TRATAMENTOS TÉRMICOS: AÇOS E SUAS LIGAS. Os tratamentos térmicos em metais ou ligas metálicas, são definidos como:
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- Carmem Mota Figueira
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1 TRATAMENTOS TÉRMICOS: AÇOS E SUAS LIGAS Os tratamentos térmicos em metais ou ligas metálicas, são definidos como: - Conjunto de operações de aquecimento e resfriamento; - Condições controladas de temperatura, tempo, atmosfera e velocidade de resfriamento. Objetivo: alterar as propriedades ou conferir características pré-determinadas.
2 Representação esquemática de ciclos de tratamentos térmicos para o aço 4140:
3 Principais objetivos dos tratamentos térmicos dos aços: Remoção de tensões residuais de processos mecânicos de conformação ou térmicos; Refino da microestrutura(diminuição do tamanho de grão); Aumento ou diminuição de dureza; Aumento ou diminuição da resistência mecânica; Aumento da ductilidade; Melhoria da usinabilidade; Aumento da resistência ao desgaste; Melhoria da resistência a corrosão; Melhoria da resistência a fluência; Modificação de propriedades elétricas e magnéticas; Remoção de gases após operações de recobrimento por meio de processos galvânicos(desidrogenação).
4 Efeito do tamanho de grão Austenítico sobre certos característicos dos Aços:
5 Tratamentos Térmicos para Amolecimento do Aço: Amolecimento - (softening) - Redução da dureza; - Remoção de tensões residuais; - Melhoria da tenacidade; - Restauração da ductilidade; - Redução do tamanho do grão ou alteração das propriedades eletromagnéticas do aço. Principais formas de amolecimento do aço: - Recozimento; - Normalização.
6 Influência da temperatura de Recozimento (tempo de 1 h).
7 Tratamentos Térmicos para Endurecimento do Aço: Endurecimento (hardening) - Aumentar a resistência mecânica; - Aumentar a resistência ao desgaste e a resistência à fadiga. O endurecimento é fortemente dependente do teor de carbono do aço e do tamanho de grão da austenita. A presença de elementos de liga possibilita o endurecimento de peças de grandes dimensões, o que não seria possível quando do uso de aços comuns ao carbono.
8 Aços tratados termicamente para resultar Endurecimento: Endurecimento (hardening) Principais formas de endurecimento do aço: - Têmpera (martensita); - Austêmpera (bainita); - Martêmpera (martensita revenida). Endurecimento superficial (que também leva ao aumento da resistência a fadiga) pelos processos de: - Têmpera superficial ou tratamento termoquímico. - Há alteração da composição química da superfície pela difusão de elementos como carbono, nitrogênio e boro.
9 Fatores que afetam os Tratamentos Térmicos Taxa de Aquecimento: - Os tratamentos térmicos dos aços são realizados em temperaturas dentro do campo austenítico; - As velocidades ou taxas de aquecimento dependem: da condutividade térmica do aço; do tamanho e da forma do componente. - Velocidades de aquecimento muito elevadas: podem causar distorções ou, até mesmo, trincas; - Velocidades de aquecimento muito baixas: podem causar crescimento de grão (ex: aços fortemente encruados).
10 Fatores que afetam os Tratamentos Térmicos Tempo de permanência na temperatura de tratamento: - É a soma do tempo para a homogeneização da temperatura no componente e o tempo da transformação de fase; - Períodos superiores a estes, provocam o crescimento do tamanho de grão; - O tempo para a homogeneização de temperaturas é calculado por meio de equações empíricas e o tempo de transformação da austenita é da ordem de alguns segundos.
11 Fatores que afetam os Tratamentos Térmicos Tempo de permanência na temperatura de tratamento: - Equação empírica para a determinação do tempo de permanência aplicada em aços de construção mecânica: Tp = 0,5. eeq Tp: tempo de permanência em [h] eeq: espessura equivalente em polegadas [pol]. Ex. Para um componente com esp. de 50mm (~2 pol.), a espessura equivalente (eeq) é 2 pol. e o tempo de permanência (tp) será de 1h.
