[7] Finalidade dos tratamentos térmicos: ajuste das propriedades mecânicas através de alterações da microestrutura do material. alívio de tensões controle da dureza e resistência mecânica usinabilidade resistência à corrosão Tratamentos térmicos etapas aquecimento encharque resfriamento gargalo na produção industrial 1>
Tecnologia para geração de calor: batelada Fornos contínuo forno para temperatura máxima de 1100 o C, com 6m Largura x 6m Altura x 12m Comprimento forno elétrico para pequenas peças forno elétrico para temperatura máxima de 1100 o C, com 300mm Largura x 100mm Altura x 2250mm Comprimento 2>
Tecnologia para geração de calor: batelada Fornos contínuo energia (elétrica / gás / óleo combustível / carvão) troca de calor (condução / convecção / radiação) isolamento térmico / refratários atmosfera (redutora / oxidante / inerte / vácuo) 3>
Tecnologia para controle de temperatura: SENSORES DE TEMPERATURA termômetros de bulbo (baixas temperaturas) junções bimetálicas (baixas temperaturas) termopares (baixo custo e alta versatilidade) pirômetros óticos (altas temperaturas) 4>
Tecnologia para controle de temperatura: TERMOPARES 2 diferentes ligas metálicas definem a faixa de temperatura onde o sensor é aplicado. Tipo: S Pt/ Pt-Rh K cromel (Ni-Cr) / alumel (Ni-Al) J Fe/constantan (Cu-Ni) T Cu/constantan (Cu-Ni) f.e.m. [mv] 55 50 45 40 35 30 25 20 15 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 10 5 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 temperatura [ o C] S K J T 5>
Tecnologia para controle de temperatura: TERMOPARES saída de sinal elétrico permite controle de potência de fornos elétricos. T T t t controlador liga-desliga controlador PID 6>
Atmosfera do forno: gases podem reagir quimicamente com a superfície da peça descarbonetação: (C) + CO 2 2 CO oxidação: Fe + CO 2 FeO + CO 3FeO + CO 2 Fe 3 O 4 + CO Natureza: inerte redutora oxidante N 2 (asfixiante) H 2 (inflamável, asfixiante) CO (inflamável, tóxico) CO 2 (tóxico, asfixiante) CH 4 (inflamável, asfixiante Oxidação do ferro em atmosfera CO-CO 2 inerte redutor redutor / carbonetador oxidante / descarbonetador nitretador 7>
Parâmetros de controle nos tratamentos térmicos: γ temperatura A 3 A 1 α + γ α + C 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 tempo Aquecimento Encharque Resfriamento 8>
Tratamentos de recozimento: Recozimento supercrítico A 3 Recozimento pleno Normalização Homogeneização Recozimento intercrítico Estrutura duplex A 1 Recozimento subcrítico Esferoidização Alívio de tensões 9>
Recozimento pleno: Procedimento: Aquecimento hipoeutetóide: A 3 + 50 C hipereutetóide: A 1 + 50 C Encharque pelo tempo necessário (1 hora / pol.) Resfriamento bem lento (forno desligado, p. ex.) Diagrama de equilíbrio Fe-C (detalhe) 10>
Resultado do recozimento pleno: 20 μm aço encruado parcialmente recristalizado 20 μm Aço 1040 recozido. Nital. completamente recristalizado 11>
Normalização: Procedimento: Aquecimento: hipoeutetóide: T > A 3 + 50 C hipereutetóide: T > A cm + 50 C Encharque pelo tempo necessário (1 hora / pol.) Resfriamento lento (ao ar tranquilo, p. ex.) Diagrama de equilíbrio Fe-C (detalhe) 12>
Resultado da normalização: Eliminação da microestrutura resultante de tratamentos térmicos anteriores. Refinamento da microestrutura. Homogeneização da microestrutura. Preparação para o beneficiamento. 15 μm aço baixo carbono após normalização 13>
Homogeneização: Procedimento: Aquecimento: usualmente superior a 1000 C (depende da composição) Encharque pelo tempo necessário (1 hora / pol.) Resfriamento depende do tipo de processamento Diagrama de equilíbrio Fe-C (detalhe) 14>
Tratamentos para beneficiamento dos aços: Têmpera: aumento de resistência mecânica e dureza dos aços causado pela formação da martensita, um microconstituinte que usualmente apresenta um comportamento frágil. Revenido: tratamento subsequente à têmpera, cuja principal finalidade é o ajuste das propriedades mecânicas (especialmente a tenacidade). 15>
Resfriamento dos aços após austenitização: Diagrama de resfriamento contínuo do aço Cr-Mo ABNT 4140 16>
Influência da composição química: M s ( o C) = 521 353(%C) 225(%Si) 24,3(%Mn) 27,4(%Ni) 17,7(%Cr) 25,8(%Mo) elementos de ligas aumentam a temperabilidade e promovem endurecimento por solução sólida carbono equivalente (CE): aços com CE < 0,5 resistem mais ao trincamento provocado pela têmpera. Mn Mo Cr CE = C + + + + 5 5 10 Ni 50 17>
Ensaio de temperabilidade (Jominy): cilindros padronizados (φ 1 x 4 ) são resfriados por uma das extremidades e medidas de dureza na direção axial são realizadas 18>
O elemento carbono: carbono abaixamento da temperatura M s 19>
a o O elemento carbono: carbono alteração dos parâmetros de rede Austenita (CFC): o (A) = 3,548 + 0,044 (%C) Martensita (TCC): a(a) o c(a) o = = 2,861 2,861 + 0,013 0,116 resultado: ΔV ~ + 4% (%C) (%C) trincas 20>
O elemento carbono: carbono alteração da dureza da martensita Os tratamentos de beneficiamento somente são eficazes em aços com teor de carbono superior a 0,25% peso. 21>
O revenido: ajuste das propriedades mecânicas após a têmpera do aço. Etapa 1 (< 250 C): precipitação do carboneto ε (HC, metaestável) Etapa 2 (200 a 300 C): decomposição da austenita retida Etapa 3 (200 a 350 C): substituição do carboneto ε pela cementita e redução da distorção do reticulado TCC; Etapa 4 (> 350 C): coalescimento e esferoidização da cementita e recristalização da ferrita CCC; 22>
Bibliografia: Chiaverini, V. Aços e Ferros Fundidos. ABM, São Paulo, 5a. ed., 1987, pp. 75-81. Van Vlack, L. H. Princípios de Ciência dos Materiais. Ed. Edgard Blucher, São Paulo, 1970, pp. 300-303. Chiaverini, V. Tecnologia Mecânica. McGraw-Hill, São Paulo, 2a. ed., 1986, pp. 240-244. American Society for Metals. ASM Handbook, Vol. 4: Heat Treating. 10th ed., 1991. Notas de aula preparadas pelo Prof. Juno Gallego para a disciplina Lab. Materiais de Construção Mecânica I. 2015. Permitida a impressão e divulgação. http://www.feis.unesp.br/#!/departamentos/engenharia-mecanica/grupos/maprotec/educacional/ 23