Ciências e Tecnologia dos Materiais

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Tecnologia Mecânica
Tratamentos Térmicos
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Eng. Marcio R. M. Menna
Diagrama de Fases
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Eng. Marcio R. M. Menna
Tratamento Térmico
Finalidade:
Alterar as microestruturas e, como conseqüência, as propriedades mecânicas das ligas metálicas
O tratamento térmico está diretamente relacionado com o tipo de material a ser tratado
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Eng. Marcio R. M. Menna
Objetivos
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
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Eng. Marcio R. M. Menna
Fatores de Influência
Temperatura
Tempo
Velocidade de resfriamento
Atmosfera (para evitar a oxidação ou perda de algum elemento químico, como a descarbonetação dos aços)
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Eng. Marcio R. M. Menna
Tempo
O tempo de tratamento depende muito das dimensões da peça
Quanto maior o tempo, maior a segurança da completa dissolução das fases para posterior transformação
Tempos longos facilitam a oxidação e encarecem o processo
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Eng. Marcio R. M. Menna
Temperatura
Depende do tipo de material e da transformação de fase ou microestrutura desejada
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Eng. Marcio R. M. Menna
Velocidade de Resfriamento
Depende do tipo de material e da transformação de fase ou microestrutura desejada
É o mais importante porque é ele que efetivamente determinará a microestrutura, além da composição química do material
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Eng. Marcio R. M. Menna
Principais meios de resfriamento
Ambiente do forno (+ brando)
Ar
Banho de sais ou metal fundido (mais comum é o de Pb)
Óleo
Água
 Soluções aquosas de NaOH, Na2CO3 ou NaCl (+ severos)
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Eng. Marcio R. M. Menna
Principais Tratamentos Térmicos
Tratamentos Térmicos
Recozimento
Normalização
Têmpera 
e Revenido
Alívio de tensões
Recristalização
Homogeneização
Total ou Pleno
Isotérmico
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Eng. Marcio R. M. Menna
Recozimento
Objetivos:
Remoção de tensões internas
Diminuir a dureza, para melhorar a usinabilidade
Alterar as propriedades mecânicas, como a resistência e a ductilidade
Ajustar o tamanho de grão
Método:
Manter o material a uma temperatura determinada por um certo tempo, e a seguir resfriá-lo lentamente
Tempo de permanência:
aços carbono: ~ 20 min. por centímetro de espessura
aços liga: ~ 30 min. por centímetro de espessura
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Eng. Marcio R. M. Menna
Tipos de Recozimento
Recozimento para alívio de tensões
(qualquer liga metálica)
Recozimento para recristalização
(qualquer liga metálica)
Recozimento para homogeneização
(para peças fundidas)
Recozimento total ou pleno
(aços)
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Eng. Marcio R. M. Menna
Recozimento para alívio de tensões
Objetivo:
Remoção de tensões internas
Temperatura:
Geralmente entre 500 ºC e 700 ºC
Resfriamento:
Deve-se evitar velocidades muito altas devido ao risco de distorções; geralmente feito ao ar
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Eng. Marcio R. M. Menna
Recozimento para Recristalização
Objetivo:
Elimina o encruamento gerado pela deformação a frio
Temperatura:
Menor que 723 ºC
Resfriamento:
Lento (ao ar ou ao forno)
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Eng. Marcio R. M. Menna
Recozimento para Homogeneização
Objetivo:
Melhorar a homogeneidade da microestrutura de peças fundidas
Temperatura
Menor que 723 ºC
Resfriamento:
Lento (ao ar ou ao forno)
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Eng. Marcio R. M. Menna
Recozimento Total ou Pleno
Objetivo:
Obter dureza e estrutura controlada para os aços
Temperatura:
< 0,86% C: 50 ºC acima da Tcrítica superior 
>0,86% C: entre Tcrítica superior e Tcrítica inferior
Resfriamento:
Lento, ao forno (~ 50 ºC/h)
Implica em tempos longos de processo
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Eng. Marcio R. M. Menna
Influência da Temperatura de Recozimento
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Eng. Marcio R. M. Menna
Normalização
Usada nos aços, antes da Têmpera e Revenido.
