MCM003P - Tratamentos Térmicos dos Aços

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PROJETO DE MCM003P 
TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS 
 
Nome:​ ​Lucas Macedo Alencar N°: 2019012888 Turma: 06 
Nome:​ Vitória Ademarina Gomes Leal N°: 2019011808 Dupla: 04 
 
 
 
 
 
Cinco (05) Fatores a serem considerados para o sucesso dos Tratamentos Térmicos 
 
 
FATORES 
1 –​ VELOCIDADE DE AQUECIMENTO 
O aquecimento pode ser realizado de modo ​RÁPIDO, INTERMEDIÁRIO ​ou​ LENTO. 
Aquecimento Rápido ​→ o forno já está ligado e à temperatura escolhida para o tratamento térmico. 
Abre-se a porta do forno e coloca-se a peça em seu interior. Ela sofre um grande choque térmico. 
Aquecimento Lento ​→ No instante em que ligamos o forno coloca-se a peça em seu interior. Ambos 
(peça e forno) demoraram horas para se atingir a Temperatura do Tratamento Térmico ( em fornos 
grandes esse tempo poderá chegar a 10 horas). 
Aquecimento Intermediário (ou escalonado) ​→ ​há fornos que podem ser programados, por exemplo, 
podemos programá-lo para aquecer da temperatura ambiente até 500°C em 1,5 horas, permanecer 
por 45 min a essa temperatura, depois aquecer a 750°C em 1 hora, permanecer 45 min a essa 
temperatura e finalmente aquecer até a 900°C em 1 hora. 
 
Cabe a vocês pesquisarem as vantagens e as desvantagens do aquecimento rápido e do lento! 
E essas informações deverão constar do trabalho entregue pela dupla. 
 
 
2 -​ TEMPERATURA DO TRATAMENTO TÉRMICO (T​T T ​) 
Cada tratamento térmico, e em função da composição química do aço, tem uma Temperatura 
adequada para a sua realização. Essas temperaturas recomendadas são tabelas em catálogos de 
fabricantes de aços e nos livros recomendados. 
 
3 - ​TEMPO DE ENCHARQUE OU DE ENCHARCAMENTO 
O tempo de encharque ou de encharcamento é o tempo em que a peça deverá permanecer na 
temperatura especificada para o tratamento térmico e é o tempo estritamente necessário para 
uniformizar a temperatura em toda a seção da peça, evitando-se assim austenitização incompleta 
(tempos menores que o necessário) ou crescimento de grão (tempos muito grandes). 
Normalmente esse tempo é calculado das seguintes maneiras: 
- Deixa-se a peça a essa temperatura por 20 min por cada cm da maior espessura da peça. 
- Ou de acordo com os americanos: 1 hora para cada polegada da maior espessura da peça. 
 
4 - ​VELOCIDADE DE RESFRIAMENTO 
É a etapa mais importante dos tratamentos térmicos porque é ela que define o tratamento que está 
sendo realizado. Em função da velocidade de resfriamento é que irão se formar as microestruturas 
que irão proporcionar as propriedades desejadas nas peças. 
Dentre eles podemos citar: 
- Resfriamento lento (dentro do forno desligado) ​→​ ​RECOZIMENTO. 
- Resfriamento ao ar ​→​ ​NORMALIZAÇÃO. 
- Resfriamentos rápidos: ​-​ em água ​→​ ​TÊMPERA EM ÁGUA. 
 - em óleo ​→​ ​TÊMPERA EM ÓLEO​. 
 - salmoura ​→ ​TÊMPERA EM SALMOURA. 
 - ao ar ​→​ ​TÊMPERA AO AR. 
 - dentre outras. 
 
5 - ​ATMOSFERA DO FORNO 
Se houver a presença do ar dentro do forno, em altas temperaturas o oxigênio do ar ataca a superfície 
da peça e rouba o carbono (na forma de CO ou CO​2​) e ainda ataca o ferro formando, por exemplo, 
Fe​2​O​3​ que são as carepas que se soltam facilmente da superfície da peça. 
Se você for temperar um aço SAE 1045, por causa da descarbonetação a superfície descarbonetada 
passará a ser um aço SAE “mil e nada”, portanto a superfície NÃO pegará têmpera, justo a superfície 
que precisa resistir ao desgaste. E quanto ao desprendimento das cascas de óxido, a peça passará a 
ter dimensões menores que as necessárias ao projeto. 
Descarbonetação ​→​ reprova a peça no controle de qualidade. 
Oxidação do ferro ​→​ reprova a peça no controle dimensional. 
 
