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TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS
Cementação.
Nitretação;
Carbonitretação.
Prof. M.Sc. Antonio Fernando de Carvalho Mota
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Propriedades Tribológicas
 resistência aos diversos tipos de desgaste (desgaste
abrasivo, desgaste adesivo, desgaste erosivo, etc.);
 coeficiente de atrito do material.
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS
 Definição
São tratamentos que visam o endurecimento superficial do aço através da difusão de elementos como: 
C (carbono), N (nitrogênio) ou B (boro), formando carbonetos, nitretos ou boretos, respectivamente.
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Cementação
Endurecimento superficial de engrenagens
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Cementação
Os carburantes podem ser sólidos, (grãos ou pós), líquidos ou gasosos. A qualidade dos carburantes influi na rapidez com que se forma a camada.
Após a cementação tempera-se a peça; as partes externas adquirem elevada dureza enquanto as partes internas permanecem sem alterações.
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Cementação
Fases da cementação 
1ª Fase: Aquecimento 
- Cementação em caixa:
As peças são colocadas em caixas juntamente com o carburante, fechadas hermeticamente e aquecidas até a temperatura recomendada. 
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Cementação
 Cementação em banho: 
As peças são mergulhadas no carburante líquido aquecido, através de cestas ou ganchos. 
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Cementação
2ª Fase: Manutenção da temperatura – O tempo de duração desta fase varia de acordo com a espessura da camada que se deseja e da qualidade do carburante utilizado. (0,1mm a 0,2mm por hora). 
 
3ª Fase: Resfriamento – A peça é esfriada lentamente dentro da própria caixa. 
Após a cementação as peças são temperadas. 
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Cementação	
 Basicamente, o processo consiste em aumentar o teor de carbono de uma fina camada na superfície da peça e posterior tratamento de têmpera e revenido.
	Assim, se o aço é de baixo carbono, apenas a camada superficial é endurecida e o interior mantém as características de ductilidade e tenacidade. 
 Isso proporciona uma combinação das propriedades desejáveis de resistência ao desgaste e estabilidade estrutural.
Engrenagem cementada
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MICROESTRUTURA DE CAMADAS CEMENTADAS
História
Há cerca de 100 anos, o tratamento térmico dos aços era certamente uma arte já que a ciência por trás dele estava somente começando a ser entendida. 
O controle do tamanho de grão na cementação estava tornando-se possível com os trabalhos de McQuaid e Ehn. 
Eles descobriram que pequenas adições de alumínio manteriam o pequeno tamanho de grão após longas exposições, geralmente de 8 a 10 horas na temperatura de cementação. 
Antes disso, estruturas de grãos grosseiros podiam ser observadas nas camadas cementadas o que iniciaria uma fratura frágil intergranular sob cargas mínimas.
Cementação
 A difusão é proporcionada pelo carbono fornecido por algum meio, em temperaturas nas quais ela possa ocorrer.
 Normalmente na faixa da austenita, de 840 a 1000ºC.
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Cementação
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CEMENTAÇÃO
Cementação
Processo de transformação superficial que se dá através da concessão de carbono do meio carburizante para a superfície da peça formando Fe3C (cementita), a uma temperatura de 900 a 950 ºC. 
Deixa, desse modo, o aço dúctil e tenaz.
Exemplos de reação: 	
2C + O2 2CO
2CO + 3Fe Fe3C + CO2
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Cementação
 Cementação Líquida
Neste processo, as peças são mantidas submersas em um banho de sal fundido a base de cianeto e cloreto de Na, Ba e K.
Cementação Gasosa
Neste processo, o responsável pela oferta de carbono é um gás. Normalmente, um gás endotérmico enriquecido com propano.
Cementação Sólida
Neste processo, as peças são colocadas em caixas de aço contendo carvão.
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Cementação
Aquecimento em conjunto com uma substância em carbono permitindo a difusão do © para o aço. 
Aumentar a dureza e resistência ao desgaste superficial (por fricção ou atrito), enquanto mantém o núcleo (miolo) do material ainda dúctil. 
Forno Câmara – Cementação gasosa
Cementação Líquida
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Cementação
Todos os aços cementados devem ser temperados. 
Pode-se temperar de três maneiras:
Têmpera simples
Consiste em temperar o material normalmente após tê-lo cementado e resfriado ao ar.
Têmpera direta
Consiste em resfriar rápido, diretamente da temperatura de cementação.
