Cesar Edil da Costa e Eleani Maria da Costa TRATAMENTOS TÉRMICOS T CONTROLE DA MICROESTRUTURA. Finalidade:

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1 TRATAMENTOS TÉRMICOS T E CONTROLE DA MICROESTRUTURA Finalidade: Alterar as microestruturas e como consequência as propriedades mecânicas das ligas metálicas 1

2 OBJETIVOS DOS TRATAMENTOS TÉRMICOST - 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 2

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4 PRINCIPAIS TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOSA Recozimento Normalização Têmpera e revenido Coalescimento ou esferoidização 4

5 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 5

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10 ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO Objetivo Produção de uma estrutura globular ou esferoidal de carbonetos no aço melhora a usinabilidade, especialmente dos aços alto carbono facilita a deformação a frio 10

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12 NORMALIZAÇÃO Objetivos: Refinar o grão Melhorar a uniformidade da microestrutra *** É usada antes da têmpera e revenido 12

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17 RECOZIMENTO 17 Cesar Edil da Costa e Eleani Maria da Costa

18 TÊMPERA E REVENIDO Objetivos: Obter estrutura matensítica tica que promove: - Aumento na dureza - Aumento na resistência à tração - redução na tenacidade *** A têmpera gera tensões deve-se fazer revenido posteriormente 18

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24 REVENIDO *** Sempre acompanha a têmpera Objetivos: - Alivia ou remove tensões - Corrige a dureza e a fragilidade, aumentando a dureza e a tenacidade 24

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27 Meios de Têmpera: Têmpera em água A água é o meio de têmpera mais antigo, mais barato e o mais empregado. O processo de têmpera em água é conduzido de diversas maneiras: por meio de imersão, jatos, imersão ou jatos com água aquecida, misturas de água com sal (salmoura), ou ainda, misturas de água e aditivos poliméricos. Os valores mais elevados de dureza são obtidos por meio de imersão, mantendose a temperatura da água entre 15 e 25ºC e agitação com velocidades superiores à 0,25 m/s. A temperatura, agitação e quantidade de contaminantes da água ou o teor de aditivos são parâmetros controlados periodicamente.

28 Meios de Têmpera: Têmpera em água ÁGUA DESTILADA: A água destilada em contato com o corpo de prova vaporiza absorvendo rapidamente as calorias cedidas. Após este período, a quantidade de vapor produzido que rodeia a peça desacelera os intercâmbios de calor. O vapor escapa e condensa provocando na superfície da água uma agitação intensa e o líquido molha a peça acelerando o resfriamento. Quando a temperatura da superfície do corpo de prova está a mesma temperatura de ebulição do líquido, inicia-se a terceira fase e o resfriamento é muito lento.

29 Meios de Têmpera: Têmpera em água ÁGUA COMUM E ÁGUAS INDUSTRIAIS: Os gases em solução na água desaceleram muito o resfriamento porque eles se misturam ao filme de vapor ao redor da peça aumentando o efeito isolante. Este efeito já é sensível com o ar, sendo acentuado com o oxigênio e com o gás carbônico.

30 Meios de Têmpera: Têmpera em salmoura O termo salmoura ("brine quenching") refere-se á solução aquosa contendo diferentes quantidades de cloreto de sódio (NaCl) ou cloreto de cálcio (CaCl). As concentrações de NaCl variam entre 2 á 25%, entretanto, utiliza-se como referência a solução contendo 10% de NaCl. As taxas de resfriamento da salmoura são superiores às obtidas em água pura para a mesma agitação. A justificativa é que, durante os primeiros instantes da têmpera, a água evapora com contato com a superfície metálica e pequenos cristais de NaCl depositam-se nesta. Com o aumento da temperatura, ocorre a fragmentação destes cristais, gerando turbulência e destruindo a camada de vapor. A capacidade de extração de calor não é seriamente afetada pela elevação da temperatura da solução. De fato, a salmoura pode ser empregada em temperaturas até 90ºC, entretanto, a capacidade máxima ocorre em aproximadamente 20ºC.

31 Meios de Têmpera: Têmpera em salmoura A presença de soda cáustica ou sais como cloreto de sódio aumentam a velocidade de resfriamento devido a que a tensão de vapor destas soluções é maior que a água pura sendo o filme de vapor ao redor da peça menos importante e eliminando-se mais rapidamente. O poder de têmpera perdura até temperaturas mais elevadas.

32 Meios de Têmpera: Banhos metálicos e Sais Fundidos Não há fase vapor nestes banhos. Há apenas um máximo de temperaturas, o qual é favorável para a têmpera do ponto de vista da redução de deformações e trincas de têmpera. Isso explica o êxito da têmpera por etapas efetuado em banho de sal fundido.

33 Meios de Têmpera: Têmpera em óleo Todos os óleos de têmpera têm como base os óleos minerais, geralmente óleos parafínicos. Os óleos de têmpera são classificados em: - óleos de velocidade normal- para aços de alta temperabilidade; - óleos de velocidade média - para aços de média temperabilidade; - óleos de alta velocidade - para aços de baixa temperabilidade; - óleos para martêmpera e - óleos laváveis em água. A maior parte dos óleos de têmpera apresentam taxas de resfriamento menores que as obtidas em água ou em salmoura, entretanto, nestes meios o calor é removido de modo mais uniforme, diminuindo as distorções dimensionais e a ocorrência de trincas.

