Tratamento Térmico FATEC 4 sem

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FATEC – Faculdade de Tecnologia – Sorocaba-SP
Fabricação Mecânica
Desenvolvimento 
De
Tratamento Térmico
Tratamento Térmico
Relatório Final
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Prof. xxxxxxxxxxxxxxxxx
Sorocaba - SP
2016
1. Introdução
O tratamento térmico é uma operação de aquecimento e resfriamento com condições controladas de tempo, temperatura, atmosfera, com o proposito de modificar as propriedades dos materiais como metais e ligas metálicas, para transmitir propriedades que beneficiem a vida útil de um componente, como exemplo o aumento da dureza da superfície, a maior resistência a temperaturas, ductibilidade e força.
O conceito básico de tratamento térmico de metais (aços) consiste em aquecer o metal a certa temperatura, sob certa velocidade, manter o metal aquecido a esta temperatura, por certo tempo, e depois resfriar o metal a certa velocidade para que o mesmo apresente as características metalúrgicas e mecânicas desejadas, ou seja, aquecer, manter quente por um tempo e resfriar.
Existem diversos tipos de tratamento térmico que podem ser aplicados aos metais. A determinação de qual o correto tipo de tratamento dependerá das características que se deseja obter, tais como, resistência mecânica, dureza, estrutura metalúrgica, tamanho de grão, usinabilidade, dentre muitas outras, também depende da liga envolvida e da durabilidade (vida útil) que se deseja alcançar, tudo isso sem modificar o estado físico do metal, se ele é sólido permanecerá sólido.
O tratamento térmico é uma das últimas etapas na confecção de uma peça metálica, ele fornecerá as características mecânicas desejadas a esta peça e, se não for bem realizado, poderá até inutilizar a mesma gerando tensões residuais indesejadas, variação nas medidas das peças e até deteriorar completamente o material, inviabilizando a utilização de uma peça metálica.
Portanto tratar termicamente um metal consiste em uma técnica apurada e de muita responsabilidade, que deve ser feita somente por profissionais qualificados e com experiência comprovada, para a melhor resposta possível de um dado metal.
2. Conceito para esta pesquisa
2.1. Recozimento pleno
 Constitui no aquecimento do aço acima da zona crítica, durante o tempo necessário e suficiente para se ter solução do carbono ou dos elementos de liga no ferro gama, seguindo de um resfriamento lento, realizado no forno desligando-se o mesmo e deixando que o aço resfrie ao mesmo tempo que ele.
 O recozimento pleno tem como objetivo:
· Remover tensões internas originadas em tratamentos mecânicos a frio e a quente.
· Reduzir a dureza, 
· Aumentar a ductibilidade, 
· Melhorar a usinabilidade,
· Ajuste do tamanho de grão,
· Remoção de gases,
· Regularizar estrutura bruta de fusão,
· Alterar propriedades elétricas e magnéticas.
 O recozimento apaga todo ou qualquer tratamento térmico realizado anteriormente.
Temperatura de recozimento:
Hipoeutetoide: A3 + 50°C
Hipereutetoide: A1 + 50°C
Eutetóide: A1 + 50°C
Microestrutura obtida:
· Hipoeutetoide: ferrita + perlita grosseira.
· Hipereutetoide: perlita grosseira + cementita.
· Eutetóide: 100% perlita grosseira.
Resfriamento: ocorre dentro do forno desligado.
Tempo de encharque: 1h a cada 25mm de espessura.
2.2. Normalização
Consiste no aquecimento até a temperatura de austenitização seguido de um resfriamento lentamente ao ar. 
A normalização visa refinar a granulação grosseira de peças de aço fundido principalmente; frequentemente, e com o mesmo objetivo, a normalização é aplicada em peças depois de laminadas ou forjadas. A normalização é ainda usada como tratamento preliminar à têmpera e ao revenido, justamente para produzir estrutura mais uniforme do que a obtida por laminação.
A normalização tem como objetivo:
· Refinar a granulação dos aços fundidos e forjados,
· Refinar a estrutura do aço,
· Diminuir a granulação do aço,
· Facilita a usinagem da peça.
Temperatura de Normalização:
· Hipoeutetoide: A3 + 50°C
· Hipereutetoide: ACM + 50°C
· Eutetóide: A1 + 50°C
Resfriamento: ocorre ao ar.
Tempo de encharque: 1h a cada 25mm de espessura
Microestrutura obtida:
· Hipoeutetoide: ferrita + perlita fina.
· Hipereutetoide: perlita fina + cementita.
