20 Tratamentos Térmicos

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Tratamentos Térmicos
Prof. Dr. José Henrique Alano
Introdução
✓ Operações de aquecimento e resfriamento controlado que
visam a otimização das propriedades dos aços e ligas;
✓ Principais:
▪ Recozimento pleno;
▪ Normalização;
▪ Têmpera;
▪ Revenimento.
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Transformação a partir da austenita
Aplicado em Aços temperados
Introdução
✓ Outros:
▪ Solubilização → aplicado em aços especiais (controle de
segunda fase);
▪ Envelhecimento após solubilização → precipitação de
partículas de segunda fase (aços PH e maraging);
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Recozimento
✓ Objetivos:
▪ Reduzir a dureza do aço;
▪ Aumentar a usinabilidade;
▪ Facilitar o trabalho a frio;
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Recozimento
Recozimento
✓ Tipos:
▪ Recozimento pleno ou supercrítico;
▪ Recozimento subcrítico;
▪ Esferoidização ou recozimento intercrítico.
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Recozimento
Recozimento
✓ Consiste no aquecimento do aço acima ou dentro da zona
crítica (intercrítico) → Seguido de resfriamento lento
(forno).
✓ Aços hipoeutetoides:
▪ 50 °C acima da linha A3;
✓ Aços hipereutetoides:
▪ 50 °C acima de A1.
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Recozimento pleno (ou apenas recozimento)
Não se deve ultrapassar Acm pois no 
resfriamento formar-se-ia cementita nos 
CG da austenita → fragilizando o aço.
Recozimento
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Recozimento pleno (ou apenas recozimento)
Faixa de temperatura 
para o recozimento.
Recozimento
✓ Quanto < a temperatura de austenitização, mais
heterogênea a austenita;
✓ Quanto mais heterogênea a austenita > a facilidade para
formação de carbonetos (ao invés de perlita).
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Recozimento pleno (ou apenas recozimento)
Utiliza-se temperaturas mais altas quando se deseja perlita e mais baixas 
para estrutura esferoidizada.
Recozimento
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Recozimento pleno (ou apenas recozimento)
Curva de solubilização da 
perlita (fina) em aço 
eutetóide.
Recozimento
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Recozimento pleno (ou apenas recozimento)
Ciclos de recozimento recomendados para aços carbono.
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Ciclos de recozimento de aços ligados.
Recozimento
✓ Objetivo:
▪ Recuperar ductilidade de aços trabalhados a frio (entre
operações de conformação).
✓ Ciclo:
▪ Aquecimento entre 595 a 675 °C, seguido de
resfriamento ao ar.
✓ Transformações:
▪ Recuperação e recristalização das fases encruadas.
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Recozimento subcrítico
Recozimento
✓ Objetivo:
▪ Reduzir tensões residuais após:
• Soldagem;
• Fabricação;
• Lixamento;
• Dobramento;
• Resfriamento brusco etc.
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Alívio de tensões
Recozimento
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Alívio de tensões
Exercício: Especifique um tratamento
de alívio de tensões para um aço
baixa liga de forma que haja um alívio
de 75% da tensão inicial e que o LE
não seja inferior a 400 MPa.
Recozimento
✓ Em um aço eutetóide, acima de A1 começa a formar
austenita;
✓ Dependendo do tempo e da temperatura, a austenitização
pode ser total ou parcial (pode restar perlita ou
carbonetos);
✓ Ao resfriar → a austenita pode formar ferrita e perlita ou
ferrita e carbonetos esferoidizados → dependendo das
condições de resfriamento e da estrutura anterior.
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Esferoidização
Recozimento
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Esferoidização
Faixa de temperatura recomendada para esferoidização de aços carbono.
Algumas formas para
obtenção de carbonetos
esferoidizados:
• Manutenção por tempo
prolongado abaixo de A1;
• Resfriar rapidamente de
Acm até temperatura
pouco abaixo de A1 e
manter por um período;
• Ciclar acima e abaixo de A1
por um período.
Recozimento
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Esferoidização
Recozimento
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Esferoidização
Aço submetido a tratamento térmico a 625 °C por diferentes tempos.
Recozimento
✓ A tabela mostra as microestruturas mais indicadas para
usinagem em função do teor de C do aço.
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Recozimento para usinabilidade
Recozimento
✓ A proteção da superfície é fundamental para evitar
descarbonetação e oxidação.
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Proteção da superfície
Recozimento
✓ Tratamento em vácuo é justificado apenas para materiais
reativos, como Ti, Zr, etc;
✓ Na prática, é realizado o controle dos potenciais de oxigênio
e carbono na atmosfera dos fornos; pelo uso de materiais
de empacotamento; ou por banhos de sais fundidos.
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Proteção da superfície
Recozimento
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Proteção da superfície
Faixas aproximadas de emprego de meios de empacotamento.
Normalização
✓ Austenitização completa do aço, seguida de resfriamento ao
ar parado ou agitado.
✓ Objetivo:
▪ Homogeneização da estrutura do aço após o forjamento
e antes da têmpera ou revenimento.
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Aços ligados que temperam ao ar não são normalizados
Normalização
✓ Aços hipoeutetoides:
▪ Menor quantidade de ferrita proeutetoide;
▪ Perlita mais fina;
▪ Maior dureza e resistência mecânica para C > que 0,2%;
▪ Menor ductilidade;
▪ Resistência ao impacto pouco alterada.
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Microestrutura Normalizada vs Recozida
Normalização
✓ Aços hipereutetoides:
▪ Menos carbonetos em rede;
▪ Distribuição mais uniforme de carbonetos (dissolução
mais completa durante a austenitização → acima de
Acm);
▪ Precipitação de cementita proeutetoide minimizada
devido ao resfriamento mais rápido.
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Microestrutura Normalizada vs Recozida
Normalização
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Microestrutura Normalizada vs Recozida
Microestruturas do aço 1018 
recozido e normalizado.
Normalização
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Microestrutura Normalizada vs Recozida
Microestruturas do aço 1045 
recozido e normalizado.
Normalização
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Microestrutura Normalizada vs Recozida
Microestruturas do aço 1095 
recozido e normalizado.
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Normalização
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Comparação entre as faixas de temperaturas de austenitização para a
normalização e o recozimento.
Normalização
✓ Aplicações
▪ Refino de grão e homogeneização (recristalização) →
visando melhor resposta na têmpera;
▪ Melhoria da usinabilidade;
▪ Refino das estruturas brutas de fusão;
▪ Obter propriedades mecânicas desejadas.
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Têmpera
✓ Consiste em resfriar o aço, após a austenitização, a uma
velocidade suficientemente rápida para evitar as
transformações perlíticas e bainíticas.
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Os aços C para têmpera apresentam teor de C maior que 0,3%.
Têmpera
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(a) TTT do aço AISI 1050 e (b) TTT do aço AISI 4340.
Têmpera
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Efeito do teor de C
(a) Efeito do teor de C nas temperaturas Mi e Mf e (b) efeito do teor de C na
dureza dos aços carbono.
Têmpera
✓ Mais comuns são:
▪ Água (puro, com adição de sal ou com adição de
polímeros);
▪ Óleo;
▪ Ar.
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Meios de Têmpera
Têmpera
1. Formação de filme contínuo de vapor:
▪ Baixa taxa de resfriamento → adição de KCl ou LiCl pode
suprimir este estágio;
▪ Não é observado em banho de sal fundido.
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Estágios da têmpera em meio líquido
Agitação da peça em minimiza este problema nos banhos de água.
Têmpera
2. Nucleação de bolhas:
▪ O filme de vapor colapsa (formando bolhas) e a taxa de
resfriamento aumenta.
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Estágios da têmpera em meio líquido
Neste estágio a agitação também é importante para evitar pontos moles.
Têmpera
3. Resfriamento convectivo:
▪ Começa quando a temperatura da superfície fica abaixo
do ponto de ebulição do meio.
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Estágios da têmpera em meio líquido
O uso de polímeros solúveis em água permite taxas de resfriamento 
intermediárias entre água e óleo.
Têmpera
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Estágios da têmpera em meio líquido
Têmpera
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Estágios da têmpera em meio líquido
Têmpera
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Estágios da têmpera em meio líquido
Têmpera
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Efeito do diâmetro da barra e do meio
refrigerante nas curvas de
resfriamento do aço 1045 (centro das
barras).
Têmpera
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Estágios da têmpera em meio líquido
Temperatura e taxa de resfriamento medidas no centro de uma barra de 25 mm.
Têmpera
A severidade de resfriamento faz surgir gradientes acentuados
entre centre e superfície que implicam em tensões internas
associadas à:
▪ Contração do aço durante o resfriamento;
▪ Expansão associada à transformação martensítica;
▪ Mudanças bruscas de secção (concentradores de
tensão).
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Tensões na têmpera
Os gradientes de temperatura serão tanto maiores quanto mais severo o 
meio de têmpera.
Têmpera
A tensões podem provocar:
▪ Deformação plástica→ empeno da peça;
▪ Ruptura→trincas de têmpera;
▪ Tensões residuais.
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Tensões na têmpera
O terceiro estágio é o mais importante pois ocorre a transformação 
martensítica. Ideal que seja lento (não há risco de ocorrer outras 
transformações)!
Têmpera
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Tensões na têmpera
Trinca de têmpera em grão austenítico “anterior” (crescimento excessivo).
Têmpera
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Tensões na têmpera
Têmpera
Capacidade de endurecimento → capacidade de formar
martensita a uma dada profundidade.
✓ Métodos:
▪ Taxa de resfriamento crítico;
▪ Ensaio Grossmann;
▪ Ensaio Jominy.
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Temperabilidade
Têmpera
Menor taxa de resfriamento que pode ser utilizada para obter
uma microestrutura martensítica. Aplicado utilizando curvas
TRC (resfriamento contínuo).
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Taxa de resfriamento crítico
Diagrama TRC do aço 1045. A taxa
crítica seria 7000 °C/min ou 110 °C/s.
Quantidade pequena de 
curvas TRCs disponíveis.
Têmpera
Resfriar a partir do estado
austenítico uma série de CPs c/
diâmetros crescentes. São
levantadas curvas diâmetro vs
dureza no centro. Na inflexão
define-se o diâmetro crítico – Dc.
Quanto > Dc > a temperabilidade.
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Ensaio Grossmann
Têmpera
É usado uma barra de 1´´ x ¼´´. A barra é austenitizada e
resfriada em condições padronizadas. É feio uma trilha
retificada e mede-se a dureza a partir da extremidade.
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Ensaio Jominy
Têmpera
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Ensaio Jominy
Têmpera
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Ensaio Jominy
Os dois aços possuem a mesma dureza superficial, mas 
qual apresenta maior temperabilidade?
Têmpera
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Ensaio Jominy
Por que pode haver dispersão nos resultados?
Têmpera
Para aumentar a temperabilidade deve-se deslocar a curva TTT
para a direita.
▪ Elementos de liga dissolvidos na austenita;
▪ Granulação grosseira da austenita (< área de nucleação);
▪ Homogeneidade da austenita→ dificulta a nucleação.
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Fatores que afetam a temperabilidade
Têmpera
Depende do tempo e da temperatura.
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Crescimento do grão austenítico
Para aumentar a 
temperabilidade são 
empregados elementos de liga!
Têmpera
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Crescimento do grão austenítico
Identifique o “antigo” grão austenítico 
nas 3 microestruturas.
Têmpera
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Crescimento do grão austenítico
O tamanho de grão austenítico tem forte efeito na ductilidade de aços alto C.
Revenimento
A martensita é extremamente dura e frágil → baixa tenacidade
→ sem emprego prático.
O revenimento consiste em aquecer o aço até uma
temperatura abaixo de A1 mantendo até a equalização da
temperatura e obtenção das propriedades desejadas.
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Revenimento
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Ciclo térmico
Ciclo de têmpera + revenimento.
Revenimento
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Efeito nas propriedades
Variação das propriedades mecânicas do aço 4340 em função da temperatura 
de revenimento
Revenimento
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Efeito nas propriedades
Efeito do tempo de revenimento na dureza de uma aço com 0,82 %C em 
diferentes temperaturas.
Revenimento
Durante o revenimento, é fornecido energia para a difusão do C que
precipita como carboneto → conduz para uma diminuição de
dureza.
1. Até 250 °C:
▪ Aços baixo C (< 0,2%p.) ocorre segregação sem precipitação.
▪ Aços com C > que 0,2%p. ocorre precipitação de carboneto ε
(hexagonal de corpo centrado). O teor de C da martensita é
reduzido perdendo parcialmente sua tetragonalidade.
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Transformações no revenimento de aços carbono
Revenimento
2. De 200 a 300 °C:
▪ Austenita retida é decomposta → ferrita e cementita
com características de bainita.
3. De 200 a 350 °C:
▪ Precipitação de carbonetos na forma de barras e
martensita perde tetragonalidade (transforma-se em
ferrita).
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Transformações no revenimento de aços carbono
Revenimento
4. De 350 a 700 °C:
▪ Coalescimento da cementita → esferoidal (300 a 400
°C);
▪ Redução na densidade de discordâncias (350 a 600 °C);
▪ Recristalização (600 a 700 °C) → ferrita equiaxial com
cementita esferoidal nos contornos e no interior do grão.
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Transformações no revenimento de aços carbono
Revenimento
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Transformações no revenimento de aços carbono
Dureza e transformações do revenimento em aços C, aquecidos entre 100 e 700 °C.
Revenimento
✓ Aços de alta temperabilidade podem ser revenidos mais de
uma vez.
▪ No primeiro revenimento ocorre alívio de tensões e
precipitação de carbonetos na austenita retida
(aumentando Mi) → durante o resfriamento forma mais
martensita;
▪ O segundo revenimento tem função de revenir a nova
martensita.
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Revenimento múltiplo