Têmpera dupla
A partir da temperatura de austenitização do núcleo, para refiná-lo, em seguida na temperatura de austenitização da camada cementada. 
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	Tratamentos	Granulação
inicial do aço	Camada cementada	Núcleo 
	 A 
Têmpera simples	Fina 	Estrutura fina	Estrutura grosseira
	 B
Têmpera simples	Fina 	Estrutura ligeiramente grosseira	Estrutura parcialmente refinada
	 C
Têmpera simples	Fina 	Estrutura ligeiramente groseira	Estrutura refinada
Tempo
Representação de vários tratamentos possíveis de têmpera após a cementação
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	Tratamentos	Granulação
inicial do aço	Camada cementada	Núcleo 
	 D 
Têmpera dupla	Grosseira	Estrutura refinada	Estrutura refinada
	 E
Têmpera dupla	Fina 	Estrutura não refinada	Estrutura não refinada
	 F
Têmpera simples	Fina 	Estrutura refinada	Estrutura grosseira mole, tenaz e usinável
Representação de vários tratamentos possíveis de têmpera após a cementação
Tempo
D
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Tratamento termoquímico de endurecimento superficial, baseado na introdução de nitrogênio em sua superfície. 
O processo se realiza, expondo a peça em uma atmosfera do forno rica em nitrogênio. 
 Nitretação
Peça nitretada
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Nitretação 
Tratamento de endurecimento superficial em que se introduz o nitrogênio na superfície do aço. Aumenta a resistência ao desgaste, resistência à fadiga, resistência à corrosão e a dureza superficial. 
A temperatura onde se dá o processo de nitretação é sub-austenítica (500 a 600 ºC), portanto, sem os problemas de tensões, distorções, e sem necessidade de tratamento posterior.
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Vantagens e desvantagens da nitretação
	 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 nitretada é muito pequena.
 	
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Nitretação 
São cinco os tipos mais comuns de nitretação:
Nitretação a Gás
Consiste em submeter as peças a ação de um meio gasoso rico em nitrogênio, geralmente amônia.
 Nitretação em banho de sal (tenifer)
Consiste em submeter as peças num banho de sal fundido à base de cianeto de sódio e potássio. O resfriamento se faz em água até a temperatura ambiente.
Carbonitretação
É um tratamento que pode ser entendido como a união de cementação e nitretação. A temperatura é intermediária, cerca de 850 ºC.
Carbonitretação Gasosa
Atmosfera gasosa composta de gás endotérmico e amônia. A espessura da camada varia de 0,1 a 0,7 mm.
Carbonitretação Líquida (Cianetação)
Tratamento em um forno contendo sal fundido, a base de cianeto, a uma temperatura entre 760 a 870 ºC. A camada varia de 0,1 a 0,3 mm.
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Nitretação
Aços para nitretação:
Nitralloy Steels Cr, Mo, Al e Ni
Também 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
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Carbonitretação
Tratamento termoquímico, em que se promove o enriquecimento superficial simultâneo com carbono e nitrogênio. 
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Carbonitretação	
 carbonitretação é uma forma modificada de cementação e nitretação que consiste na introdução de amônia na atmosfera gasosa. 
 O nitrogênio contido na amônia difunde na superfície da peça, simultaneamente, com o carbono, e abaixa a velocidade critica do resfriamento.
		A carbonitretação é feita com temperatura mais baixa (pelo menos 55oC ou 100oF) e tempo mais curto (meia hora ou mais) do que a cementação.
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carbonitretação
Forno usado para carbonitretação de autopeças.
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Boretação 
O boro se difunde na superfície do material tratado, formando boreto de ferro. 
Pode-se tratar qualquer tipo de aço. 
A peças são colocadas em uma caixa de açocontendo granulado de boro. 
A temperatura varia de 800 a 1050 ºC. 
O objetivo da boretação é aumentar a dureza superficial em torno de 1800 a 2000 HV, melhorar a resistência ao desgaste e corrosão de ácidos.
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PRÁTICA DE TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS
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Nitretação líquida - Tenifer
Instalações para nitretação em banho de sal tipo “tenifer” (tufftride)
Conjunto formado por um forno destinado ao pré-aquecimento, um forno para nitretação a 570 ºC em cadinho de titânio, tanques de água para resfriamento e lavagem e uma cabine fechada com sistema de exaustão e purificação do ar.
