Aula 05_Tratamento térmicos(3)

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MOISÉS LUIZ PARUCKER 
 
TR ATAM E N TOS TÉ R M I C OS E TE R M O - QU Í M I COS 
 
 
Universidade Federal de Itajubá 
Por que fazer tratamentos térmicos? 
Modificação de propriedades sem alterar composição 
química, pela modificação da microestrutura. 
TEMPERATURA DE AUTENITIZAÇÃO 
É a temperatura de 50°C acima do limite superior da zona crítica. 
TEMPERATURA DE AUTENITIZAÇÃO 
Tratamentos térmicos 
Conhendo-se quais as microestruturas possíveis de serem formadas 
e suas principais características, pode-se realizar um tratamento 
térmico com resfriamento contínuo objetivando a obtenção de 
diferentes propriedades dos metais. 
 
Dentre os tratamentos mais usuais pode-se 
citar: 
 Recozimento 
 Têmpera 
 Revenimento 
 Normalização 
Os tratamentos térmicos tem como objetivo: 
 
 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 
 Melhora das propriedades elétricas e magnéticas 
Tratamentos térmicos 
Com auxílio do diagrama de transformação isotérmica – curva TTT podemos 
entender os fenômenos que ocorrem quando o aço é resfriado em diferentes 
velocidades. 
Tratamentos térmicos 
Fatores que influenciam as curvas TTT 
 Composição química 
 Em geral, com o aumento do 
teor de carbono, a curva 
desloca-se para a direita . 
 
 Tamanho de grão 
 Quanto maior o tamanho de 
grão, mais demorada será a 
transformação total da 
austenita, deslocando a 
curva para a direita 
Tratamentos térmicos 
C – principal elemento de liga – aços 
carbono 
Outros – aços ligas 
Deslocamento da inflexão da 
transformação da austenita em perlita 
para tempos mais longos 
Formação de uma inflexão separada 
para a bainita 
Elementos de liga (Cr, Ni, Mo, W) 
Tratamentos térmicos 
 Temperatura de aquecimento 
 Taxa de aquecimento 
 Tempo de autenitização 
 Taxa de resfriamento 
 Atmosfera* 
 
* para evitar a oxidação e descarbonetação 
Fatores que influenciam nos Tratamentos 
Térmicos 
 Geralmente o aquecimento é feito acima da linha 
crítica: 
 A austenita é geralmente o ponto de partida para as transformações 
posteriores desejadas 
 
 Quanto mais alta a temperatura acima da linha 
crítica: 
 maior a segurança da completa dissolução das fases na austenita. 
 maior será o tamanho de grão da austenita. 
 
 
Fatores que influenciam nos Tratamentos 
Térmicos 
 Quanto maior o tempo de manutenção na 
temperatura de austenitização: 
 maior a segurança da completa dissolução das fases na 
austenita. 
 maior será o tamanho de grão da austenita. 
 Tempos longos facilitam a oxidação e a descarbonetação. 
 
 Tempo em minutos ~ 1,5 X espessura da amostra 
em milímetros. 
 
 
Influência do TEMPO nos Tratamentos 
Térmicos 
 É importante porque esta taxa efetivamente 
determina a microestrutura, além da composição 
do aço (teor de Carbono e elementos de liga) 
 
 
 
Influência da taxa de RESFRIAMENTO 
nos Tratamentos Térmicos 
Principais meios de resfriamento: 
 
 Ambiente do forno (mais brando). 
 Ar. 
 Banho de sais ou metal fundido 
(mais comum é o de Pb). 
 Óleo. 
 Água. 
 Soluções aquosas de NaOH, 
Na2CO3 ou NaCl (mais severos). 
O meio de resfriamento 
escolhido será em função 
de: 
 
Caracterísitcas finais 
desejadas (microestruturas e 
propriedades). 
 
Evitar fissuras e 
empenamento na peça. 
 
 Sem a geração de grande 
concentração de tensões. 
 O recozimento tem como objetivo: 
 
 Remoção de tensões internas devido aos tratamentos 
mecânicos. 
 Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade 
 Alterar as propriedades mecânicas como a resistência e 
ductilidade. 
 Ajustar o tamanho de grão. 
 Melhorar as propriedades elétricas e magnéticas. 
 Produzir uma microestrutura definida. 
RECOZIMENTO 
Tipos de Recozimentos: 
 1-Recozimento total ou pleno. 
 2-Recozimento isotérmico ou cíclico. 
 3-Recozimento para alívio de tensões. 
 4-Recozimento para recristalização. 
 
