UNIVERSIDADE SALGADO DE OLIVEIRA Campus RECIFE Curso: Disciplina:
Aula 5 Tratamento Térmico
Tratamento Térmico O tratamento térmico pode ser definido de forma simples como um processo de aquecimento e/ou resfriamento de um determinado material, de forma controlada, com o objetivo de modificar sua estrutura para conferir a ele novas propriedades. O tratamento térmico pode alterar nos aços as seguintes propriedades: tensões internas, dureza, resistência mecânica, ductilidade, usinabilidade, resistência ao desgaste, propriedades de corte, resistência à corrosão, resistência ao calor e propriedades elétricas e magnéticas.
Conceitos de Tratamento térmico Tratar termicamente um aço significa aquecê-lo em velocidade adequada, mantê-lo em temperatura por um tempo suficiente para que ocorram as transformações e resfriá-lo em um meio adequado de modo a adquirir as propriedades desejadas. O Tratamento Térmico é uma das etapas finais de confecção de ferramentas. Normalmente erros anteriores ao Tratamento Térmico, se manifestam nesta etapa. Quebra precoce de uma ferramenta nem sempre está associada ao tratamento térmico. Esta, pode estar associada ao projeto, uso do material incorreto ou não - conforme, usinagem incorreta ou uso inadequado da ferramenta.
Os tratamentos térmicos são divididos em duas classificações: Tratamentos térmicos calóricos - São os tratamentos térmicos baseados em processos que envolvam o aquecimento de peças somente com calor, sem adição de elementos químicos na superfície do aço. Tratamentos termoquímicos - São os tratamentos térmicos baseados em processos que, além de evolver calor, existe a adição de elementos químicos na superfície do aço.
REVENIMENTO (ALÍVIO DE TENSÕES) Tratamento térmico que objetiva reduzir o nível de tensões residuais, principalmente após uma usinagem de grande retirada de massa e soldagem. Aplicado nos aços temperados, IMEDIATAMENTE APÓS A TÊMPERA, a temperaturas inferiores a crítica, resultando em modificação da estrutura obtida na têmpera. A alteração estrutural que se verifica no aço temperado conseqüência do revenido melhora a DUCTLIDADE, reduzindo os valores de dureza e resistência a tração, ao mesmo tempo em que as tensões internas são aliviadas ou eliminadas. Dependendo da temperatura em que se processa o revenido, a modificação estrutural é tão intensa que determinados aços adquirem melhor condição de usinabilidade.
AUSTÊMPERA Tratamento térmico onde o aço austenitizado é resfriado num banho de transformação isotérmica, obtendo-se assim uma microestrutura bainítica. NORMALIZAÇÃO Tratamento térmico, através do qual determinados aços, após a austenitização, são resfriados ao ar.
RECOZIMENTO Tratamento térmico que consiste no aquecimento à temperatura crítica, permanência durante tempo pré-determinado e resfriamento controlado. Recozimento para recristalização Tratamento térmico, através do qual o material recristaliza-se, resultando uma estrutura com novos grãos, o tamanho de grão dessa estrutura pode ser maior ou menor que o original em função do ciclo térmico e do grau de encruamento. Recozimento pleno Tratamento térmico no qual os aços após austenitização e homogeneização química, são resfriados lentamente, normalmente dentro do forno, a microestrutra obtida está prevista no diagrama Fe-C.
Recozimento para alívio de tensões Este tratamento tem o objetivo de eliminar concentrações de tensões oriundas de processos de usinagem, conformação, solda ou outros processos onde existam acúmulo de tensões. Recozimento para esfeirodização Busca transformar a cementita lamelar ou sua rede em perlita esfeirodizada.
TÊMPERA E REVENIDO Tratamento térmico que tem como objetivo a obtenção de uma microestrutura que proporcione propriedades de DUREZA e RESISTÊNCIA MECÂNICA elevadas. A peça a ser temperada é aquecida à temperatura de austenitização e em seguida é submetida a um resfriamento brusco, ocorrendo aumento de dureza. Durante o resfriamento, a queda de temperatura promove transformações estruturais que acarretam o surgimento de tensões residuais internas. Sempre após a têmpera, temos que realizar o revenimento, para a transformação da martensita em martensita revenida.
