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
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 (550-650 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 15-25 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
Recozimento Normalização Recozimento completo Esferoidização Relaxação de tensões 3
Recozimento de esferoidização Cementite esferoidizada e ferrite α 4
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
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) 100 200 300 400 500 600 700 600 60 500 400 300 temperatura (ºC) tensão max ductilidade 50 40 30 20 ductilidade (%ε f ) 3 etapas: - Recuperação - Recristalização - Crescimento de grão 6
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
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
Recristalização Os grãos deformados são substituídos por grãos novos 0.6 mm 0.6 mm Após 4 s Após 8 s 9
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
º T R = temperatura de recrstalização T R º 11
Têmpera e Revenido têmpera revenido 12
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) 1800 1600 σ max 1400 1200 1000 800 σ ced %def 200 400 600 T ( C) 60 50 40 30 %deformação 9 µm produz partículas de carbonetos muito finas numa matriz de α 13
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
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 200 10-1 c) M + A M + A b) a) 10 10 3 10 5 tempo (s) 0% 50% 90% 15 d)
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
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 700 500 50 300 0 0.5 1 0.76 wt% C 0 0 0.5 1 0.76 wt% C Maior % C: σ max, σ ced e dureza aumentam, % extensão fractura diminui 17
Propriedades mecânicas Perlite fina vs perlite grosseira vs esferoidite Hipo Hiper 90 Hipo Hiper 320 Dureza Brinell 240 160 Perlite fina perlite grosseira esferoidite Ductilidade (%) 60 30 esferoidite Perlite grosseira 80 0 0.5 1 wt%c Dureza: Ductilidade: fina > grosseira > esferoidite fina < grosseira < esferoidite Perlite fina 0 0 0.5 1 wt%c 18
Propriedades mecânicas Perlite fina vs Martensite: Hipo Hiper Dureza Brinell 600 400 200 martensite perlite fina 0 0 0.5 1 wt% C Dureza: perlite fina << martensite 19
Taxonomia dos Metais Ligas Metálicas Ferrosas Não-ferrosas Aços Ferros fundidos Cu Al Mg Ti Ni etc < 2 wt% C 2-4.5 wt% C δ 1600 1400 T( C) L microestrutura: ferrite, grafite, cementite 1200 1000 γ austenite γ+l 1148 C 4.30 L+Fe 3 C Eutectico α 800 ferrite 600 0.76 727 C γ+fe 3 C Eutectóide: α+fe 3 C Fe 3 C cementite 400 0 1 2 3 4 5 6 6.7 (Fe) C o, wt% C 20
Aços Baixa liga Ligados baixo teor C <0.25 wt% C Med teor C 0.25-0.6 wt% C Alto teor C 0.6-2 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 1010 4310 1040 4340 1095 4190 304 Temperab. 0 + + ++ ++ +++ 0 Resist. tracção - 0 + ++ + ++ 0 ε fractura + + 0 - - -- ++ - 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
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 (1.65-2.00%), Cr (0.4-0.90%), Mo (0.2-0.3%) 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
Ferros Fundidos Ligas ferrosas com > 2.1 wt% C mais comum 3-4.5 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
Diagrama Equilíbrio Fe-C Estável 1600 T( C) Formação de grafite promovida por Si > 1 wt% arrefecimento lento α + γ 1400 1200 1000 800 γ Austenite γ +L L 1153 C 4.2 wt% C γ + Grafite Liquid + Grafite 740 C 600 0.65 α + Grafite 400 0 1 2 3 4 90 (Fe) C o, wt% C 100 24
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
Tipos de Ferros Fundidos FF Brancos <1wt% Si mais duros e frágeis mais cementite FF maleáveis Tratamento térmico a 800-900ºC grafite em rosetas mais ducteis 26
Limitações das Ligas Ferrosas 1) Densidade relativamente elevada 2) Condutividade relativamente baixa 3) Baixa resistência à corrosão 27