Tratamento Térmico dos Aços

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Tratamento Térmico dos Aços
Conceitos Fundamentais
O Tratamento térmico (TT) corresponde ao conjunto de operações de aquecimento (sob condições controladas de temperatura, tempo atmosfera do forno) e velocidade de resfriamento a que são submetidos os aços, realizados com a finalidade de alterar suas propriedades físicas e mecânicas, sem alterar a forma do produto final.
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Um Tratamento térmico é realizado em três fases distintas:
 Aquecimento
 Manutenção da temperatura (encharque)
 Resfriamento
Conceitos Fundamentais
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Alterações das estruturas  Objetivos dos tratamentos térmicos
Principais Tratamentos Térmicos
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Tratamentos Térmicos
Recozimento
Normalização
Tempera 
e Revenido
Esferoidização ou 
Coalescimento
Total ou Pleno
Isotérmico
Alívio de tensões
Recristalização
Fatores de influência nos TT
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Aquecimento
A1 (Temperatura Crítica)
30 a 80ºC
Frio
Quente
Temperatura Uniforme
Responsável
pela qualidade
 final do produto
Um Tratamento térmico é realizado em três fases distintas:
 Aquecimento
 Manutenção da temperatura (encharque)
 Resfriamento
Fatores de influência nos TT
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Influência da temperatura e do tempo sobre o tamanho de grão
Quanto mais alta a temperatura ou mais longo o tempo de aquecimento, maior o tamanho dos grãos.
Tempo de permanência à temperatura de aquecimento
Fatores de influência nos TT
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Resfriamento
A escolha do meio de resfriamento depende das propriedades finais desejas, bem como, da necessidade de evitar empenamentos, distorções ou fissuras.
Meios de resfriamento comumente utilizados
Fatores de influência nos TT
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Microestrutura de um aço hipoeutetóide em função de sua velocidade de resfriamento a partir do campo austenítico.
Limites de escoamento em função de diferentes tratamentos térmicos.
Fatores de influência nos TT
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Atmosfera
Recozimento
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Recozimento Total ou Pleno
Melhorar a usinabilidade de aços de baixo e médio carbono
Aquecimento 
Hipoeutetóides: A3 + 50°C acima
Hipereutetóides: A1 + 50°C acima
Encharque 
Tempo necessário para a solução do 
Carbono ou outros elementos de liga na
austenita
Resfriamento
Lento (no interior do forno)
Constituintes estruturais resultantes (Perlita Grosseira)
- Aços eutetóides  apenas Perlita
- Aços Hipoeutetóides  Perlita e Ferrita
- Aços Hipereutetóides  Perlita e Cementita
Recozimento
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Recozimento Isotérmico ou Cíclico
Consiste no aquecimento do aço nas mesmas condições do Recozimento Pleno, entretanto, o resfriamento é bem mais rápido (banho de sais), tornando-o mais prático e mais econômico.
Permite obter uma estrutura final mais homogênea.
Não é aplicável para peças grandes, visto que a velocidade de resfriamento no centro da peça é baixa.
Recozimento
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Recozimento para Alívio de Tensões ou Sub-críticos
Aplicado para o alívio de tensões originadas durante a solidificação, ou produzidas em operações de conformação mecânica a frio (estampagem, soldagem ou usinagem).
Aquecimento
Abaixo do limite inferior da zona crítica
(inferior a linha A1 – 10° a 20ºC abaixo)
Encharque
Tempo necessário para uniformizar a peça
Resfriamento
Ao ar 
A temperatura de aquecimento deve ser a mínima para que não se modifique a sua estrutura interna e não se produzam alterações sensíveis de suas propriedades
Recozimento
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Tratamentos típicos de alívio de tensões em diversos tipos de peças.
Recozimento
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Recozimento de Esferoidização ou Coalescimento
Aplicado principalmente a aços de médio e alto carbono para melhorar a usinabilidade. Em aços de baixo carbono tem por objetivo permitir deformações severas a frio (estiramento, por exemplo).
