Cap. 10 - TT e TTQ

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CAPÍTULO 9
TRATAMENTOS TÉRMICOS E TERMOQUÍMICOS
PARTE I
TRATAMENTOS TÉRMICOS
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
TRATAMENTOS TÉRMICOS:
 operações de aquecimento e resfriamento,controlados, com a finalidade de conferir a um determinado material propriedades especiais (controle de tempo,tempe-ratura, velocidade de resfriamento
 e meio de tratamento). 
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
OBJETIVOS DOS TRATAMENTOS TÉRMICOS
remoção de tensões internas (oriundas de resfriamento desigual, tratamento mecânico etc.);
aumento ou diminuição de dureza;
aumento da resistência mecânica;
melhora na ductilidade;
melhora na resistência ao desgaste/abrasão;
melhora na usinabilidade;
melhora nas propriedades de corte;
melhora na resistência à corrosão;
melhora na resistência ao calor;
modificação nas propriedades elétricas e mag-néticas.
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
FATORES QUE INFLUENCIAM A REALIZAÇÃO DE UM
TRATAMENTO TÉRMICO
Aquecimento alteração nas propriedades
 mecânicas
			 alteração da estrutura e nas
 condições de serviço (requisitos) 
velocidade de aquecimento
		lenta: crescimento do grão
		rápida: empenamentos/distorções/trincas
temperatura de aquecimento
meio de resfriamento
tempo de permanência à temperatura de aque-cimento (oxidação ou crescimento indesejável dos grãos) 
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
PRINCIPAIS TIPOS DE TRATAMENTOS TÉRMICOS
recozimento envolvem transformações de fases
normalização a partir da austenita (aplicável a
têmpera aços transformáveis)
 	 
revenimento (aplicável a aços temperados)
solubilização (controle da presença de segundas fases; por exemplo: carbonetos em aços inoxidáveis austeníticos).
envelhecimento: após a solubilização. Aplicável a aços e ligas especiais (por exemplo, aços maraging, aços PH, ligas aeronáuticas à base de alumínio, superligas à base de níquel).
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
Recozimento: tratamento térmico no qual um material é exposto a uma temperatura elevada,por um períodode tempo prolongado,e depois resfriado lentamente.
Finalidades do recozimento
remover as tensões internas oriundas dos proces-sos de fundição ou conformação mecânica;
reduzir a dureza dos aços; 
aumentar a usinabilidade;
facilitar o trabalho a frio;
obter microestrutura desejada(por exemplo: ajustar o t.g., regularizar a textura bruta de fusão).
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
Etapas do recozimento
 1) aquecimento até a temperatura desejada;
 2) manutenção ou “encharcamento” nessa tempe-ratura;e
 3) resfriamento,geralmente até a temperatura ambiente.
O tempo é um parâmetro importante nesses proce-
 dimentos. 
 
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
Recozimento pleno ou simplesmente reco- zimento : consiste em austenitizar o aço ,
 resfriando-o lentamente (aquecimento aci-ma da temperatura de recristalização)
Temperatura de recozimento pleno :
 ± 50°C acima de A3(aços hipoeutetóides)
 ± 50°C acima de A1(aços hipereutetóides),
 sem ultrapassar a linha Acm – pode ser for-
 mada cementita nos c.g.da austenita com
 conseqüente fragilização
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
Temperatura de austenitização :
 mais altas : estrutura perlítica 
 mais baixas : estrutura esferoidizada
A transformação da austenita dá-se por uma transformação isotérmica ou resfria-
 mento contínuo.
Aplicações : ligas ferrosas,ligas à base de
 Cu,Al,Mg,Ni,Ti. 
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
 Recozimento subcrítico ou alívio de tensões:
 aquecimento abaixo de A1.
Temperatura e tempo controlados:
 crescimento de grãos.
Aquecimento e resfriamento homogêneos : distorções.
 
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
 Finalidades do recozimento:
recuperação da ductilidade do aço encrua-do (600-680°C),seguido de resfriamento ao ar,para recuperação e recristalização das fases encruadas;
redução das tensões residuais após solda- gem,fabricação etc;
aplicações onde for esperada corrosão sob tensão ou superposição de tensões preju-diciais ao projeto.
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
Esferoidização : obtenção de estrutura de carbonetos esferoidizados em matriz ferrí-
 tica.
