Apresentação Tratamentos Térmicos 060409

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Tratamentos Térmicos
Prof. Dr. Carlos Alberto Soufen
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Tratamentos Térmicos
Finalidade:
Alterar as microestruturas e como consequência as propriedades mecânicas das ligas metálicas
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Tratamentos Térmicos
Objetivos :
- Remoção de tensões internas
- Aumento ou diminuição da dureza
- Aumento da resistência mecânica
- Melhora da ductilidade
- Melhora da usinabilidade
- Melhora da resistência ao desgaste
- Melhora da resistência à corrosão
- Melhora da resistência ao calor
- Melhora das propriedades elétricas e magnéticas
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MATERIAL + TRATAMENTO TÉRMICO
O TRATAMENTO TÉRMICO ESTÁ ASSOCIADO DIRETAMENTE COM O TIPO DE MATERIAL.
PORTANTO, DEVE SER ESCOLHIDO DESDE O INÍCIO DO PROJETO
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Fatores de Influência nos Tratamentos Térmicos
Temperatura
Tempo
Velocidade de resfriamento
Atmosfera*
* para evitar a oxidação ou perda de algum elemento químico (ex: descarbonetação dos aços)
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Fatores de Influência nos Tratamentos Térmicos
Tempo: 
 O tempo de trat. térmico depende muito das dimensões da peça e da microestrutura desejada.
	Quanto maior o tempo:
maior a segurança da completa dissolução das fases para posterior transformação
maior será o tamanho de grão
 Tempos longos facilitam a oxidação
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Fatores de Influência nos Tratamentos Térmicos
Temperatura: 
	depende do tipo de material e da transformação de fase ou microestrutura desejada
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Fatores de Influência nos Tratamentos Térmicos
Velocidade de Resfriamento: 
- Depende do tipo de material e da transformação de fase ou microestrutura desejada
- É o mais importante porque é ele que efetivamente determinará a microestrutura, além da composição química do material
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Principais Meios de Resfriamento
Ambiente do forno (+ brando)
Ar
Banho de sais ou metal fundido (+ comum é o de Pb)
Óleo
Água
 Soluções aquosas de NaOH, Na2CO3 ou NaCl (+ severos)
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Como Escolher o Meio de Resfriamento ????
É um compromisso entre:
- Obtenção das caracterísitcas finais desejadas (microestruturas e propriedades),
- Sem o aparecimento de fissuras e empenamento na peça,
- Sem a geração de grande concentração de tensões.
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Principais Tratamentos Térmicos
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1- RECOZIMENTO
 Objetivos:
- Remoção de tensões internas devido aos tratamentos mecânicos
- Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade
- Alterar as propriedades mecânicas como a resistência e ductilidade
- Ajustar o tamanho de grão
- Melhorar as propriedades elétricas e magnéticas
- Produzir uma microestrutura definida
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TIPOS DE RECOZIMENTO
Recozimento para alívio de tensões (qualquer liga metálica)
Recozimento para recristalização (qualquer liga metálica)
Recozimento para homogeneização (para peças fundidas)
Recozimento total ou pleno (aços)
Recozimento isotérmico ou cíclico (aços)
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1.1- RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES
Objetivo
Remoção de tensões internas originadas de processos (tratamentos mecânicos, soldagem, corte, …)
Temperatura
Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase
Resfriamento
Deve-se evitar velocidades muito altas devido ao risco de distorções
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Ex:RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES DOS AÇOS
Temperatura
Abaixo A1 nenhuma transformação (600-620oC)
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INFLUÊNCIA DA TEMPERAT. DE RECOZIM/o NA RESIST. À TRAÇÃO E DUTILID/e
Alívio de Tensões
(Recuperação/Recovery)
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1.2- RECOZIMENTO PARA RECRISTALIZAÇÃO
Objetivo 
 Eliminar o encruam/o gerado pela deformação à frio
Temperatura
Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase
Resfriamento
Lento (ao ar ou ao forno)
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1.3- RECOZIMENTO HOMOGENEIZAÇÃO
Objetivo 
 Melhorar a homogeneidade da microestruturade peças fundidas
Temperatura
Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase
Resfriamento
Lento (ao ar ou ao forno)
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1.4- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO
Objetivo
Obter dureza e estrutura controlada para os aços
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1.5- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO
Temperatura
Hipoeutetóide 50 °C acima da linha A3
Hipereutetóide Entre as linhas Acm e A1
Resfriamento
Lento (dentro do forno)  implica em tempo longo de processo (desvantagem)
Usado para aços
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Resumo dos Tratamentos Térmicos para os Aços - Diagrama de Fases
