Tratamentos Térmicos em Materiais Metálicos

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INSTITUTO FEDERAL DE MINAS GERAIS – CAMPUS AVANÇADO 
IPATINGA 
 
 
 
KAILLER DE PAULA AMARAL 
ISADORA KÉSSIA SANTOS ARRUDA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TRABALHO AVALIATIVO: 
Tratamentos térmicos em materiais metálicos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ipatinga 
2020 
 
KAILLER DE PAULA AMARAL 
ISADORA KÉSSIA SANTOS ARRUDA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TRABALHO AVALIATIVO: 
Tratamentos térmicos em materiais metálicos 
 
 
 
 
 
 
 
Atividade Avaliativa com o objetivo de aprovação na 
matéria de ciência dos materiais do Instituto 
Federal de Minas Gerais – Campus Avançado 
Ipatinga pelo curso de Engenharia Elétrica. 
 
Professor João Trajano 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ipatinga 
2020 
 
Resumo 
 
 
É de extrema importância o estudo do tratamento térmico em metais, para que 
seja possível obter as propriedades mecânicas desejadas como dureza, elasticidade, 
ductilidade e resistência à tração. Portanto, a partir das análises dessas propriedades 
mecânicas, garantimos que o metal não modifique seu estado físico. 
 
Neste trabalho, serão abordados os principais tipos de tratamentos, os seus 
objetivos, aplicações, processos de realização, estruturas obtidas, etc. 
 
Palavras-chaves: Tratamento, metais. 
 
 
Abstract 
 
The study of heat treatment in metals is extremely important, so that it is possible 
to obtain the desired mechanical properties such as hardness, elasticity, ductility and 
tensile strength. Therefore, from the analysis of these mechanical properties, we 
guarantee that the metal does not change its physical state. 
 
In this work, the main types of treatments, their objectives, applications, 
implementation processes and structures obtained. 
 
Keywords: Treatment, metals. 
 
 
 
 
 
 
Sumário 
 
1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 5 
2 DESENVOLVIMENTO .......................................................................................... 6 
2.1 Estrutura Cristalina .......................................................................................... 6 
2.2 Fatores de influência no tratamento térmico ................................................... 7 
2.2.1 Aquecimento ............................................................................................. 7 
2.2.2 Resfriamento ............................................................................................ 8 
2.3 Formas de processos térmicos ....................................................................... 8 
2.3.1 Recozimento ............................................................................................. 8 
2.3.2 Recozimento Pleno ................................................................................... 9 
2.3.3 Recozimento Subscrito ............................................................................. 9 
2.3.4 Esferoidização ou Coalescimento ........................................................... 10 
2.3.5 Normalização .......................................................................................... 10 
2.3.6 Têmpera ................................................................................................. 11 
2.3.7 Temperabilidade ..................................................................................... 11 
3 CONCLUSÃO ..................................................................................................... 12 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................... 13 
 
 
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1 INTRODUÇÃO 
 
O sucesso de um tratamento térmico de aços para produzir uma estrutura 
predominantemente martensítica ao longo de toda seção reta do material depende 
principalmente de três fatores: da composição da liga, do tipo e da natureza do meio 
de resfriamento (CALLISTER, 2002). 
O tratamento térmico provoca mudanças nas propriedades mecânicas do aço, 
como a temperatura de aquecimento; velocidade de resfriamento e composição 
química do material. Portanto, antes do tratamento térmico, é preciso conhecer as 
características do aço, principalmente sua estrutura cristalina. 
 
 
 
6 
 
2 DESENVOLVIMENTO 
 
Nesta seção será detalhado o tratamento térmico de aços, que tem como os 
principais objetivos: 
● Remoção de tensões internas (oriundas de resfriamento desigual, trabalho 
mecânico ou outra causa); 
● Aumento ou diminuição da dureza; 
● Aumento da resistência mecânica; 
● Melhora da ductilidade; 
● Melhora da usinabilidade; 
● Melhora da resistência ao desgaste; 
● Melhora das propriedades de corte; 
● Melhora da resistência à corrosão; 
● Melhora da resistência ao calor; 
● Modificação das propriedades elétricas e magnéticas. 
2.1 Estrutura Cristalina 
 
Os metais são constituídos por um aglomerado compacto de átomos, arranjados 
ordenadamente, denominado estrutura cristalina. 
Em temperaturas elevadas o aço apresenta uma estrutura, denominada cúbica 
de face centrada (CFC). É formada por 8 átomos de ferro, situadas no vértice de uma 
célula unitária cúbica e por 6 átomos de ferro, situadas nas faces do cubo. 
Em temperaturas mais baixas os átomos de ferro se organizam de outra maneira 
formando uma estrutura cúbica de corpo centrado (CCC), com 8 átomos nos vértices 
da célula unitária cúbica e um único átomo no centro do cubo. 
 
 
 
 
7 
 
 
Figura 1 - Estruturas cristalinas do aço. 
 