Têmpera por chama Aquecimento provém de chama direcionada à peça, através de maçarico ou outro instrumento, podendo assim ser parcialmente temperada. Têmpera por indução O aquecimento é obtido por indução elétrica, seguida de um resfriamento brusco, normalmente em água. Têmpera superficial Aquecimento somente da superfície através de indução ou chama até a austenitização, seguida de um resfriamento rápido. Têmpera total Aquecimento total da peça até temperatura de austenitização seguida de resfriamento, em meio pré-determinado.
Tratamentos Termoquímicos NITRETAÇÃO Tratamento termoquímico de endurecimento superficial, baseado na introdução de nitrogênio em sua superfície. O processo se realiza, expondo a peça em uma atmosfera do forno rica em nitrogênio. CARBONITRETAÇÃO Tratamento termoquímico, em que se promove o enriquecimento superficial simultâneo com carbono e nitrogênio.
CEMENTAÇÃO Tratamento termoquímico de endurecimento superficial, baseado na introdução de carbono na superfície. O processo é realizado com a exposição do aço em uma atmosfera rica em carbono livre. Cementação Gasosa O processo é realizado em fornos com atmosfera controlada, onde o potencial de carbono está acima de 0,5%. Cementação Líquida O processo é realizado em banhos líquidos, com sais fundidos (Banho de Sal). Cementação Sólida (Em Caixa) O processo é realizado em peças cobertas com material sólido, rico em carbono.
Ferros & aços - Tratamentos térmicos Efeito da velocidade de resfriamento As transformações vistas no diagrama Fe-C pressupõem velocidades de resfriamento bastante baixas, de forma que todos os rearranjos atômicos possam se completar. Mudanças importantes podem acontecer se o aço, sob temperatura acima de 727 C, for bruscamente resfriado. As transformações podem não se efetivar totalmente e outras podem ocorrer, afetando sensivelmente as propriedades mecânicas.
O gráfico da figura acima é um exemplo aproximado para um aço eutetóide, considerado inicialmente em temperatura na região da austenita (acima de 727 C, linha A) e posteriormente resfriado. Essas curvas são conhecidas como TTT (tempo, temperatura, transformação).
O ponto E (eutetoide) é a menor temperatura de equilíbrio entre a ferrita e a austenita, correspondendo a cerca de 0,77% de carbono a 727 C. E os aços podem ser eutetoides, hipoeutetoides ou hipereutetoides. O termo eutético se refere ao equilíbrio entre fases líquida e sólida. Nesse caso, usamos o sufixo oide (= semelhante a) para indicar que o equilíbrio ocorre entre fases sólidas. Esse ponto é o lugar do diagrama em que temos a convivência simultânea das três fases, isto é, quando resfriamos o aço, teremos a transformação da austenita em ferrita e cementita. Especificamente para essa composição, a temperatura permanece constante enquanto a transformação não se completar totalmente. O aço eutetoide é um aço que tem um teor de carbono de 0,77%, que tem como produto final as fases ferrita e cementita em contorno de grão (perlita). A essa reação é dado o nome de reação eutetoide, que é uma reação na qual temos a transformação de uma fase sólida (austenita) em duas fases sólidas (ferrita e cementita). A reação eutetoide se processa lentamente, pois é um processo em que temos que ter migração dos átomos de carbono para que as novas fases sejam formadas.
Exemplo: se rapidamente resfriado para T = 500 C e mantido nessa temperatura, a transformação da austenita começa em t 0 e termina em t 1. Ou melhor, a curva azul marca o início da transformação e a amarela, o término. Na parte superior (de 700 até aproximadamente 560 C) há formação de perlita, tanto mais fina (e dura) quanto menor a temperatura. Na parte inferior (de 560 até cerca de 200 C) há formação de bainita (ferrita mais carboneto de ferro fino), de dureza maior que a perlita anterior e, de forma similar, mais dura em temperaturas mais baixas. Entretanto, na faixa de 200 C, há formação de uma nova estrutura, a martensita, em forma de agulhas e bastante dura (superior às anteriores). A linha Horizontal M i marca o início e a M f, o fim da transformação. A formação da martensita é o princípio básico da têmpera dos aços, isto é, o tratamento térmico para aumentar a dureza. Entretanto, nem todos os aços admitem têmpera. Em geral, somente com teor de carbono acima de 0,3% e velocidade de resfriamento alta.
