Tratamento Térmico dos Aços Ferramenta, Aço Inox e Ferro Fundido

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Tratamento Térmico dos Aços Ferramenta, Aço Inox e Ferro Fundido
Aços Inoxidáveis
Os aços inoxidáveis são ligas Fe-C-Cr, contendo alta quantidade de elementos de liga, mas em geral são de baixo teor de carbono.
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Aços Inoxidáveis Martensíticos
Aços Inoxidáveis Martensíticos (Série AISI 4XX)
Ligas Fe-C-Cr, com teores de cromo entre 12-17% e 0,08-0,75%C.
Resistência à corrosão moderada
Podem ser trabalhados, tanto a quente como a frio, principalmente quando o teor de carbono for baixo.
Endurecíveis por tratamento térmico.
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Aços Inoxidáveis Martensíticos
Apresentam alta temperabilidade, devido ao alto teor de cromo, e podem geralmente, ser resfriados ao ar; alguns são resfriados em óleo ou água (carbono mais baixo).
Aplica-se um revenimento a baixa temperatura (entre 150°C e 400°C – para alívio de tensão). Posteriormente, o revenimento propriamente dito, entre 550 e 700°C, de 1 a 4 horas. Deve-se evitar a faixa entre 480 e 600°C, pois afeta a tenacidade e a resistência à corrosão.
Recozimento para recuperação das propriedades na faixa de 725 a 915°C.
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Maiores temperaturas de têmpera melhoram a resistência à corrosão do aço
O aumento da temperatura do revenimento diminui a resistência à corrosão
Aços Inoxidáveis Martensíticos
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Aços Inoxidáveis Martensíticos
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Aços Inoxidáveis Ferríticos
Aços Inoxidáveis Ferríticos (Série AISI 4XX)
Contém normalmente teores de cromo 11,5 (para baixos teores de carbono) e 27% (para teores de carbono mais elevado) e teores de carbono variando entre 0,08-0,12%.
 Não podem ser endurecíveis por tratamento térmico. 
São geralmente mais resistentes à corrosão do que os martensíticos. 
Sua resistência pode ser aumentada pelo trabalho a frio, porém a sua ductilidade é diminuída, o qual necessita de recozimento intermediário.
Boa resistência ao calor e à corrosão.
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Recozimento entre 650 a 830°C, resfriado ao ar ou na água, com velocidade de resfriamento entre 15 a 25°C/h, durante 1 a 2 horas, em função da espessura. Para chapas recomenda-se 3 a 5 minutos para cada 2,5 mm de espessura.
Aços Inoxidáveis Ferríticos
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Aços Inoxidáveis da Série 400
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Aços Inoxidáveis Austenísticos
Aços Inoxidáveis Austeníticos (Série 3XX eventualmente 2XX)
A temperatura ambiente são essencialmente ligas ternárias Fe-Cr-Ni, contendo teores de Cromo de 16-26% e Níquel em teores máximos de 35%.
O níquel, além de melhorar a resistência à corrosão, melhora igualmente a resistência à oxidação a altas temperaturas.
Não temperáveis, somente endurecíveis por deformação a frio (encruamento).
Redução do fenômeno de corrosão intergranular pelas adições de titânio e nióbio.
Melhor resistência à corrosão do que os aços ferríticos e martensíticos (o Ni reforça o filme protetor).
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Aços Inoxidáveis Austenísticos
SOLUBILIZAÇÃO: “espécie de têmpera”, porém visa garantir a estrutura austenítica a temperatura ambiente. Aquecimento do aço na faixa de 955 a 1120°C, para dissolver os carbonetos presentes. Resfriamento rápido, para evitar a precipitação dos carbonetos.
Para espessuras da ordem de 1,5 a 3 mm recomenda-se o tempo de 3 a 5 minutos, com resfriamento em água ou ar. 
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Aços Inoxidáveis Austenísticos
ALÍVIO DE TENSÕES: aplicado com o objetivo de melhorar as propriedades elásticas, eliminando as tensões internas resultantes dos processos de conformação ou de soldagem.
Aquecimento feito entre 350 e 450°C (a fim de se evitar a precipitação dos carbonetos de cromo nos contornos de grão), durante 30 minutos a 2 horas, seguido de resfriamento ao ar.