2.2 Fatores de influência no tratamento térmico 
 
Antes de serem definidos e descritos os vários tratamentos térmicos, serão 
destacados alguns dos diversos fatores que devem ser levados em conta na sua 
realização. Representando o tratamento térmico um ciclo tempo - temperatura, os 
fatores a serem inicialmente considerados são: aquecimento, tempo de permanência 
à temperatura e resfriamento. Além desses, outro de grande importância é a atmosfera 
do recinto de aquecimento, visto que a sua qualidade tem grande influência sobre os 
resultados finais dos tratamentos térmicos. 
2.2.1 Aquecimento 
 
O aquecimento é geralmente realizado a uma temperatura acima da crítica, 
porque então tem-se a completa austenitização do aço, ou seja, total dissolução do 
carboneto de ferro gama: essa austenitização é o ponto de partida para as 
transformações posteriores desejadas, as quais se processam em função da 
velocidade de esfriamento adotada. Na fase de aquecimento, dentro do processo de 
tratamento térmico, devem ser apropriadamente consideradas a velocidade de 
aquecimento e a temperatura máxima de aquecimento. 
8 
 
2.2.2 Resfriamento 
 
Este é o fator mais importante, pois é ele que determinará efetivamente a 
estrutura e, em consequência, as propriedades finais dos aços. Como pela variação 
da velocidade de resfriamento pode-se obter desde a perlita grosseira de baixa 
resistência mecânica e baixa dureza até a martensita que é o constituinte mais duro 
resultante dos tratamentos térmicos. Por outro lado, a obtenção desses constituintes 
não é só função da velocidade de resfriamento, dependendo também como se sabe, 
da composição do aço (teor em elemento de liga, deslocando a posição das curvas em 
C), das dimensões (seção) das peças, etc. 
2.3 Formas de processos térmicos 
 
Nesta etapa será apresentado os princípios dos tratamentos térmicos de 
recozimento, normalização, têmpera e revenimento identificando suas características, 
propriedades de endurecimento ou temperabilidade e suas aplicações práticas. 
 
2.3.1 Recozimento 
 
Diversos tratamentos térmicos de recozimentos são possíveis; estes tratamentos 
são caracterizados pelas mudanças que são induzidas, as quais muitas vezes são 
micro estruturais e são responsáveis pela alteração das propriedades mecânicas 
(CALLISTER, 2002).Os tratamentos térmicos de recozimento, são divididos em alívio de tensões 
ou subcrítico, recozimento para recristalização, recozimento para 
homogeneização, recozimento total ou pleno, recozimento isotérmico ou 
cíclico e esferoidização ou coalescimento. 
O que diferencia cada um desses tratamentos térmicos de recozimento é o 
produto formado e a aplicação prática do material tratado (se vai necessitar 
de maior resistência mecânica ou melhor usinabilidade). Com isso, definem-
se temperaturas de aquecimento, formas de aquecimento, meios e tipos de 
resfriamento diferentes, adequados a cada tipo de resultado esperado (VALE, 
2011). 
 
 
 
 
9 
 
2.3.2 Recozimento Pleno 
 
O tratamento térmico de recozimento pleno é iniciado a partir do levantamento de 
informações da liga a ser trabalhada. É empregado com frequência em aços com baixo 
e médio carbono que serão usinados ou que sofrerão extensa deformação plástica 
durante uma operação de conformação. Em geral, a liga é tratada pelo seu 
aquecimento até uma temperatura aproximadamente 50°C acima da curva 𝐴3 (Figura 
2). A liga é então resfriada em um forno; isto é, o forno de tratamento térmico é 
desligado, e tanto o forno quanto o aço resfriam até a temperatura ambiente à mesma 
taxa, o que demanda várias horas. 
As principais aplicações do tratamento térmico de recozimento pleno ocorrem 
nas peças fundidas e encruadas. 
 
Figura 2: Diagrama de fases ferro-carbeto de ferro na vizinhança do eutetoide, indicando as 
faixas de temperatura para os tratamentos térmicos de aços-carbonos comuns (CALLISTER,2002). 
2.3.3 Recozimento Subscrito 
 
 O tratamento térmico de recozimento subcrítico, durante o qual existe uma 
coalescência do 𝐹𝑒3𝐶 para formar partículas esferoides, pode ser conduzido por 
diferentes métodos, aquecendo até uma temperatura imediatamente acima da 
temperatura eutetóide, ou então a um resfriamento muito lento no forno ou a 
manutenção a uma temperatura imediatamente abaixo da temperatura eutetóide. 
10 
 
 Em certo grau, a taxa na qual a cementila globulizada se forma depende da 
microestrutura previamente existente. Por exemplo, ela é a mais lenta para a perlita, e 
quanto mais fina a perlita, mais rápida será a taxa. Além disso, um trabalho a frio prévio 
aumenta a taxa de reação de formação da cementila globulizada. 
 
