Tratamentos térmicos dos aços

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1 Tratamentos térmicos dos aços Recozimento Aquecimento a Trec., seguido de arrefecimento lento Rec. relaxação de tensões Rec. esferoizidação Rec. completo Normalização Rec. após deformação plástica Têmpera Austenitização seguida de arrefecimento rápido Têmpera Revenido Martêmpera Austêmpera

2 Recozimento recozimento: aquecimento a Trec., seguido de arrefecimento lento Relaxação de tensões Reduz tensões causadas por: - Deformação plástica - Contracção de arrefecimento - Transformações de fase Aquecer ligeiramente abaixo de T E ( C) Recozimento após deformação plástica a frio Elimina os efeitos do encruamento causado por deformação plástica a frio (recuperação/recristalização) Aplicável a ligas macias Al, Ti, Cu Tipos de recozimento Esferoidização Amacia os aços para aumentar a sua maquinabilidade Aquecer ligeiramente abaixo de T E & manter durante h (esferoidiza e cementite) Recozimento completo aquecimento no domínio de γ ou γ + Fe 3 C, seguido de arrefecimento em forno de modo a obter perlite grosseira Normalização aquecimento no domínio de γ, seguido de arrefecimento ao ar de modo a obter perlite fina 2

3 Recozimento Normalização Recozimento completo Esferoidização Relaxação de tensões 3

4 Recozimento de esferoidização Cementite esferoidizada e ferrite α 4

5 Efeito da deformação plástica a frio Tensão de cedência (σ c ) aumenta Tensão máxima (σ max ) aumenta Ductilidade (ε f ) diminui encruamento Grãos alongados def. Tensão (MPa) não def. Extensão 5

6 Recozimento após deformação plástica a frio tratamento de 1 h à T rec... elimina os efeitos do encruamento diminui σ max e aumenta extensão à fractura tensão max (MPa) temperatura (ºC) tensão max ductilidade ductilidade (%ε f ) 3 etapas: - Recuperação - Recristalização - Crescimento de grão 6

7 Recuperação Relaxação de tensões internas Redução da densidade de deslocações: rearranjo em configurações de menor energia; aniquilação em defeitos pontuais Tensão max diminui e ductilidade aumenta 7

8 Recristalização Formação de novos grãos à custa dos grãos deformados que: - têm baixa densidade de deslocações - são pequenos - não são deformados 0.6 mm 0.6 mm Latão com 33% deformaçao a frio Novos grãos nucleiam após 3 sec. a 580 C 8

9 Recristalização Os grãos deformados são substituídos por grãos novos 0.6 mm 0.6 mm Após 4 s Após 8 s 9

10 Crescimento de Grão Para tempos maiores, os grãos maiores crescem à custa dos menores. 0.6 mm 0.6 mm Após 8 s, 580ºC Após 15 min, 580ºC 10

11 º T R = temperatura de recrstalização T R º 11

12 Têmpera e Revenido têmpera revenido 12

13 Revenido da Martensite O reaquecimento da martensite promove difusão de C: reduz tensões internas causadas pela têmpera, reduz a dureza e a fragilidade da martensite σ max e σ ced diminuem e a ductilidade aumenta σ max (MPa) σ ced (MPa) σ max σ ced %def T ( C) %deformação 9 µm produz partículas de carbonetos muito finas numa matriz de α 13

14 Martêmpera e Austêmpera Martêmpera Austêmpera Minimiza gradientes térmicos na peça que podem causar distorções e formação de fissuras na superfície. Martensite Alternativa à têmpera + revenido. Material com maior ductilidade e tenacidade e menos distorções. Bainite 14

15 Tratamentos Térmicos dos Aços a) Recozimento b) Normalização c) Têmpera d) Revenido T( C) 800 Austenite (estável) A P 600 B 400 A T E c) M + A M + A b) a) tempo (s) 0% 50% 90% 15 d)

16 Transformações da austenite Austenite (γ) Arrefecimento lento Perlite (α + Fe 3 C lamelar) + fase primária Arrefecimento moderado Bainite (α + cementite não lamelar) Arrefecimento rápido Martensite ( α TCC transf. sem difusão) Resistência Martensite Martensite revenida Bainite Perlite fina Perlite grosseira Cementite esferoidizada Ductilidade revenido Martensite revenida (α + carbonetos) 16