12 Fatores que afetam os Tratamentos Térmicos Taxa de resfriamento: - É o fator mais importante do ciclo térmico pois determina a microestrutura final obtida no tratamento térmico. Atmosfera do forno: - A presença de oxigênio: provoca oxidação do ferro e a descarbonetação da superfície do aço. Este efeito é deletério e se manifesta a partir de 500ºC. Em componentes sem o sobre-metal previsto ou no estado acabado são empregados fornos com atmosferas inertes (á base de N2 ou Ar) ou levemente redutoras (contendo H2).
13 TEMPERABILIDADE e ENDURECIBILIADE Temperabilidade: Capacidade do Aço endurecer ou profundidade de endurecimento do material; Endurecibilidade: Capacidade de transformação do constituinte austenítico em martensita; Formação do constituinte com dureza da superfície ao núcleo; A Temperabilidade dos aços deve resultar na máxima profundidade endurecida do material; A Temperabilidade e Endurecibilidade é função: - Resfriamento rápido; - Presença de elementos de liga; - Tamanho de grão do constituinte austenita.
14 TEMPERABILIDADE e ENDURECIBILIADE Dispositivo Jominy para determinação temperabilidade dos aços. - Corpo de prova aquecido a temperatura de austenitização; - Extremidade livre resfriada rapidamente com jato de água. da
15 TEMPERABILIDADE e ENDURECIBILIADE Velocidade de resfriamento de diferentes do corpo de prova em função da porcentagem de carbono:
16 TRATAMENTO TÉRMOFÍSICO Processo realizado em função da variação da temperatura e do tempo. Têmpera; Revenimento; Recozimento; Normalização.
17 TRATAMENTO TÉRMOFÍSICO Têmpera: Obter para as ligas ferro-carbono uma estrutura martensita com resfriamento rápido. Não ocorre a transformação da austenita em seus produtos normais. Objetivos: Aumentar a dureza; Aumentar a resistência mecânica. Consequências: Diminuição da ductilidade; Aumento da fragilidade; Aumento da resistência ao desgaste
18 TÊMPERA PROCEDIMENTOS: - Aquecer o aço num forno com temperatura acima da zona crítica (diagrama de fase TTT), temperatura variando de 750º a 900ºC; - A peça permanece nessa temperatura o tempo necessário para se transformar em austenita; - O tempo de permanência na temperatura constante é função da dureza desejada; - A peça é retirada do forno e mergulhada em meio líquido (água), por exemplo; - Ocorre resfriamento brusco que influenciará nas propriedades finais do material;
19 Estruturas Cristalinas em função da Temperatura e do Tempo para obtenção da Têmpera:
20 Martensita em função da Temperatura, do tempo e da velocidade de resfriamento para curvas TTT Isotérmico:
21 Estrutura Martensita para os aços temperados Para a austenita instável a temperaturas abaixo de Mi (por volta de 300ºC) surge o constituinte martensita; A transformação ocorre a partir da austenita e independe do fator tempo; O resfriamento deve ser rápido de tal forma que a austenita não se transforme antes em outra estrutura. É uma solução super saturada de carbono no ferro-α de aspecto acicular e de reticulado tetragonal
22 Martensita em função da Temperatura, do tempo e da velocidade de resfriamento para curvas TTT Contínuas:
23 Têmpera: Aquecimento em função da % C: Aços hipoeutetóides (<0,77%C) e eutetóides (0,77%C) : A temperatura deve, para cada caso, estar acima da linha de transformação completa da austenita A1. Martensita completa: aços com %C > 0,4; Aços hipereutetóides (>0,77%C): A temperatura deve estar abaixo da linha Acm.
24 Têmpera: Resfriamento em função do meio: O resfriamento deve ocorrer o mais rápido possível, desde que não interfira ou prejudique o material ou a peça (velocidade crítica de resfriamento); Meio de resfriamento / Intensidade relativa: Água a 20ºC 1,0 Água a 40ºC 0,7 Água a 80ºC 0,2 Solução de NaCl a 10% 3,0 Óleo mineral 20~200ºC 0,3
25 CUIDADOS NO RESFRIAMENTO: - O resfriamento brusco provoca o choque térmico; - Esta forma de resfriamento brusco pode provocar danos irreparáveis ao material, porém, o resfriamento brusco é necessário para a formação da MARTENSITA; - Dependendo da composição química do aço, podemos resfriá-lo de forma menos severa, usando óleo ou jato de ar.
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