Aula 14 - Tratamentos Térmicos

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UFR
Disciplina: Ciência dos Materiais
1°Semestre de 2019
Professora: Dra. Vanessa Motta Chad
E-mail: vanessamotta@ufmt.br
→ Elasticidade: capacidade em se deformar elasticamente (de forma não
permanente), sem atingir o campo plástico. A relação entre tensão e
deformação é dada pelo módulo de elasticidade.
→ Ductilidade: capacidade em se deformar plasticamente (de forma
permanente) sem se romper.
→ Dureza: capacidade em resistir à penetração em sua superfície.
→ Resiliência: capacidade em armazenar energia no campo elástico. Área
sob a curva tensão x deformação no campo elástico.
→ Tenacidade: capacidade em armazenar energia sem se romper. Área sob
a curva tensão x deformação no campo elástico + plástico.
→ Resistência: máxima carga suportada.
TRATAMENTOS TÉRMICOS 
(PARTE 1)
TRATAMENTO TÉRMICO
➢Tratamento térmico: conjunto de operações de aquecimento e
resfriamento, sob condições controladas de temperatura, tempo,
atmosfera e velocidade de resfriamento, com o objetivo de alterar as
propriedades ou conferir aos materiais metálicos características
determinadas.
➢ Os tratamentos térmicos modificam, em maior ou menor escala, a
estrutura dos aços, resultando na alteração de suas propriedades.
➢ 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 simultaneamente
queda nos valores de dureza e resistência mecânica.
➢ É necessário que o tratamento térmico seja escolhido e aplicado
criteriosamente para que os inconvenientes que por ventura possam
ocorrer, como por exemplo trincas durante a têmpera, sejam reduzidos ao
mínimo.
➢ Alguns objetivos dos tratamentos térmicos são:
→ Remoção de tensões (oriundas de resfriamento, trabalho mecânico
ou outra causa);
→ Aumento ou diminuição da dureza;
→ Aumento ou diminuição da resistência mecânica;
→ Melhora da ductilidade;
→ Melhora da usinabilidade.
TRATAMENTO TÉRMICO
➢ Entre os tratamentos térmicos que podem ser aplicados em materiais
metálicos, tem-se o recozimento.
→ O recozimento se refere a um tratamento térmico no qual um
material metálico é exposto a uma temperatura elevada por um
período de tempo, sendo em seguida resfriado.
➢ É possível realizar diferentes tratamentos térmicos de recozimento:
→ Recozimento pleno (aplicado em aços).
→ Recozimento isotérmico (aplicado em aços).
→ Recozimento para alívio de tensões ou sub-crítico (aplicado em
qualquer material metálico).
→ Esferoidização (aplicado em aços).
TRATAMENTO TÉRMICO
✓ Recozimento
▪ Pleno
▪ Isotérmico
▪ Para alívio de tensões ou Sub-crítico
▪ Esferoidização
RECOZIMENTO PLENO
➢ Recozimento Pleno
→ Consiste em austenitizar o aço, resfriando-o lentamente a
seguir.
▪ Aquecimento do aço acima do zona crítica (acima de 727°C
para aços eutetóides) durante o tempo necessário e suficiente
para obter austenita (Ferro ).
▪ Segue-se resfriamento lento, realizado sob condições que
permitam a formação dos constituintes normais de acordo com o
diagrama de equilíbrio Fe-Fe3C.
• O resfriamento pode ser realizado, por exemplo, no interior
do forno.
Diagrama esquemático de 
transformação para recozimento 
pleno
Em cinza está a faixa de 
temperaturas consideradas.
RECOZIMENTO PLENO
→ Linha A1: indica a reação
eutetóide:
 (Austenita) → Perlita (Ferrita- +
Fe3C)
→ Linha A3: Indica a reação:
 (Austenita) → Austenita + Ferrita-
→ Linha Acm: Indica a reação:
 (Austenita) → Austenita + Fe3C
(Cementita)
→ A variação de temperatura é de
aproximadamente 50°C acima das
linhas A1 e A3.