34 Meios de Têmpera: Têmpera em óleo ÓLEOS DE TÊMPERA: Etapas: - período de vaporização com formação de um filme vapor - período de molhabilidade com eliminação de vapor - período que inicia-se quando a temperatura da superfície do metal é a mesma que a temperatura de ebulição do óleo A duração de cada etapa depende do tipo de óleo utilizado. Mesmo que a velocidade de resfriamento seja suficiente para obter martensita, é prejudicial que o máximo da velocidade de resfriamento se manifeste durante a transformação martensítica, já que esta transformação ocorre com o aumento de volume. Quando se atinge a temperatura Ms, ou seja quando se inicia a transformação martensítica, não é mais necessário que o resfriamento seja rápido.

35 Meios de Têmpera: Têmpera em óleo FATORES INERENTES AO ÓLEO: Fatores físicos e químicos. Fatores físicos são a viscosidade, ponto de fulgor e a temperatura. Fatores químicos se referem a composição dos óleos. Sua influência tem que ver não apenas com as propriedades dos óleos novos mas, também com o comportamento dos óleos durante seu uso. O poder de têmpera diminui depois de alguns meses de uso. Os óleos de Têmpera estão constituídos por óleos minerais, óleos vegetais ou animais, por misturas de ambos ou por misturas de aditivos cujo papel é aumentar a resistência à oxidação, o poder de molhabilidade e a estabilidade.

36 Meios de Têmpera: Cesar Edil da Costa e Eleani Maria da Costa Têmpera em óleo Retenção de vapor durante a têmpera em óleo em uma engrenagem O fenômeno pode ocorrer em diversos meios de têmpera em que ocorre a estagnação do meio. O vapor retido no fundo dos dentes diminui drasticamente a velocidade de resfriamento, favorecendo a ocorrência de microestruturas bainíticas e perlíticas e conseqüentemente, redução de dureza e resistência. Fatores que afetam o resfriamento: A - fluxo de calor vindo do nucleo. A temperatura e a intensidade do fluxo variam com o tempo. B - envelope da vapor devido à baixa agitação. C - bolhas de vapor com movimento restrito e formando-se vagarosamente. D - bolhas de vapor livres.

37 Meios de Têmpera: Polimeros Orgânicos São soluções aquosas de um polímero orgânico mais um aditivo específico que possui uma maior velocidade de resfriamento de alta performance (poly-oxyalkyleno glycol), com a ausência de tensões internas e deformações nas peças. - quando uma peça é imersa na solução, um filme de polímeros se forma na superfície, diminuindo os intercâmbios de calor - após um tempo muito curto, este filme se estabiliza provocando um resfriamento rápido - quando a temperatura cai abaixo de 69-80ºC, o filme se dissolve e o intercâmbio efetua-se por convecção A temperatura ambiente o polímero é totalmente solúvel em água, quando a temperatura se eleva (60-80ºC), torna-se insolúvel.

38 Meios de Têmpera: Polimeros Orgânicos APLICAÇÕES: - peças forjadas para a indústria automobilística - peças pequenas em aço carbono - molas de aço ao Si ou Si+Cr - peças mecânicas em aço ligado - peças temperadas após cementação - barras em aço inoxidável VANTAGENS: - solução não inflamável e não tóxica - ausência de fumaça ou cheiro - não há necessidade de desengraxar as peças antes do revenido - poder de têmpera facilmente adaptável aos diferentes tipos de aços e morfologias das peças.

39 Meios de Têmpera: Têmpera em ar Como a água, o ar é um meio de tempera antigo, comum e barato. A aplicação do ar forçado como meio de têmpera é mais comum em aços de alta temperabilidade como aços-liga e açosferramenta. Aços ao carbono não apresentam temperabilidade suficiente e, conseqüentemente, os valores de dureza após a têmpera ao ar são inferiores aos obtidos em óleo, água ou salmoura. Como qualquer outro meio de têmpera, suas taxas de transferência de calor dependem da vazão. A têmpera em ar é bastante empregada no resfriamento rápido de metais nãoferrosos, em um tratamento denominado solubilização.

40 Meios de Têmpera: Têmpera na zona crítica O aquecimento é realizado em temperaturas insuficientes para a austenitização total (campo γ + α) ou (campo γ + Fe3C), região do diagrama conhecida como zona crítica. Características: - dureza inferior a têmpera convencional devido a presença de ferrita - dependendo-se do tamanho de grão a microestrutura pode exibir propriedades heterogêneas. Recentemente as indústrias automobilísticas vêm empregando uma classe de aços denominada DUAL FASE para fins estruturais (fabricação de chassis, longarinas e componentes da suspensão). Estes aços apresentam tamanhos de grão muito pequenos (endurecimento por refino de grão) e são temperados dentro da zona crítica, durante o último passe de laminação. A microestrutura composta por martensita e ferrita proporciona uma combinação específica entre de resistência mecânica e tenacidade.