Aplicável a aços de médio e alto carbono para melhorar a usinabilidade.
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
Como obter a esferoidização :
 manutenção por tempo prolongado à tempe-
 ratura de A1;
 aquecimento e resfriamento alternados entre
 temperaturas pouco acima e pouco abaixo de A1;
 aquecimento acima de Acm,seguido de resfria- mento rápido(para evitar a formação de rede de carbonetos),até pouco abaixo de A1. 
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
Recozimento em caixa (para aços) : uso 
 de atmosferas protetoras para proteger a superfície da oxidação e reduzir o encrua-
 mento (bobinas,chapas ou tiras).
 Recozimento para usinabilidade : 
 aplicável para peças fundidas.
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
Normalização : semelhante ao recozimento
 nos objetivos.
Consiste na austenitização completa do aço seguida de resfriamento ao ar,para obter-se uma estrutura mais fina que a produzida pe-
 lo recozimento.
É indicada para homogeneização da estru-tura após o forjamento e antes da têmpera /
 revenimento.
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
Coalescimento : tratamento que fornece a dureza mais baixa e melhora as condições de usinabilidade.
Como obter-se o coalescimento :
 temperaturas de revenimento próximas ao limi-
 te inferior da zona crítica(estrutura coalescida);
 
 aquecimento prolongado(a partir do recozimen-
 to).
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
Têmpera : é tratamento mais importante
 dos aços empregados em construção me-
 cânica.
Aquecimento : semelhante ao recozimento/
 normalização.
Resfriamento : água,óleo,etc. 
Fator que influi na têmpera : velocidade de
 resfriamento.
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
Tratamento que :
 aumenta dureza
 resistência à tração
 resistência ao desgaste
 diminui ductilidade
Aumento das tensões internas
 tensões estruturais
 tensões térmicas
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
Cuidados a serem tomados na têmpera
 no aquecimento : idênticas ao recozimento;
 tempo e temperatura : controle para evitar
 crescimento de grão,empenamentos,ten –
 sões residuais elevadas,trincas);
 agitação do banho durante o resfriamento;
 quantidade de líquido suficiente para o tra-
 tamento.
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
Revenimento
A conjugação de tensões internas,dureza e pouca ductilidade requerem que se faça um tratamento de revenimento no aço que foi temperado.
É um tratamento aplicável aos aços tempe-
 rados,imediatamente após a têmpera,para temperaturas inferiores à zona crítica.
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
PROBLEMAS QUE SURGEM DAS TENSÕES DE
 TÊMPERA
 contração do aço durante o resfriamento;
 expansão associada à transformação martensítica; e
 mudanças bruscas de seção e outros concentradores de tensão. 
CONSEQÜÊNCIAS :
 empenamentos (deformação plástica);
 rupturas (trincas de têmpera);e
 tensões residuais (estruturais e térmicas).
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
MARTENSITA REVENIDA: dura e frágil (baixa 
 tenacidade)
 
Austenita ( γ )
 Martensita revenida ( α’ )
						 +
					 Austenita retida
Martensita ( αS )
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Transformação martensítica
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Transformação martensítica
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Transformação martensítica
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Transformação martensítica 
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
Finalidades do revenimento
 modificar a estrutura obtida na têmpera; 
 melhorar a ductilidade;
 reduzir os valores de dureza e de resis - 
 tência à tração;
 aliviar/eliminar as tensões internas.
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Tratamentos térmicos
Endurecibilidade : descreve a habilidade de uma liga ser endurecida pela formação de martensi-ta,como resultado de um dado tratamento tér-mico.
A endurecibilidade não é o mesmo que dureza, esta significando uma resistência a uma impres-são/penetração.
A endurecibilidade é uma medida qualitativa da taxa segundo a qual a dureza cai em função da distância ao se penetrar no interior de uma amostra, como resultado do menor teor de mar-
 tensita. 
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Tratamentos térmicos
Endurecibilidade : os elementos de liga tor-os aços mais temperávei,atrasando o iní-
 cio da transformação (velocidade de trans-
 formação mais lenta).
Endurecibilidade por têmpera : susceptibi-
 dade que um aço tem para desenvolver uma estrutura martensítica.É medido pela profundidade de têmpera.
