Aula 06 - Tratamentos térmicos - Ciência dos Materiais

Aula 06 - Tratamentos térmicos - Ciência dos Materiais

1. TRATAMENTOS TÉRMICOS

2. α = Ferrita CCC (até 0,02% C): Temp. amb . → 911°C γ = Austenita CFC: até 2,11% de C. δ = Ferrita delta CCC α+Fe3C = Perlita γ +Fe3C = Ledeburita Fe3C = Cementita Ponto E linha A1 = Ponto eutetóide . Indica a formação de Perlita a partir da Austenita. Ponto E linha eutética : Indica a formação da Ledeburita .

3. Comportamento Químico e Mecânico dos materiais: tratamentos térmicos INTRODUÇÃO Os primeiros registros da existência do  tratamento térmico  apontam a sua descoberta em torno de 1.000 a.C , por meio da constatação que o processo de aquecer e resfriar metais os modificava de diferentes maneiras.  Tratamento térmico pode ser definido como o aquecimento ou resfriamento controlado dos metais feito com a finalidade de alterar suas propriedades físicas e mecânicas, sem alterar a forma do produto final.

4. Comportamento Químico e Mecânico dos materiais: tratamentos térmicos PRINCIPAIS OBJETIVOS Remoção de tensões residuais Controle da dureza Aumento da resistência mecânica Melhora da ductibilidade Melhora na usinabilidade Melhora da resistência ao desgaste Melhora das propriedades de corte Melhora da resistência à corrosão Melhora da resistência ao calor Tratamentos térmicos são utilizados via de regra para melhorar as propriedades mecânicas de determinado componente, relacionando com sua aplicação, por exemplo é possível deixar uma peça mais “mole” ou “dura” a partir de tratamentos térmicos específicos.

5. Comportamento Químico e Mecânico dos materiais: tratamentos térmicos FATORES DE INFLUÊNCIA Temperatura de aquecimento : Conhecer a temperatura de realização do tratamento térmico de uma liga metálica implica ter que trabalhar com o diagrama de equilíbrio desse metal, pois cada liga possui o seu diagrama de transformação de fase. Outro fator determinante da temperatura é a microestrutura de interesse durante e ao término do tratamento térmico. Velocidade de resfriamento : depende do tipo de material e da transformação de fase ou microestrutura desejada após o término do tratamento. Essa variável é a mais importante dentre as citadas anteriormente, pois é ela que efetivamente determinará a microestrutura da liga tratada. Tempo: depende das dimensões da peça que receberá o tratamento, pois quanto maior a peça, maior será o tempo necessário para aquecê-la e austenitizá-la (no caso dos aços) e da microestrutura desejada, tendo em vista que, para que haja modificação microestrutural, é preciso certo tempo de aquecimento.

6. Comportamento Químico e Mecânico dos materiais: tratamentos térmicos MEIOS DE RESFRIAMENTO

7. Comportamento Químico e Mecânico dos materiais: tratamentos térmicos TIPOS DE TRATAMENTO TÉRMICOS Recozimento Têmpera e Revenido Endurecimento superficial Envelhecimento Pleno ou total Alívio de tensões Normalização Esferoidização Cementação Nitretação Carbonitretação Finalidade: Endurecimento ou Amolecimento

8. Comportamento Químico e Mecânico dos materiais: tratamentos térmicos TIPOS DE TRATAMENTO TÉRMICOS I - RECOZIMENTO Recozimento é um termo genérico para as operações de tratamento térmico que consistem no aquecimento e manutenção em uma temperatura por tempo controlado (encharque), seguido de resfriamento lento no forno. A técnica refina a estrutura do grão do metal, aumentando sua ductilidade e diminuindo sua dureza – o que facilita os processos subsequentes, como usinagem ou moldagem.

9. Comportamento Químico e Mecânico dos materiais: tratamentos térmicos TIPOS DE TRATAMENTO TÉRMICOS I a – RECOZIMENTO PLENO OU TOTAL O material é aquecido até a temperatura de austenitização e depois resfriado, bem lentamente, dentro do próprio forno. Como consequência, tem-se a formação de perlita de grande tamanho de grão e grande espessura de lamela (lamela de ferrita e/ou lamela de cementita) e, por isso, é chamada de perlita grossa ou perlita grosseira. Tem como objetivo aliviar as tensões internas dos materiais, pela uniformidade do tamanho do grão . Esse tratamento também é aplicado para abaixar as resistências mecânicas, aumentar a ductibilidade, baixar a dureza a fim de melhorar o tratamento mecânico.

