AULA_9-10_MAT_DE_CONST_MEC

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MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICAA9
OCB
Prof. Dr.Odney Carlos Brondino
1Provérbio chinês: 
“Escuto e Esqueço, Vejo e Lembro, Faço e Aprendo.”
OCB
2011
TRATAMENTOS TÉRMICOS
FINALIDADE: Alterar as microestruturas e como consequência as propriedades
mecânicas das ligas metálicas.
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OCB
2011
Os processos termoquímicos mais utilizados são:
1. CEMENTAÇÃO;
2. NITRETAÇÃO;
3. CIANETAÇÃO;
4. CARBONITRETAÇÃO;
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS
OK – APRESENTADO 
AULA ANTERIOR
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4. CARBONITRETAÇÃO;
5. BORETAÇÃO.
Os fatores que influenciam no controle destes tratamentos são:
�O potencial do meio (sólido, líquido ou gasoso), em que a peça está imersa, de 
fornecer o elemento químico (carbono, nitrogênio ou boro).
�A capacidade da peça de absorver este elemento químico. Isto está relacionada com 
a solubilidade e difusão do elemento químico no aço
OCB
2011
�Nitretação é um processo TERMOQUÍMICO que tem como objetivo o endurecimento 
superficial de aços por absorção de nitrogênio.
�Consiste em submeter a peça a uma atmosfera de amônia (em geral NH3), entre 500 
e 570ºC, para formar uma camada dura de NITRETOS.
�Por utilizar temperaturas menores que as da cementação, a nitretação produz menor 
distorção e tem menor tendência a causar trincas no material. 
NITRETAÇÃO
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�Após a nitretação não é necessário a têmpera para produzir o endurecimento na 
camada nitretada.
�As principais razões para se utilizar a nitretação são:
1. Obter altíssima dureza superficial (em torno de 70 Rockwell, HRC ) e alta resistência 
ao desgaste; 2. Melhorar a resistência à fadiga e à corrosão; 3. Obter superfície 
resistente a elevadas temperaturas próximas à de nitretação (500 e 570ºC).
OCB
2011
NITRETAÇÃO
� CARACTERÍSTICAS
→A temperatura de tratamento é inferior à da cementação e a dureza final é maior
→ As peças permanecem nas dimensões e acabamento finais, a distorção é pequena
→ O tempo de permanência em geral é elevado.
→ A espessura da camada nitretada é muito pequena (dificuldades em reafiar a
ferramenta).
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�É realizado em fornos com atmosfera controlada, rica em Nitrogênio - Nitretação
GASOSA (em geral NH3) ou;
� em banhos de sais à base de cianetos – Nitretação LÍQUIDA. 
ferramenta).
→ O custo é muito mais elevado
→ Utiliza substâncias tóxicas
OCB
2011
NITRETAÇÃO GASOSA
Aços empregados: Basicamente são empregados aços que contém elementos 
formadores de nitretos estáveis a temperatura de nitretação como: alumínio, cromo e 
vanádio, classificados em:
1. Aços de baixa liga, contendo alumínio;
2. Aços médio carbono, ao cromo;
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2. Aços médio carbono, ao cromo;
3. Aços e ferramentas com 5% de cromo, do tipo H11, H12 e H13;
4. Aços inoxidáveis ferríticos e martensíticos (série 400);
5. Aços inoxidáveis austeníticos (série 300).
Obs.: Aços carbono em geral não podem ser utilizados na NITRETAÇÃO A GÁS, 
→→→→ formam uma camada nitretada extremamente quebradiça.
OCB
NITRETAÇÃO GASOSA
Na figura abaixo observa-se que a profundidade da camada nitretada é relativamente 
pequena se comparada às cementadas.(máximas de 0,7 e ~6mm, respectivamente).
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OCB
2011
�O aquecimento é feito na mesma faixa de temperatura da nitretação a gás (500 a 
570ºC), utilizando um banho à base de cianeto. Em vista disso adiciona também um 
pouco de carbono à peça.
�Os aços empregados são: aço carbono, aços de baixa liga, aços ferramentas, aços 
inoxidáveis e aços resistentes ao calor. 
�A grande vantagem sobre a nitretação a gás é que, além de utilizar aço carbono, os 
tempos são bem menores. 
NITRETAÇÃO LÍQUIDA
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tempos são bem menores. 
�A desvantagem é que a camada nitretada também é menor (máxima de 15µm contra 
700µm de nitretação a gás).
Material
tempo 
(min)
Temperatura 
(oC)
Camada Nitretada
(µµµµm)
Aço Carbono e baixa liga 60 - 120 565 5 - 15
Aço Ferramenta (estrutural) 30 - 180 535 - 565 2,5 - 8
Aço Ferramenta (para corte) 05 - 30 535 2,5 (Máx.)