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Tratamentos térmicos
Ensaio Jominy da extremidade temperada
 Norma ASTM A255 –Método de Ensaio Padronizado da Extremidade Temperada para a Endurecibilidade de Aços.
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Tratamentos térmicos
Corpo de prova cilíndrico com 25,4mm de diâmetro(1 pol) e 100mm(4 pol) de compri-
 mento, austenitizado a tempo e temperatura 
 pré-determinados.
Resfriamento em dispositivo próprio pela ex-
 tremidade por jato de água com vazão e 
 temperaturas específicas (a taxa de resfria-mento é mais elevada na extremidade res-
 friada e diminui ao longo do comprimento do cp).
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Tratamentos térmicos
Confecção de chanfros,com 0,4mm de pro-fundidade,ao longo do comprimento do cp,
 para a realização de medições de dureza 
 Rockwell para os primeiros 50mm :
 a) 12,8mm(0,5”) : medidas em intervalos
 de 1,6mm (1/16”);
 b) para os demais 38,4mm(1,5”) : medi-
 das em intervalos de 3,2mm(1/8”).
Plotar gráfico dureza X posição.
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Tratamentos térmicos
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Tratamentos térmicos
Endurecimento por precipitação : processo de melhoria na resistência e na dureza de 
 algumas ligas metálicas pela formação de
 partículas extremamente pequenas e uni-
 formemente dispersas de uma segunda fase,no interior da matriz original.
As partículas da nova fase são conhecidas
 por precipitados. 
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Tratamentos térmicos
Este procedimento é também conhecido como endurecimento por envelhecimento,
 pois a resistência desenvolve-se ao longo do tempo ou à medida que a liga enve-lhece.
Exemplos : ligas Al-Cu ; ligas Cu-Be ;
 ligas Cu-Sn ; ligas Mg-Al :
 algumas ligas ferrosas. 
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Tratamentos térmicos
O endurecimento por precipitação deve ser estudado usando-se um diagrama de fases binário,com duas características principais : 
 a) deve haver uma solubilidade máxima 
 apreciável de um componente no outro;
 b) deve haver um limite de solubilidade
 que diminua rapidamente com a con –
 centração do componente principal em
 função da redução da temperatura.
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TRATAMENTOS ISOTÉRMICOS
Necessitam o conhecimento das curvas TTT ou curvas em S.
Austêmpera : tratamento que visa produ-
 zir uma estrutura que alia boa dureza e excelente ductilidade.É superior ao trata-
 mento conjunto têmpera + revenimento.
Martêmpera : mesmos objetivos que o tra-
 tamento têmpera + revenimento,em que 
 as tensões são mais facilmente remo -víveis. 
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CURVAS TEMPO - TEMPERATURA - TRANSFORMAÇÃO
Fatores que influem nas curvas TTT
a) composição química;
b) tamanho de grão;
c) impurezas;
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CURVAS TEMPO - TEMPERATURA - TRANSFORMAÇÃO
a) composição química : de modo geral,
 deslocam a curva TTT para a direita,em 
 virtude de retardarem as transformações.
 b) tamanho de grão : quanto maioo for o 
 grão,mais demorada será a transformação
 total e menor o número de núcleos iniciais.
 A curva TTT é deslocada para a direita. 
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CURVAS TEMPO - TEMPERATURA - TRANSFORMAÇÃO
c) impurezas : deslocam a curva TTT para
 esquerda.Localizam-se nos contornos de grão,causando distorção no reticulado e
 criando tensões que facilitam a transfor –
 mação.
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Tratamentos térmicos
Fornos para tratamentos térmicos
 fornos elétricos;
 fornos de revérbero (aquecidos por combus-
 tão de coque,carvão de madeira,óleo combus-
 tível,gás natural).
Meios de aquecimento
 ar (mais usual) : reações indesejáveis;
 atmosferas protetoras;
 banhos de sal.
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TRATAMENTOS TÉRMICOS E TERMOQUÍMICOS
PARTE II
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS
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Tratamentos termoquímicos
São tratamentos realizados em condições de ambiente tais que promovam uma mo-dificação superficial da composição quími-ca do material.
Objetivos fundamentais : aumentar a du-reza e a resistência ao desgaste da super-fície,até uma certa profundidade,ao mes –
 mo tempo em que o núcleo,cuja compo-siçãonão foi alterada ,mantém-se tenaz. 