Objetivos:
Refinar o grão
Melhorar a uniformidade da microestrutura
Temperatura
< 0,86% C: Acima da linha A3
> 0,86% C: Acima da Tcrítica superior
Resfriamento
Ao ar (calmo ou forçado)
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Eng. Marcio R. M. Menna
Têmpera
Objetivos:
Obter estrutura matensítica, que promove:
Aumento na dureza
Aumento na resistência à tração
Redução na tenacidade
Aumento da resistência ao desgaste
A têmpera gera tensões – é necessário um revenido posterior
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Eng. Marcio R. M. Menna
Estrutura Martensítica
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Eng. Marcio R. M. Menna
Têmpera
Temperatura:
Levemente superior à linha crítica (A1)
Manutenção a essa temperatura para homogeneização
(0,4 a 0,86)% C – Acima da austenitizacao plena
> 0,86% C: aproximadamente (723 + 50) ºC
Deve ser realizado em atmosfera controlada
Resfriamento:
Brusco, de maneira a formar martensita
A velocidade de resfriamento é o fator mais importante da têmpera
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Eng. Marcio R. M. Menna
Têmpera
Meios de resfriamento
Dependem da composição do aço (% de C e elementos de liga) e da espessura da peça
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Eng. Marcio R. M. Menna
Temperabilidade
Capacidade de um aço adquirir dureza por têmpera a uma certa profundidade
A curva que indica a queda de dureza em função da profundidade recebe o nome de curva Jominy, e é obtida por meio de ensaios normalizados
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Eng. Marcio R. M. Menna
Temperabilidade
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Eng. Marcio R. M. Menna
Temperabilidade em função do teor de Carbono
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Eng. Marcio R. M. Menna
Revenido
Sempre acompanha a têmpera
Objetivos:
Alivia ou remove tensões
Corrige a dureza e a fragilidade, aumentando a tenacidade
Temperatura
Pode ser escolhida de acordo com as propriedades desejadas
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Eng. Marcio R. M. Menna
Temperatura de Revenido
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Eng. Marcio R. M. Menna
Temperatura de Revenido
150 – 230 °C  Dureza: 65 RC a 60 RC
230 – 400 °C  Dureza: 62 RC a 50 RC
400 – 500 °C  Dureza: 20 RC a 45 RC
650 – 738 °C  Dureza: < 20 RC
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Eng. Marcio R. M. Menna
Microestruturas de Revenido
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Eng. Marcio R. M. Menna
Outros Tratamentos Térmicos
Tratamento Sub-zero
Alguns aços, especialmente os de alta liga, não conseguem finalizar as transformações de fases
O tratamento consiste no resfriamento do aço a temperaturas abaixo da ambiente
Ex: 	Nitrogênio líquido: -170 ºC
		Nitrogênio + álcool: -70 ºC
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Eng. Marcio R. M. Menna
Austêmpera e Martêmpera
Problema prático no resfriamento e na têmpera:
Resfriamento não uniforme gera tensões 
A parte externa resfria mais rapidamente, enriquecendo-se de martensita
A martensita é dura e frágil, e pode trincar
Os tratamentos térmicos denominados de martêmpera e austêmpera visam solucionar este problema
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Eng. Marcio R. M. Menna
Martêmpera
O resfriamento é temporariamente interrompido, criando um passo isotérmico, no qual toda a peça atinge a mesma temperatura
A seguir, o resfriamento é feito lentamente, de forma que a martensita se forma uniformemente através da peça
A ductilidade é conseguida através de um revenido final
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Eng. Marcio R. M. Menna
Austêmpera
O procedimento é análogo à martêmpera, entretanto a fase isotérmica é prolongada até que ocorra a completa transformação em bainita
Microestrutura formada é mais estável (+Fe3C), o resfriamento subseqüente não gera martensita
Não existe a fase de reaquecimento, tornando o processo mais barato
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Eng. Marcio R. M. Menna
Processos
Têmpera, 	Austêmpera, 	Martêmpera