· Eutetóide: 100% perlita fina.
2.3. Têmpera 
 A têmpera é um processo de tratamento térmico de aços para aumentar sua dureza e resistência. A têmpera possui duas etapas: o aquecimento e resfriamento rápido. O aquecimento tem como objetivo obter a organização dos cristais do metal, aquecendo ate a temperatura de austenitização. O resfriamento rápido visa obter a estrutura martensita.
Na têmpera o aquecimento é superior à temperatura crítica, que é de 727ºC. O objetivo é conduzir o aço a uma fase, na qual se obtém o melhor arranjo possível dos cristais do aço, para obter a futura dureza. A temperatura nessa fase é temperatura de austenitização.
A têmpera tem como objetivo:
· Obter estrutura martensitica,
· Aumentar dureza,
· Aumentar resistência mecânica,
· Aumento da resistência desgaste,
· Diminui a ductibilidade,
· Diminui a tenacidade.
Temperatura de austenitização:
· Hipoeutetoide: A3 + 50°C
· Hipereutetoide: A1 + 50°C
· Eutetóide: A1 + 50°C
Resfriamento: 
· Ao ar,
· Óleo,
· H2O,
· Salmoura.
Tempo de encharque: 1h a cada 25mm de espessura
Microestrutura obtida:
· Martensita.
2.4. Revenimento
 Revenimento é o reaquecimento das peças temperadas, a temperaturas abaixo da linha inferior de transformação do aço. Dependendo da temperatura resulta em pequena ou grande transformação da estrutura martensitica.
 O Revenimento é um tratamento térmico subcrítico, pois as temperaturas utilizadas sempre serão inferiores a A1 – 727°C. De acordo com as propriedades mecânicas desejadas.
O Revenimento tem como objetivo:
· Alivio de tensões internas,
· Ajuste das propriedades mecânicas,
· Elevar a tenacidade,
· Elevar a ductibilidade.
Fases do revenido:
· < 250°C - >0,25 – Ocorre à precipitação do carbono ,
· Chamado primeiro estágio do revenido ocorre precipitação de carboneto de ferro do tipo epsilon, de fórmula Fe2-3C.
· 200 – 350°C – Austenita retida – (Ferrita + Fe3C) Bainita,
· Chamado de segundo estágio do revenido - ocorre transformação de austenita retida em Bainita.
· 300 – 400° C- Coalecimento da Fe3C,
· Chamado de terceiro estágio do revenido - forma-se um carboneto metaestável, de fórmula Fe5C2.
· 350 – 600° C – Ferrita acicular associada a Fe3C,
· Ocorre uma recuperação da subestrutura de discordância; os aglomerados de Fe3C passam a uma esferoidal.
· 600 – 700° C – Recristalização – Ferrita equiaxiais e Fe3C globular. 
 	Ocorre recristalização de crescimento de grão; a cementita precipitada apresenta forma nitidamente esferoidal; a ferrita apresenta forma equi-axial; a estrutura é frequentemente chamada esferoidita.
Fragilidade do Revenido:
O objetivo do revenido é aumentar a tenacidade, entretanto em alguns casos, o revenido pode ter efeito contrário fragilizando o material. Quando se efetua o revenido em temperaturas entre 250° C e 400° C em algumas classes de aços há uma diminuição de tenacidade. Essa fragilidade ocorre devido à formação de uma rede ou película que envolve as agulhas de martensita.
Pode ser eliminada empregando-se composições com Si ou Mo, pois inibe o início de precipitação de carbonetos.
Outro tipo de fragilidade, chamada Fragilidade Krupp se apresenta quando no revenido os aços são mantidos por algum tempo, ou resfriados lentamente a temperaturas entre 450 e 600° C. A sensibilidade a esta fragilidade aumenta com a presença dos elementos de liga Mn, Cr e Ni. 
3. Prática Laboratorial 
Para realização dos experimentos laboratoriais, foram instruidas as formas e metodos que seriam aplicados, os testes mecânicos necessários e os processos metalurgicos que seriam aplicados, cuidados com a segurança ao utilizarmos fornos e máquinas de testes, bem como na realização dos processos.
Para podermos realizar comparações utilizamos corpos de provas com dimensões iguais de aço SAE 1045 em diferentes tratamentos térmicos e foram realizados testes de dureza e traçãopara obtermos resultados e compara-los.
3.1. Etapas dos tratamentos térmicos e testes mecânicos.
Lixamento
Antes de realizar a medição da dureza no durômetro, é necessário lixar os CPs para remover a oxidação superficial e obter um resultado mais preciso.