Aço Inoxidável e resistente 
ao calor
120 - 240 565 5 - 15
Obs.: ~70 Rockwell, HRC ) 
OCB
2011
� Nitretação parcial
→As partes das peças que não se deseja tratar são cobertas por estanho ou liga
estanho-chumbo (80-20%wt), ou ainda, podem ser cobertas com cobre (com
espessuras entre 0,01 e 0,02mm)
→ O controle é semelhante ao da camada cementada (corpos de prova)
NITRETAÇÃO
Tratamentos térmicos associados
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Tratamentos térmicos associados
→ Antes: têmpera e revenido
→ Após : não é necessário
Tempo, [h] Espessura, [mm ]
10 0,1
25 0,2
40 0,3
50 0,4
65 0,5
96 0,8
TEMPO DE NITRETAÇÃO PARA 
UM AÇO AO CROMO
Obs.: dureza superficial (~70 Rockwell, HRC ) 
OCB
2011�Consiste em aquecer o aço em temperaturas acima de A1, em um banho de sal
fundido, de modo que a superfície do aço absorva carbono e nitrogênio. Após a
têmpera em óleo ou água o aço desenvolve uma camada dura, resistente ao desgaste.
�Os banhos de sal contém cianeto de sódio (30 a 97%), carbonato de sódio (2 a 40%)
e cloreto de sódio (0 a 30%). Estes dois últimos são mais inertes, adicionados para
controlar o ponto de fusão da mistura e sua fluidez.
CIANETAÇÃO
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controlar o ponto de fusão da mistura e sua fluidez.
�As temperaturas utilizadas variam entre 760 a 870ºC e os equipamentos são os
mesmos empregados na cementação líquida.
�O processo é aplicado usualmente aos aços carbono e baixa liga.
�Uma vantagem da cianetação é a menor distorção nas peças produzidas.
Com relação à cementação líquida, a cianetação introduz menos carbono e mais
nitrogênio que esta.
OCB
2011
Profundidade da camada para aços carbono e baixa liga:
A profundidade de penetração do carbono e do nitrogênio e, por conseqüência da 
dureza desejada e estas variam com a temperatura e com o tempo.
CIANETAÇÃO
Temperatura de
Cianetação (oC)
PROFUNDIDADE DA CAMADA (µµµµm)
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Cianetação (oC)
tempo (15min) tempo (30min) tempo (45min)
700 6 12 25
760 34 63 95
815 45 100 120
880 81 120 150
OCB
2011
�Também conhecido como cianetação seca, cianetação a gás ou nitrocarbonetação, é 
um processo de introduzir carbono e nitrogênio no aço a partir de uma mistura gasosa 
apropriada. O carbono provém de um gás rico em carbono e o nitrogênio a partir da 
amônia. 
�É um processo misto de cementação a gás e a nitretação a gás, sendo realizado em 
temperaturas intermediárias entre estes dois processos (700 a 900ºC).
CARBONITRETAÇÃO
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�O objetivo da carbonitretação é formar no aço uma camada resistente ao desgaste de 
0,07 a 0,70 mm. 
�Por empregar temperaturas menores que a cementação gasosa, produz uma menor 
distorção que este processo.
�Os aços utilizados são os das series: 10xx, 41xx, 51xx e, 86xx com teores de carbono 
na faixa de 0,25%, embora em alguns casos aços com até 0,50% C sejam utilizados.
OCB
2011
CARBONITRETAÇÃO
�Por conter nitrogênio, a resistência ao amolecimento pela temperatura é maior em 
peças carbonitretadas que nas cementadas a gás. 
�Também a resistência à fadiga e ao impacto são maiores em peças carbonitretadas 
do que nas cementadas a gás. 
�Em contrapartida a profundidade da camada endurecida é menor que na cementação.
�A vantagem da carbonitretação em relação à cianetação a gás é que esta é mais 
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�A vantagem da carbonitretação em relação à cianetação a gás é que esta é mais 
limpa. Assim, em peças com formas intrincadas ou com pequenos furos a operação de 
retirada do sal da cianetação é difícil, e aí a carbonitretação é mais indicada.
�Os equipamentos utilizados são praticamente os mesmos da cementação a gás, com 
pequenas modificações.
�Os tempos de carbonitretação para os aços carbono e baixa liga variam de 30 
minutos até um máximo de 6 horas.
OCB
2011
�Consiste no enriquecimento superficial em boro no aço pela difusão química, com 
formação de boretos de ferro.
�A boretação pode ser gasosa, líquida ou sólida.
