Ciências dos materiais- 232

Transcrição

1 1 Ciências dos materiais- 232 Aula 6 - Tratamentos Térmicos Quinta Quinzenal Semana par 26/05/ Professor: Luis Gustavo Sigward Ericsson Curso: Engenharia Mecânica Série: 5º/ 6º Semestre _CM_Aula06_TratTermico.pdf

2 Aula 6 Revisão Glossário Ferro Puro = até wt% C Aço = and 2.14 wt% C Ferro Fundido = 2.14 and 6.70 wt% C Aços Hipereutetóides Aços eutetóides Aços Hipereutetóides 2

3 Aula 6 Revisão Glossário Ferrita: Ferro no estado alotrópico α, contendo traços de carbono. Possui baixa dureza e resistência à tração, mas elevado alongamento. Magnética até 768ºC. Cementita: É o carboneto de ferro (Fe 3 C) contendo 6,67% de C. Dureza elevada, frágil e é responsável pela elevada dureza e resistência dos aços de alto Carbono, assim como pela sua menor ductilidade. Perlita: É a mistura mecânica de 88% de ferrita e 12% de cementita, na forma lamelar, dispostas alternadamente. As propriedades mecânicas da perlita são, portanto, intermediárias entre as da ferrita e da cementita. Por outro lado as propriedades da perlita dependem muito do espaçamento interlamelar e este por sua vez, da velocidade de resfriamento. Austenita: Consiste de uma solução sólida de carbono no Ferro γ. Possui boa resistência mecânica e apreciável tenacidade. Bainita: Apresenta valores de dureza, e resistência a tração, em geral maiores que a perlita, pois suas partículas de ferrita e cementita são menores. Valores médios de 550 a 375 HB Martensita: É uma fase metaestável composta por ferro que está supersaturada com carbono e que é o produto de uma transformação sem difusão da austenita. A dureza da martensita depende do teor de carbono e dos elementos de liga do aço, sendo que um maior teor de carbono resultará em uma martensita de maior dureza. 3

4 Tratamentos Térmicos Aula 6 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 4

5 Tratamentos Térmicos Propriedades mecânicas dos materiais dependem da composição da liga, da estrutura cristalina e das suas condições de fabricação. 3 ligas de aço comuns no estado recozido com teores diferentes de C: Material s e [N/mm 2 ] %A Fe puro (a) % Fe - 0,2%C (a + Fe 3 C) % Fe - 0,8%C (a + Fe 3 C) % Mesmo aço eutetóide com 3 tratamento térmicos diferentes: Material s e [N/mm 2 ] %A Recozido % Temperado % Temperado e 880 7% 5

6 Tratamentos Térmicos MATERIAL + TRATAMENTO TÉRMICO O TRATAMENTO TÉRMICO ESTÁ ASSOCIADO DIRETAMENTE AO TIPO DE MATERIAL. PORTANTO, DEVE SER ESCOLHIDO DESDE O INÍCIO DO PROJETO 6

7 Fatores que Influenciam nos Tratamentos Térmicos Temperatura Tempo Velocidade de resfriamento Atmosfera* Elementos de liga * para evitar a oxidação ou perda de algum elemento químico (ex: descarbonetação dos aços) 7

8 Fatores que Influenciam nos Tratamentos Térmicos Temperatura Depende do tipo de material e da transformação de fase ou microestrutura desejada. Quanto mais alta a temperatura, acima da zona crítica, maior segurança se tem da completa dissolução das fases na austenita. Por outro lado, maior será o tamanho de grão. 8

9 Fatores que Influenciam nos Tratamentos Térmicos Tempo O tempo de tratamento 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 9

10 Fatores que Influenciam 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. 10

11 Fatores que Influenciam nos Tratamentos Térmicos 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, Na 2 CO 3 ou NaCl (+ severos) 11

12 Fatores que Influenciam nos Tratamentos Térmicos Curvas de Resfriamento 12

13 Fatores que Influenciam nos Tratamentos Térmicos Seleção do meio de resfriamento É um compromisso entre: Obtenção das características finais desejadas (microestruturas e propriedades) Sem o aparecimento de fissuras e empenamento na peça Sem a geração de grande concentração de tensões 13

14 Fatores que Influenciam nos Tratamentos Térmicos Elementos de liga As adições de elementos de ligas (Cr, Ni, Ti, etc.) trazem alterações no diagrama de fases binário para o sistema ferro-cementita. Uma das importantes alterações é o deslocamento da posição eutetóide em relação à temperatura e à concentração de carbono 1100 q o C Aço carbono comum Aço 2,5% Mn Aço 0,3% Ti 900 0, o C 700 0,6 0, o C 700 o C ,5 1,0 1,5 2,0 % C

15 Recozimento O termo recozimento refere-se a um tratamento térmico no qual um material é exposto a uma temperatura elevada por um período de tempo longo e a seguir é lentamente resfriado. Recozimento é realizado para: (1) Remoção de tensões internas devido aos tratamentos mecânicos (2) Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade (3) Alterar as propriedades mecânicas como a resistência e ductilidade 15

16 Recozimento Tipos de Recozimento: Tipo Aplicação q o C Alívio de tensões Qualquer liga metálica 1100 Homogeneização Recristalização Homogeneização Qualquer liga metálica Peças fundidas 900 A 3 A cm Total ou pleno Esferoidização Aços Aços 700 A 1 0,76 Esferoidização Recristalização 727 o C 500 Alívio de tensão % C 0,5 1,0 1,5 2,0 16