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1.1- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO
Constituintes Estruturais
Hipoeutetóide ferrita + perlita grosseira
Eutetóide  perlita grosseira
Hipereutetóide cementita + perlita grosseira
* A perlita grosseira é ideal para melhorar a usinabilidade dos aços baixo e médio carbono
* Para melhorar a usinabilidade dos aços alto carbono recomenda-se a esferoidização
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 1.5- RECOZIMENTO ISOTÉRMICO OU CÍCLICO
A diferença do recozimento pleno está no resfriamento que é bem mais rápido, tornando-o mais prático e mais econômico,
Permite obter estrutura final + homogênea
Não é aplicável para peças de grande volume porque é difícil de baixar a temperatura do núcleo da mesma
Esse tratamento é geralmente executado em banho de sais
Usado para aços
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2- ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO
ESFEROIDITA
Objetivo: 
 Produção de uma estrutura globular ou esferoidal de carbonetos 
  melhora a usinabilidade, especialm/e dos aços alto carbono
facilita a deformação a frio
Ceq = ou > 0,5 há a necessidade de esferoidização
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CICLOS ESFEROIDIZAÇÃO
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Usada para aços
3- NORMALIZAÇÃO
 Objetivos:
 Refinar o grão
 Melhorar a uniformidade da microestrutra
**É usada antes da têmpera e revenido
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NORMALIZAÇÃO
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3- NORMALIZAÇÃO
Temperatura
 Hipoeutetóide acima da linha A3
 Hipereutetóide acima da linha Acm*
 *Não há formação de um invólucro de carbonetos frágeis devido a velocidade de refriamento ser maior
Resfriamento
 Ao ar (calmo ou forçado)
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3- NORMALIZAÇÃO
Constituintes Estruturais resultantes
 Hipoeutetóide  ferrita + perlita fina
 Eutetóide  perlita fina
 Hipereutetóide  cementita + perlita fina 
* Conforme o aço pode-se obter bainita
Em relação ao recozimento a microestrutura é mais fina, apresenta menor quantidade e melhor distribuição de carbonetos
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4- TÊMPERA
 Objetivos:
 Obter estrutura matensítica promovendo:
- Aumento na dureza
- Aumento na resistência à tração
- redução na tenacidade
*** A têmpera gera tensões  deve-se fazer revenido posteriormente
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4- TÊMPERA
MARTENSITA
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4- TÊMPERA
Temperatura
 Superior à linha crítica (A1)
* Deve-se evitar o superaquecimento, pois formaria matensita acicular muito grosseira, de elevada fragilidade
Resfriamento
Rápido de maneira a formar martensíta (ver curvas TTT)
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4- TÊMPERA
Meios de Resfriamento
 Depende muito da composição do aço (% de carbono), elementos de liga e da espessura da peça
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Tensões de Têmpera
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TEMPERABILIDADE
CAPACIDADE DE UM AÇO ADQUIRIR DUREZA POR TÊMPERA A UMA CERTA PROFUNDIDADE
EX. COMPARATIVO DA TEMPERABILID/ UM AÇO 1040 E DE UM AÇO 8640
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
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TEMPERABILIDADE
Ensaio Jominy no site:
www.cimm.com.br/material didático
- ALTURA
DO JATO LIVRE É METADE DO CP
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CURVAS JOMINY - AÇOS P/ CONSTRUÇÃO MECÂNICA
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TABELA DE CLASSIFICAÇÃO DE AÇOS LIGADOS PARA CONSTRUÇÃO MECÂNICA NORMA ABNT
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TEMPERABILIDADE DOS AÇOS EM FUNÇÃO DO TEOR DE CARBONO
CURVAS JOMINY PARA AÇOS CARBONO
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5- REVENIDO
*** Sempre acompanha a têmpera
Objetivos:
- Alivia ou remove tensões
- Corrige a dureza e a fragilidade, aumentando a dureza e a tenacidade
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5- REVENIDO
Temperatura
 Pode ser escolhida de acordo com as combinação de propriedades desejadas
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5- REVENIDO
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5- REVENIDO
150- 230°C os carbonetos ε (Fe2,4C) começam a precipitar
	Estrutura: martensita revenida (escura, preta)
		Dureza: 65 RC 60-63 RC
230-400°C os carbonetos Fe3C continuam a precipitar em forma globular (invisível ao microscópio) TROOSTITA
		Dureza: 62 RC 50 RC
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5- REVENIDO
400- 500°C os carbonetos crescem em glóbulos, visíveis ao microscópio SORBITA
		Dureza: 20-45 RC
650-738°C os carbonetos formam partículas globulares ESFEROIDITA
				Dureza: <20 RC
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MICROESTRUTURAS DO REVENIDO
 TROOSTITA E MARTENSITA
SORBITA
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FRAGILIDADE DE REVENIDO
Ocorre em determinados tipos de aços quando aquecidos na faixa de temperatura entre 375-475 °C ou quando resfriados lentamente nesta faixa.
A fragilidade ocorre mais rapidamente na faixa de 470-475 °C 
A fragilidade só é revelada no ensaio de resist. ao choque, não há alteração na microestrutura.