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Fornos para tratamentos térmicos
Fornos de câmara para múltiplas aplicações, tipo “Gruq” ou “Kos”.
Instalações totalmente automáticas, permitindo efetuar operações de têmpera, cementação e carbonitretação sob atmosfera controlada. Aquecimento elétrico ou a gás, temperaturas até 950 ºC.
Umas ou duas câmaras de aquecimento. Forno conjugado com máquina de lavar, forno de revenimento e gerador de gás endotérmico.
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Fornos para tratamentos térmicos
Fornos com Atmosfera Controlada
Geradores de Gás
Instalação destinada à obtenção de gás endotérmico, exotérmico, hidrogênio ou amônia dissociada a partir de álcool, hidrocarbonetos ou gás amoníaco. 
Aplicações em tratamentos térmicos na formação de atmosfera protetora ou controlada, sintetização, indústrias químicas, petroquímicas, farmacêuticas, alimentícias, etc.
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TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS COMPLEMENTAÇÃO
O potencial de carbono de uma atmosfera carbonetante pode ser diminuído, se desejado, no interior da câmara de cementação introduzindo-se pequenas quantidades de ar de modo a aumenta o ponto de orvalho (percentagem de água) e o teor de CO2, de acordo com as seguintes reações:
 H2 + ½ O2 H2O
 CO + ½ O2 CO2
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descarbonetante
carbonetante
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Forno com atmosfera controlada
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Aços para cementação e nitretação
Os aços carbono depois de cementados, temperados e revenidos adquirem núcleo com boa resistência 
Nos aços-liga a soma total de elementos raramente ultrapassa 2%. 
Usados em caminhoes, tratores ônibus e indústria aeronáutica.
O processo clássico de nitretação a gás exige a presença do: alumínio, cromo e molibdênio e eventualmente níquel; 
facilitam a difusão do nitrogênio;
produzem a camada superficial nitretada da espessura adequada;
Após a nitretação os aços são prontos para serem utilizados, ou seja, não há tratamento térmico posterior como ocorre com a cementação. 
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No sistema de transmissão do projeto BAJA, realizado pelos alunos da Escola Politécnica de Pernambuco, sob nome de Corisco Coyote, houve a adoção de um redutor de dentes helicoidais 
Redutor
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS - APLICAÇÕES
Para auxiliar na redução de suas medidas, as engrenagens internas foram substituídas, agora compostas por dentes helicoidais, que possuem maior resistência aos esforços, maior vida útil e menor ruído operacional, se comparadas às de dentes retos. 
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS - APLICAÇÕES
O material utilizado foi o aço SAE 8620 cementado, temperado e revenido para aumento da durabilidade. As engrenagens são vazadas para reduzir massa inercial, e agora sua lubrificação é feita por fio de óleo, ante a antiga caixa em que as engrenagens ficavam imersas em 1L de lubrificante.
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS - APLICAÇÕES
Para quebrar a ansiedade da Dama
Têmpera por laser 
	O processo é muito preciso em impor aquecimento seletivo sobre áreas bem específicas.
	Além disto o processo pode ser feito em alta velocidade, produzindo pouca distorção. 
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NITRETAÇÃO A PLASMA - Tendência 
Aplicações:
Moldes para estampagem de roda, peças internas das bombas de óleo, moldes para peças de alumínio de motores, brinquedos, compressores e outros.
peça
Teperar e Revenir
Usinagem Fina e/ou Retífica
Nitretação a Plasma
Polimento se necessário
Fim 
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Faixa de temperatura
De 380 a 570ºC.
Controle da composição e espessura
	Mistura	
	N2 + H2
N2 + CH4
N2 + H2 + AR
	Nitretada
Nitro-carbonetada
Oxi-nitro-carbonetada
Reator para nitretação a plasma pelo Processo IONIT (BRASIMET)
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BRASIMET TRD
TRD ® Ferramenta com alto desgaste submetida ao processo BRASIMET TRD 
Brasimet Thermal Reactive Diffusion: tratamento destinado à formação de camada de Carbeto de Vanádio.
Camada:
espessura: 8 a 15 mm dureza: > 4000 HV
Propriedades:
alta resistência à abrasão, alta resistência ao desplacamento e alta resistência à corrosão 
Aplicações: ferramentas de conformação a frio e a quente, submetidas a elevado desgaste abrasivo e elementos de máquina, submetidos à abrasão.