10. Comportamento Químico e Mecânico dos materiais: tratamentos térmicos TIPOS DE TRATAMENTO TÉRMICOS I b – RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES A peça é aquecida até a temperatura recomendada (entre 550°C e 650°C), mantida nessa temperatura tempo suficiente para que uma temperatura uniforme seja atingida, e por fim resfriada ao ar até a temperatura ambiente. O objetivo desse procedimento é remover possíveis tensões e estresses internos da peça de metal. Com isso, proporciona maior homogeneidade, sendo importante por diversos aspectos, inclusive na resistência. Aumento da ductilidade; Diminuição da dureza tanto da zona fundida quanto da zona termicamente afetada; Aumento da resistência à corrosão sob tensão. Redução de empeno; Aumento da resistência à fadiga

11. Comportamento Químico e Mecânico dos materiais: tratamentos térmicos TIPOS DE TRATAMENTO TÉRMICOS I c – RECOZIMENTO NORMALIZAÇÃO É aplicado para refinar os grãos (isto é, para diminuir o tamanho médio dos grãos) e produzir uma distribuição de tamanhos mais uniforme e desejável (perlita fina). A normalização é obtida pelo aquecimento até pelo menos 55°C acima da temperatura crítica superior — isto é, acima de A3 para composições menores que a eutetoide (0,76 %p C) e acima de Acm para composições maiores que a eutetoide .

12. Comportamento Químico e Mecânico dos materiais: tratamentos térmicos TIPOS DE TRATAMENTO TÉRMICOS I d – RECOZIMENTO ESFEROIDIZAÇÃO Os aços com médio e alto teor de carbono e com uma microestrutura composta por perlita grossa ainda podem ser muito duros para serem convenientemente usinados ou plasticamente deformados. O tratamento térmico de esferoidização , globulização ou coalescimento , durante o qual existe uma coalescência do Fe3C para formar partículas esferoides, pode ser conduzido por diferentes métodos, conforme a seguir: Aquecimento da liga até uma temperatura imediatamente abaixo da eutetoide ou até aproximadamente 700°C na região α + Fe3C do diagrama de fases. Se a microestrutura original contiver perlita, os tempos de esferoidização ficarão geralmente na faixa entre 15 h e 25 h. Aquecimento até uma temperatura imediatamente acima da temperatura eutetoide , e então ou um resfriamento muito lento no forno ou a manutenção a uma temperatura imediatamente abaixo da temperatura eutetoide . Aquecimento e resfriamento alternados dentro de aproximadamente ±50°C da curva A1.

13. Comportamento Químico e Mecânico dos materiais: tratamentos térmicos

14. Comportamento Químico e Mecânico dos materiais: tratamentos térmicos TIPOS DE TRATAMENTO TÉRMICOS II – TÊMPERA A Têmpera é um processo térmico no qual um material metálico é aquecido a uma temperatura elevada e, em seguida, resfriado rapidamente para endurecer sua estrutura. Esse processo promove mudanças nas propriedades do material, tornando-o mais resistente, duro e tenaz. A Têmpera também pode aumentar a resistência à corrosão e melhorar a durabilidade geral do material. A principal função da Têmpera é aumentar a dureza do material. ETAPAS DO PROCESSO Aquecimento:  O material é aquecido a uma temperatura específica, conhecida como temperatura de austenitização . Essa temperatura varia de acordo com o tipo de material e suas propriedades desejadas. Resfriamento rápido:  Após o aquecimento, o material é resfriado rapidamente, geralmente por meio de um meio de resfriamento, como água, óleo ou ar comprimido. Esse resfriamento rápido promove a formação de uma estrutura cristalina desejada, resultando em uma maior dureza do material. Estabilização:  Após o resfriamento rápido, o material é estabilizado a uma temperatura mais baixa para aliviar as tensões internas. Isso ajuda a evitar rachaduras ou deformações indesejadas no material.

15. Comportamento Químico e Mecânico dos materiais: tratamentos térmicos TIPOS DE TRATAMENTO TÉRMICOS II – TÊMPERA

16. Comportamento Químico e Mecânico dos materiais: tratamentos térmicos TIPOS DE TRATAMENTO TÉRMICOS III – REVENIDO Durante o processo de têmpera é comum gerar tensões interna, gerando uma dureza excessiva. Logo, o r evenimento é um processo que deve ser aplicado após a têmpera e consiste operar com aquecimento a temperaturas mais baixas para reduzir a dureza excessiva resultante da Têmpera e melhorar a tenacidade do material. Os objetivos são aliviar as tensões internas e diminuir a fragilidade da martensita, eliminando a maioria dos inconvenientes produzidos por esta; além de aliviar ou remover as tensões internas, corrige a excessiva dureza do material, aumentando a ductibilidade e a resistência ao choque.