Existem várias maneiras de proteger a peça dentro do forno, peço a vocês que pesquisem sobre isso!! 
Bibliografia indicada: Livro Aços e Ferros Fundidos – Vicente Chiaverini – capítulo “Prática dos 
Tratamentos Térmicos”. 
 
 
 
 
PROJETO DE TRATAMENTO TÉRMICO DO EIXO ABAIXO 
 
 
 
Figura 01 – Eixo escalonado fabricado em aço. 
Dimensões em (mm) 
 
PROJETO PROPOSTO 
Cada dupla deverá analisar a fabricação do eixo escalonado com os respectivos aços e 
tratamento(s) térmico(s) indicado(s). 
A DUPLA deverá projetar de modo completo e correto o(s) Tratamentos Térmico(s) indicado(s), 
levando-se em consideração principalmente os CINCO (05) FATORES PARA O SUCESSO DO 
TRATAMENTO TÉRMICO e também leve em consideração a seção mais crítica do eixo (A, B ou C). 
A Tabela a seguir serve de referência para que vocês especifiquem e forneçam as informações 
necessárias com uma breve justificativa e com a fonte de consulta que foi utilizada. 
 
 
● Aço SAE 4140: 
 
Caracterizado como sendo de baixa liga, este aço é constituído também de outros elementos, e não 
apenas de ferro e carbono, para aprimorar suas propriedades mecânicas. O aço SAE 4140 contém adições 
de Cromo, Molibdênio e Manganês para aumentar sua resistência e temperabilidade. 
 
 
 
Assim, é amplamente utilizado em componentes para sistemas mecânicos de uso geral onde o uso 
do aço SAE 1045 não se aplica, por conta de sua melhor capacidade de endurecimento em maiores seções 
transversais, resistência à fadiga e a à fratura. Utilizado também em rolamentos, cilindros, engrenagens, 
eixos hidráulicos, eixos furados, anéis, parafusos e porcas. 
A tabela a seguir apresenta os elementos de liga encontrados no aço e suas respectivas 
porcentagens: 
 
Com relação a seção mais crítica para se realizar o tratamento térmico podemos considerar a Seção 
C, por conta de seu diâmetro maior, com relação às demais seções do eixo. 
 
Elemento Porcentagem (%) 
Cromo 0.38 a 0.43 
Manganês 0.75 a 1.00 máx 
Carbono 0.80 a 1.10 
Silício 0.20 a 0.35 
Molibdênio 0.15 a 0.25 
Enxofre 0.040 máx 
Fósforo 0.035 máx 
Ferro Restante que sobrou 
ORDEM 
DUPLA 04 - Lucas Macedo Alencar/Vitória Ademarina G. Leal 
Aço SAE 4140 
Tratamento(s) 
Térmico(s) 
Têmpera em óleo 
01 
Atmosfera 
do Forno 
Atmosfera Sintética nitrogênio/álcool 
Especificação 
Do Forno 
 
Forno Câmara até 1000°C 
 
02 
Modo de 
Aquecimento 
 
Intermediário 
 
03 
Temperatura (T​TT​) 
(°C) 
840 – 880°C 
04 
Tempo de Encharque 
(min) 
140 min 
05 
Meio de 
Resfriamento 
(com ou sem 
agitação) 
Meio de resfriamento: óleo, com agitação 
 
Obs: As duplas que só vão realizar um tratamento térmico (duplas do N° 01 ao 21) não 
responderão ao item 08 e, portanto, deverão substituir esse ​item 08 ​por: ​Faixa de dureza 
(HR​B​) do aço conforme adquirido (comprado). 
Informo que os aços recebidos (comprados) vêm no estado normalizado. 
 
