Aula_6_Tratamentos Termicos (1)

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Materiais de Construção Mecânica Aplicada 
6º SEMESTRE (ENG. MEC)
Prof.Luciano de Lima Lopes
luciano.lopes@docente.unip.br
AULA 6
Tratamentos Térmicos
Prof. Luciano de Lima Lopes
luciano.lopes@docente.unip.br
3
Tratamentos Térmicos
Origem do tratamento térmico 
Introdução
O imperador romano Júlio César já afirmava, no ano 55
a.C., que os guerreiros bretões se defrontavam com o
problema de suas armas entortarem após certo tempo
de uso. Isso os obrigava a interromper as lutas para
consertar suas armas de ferro.
Os romanos, por sua vez, já haviam descoberto que o
ferro se tornava mais duro quando aquecido durante
longo tempo num leito de carvão vegetal e resfriado,
em seguida, em salmoura.
Esse procedimento pode ser considerado a primeira
forma de tratamento térmico, pois permitia a
fabricação de armas mais duras e mais resistentes
Definição
Tratamento térmico é o conjunto de operações de aquecimento
e resfriamento a que são submetidos os aços, sob condições
controladas de temperatura, tempo, atmosfera e velocidade de
resfriamento, com o objetivo de alterar as suas propriedades ou
conferir-lhes características determinadas.
Tratamento Térmico
durante o processo 
de fabricação
OBJETIVO:
Obtenção das propriedades
físicas desejadas
Ciclo Térmico
T
e
m
p
e
ra
tu
ra
 (
ºC
)
log tempo (s)
a)Velocidade de aquecimento:
b)Temperatura de patamar e tempo de permanência na temp. (encharque);
c)Velocidade de resfriamento;
d) Atmosfera do forno.
727ºC
900ºC
(d) Atmosfera do Forno: Oxidante
Redutora
Neutra (argônio) 
Vácuo

Ac1
Acm
Zona crítica
O tratamento térmico provoca mudanças nas propriedades mecânicas do aço. 
Essas mudanças dependem de três fatores:
- Temperatura de aquecimento;
- Velocidade de resfriamento;
- Composição química do material.
Estrutura Cristalina de Corpo Centrado - CCC
Ciclo Térmico
Tratamentos Térmicos e Controle da 
Microestrutura
• Finalidade:
Alterar as microestruturas e como consequência as propriedades
mecânicas das ligas metálicas.
MICROESTRUTURAS PROPRIEDADES MECÂNICAS 
Principais Objetivos dos 
Tratamentos Térmicos
• Remoção de tensões internas (oriundas de esfriamento 
desigual, trabalho mecânico ou outra causa);
• Aumento ou diminuição da dureza;
• Aumento da resistência mecânica;
• Melhora da ductilidade;
• Melhora da usinabilidade;
• Melhora da resistência ao desgaste;
• Melhora das propriedades de corte;
• Melhora da resistência à corrosão;
• Melhora da resistência ao calor;
• Modificação das propriedades elétricas e magnéticas.
Aquecimento de Um Aço Carbono Com 
0,4% De Carbono
300ºc
850ºC
760ºC
Tratamentos Térmicos
Em geral, a melhora de uma ou mais propriedades, mediante 
um determinado tratamento térmico, é conseguida com prejuízo de 
outras.
Por exemplo:
O aumento da ductilidade provoca: 
• diminuição da dureza;
•diminuição da resistência à tração.
Tensão
Temperado
Revenido
Recozido
Deformação
 
Grandezas importantes
Velocidade de resfriamento define as propriedades finais
É necessário saber utilizar os diagramas de fases para que seja
possível projetar um tratamento térmico para uma dada liga que
possua as características mecânicas desejadas à temperatura
ambiente.
Na prática, as transformações de fases, em geral, não ocorrem
em condições de equilíbrio e não podem ser analisadas através
do diagrama de equilíbrio.
Para a análise das transformações em condições de não
equilíbrio foram desenvolvidos novos diagramas que levam em
conta a variável tempo.