17. Comportamento Químico e Mecânico dos materiais: tratamentos térmicos TIPOS DE TRATAMENTO TÉRMICOS III - REVENIDO

18. Comportamento Químico e Mecânico dos materiais: tratamentos térmicos TIPOS DE TRATAMENTO TÉRMICOS IV - Envelhecimento Envelhecimento ou endurecimento por precipitação é o nome de um tratamento térmico aplicável a várias famílias de aços e ligas especiais. O objetivo deste tratamento é aumentar a dureza e a resistência mecânica do material pela precipitação controlada de uma fase dura em uma matriz dúctil. Alguns aços liga especiais passam por este processo para o aumento de sua dureza. É um tratamento térmico muito importante também para metais não ferrosos, tais como as ligas de níquel e de titânio.

19. Comportamento Químico e Mecânico dos materiais: tratamentos térmicos IV - Envelhecimento Para a realização desse processo, a peça é aquecida a uma temperatura relativamente baixa, sendo mantida nessa temperatura por algumas horas, acelerando assim um processo que demoraria um tempo muito maior caso acontecesse naturalmente. O aumento da dureza da peça ocasionado pelo tratamento térmico envelhecimento se dá pelo fato de que alguns elementos da liga constituinte da peça que estão dissolvidos devido à ao processo anterior (solubilização), precipitam criando precipitados, que impedem que os deslocamentos se movimentem na estrutura do material. Esses deslocamentos são o motivo principal da melhora nas resistências de um material, motivo este pelo qual o tratamento térmico envelhecimento é tão importante. Envelhecida por 5h a 155°C Envelhecida por 5h a 215°C

20. Comportamento Químico e Mecânico dos materiais: tratamentos térmicos TIPOS DE TRATAMENTO TÉRMICOS V – Endurecimento superficial: cementação O tratamento térmico cementação é um processo utilizado exclusivamente em peças fabricadas em aço ou  ferro fundido, sobretudo devido a sua capacidade de resistência a temperaturas extremas, possibilitando que o tratamento térmico cementação seja feito sem que ocorram danos à estrutura das peças metálicas. O tratamento térmico cementação é realizado com meio rico em carbono de alta qualidade, para que se tenha um maior sucesso no processo de difusão, resultando em uma peça metálica que possua uma dureza superficial mais alta, o que impedirá que a superfície das peças sofram qualquer tipo de danos com facilidade., sendo necessário contar com ferramentas específicas em caso de modificações ou corte destas peças que passam pelo tratamento térmico cementação. O objetivo de se realizar o tratamento térmico cementação é o grande incremento na resistência do metal, possibilitando ter um equipamento mais resistente quando utilizado em suas atividades industriais sem que ocorra um desgaste acelerado devido á abrasão e ocorrências de impactos mecânicos durante a vida útil das peças que recebem o tratamento térmico cementação.

21. Comportamento Químico e Mecânico dos materiais: tratamentos térmicos TIPOS DE TRATAMENTO TÉRMICOS V – Endurecimento superficial: cementação A peça é aquecida até a temperatura de austenitização , reage em uma atmosfera rica em carbono e tem sua superfície enriquecida com este elemento.

22. Comportamento Químico e Mecânico dos materiais: tratamentos térmicos TIPOS DE TRATAMENTO TÉRMICOS V – Endurecimento superficial: nitretação O tratamento termoquímico de nitretação é realizado com a difusão do nitrogênio em (relativamente) baixas temperaturas. Como exemplo, num aço temperado, revenido e nitretado forma-se camada branca de nitreto de alta dureza. A nitretação em geral leva à formação de uma camada rica em compostos (entre eles nitretos) próxima à superfície da peça, a qual é comumente conhecida como “camada branca”. Esse tratamento térmico ainda fornece uma alta resistência superficial e núcleo dúctil. É aplicado em pequenas engrenagens, eixos de manivela e peças de desgaste. N itretação a gás

23. Comportamento Químico e Mecânico dos materiais: tratamentos térmicos TIPOS DE TRATAMENTO TÉRMICOS V – Endurecimento superficial: nitrocarbonetação A carbonitretação consiste na difusão simultânea de carbono e nitrogênio na austenita. Esse tratamento é similar à cementação, compreendendo as etapas de difusão e tratamento térmico. O enriquecimento em nitrogênio tem por objetivo aumentar a temperabilidade e permitir o uso de aços de mais baixo carbono para atingir durezas comparáveis a cementação sem a necessidade de utilização de meios de têmpera severos, o que resulta em menor distorção e risco de formação de trincas. O processo pode ser realizado em fornos de banhos de sal ou de atmosfera controlada (a gás). A temperatura do processo varia de 705 a 900ºC, com duração de 2 horas. Após o tratamento, há resfriamento em água ou óleo.