Justificativas: 
1. 
● Atmosfera do forno: 
Está se tornando uma prática comum a utilização da atmosfera sintética nitrogênio/álcool, numa 
mistura de nitrogênio e álcool etílico (etanol hidratado), em porcentagens que possibilitem a obtenção das 
seguintes composições: 
CO - 18 a 20% 
 H2 - 32 a 40% 
N2 - 36 a 49% 
CH4 - 1 a 4% 
CO2 + H2 - 0,10 a 0,30% 
O emprego dessas atmosferas é feito em operações de recozimento e têmpera e em tratamentos 
termo-químicos, tais como cementação e carbonitretação. 
● Especificações do forno: 
 
 
 
 
06 
Prováveis 
Microestruturas 
 
Martensita + austenita retida07 
Faixa de Dureza após 
o 1° Tratamento 
(HR​C​) ou (HR​B​) 
53,3 HRc 
08 
Faixa de dureza (HR​B​) 
do aço conforme 
adquirido 
(comprado). 
80 HR​B 
09 
Faixa de Dureza Final 
Vickers (HV) 
569 HV 
10 
Ganho de dureza 
com a Têmpera 
(HV) ou (%) 
413 HV 
Marca Modelo Volume Dimensões 
úteis (mm) 
Dimensões 
externas (mm) 
Peso Potência 
- - LITROS A x L x P A x L x P kg kW 
JUNG TB6510 65 250 x 400 x 
650 
729 x 1084 x 
1170 
236 9 
Características: 
- Fornos tipo Câmara Industrial para até 1000°C 
- Apresentam avançada tecnologia de aquecimento, isolamento e vedação a fim de garantir a 
eficiência energética durante todo o processo. O projeto de cada forno visa o alto desempenho e a 
eliminação das perdas de calor, evitando o desperdício de energia. 
- Termopar (pirômetro) blindado; 
- Sistema de aquecimento elétrico; 
- Estruturas em chapas galvanizadas para mais durabilidade; 
- Baixo consumo de energia: proporcional à carga; 
- Acionamento dos elementos de aquecimento com Relê de Estado Sólido (RES); 
- Sistema exclusivo de isolamento térmico de alta eficiência que não superaquece a estrutura 
externa; 
- Distribuição uniforme do calor para melhor homogeneidade dentro do forno. 
 
Referências utilizadas: 
- Site de fabicante: ​https://www.jung.com.br/industrial/produto/fornos-camara-ate-1000-ac-1200-ac-e-1300-ac/ 
- Artigo: CARACTERIZAÇÃO DO AÇO SAE-4140 TEMPERADO EM ÁGUA, SALMOURA E ÓLEO E, POSTERIORMENTE, 
REVENIDO 
 
2. Modo de aquecimento 
O tempo na temperatura de TT depende muito das dimensões da peça e da microestrutura 
desejada. 
- Muito longo: maior a segurança da completa dissolução das fases para posterior transformação, 
crescimento de grão, oxidação dos contornos de grão e descarbonetação da superfície. 
- Muito curto: material não austenitiza completamente/homogeneamente (núcleo pode manter a 
estrutura original). 
Antes de se iniciar a etapa de aquecimento, deverão ser observados alguns cuidados, por exemplo: 
 
 
https://www.jung.com.br/industrial/produto/fornos-camara-ate-1000-ac-1200-ac-e-1300-ac/
 
- Limpeza: Devem ser eliminadas matérias estranhas presentes na superfície das peças, como resíduos de 
óleo, restos de superfície bruta, cascas de óxido, etc. Os resíduos de óleo ou graxa, normalmente são 
removidos com lavagem em água quente de preferência soda, ou algum detergente. Restos de superfície 
bruta devem ser eliminados por usinagem das peças pois podem dar origem a trincas. As cascas de óxido 
são retiradas com escovas de aço ou jato de areia. 
- Usinagem: As peças a serem temperadas, não devem apresentar cantos vivos, sulcos de usinagem ou 
rebarbas. 
- Identificação: Evitar a gravação de letras ou números nas peças, pois estes são concentradores de tensões 
originando trincas. 
- Carregamento: Deverão ser providenciados dispositivos para que as peças fiquem bem apoiadas ou 
suspensas e que facilitem a remoção da peça no meio de aquecimento para o meio de resfriamento. 
Somente após estes cuidados, deve-se iniciar a etapa de aquecimento. 
 