RECOZIMENTO PLENO
➢ Aços hipoeutetóides: Aquecimento
em temperaturas acima da linha superior
de transformação A3 (conforme
diagrama), de modo a obter-se a
austenitização completa, seguido de
resfriamento lento.
→ Constituintes microestruturais:
perlita grosseira e ferrita
proeutetóide.
➢ Aços eutetóides: Aquecimento em
temperaturas acima da linha superior de
transformação A1 (conforme diagrama),
de modo a obter-se austenitização
completa, seguido de resfriamento lento.
→ Constituinte microestrutural:
perlita grosseira.
RECOZIMENTO PLENO
➢ Aços hipereutetóides: Aquecimento
em temperaturas acima da linha A1
(conforme diagrama) seguido de
resfriamento lento.
→ Constituintes microestruturais:
perlita grosseira e cementita
proeutetóide.
▪ Durante o aquecimento não se deve
ultrapassar a linha Acm, porque no
resfriamento posterior, ao ser
atravessada novamente esta linha, irá
ser formada cementita nos contornos
de grão da austenita, o que iria
fragilizar posteriormente a peça
tratada.
RECOZIMENTO PLENO
➢ O recozimento pleno é usado com frequência em aços com teores
baixos e médios de carbono (aproximadamente 0,25 e 0,60%p C,
respectivamente) que serão submetidos a usinagem ou que irão
experimentar uma extensa deformação plástica durante uma operação de
conformação.
Ciclos de recozimento recomendados para aços carbono:
RECOZIMENTO PLENO
✓ Recozimento 
▪ Pleno
▪ Isotérmico
▪ Para alívio de tensões ou Sub-crítico
▪ Esferoidização
RECOZIMENTO ISOTÉRMICO
➢ Recozimento isotérmico
→ Consiste em austenitizar o aço (aquecimento do aço acima do
zona crítica; acima de 727°C para aços eutetóides), nas mesmas
temperaturas utilizadas no recozimento pleno.
→ Segue-se um resfriamento rápido até uma temperatura situada
dentro da porção superior do diagrama TTT, onde o material é
mantido durante o tempo necessário a se produzir a transformação
completa.
→ Em seguida, o resfriamento até a temperatura ambiente pode ser
apressado, por exemplo ao ar.
Diagrama esquemático de 
transformação para recozimento 
isotérmico ou cíclico
➢ Os produtos resultantes desse tratamento térmico são perlita e ferrita proeutetóide
(para aços hipoeutetóides); perlita (para aços eutetóides); perlita e cementita
proeutetóide (para aços hipereutetóides).
→ Observação: O tipo de perlita (grosseira ou fina) formada depende da temperatura
situada dentro da porção superior do diagrama TTT a que a peça foi resfriada.
Em cinza está a faixa de temperaturas 
consideradas.
RECOZIMENTO ISOTÉRMICO
➢ No recozimento isotérmico, o ciclo de tratamento térmico pode ser
encurtado sensivelmente, quando comparado ao recozimento pleno, de
modo que o tratamento é muito prático para casos em que se queira tirar
vantagem do resfriamento rápido desde a temperatura de transformação e
desta até a temperatura ambiente, como em peças relativamente
pequenas.
➢ Para peças muito grandes,
entretanto, o recozimento isotérmico
não é vantajoso sobre o pleno, visto
que a velocidade de resfriamento no
centro de peças de grande seção
pode ser tão baixa que torna
impossível o seu rápido resfriamento à
temperatura de transformação.
RECOZIMENTO ISOTÉRMICO
RECOZIMENTO PLENO E RECOZIMENTO ISOTÉRMICO
Recozimento Pleno
Resfriamento lento 
(por exemplo, dentro 
do forno)
Aço eutetóide: Perlita 
grosseira.
Recozimento 
Isotérmico
Resfriamento rápido até 
uma temperatura 
situada dentro da 
porção superior do 
diagrama TTT
Aço eutetóide: Perlita
✓ Recozimento 
▪ Pleno
▪ Isotérmico
▪ Para alívio de tensões ou Sub-crítico
▪ Esferoidização
RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES OU SUB-CRÍTICO
➢ Consiste no aquecimento do aço em temperaturas abaixo do limite
inferior da zona crítica, ou seja, abaixo da linha A1 (abaixo de 727°C para
aços carbono), seguido de resfriamento ao ar.