Recozimento total ou 
pleno: obter dureza e estrutura 
controlada. O resfriamento é 
lento (dentro do forno)  
implica em tempo longo de 
processo (desvantagem). 
1-RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO 
Constituintes Estruturais 
resultantes: 
 Hipoeutetóide ferrita + 
perlita grosseira 
 Eutetóide  perlita 
grosseira 
 Hipereutetóide cementita 
+ perlita grosseira 
 A pelita grosseira é 
ideal para melhorar a 
usinabilidade dos aços 
baixo e médio carbono. 
 
 
 A diferença para o recozimento 
pleno está no resfriamento que 
é bem mais rápido, 
tornando-o mais prático e mais 
econômico. 
 
 Permite obter estrutura final 
MAIS homogênea. 
 
 Esse tratamento é geralmente 
executado em banho de 
sais. 
2-RECOZIMENTO ISOTÉRMICO OU 
CÍCLICO 
 Tem como objetivo a remoção de tensões internas 
originadas de processos (tratamentos mecânicos, 
soldagem, corte, …) 
 
 Temperatura utilizada é abaixo da linha A1  
Não ocorre nenhuma transformação. 
 
 Resfriamento: lento (dentro do forno) 
3-RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE 
TENSÕES 
3-RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE 
TENSÕES 
3-RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE 
TENSÕES 
 Aumentar a ductilidade na região 
 Aumentar a resistência à fadiga 
 Diminuição da dureza na zona fundida e na zona 
termicamente afetada 
 Aumentar a resistência à corrosão sob tensão. 
 Tem como objetivo eliminar o 
encruamento gerado pelos 
processos de deformação à frio. 
 A dureza e a resitência mecânica 
diminuem. 
 Temperatura utilizada é abaixo da 
linha A1  Não ocorre nenhuma 
transformação. 
 Resfriamento: lento (ao ar) 
4-RECOZIMENTO PARA 
RECRISTALIZAÇÃO 
 Tem como objetivo 
refinar o grão e 
melhorar a 
uniformidade da 
microestrutra. 
 É usada antes da têmpera 
e revenido. 
 
 Temperatura para 
hipoeutetóide acima 
da linha A3 e 
hipereutetóide acima 
da linha Acm. 
 
 Resfriamento: ao ar. 
 
NORMALIZAÇÃO 
 Constituintes Estruturais 
resultantes: 
 Hipoeutetóide ferrita + 
perlita fina. 
 Eutetóide  perlita fina. 
 Hipereutetóide cementita 
+ perlita fina. 
 Conforme o aço pode-se 
obter bainita 
NORMALIZAÇÃO 
Tratamento térmico: 
normalização com o objetivo de 
refinar os grãos afim de acabar 
com as tensões internas do 
material. 
 Tem como objetivo obter estrutura matensítica que 
promove aumento na dureza, aumento na resistência à 
tração e redução na tenacidade. 
 A têmpera gera tensões  deve-se fazer revenido 
posteriormente. 
 
Temperatura superior à linha crítica (A1). 
 Deve-se evitar o superaquecimento, pois formaria matensita 
acidular muito grosseira, de elevada fragilidade. 
 
Resfriamento: rápido de maneira a formar martensíta 
(TTT) 
 
Meios de Resfriamento: depende muito da composição do aço 
(% de carbono e elementos de liga) e da espessura da peça. 
 
 
 
TÊMPERA 
TÊMPERA 
 Autenita: reticulado CFC e consegue dissolver o carbono. 
Ferrita: CCC solubilidade limitada. 
Resfriamento rápido: CFC para CCC, carbono 
permanece em solução, criando uma estrutura deformada 
supersaturada em carbono (Martensita -TCC). 
Devido a estas microtensões criadas no reticulado, a 
martensita é dura e resistente. 
 
 
 
 
TÊMPERA 
Alterações microestruturais e das propriedades em ligas FeC 
 
Martensita 
Fase obtida fora do equilíbrio 
Não aparece no diagrama de 
equilíbrio 
Apresenta-se num diagramade 
transformação isotérmica 
 Constituintes Estruturais 
resultantes 
Hipoeutetóide ferrita + 
martensita. 
Eutetóide  martensita. 
Hipereutetóide cementita + 
martensita . 
Sempre acompanha a têmpera 
 
 Tem como objetivos aliviar ou remover tensões e 
corrigir a dureza e a fragilidade, aumentando a 
dureza e a tenacidade. 
 
 Temperatura pode ser escolhida de acordo com as 
combinações de propriedades desejadas. 
 
REVENIDO 
 150- 230°C os carbonetos começam a precipitar. Estrutura: 
martensita revenida (escura, preta). Dureza: 65 RC 60-63 
RC. 
 
