Esferoidização de Aços

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ESFEROIDIZAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
INSTITUTO DE TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA INDUSTRIAL – PPGEI
Orientador Prof. Doutor: José Maria do Vale Quaresma
Mestranda: Marielle M. Medeiros Vital
AGENDA DE APRESENTAÇAO
 Introdução
 O tratamento térmico
 Ciclos Térmicos de Esferoidização
 Etapas da Esferiodização
 Aplicação
 Referencias
O processo de esferoidizaçao ou de coalescimento é utilizado para aços com teores superiores a 0,5% de carbono, mas principalmente para aços hipereutetóides. Quando se deseja fazer uma processo de usinagem ou de conformação de uma peça, o recozimento poderá não baixar a dureza o suficiente para que a tarefa seja executada. Este problema acontece principalmente em aços com elevados teores de elementos de liga e elevado teor de carbono. Para este tipo de aço uma estrutura formada por perlita e cementita apresentará uma dureza muito alta e a única alternativa será o processo de esferoidização. 
Objetivo: manter uma microestrutura 
composta por partículas aproximadamen- de esféricas de cementita em uma matriz de ferrita. Finalidade: Melhora da propriedade mecânica. 
 01 – INTRODUÇÃO
 
O tratamento térmico de esferoidização pode ser feito de duas maneiras: 
 Primeira maneira: Aquecendo-se o aço até uma temperatura logo abaixo da temperatura eutetóide, permanecendo-se nesta temperatura por um tempo que varia de oito a vinte horas, com resfriamento posterior ao ar. 
 02 – O TRATAMENTO TÉRMICO
 
Curva de transformação para o processo de esferoidização
 Segunda maneira: Austenitizar o material, fazer um resfriamento até uma temperatura logo abaixo da temperatura eutetóide, mantendo-se nesta temperatura por um tempo entre oito e vinte horas e resfriamento ao ar. Este tratamento também pode ser efetuado variando-se ciclicamente entre temperaturas acima e abaixo da temperatura de austenitização. Esta segunda forma de execução é a que propicia tempos menores de tratamento.
 02 – O TRATAMENTO TÉRMICO
 