Fonte: www.brasimet.com.br
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EXERCÍCIOS PARA A PROVA
Aços IF (do inglês “interstitial-free”: livre de elementos intersticiais), uma vez que os aços baixo carbono, além da baixa qualidade superficial, eram de difícil conformação, em função da presença de elementos intersticiais na sua estrutura.
Logo, a produção e processamento dos aços IF necessita de etapas que minimizem a presença de carbono e nitrogênio em solução como a desgaseificação a vácuo e a de aços microligados, com o uso de titânio e nióbio na formação de fases que podem se precipitar nesses aços e remover em extensão máxima possível os elementos intersticiais da solução sólida.
Hoje em dia, o mercado mais proeminente de aplicação para aços IF é na indústria automobilística, mais precisamente como material usado na confecção de pára-lama, capô e tampa de porta-malas entre outros.
Atende exigências de estampagem, energia de colisão, leveza e menos queima de combustível.
Aços IF da Companhia Siderúrgica do Atlântico da ThyssenKrupp Steel
EVOLUÇÃO DA MICROESTRUTURA E DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DE AÇOS IF TRATADOS TERMOMECANICAMENTE - Bárbara Matos Fieto
51- Em função do histórico de resfriamento do material, a nucleação da ferrita a partir da austenita pode ocorrer em planos cristalográficos específicos, caracterizando uma microestrutura conhecida como ferrita de Widmanstätten. A condição microestrutural típica do aço carbono para o aparecimento da ferrita de Widmanstätten é
(A) de laminado a quente.
(B) de laminado a frio.
(C) de temperado e revenido.
(D) de temperado, somente.
(E) soldado.
ENGENHEIRO O(A) DE EQUIPAMENTOS JÚNIOR INSPEÇÃO – PETROBRAS MARÇO 2010
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Considerando a curva TTT (Transformação em função de Tempo e Temperatura) do aço ABNT 1050, representada na figura acima, o tratamento térmico que produz uma microestrutura homogênea e com dureza uniforme de 30 HRC, na direção radial de um eixo de 100 mm de diâmetro, é o resfriamento contínuo de 900 ºC até 500 ºC num tempo de:
(A) 103 s.
(B) 10 s.
(C) 0,5 s, seguido de tratamento isotérmico.
(D) 5 s, seguido de tratamento isotérmico.
(E) 10 s, seguido de tratamento isotérmico
53- A curva de transformação por resfriamento contínuo (curva CCT, Continuous Cooling Transformation) do aço ABNT 1540 (1,1% Mn e 0,4% C, em peso) é representada na figura abaixo.
Considerando as taxas de resfriamento de 1700 °C/min (condição G), 1000 °C/min (condição H), 500 °C/min (condição I),140 °C/min (condição J) e 120 °C/min (condição K), sobre as propriedades mecânicas do material afirma-se que a;
(A) dureza aumenta da condição microestrutural (G) para a (K).
(B) ductilidade aumenta da condição microestrutural (G) para a (K).
(C) resistência mecânica aumenta da condição microestrutural (G) para a (K).
(D) resistência ao trincamento diminui da condição microestrutural (G) para a (K).
(E) fragilização do material aumenta da condição microestrutural (G) para a (K).
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A martensita como temperada é extremamente dura e frágil. Componentes mecânicos com martensita correm risco de falha estrutural, exceto quando apresentam baixo teor de carbono. Com o objetivo de otimizar a relação entre a resistência mecânica e a tenacidade do material, adota-se, após a têmpera, outro tratamento térmico denominado revenimento. Nessa perspectiva, o revenimento dos aços
(A) consiste em um aquecimento uniforme do material até uma temperatura de austenitização,mantendo-o nessa temperatura por tempo suficiente para a obtenção das propriedades mecânicas desejadas.
(B) fornece condições para haver difusão do carbono, que sairá na condição de supersaturação para se precipitar como carboneto.
(C) promove transformações que podem ser agrupadas em cinco estágios, sendo que no terceiro (200 a 350 ºC) existe a precipitação de cementita, e a martensita mantém sua tetragonalidade, transformando-se em ferrita.
(D) envolve o coalescimento ferrita, entre 350 e 700 ºC, que se torna totalmente esferoidal a 700 ºC, após as transformações que ocorrem durante o processo.