 230-400°C os carbonetos continuam a precipitar em forma 
globular (invisível ao microscópio). Estrutura: TROOSTITA. 
Dureza: 62 RC 50 RC 
 
 400- 500°C os carbonetos crescem em glóbulos, visíveis ao 
microscópio. Estrutura: SORBITA. Dureza: 20-45 RC. 
 
 650-738°C os carbonetos formam partículas globulares. 
Estrutura: ESFEROIDITA. Dureza: <20 RC. 
 
 
 
REVENIDO 
O O B J E T I V O P R I N C I P A L É A U M E N T A R A D U R E Z A E A 
R E S I S T Ê N C I A A O D E S G A S T E S U P E R F I C I A I S , A O 
M E S M O T E M P O Q U E O N Ú C L E O P E R M A N E C E D Ú C T I L E 
T E N A Z . 
 
O S P R I N C I P A I S P R O C E S S O S D E E N D U R E C I M E N T O 
S U P E R F I C I A L S Ã O : 
 
C E M E N T A Ç Ã O 
N I T R E T A Ç Ã O 
C A R B O N I T R E T A Ç Ã O 
B O R E T A Ç Ã O 
TRATAMENTOS 
TERMOQUÍMICOS 
Difusão atômica 
“é a matéria sendo 
transportada através da 
matéria” 
No caso da ligas a difusão é 
realizada concomitantemente pela: 
 Superfície 
 Contorno de Grão 
 Através do volume sólido (Grão) 
 
Dentro dos grãos a movimentação 
dos átomos se dá: 
 Através dos defeitos na rede 
cristalina 
 Através dos interstícios 
 Na difusão em estado não-estacionário 
tanto o fluxo de difusão, quanto o 
gradiente de concentração, numa dada 
posição x, variam com o tempo t. Como 
resultado, ocorre um acúmulo ou 
esgotamento líquido do componente 
que se encontra em difusão. 
Difusão atômica 
CEMENTAÇÃO 
 Consiste no aquecimento e 
manutenção do material a 
altas temperaturas, em 
atmosfera rica em carbono 
(meio sólido, líquido ou gasoso), 
ocorrendo a difusão do carbono da 
superfície para o centro da peça. 
 
 Materiais para cementação 
 Aços com teor de carbono 
até 0,2%, podendo o material 
possuir na sua composição Mn, 
Al, V, Si, Ni e Cr (esses últimos 
com a finalidade de facilitar a 
têmpera). 
 Os processos usuais elevam o 
teor superficial de carbono até 
0,8 ou 1,0%. 
 
 
Temperatura de tratamento: entre 
850oC e 950oC. 
 
Profundidade de cementação: 
varia com a temperatura de 
tratamento e o tempo de 
permanência a essa temperatura. 
 entre 0,01 até no máximo 
3,0mm. 
 
Resfriamento: em geral, as peças 
são resfriadas ao ar. 
 
Tratamentos posteriores: 
Normalização 
 Têmpera (de acordo com a 
constituição da parte 
periférica) 
 
CEMENTAÇÃO 
CEMENTAÇÃO SÓLIDA 
Carvão vegetal 
Carvão mineral (coque) 
Ativadores 
 
CEMENTAÇÃO LIQUIDA 
CEMENTAÇÃO GASOSA 
 
Fatores que influenciam a velocidade de 
difusão (enriquecimento) de C na superfície 
dos aços: 
 Teor inicial de carbono. 
 Coeficiente de difusão do carbono no aço. 
 Temperatura. 
 Concentração de carbono na γ. 
 Natureza do agente carbonetante. 
 Velocidade de fluxo do gás. 
 
CEMENTAÇÃO 
NITRETAÇÃO 
 Objetiva o endurecimento 
superficial de aços por absorção 
de nitrogênio. É realizado em 
fornos com atmosfera controlada, 
rica em Nitrogênio (em geral NH3). 
 
 Vantagens 
 A temperatura de tratamento é 
inferior à da cementação. 
 As peças apresentam-se nas 
dimensões e acabamento finais. 
 
 Desvantagens 
 O tempo de permanência é grande. 
 A espessura da camada é muito 
pequena. 
 
 Nitretação por plasma. 
 
 Aços para nitretação: são 
utilizados aços com teores de 
carbono entre 0,13 e 0,40%, 
podendo ter adições de alumínio 
(essencial), cromo, silício, 
tungstênio e vanádio. 
 
 Tratamentos térmicos anteriores: 
têmpera e revenido. 
NITRETAÇÃO 
A nitretação é realizada com os 
seguintes objetivos: 
Obtenção de elevada dureza 
superficial. 
Aumento da resistência ao 
desgaste. 
Aumento da resistência à fadiga. 
Melhora da resistência à 
corrosão. 
Melhora a resistência superficial 
ao calor, até as temperaturas 
correspondentes às de 
nitretação. 
 