→ Observação: Neste
recozimento não ocorre a
austenitização, pois o
tratamento térmico é
realizado abaixo da linha A1
(abaixo de 727°C para aços
carbono).
➢ O recozimento para alívio de tensões não é realizado somente em aços,
podendo ser realizado em outros materiais metálicos, nesse caso são
consideradas outras temperaturas, de acordo com cada material.
➢ O objetivo é aliviar as tensões originadas durante a solidificação ou
produzidas em operações de conformação mecânica a frio (por exemplo na
laminação para a fabricação de chapasmetálicas).
→ Quando se executam operações de deformação a frio (na
temperatura ambiente), a dureza aumenta e a ductilidade diminui,
podendo ocorrer ruptura entre as operações. Nesse caso, há a
necessidade de se executar um recozimento para alívio de tensões
antes das novas deformações.
→ Esse recozimento recupera a ductilidade do aço trabalhado a frio.
RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES OU SUB-CRÍTICO
➢ Entre as transformações que ocorrem nos materiais metálicos
deformados a frio e em seguida tratados termicamente por recozimento para
alívio de tensões estão:
→ Recuperação: processo em que ocorre rearranjo e eliminação
parcial dos defeitos (discordâncias) introduzidos durante a deformação
plástica, havendo uma restauração parcial das propriedades mecânicas
do material aos seus valores antes da deformação (Temperaturas
empregadas: 0,3 – 0,5 Tfusão).
→ Recristalização: formação de um novo conjunto de grãos com baixa
densidade de defeitos (discordâncias) e que são equiaxiais (isto é,
possuem dimensões aproximadamente iguais em todas as direções) no
interior de um material previamente deformado a frio e em seguida
recozido. Na recristalização há a restauração das propriedades originais
do material (antes da deformação ocorrer) (Temperaturas empregadas:
acima de 0,5 Tfusão).
RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES OU SUB-CRÍTICO
(a) metal deformado 
plasticamente a frio
(b) recuperado (c) parcialmente recristalizado
(d) totalmente recristalizado (e) crescimento de grão
RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES OU SUB-CRÍTICO
➢ Exemplo: Titânio
Sem deformação
Dureza = 150 Vickers
Laminado a frio até 70% e 
em seguida recozido a 
800oC/1 min. 
(parcialmente recristalizado)
Dureza = 190 Vickers
Laminado a frio até 70% e 
em seguida recozido a 
800oC/45 min. 
(totalmente recristalizado)
Dureza = 160 Vickers
Laminado a frio até 70% 
(encruado) 
Dureza = 251 Vickers
RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES OU SUB-CRÍTICO
Exemplos de recristalização do alumínio 
RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES OU SUB-CRÍTICO
Exemplos de recristalização do cobre 
RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES OU SUB-CRÍTICO
Exemplos de crescimento de grãos (Vídeos)
RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES OU SUB-CRÍTICO
Tratamentos típicos de alívio de tensões em vários 
tipos de aço
RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES OU SUB-CRÍTICO
✓ Recozimento 
▪ Pleno
▪ Isotérmico
▪ Para alívio de tensões ou Sub-crítico
▪ Esferoidização
ESFEROIDIZAÇÃO
➢ O tratamento consiste no aquecimento e resfriamento subsequente em
condições tais a produzir uma forma globular ou esferoidal de carboneto no
aço.
➢ Maneiras de produzir a
microestrutura globular:
1) Manutenção por tempo
prolongado à temperatura
pouco abaixo de A1.
2) Aquecimento a uma
temperatura logo acima de A1
e resfriamento lento.
3) Aquecimento e resfriamento
alternados entre temperaturas
que estão logo acima e logo
abaixo de A1.
Estrutura de cementita esferoidizada em 
matriz de ferrita. Aço ABNT 1095. (1100x)
➢ Em lugar das lamelas alternadas de ferrita e cementita (perlita), a fase
Fe3C (cementita) aparece como partículas com aspecto esférico que estão
encerradas em uma matriz de ferrita ().