Generalidades A têmpera, rapidamente comentada no tópico anterior, é apenas um dos possíveis tratamentos térmicos. De forma genérica, pode-se dizer que os tratamentos térmicos de aços (e também de outros metais) têm o objetivo de proporcionar alterações de propriedades mecânicas, térmicas, químicas, elétricas ou magnéticas para atender os processos de fabricação ou as especificações finais do produto. Há uma variedade de tratamentos para, por exemplo, aumentar dureza e tenacidade, melhorar ductilidade e facilidade de trabalho, remover tensões residuais, refinar estrutura de grãos, aumentar resistência ao desgaste, melhorar resistência à corrosão, etc. A tabela abaixo dá um resumo dos principais tipos de tratamento para aços. Nos próximos tópicos, comentários e informações sobre os mais usuais.
TIPOS DE FORNOS
Fornos Câmara Desenvolvido para os processos de recozimento, normalização, têmpera, revenimento e cementação em caixa (sólida). Possui controle microprocessado digital de temperatura, com rampa de aquecimento e patamar, com sensor de temperatura blindado. A isolação térmica é de fibra cerâmica, o que reduz o tempo de aquecimento e o consumo. Temperaturas padrão de fornecimento: 650 C, 1000 C, 1200 C, 1300 C e 1400 C.
Fornos Câmara
Fornos Carro Desenvolvidos tanto para a área de cerâmica como para tratamento térmico, possuem carro para facilitar o processo de carga e descarga do forno, podendo contar com mais de um carro para aumento da produtividade. Fornecidos com controle digital microprocessado de temperatura, com rampa de aquecimento, patamar e sistema PID. A isolação térmica é de fibra cerâmica, o que reduz o tempo de aquecimento e o consumo. Temperaturas padrão de fornecimento: 650 C, 1000 C, 1200 C, 1300 C e 1400 C
Fornos Contínuos Desenvolvidos para uso em processos contínuos de grande produtividade e repetibilidade, são adequados nos processos de recozimento, normalização, têmpera, revenimento, cementação, secagem e outros. Temperaturas padrão de fornecimento: 650 C, 1000 C, 1200 C, 1300 C e 1400 C.
Fornos Contínuos
Fornos Campânula Projetados para linhas de grande porte, o forno movimenta-se verticalmente para encaixe com a base, que pode ser fixa ou na forma de carro. Opcionalmente o forno pode ser transportado de uma base à outra por meio de trilhos. Todos os deslocamentos são comandados por botões localizados no painel central. São adequados nos processos de tratamento térmico, cerâmica e outros. Temperaturas padrão de fornecimento: 650 C, 1000 C, 1200 C e 1300 C.
Fornos Campânula
Fornos Poço Os fornos tipo poço são indicados para processos de tratamento térmico como cementação em banho de sal, cementação gasosa e revenimento, servem também para aquecimento de peças em geral e processos com atmosfera controlada. Temperaturas padrão de fornecimento: 650 C, 1000 C, 1200 C, 1300 C e 1400 C.
Fornos Poço
Atmosfera controlada Os fornos com atmosfera controlada podem ser utilizados para diversas aplicações. O uso de um gás durante o aquecimento aumenta a especificidade do processo, permitindo atmosferas neutras, redutoras ou oxidantes. Esta ferramenta pode ser utilizada em fornos câmara, tipo carro, campânula, tipo poço, fornos tubulares e contínuos. O controle de atmosfera é comum nos processos de cementação gasosa, nitretação gasosa, sinterização, recozimento, normalização e outros. Temperaturas padrão de fornecimento: 650 C, 1000 C, 1200 C e 1300 C.
Atmosfera controlada