(E) pode gerar fragilização do material e, neste caso, fragilização no revenido e fragilização da martensita revenida estão associadas às mesmas características de mudanças microestruturais
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Figura 1
Figura 2
As figuras acima apresentam dois exemplos de padrão ASTM (American Society for Testing and Materials) para avaliação do tamanho de grão austenítico, grão no 3 (Figura 1) e grão no 4 (Figura 2). Considerando diferentes padrões (tamanhos de grão) austeníticos, afirma-se que, para
um mesmo aço,
(A) maior quantidade de martensita será obtida, se a têmpera do material ocorrer de uma austenita de padrão no 3 do que de outra no 4.
(B) maior quantidade de martensita será obtida, se a têmpera do material ocorrer de uma austenita de padrão no 4 do que de outra no 3.
(C) ambas as quantidades de martensita serão iguais.
(D) martensita com maior dureza será obtida, se a têmpera do material ocorrer a partir de uma austenita de padrão no 3 em vez de outra no 4.
(E) martensita com maior dureza será obtida, se a têmpera do material ocorrer a partir de uma austenita de padrão no 4 em vez de outra no 3.
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Uma barra do aço ABNT 3130 (0,3%C, 1,3%Ni e 0,7% Cr) com diâmetro de 150 mm foi austenitizada em 900 ºc e resfriada em óleo. Em seguida, amostras do material foram retiradas da superfície (amostra 1) e na direção radial da barra, nas posições 20 mm (amostra 2) e 50 mm (amostra 3). É previsto que análises metalográficas irão
revelar:
(A) martensita em todas as amostras.
(B) iguais quantidades de ferrita nas amostras 2 e 3.
(C) iguais quantidades de bainita nas amostras 1 e 2, enquanto que martensita na amostra 1.
(D) bainita na amostra 1, enquanto que martensita e ferrita nas amostras 2 e 3.
(E) bainita na amostra 2 e ferrita na amostra 3.
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Um eixo de transmissão de potência foi projetado com um diâmetro de 50 mm, devendo apresentar durezas mínimas, no
centro e a 10 mm da superfície de 40 HRC e 50 HRC, respectivamente, após revenido. A figura acima apresenta as curvas
de temperabilidade de diferentes aços após um ensaio Jominy. De acordo com os resultados deste ensaio, atende(m)
adequadamente às exigências do projeto APENAS o(s) aço(s)
(A) 1040.
(B) 1040 e 5140.
(C) 4140 e 4340.
(D) 8640, 4140 e 4340.
(E) 5140, 8640, 4140 e 4340
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Com base nas figuras acima, calcule a quantidade de carbono (%p) que um aço comum deverá ter para que, quando tratado termicamente, se obtenha uma estrutura bifásica do tipo ferrita-martensita, objetivando uma quantidade de martensita de 50% com dureza de 600 Brinell.
(A) 0,13
(B) 0,21
(C) 0,35
(D) 0,47
(E) 0,56
MORFOLOGIA DA MARTENSITA
MORFOLOGIA DA MARTENSITA
MARTENSITA ESCORREGADA
MORFOLOGIA DA MARTENSITA
TESE DE MESTRADO - USP -2011
MARTENSITA EM PLACAS
MUDANÇA DE VOLUME DEVIDO A TRANSFORMAÇÃO ESTRUTURAL
CARBONO EQUIVALENTE
Carbono equivalente é um numero empírico que mede a temperabilidade ou soldabilidade:
CE = C + (Mn)/6 + (Cr+Mo)/5 + (V+Ni+Cu)/15
Fórmula do Welding Institute, onde:
 
Análise dos resultados:
CE < 0,4 não é temperável e de fácil soldagem;
CE > 0,4 é temperável e exige cuidados especiais na soldagem.
	Símbolo	Nome
	Mn	manganês
	Cr	Cromo
	Mo	Molibdênio
	V	Vanádio
	Ni	Níquel
	Cu	Cobre
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CURVAS TTT (Temperatura-Tempo-Transformação)
Aço eutetóide
Aço hipereutetóide
Aço hipoeutetóide
Ac3
Ac1
Acm
Ac1
Ac1
Ac1
z.c.
Temperatura (ºC)
0,4°C 
0,8°C 
0,9°C 
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Quando trocar o óleo?
AGUARDE A PRÓXIMA AULA
ESTAMOS PENSANDO COMO MELHOR SERVIR!
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ANEXO
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS
OBRIGADO