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AÇOS SUSCEPTÍVEIS À FRAGILID/e DE REVENIDO
 Aços -liga de baixo teor de liga
Aços que contém apreciáveis quantidades de Mn, Ni, Cr, Sb*, P, S
Aços ao Cr-Ni são os mais suceptíveis ao fenômeno
*é o mais prejudicial
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COMO MINIMIZAR A FRAGILID/e DE REVENIDO
Manter os teores de P abaixo de 0,005% e S menor 0,01%
Reaquecer o aço fragilizado a uma temperatura de ~600 °C seguido de refriam/o rápido até abaixo de 300 °C .
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6- SOLUBILIZAÇÃO SEGUIDA DE PRECIPITAÇÃO OU ENVELHECIM/o
Consiste na precipitação de outra fase, na forma de partículas extremamente pequenas e uniformemente distribuídas. 
Esta nova fase enrijece a liga. 
Após o envelhecimento o material terá adquirido máxima dureza e resistência.
O envelhecimento pode ser natural ou artificial.
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6- Tratamento térmico de solubiliz. seguido de envelhecim/o
Chamado de 
envelhecimento que pode ser
natural ou artificial
A ppt se dá a T ambiente
A ppt se dá acima da T ambiente por reaquecim/o
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EXEMPLO: Sistema Al-Cu
A fase endurecedora das ligas Al-Cu é CuAl2 () 
Solubiliz/o
5,65%
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7- Outros Tratamentos Térmicos
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TRATAMENTO SUB-ZERO
Alguns tipos de aços, especialmente os alta liga, não conseguem finalizar a transformação de austenita em martensita.
O tratamento consiste no resfriamento do aço a temperaturas abaixo da ambiente
 Ex: Nitrogênio líquido: -196 oC
	Nitrogênio + álcool: até - 78 oC
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 AÇO AISI 1321 cementado  
as linhas Mi e Mf são abaixadas. 
Neste aço a formação da martensita não se finaliza, levando a se ter austenita residual a temperatura ambiente.
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AUSTÊMPERA E MARTÊMPERA
Problemas práticos no resfriamento convencional e têmpera 
 A peça/ parte poderá apresentar empenamento ou fissuras devidos ao resfriamento não uniforme. A parte externa esfria mais rapidamente, transformando-se em martensita antes da parte interna. Durante o curto tempo em que as partes externa e interna estão com diferentes microestruturas, aparecem tensões mecânicas consideráveis. A região que contém a martensita é frágil e pode trincar. 
Os tratamentos térmicos denominados de martempera e austempera vieram para solucionar este problema
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MARTÊMPERA
O resfriamento é temporariamente interrompido, criando um passo isotérmico, no qual toda a peça atinja a mesma temperatura. A seguir o resfriamento é feito lentamente de forma que a martensita se forma uniformemente através da peça. A ductilidade é conseguida através de um revenimento final.
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AUSTÊMPERA
Outra alternativa para evitar distorções e trincas é o tratamento denominado austêmpera, ilustrado ao lado 
Neste processo o procedimento é análogo à martêmpera. Entretanto a fase isotérmica é prolongada até que ocorra a completa transformação em bainita. Como a microestrutura formada é mais estável (alfa+Fe3C), o resfriamento subsequente não gera martensita. Não existe a fase de reaquecimento, tornando o processo mais barato. 
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MARTÊMPERA E AUSTÊMPERA
Alternativas para evitar distorções e trincas
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COMPARAÇÃO DE PROPRIEDADES MECÂNICAS EM DIFERENTES TRATAMENTOS
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CASO PRÁTICO 1
 Faça uma análise do seguinte procedimento adotado por uma empresa.
Peça: eixo (10x100)mm
Aço: SAE 1045
Condições de trabalho: solicitação à abrasão pura
Tratamento solicitado: beneficiamento para dureza de 55 HRC
Condição para têmpera: peça totalmente acabada
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CASO PRÁTICO 2
Qual o tratam/o térmico que você acha mais apropriado para um dado eixo flangeado para reconstituir a homogeneid/e microestrutural, a finalid/e de posteriorm/e efetuar a têmpera?
Informações: A região flangeada apresenta granulação fina e homogênea, resultante do trabalho à quente; já o restante do eixo, não conformado, apresenta microestrutura grosseira e heterogênea, devido ao forjam/o. 
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CASO PRÁTICO 3
Porta insertos de metal duro são usados em estampos progressivos, confeccionados em aço AISI D2 e temperados para 60/62 HRC.
Este tipo de aço costuma reter até 50% de austenita em sua estrutura à temperatura ambiente. Há algum inconveniente disto? Comente sua resposta.
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RESUMOS
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Resfriamento 
Lento 
(dentro do forno)
Resfriamento 
ao ar
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OBRIGADO A TODOS
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