�A boretação gasosa, além de utilizar equipamentos de alto custo, emprega um gás 
100 vezes mais venenoso que o cianogênio.
�A boretação líquida utiliza banhos de sais, não tóxicos, mas apresenta dificuldades de 
introduçãodo boro no aço por formar camadas bifásicas contendo boretos, que 
BORETAÇÃO
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introdução do boro no aço por formar camadas bifásicas contendo boretos, que 
dificultam a penetração do boro.
�Em vista disso, a boretação sólida tem sido a mais empregada. Os meios de
boretação sólida podem contar como fontes de boro as seguintes substâncias: boro
puro, ferroboro, e carboneto de boro.
Como o boro puro é caro (~500 dólares/kg) e o ferro-boro apresenta
dificuldades técnicas em se manter a qualidade em grandes produções, utiliza-se o
carboneto de boro (~80 dólares/kg).
OCB
2011
BORETAÇÃO
�A espessura da camada boretada varia de 10 a 300 µm, embora processos especiais 
permitam obter camadas de até 1 mm de profundidade. 
�O ideal é a formação das camadas monofásicas de Fe2B, pois camadas de FeB são 
mais susceptíveis à formação de trincas.
�A temperatura de boretação varia de 800 a 1050ºC e os tempos, em geral, variam de 
1 a 8 horas.
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�Peças com camadas boretadas de até 150 µm podem ser temperadas em óleo ou ar, 
sem apresentar trincas superficiais. 
�O revenimento deve ser feito em um meio inerte, preferencialmente sob gás protetor 
ou banho de sal neutro.
�A microdureza das camadas boretadas é extremamente alta. (~1700 a 2000 kgf/mm2)
�A camada boretada também apresenta uma grande resistência à corrosão por ácidos 
inorgânicos, como o clorídrico, o sulfúrico e o fosfórico.
OCB
�Os aços empregados na boretação são: aço carbono, aço de baixa liga e aços 
inoxidáveis. 
�Os aços ligados com alumínio e os com mais de 1% de silício não são indicados para 
este processo.
BORETAÇÃO
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OCB
2011
CEMENTAÇÃO
NITRETAÇÃO CIANETAÇÃO CARBONITRETAÇÃO
BORETAÇÃO
Adição de C Adição de N Adição de C e N
Adição de 
C e N Adição de B
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS
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Sólida
Líquida
Gasosa
Plasma
Líquida
Gasosa
Plasma Líquida Gasosa
Sólida
T proces. 
(850-950 °C) 
seguido de 
tempera
Dureza:~65HRC
Camada: 
Até ~6 mm
T proces.
(500-600°C)
Dureza:~1000-
1100HV
Camada: 
Até 1 mm
T proces.
(650-850°C) 
Seguido de 
tempera 
Camada: 
0,1a 0,3 mm 
T proces.
(700-900 °C)
Seguido de 
tempera
Camada:
até 7 mm
T proces.
(~900 °C)
Dureza:
700-2000HV
Camada: 
4 h produz 
100 µm
OCB
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS
RESUMO - TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS MAIS COMUNS E SUAS APLICAÇÕES
Elementos 
Incorporados
Denominação
Fase(s) em que o(s) 
elemento(s) é (são) 
difundido (s)
Aplicações
Carbono - C Cementação austenita
Resistência ao desgaste por atrito; 
Resistência à Fadiga.
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Resistência à Fadiga.
Nitrogênio - N Nitetração Ferrita ou Martensita
Resistência ao desgaste por atrito; 
Resistência à Fadiga; Resistência a 
Corrosão.
Boro - B Boretação austenita
Resistência ao desgaste por atrito; 
Resistência à Fadiga.
Carbono - C 
e Nitrogênio - N
Carbonitretação ou 
nitrocarbonetação 
(MEIO GASOSO)
austenita ou ferrita
Resistência ao desgaste por atrito; 
Resistência à Fadiga.
Carbono - C 
e Nitrogênio - N
Cianetação
Banho de Sais 
Cianetos
austenita
Resistência ao desgaste por atrito; 
Resistência à Fadiga.
OCB
2011
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS
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MICRODURÔMETRO : Microdureza Vickers
OCB
2011
O ensaio de microdureza Vickers utiliza um indentador de diamante piramidal com
ângulo entre as faces opostas de 136º (Fig. a), cuja impressão resulta em uma imagem
projetada de um quadrado (Fig. b).
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS
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Figura – (a) Representações esquemáticas do indentador e da indentação Vickers e (b) 
indentações Vickers realizadas na fase ferrita de um aço inoxidável com cargas de 500, 
300, 100, 50 e 10 gf (da esquerda para a direita).