Diagrama de Transformação de Fases
➢ Tais diagramas são denominados curvas TTT (por
representarem as Transformações de fase em função do Tempo
e da Temperatura).
➢ Nos diagramas de equilíbrio as variáveis são a temperatura e
a composição, com a introdução da variável tempo, no caso das
curvas TTT.
Diagrama de Transformação de Fases
Diagrama de Transformação de Fases
As transformações vistas no diagrama Fe-C pressupõem velocidades de
resfriamento bastante baixas, de forma que todos os rearranjos atômicos
possam se completar. Mudanças importantes podem acontecer se o aço,
sob temperatura acima de 727°C, for bruscamente resfriado. As
transformações podem não se efetivar totalmente e outras podem ocorrer,
afetando sensivelmente as propriedades mecânicas.
O gráfico da Figura 01 é um
exemplo aproximado para um aço
eutetóide, considerado inicialmente
em temperatura na região da
austenita (acima de 727°C, linha A)
e posteriormente resfriado.
Têmpera
➢Têmpera é um dos processos utilizados no tratamento térmico
de metais para aumentar a dureza e consequentemente a
resistência dos mesmos.
➢ O processo da têmpera consiste em duas etapas:
Aquecimento e esfriamento rápido ou brusco.
O aquecimento visa obter a organização dos cristais do metal,
numa fase chamada austenitização.
➢ O nome Austenita deriva do sobrenome, Austen, do
descobridor dessa fase, a qual é explicada abaixo. O
esfriamento brusco visa obter a estrutura martensita
(supersaturada em carbono; nome deriva do sobrenome
Martens, de seu descobridor).
➢Na têmpera o aquecimento deve ser superior à temperatura
crítica, que é de 727ºC.
➢O objetivo é conduzir o metal a uma fase, na qual se obtém o
melhor arranjo possível dos cristais do metal, e portanto, da
futura dureza.
➢Severidade de tempera – depende do meio onde o aço é
resfriado depois da austenitização.
Têmpera
➢ Têmpera por chama: Aquecimento provém de chama
direcionada à peça, através de maçarico ou outro instrumento,
podendo assim ser parcialmente temperada. O aquecimento é
obtido por indução elétrica, seguida de um resfriamento brusco,
normalmente em água.
➢ Têmpera superficial: Aquecimento somente da superfície
através de indução ou chama até a austenitização, seguida de
um resfriamento rápido.
➢ Têmpera total: Aquecimento total da peça até temperatura de
austenitização seguida de resfriamento, em meio pré-
determinado.
Têmpera
➢ Têmpera por indução: O aço é aquecido por um campo
magnético gerado por uma corrente alternada de alta
frequência que passa através de um indutor (bobina de cobre
resfriada a água). Campo gerado depende da resistência da
corrente e do número de voltas da bobina.
Têmpera
• O aumento do teor de C e / 
ou a adição de elementos 
de liga (exceto o Co) 
deslocam as curvas TTT 
para a direita, possibilitando 
o uso de meios de têmpera 
menos severos para a 
obtenção da microestrutura 
martensítica. 
A
M
P
B
T
Tempo [s] 25  50  75
Têmpera
Martêmpera e Austêmpera
➢ Tratamentos para evitar distorções e trincas nos materiais.
➢ Martêmpera => martensita com grãos uniformes.
➢ Austêmpera => bainita
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 revenimento final.
Martêmpera
Austêmpera
Neste processo o procedimento é análogo à martêmpera.
Entretanto a fase isotérmica é prolongada até que ocorra a
completa transformação em bainita. Como a microestrutura
formada é mais estável (a +Fe3C), o resfriamento subsequente
não gera martensita. Não existe a fase de reaquecimento,
tornando o processo mais barato.
Revenimento
➢ O aço antes deve ser temperado. Elimina tensões internas
da têmpera, diminui o limite de escoamento e aumenta em
muito a ductilidade.
➢ A têmpera gera grandes tensões no material (aexpansão
volumétrica gerada pela martensita é de até 4%), por isso
deve ser sempre acompanhada de revenimento.