2.3.4 Esferoidização ou Coalescimento 
 
Este tratamento tem como objetivo produzir uma estrutura globular ou esferoidal 
de carbonetos no aço (esferoidita); melhorar a usinabilidade em geral de aços com alto 
teor de carbono e facilitar a deformação a frio. 
O processo funciona com o aquecimento da peça feito por tempo prolongado a 
uma temperatura logo abaixo da linha inferior da zona crítica, como alternativa, a 
esferoidização pode ser executada com aquecimentos e resfriamentos alternados 
entre temperaturas que estão logo acima e logo abaixo da linha inferior de 
transformação. 
Os aços de baixo teor de carbono quase nunca são esferoidizados porque são 
muito moles e deformáveis e empastam a ferramenta, provocando aquecimento e 
desgaste excessivo (TSCHIPTSCHIN). 
 
2.3.5 Normalização 
 
 Este tratamento térmico de recozimento é aplicado para refinar os grãos, isto é, 
para diminuir o tamanho médio dos grãos e produzir uma distribuição de tamanhos 
mais uniforme e desejável; os aços perlíticos com grãos finos são mais tenazes que 
os com grãos mais grosseiros. 
 A normalização é obtida pelo aquecimento até pelo menos 55°C acima da 
temperatura crítica superior, acima de 𝐴3, para composições menores que eutetóide e 
acima de 𝐴𝑐𝑚 para composições maiores que a eutetóide (utilizando como parâmetro 
a figura 2). Após tempo suficiente para a liga transformar-se completamente em 
austenita, o tratamento é encerrado por resfriamento ao ar. 
 Aplica-se em peças fundidas e/ou forjadas e em peças de grandes dimensões. 
 
 
 
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2.3.6 Têmpera 
 
 Tem como objetivo obter a martensita (constituinte metaestável endurecido do 
aço-carbono) e melhorar a resistência ao desgaste do aço. O processo é feito com o 
aquecimento do aço a temperaturas acima da zona crítica, mantendo-o nessa 
temperatura para completa homogeneização com posterior resfriamento em meios 
severos, como óleo ou água de têmpera. 
A temperatura de tratamento térmico recomendada para os aços hipoeutetoides 
é de 50°C acima da linha 𝐴3 e para os hipereutetoides entre as linhas 𝐴𝑐𝑚 e 𝐴1. Aços 
hipoeutetoides – acima da linha 𝐴3. No meio de resfriamento, irá depender muito da 
composição do aço (% de carbono e elementos de liga) e da espessura da peça 
(utiliza-se água, salmoura, óleo). 
Aplica-se em peças de aço com baixo ou médio teor de carbono, 
excepcionalmente com teor elevado desse elemento. 
 
2.3.7 Temperabilidade 
 
Temperabilidade é um termo empregado para descrever a habilidade de uma liga 
em ser endurecida pela formação de martensita como resultado de um dado 
tratamento térmico (CALLISTER, 2002). Para cada aço diferente existe uma relação 
específica entre as propriedades mecânicas e a taxa de resfriamento. 
A curva que indica a queda de dureza em função da profundidade recebe o nome 
de curva Jominy que é obtida por meio de ensaios normalizados. Com esse 
procedimento, à exceção da composição da liga, todos os fatores que podem 
influenciar a profundidade até a qual uma peça endureça são mantidos constantes. 
A curva de temperabilidade típica está representada na figura 3. A extremidade 
temperada é resfriada mais rapidamente e exibe a maior dureza; para a maioria dos 
aços, o produto nessa posição é 100% martensita. A taxa de resfriamento diminui com 
a distância a partir da extremidade temperada, e a dureza também diminui, como 
indicado na figura. 
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Figura3: Gráfico típico de temperabilidade mostrando a dureza Rockwell C em função da distância a 
partir da extremidade temperada. 
 
 
 
3 CONCLUSÃO 
 
Este trabalho teve por objetivo mostrar a importância do tratamento térmico e 
suas aplicações, visando sempre a integração de processos adequados para que 
tenhamos um bom resultado do tratamento aplicado. 
 Portanto, o parâmetro da temperabilidade é usado para avaliar a influência da 
composição na susceptibilidade à formação de uma estrutura predominantemente 
martensítica durante algum tratamento específico. Considerando as medidas de 
dureza, determinamos o teor de martensita. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
CALLISTER JR, William. D. Ciência e engenharia de materiais: Uma introdução. 
5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2002. 
VALE, A. Tratamento Térmico. Belém: IFPA; Santa Maria: UFSM, 2011. 
TSCHIPTSCHIN, André Paulo. Tratamento térmico de aços. Pmtpoli. 
Disponível:<http://www.pmt.usp.br/pmt2402/TRATAMENTO%20T%C3%89RMICO%
20DE%20A%C3%87OS.pdf>. Acesso em: 23 de set. de 2020. 
Tratamento Térmico dos aços: Recozimento, Normalização, Têmpera e Revenido. 
Spectru Instrumental Científico Ltda. Disponível em: < 
http://www.spectru.com.br/Metalurgia/diversos/tratamento.pdf>. Acesso em: 23 de 
set. de 2020.