3.1.1. Medição de dureza 
Foi colocado o corpo de provas no durômetro para definir a sua dureza antes de realizar o tratamento térmico. 
Etapas realizadas:
· Colocar o corpo de provas na base do equipamento,
· Aproximar o penetrador ao corpo de provas lentamente,
· Aplicar carga até o painel digital indicar que todos os quadrados estão preenchidos.
· Repetir o procedimento de 1 até 3 mudando a posição do CP e realizar a leitura
3.2.1. Têmpera 
É colocado o corpo de provas no forno aquecido a 840°C e mantido a essa temperatura por 10 min. também chamado de tempo de encharque. 
Etapas realizadas:
· Colocar o corpo de provas no forno aquecido a 840°C,
· Esperar o tempo de encharque (10 min.),
· Retirar rapidamente e resfriar em óleo ou agua fazendo o movimento na forma de um 8.
3.2.2. Recozimento Pleno
É colocado o corpo de provas no forno aquecido a 840°C e mantido a essa temperatura por 30 min. também chamado de tempo de encharque. 
Etapas realizadas:
· Colocar o corpo de provas no forno aquecido a 840°C,
· Esperar o tempo de encharque (30 min.),
· Resfriamento dentro do forno desligado.
3.2.3. Normalização
É colocado o corpo de provas no forno aquecido a 840°C e mantido a essa temperatura por 30 min. também chamado de tempo de encharque. 
Etapas realizadas:
· Colocar o corpo de provas no forno aquecido a 840°C,
· Esperar o tempo de encharque (30 min.),
· Resfriamento ao ar calmo.
3.2.4. Revenimento
Foram colocados os corpos de provas no forno aquecido a temperaturas de 200°C / 260°C / 315°C / 370°C / 425°C / 480°C / 525°C e mantido a essa temperatura por 15 min. também chamado de tempo de encharque. 
Etapas realizadas:
· Colocar os corpos de provas no forno aquecidos a 200°C / 260°C / 315°C / 370°C / 425°C / 480°C / 525°C,
· Esperar o tempo de encharque (15 min.),
· Resfriamento ao ar calmo.
3.2.5. Proteção da Superfície
 Antes de submeter os CP no tratamento de recozimento e normalização, foi feita a proteção superficial nos mesmos para evitar a descarbonetação.
A descarbonetação reduz a dureza da peça, pois é um fenômeno em que o oxigênio presente na atmosfera se liga com o carbono presente na peça e se transformam e gases.
Para evitar o fenômeno citado cobrimos os CP com sílica (resistente até 860 graus) ou com grafite em pó (resistente até 1200 graus) antes de realizar o aquecimento.
3.2.6. Ensaio de tração
Foi utilizada a máquina de tração para obter os dados necessários e realizar as contas
Etapas realizadas:
· Encaixar o CP na garra do equipamento;
· Ajuste do diâmetro no computador;
· Zerar o indicador digital (força);
· Aguardar o CP se romper e coletar os dados indicados no CP;
· O equipamento enviará os dados no PC e traçará um gráfico de tensão.
4. Rotina dos testes em laboratório
Durante o semestre foram realizados com o acompanhamento do professor e mais uma auxiliar docente os seguintes Tratamentos Térmicos:
· Ensaio mecânico Bruto de laminado;
· Tratamento térmico Recozimento + Ensaio mecânico;
· Tratamento térmico Normalização + Ensaio mecânico;
· Tratamento térmico Temperado em água + Ensaio mecânico;
· Tratamento térmico Tempera em óleo + Ensaio mecânico;
· Tratamento térmico Tempera em água e revenido a 200°C + Ensaio mecânico;
· Tratamento térmico Tempera em água e revenido a 260°C + Ensaio mecânico;
· Tratamento térmico Tempera em água e revenido a 315°C + Ensaio mecânico;
· Tratamento térmico Tempera em água e revenido a 370°C + Ensaio mecânico;
· Tratamento térmico Tempera em água e revenido a 415°C + Ensaio mecânico;
· Tratamento térmico Tempera em água e revenido a 480°C + Ensaio mecânico;
· Tratamento térmico Tempera em água e revenido a 525°C + Ensaio mecânico.
