aula 9 tratamento termico.pptx

tratamento termicO

1. Tratamento Térmico Profa. Dra. Daniela Becker

2. Diagrama de equilíbrio Fe-C Fe 3 C, Fe e grafita (carbono na forma lamelar) „ Ligas de aços - 0 a 2,11 % de C „ Ligas de Ferros Fundidos - acima de 2,11% a 6,7% de C „ Ferro alfa - dissolve até 0,02% C „ Ferro gama - dissolve ate 2,11 % C

3. Diagrama de equilíbrio Fe-C „ „ „ „ „ „ „ „ Ponto S : eutetóide - Aço Ponto C: eutético - ferro fundido Aço hipoeutetóide 0,008 - 0,77 C Aço hipereutetóide 0,77 - 2,11 Fe Fundido hipoeutético 2,11-4,3 Fe Fundido hipereutético > 4,3 Ferrita: ferro comercialmente puro (C < 0,008%), pouco resistente, mole e dúctil - ferro alfa Fe 3 C carboneto de ferro - 6,7% C (cementita) C S

4. Diagrama de equilíbrio Fe-C Fe3C, Fe e grafita (carbono na forma lamelar) „ Austenita: solução sólida de C no F gama . Boa resistência e apreciável tenacidade, não magnético „ Cementita: Carbono na forma Fe 3 C (carboneto de ferro, 6,7% de C). Muito duro, porém frágil. Finas laminas. „ Ferrita: Ferro praticamente puro. Baixa dureza e resistência a tração, elevada dutilidade e resistente ao impacto (Ferro alfa).

5. Diagrama de equilíbrio Fe-C „ Perlita: 88% ferrita (ferro alfa) + 12% cementita (Fe 3 C). Forma lamelar. Propriedades intermediárias „ Depende da liga e do tempo de resfriamento „ Exemplo de resfriamento lento de um aço a 0,35%(hipoeutetoide) e 1,4% de C (hipereutetóde). „ Exemplo de um ferro fundido a 2,7% de C (hipoeutetoide)

6. Diagrama de equilíbrio Fe-C „ Em resumo, a austenita (Ferro gama) pode se transformar em: ‰ ferrita + perlita (ferrita +cementita) ‰ somente perlita ‰ perlita + cementita ‰ Ledeburita (glóbulos de perlita c/ fundo de cementita) „ Isto ocorre se houver tempo suficiente para permitir o equilíbrio „ Devido a isto os metais tem suas propriedades modificadas

7. Resfriamento fora do equilíbrio „ Ocorrências de fases ou transformações em temperaturas diferentes daquela prevista no diagrama „ Existência a temperatura ambiente de fases que não aparecem no diagrama

8. Transformações de fase „ COM DIFUSÃO ‰ Sem variação no número e composição de fases „ Ex: solidificação metal puro e transformação alotrópica ‰ Com variação no número e composição de fases „ Ex: Transformação eutética, eutetóide... „ SEM DIFUSÃO ‰ Ocorre com formação de fase metaestável „ Ex: transformação martensítica A maioria das transformações de fase no estado sólido não ocorre instantaneamente, ou seja, são dependentes do tempo

9. Tratamentos Térmicos „ Velocidades de aquecimento e principalmente resfriamento provoca alterações nas transformações alotrópicas (ferro gama -ferro alfa) „ Altera propriedades mecânicas dos metais. „ Tratamentos térmicos é o processo que eleva-se a temperatura até a sua transformação e controla-se a velocidade de seu resfriamento para obter características desejadas. „ O diagrama chamada Curva TTT (tempo - temperatura - transformação) possibilita o controle das transformações.

10. Diagramas TTT início final

11. Curvas TTT „ Utilizados para o estudo dos tratamento térmicos

12. Ex 1: Curva TTT para aço eutetóide Temperatura de austenitização Martensita γ α +Fe 3 C ↓ Perlita - Como a martensita não envolve difusão, a sua formação ocorre instantaneamente (independente do tempo, por isso na curva TTT a mesma corresponde a uma reta).

13. Microestrutura Bainita Perlita grossa Perlita fina Martensita

14. Ex 2: curvas TTT para aço eutetóide com as durezas especificadas das microestruturas • Perlita grossa ~86-97HR B • Perlita fina ~20-30HR C • Bainita superior ~40-45 HR C • Bainita inferior~50-60 HR C • Martensita 63-67 HR C

15. Ex 3: Curvas de resfriamento a temperatura constante

16. Ex 4: Algumas curvas de resfriamento contínuo A ( FORNO )= Perlita grossa B ( AR )= Perlita + fina (+ dura que a anterior) C( AR SOPRADO )= Perlita + fina que a anterior D ( ÓLEO )= Perlita + martensita E ( ÁGUA )= Martensita No resfriamento contínuo, as curvas TTT deslocam-se um pouco para a direita e para baixo