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SUSCETIBILIDADE A CORROSÃO INTERGRANULAR
Ocorre devido à precipitação de carbonetos de cromo nos contornos de grão. Deixando uma região pobre em cromo no entorno do contorno (vizinhança), tornando-a mais suscetível ao ataque corrosivo.
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Sensitização
Aços Inoxidáveis Austenísticos
Tempo e Temperaturas entre 450 e 750ºC.
Gerência de projeto - escopo
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Aços Inoxidáveis da Série 300
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Diagrama de Schaeffler
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Ferros Fundidos
Pode-se definir o ferro fundido como uma liga a base de ferro com teores de carbono acima de 2,11% e raramente superiores a 4,0%.
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Ferro fundido apresentando grandes veios de grafita e mais inclusões, numa matriz perlítica. (Ataque: picral. Aumento: 100x)
Instabilidade da Fe3C : Cementita, Grafita em Flocos e Grafita em Nódulo.
Fe3C  3 Fe (α) + C (grafita) 
Gerência de projeto - escopo
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Gerência de projeto - escopo
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Gerência de projeto - escopo
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FF Branco
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Apresenta o carbono quase inteiramente combinado na forma de Fe3C.
- PROPRIEDADES
Elevada dureza
Resistência ao desgaste
Difícil usinabilidade
Teor de Si inferior a 1%
Tratamento térmico para alívio de tensões resultantes do resfriamento de solidificação. Aquecimento do FF a 815°C com resfriamento a velocidade de 5°C por hora até 650°C, antes de remover o material do forno.
 815°C e 20 h no máximo
 870°C e 7 h no máximo
Resultando no aumento de resistência ao choque de 30 a 50%.
Gerência de projeto - escopo
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FF Branco
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Gerência de projeto - escopo
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FF Branco
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Gerência de projeto - escopo
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FF Branco
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Gerência de projeto - escopo
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FF Branco
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Gerência de projeto - escopo
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FF Cinzento
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Liga Fe-C-Si com teor de carbono acima de 2% e Silício presente em teores de 1,2% a 3%.
Gerência de projeto - escopo
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FF Cinzento
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Gerência de projeto - escopo
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FF Cinzento
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Efeito da temperatura e do tempo sobre a quantidade de tensões aliviadas. (Temp. recomendada entre 530°C – 650°C) e resfriada no interior do forno até 290°C.
Os Ferros Fundidos Cinzentos são usualmente submetidos a tratamento térmico para eliminar as tensões resultantes da solidificação
FF Cinzento
Recozimento: realizado para melhorar a usinabilidade, diminuindo a dureza e a resistência mecânica. Realizado entre 700 a 950°C em virtude da quantidade de elemento de liga.
Normalização: utilizado para melhorar a resistência a tração e a dureza. Sendo aplicado na faixa de 885 a 925°C, mantido na temperatura escolhida por cerca de 25 minutos para cada cm de secção da peça.
Têmpera e Revenimento: objetivo de aumentar a dureza e a resistência mecânica. Recomenda-se cerca de 10 minutos por cm de secção e resfriado geralmente em óleo. O revenimento deve ser realizado logo após a têmpera em temperaturas de 370 a 600°C.
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Gerência de projeto - escopo
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FF Maleável
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Resulta de um ferro fundido branco sujeito a um tratamento térmico de longa duração, chamado maleabilização. A grafita se apresenta em nódulos sobre uma matriz ferrítica.
Gerência de projeto - escopo
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FF Maleável
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O tratamento é realizado em atmosfera neutra. As peças são colocadas em caixas de ferro fundidos e envoltas em areia, cinzas ou outro material inerte.
Maleabilização por grafitização - FF Maleável americano ou de núcleo preto
Gerência de projeto - escopo
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FF Nodular
Também chamado de FF Dúctil (ou Nodular) é uma liga Fe-C-Si caracterizada por a apresentar grafita na forma esferoidal numa matriz perlítica, resultante de um tratamento realizado ao material ainda no estado líquido ("nodulização"). 