➢ O revenimento alivia ou remove tensões, corrige a dureza
e a fragilidade, aumenta a dureza e a tenacidade do material.
➢ A temperatura do revenimento deve ser escolhida para 
atender as propriedades especificadas em projeto.
Operação de têmpera com posterior revenimento
Revenimento
Tensão
Temperado
Revenido
Recozido
Deformação
 
Recozimento
➢ Tratamento térmico no qual o material é exposto a uma
temperatura elevada por um período de tempo prolongado e
em seguida resfriado lentamente.
➢ Objetivos: Aliviar tensões, tornar o material mais mole,
dúctil e tenaz e produzir uma microestrutura específica.
➢ Qualquer processo de recozimento consiste em três
estágios: (1) aquecimento até a temperatura desejada, (2)
manutenção da temperatura e (3) resfriamento, geralmente
até a temperatura ambiente.
➢ O tempo é um fator importante na condução desse
tratamento térmico devido aos gradientes de temperatura.
Recozimento
Tensão
Temperado
Revenido
Recozido
Deformação
 
Austenitizar e resfriar a lentamente (forno desligado).
Obtenção de estruturas de equilíbrio
T
e
m
p
e
ra
tu
ra
 °
C
Tempo (s)
Zona Crítica
Forno Contínuo
Normalização
Austenitizar e resfriar ao ar.
Reduz o tamanho de grão
➢ O tratamento de normalização é definido como o
aquecimento de uma liga ferrosa em uma temperatura
adequada acima da temperatura de transformação (zona
crítica), seguido por um resfriamento ao ar até a temperatura
ambiente.
➢ FINALIDADE: uniformizar e refinar a granulação e estrutura
dos aços.
➢ Os aços normalizados apresentam como
microconstituintes, perlita fina, ferrita e cementita, conforme o
teor de carbono.
Normalização
Os processos são desenvolvidos por chama ou por indução.
Têmpera por chama
Antes da têmpera por chama é necessário o fazer uma normalização.
Aplicado em peças de tamanho grande ou de formato complexo, que
não podem ser temperadas em forno de câmara ou em banho de sal.
O aquecimento é feito com maçarico oxiacetilênico a temperatura deve
ficar acima da zona crítica.
Após o aquecimento, a peça é resfriada por jato d’água ou por imersão
em óleo.
Um ensaio de dureza mostra a grande diferença de dureza entre a
superfície e o núcleo.
A têmpera superficial pode ser feita pelos métodos estacionário,
progressivo ou combinado.
Têmpera superficial
Têmpera superficial - por chama
Método estacionário
Consiste em aplicar a chama na peça, a uma 
temperatura de 800ºC. 
A chama move-se sobre a área que será 
endurecida. 
O resfriamento é imediato na água ou no óleo. 
Têmpera superficial
Têmpera superficial - por chama
Método progressivo
A peça se move e o maçarico
permanece fixo.
O resfriamento é feito logo após a
chama ter aquecido a superfície da
peça.
Têmpera superficial
Têmpera superficial - por chama
Método combinado
A peça e o maçarico movem-se
simultaneamente.
É aplicado, geralmente, em peças
cilíndricas e de grande tamanho.
A dureza final obtida varia de 53 a 62
Rockwell C.
A espessura da camada endurecida
pode atingir até 10mm.
Têmpera superficial
Por Indução
A peça é colocada numa bobina em que circula uma corrente elétrica de alta freqüência.
Dentro da bobina indutora, é gerado um forte campo eletromagnético.
A resistência que a peça oferece à passagem desse campo provoca o aquecimento da
superfície até uma temperatura acima da zona crítica.
Imediatamente após o aquecimento, a peça é resfriada por jatos de água ou de óleo.
Na superfície, forma-se martensita.
Têmpera superficial
Têmpera superficial - por Indução
Após a têmpera superficial, é necessário revenir a
camada endurecida.
O revenimento pode ser feito, também, com
aquecimento por indução, seguido de resfriamento
lento.