Aquecimento 
Hipoeutetóide: abaixo de A1
Hipereutetóide: acima de A1
Resfriamento
Lento até 500ºC 
Recozimento
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Maneiras de se produzir esferoidização
Aquecimento a uma temperatura logo acima da linha inferior da zona crítica, seguido por resfriamento lento;
Aquecimento prolongado a uma temperatura logo abaixo da linha inferior da zona crítica;
Aquecimento e resfriamentos alternados entre temperaturas logo acima e logo abaixo da linha inferior de 
 transformação
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Recozimento
Total ou Pleno
Isotérmico
Alívio de 
tensões
Recristalização
Resfriamento 
Lento 
(dentro do forno)
Temperatura
Abaixo da linha A1  Não ocorre nenhuma transformação Resfriamento
Deve-se evitar velocidades muito 
altas devido ao risco 
de distorções
Temperatura
Abaixo da linha A1  
(600-620°C) 
Resfriamento Lento 
(ao ar ou dentro do 
forno)
*Elimina o encrua-
mento gerado pelos 
processos de defor-
mação à frio
Normalização
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Aplicado com o objetivo de refinar a granulação de peças em aços fundidos, laminados ou forjados.
Pode ainda ser aplicado como tratamento preliminar a têmpera a ao revenido, afim de reduzir a tendência ao empenamento e dissolução de carbonetos e elementos de liga.
Aquecimento 
Hipoeutetóide: acima de A3 + 35-40°C
Hipereutetóide: acima de Acm + 35-40°C
Resfriamento
Ao ar
Constituintes estruturais resultantes 
- Aços Hipoeutetóides  Perlita Fina e Ferrita
Aços Hipereutetóides  Perlita Fina e Cementita
* Eventualmente  Bainita
Normalização
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Diagrama esquemático de transformação para normalização
Comparação entre os diagramas de transformação para normalização e recozimento
Normalização
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Propriedades mecânicas dos aços nos estados normalizado e recozido
Têmpera
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Aquecimento 
Acima da linha A1 (entre 815° e 870°C), tanto para aços hipo e hipereutetóides.
Resfriamento
Rápido 
 Objetivo  obter estrutura martensítica
Aumento de dureza
Aumento de resistência a tração
Aumento de resistência ao desgaste
Redução na tenacidade 
Constituintes estruturais resultantes 
- Aços eutetóides  Martensita
 Aços Hipoeutetóides  Martensita e Perlita
Aços Hipereutetóides Martensita e Carbonetos secundários
Têmpera
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Aspecto micrográfico de um aço temperado: martensita. Ampliação 1000x.
Admiti-se que a martensita apresenta uma estrutura tetragonal centrada, formada por um movimento de átomos em planos específicos da austenita. 
Caracterizada pela supersaturação de carbono, e por apresentar tensões internas e tensões térmicas (resultantes do resfriamento não uniforme). 
Tem-se a parte central sob compressão e as camadas mais externas sob tração.
Resfriamento rápido
Têmpera
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Temperaturas, meios de resfriamento e dureza resultante para aços carbonos.
Temperaturas, meios de resfriamento para aços carbonos e aços liga.
Têmpera
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Relação entre dureza, teor de carbono e quantidade de martensita.
Revenimento
Tratamento térmico que normalmente sempre acompanha a têmpera, para a obtenção de propriedades mecânicas específicas (aliviar ou remover as tensões internas, corrigir a dureza e a fragilidade excessiva da martensita, aumentar a resistência ao choque e a ductilidade).
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Com raras exceções o revenimento dos aços é realizado entre 175 ° e 650°C, em tempos que variam entre 30 min e 4 horas.
Têmpera
Revenimento
Revenimento
TRANSFORMAÇÕES NO REVENIMENTO EM VIRTUDE DA TEMPERATURA
100°-250°C (1ºestágio): Precipitação de carbonetos episilon (Fe2-3C e reticulado hexagonal). Pode estar ausente em aços de baixo carbono e baixa liga). Dureza 65 HRc  60HRc.
200°-300°C: (2°estágio): Austenita retira se transforma em ferrita e cementita em aços carbono de médio e alto carbono.
250°-350°C (3º estágio): forma-se o carboneto metaestável Fe5C2, (antigamente chamada de troostita em aços alto carbono). Dureza 60 HRc  50HRc.
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Revenimento
400°-600°C: os aglomerados de Fe3C passam a forma esferoidal. Estrutura denominada de sorbita. Dureza 50 HRc  45-25HRc.
500°-600°C (4º estágio): para aços contendo Ti, Cr, Mo, V, Nb, ou W, há precipitação de carbonetos de liga (endurecimento secundário).
600°-700°C: ocorre a recristalização e crescimento de grão; a cementita apresenta forma esferoidal. Dureza 25HRc  5-20HRc.26
Revenimento
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Efeito da temperatura de revenimento no aço AISI 1045
Revenimento
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Efeito da temperatura e do tempo no aço carbono
Revenimento
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A têmpera nos Aços rápidos aços exigem temperaturas elevadas (1180° a 1315°C) devido a necessidade de dissolver na austenita a grande quantidade de carbonetos formados.