➢ Essa transformação acontece mediante difusão de carbono, sem qualquer
alteração nas composições ou quantidades relativas das fases ferrita e
cementita.
Aço com estrutura de cementita 
esferoidizada em matriz de ferrita. 
(1000x)
ESFEROIDIZAÇÃO
➢ Na cementita esferoidizada, a restrição à movimentação de
discordâncias é menos efetiva, o que torna o material mais dúctil e menos
duro do que na perlita.
Perlita 
grosseira
Perlita fina
Cementita 
esferoidizada
Cementita 
esferoidizada
Perlita 
grosseira
Perlita fina
ESFEROIDIZAÇÃO
➢ O recozimento de esferoidização aplica-se principalmente em aços de
médio e alto teor de carbono para melhorar a usinabilidade.
→ Quando o carbono é muito baixo, a condição esferoidizada torna o
aço extremamente mole, produzindo na usinagem cavacos longos que
dificultam essa operação.
➢ A esferoidização de aços de baixo carbono tem por objetivo principal
permitir deformação severa, sobretudo em operações de trefilação a frio.
Trefilação: A deformação é obtida pelo ato 
de puxar o material através de uma matriz 
(Exemplo: Fabricação de fios)
Exemplo de operação de 
usinagem (Torneamento)
ESFEROIDIZAÇÃO
Estruturas para usinabilidade
ESFEROIDIZAÇÃO
TIPOS DE RECOZIMENTO
Recozimento Pleno 
Resfriamento lento (por 
exemplo, dentro do forno) -
Aço eutetóide: Perlita 
Grosseira.
Recozimento Isotérmico 
Resfriamento até uma 
temperatura dentro da 
porção superior do diagrama 
TTT - Aço eutetóide: Perlita
Recozimento 
para alívio de 
tensões ou 
sub-crítico
Em metais 
deformados a frio: 
Recuperação,
Recristalização
Esferoidização
Formação de 
carboneto 
esferoidizado
✓ Normalização
NORMALIZAÇÃO
➢ Esse tratamento térmico consiste na austenitização completa do aço
(aquecimento a uma temperatura acima da zona crítica; acima de 727°C para aços
eutetóides) seguido de resfriamento ao ar.
→ Em geral, a temperatura situa-se 35 a 40°C acima das linhas A3 e ACm.
Diagrama esquemático 
de transformação para 
normalização
Faixa típica de normalização 
para aços comuns
➢ Os produtos resultantes do
tratamento térmico de
normalização são:
→ Aços hipoeutetóides:
perlita fina e ferrita
proeutetóide;
→ Aços eutetóides: perlita
fina;
→ Aços hipereutetóides:
perlita fina e cementita
proeutetóide.
➢ A normalização é usada como tratamento térmico preliminar à têmpera e ao
revenimento, reduz a tendência ao empenamento e facilita a dissolução de
carbonetos e elementos de liga.
➢ Além disso, a normalização pode ser usada para qualquer das seguintes
aplicações:
Comparação entre as faixas de
temperaturas de austenitização para a
normalização e o recozimento (pleno e
isotérmico):
→ Melhoria da usinabilidade;
→ Refino de estruturas brutas de
fusão (peças fundidas, por exemplo);
→ Obter propriedades mecânicas
desejadas.
NORMALIZAÇÃO
% C
Propriedades mecânicas dos aços nos estados 
normalizado e recozido
NORMALIZAÇÃO
RECOZIMENTO E NORMALIZAÇÃO - RESUMO
Tratamentos Térmicos
Recozimento
Isotérmico
Resfriamento 
rápido até uma 
temperatura 
situada dentro da 
porção superior 
do diagrama TTT
*Perlita
Esferoidização
Aquecimento e 
resfriamento 
subsequente
Carboneto 
esferoidizado
Para alívio 
de tensões
Resfriamento 
ao ar
Em metais deformados 
a frio: Recuperação, 
Recristalização
*Microestrutura de
aço eutetóide após
os tratamentos
térmicos descritos.
Normalização
Aquecimento acima 
da zona crítica, 
resfriamento ao ar 
tranquilo
*Perlita fina
Pleno
Resfriamento 
lento
*Perlita 
grosseira