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FF Nodular
ALÍVIO DE TENSÕES: realizado para reduzir as tensões residuais das peças fundidas de grandes dimensões. Aquecimento até 600ºC, por cerca de 20 minutos por centímetro de secção. Não há efeitos sobre as propriedades mecânicas. 
RECOZIMENTO: também chamado de recozimento para grafitização, pois resulta em uma matriz essencialmente ferrítica. Aquecimento a 900ºC, e resfriamento até 700ºC, em uma hora.
NORMALIZAÇÃO: austenitização a 900ºC, resfriamento no forno até 785ºC, seguido de resfriamento ao ar.
TÊMPERA E REVENIMENTO: aquecimento entre 870 e 900ºC, seguido de resfriamentoem óleo sob agitação. O revenimento é realizado para proporcionar maior dureza e resistência ao desgaste.
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Gerência de projeto - escopo
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FF Nodular
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Aços Ferramentas
O aço ferramenta são aços com propriedades específicas utilizados na transformação de outros materiais. Produzido e processado para atingir um alto grau de qualidade, o aço ferramenta é empregado na fabricação de matrizes, moldes, ferramentas de corte intermitente e contínuo, ferramentas para conformação de chapas, corte a frio e componentes de máquinas.
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Ligas Fe-C com adição de elementos de liga formadores de carbonetos como V, Cr, Mo, W.
Aços Ferramentas
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Propriedades Fundamentais
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Dureza à Temperatura Ambiente
Resistência ao Desgaste
Temperabilidade
Tenacidade
Resistência Mecânica
Dureza a Quente ou Resistência ao Amolecimento
Usinabilidade
Propriedades Fundamentais
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Propriedades Fundamentais
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Habilidade dos elementos de liga em conferir certas características aos aços para ferramentas e matrizes
Classificação dos Aços Ferramentas
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Aços para 
Ferramentas e 
Matrizes
Temperáveis em água (W) – Corte de metais duros (machos e alargadores), cutelaria e lâminas.
Para Trabalho a Frio (A, D e O) – Matrizes para trabalho a frio de conformação de chapas, extrusão e forjamento a frio
Resistentes ao choque (S) – Ferramentas que necessitem de elevada tenacidade na 
conformação e dobramento de chapas
Para Trabalho a Quente (H) – matrizes para trabalho a quente para forjamento, 
extrusão e fundição em moldes
Aços Rápidos (T e M) – Ferramentas de corte em equipamentos de usinagem
Gerência de projeto - escopo
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Aços Temperáveis em Água (W)
Aços mais simples e utilizados em aplicações de menor responsabilidade.
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- Na classificações AISI são designados por ‘W’ (Water – água).
- Apresenta o carbono como elemento principal, com pequenas adições de cromo e vanádio.
Cromo e Vanádio adicionados simultaneamente, mesmo em baixos teores, melhoram ainda mais a temperabilidade do aço. 
Aços Temperáveis em Água (W)
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O recozimento é sempre inferior a 800°C e objetiva corrigir a dureza, facilitando a usinagem, aliviar as tensões que tenham sido introduzidas por conformações mecânicas e produzir uma estrutura mais adequada para a têmpera, com resfriamento deve ser lento (velocidade máxima de 28°C/h), até a temperatura de 538°C, a partir da qual pode ser acelerada.
Para a têmpera são empregadas temperaturas superiores a linha A1 e inferiores a linha Acm.
O revenimento corrige a dureza excessiva da têmpera e alivia as tensões provocadas pelo resfriamento drástico.
Aços Resistente ao Choque (S)
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Na classificações AISI são designados por ‘S’ (Shock – choque).
Teor de carbono relativamente baixo
- Aços com adição de silício de 1,00 a 2,25%.
Suas principais aplicações são feitas em punções e matrizes, talhadeiras e lâminas de cortes. 
Gerência de projeto - escopo
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Aços Resistente ao Choque (S)
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A adição de silício eleva a temperatura crítica do aço ( o que exige têmpera em temperaturas mais elevadas.
 Promove a endurecibilidade, ao deslocar a curva em C para a direita, mas não rebaixa a temperatura de Mi.
Retarda o amolecimento durante o revenimento.
Diagrama de transformação isotérmica para o aço AISI S6 (tipo 314). 0,43%C, 1,35%Mn, 2,25%Si, 1,35% Cr, 0,40%Mo e 0,30%V.