Foi realizada as práticas laboratóriais conforme itens 3 a 3.2.6 deste relatório, e foram acolhidos os seguintes critérios para o levantamento com os ensaios mecânicos:
· Dureza sem tratamento térmico;
· Dureza pós-tratamento térmico;
· Dureza pós revenido;
· Diâmetro inicial;
· Diâmetro final;
· Comprimento inicial;
· Comprimento final;
· Força de escoamento;
· Tensão de escoamento. (força de escoamento / área inicial);
· Força de resistência;
· Tensão de resistência;
· % de alteração no comprimento;
· Ɛ % Alt. Comp. = ((comprimento final - comprimento inicial) / comprimento inicial) x 100;
· % de alteração na área φ % Alt. Área = ((área final - área inicial) / área inicial) x 100.
Foi informada tambem a especificação dos corpos de prova a serem utilizados:
· Aço SAE 1045
· Ø = 10mm.
· Comprimento (L) = 50mm. 
5. Resultados Obtidos
6. Gráficos Obtidos
7. Conclusão
O objetivo deste trabalho é mostrar aos alunos a importância dos tratamentos térmicos e suas aplicações, através de comparações de resultados visando sempre à integração de processos adequados para que tenhamos um bom resultado do tratamento aplicado, bem como incluir no seu conteúdo acadêmico a pratica em tratamento térmico, ampliando o conhecimento para sua carreira ou pratica profissional.
Analisando a tabela percebemos que os corpos de provas submetidos à têmpera em água obtiveram as maiores durezas, pois é a forma de resfriamento mais rápida, também observamos que a têmpera em água e têmpera + revenido a 200 e 260°C não quase não obtiveram alterações em seus comprimentos e áreas por possuírem alta dureza e fragilidade rompendo sem a ocorrência de deformação plástica, porém quando subimos a temperatura de revenimento, diminuíram a dureza dos corpos de provas e aumentaram suas deformações, assim os corpos de provas submetidos ao recozimento e normalização foram o que tiveram maiores alterações em seus comprimentos por possuírem menor dureza e uma maior ductibilidade e tenacidade obtendo as maiores deformações plásticas.
 De acordo com os tratamentos térmicos e ensaios mecânicos realizados obtivemos resultados em que podemos tirar algumas conclusões, pois apenas com o uso do aço SAE 1045 em diferentes tratamentos térmicos originaram – se diferentes propriedades mecânicas e estruturais.
 Vemos que os corpos de provas submetidos ao recozimento e normalização foram o que tiveram maiores alterações em seus comprimentos por possuírem menor dureza e uma maior ductibilidade e tenacidade obtendo as maiores deformações plásticas.
 Podemos observar que os corpos de provas submetidos à têmpera em água obtiveram as maiores durezas pelo fato de ser o meio de resfriamento mais rápido, porém o aço ficou extremamente frágil rompendo sem a ocorrência de deformação plástica, assim para poder ser aproveitado necessita de um processo de Revenimento, que vai aliviar as tensões internas, elevar sua ductibilidade e tenacidade. Quando subimos a temperatura de Revenimento diminuíram a dureza dos corpos de provas e aumentaram suas deformações plásticas. Para definir qual a melhor temperatura de revenimento vai depender da aplicação da peça final.
DUREZA
95
95,5
96
96,5
97
97,5
BRUTO LAMINADONORMALIZAÇÃORECOZIMENTO
Série1
DUREZA
48
50
52
54
56
58
60
62
TÊMPERA ÁGUATÊMPERA ÓLEO
Série1
DUREZA X TENSÃO
1763,92
1689,88
1544,96
1369,32
1109,49
865,95
540,45
0,00
500,00
1000,00
1500,00
2000,00
0102030405060
Série1
DUREZA X TEMPERATURA
200
260
315
370
425
480
525
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
0510152025303540455055
Série1
Dureza x Temp. Rev.
88,5
88,6
9999
97,8
97
98,5
97,8
98,7
82
84
86
88
90
92
94
96
98
100
Têmpera
em água
T
. 
Água e
Revenido
à 
200
°
T
. 
Água e
Revenido
à 
315
°
T
. 
Água e
Revenido
à 
425
°
T
. 
Água e
Revenido
à 
525
°
Série1
Tensão x Dureza 
848,69
1.374,26
1.922,30
1.996,57
1.667,38
1.431,75
1.162,29
928,38
749,17
0,0
500,0
1000,0
1500,0
2000,0
2500,0
60,452,453,760,259,857,35855,855
Série2
Série1
Tensão x Estricção
808,34
1.192,37
1.763,92
1.689,88
1.544,96
1.369,32
1.109,49
865,95540,45
0,0
200,0
400,0
600,0
800,0
1000,0
1200,0
1400,0
1600,0
1800,0
2000,0
0,000,008,8016,4021,20
Série1