A vantagem da têmpera por indução é que ela permite
um controle bastante preciso da profundidade da
camada que recebe o tratamento.
É um processo mais preciso e seguro do que o da
têmpera por chama.
Têmpera superficial
➢ Os tratamentos termoquímicos promovem um endurecimento
superficial pela modificação da composição química e
microestrutura em regiões superficiais.
➢ Seu objetivo é o aumento de dureza e resistência ao desgaste de
uma camada superficial, mantendo-se a microestrutura do núcleo
dúctil e tenaz.
➢ Os tratamentos termoquímicos mais importantes industrialmente
são:
✓ cementação;
✓ nitretação
✓carbonitretação.
Tratamentos Termoquímicos
A cementação consiste em introduzir maiores quantidades de carbono em
superfícies de aço com baixos teores de carbono.
Por isso, é indicada para aços-carbono ou aços-ligas cujo teor original de
carbono seja inferior a 0,25%. A cementação aumenta esse teor até valores
em torno de 1%, assegurando uma superfície dura e um núcleo tenaz.
Cementação
Aplicações:
eixos e engrenagens de
transmissão de componentes
automotivos, de turbinas eólicas e
de bombas
Cementação
➢ Tratamento superficial que consiste em se introduzir carbono
na superfície do aço com o objetivo de se aumentar a dureza
superficial do material, depois de convenientemente temperado.
➢ Aços de baixo teor de carbono.
➢ Aquecimento em campo austenítico (900-1000ºC) - difusão
do C na fase gama.
➢ A cementação é classificada de acordo com o meio
empregado para a difusão de carbono:
cementação gasosa, cementação líquida e cementação solida.
Certas peças que trabalham em atrito permanente correm o risco de se
desgastar com facilidade. É o caso, por exemplo, do girabrequim, das
camisas de cilindros, dos pinos, dos rotores, que precisam ter alta
resistência ao desgaste sob temperatura relativamente elevada. A peça
pode adquirir esse nível de resistência por meio da técnica chamada
nitretação.
A nitretação é indicada na obtenção de peças com superfície de maior
dureza, para aumentar a resistência do desgaste, à fadiga, à corrosão e
ao calor. Os aços que melhor se prestam a esse tratamento são os
nitralloy steels, que são aços que contêm cromo, molibdênio, alumínio e
um pouco de níquel. Em geral, a nitretação é feita depois da têmpera e
do revenimento. Assim, as peças nitretadas não precisam de qualquer
outro tratamento térmico, o que contribui para um baixo índice de
distorção ou empenamento
Nitretação
Nitretação
Enriquecimento superficial com nitrogênio, usando-se de um
ambiente nitrogenoso à determinada temperatura, buscando o
aumento da dureza do aço até certa profundidade.
O objetivo é difundir o nitrogênio, para isso, temperaturas
abaixo de 720°C são ideais.
A nitretação tem menos empenamento em relação a
cementação, porem, a camada é muito mais fina, chega a
0,3μm por nitretação gasosa.
Esse processo consiste em introduzir carbono e nitrogênio na
superfície do aço. O processo pode ser realizado em fornos
de banhos de sal ou de atmosfera controlada (a gás). A
superfície da camada carbonitretada adquire dureza e
resistência ao desgaste.
A temperatura do processo varia de 705ºC a 900ºC, com uma
duração de duas horas. Após esse tempo, as peças são
resfriadas em água ou óleo.
Obtém-se uma camada com espessura de 0,07 a 0,7mm.
A carbonitretação é usada, geralmente, em peças de pequeno
porte, como componentes de máquina de escrever,
carburadores, relógios, aparelhos eletrodomésticos.
Carbonitretação
Procedimentos
Procedimento:
Ligar o forno, aguardar até que a temperatura fique homogênea.
Com os EPI adequado, e o auxilio no manipulador, colocar a peça dentro forno e fechar.
Aguardar a temperatura de austenitização da peça.
Fazero resfriamento de acordo com o tratamento a ser realizado.
Relação dos materiais:
- Forno
- Peça 
- Manipulador
- EPI
- Água/óleo