Em função do ciclo térmico de esferoidização pode haver variações no tamanho e distribuição dos carbonetos, como também no tamanho de grão ferrítico, os quais podem alterar, significativamente, a ductilidade e, consequentemente, a conformabilidade dos aços tratados.
Com relação às temperaturas que são normalmente utilizadas para o processo de recozimento de esferoidização, a figura x apresenta parte do diagrama de equilíbrio ferro-carbono onde as linhas horizontais, próximo a temperatura A1, evidenciam os limites inferior e superior da faixa. De um modo geral, para o processo de esferoidização dos aços podem ser utilizados os ciclos térmicos presentados figura x
Ciclos térmicos utilizados para o processo de recozimento de
esferoidização.
Detalhe do diagrama de fases ferro-carbono evidenciando a faixa de temperatura utilizada para o recozimento de esferoidização.
03 - Ciclos Térmicos de Esferoidização
1) Recozimento Sub-crítico: neste tratamento o aço é aquecido a temperatura um pouco abaixo de A1 (15 a 30°C), permanecendo nesta temperatura por um longo período de tempo, fig A. Não ocorrendo mudanças de fase para este ciclo.
2) Recozimento Pendular (ou cíclico): consiste em alterar a temperatura várias vezes em torno de A1, com posterior resfriamento lento. A cada vez que se sobe a temperatura acima de A1 os carbonetos mais finos se dissolvem , e quando se abaixa a temperatura ocorre a precipitação na cementita que não se dissolveu (Fig. B).
T
A3
A1
03 - Ciclos Térmicos de Esferoidização
3) Resfriamento Controlado: o material é aquecido até uma temperatura 10 a 30°C acima de A1, permanecendo nesta temperatura por determinado tempo, sendo posteriormente resfriado lentamente (resfriamento controlado com taxa de resfriamento igual a 5-10°C/h). Este visa propiciar uma dissolução incompleta da cementita em temperaturas de 10 a 30°C acima de A1. Durante o resfriamento, as partículas de cementita não dissolvidas atuam como núcleo para o crescimento dos carbonetos esferoidizados (Fig. C).
T
A3
A1
03 - Ciclos Térmicos de Esferoidização
4) Recozimento Isotérmico: consiste em aquecer o aço até uma temperatura entre A1 e A3 ou Acm (de 600 a 690°C dependendo do aço), manter nesta temperatura por um curto intervalo de tempo, resfriar até uma temperatura ligeiramente inferior a A1 (10 a 30°C), e manter nesta temperatura por um tempo suficiente para que ocorra a transformação de toda a austenita existente e se obtenha um coalescimento suficiente da cementita (este tempo pode variar de 4 a 8h em média). Neste caso, o resfriamento não precisa ser tão lento, porém, costuma-se resfriar lentamente até cerca de 650°C com posterior resfriamento rápido até a temperatura ambiente (Fig D).
T
A3
A1
03 - Ciclos Térmicos de Esferoidização
04 - Etapas da Esferiodização
A esferoidização da cementita pode ser dividida em três etapas, em função de suas
características morfológicas:
Reresentação esquemática do estágio em que as lamelas de cementita se fragmentam, no inicio do processo de esferoidização 
Na primeira etapa, as lamelas se fragmentam, através de canais que se formam no seu interior, com razão comprimento/largura igual a 8. A figura abaixo mostra um diagrama esquemático que ilustra as lamelas de cementita neste estágio. 	
Em seguida na segunda etapa, a razão entre comprimento e largura tente a 1, ou seja, as partículas tornam-se teoricamente esféricas.
Na terceira etapa, que pode ser denominada de coalescimento, ocorre o crescimento de partículas em função do tempo e da temperatura, com conseqüente diminuição do número de partículas esferoidizadas e aumento da distância entre elas.
Em seguida na segunda etapa, a razão entre comprimento e largura tente a 1, ou seja, as partículas tornam-se teoricamente esféricas.
Na terceira etapa, que pode ser denominada de coalescimento, ocorre o crescimento
de partículas em função do tempo e da temperatura, com conseqüente diminuição do número de partículas esferoidizadas e aumento da distância entre elas.
Microestrtura do aço AISI 5140 com carbonetos coalescidos por 8 horas a 690°C
Microestrutura de MEV revelando a estrutura perlítica da amostra original 
A microestrutura eletrônica evidenciou que o tempo de 8 oras de esferoidização foi eficaz quanto à formação das esferas de cementita
04 - Etapas da Esferiodização
04 - Etapas da Esferiodização
05 – Aplicação 
Uma comparação entre as microestruturas perlítica e esferoidizada, na usinagem de um aço 0,6% de carbono é apresentada na figura abaixo. Nela é mostrado o efeito da esferoidização parcial sobre o acabamento superficial e o tempo de vida da ferramenta. A esferoidização dos carbonetos, presentes na microestrutura, reduziu a dureza de 241 HB (para a estrutura inicialmente perlítica) para 180 HB (para estrutura parcialmente esferoidizada).
Conseguiu-se, desta forma, um aumento significativo no tempo de vida da ferramenta, com conseqüente aumento da produtividade (de 8 peças usinadas inicialmente com a estrutura perlítica, para 123 peças com a estrutura parcialmente esferoidizada). Um melhor acabamento
também foi obtido.
Efeito da esferoidização parcial sobre o tempo de vida da ferramenta, na
usinagem de um aço 0,6% de carbono
06 - REFERENCIAS
COLPAERT, H., Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns, 4ª edição revista e atualizada por André Luiz V. da Costa e Silva, Editora Blucher, São Paulo, 2008.
SANTOS, Rezende Gomes do. Transformações de Fases em Materiais Metálicos Ed. Unicamp, SP, 2006.
Sites pesquisados
<https://www.passeidireto.com/arquivo/988147/fundamentos-sobre-acos>. Acesso em 18 Set 2017.
<http://www.fvnunes.com/_br/ciencia_dos_materiais.php >. acesso em 18 Set 2017.
http://www.infomet.com.br/site/acos-e-ligas-conteudo-ler.php?codConteudo=135
http://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/TM052/Prof.Silvio/INTRODU%C3%87%C3%83O%20AO%20ESTUDO%20DOS%20A%C3%87OS-Parte%203.pdf
http://www.cienciadosmateriais.org/index.php?acao=exibir&cap=21&top=176