de indução eletromagnética é dada pela seguinte equação:
p= 5030 . (/.f)1/2
onde
( p) é a profundidade da camada emcm.
() a resistividade do material em ohm.cm.
() a permeabilidade magnética do material em Gauss/Oersted.
(f) a freqüência da corrente em Hz.
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Na têmpera superficial por indução eletromagnética a profundidade de endurecimento é controlada pela:
Forma da bobina.
Distância entre a bobina e a peça.
Freqüência elétrica (500 - 2000.000.000 c/s ).
Tempo de aquecimento.
 Na Figura 10. 67d pode-se observar algumas forma de bobinas de indução para a têmpera superficial por indução magnética. Por outro lado, na Figura 10.67e, têm-se dois exemplos de tratamento térmico superficial pelo processo de indução magnética (veja a fonte de referência).
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Figura 10.67.d - Bobinas de
 indução para tratamento
térmico superficial.
(Chiaverini, V. ) 
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Figura 10.67.e - Dois casos de têmpera superficial por indução
eletromagnética (Fonte: www.cimm.com.br ).
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TÊMPERA SUPERFICIAL POR LASER
Características Principais: É usada na têmpera de peças de geometrias variadas. Em geral, as peças são cobertas com fosfato de zinco ou magnésio para aumentar a absortividade do laser. 
Outras Características: O processo é muito preciso e permite aquecimento seletivo em áreas bem especificas. Além disto, o tratamento pode ser realizado sob alta velocidade, produzindo pouca distorção. Na Figura 10.67.f, temos dois exemplos de aplicação. 
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Figura 10.67.f - Dois exemplos de têmpera superficial por laser.
Fonte: (www.cimm.com.br)
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Parâmetros do Processo de Têmpera Superficial por Laser
Variáveis que Controlam a Profundidade da Camada Temperada
Diâmetro do Raio do Feixe.
Intensidade do Feixe de Laser.
Velocidade de Varredura do Feixe.
( cerca de 42,33 mm/s)
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Vantagens da Têmpera Superficial por Laser
O processo opera a altas velocidades.
A distorção provocada é pequena.
Pode ser usado para áreas selecionadas.
O processo pode ser controlado automaticamente.
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TÊMPERA SUPERFICIAL POR FEIXE ELETRÔNICO
Características Principais
A fonte de calor é um feixe de elétrons de alta energia.
 
É fácil de automatizar.
O equipamento é caro.
Opera sob alto vácuo.
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Na Figura 10.67.g observa-se um exemplo de como este processo é realizado. O endurecimento por feixe de eletrons é similar ao realizado por feixe de laser. A fonte de energia é um feixe de eletrons de alta energia. 
O feixe eletrônico de eletrons é controlado com o uso de espiras eletromagnéticas. 
O procedimento pode ser automatizado, entretanto, deve ser conduzido sob vácuo, uma vez que os feixes de eletrons dissipam-se facilmente no ar.
Como no caso do tratamento por laser, a superfície pode ser endurecida com muita precisão (tanto quanto na profundidade como na posição). 
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Figura 10.67.g - Têmpera superficial por feixe eletrônico.
Fonte: (www.cimm.com.br)
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 Na Figura 10.75 observa-se a técnica de produção de uma enxada e do tratamento térmico localizado visando uma maior resistência ao desgaste na lâmina da ferramenta. 
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Tratamento Térmico de Martêmpera: Consiste em resfriar a peça rapidamente da temperatura de austenitização a cerca das proximidades da temperatura de inicio de transformação martensítica e manter nesta temperatura pelo tempo necessário a equalização das temperaturas do centro e da superfície da peça. Após, a equalização das temperaturas, a peça é resfriada à temperatura ambiente. 
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Tratamentos Termoquímicos
Diversos tratamentos termoquímicos podem se aplicados aos aços, quando se visa alterar as propriedades superficiais. Em geral, o objetivo é obter uma combinação de um núcleo tenaz com uma superfície de alta dureza e resistência ao desgaste.