17 Efeito do teor em C Perlite (média) ferrite (macia) Propriedades mecânicas C o < 0.76 wt% C Hipoeutectóide C o > 0.76 wt% C Hipereutectóide Perlite (média) C ementite (dura) σ max (MPa) 1100 σ ced (MPa) 900 Hipo Hiper dureza %ε f 100 Hipo Hiper wt% C wt% C Maior % C: σ max, σ ced e dureza aumentam, % extensão fractura diminui 17

18 Propriedades mecânicas Perlite fina vs perlite grosseira vs esferoidite Hipo Hiper 90 Hipo Hiper 320 Dureza Brinell Perlite fina perlite grosseira esferoidite Ductilidade (%) esferoidite Perlite grosseira wt%c Dureza: Ductilidade: fina > grosseira > esferoidite fina < grosseira < esferoidite Perlite fina wt%c 18

19 Propriedades mecânicas Perlite fina vs Martensite: Hipo Hiper Dureza Brinell martensite perlite fina wt% C Dureza: perlite fina << martensite 19

20 Taxonomia dos Metais Ligas Metálicas Ferrosas Não-ferrosas Aços Ferros fundidos Cu Al Mg Ti Ni etc < 2 wt% C wt% C δ T( C) L microestrutura: ferrite, grafite, cementite γ austenite γ+l 1148 C 4.30 L+Fe 3 C Eutectico α 800 ferrite C γ+fe 3 C Eutectóide: α+fe 3 C Fe 3 C cementite (Fe) C o, wt% C 20

21 Aços Baixa liga Ligados baixo teor C <0.25 wt% C Med teor C wt% C Alto teor C wt% C Nome Elementos de liga baixo C Rápidos (HSLA) Cr,V - Ni, Mo médio C TT alto C ferramentas inoxidável - Cr, Ni Mo Exemplo Temperab Resist. tracção ε fractura Cr, V, Mo, W Cr, Ni, Mo Aplicações autom. estrut. chapa pontes torres Reserv. pressão cambotas porcas martelos serras pistons desgaste Rodas dentadas desgaste brocas serras matrizes Aplic. alta T turbinas fornos Resistência corrosão resistência crescente, custo crescente, ductilidade decrescente 21

22 Ligas Ferrosas Aços e Ferros fundidos Nomenclatura AISI & SAE 10xx Aços Carbono 11xx Aços Carbono (resulfurizados para aumentar a maquinabilidade) 15xx Mn (10 ~ 20%) 40xx Mo (0.20 ~ 0.30%) 43xx Ni ( %), Cr ( %), Mo ( %) 44xx Mo (0.5%) onde xx é o teor em C wt% C x 100 exemplo: aço 1060 aço carbono com 0.60 wt% C Aços inoxidáveis >11% Cr (forma-se camada protectora de óxido de Cr muito resistente à corrrosão) 22

23 Ferros Fundidos Ligas ferrosas com > 2.1 wt% C mais comum wt%c Baixa T F : fáceis de produzir por fundição Cementite decompõe-se em ferrite + grafite Fe 3 C 3 Fe (α) + C (grafite) geralmente processo lento 23

24 Diagrama Equilíbrio Fe-C Estável 1600 T( C) Formação de grafite promovida por Si > 1 wt% arrefecimento lento α + γ γ Austenite γ +L L 1153 C 4.2 wt% C γ + Grafite Liquid + Grafite 740 C α + Grafite (Fe) C o, wt% C

25 Tipos de Ferros Fundidos FF cinzentos Flocos grafite Frágil sob tracção Resistente à compressão excelente amortecedor de vibrações Resistente ao desgaste FF nodulares Adição de Mg ou Ce grafite em nódulos e não em flocos matriz perlítica - maior ductilidade 25

26 Tipos de Ferros Fundidos FF Brancos <1wt% Si mais duros e frágeis mais cementite FF maleáveis Tratamento térmico a ºC grafite em rosetas mais ducteis 26

27 Limitações das Ligas Ferrosas 1) Densidade relativamente elevada 2) Condutividade relativamente baixa 3) Baixa resistência à corrosão 27

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