OCB
2011
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS
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Micrografia: Liga Cu-Be mostrando indentações Vickers (50 gf) na matriz “mole”
(regiões escuras) e na fase intergranular “dura” (regiões claras).
OCB
2011
� Consiste na precipitação de outra fase, na forma de partículas extremamente 
pequenas e uniformemente distribuídas. 
� Esta nova fase enrijece a liga. 
TRATAMENTO TÉRMICO DE SOLUBILIZAÇÃO 
SEGUIDO DE PRECIPITAÇÃO OU ENVELHECIMENTO
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� Após o envelhecimento o material terá adquirido máxima dureza e resistência.
�O chamado envelhecimento pode ocorrer de forma NATURAL (Quando a 
precipitação ocorre a temperatura ambiente) ou 
�ARTIFICIAL: Quando a precipitação ocorre acima da temperatura ambiente por 
reaquecimento.
OCB
2011
TRATAMENTO TÉRMICO DE SOLUBILIZAÇÃO 
SEGUIDO DE PRECIPITAÇÃO OU ENVELHECIMENTO
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OCB
2011
�O objetivo da solubilização é por em solução sólida a maior quantidade possível de 
átomos de soluto, deseja-se dissolver ao máximo possível, todos os elementos 
presentes na liga de alumínio no próprio alumínio, sendo que este deve permanecer no 
estado sólido, onde a fusão ou o super aquecimento, mesmo que sejam parciais ou 
TRATAMENTO TÉRMICO DE SOLUBILIZAÇÃO 
SEGUIDO DE PRECIPITAÇÃO OU ENVELHECIMENTO
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estado sólido, onde a fusão ou o super aquecimento, mesmo que sejam parciais ou 
localizados, devem ser evitados. 
� Essa dissolução dos elementos presentes na liga, leva um determinado tempo, em
temperatura, para ser concluída e esse tempo deve ser o suficiente para que também
haja a total dissolução de todas as fases do metal (estrutura uniforme e monofásica da
solução sólida;
� O processo de solubilização é vital para um perfeito envelhecimento posterior e é um
fator preponderante para o atigimento das características mecânicas desejadas.
OCB
2011
�O Tratamento em aquecer a fase α (alumínio) até que toda a fase θ (AlCu) fique
completamente dissolvida, seguido de um resfriamento rápido (Têmpera) para reter o
soluto em solução e prevenir da formação da fase θ
TRATAMENTO TÉRMICO DE SOLUBILIZAÇÃO 
SEGUIDO DE PRECIPITAÇÃO OU ENVELHECIMENTO
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OCB
2011
Solubilização
SOLUBILIAÇÃO E MECANISMO DE ENDURECIMENTO
SISTEMA AL-CU
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OCB
2011
MECANISMO DE ENDURECIMENTO
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OCB
2011
MICROESTRUTURAS OBTIDAS NA SOLUBILIZAÇÃO 
(Al-4,5Cu)
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� Solubilização a 5000C e 5900C
92,5 µµµµm 92,5 µµµµm
OCB
O envelhecimento tem como objetivo a precipitação controlada da fase endurecedora 
na matriz previamente solubilizada. A temperatura e o tempo de envelhecimento 
determinam a mobilidade dos átomos de Cu, que tendem a formar a fase θ.
ENVELHECIMENTO (Al-4,5Cu)
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OCB
�Nas ligas de alumínio tratáveis, o envelhecimento é realizado em temperaturas de até 
280ºC (dentro do campo α + θ) por um intervalo de tempo precisamente determinado. A 
combinação temperatura e tempo de envelhecimento determinam as características da 
dispersão da fase θ. Para uma determinada temperatura existe um tempo “ótimo” em 
que a dispersão de precipitados é, na maior parte, coerente provocando o 
endurecimento máximo da liga.
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OCB
31
OCB
�O superenvelhecimento é caracterizado pela redução da resistência mecânica
com o tempo de envelhecimento. Quando o tempo de envelhecimento é superior ao
ponto de resistência máxima, os precipitados coerentes de fase θ aumentam de
tamanho e tornam-se incoerentes, diminuindo a resistência mecânica.
SUPERENVELHECIMENTO
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OCB
CORPOS DE PROVA PARA ENSAIO DE CHARPY
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OCB
EQUIPAMENTO UTILIZADO PARA A REALIZAÇÃO DO 
ENSAIO DE CHARPY
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OCB
ENERGIA CONSUMIDA EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA E 
PARA VÁRIOS TEORES DE CARBONO - ENSAIO CHARPY
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C representa o percentual de carbono no aço
OCB
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Máquina de 
ensaio de 
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ensaio de 
tração.