Tipos de Aplicações: Engrenagens, pinos móveis, eixos de comando são alguns exemplos de peças em que a combinação ideal de propriedades é obtida alterando-se a composição química da superfície do aço e submetendo a peça a um tratamento térmico.
A maior parte dos tratamentos termoquímicos envolvem a adição de carbono e ou nitrogênio. Por serem solutos intersticiais, difundem-se com relativa rapidez no aço, viabilizando a realização destes tratamentos. Tratamentos envolvendo a adição de boro na superfície do aço também são empregados. 
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Tipos de Tratamentos Termoquímicos
Cementação: Também chamada de carbonetação, em que se introduz carbono na superfície do aço à temperaturasacima de 900 0C, geralmente.
Nitretação: Na nitretação é o nitrogênio que é introduzido na superfície do aço. Em geral, a faixa de temperatura do processo está em torno de 500 - 590 0C.
Carbonitretação: É um processo derivado da cementação, em que carbono e nitrogênio são introduzidos na superfície do aço, à temperaturas na faixa entre 800 - 900 0C (os elementos C e N são fornecidos através de um meio gasoso).
Cianetação: É um tipo de carbonitretação em que o carbono e o nitrogênio são introduzidos através de um meio líquido (banho de sais de cianetos fundidos).
Nitrocarburização: Trata-se de um tratamento que envolve a introdução de carbono e nitrogênio na superfície do aço na condição ferrítica, como na nitretação.
Boretação: Trata-se de um tratamento que envolve a introdução de boro na superfície do aço.
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CEMENTAÇÃO
Aços para Cementação: Os aços para cementação tem, em geral, um teor de carbono entre 0,15 - 0,25 %C e podem ser ligados ou não. Os do tipo (AISI 5120, 8620, 4118, 4620 e 4023) são alguns dos mais usados para engrenagens, por viabilizarem a têmpera posterior em óleo. Já os do tipo AISI 9310 e 4320, podem ser usados para solicitações mais rigorosas. Para solicitações mais leves podem ser usados, por exemplo, aços ao carbono AISI 1010, 1020 e 1025.
Teor de Carbono na Superfície: O teor de carbono na superfície deve ser ajustado para valores entre 0,8 - 1,0 %C (teor de carbono adequado para se obter maior dureza sem o risco de precipitação de cementita e ou carbonetos nos contornos de grão da austenita).
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Meios de Cementação: A cementação pode ser realizada em meio gasoso, líquido (banho de sal) e sólido. Atualmente a cementação pode ser realizada também através de plasma. 
Observação: O potencial químico do carbono, no meio de cementação, definirá o potencial máximo de carbono que o aço poderá atingir e, portanto, o teor de carbono na superfície da peça. Por outro lado, o processo de difusão de carbono para o interior da peça depende, principalmente, da temperatura, tempo e da composição química da peça e do teor de carbono do aço a cementar. Hoje já existem programas que permitem calcular a evolução da difusão do carbono para dentro da peça, considerando as interações com os demais elementos de liga presentes no aço. Na Figura 10.82 observa-se a evolução do carbono em um aço em função da profundidade de penetração.
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Cementação dos Dentes de uma Engrenagem: A Figura 10.85 mostra, esquematicamente, que a temperatura de têmpera foi suficiente para temperar a região cementada, em função do teor de carbono, mas não altera muito as propriedades do núcleo da peça, que conserva assim a sua ductilidade (tenacidade.)
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 A microestrutura de peças cementadas deve ser analisada considerando que há, na têmpera, variação de velocidade de resfriamento superposta à variação de composição química, como indicado na Figura 10.91.
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Referências Bibliográficas
Chiaverini, V., “Aços e Ferros Fundidos” – Ed. Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais, 2008. 
Chiaverini, V., “Aços e Ferros Fundidos” - Ed. Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais, 2008.
Ergonomia – Projeto e Produção – Itiro Iida
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