Gerência de projeto - escopo
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Aços Resistente ao Choque (S)
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O recozimento, é aplicado nesses aços sempre após o forjamento, e deve ser lento, 28°C/h (no máximo). 
Na ausência de um forno com atmosfera controlada, o material pode ser colocado em caixa com carvão vegetal e uma substância inerte, como areia, cal, mica, ou ainda cavacos de ferro fundido.
Como esses aços são de média temperabilidade, o resfriamento da têmpera pode ser realizada aplicando-se um meio brando.
Durante o revenimento apresentam uma queda de dureza mais lenta, até atingir-se as temperaturas de 315 a 370°C.
Aços para Trabalho a Frio
Menos susceptíveis a alterações de forma e dimensões durante o tratamento térmico, sendo também denominados de aços indeformáveis.
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Nas classificações AISI são designados por:
O – baixa liga e temperáveis em óleo
A – média liga e temperáveis ao ar
D – alta liga e temperáveis em óleo ou ar
Aplicados em matrizes de forjamento, estampagem, compactação de pós metálicos, alargadores, punções, etc.
Gerência de projeto - escopo
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Aços para Trabalho a Frio
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Apresentam profundidade de endurecimento média.
Apresentam grande profundidade de endurecimento.
 Temperaturas de têmpera elevadas, e pré-aquecimento, o que elimina a necessidade de tempos extensos de austenitização,além de minimizar o efeito de descarbonetação.
 Durante o revenimento, a austenita retida se decompõem, contribuindo para o ligeiro endurecimento secundário.
Aços para Trabalho a Frio
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Apresentam grande profundidade de endurecimento e maior resistência à corrosão que os aços carbono comum.
O recozimento deve ser seguido de resfriamento lento, e sua superfície deve ser protegida com atmosfera controlada ou em caixa com substância inerte.
- Pode ser aplicado ciclo de recozimento: Aquecimento a 900°C durante 2 horas; resfriamento a 774°C e manutenção nessa temperatura de 4 a 6 horas; resfriamento ao ar.
Para a têmpera, o aquecimento deve ser lento, recomendando-se um pré-aquecimento entre 650 a 750°C. O Revenimento contribui para o endurecimento secundário quando temperado acima de 1010°C.
Aços para Trabalho a Quente (H)
Aço ao Cromo, ao Cr-Mo e ao Cr-W.
Aço ao tungstênio.
Aço ao molibdênio.
O Cromo sempre está presente, em maior ou menor grau.
Apresentam teores de baixo a médio carbono.
Devem apresentar de média a alta dureza a quente.
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Aços para Trabalho a Quente (H)
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O recozimento requer resfriamento lento, e podem posteriormente ser submetidas a um tratamento para alívio de tensões entre 675 e 730°C.
A têmpera exige temperaturas elevadas, em alguns casos, pé-aquecimento em torno de 750°C, para reduzir o tempo de austenitização e garantir uma qualidade superficial melhor. O resfriamento é realizado ao ar tranquilo ou ar comprimido.
O revenimento pode provocar algum endurecimento secundário. Recomenda-se revenimentos múltiplos.
Aços Rápidos (T e M)
Constituem o grupo mais importante dos aços para ferramentas e matrizes, devido ao melhor comportamento em relação ao amolecimento ao calor e muito boa resistência ao desgaste.
Designados pelas letras T (W e W-Co) e M (Mo e Mo-Co)
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Aplicados em brocas, fresas, alargadores, mandril, dentes de serras, rolos laminadores, etc.
Aços Rápidos (T e M)
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O aquecimento exige um ambiente protetor e pré-aquecimento duplo entre 705 a 790°C e 815 a 900°C, de modo a prevenir a descarbonetação, a possibilidade de empenamento e a formação de fissuras (principalmente em peças de maiores dimensões).
Recomenda-se revenimentos múltiplos com ciclos de 2 a 3 horas cada ciclo. 
Caracterizam-se por apresentarem endurecimento secundário acentuado pela ação dos carbonetos M2C (W2C, Mo2C e VC) entre 500 e 600°C
Aços Rápidos
A têmpera nesses 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)
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