Um aço rápido temperado é constituído microestruturalmente por martensita e austenita retida.
Curva TTT para o aço rápido 18-4-1 (AISI T1)
Revenimento
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A estrutura dos aços rápidos é constituída de martensita, austenita retida (5-30%) e carbonetos residuais não dissolvidos (5-12%).
No revenimento (540-595°C) desses aços ocorre o endurecimento secundário. 
1 – decomposição da martensita
2 – precipitação dos carbonetos retidos na austenita
3 – soma das duas fases
Representação esquemática das duas fases em que se divide o revenido dos aços rápidos.
Revenimento
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Ciclo de Tratamento Térmico para um aço rápido – Revenimentos Múltiplos
Fragilidade ao Revenido
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Fenômeno responsável por fragilizar, principalmente os aços baixa liga entre 375°-575°C, ou resfriados lentamente nessa faixa de temperatura;
A fragilidade ocorre mais rapidamente na faixa de 470°-475°C;
Aços contendo NÍQUEL, CROMO, MANGANÊS, além de impurezas, como antimônio, FÓSFORO – fragilidade a frio – (< 0,01%), ESTANHO (< 0,005%) ou arsênio são suscetíveis a esse fenômeno.
Aços Cr-Ni são os mais suscetíveis. 
Procedimento: aquecimento em torno de 600°C ou acima, seguido de resfriamento rápido, abaixo de ≅ 300°C.
Conceitos Fundamentais
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Ciclos de Tratamentos Térmicos
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Tratamentos Térmicos
Recozimento
Total ou Pleno
Recozimento
Isotérmico
Normalização
Tempera e 
Revenido
Resfriamento 
Lento 
(dentro do forno)
Resfriamento 
ao ar
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	Questão Concurso 		 
Sobre os tipos de tratamentos térmicos para um mesmo material, comparativamente representados pelos gráficos temperatura x tempo abaixo, pode-se afirmar que referem-se, respectivamente, a
Recozimento, Têmpera e Revenido.
 Revenido, Recozimento e Têmpera.
 Têmpera, Revenido e Recozimento.
 Têmpera, Recozimento e revenido.
Austêmpera
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Evita-se a transformação direta da martensita, eliminando-se os inconvenientes que essa estrutura apresenta quando obtida pelo revenimento.
O aço é austemperado mediante mediante a seguinte sequência:
Aquecimento até a temperatura austenítica (790° a 915°C)
Resfriamento em um banho quente (sais/óleo) a temperatura constante (260° a 400°C)
Permanência nesse banho para transformação isotérmica da austenita
Resfriamento até a temperatura ambiente ao ar calmo ou em banho de sal.
Tratamento isótermico para obtenção de estrutura bainítica.
Peças de barras de pequenos diâmetros ou tiras de chapas de pequenas espessuras.
Austêmpera
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A grande vantagem da austêmpera sobre a têmpera e o revenimento convencional reside na transformação direta da austenita sobre a bainita.
Tensões internas resultantes são muito menores em virtude da transformação a temperaturas mais altas que a da martensita.
Não há distorção, ou empenamento ou redução/eliminação da possibilidade do aparecimento de fissuras de têmpera.
Os aços mais conveniente para a austêmpera são:
Aços carbono comuns contendo entre 0,5 a 1,0%C e mínimo de 0,6%Mn
Aços carbono de alto carbono, contendo mais que 0,9%C e menos que 0,6%Mn
Aços carbono com carbono abaixo de 0,5% e manganês entre 1,0 a 1,65% (ex:1041)
Aços liga, de baixo teor de liga, contendo carbono acima de 0,3% (série 5000) e acima de 0,4%C (série 1300 e 4000, 6145 e 9440)
Martêmpera
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Têmpera interrompida a partir da Temp. de austenitização de modo a retardar o resfriamento do aço.
A martêmpera compreende a seguinte sequência:
Aquecimento até a faixa de austenitização
Resfriamento num meio fluido quente (óleo aquecido, banho de sal, metal fundido), até temperatura acima da linha Ms.
Manutenção nesse meio de resfriamento até que temperatura se uniformize em toda a seção.
Resfriamento a velocidade moderada (geralmente ao ar).
Diminui a probabilidade de empenamento ou distorção nas peças.
Formação de martensita de modo bastante uniforme através de toda a seção da peça.
Conceitos Fundamentais
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Ciclos de Tratamentos Térmicos