17 Recozimento Alívio de tensão q o C Objetivo: Remoção de tensões internas originadas de processos (tratamentos mecânicos, soldagem, corte, ) Temperatura: Abaixo da zona crítica (500 o C a 650 o C) Resfriamento: Deve-se evitar velocidades muito altas devido ao risco de distorções A 3 A 1 0,76 Alívio de tensão A cm 727 o C % C 0,5 1,0 1,5 2,0 17

18 Recozimento Recristalização Objetivo: Elimina o encruamento gerado pela deformação à frio ( amolecer e aumentar a ductilidade de um metal) q o C Utilizado durante procedimentos de fabricação que exigem extensa deformação plástica. Temperatura: Abaixo da zona crítica (550 o C a 700 o C) A 3 A 1 0,76 Recristalização A cm 727 o C Resfriamento: Lento (ao ar ou ao forno) 500 % C 0,5 1,0 1,5 2,0 18

19 Recozimento Homogeneização Objetivo: Melhorar a homogeneidade da microestrutura de peças fundidas através da difusão dos elementos. Utilizado em aços em lingotes que são difíceis de trabalhar a quente. Temperatura: Entre 1050 o C a 1200 o C. Resfriamento: Lento (ao ar ou ao forno) q o C A 3 A 1 Homogeneização 0,76 A cm 727 o C % C 0,5 1,0 1,5 2,0 19

20 Recozimento Recozimento total ou pleno Objetivo: Amolecer o aço Regenerar sua microestrutura apagando tratamentos térmicos anteriores Temperatura: Hipoeutetóides e eutetóides : 50 o C acima do limite superior da zona crítica (linha A 3 ) Hipereutetóides: 50 o C acima do limite inferior da zona crítica (linha A 1 ) Resfriamento: Lento (ao ar ou ao forno) q o C A 3 A 1 0,76 A cm 727 o C 0,5 1,0 1,5 2,0 % C

21 Recozimento Recozimento total ou pleno Constituintes estruturais resultantes Hipoeutetóide -> Eutetóide -> Hipereutetóide-> ferrita + perlita grosseira perlita grosseira cementita + perlita grosseira Ferrite (white) and pearlite in a hot-rolled Fe 0.2% C binary alloy Ferrite (white) and pearlite in a hot-rolled Fe 0.4% C binary alloy Observações: 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. Coarse lamellar pearlite in a hot-rolled Fe 0.8% C binary alloy Intergranular proeutectoid cementite and pearlite in a hot-rolled Fe 1.0% C binary alloy 21

22 Recozimento 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 Matriz Ferrita Glóbulos Cementita 22

23 Recozimento q o C Esferoidização ou coalescimento Métodos de produção A 3 A cm 700 A 1 Esferoidização 727 o C 0,76 Ciclo 1 Aços hipo: aquecimento abaixo de A Alívio de tensão % C Ciclo 2 Aços hiper: aquecimentos e 0,5 1,0 1,5 2,0 arrefecimentos alternados à volta de A 1, o que diminui a estabilidade da cementita, arredondando-a. 23

24 Normalização Aula 6 Tratamentos Térmicos Objetivo: O objetivo é obter uma estrutura homogênea. Reduzir o tamanho de grão da ferrita e da perlita. Criar uma estrutura favorável para a têmpera (eliminar alinhamento de carbonetos, estruturas aciculares, fibras de laminagem,...). Processo de afinamento do tamanho de grão. 24

25 Normalização Temperatura: Hipoeutetóide e eutetóide 30 o C acima do recozimento pleno Hipereutetóide 50 o C acima do limite superior da zona crítica Obs: Estágio curto para não aumentar o tamanho de grão. Resfriamento: Ao ar (calmo ou forçado) q o C A 3 A 1 0,76 A cm 727 o C 500 Alívio de tensão % C 0,5 1,0 1,5 2,0 25

26 Normalização Aula 6 Tratamentos Térmicos Constituintes estruturais resultantes Hipoeutetóide -> Eutetóide -> Hipereutetóide-> ferrita + perlita fina perlita fina cementita + perlita fina Observação Em relação ao recozimento a microestrutura é mais fina, apresenta menor quantidade e melhor distribuição de carbonetos Recozido Completo vs Recozido de Normalização σ ε 26

27 Têmpera Objetivo: Obter estrutura martensítica que promove: Aumento na dureza Aumento na resistência à tração Redução na tenacidade A têmpera gera tensões deve-se fazer revenido após a têmpera 27

28 Têmpera Temperatura: Superior à linha crítica (A1) Resfriamento: Rápido de maneira a formar martensíta (ver curvas TTT) Meio de resfriamento: Depende da composição e espessura da peça 28

29 Revenido Objetivo: Alivia ou remove tensões Corrige a dureza e a fragilidade, diminuindo a dureza e aumentando a tenacidade. SEMPRE acompanha a têmpera 29

30 Martêmpera O resfriamento é temporariamente interrompido, criando um passo isotérmico, no qual toda a peça atinga 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. 30

31 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 (a+fe 3 C), o resfriamento subsequente não gera martensita. Não existe a fase de reaquecimento, tornando o processo mais barato 31

32 Martêmpera e Austêmpera Alternativas para evitar distorções e trincas 32

33 Exercícios 1- Monte uma tabela comparando os tratamentos térmicos discutidos em sala de aula. Devem ser comparadas as aplicação, níveis de temperatura, resfriamento e quais são os constituintes estruturais resultantes. 2- Explique por que ao se variar a velocidade de resfriamento podem ser obtidas microestruturas com diferentes níveis de dureza. 3- Qual a diferença entre a martêmpera e a austêmpera? 33