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Tratamentos termoquímicos
Principais tratamentos termoquímicos
 cementação
 nitretação
 cianetação
 carbonitretação 
 boretação
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Tratamentos termoquímicos
Carbonetação (cementação) : tratamento superficial ,com a finalidade de enriqueci-
 mento de carbono ,em especial em aços de baixo carbono.
Temperatura de aquecimento : acima da
 temperatura crítica.
Meios carbonetantes :sólidos (carvão);líqui-
 dos (banhos de sal); gasosos (atmosferas CO2).
Peças cementadas exigem têmpera posterior.
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Tratamentos termoquímicos
Cementação líquida : consiste em manter
 aço em um banho de sal fundido,a uma temperatura acima de A1.
 A espessura da camada cementada de-pende da temperatura e da composição do banho. 
Aplicável a aços carbono 1010 a 1020 e a aços de baixa liga tipo 1113,1117,1118,
 8620 e 9620.
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Tratamentos termoquímicos
Cementação líquida de aços carbono : cia-
 netos de sódio ; cloreto de bário,potássio 
 e sódio ; carbonato de sódio.
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Tratamentos termoquímicos
Nitretação : tratamento superficial com a finalidade de enriquecimento superficial de nitrogênio,que se combina com elementos do aço,formando nitretos de alta dureza e elevada resistência ao desgaste
Temperatura de aquecimento : abaixo da
 temperatura crítica.
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Tratamentos termoquímicos
Meios nitretantes : atmosferas gasosas ri-
 cas em nitrogênio e banhos de sal.
Nitretação líquida : cianeto de sódio e carbo-
 natos de sódio e potássio.
Aços nitretados não exigem têmpera posterior.
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Tratamentos termoquímicos
Cianetação ou carbonitretação líquida:tratamen-to superficial com a finalidade de enriqueci-mento superficial ,com a introdução simultânea de carbono e de nitrogênio.Após a têmpera em óleo ou água,o aço desenvolve uma camada dura,resistente ao desgaste.
 Aplicável aos aços – carbono e aços liga.
Temperatura de aquecimento : abaixo da temperatura crítica (entre 760 e 870°C).
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Tratamentos termoquímicos
Meios cianetantes : banhos de sal, com cianeto de sódio ( 30 a 97%),carbonato de
 sódio(2 a 40%) e cloreto de sódio(0 a 30%).Os dois últimos são inertes e melhoram a fluidez do banho.
A cianetação apresenta menor distorção das peças ,em comparação com a carboni-
 tretação.
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Tratamentos termoquímicos
Carbonitretação : tratamento superficial com
 finalidades idênticas à cianetação.
 Também conhecida como cianetação seca,
 cianetação a gás ou nitrocarbonetação. 
Diferença : emprega atmosfera gasosa( o carbono provém de uma gás rico em carbono e o nitrogênio da amônia).
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Tratamentos termoquímicos
Temperatura de aquecimento : 700 a 900°C 
O objetivo é formar uma camada resistente ao desgaste de 0,07 0,70 mm.Por empregar menores temperatura de trabalho que a cementação gasosa,produz menor distorção
Aplicável a aços 10XX,41XX,51XX e 86XX,
 com teores de carbono na faixa de 0,25%. 
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Tratamentos termoquímicos
Boretação : consiste no enriquecimento superficial em boro pela difusão química,
 com a formação de boretos de ferro
 (Fe2B e FeB).
Meios boretantes :
 sólidos : boro puro(muito caro),ferro-boro,
 carboneto de boro;
 líquidos: banhos de sais (formação de 
 camadas que impedem a difusão);
 gasosos : formação de gases venenosos.
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Tratamentos termoquímicos
 Espessura de camada : 10 a 300 μm.
As camadas de FeB são susceptíveis de trincas.
Temperatura de aquecimento : 800 a 1050°C.
Têmpera em óleo ou ar e revenimento em
 meio inerte(sob gás protetor ou banho de 
 sal neutro). 
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Tratamentos termoquímicos
Microdureza da camada boretada bastan-te alta.
Grande resistência ao ataque por meios ácidos(clorídrico,sulfúrico e fosfórico).
Aços empregados para boretação : aços
 carbono,baixa liga,ferramenta e inoxidável