17. Microestruturas resultantes do resfriamento rápido „ MARTENSITA ‰ A martensita se forma quando o resfriamento for rápido o suficiente de forma a evitar a difusão do carbono , ficando o mesmo retido em solução. ‰ Como a martensita não envolve difusão, a sua formação ocorre instantaneamente (independente do tempo). Conseqüências: „ Geração de tensões residuais. „ Risco de empenamentos. „ Risco de trincas de têmpera (sempre intergranulares). AUSTENITA TRANSFORMAÇÃO ALOTRÓPICA COM AUMENTO DE VOLUME, que leva à concentração de tensões MARTENSITA

18. Microestruturas resultantes do resfriamento rápido „ MARTENSITA ‰ Éuma solução sólida supersaturada de carbono (não se forma por difusão) ‰ Microestrutura em forma de agulhas ‰ Édura e frágil (dureza: 63-67 Rc) ‰ Tem estrutura tetragonal cúbica (é uma fase metaestável, por isso não aparece no diagrama) „ REVENIDO ‰ Reaquecimento por tempos maiores „ MARTENSITA REVENIDA ‰ Éobtida pelo reaquecimento da martensita (fase alfa + cementita) ‰ Os carbonetos precipitam ‰ Forma de agulhas escuras ‰ A dureza cai ‰ Maior ductibilidade

19. Transformações AUSTENITA Resf. lento Perlita ( ∝ + Fe 3 C) + a fase próeutetóide Resf. moderado Bainita ( ∝ + Fe 3 C) Resf. Rápido (Têmpera) Martensita (fase tetragonal) reaquecimento Martensita Ferrita ou cementita Revenida ( ∝ + Fe 3 C)

20. Tratamentos Térmicos „ Tratamento Térmico é um ciclo de aquecimento e resfriamento realizado nos metais com o objetivo de alterar as suas propriedades físicas e mecânicas, sem mudar a forma do produto. „ O tratamento térmico é normalmente associado com o aumento da resistência do material , mas também pode ser usado para melhorar a usinabilidade, a conformabilidade e restaurar a ductilidade depois de uma operação a frio. „ Logo, o tratamento térmico é uma operação que pode auxiliar outros processos de manufatura e/ou melhorar o desempenho de produtos, aumentando sua resistência ou alterando outras características desejáveis.

21. Tratamentos Térmicos „ Os aços são tratados para uma das finalidades abaixo: ‰ Amolecimento - (softening) O amolecimento é feito para redução da dureza, remoção de tensões residuais , melhoria da tenacidade, restauração da ductilidade, redução do tamanho do grão ou alteração das propriedades eletromagnéticas do aço. As principais formas de amolecimento do aço são: recozimento de recristalização, recozimento pleno, recozimento de esferoidização e normalização. ‰ Endurecimento - (hardening) O endurecimento dos aços é feito para aumentar a resistência mecânica, a resistência ao desgaste e a resistência à fadiga. O endurecimento é fortemente dependente do teor de carbono do aço. A presença de elementos de liga possibilita o endurecimento de peças de grandes dimensões, o que não seria possível quando do uso de aços comuns ao carbono. Os tratamentos de endurecimento são: têmpera, austêmpera, e martêmpera. Para aumentar a resistência ao desgaste é suficiente a realização de um endurecimento superficial (que também leva ao aumento da resistência a fadiga). Pode-se assim proceder a uma têmpera superficial ou a um tratamento termo- químico, que consiste na alteração da composição química da superfície pela difusão de elementos como carbono, nitrogênio e boro.

22. Têmpera „ Resfriamento rápido objetivando o aumento da dureza (martensita), da resistência ao desgaste, da resistência a tração e diminuição da ductilidade

23. Têmpera „ Como mencionado antes, a martensita é muito frágil. Se um material tivesse estrutura 100% martensítica, seria frágil como o vidro. Então os passos a serem seguidos no tratamento térmico, para obtenção de propriedades mecânicas adequadas num aço são: ‰ obter um material inteiramente martensítico por resfriamento rápido ‰ reduzir a fragilidade por aquecimento até uma temperatura onde a transformação de equilíbrio para as fases a e Fe3C seja possível ‰ reaquecer por um curto espaço de tempo a temperatura moderada, para obtenção de um produto de alta resistência e baixa ductilidade ‰ ou reaquecer por um longo espaço de tempo a temperatura moderada para obtenção de um produto de maior ductilidade

24. Revenimento „ Revenimento é um processo feito após o endurecimento por têmpera. „ Peças que sofreram têmpera tendem a ser muito quebradiças. A fragilidade é causada pela presença da martensita. „ A fragilidade pode ser removida pelo revenimento.