 Condições de tratamento: 
 
 Temperatura inferior à 
critica, entre 500-575 °C 
 
 As peças são menos 
suscetíveis a 
empenamento e distorção. 
 
 Não há necessidade de 
tratamento térmico 
posterior. 
NITRETAÇÃO A GÁS 
O gás amônia (𝑁𝐻3) é a fonte de nitrogênio. 
Tipos de aços: aços ligas (Al, Cr, V, Mo – facilidade de 
formar nitretos). 
 
 Temperatura: 500 a 560°C. 
 Tempo do Processo: 40 a 90 horas. 
 Espessura: até 0,8 mm. 
NITRETAÇÃO LÍQUIDA – BANHO DE SAL 
As peças são mergulhadas em um banho de sais fundidos 
que são as fontes de nitrogênio. 
 
Banho típico: 
 60-70% de sais de sódio 
 40-30%de sais de potássio 
 
 Temperatura: 500 a 580°C 
 Tempo do Processo: 2 a 3horas 
 Espessura: 0,005 a 0,015 mm 
 
Vantagens: 
 Rapidez do processo 
 
Desvantagens: 
 Caras plantas de tratamento de 
resíduos 
 Baixo controle e pouca 
reprodutibilidade 
 Alta toxicidade de cianetos 
 Pode ser realizada em aços comuns. 
NITRETAÇÃO POR PLASMA 
Na nitretação por plasma ou iônica, se 
faz uso de uma descarga 
incandescente para a introdução de 
nitrogênio nascente na superfície do aço. 
Através deste plasma, íons de nitrogênio 
são acelerados e bombardeiam a superfície 
do aço, provocando a absorção do 
nitrogênio e a sua difusão em direção ao 
núcleo. 
As vantagens associadas com a 
tecnologia de tratamento térmico a 
plasma incluem: 
 
 Não produção de dejetos ou 
gases tóxicos. 
 Não há risco de explosão. 
 Não há poluição significativa 
por barulho, sujeira ou calor 
(geração de calor). 
 Reduzido tempo de 
processamento. 
 Reduzido consumo de energia. 
 Reduzido consumo do gás de 
tratamento. 
NITRETAÇÃO POR PLASMA 
Reator de Nitreação por Plasma. 
 Temperatura: 380 a 650 °C 
 Tempo controlado pelo operador 
 Espessura controlada pelo operador 
NITRETAÇÃO 
Aplicações: 
 Ferramentas de corte e usinagem de 
metais. 
Moldes de injeção de plástico. 
 Peças automotivas. 
 Engrenagens. 
CARBONITRETAÇÃO 
Carbonetação ou nitrocarbonetação: consiste em submeter o aço a 
uma temperatura elevada acima da de transformação – numa atmosfera 
gasosa que pode fornecer simultaneamente carbono e nitrogênio na 
superfície do metal. 
 
 Apresenta melhor temperabilidade que a camada cementada e a custo 
mais baixo. 
 
 Incluem os aços dos tipos: 1000, 1200, 1300, 4000, 4100, 4600, 5100, 
6100, 8600 e 8700. 
 
 O processo é realizado em aços aquecidos em temperaturas da ordem 
de 570°C. 
 
 Os tempos de tratamento variam entre 1 h a 3 h. 
 
 A profundidade de camada endurecida varia entre 0,07 e 0,2 mm 
 
CARBONITRETAÇÃO 
Aplicações: 
 Engrenagens e eixos 
 Pistões 
 Rolamentos e mancais 
 Alavancas de sistemas acionados 
mecânica, pneumática e hidraulicamente. 
BORETAÇÃO 
Por este processo se introduz na superfície da 
peça, por difusão, o elemento boro, 
formando-se em boreto de ferro com dureza 
de 1700-2000 kgf/mm2. 
 
 Utiliza composto sólido de B4C e de um 
ativador, fluoreto duplo de boro e potássio. 
 
 Podem ser tratados aços-carbono comuns e 
aços-liga, de baixo ou alto teor, ferro 
fundido comum eferro fundido nodular. 
 
 Temperatura de tratamento: 800 a 1050°C. 
 
 O aço boretado pode ser temperado e 
revenido. 
BORETAÇÃO 
Aplicações: 
 Rolamento 
 Válvulas para motores 
 Virabrequins 
 Eixos de comando de válvulas 
 Eixos de limpador de pára-brisa 
 Engrenagens 
 Cilindros hidráulicos 
 Pinos esféricos de articulação 
 Molas.