 
Referências Utilizadas: 
- Aula Professor Marcondes - Tratamento Térmico 
http://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/TM206/Prof_Marcondes/TT.pdf 
- Site Temperjato: Tratamento de Metais LTDA 
https://www.temperjato.com.br/index.php/tratamentos/tratamentos-termico#:~:text=A%20velocidade%20de%20a
quecimento%20deve,s%C3%A3o%20as%20temperaturas%20de%20recozimento 
 
 
3. Temperatura (T​TT​) 
A determinação da temperatura de aquecimento depende do tratamento que será realizado, 
podendo esse ser aquecimento para a austenitização e aquecimento para alívio de tensões. O primeiro 
para obtenção de microestrutura austenítica para posterior resfriamento, e o segundo para 
ressolubilização de carbono e carbonetos, diminuindo tensões internas. 
A temperatura de austenitização é determinada de acordo com as linhas de transformação 
detalhadas de uma aproximação na região de transformação austenítica do diagrama Fe-C. Para os aços 
hipoeutetóides estabelecem-se temperaturas entre A3, final do campo intercrítico, e no máximo 50°C 
acima da temperatura da linha A3, representado pela linha 15 Ac3. E para os aços hipereutetóides 
estabelecem-se temperaturas entre a linha ACM, final da transformação da cementita em austenita, e no 
máximo a temperatura da linha AcCM, temperatura máxima de transformação da cementita em austenita 
(CALLISTER, 2008). 
Para ser realizado o tratamento térmico de têmpera no material este deve ser aquecido até a 
temperatura de austenitização, que varia entre 840°C e 880°C. Para o resfriamento em óleo, pode-se 
escolher entre a temperatura de 840°C e 880°C, pois ambas são eficientes para aumentar a dureza, sem a 
ocorrência de trincas. 
 
 
http://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/TM206/Prof_Marcondes/TT.pdf
https://www.temperjato.com.br/index.php/tratamentos/tratamentos-termico#:~:text=A%20velocidade%20de%20aquecimento%20deve,s%C3%A3o%20as%20temperaturas%20de%20recozimento
https://www.temperjato.com.br/index.php/tratamentos/tratamentos-termico#:~:text=A%20velocidade%20de%20aquecimento%20deve,s%C3%A3o%20as%20temperaturas%20de%20recozimento
 
Referências utilizadas: 
- Livro: Ciência e Engenharia dos Materiais: Uma Introdução - CALLISTER. 5.ed, 2008 
- Trabalho de Conclusão de Curso: INFLUÊNCIA DO TEMPO DE ENCHARQUE NO REVENIMENTO NAS PROPRIEDADES 
MECÂNICAS DO AÇO SAE4140 TEMPERADO EM ÓLEO, 2014 
http://www.demat.cefetmg.br/wp-content/uploads/sites/25/2018/06/TCCII_1%C2%BA_2014_Paula-Lopes-Ruas_Pr
of-Elaine-Carballo-Siqueira-Correa.pdf 
- Trabalho de Conclusão de Curso: INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS DE TEMPERATURA E RESFRIAMENTO DE TÊMPERA 
EM AÇO SAE 4140, 2017 
http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/8773/1/GP_COEME_2017_1_05.pdf 
 
4. Tempo de Encharque 
O tempo de encharque ou de encharcamento é o tempo em que a peça deverá permanecer na 
temperatura especificada para o tratamento térmico e é o tempo estritamente necessário para 
uniformizar a temperatura em toda a seção da peça, evitando-se assim austenitização incompleta (tempos 
menores que o necessário) ou crescimento de grão (tempos muito grandes). Normalmente esse tempo é 
calculado da seguinte maneira: 
- Deixa-se a peça a essa temperatura por 20 min por cada cm da maior espessura da peça. 
Maior espessura da peça: 70mm (7cm) 
Portanto: Será necessário um tempo de encharque de 140 min. 
 
Referência utilizada: 
- De acordo com as informações contidas neste material. 
 
5. Meio de Resfriamento (com ou sem agitação) 
Como especificado para a dupla, o meio de resfriamento é o óleo. 
Outro fator a ser levado em conta é a agitação do meio de resfriamento ou do movimento da peça 
no interior desse meio. Nessas condições o resfriamento é mais rápido e, além disso, tem-se maior 
garantia de um melhor contato entre todas as partes da peça e o meio de resfriamento (óleo). 
A maneira exata de agitação vai depender muito da severidade de têmpera que se deseja obter no 
processo. A tabela abaixo compara os valores de severidade da têmpera (H). 
 