25. Revenimento „ O resultado do revenimento é uma combinação desejável de dureza, ductilidade, tenacidade, resistência e estabilidade estrutural. As propriedades resultantes do revenimento dependem do aço e da temperatura do revenimento. „ A martensita é uma estrutura metaestável. Quando aquecida, tende a estabilidade, ou seja, a transformar-se nas fases ferrita e cementita. A martensita é uma estrutura tetragonal de corpo centrado (a ferrita é cúbica de corpo centrado) supersaturada de carbono (a ferrita contém carbono em até seu limite de solubilidade no ferro). Apresenta a morfologia de finas agulhas. „ O aquecimento leva a difusão do carbono (em excesso na estrutura) e sua conseqüente precipitação em forma de carboneto de ferro. A saída do excesso de carbono possibilita que a estrutura tetragonal torne-se cúbica, ou seja, torne-se ferrítica.

26. Revenimento „ „ „ „ „ „ O aumento da temperatura leva assim ao crescimento das agulhas de ferrita e a coalescência dos precipitados. Logo tem-se que o aumento da temperatura de revenimento leva à redução da dureza e ao aumento da ductilidade. A temperatura de revenimento deve ser aquela na qual são obtidas as propriedades desejadas. O aquecimento para revenimento é mais eficiente quando as partes são imersas em óleo, para revenimentos até 3500 C. A partir desta temperatura o óleo contendo as partes é aquecido até a temperatura apropriada. O aquecimento em banho permite que a temperatura seja constante em toda a peça, proporcinando um revenimento uniforme. Para temperaturas acima de 3500 C é mais indicado usar um banho de sais de nitratos. Os banhos salinos podem ser aquecidos até 6250 C. Independentemente do tipo de banho, o aquecimento gradual é fundamental para evitar fissuras no aço. Depois de alcançada a temperatura desejada, as partes são mantidas nesta temperatura por aproximadamente duas horas. São então removidas do banho e resfriadas em ar sem convecção.

27. Recozimento „ Objetiva remover tensões (devidas aos processos de fundição e conformação mecânica a quente ou a frio), diminuir a dureza, melhorar a ductilidade e ajustar o tamanho de grãos . „ As peças são aquecidas, e mantidas nesta temperatura por uma hora ou mais. A seguir são resfriadas por ar.

28. Recozimento „ Para entender os passos do processo quatro conceitos devem ser conhecidos : ‰ trabalho a frio, ‰ recuperação, ‰ recristalização e ‰ crescimento de grão

29. Recozimento „ Trabalho a frio ‰ Significa deformar um metal a temperaturas relativamente baixas. ‰ Exemplos são a laminação a frio de barras e chapas e a trefilação. ‰ A microestrutura trabalhada a frio mostra grãos altamente distorcidos, que são instáveis. Através do aquecimento pode-se promover a mobilidade dos átomos e tornar o material mais 'mole' com a formação da nova microestrutura.

30. Recozimento „ Recuperação ‰ Éo estágio mais sutil do recozimento. ‰ Não ocorre alteração significativa da microestrutura. ‰ Entretanto a mobilidade atômica permite a redução de defeitos pontuais e a movimentação das discordâncias para posições de menor energia. ‰ O resultado é uma discreta redução da dureza e um aumento considerável da condutividade elétrica.

31. Recozimento „ Recristalização ‰ A temperatura onde a mobilidade permite alteração significativa das propriedades mecânicas situa-se entre 1/3 e ½ da temperatura de fusão Tf. ‰ O metal exposto a estas temperaturas sofre uma transformação microestrutural denominada recristalização. ‰ A redução de dureza no processo de recristalização é substancial.

32. Recozimento „ Crescimento de Grão ‰ A microestrutura desenvolvida na recristalização forma-se espontaneamente. Ela é estável, se comparada com a estrutura original trabalhada a frio. ‰ Entretanto a microestrutura recristalizada contém uma grande quantidade de contornos de grão. ‰ A redução destas interfaces de alta energia pode ampliar ainda mais a estabilidade.

33. Recozimento „ Etapas: ‰ Recuperação ‰ Recristalização (alívio de tensões) ‰ Aumento do tamanho do grã

34. Normalização „ éo processo de elevação de temperatura dentro do campo austenítico, „ O material é deixado nesta temperatura até que toda a microestrutura esteja homogeneizada. „ Após é removido do forno e resfriado em temperatura ambiente sob convecção natural.

35. Normalização „ A microestrutura resultante é formada por finos grãos de perlita com ferrita e cementita dispostas em finas lamelas. „ Esta microestrutura é de baixa dureza. „ O grau de ductilidade depende das condições do ambiente de resfriamento. „ Este processo é substancialmente mais barato do que o recozimento pleno, pois não existe o custo adicional de resfriamento no forno. „ A diferença principal entre peças recozidas e normalizadas é que as peças recozidas tem propriedades (ductilidade e usinabilidade) uniformes através de todo o seu volume enquanto que as peças normalizadas poderão ter propriedades não uniformes. „ Isto se dá porque no recozimento pleno, toda a peça fica exposta ao ambiente controlado do forno durante o resfriamento. No caso de peças normalizadas, dependendo da geometria da peça, o resfriamento não será uniforme, resultando em propriedades não uniformes do material.