 
 
 
http://www.demat.cefetmg.br/wp-content/uploads/sites/25/2018/06/TCCII_1%C2%BA_2014_Paula-Lopes-Ruas_Prof-Elaine-Carballo-Siqueira-Correa.pdf
http://www.demat.cefetmg.br/wp-content/uploads/sites/25/2018/06/TCCII_1%C2%BA_2014_Paula-Lopes-Ruas_Prof-Elaine-Carballo-Siqueira-Correa.pdf
http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/8773/1/GP_COEME_2017_1_05.pdf
 
Tabela 1- Severidadede têmpera de diferentes meios (valores típicos de H) 
Referências utilizadas: 
- Revista Geologia e Metalurgia: TRATAMENTO TÉRMICO DOS AÇOS: RECOZIMENTO, NORMALIZAÇÃO, TÊMPERA E 
REVENIDO; COALESCIMENTO 
http://sites.poli.usp.br/geologiaemetalurgia/Revistas/Edi%C3%A7%C3%A3o%2011/artigo11.4.pdf 
- Trabalho de Conclusão de Curso: INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS DE TEMPERATURA E RESFRIAMENTO DE TÊMPERA 
EM AÇO SAE 4140, 2017 
http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/8773/1/GP_COEME_2017_1_05.pdf 
- Livro: Aços e Ferros Fundidos - Vicente Chiaverini 
 
6. Prováveis Microestruturas 
Os tratamentos térmicos de têmpera realizados tanto em água como em óleo produzem 
microestruturas de martensita, responsável pelo aumento de dureza. Porém, quando temperado em óleo, 
aparentemente apresenta maior quantidade de austenita retida. 
- Micrografias do aço SAE 4140 temperado em óleo com aumento de 750x e 1500 x, 
respectivamente: 
 
 
 
 
 
 
 
 
http://sites.poli.usp.br/geologiaemetalurgia/Revistas/Edi%C3%A7%C3%A3o%2011/artigo11.4.pdf
http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/8773/1/GP_COEME_2017_1_05.pdf
Referências Utilizadas: 
- Artigo: CARACTERIZAÇÃO DO AÇO SAE-4140 TEMPERADO EM ÁGUA, SALMOURA E ÓLEO E, POSTERIORMENTE, 
REVENIDO 
- Artigo: INFLUÊNCIA DE TRATAMENTOS TÉRMICOS NA MICROESTRUTURA E PROPRIEDADES MECÂNICAS DO AÇO 
SAE 4140 
http://www.metallum.com.br/22cbecimat/anais/PDF/304-264.pdf 
 
7. Faixa de Dureza após o 1° Tratamento 
A dureza Rockwell C para o aço temperado em óleo foi de 53,3 HRC, de acordo com os ensaios de 
dureza realizados para desenvolvimento do artigo: INFLUÊNCIA DE TRATAMENTOS TÉRMICOS NA 
MICROESTRUTURA E PROPRIEDADES MECÂNICAS DO AÇO SAE 4140. 
8. Faixa de Dureza (HR​B​) do aço conforme adquirido (comprado) 
Fonte pesquisada: ​http://www.qualinox.com.br/acos-especiais-ligados.htm 
9. Faixa de Dureza Final Vickers 
Conversão da dureza Rockwell C 53,5 HRC para a escala de dureza Vickers com auxílio de uma 
tabela de comparação de dureza de aços. 
 
 
http://www.metallum.com.br/22cbecimat/anais/PDF/304-264.pdf
http://www.qualinox.com.br/acos-especiais-ligados.htm
 
Referência utilizada: 
- Tabela de comparação de dureza 
http://www.mitsubishicarbide.com/application/files/8114/8185/3771/tec_hardness_comparison_pt-br.pdf 
 
10. ​Ganho de Dureza com a Têmpera 
Conversão dos valores encontrados para a escala Vickers (HV). Dessa maneira é possível fazer a 
subtração da dureza encontrada após a têmpera e a presente no aço fornecido (normalizado) e encontrar 
assim, o ganho de dureza com a têmpera. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
http://www.mitsubishicarbide.com/application/files/8114/8185/3771/tec_hardness_comparison_pt-br.pdf
 
- Gráfico de variação das durezas em função dos tratamentos térmicos realizados no aço 
SAE 1045: