Tratamentos.térmicos

53,472 views
53,156 views

Published on

Breve curso de tratamentos térmicos

Published in: Automotive
6 Comments
14 Likes
Statistics
Notes
No Downloads
Views
Total views
53,472
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
15
Actions
Shares
0
Downloads
1,805
Comments
6
Likes
14
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Tratamentos.térmicos

  1. 1. Tratamentos Térmicos das Ligas FerrosasIsoflama Indústria e Comércio de Equipamentos LtdaApresentação: João Carmo Vendramim, Eng.MSc
  2. 2. O que é Aço? “É uma liga ferrosa passível de deformação plástica que, em geral, apresenta teor de carbono entre 0,008% e 2,0% na sua forma combinada e, ou, dissolvida e que pode conter elementos de liga adicionados, ou residuais” NBR 6215, outubro de 1985A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  3. 3. Fluxo de Produção do Aço FORNO-PANELA AQUECIMENTO E AJUSTE GUSA OXIGÊNIO O2 (OXIGÊNIO) SUCATACARVÃO R.H. DESGASEIFICAÇÃO COQUERIA à VÁCUO PANELA DE AÇO COQUE E.B.A. LÍQUIDOMINÉRIO BORBULHAMENTO DE CONVERSOR DE ARGÔNIOFERRO SINTERIZAÇÃO SINTER ALTO-FORNO BQ BQA (LA) LAMINADOR DE (LTQ) FORNO DE REAQUECIMENTO ACABAMENTO LAMINADOR DE TIRAS A (TQ) LINHA DE TESOURAS A QUENTE QUENTE PLACAS MÁQUINA DE LINGOTAMENTO CONTÍNUO CFQ/CFQA (LCG) DECAPAGEM LAMINADOR DE CHAPAS DESEMPENADEIRA GROSSAS A QUENTE BQD TRATAMENTO TÉRMICO: (LTF) NORMALIZAÇÃO LAMINADOR DE TIRAS A FRIO CG CFQD ULTRA-SOM LINHA DE TESOURAS LA LAMINADOR DE ENCRUAMENTO TRATAMENTO TÉRMICO: TÊMPERA / REVENIMENTO LINHA DE INSPEÇÃO BF LINHA DE TESOURAS RECOZIMENTO CFF A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  4. 4. O Ferro, a Liga Ferrosa: Conceitos Básicos  Ferro: não tem aplicação industrial importante. Substância Pura  Liga Ferrosa: intensa e ampla aplicação industrial. Material base da “revolução industrial no século XIX”. Solução sólida (composto de vários elementos químicos, tendo o Ferro como principal elemento)A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  5. 5. Constituição de uma liga  A constituição de uma liga é descrita por três parâmetros:  Fases presentes  Composição de cada fase  Proporção de cada fase As propriedades mecânicas dependem da constituição da microestrutura. Outros fatores de importância nas propriedades:A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  6. 6. Microestrutura  As propriedades mecânicas de uma liga dependem fundamentalmente da microestrutura  Nas ligas metálicas – caso especial a do aço – a microestrutura está definida pelo número de fases presentes, as proporções e o modo pela qual estão distribuídas e organizadas  A microestrutura depende de:  Composição química (componentes presentes)  Concentração no sistema  Tratamento térmico aplicadoA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  7. 7. Soluto, Solução, Fase – Conceitos Básicos  Denomina-se “Fase” à mistura, totalmente uniforme, não apenas quanto à composição química, mas também quanto ao estado físico. Fase Homogênea diz respeito a um sistema que tenha apenas uma fase, por exemplo “um volume de ar”, “um bloco de gelo”. Sistemas compostos de uma, ou mais, fases são denominados Heterogêneos, por exemplo “água e gelo moído”.  Solução: trata-se de uma mistura homogênea de espécies química microscopicamente dispersas. Por conveniência, a espécie química presente em maior quantidade na solução é denominada de “Solvente”. A(s) outra(s), em menor quantidade, é (são) o “Soluto”. A priori, não há distinção fundamental entre um ou outro.  Quando se combinam materiais diferentes, ou quando se adicionam elementos de liga a um metal, produzem-se Soluções. É importante o conhecimento da quantidade de material que se pode adicionar, sem que se produza uma segunda fase, ou ter dados sobre a solubilidade de um material no outro.A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  8. 8. A Natureza Cristalina dos Metais  Amorfa Os átomos são arranjados de forma caótica. Por exemplo: Vidro  Cristalina Os átomos são arranjados de forma ordenada. Por exemplo: Ferro; Alumínio; Cobre Obs.: Todos os metais, muitas cerâmicas e alguns polímeros formam estruturas cristalinas sob condições normais de solidificaçãoA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  9. 9. A Natureza Cristalina dos Metais  Nos materiais não-cristalinos ou amorfos não existe ordem de longo alcance na disposição dos átomos  As propriedades dos materiais sólidos cristalinos dependem da estrutura cristalina, ou seja, da maneira na qual os átomos, moléculas ou íons estão espacialmente dispostos.  Há um número grande de diferentes estruturas cristalinas, desde estruturas simples exibidas pelos metais até estruturas mais complexas exibidas pelos cerâmicos e polímerosA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  10. 10. A Natureza Cristalina dos Metais  Célula Unitária Consiste num pequeno grupo de átomos que formam um modelo repetitivo ao longo da estrutura tridimensional (analogia com elos da corrente) A célula unitária é escolhida para representar a simetria da estrutura cristalinaA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  11. 11. A Natureza Cristalina dos Metais  A célula cristalina CCC – Cúbica de Corpo Centrado (Ferro Alfa)A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  12. 12. A Natureza Cristalina dos Metais  A célula cristalina CFC – Cúbico de Face Centrada (Ferro Gama)A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  13. 13. A Natureza Cristalina dos Metais  A célula cristalina HC – hexagonal compactaA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  14. 14. A Natureza Cristalina dos Metais  Polimofismo ou Alotropia Alguns metais e não-metais podem ter mais de uma estrutura cristalina dependendo da temperatura e pressão. Esse fenômeno é conhecido como polimorfismo. Geralmente as transformações polimorficas são acompanhadas de mudanças na densidade e mudanças de outras propriedades físicas.A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  15. 15. A Natureza Cristalina dos Metais  Alotropia À existência, para um mesmo metal, de duas ou mais estruturas cristalinas estáveis, dependendo das condições de temperatura e pressão, denomina-se Alotropia.A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  16. 16. Alotropia do Ferro À existência, para um mesmo metal, de duas ou mais estruturas cristalinas estáveis, dependendo das condições de temperatura e pressão, denomina-se Alotropia. 2875 ºC Vapor 1538 ºC Líquido 1394ºC Ferro  CCC 912ºC Ferro  CFC 770ºC Não magnético – ferro  25 ºC Ferromagnético Ferro  CCCA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  17. 17. A Natureza Cristalina dos Metais  Alotropia do FerroA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  18. 18. Efeito da Temperatura no parâmetro de reticulado do FerroA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  19. 19. Mudança de volume devido a transformação estruturalA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  20. 20. Principais Fases do Aço  Austenita  Ferro Gama “γ” (CFC) –é a única fase que pode se transformar em outras fases no resfriamento. Estável a temperaturas elevadas, mas metaestável (pode se transformar em outras fases) a temperaturas baixas. Ela existe quando o aço é aquecido a temperaturas superiores a 910 ºC e é estável até resfriamento a 723 ºC. Austenita é uma fase “mole” e dúctil.A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  21. 21. As Principais Transformações a partir da Austenita  A transformação da Austenita em outro constituinte pode ocorrer por difusão, cisalhamento, ou uma mistura dos dois mecanismos:  Ferrita, Cementita, Perlita  Ferrita Acicular, Bainita  MatranrtensitaA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  22. 22. As Principais Transformações a partir da Austenita  Austenita (acima de 723 ºC) Resfriamento Resfriamento Resfriamento Lento Moderado Rápido Difusão Cisalhamento Cisalhamento + Difusão Perlita + Ferrita Bainita Martensita Ferrita AcicularA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  23. 23. Principais Fases do Aço  Ferrita  Fe Alfa “” (CCC) – é uma fase nucleada a partir do contorno de grão da austenita. Devido a baixa solubilidade do carbono na Ferrita (máximo 0,02 a 723 ºC), o carbono é expulso da rede de austenita e se aglomera em carbonetos remanescentes separados da ferrita. Baixa dureza e dúctil.  A Ferrita Acicular nucleia em inclusões não metálicas e cresce radialmente em forma de agulhas.A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  24. 24. CCC para CFC  Transformação da Ferrita (CCC) em Austenita (CFC)A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  25. 25. Principais Fases do Aço  Cementita  Devido a Ferrita não ter espaço suficiente para manter o átomo de carbono, todo o carbono expulso da rede de austenita se precipita na forma de Carboneto de Ferro (Cementita) – Fe3C . Elevada durezaA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  26. 26. Principais Fases do Aço  Perlita  Perlita é uma combinação de plaquetas de Ferrita e Cementita. A Perlita se forma, predominantemente, nas regiões da célula com defeitos cristalinos, tais como contornos de grãos, carbonetos insolúveis, ou inclusões não- metálicas como os sulfetos.A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  27. 27. Principais Fases do Aço  Martensita  Martensita – forma-se no resfriamento no campo da Austenita do diagrama Fe-C. Ms – temperatura de início de transformação.  Mf- temperatura final de transformação.  Ms e Mf dependem do teor de carbono presente (Ms entre 200 a 350 ºC para maioria dos aços; e Mf variando entre abaixo de 0 a 200 ºC).  O mecanismo de formação da martensita não é por difusão, mas por cisalhamento, ocorrendo distorção da rede cristalina e formando estrutura tetragonal de corpo centrado.A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  28. 28. A Martensita A martensita é mais freqüentemente encontrada em aços alto-carbono e ferros-carbono ligado. Os cristais de martensita são formados em placas lenticulares delgadas a placas vizinhas não estão paralelas a cada uma. Ripas de martensita são observadas em aços baixo e médio carbono. Esses cristais são formados como placas interconectadas e tendo a mesma orientação.A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  29. 29. A Martensita A martensita é extremamente dura, frágil, adquirindo dureza pela indução de elevada tensões na estrutura cristalina. A martensita pode ser revenida por tratamento térmico para reduzir tensões e dureza. À capacidade do aço em formar martensita, ou em adquirir dureza, é denominada de “Endurecibilidade”A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  30. 30. A Martensita  A martensita é uma solução sólida supersaturada de carbono em ferro tetragonal de corpo centrado (TCC), ou seja uma forma distorcida do ferro cúbico de corpo centrado (CCC). Abaixo, martensita com estrutura de agulhasA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  31. 31. Diagrama de Fases Fe-C (Fe-Fe3C)A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  32. 32. Principais Informações do Diagrama Fe-C Temperatura abaixo da linha A1 em que nenhuma transformação ocorre (723 ºC) 723 C Ou linha críticaA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  33. 33. Principais Informações do Diagrama Fe-C  Principais Informações do Diagrama de Equilíbrio  Aço Hipoeutetóide: Solução sólida de Ferro com Carbono entre 0,002 e 0,8%  Aço Eutetóide: Solução sólida de Ferro com 0,8% de Carbono  Aço Hipereutetóide: Solução sólida de Ferro com Carbono entre 0,8% e 2,0%  723 ºC: linha que sinaliza o limite da transformação de fase Austenita para as fases Perlita e FerritaA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  34. 34. Principais Informações do Diagrama Fe-C  Linhas de transformação para o aquecimento e resfriamento nas ligas Fe-CA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  35. 35. Principais Informações do Diagrama Fe-C  Para aços Hipoeutetóides as temperaturas críticas A1 e A3 podem ser estimadas, em consideração aos elementos de liga, conforme as equações:A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  36. 36. Principais Informações do Diagrama Fe-C  Temperaturas Críticas para alguns açosA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  37. 37. Principais Informações do Diagrama Fe-CA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  38. 38. Principais Informações do Diagrama Fe-C  Fases no Aquecimento / Resfriamento do Aço Hipoeutetóide • As quantidades de ferrita e perlita variam conforme a % de carbono e podem ser determinadas pela regra das alavancas • Partes claras  pró-eutetóide ferritaA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  39. 39. Principais Informações do Diagrama Fe-CA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  40. 40. Principais Informações do Diagrama Fe-C  Aquecimento / Resfriamento do Aço EutetóideA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  41. 41. Principais Informações do Diagrama Fe-C  Estrutura do aço Eutetóide (100% perlítico)A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  42. 42. Principais Informações do Diagrama Fe-C  Aquecimento / Resfriamento do Aço HipereutetóideA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  43. 43. Principais Informações do Diagrama Fe-C  Estrutura típica de aço Hipereutetóide com 1,3%CA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  44. 44. O que é Tratamento Térmico? Operação ou conjunto de operações realizadas no estado sólido compreendendo o aquecimento, a permanência em determinadas temperaturas e resfriamento, realizados com a finalidade de conferir ao material determinadas características. NBR 8653A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  45. 45. Tratamentos Térmicos  Finalidade Alterar as microestruturas e como consequência as propriedades mecânicas, magnéticas e elétricas das ligas metálicasA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  46. 46. Tratamentos Térmicos  Objetivos: - Remover tensões internas - Aumentar ou diminuir a dureza - Modificar Propriedades Mecânicas, Elétricas e Magnéticas - Aumentar / diminuir a ductilidade - Aumentar / diminuir a tenacidade - Melhorar a usinabilidade - Reduzir / aumentar a resistência ao desgaste - Melhorar a resistência à corrosão - Melhorar a resistência ao calorA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  47. 47. Fatores de Influencia nos Tratamentos Térmicos  Temperatura  Tempo  Velocidade de Resfriamento  Atmosfera* * para evitar a oxidação ou a perda de algum elemento químico (por ex: descarbonetação dos aços)A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  48. 48. Fatores de Influencia nos Tratamentos Térmicos  Temperatura Velocidade (prevenção à trincas e introdução de tensões); Temperatura máxima de aquecimento (dependente do tipo de material e objetivo final do tratamento térmico, em termos de microestrutura e propriedades mecânicas).A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  49. 49. Fatores de Influencia nos Tratamentos Térmicos  Tempo (à Temperatura) Quanto mais tempo à temperatura mais completa a dissolução de carbonetos de ferro e/ou outras fases presentes (elementos de liga) no ferro gama (austenita), contudo maior será o tamanho de grãoA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  50. 50. Fatores de Influencia nos Tratamentos Térmicos  Resfriamento Importante devido ditar as propriedades mecânicas finais desejadas. Deve ser considerado a Seção e a Forma da peça para reduzir efeitos como Deformação / Distorção, ou mesmo, Trincas.A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  51. 51. Fatores de Influencia nos Tratamentos Térmicos  Atmosfera Muito importante para evitar a Oxidação / Descarbonetação; ou para introduzir átomos de Carbono e, ou, Nitrogênio (processos de Cementação / Nitretação)A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  52. 52. Fatores de Influencia nos Tratamentos Térmicos  Tempo: O tempo de tratamento térmico depende das dimensões da peça e da microestrutura final desejada. Quanto maior o Tempo à Temperatura:  Maior a segurança da completa dissolução das fases para posterior transformação no resfriamento  Maior será o tamanho de grão (isto não é bom!)  Tempos longos facilitam a oxidação se a atmosfera do forno de aquecimento não for protetora (vácuo, gás inerte, ou “redutora”)A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  53. 53. Fatores de Influencia nos Tratamentos Térmicos  Temperatura: Depende do tipo de material e da transformação de fase ou microestrutura desejadaA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  54. 54. Fatores de Influencia nos Tratamentos Térmicos  Velocidade de Resfriamento Depende do tipo de material e da transformação de fase ou microestrutura desejada - Importante porque determina a microestrutura finalA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  55. 55. Principais Meios de Resfriamento  Ambiente do forno (+ brando)  Ao Ar  Banho de Sais ou Metal Fundido ( Pb)  Óleo  Soluções aquosas de NaOH, Na2CO3 ou NaCl (meios severos)  Solução aquosa de Polímeros (severo)A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  56. 56. Como Escolher o Meio de Resfriamento ?  É um compromisso entre: - Obtenção das características finais desejadas (microestruturas e propriedades), - Não desenvolver fissuras / trincas - Mínimo empenamento - Mínima geração de concentração de tensõesA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  57. 57. Curvas TTT – Transformação Tempo Temperatura  As curvas do Diagrama de Fases – Fe-C (ou Fe-Fe3C) – não mostram as fases que estão presentes com diferentes taxas de resfriamento.  As curvas do diagrama “TTT” mostram qual o efeito das diferentes taxas de resfriamento que podem formar fases desde a fase austenita.  As curvas de resfriamento no diagrama TTT podem correlacionar temperatura, tempo, espessura e respectiva dureza da fase resultante  As curvas TTT estabelecem a temperatura e o tempo em que ocorre uma determinada transformação e só tem validade para transformações a temperatura constanteA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  58. 58. Curvas TTT – Transformação Tempo Temperatura Definição de Curva TTT  lugar geométrico dos pontos de Inicio e Fim de transformação austenítica do aço Pontos importantes da curva TTT  “i” – Inicio de transformação  “f” – Fim de transformação  “Mi” – Início de transformação martensítica  “Mf” – Fim de transformação martensíticaA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  59. 59. Curvas TTT – Transformação Tempo TemperaturaA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  60. 60. Curvas TTT – Transformação Tempo TemperaturaA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  61. 61. Curvas TTT – Transformação Tempo TemperaturaA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  62. 62. Curvas TTT – Transformação Tempo TemperaturaA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  63. 63. Curvas TTT – Transformação Tempo TemperaturaA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  64. 64. Curvas TTT – Transformação Tempo Temperatura A – (No forno) = Perlita Grossa B -(Ar) = Perlita fina C -(Ar soprado) = Perlita + fina D –(Óleo) = Perlita fina + + Martensita E- (Água) = MartensitaA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  65. 65. Curvas TTT – Transformação Tempo TemperaturaA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  66. 66. Transformações  http://www.matter.org.uk/steelmatter/met allurgy/7_1_2.htmlA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  67. 67. Fatores que influenciam a posição da curva TTT  Teor de Carbono Maior o teor em carbono mais a curva TTT está deslocada para a direita  Composição química Quanto maior o teor e a quantidade em elementos de liga, mais numerosas e complexas são as reações no resfriamento. Todos os elementos de liga (exceto o Cobalto) deslocam as curvas para a direita, retardando as transformações, facilitando a formação da martensita. Em determinados aços pode-se obter martensita mesmo com resfriamento lento  Tamanho de grão da austenita  Efeito da seção da peça  Velocidade de resfriamentoA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  68. 68. Fatores que influenciam a posição da curva TTT  Efeito do Carbono nas temperaturas de início e fim da transformação austeníticaA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  69. 69. Fatores que influenciam a posição da curva TTT  Tamanho de Grão: O aço com granulação grosseira apresenta, em geral, propriedades inferiores às do mesmo aço com granulação fina, à temperatura ambiente. O tamanho de grão é determinado por comparação direta ao microscópio.A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  70. 70. Curvas TRC  Nos processos industriais a maioria das transformações ocorrem por resfriamento contínuo. A partir desse fato se desenvolveu as curvas TRC – Transformação por Resfriamento ContínuoA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  71. 71. Curvas TRCA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  72. 72. Curvas TRC para alguns Aços  SAE 1060A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  73. 73. Curvas TRC para alguns Aços  SAE 1090A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  74. 74. Curvas TRC para alguns Aços  SAE 4340A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  75. 75. Curvas TRC para alguns Aços  AISI H13A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  76. 76. Principais Tratamentos Térmicos Tratamentos Térmicos Recozimento Solubilização e Envelhecimento Normalização Esferoidização ou Coalescimento •Alívio de tensões •Recristalização Têmpera •Homogeneização e Revenimento •Total ou Pleno •IsotérmicoA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  77. 77. Objetivo do Alívio de Tensão  Uniformizar / reduzir tensões introduzidas por operação de usinagem; lixamento; soldagem; fabricação; resfriamento brusco  Uniformizar / Reduzir tensões introduzidas por tratamentos termo-mecânicos  Temperatura  Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase  Resfriamento Evitar velocidades muito altas devido ao risco de distorçõesA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  78. 78. Objetivo do Recozimento  Recozimento Sub-Crítico:  Realizado abaixo de A1.  Recuperar a dutilidade do aço trabalhado a frio  Principais transformações: “recristalização” e “recuperação”  Recozimento Pleno  Realizado acima de A3.  Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade  Coalescimento  Realizado acima e abaixo de A1  Alterar microestrutura para a menor resistência / durezaA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  79. 79. O ciclo térmico de RecozimentoA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  80. 80. Recozimento Pleno  Temperatura Aço Hipoeutetóide: 50 ºC acima de A1 Aço Hipereutetóide: Entre os limites Acm e A1  Resfriamento (lento, dentro do forno, controlado)A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  81. 81. Recozimento Pleno  Constituintes Estruturais resultantes Hipoeutetóide Ferrita + Perlita grosseira Eutetóide  Perlita grosseira Hipereutetóide Cementita + Perlita Grosseira * A perlita grosseira é ideal para melhorar a usinabilidade dos aços baixo e médio carbono * Para melhorar a usinabilidade dos aços alto carbono recomenda-se a EsferoidizaçãoA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  82. 82. Recozimento Isotérmico  Isotérmico: transformação ocorre à temperatura constante  Permite obter estrutura final + homogênea  Não é aplicável para peças de grande volume porque é difícil de baixar a temperatura do núcleo da mesma  Esse tratamento é geralmente executado em banho de saisA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  83. 83. Esferoidização, ou Coalescimento  Objetivo  Produzir uma estrutura  globular ou esferoidal de  carbonetos no aço    Melhorar a usinabilidade, especialmente a dos aços alto carbono   Facilitar a deformação a frioA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  84. 84. Influencia da Temperatura de Recozimento na Resistência à Tração e Ductilidade Alívio de Tensões (Recuperação/Recovery)A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  85. 85. Objetivo da Normalização  Realizado acima de A3 / Acm  Refino de grão (por meio de recristalização) e homogeneização da estrutura para melhor resposta na têmpera / revenimento posterior  Melhoria da usinabilidade  Refino de estruturas brutas de fusão (peças fundidas)  Propriedades mecânicas desejadasA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  86. 86. Alivio de Tensão; Recozimento; NormalizaçãoA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  87. 87. Solubilização e Envelhecimento Consiste na precipitação de outra fase na forma de partículas extremamente finas e uniformemente distribuídas. Essa nova fase endurece a liga proporcionando máxima dureza e resistência Chamado de Solubilização envelhecimento que pode ser Resfriamento em Natural ou Artificial água Precipitação A ppt se dá A ppt se dá a acima da T T ambiente ambiente por reaqueci- mento Importante: O fabricante desse tipo de aço fornece no estado SolubilizadoA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  88. 88. Têmpera  Temperatura: Superior à linha crítica (A1) Evitar o superaquecimento, pois formaria matensita acicular muito grosseira, de elevada fragilidade  Resfriamento: Rápido de maneira a formar martensíta (recomendável ver as curvas TTT – fabricantes de aços e / ou literaturas técnicas)  Meios de Resfriamento: Depende da composição do aço (principalmente da % de Carbono e Elementos de liga) e geometria / espessura da peçaA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  89. 89. Objetivo da Têmpera  Operação de resfriamento do aço à temperatura de austenitização em um meio com óleo, água, ou gás nitrogênio sob pressão para:  Obter estrutura metaestável “Martensita”  Ótima combinação de resistência e tenacidade  Incrementar a dureza  Incrementar a resistência a tração  Reduzir a tenacidadeA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  90. 90. O ciclo térmico de Têmpera e RevenimentoA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  91. 91. TêmperaA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  92. 92. Têmpera  Problemas práticos no Resfriamento A peça poderá apresentar Empenamento ou Fissuras devidos ao resfriamento não uniforme. A parte externa esfria mais rapidamente, transformando-se em martensita antes da parte interna. Durante o curto tempo em que as partes externa e interna estão com diferentes microestruturas, aparecem tensões mecânicas consideráveis. A região que contém a martensita é frágil e pode trincar.A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  93. 93. Têmpera  Ilustração esquemática do estado de tensão existente em um bloco de aço durante os estágios da têmpera em água [1]A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  94. 94. Têmpera  Resfriamento: diferentes seçõesA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  95. 95. Têmpera  Mudança de volume devido a formação de MartensitaA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  96. 96. Objetivo do Revenimento Operação fundamental para adequar as propriedades mecânicas do aço após a Têmpera  Aliviar, ou remover, tensões da martensita obtida pela têmpera. Martensita revenida  Reduzir a dureza e aumentar a tenacidadeA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  97. 97. Reações de Revenido 150 - 230 °C  início de precipitação de carbonetos  Estrutura: martensita revenida (escura, preta)  Dureza: 65 RC 60 - 63 HRC 230 - 400 °C  carbonetos continuam precipitando na forma globular (invisível ao microscópio)  Estrutura: “Troostita”  Dureza: 62 RC -50 HRCA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  98. 98. Reações de Revenido 400 - 500 °C  os carbonetos crescem em glóbulos, visíveis ao microscópio  Estrutura: SORBITA  Dureza: 20-45 HRC 650 - 738 °C  os carbonetos formam partículas globulares  Estrutura: Esferoidita  Dureza: < 20 HRCA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  99. 99. Microestruturas no Revenimento Troostita e Martensita SorbitaA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  100. 100. Temperatura versus Dureza no RevenimentoA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  101. 101. Fragilidade ao Revenido  Ocorre em determinados tipos de aços quando aquecidos na faixa de temperatura entre 375-475 °C, ou quando resfriados lentamente nesta faixa.  A fragilidade ocorre mais rapidamente na faixa de 470-475 °C  A fragilidade só é revelada no ensaio de resistência ao impacto (Charpy) e não há alteração na microestrutura.  Aços-liga de baixo teor de liga  Aços que contém apreciáveis quantidades de Mn, Ni, Cr, Sb*, P, S  Aços ao Cr-Ni são os mais susceptíveis ao fenômeno  Recuperar o aço fragilizado ao revenido: reaquecer o aço a uma temperatura de ~600 °C seguido de resfriamento rápido até abaixo de 300CA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  102. 102. Revenimento  A Temperatura de Revenimento é selecionada de acordo com as combinações de propriedades desejadasA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  103. 103. Martempera Operação de resfriamento do aço à temperatura de austenitização em um meio (sal fundido, óleo) com temperatura acima da temperatura de formação da martensita Objetivo da Martempera  Prevenir a grandes diferenças de temperaturas Núcleo / Superfície durante o resfriamento  Formação uniforme de martensita através da seção da peça  Reduzir tensões residuais  Reduzir empenamento / distorção  Reduzir risco de trincaA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  104. 104. MartemperaA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  105. 105. Austempera Operação de resfriamento do aço à temperatura de austenitização em um meio como sal fundido, ou óleo, à temperatura acima da formação de martensita e permanecer tempo suficiente para completar a transformação estrutural. Nem todo aço pode ser austemperado. Consultar a ficha técnica do aço com o fabricante, ou literaturas técnicas Objetivos da Austempera:  Obter estrutura “bainita” – mais tenaz e propriedades semelhantes a da martensita revenida  Reduzir tensões internas  Maior tenacidade  Dispensar o revenimentoA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  106. 106. Austempera  Bainita  A Bainita nucleia no contorno de grão austenítico e cresce em forma de um feixe de agulhas paralelasA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  107. 107. AustemperaA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  108. 108. Martempera e Austempera Processos alternativos para evitar distorções / trincasA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  109. 109. Martempera Modificada  A Martempera pode ser realizada de duas formas distintas:  Clássica: aguardar acima da Ms  Modificada: transformar dentro dos limites da Ms e MfA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  110. 110. O tratamento Sub-Zero, ou Criogenia (Nitrogênio Líquido)  Alguns tipos de aço, especialmente os de alta liga, não conseguem finalizar a transformação de austenita em martensita. Mf abaixo de 0 ºC.  O tratamento consiste no resfriamento do aço a temperaturas abaixo da temperatura ambiente Ex: Nitrogênio líquido: - 196 ºC Nitrogênio + álcool: - 70 a - 120 ºCA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  111. 111. A Prática do TT  Geometria com diferenças de espessura apresenta severas dificuldades para a realização do tratamento térmico  Áreas finas aquecem mais rápido que as áreas mais grossas e as transformações de fase ocorrem primeiro nestas  Dilatação térmica é outro fator de importância  Dilatação térmica e transformação de fase conduzem a peça a sofrer gradientes volumétricos internos e gradientes de tensão que, se acima de um valor crítico, o qual depende do material e dimensões físicas da peça, pode gerar trincas e fissuras internas e superficiais  A heterogeneidade geométrica e de estrutura interna é fator de desequilíbrio nas transformações (vide norma NADCA). Segregações, defeitos internos como inclusões, microporosidades e heterogeneidade na distribuição granulométrica.A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  112. 112. A Prática do TT  O resfriamento é o fator mais importante do ponto de vista de tratamentos térmicos das ligas ferrosas  Modificando-se a velocidade de resfriamento depois de adequada permanência à temperatura de aquecimento, pode-se obter mudanças estruturais que promovem o aumento da ductilidade ou elevação da dureza e da resistência mecânica  No tratamento térmico a escolha correta do resfriamento – e como conduzi- lo – é de fundamental importância. Dependendo da geometria da peça (grandes ou pequenas alterações de forma), seções finas versus grosseiras, pode acarretar na seleção de um meio de resfriamento diferente daquele que seria recomendado. Nesses casos, busca-se o equilíbrio da equação “custo-benefício”A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  113. 113. A Prática do TT  Detalhes para o Resfriamento - os meios mais utilizados industrialmente, a partir do mais rápido: 1. Soluções aquosas salinas com NaCl, NaOH ou Na2CO3 2. Água 3. Polímeros fundidos 4. Óleos com diferentes viscosidades 5. Ar 6. Vácuo Conforme esses meios estejam em agitação, repouso, ou dependendo de sua temperatura, a eficiência é igualmente alterada. Portanto, deve-se observar sistemas de refrigeração e do fluido refrigerante para garantia de sua eficiência ao longo do processo de tratamento térmicoA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  114. 114. A Prática do TT  Ainda sobre o Resfriamento.... 1. Evitar meios refrigerantes líquidos em condição estática, pois o vapor que se forma na superfície da peça reduz drasticamente a refrigeração 2. Se o meio refrigerante for solução aquosa, evitar o aquecimento, pois este reduz drasticamente a eficiência de refrigeração. Por exemplo, aquecer água de 18 ºC para 75 ºC resulta na redução da sua eficiência em 95%! 3. Meios líquidos são os mais severos refrigerantes (água, óleo, soluções salinas, etc.). Portanto, todo cuidado é pouco para reduzir riscos de trincas e deformações acentuadas. 4. Óleo de têmpera especialmente fabricado para esta operação exige o aquecimento deste. Nesse caso, ver a recomendação do fabricante do óleo, geralmente em torno de 60 a 90 ºC. Alguns óleos podem operar até a 160 ºC. Importante: dispositivos adequados de combate a incêndio devem estar disponíveis e prontos para agir se necessários 5. Resfriamento em forno exige o controle de temperatura, ou elaboração de rampasA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  115. 115. A Prática do TT – Resumo Geral  Fatores de Influencia nos Tratamentos Térmicos: 1. Componente: Tamanho e Geometria; Estrutura Original (tamanho de grão, encruamento, segregação, microinclusão, porosidade, defeitos, etc...) 2. Aquecimento: Tipo de forno; Temperatura Crítica; Taxa de Aquecimento 3. Tempo de Aquecimento: Homogeneização da Temperatura; Crescimento de Grão 4. Ambiente de Aquecimento: Reações que podem ocorrer na superfície da peça (descarbonetação, carbonetação, oxidação, “carepas”) 5. Resfriamento: Ambiente de Resfriamento; Taxa de Resfriamento; Temperatura MínimaA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  116. 116. Temperabilidade  Temperabilidade Capacidade do aço formar martensita a uma determinada profundidade.  Métodos utilizados para avaliar a temperabilidade:  Taxa de Resfriamento Crítico  Ensaio Grossmann  Ensaio JominyA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  117. 117. Ensaio JominyA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  118. 118. Jominy  http://www.youtube.com/watch?v=hxOHvpAZy2o  http://www.matter.org.uk/steelmatter/metallurgy/7_1_1.htmlA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  119. 119. JominyA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  120. 120. JominyA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  121. 121. JominyA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  122. 122. TemperabilidadeA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  123. 123. Temperabilidade dos Aços CarbonoA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  124. 124. Sistema Al-Cu Solubilização 5,65% A fase endurecedora das ligas Al-Cu é CuAl2 ()A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  125. 125. 7- Outros tratamentos térmicos
  126. 126. Sub-Zero / Criogenia  Alguns tipos de aço, especialmente os de alta liga, não conseguem finalizar a transformação Austenita para Martensita. Esse tratamento consiste no resfriamento do aço a temperaturas abaixo da ambiente (zero graú)  Ex: Nitrogênio líquido: - 196 ºC (Criogenia) Nitrogênio + Álcool: -70 a – 120 ºC (Sub-Zero) Vantagens:  Estrutura uniforme (isenta de austenita retida)  Estabilidade dimensional Desvantagens:  Risco de desenvolver trincasA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  127. 127. Sub-Zero / Criogenia Exemplo: Aço AISI 1321 Cementado  linhas Mi e Mf rebaixadas. Nessa caso, a formação da martensita não se finaliza e isto resulta em austenita residual a temperatura ambienteA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  128. 128. Caso Prático - I Examine o seguinte procedimento adotado por uma da empresa:  Peça: eixo (10x100) mm  Aço: SAE 1045  Condições de trabalho: solicitação à abrasão pura  Tratamento térmico solicitado: beneficiamento para dureza de 55HRC  Condição para tempera: peça totalmente acabadaA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  129. 129. Caso Prático - II Qual o tratamento térmico seria mais apropriado para a peça “eixo flangeado” para reconstituir a homogeneidade microestrutural com a finalidade de posteriormente se efetuar a têmpera? Informações: A região flangeada apresenta granulação fina e homogênea, resultante do trabalho à quente; já o restante do eixo, que não sofre conformação, apresenta-se com microestrutura grosseira e heterogênea, devido ao aquecimento para forjamento.A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  130. 130. Caso Prático - III Porta insertos de metal duro são usados em estampos progressivos, confeccionados em aço AISI D2 e temperados para 60/62 HRC. Este tipo de aço costuma reter até 50% de austenita em sua estrutura à temperatura ambiente. Há algum inconveniente disto? Comente a sua resposta.A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  131. 131. Caso Prático - IV  Qual seria a melhor rota de tratamento térmico para uma peça em aço SAE 4340 especificação de dureza final 48-52 HRC e com 30 a 40% de usinagem? Qual meio de resfriamento utilizaria?  Um bloco de aço 4140 não alcançou a dureza especificada após a têmpera. Qual procedimento adotaria para o retratamento?A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  132. 132. Caso Prático - V  Um bloco de aço AISI H13 com 50% de usinagem. Especificação 48-50 HRC. Qual a melhor rota de tratamento térmico? Se esse bloco não alcançar a dureza especificada, qual procedimento adotaria para o retratamento?  Um bloco de aço AISI 4340 apresenta áreas não usinadas, ainda em “bruto”. Qual seria o risco para a têmpera?A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  133. 133. Caso Prático - VI  Para construir uma peça existe a possibilidade de se utilizar dois tipos de aços: SAE 4140 e SAE 4340. E nesse caso, o projetista sugere utilizar o aço de “maior temperabilidade”. Qual critério seria utilizado para selecionar o aço adequado?A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  134. 134. Caso Prático - VII  Depois da realização do tratamento térmico de têmpera e revenimento de um aço se constatou que a dureza máxima não foi alcançada. Descreva as possibilidades que podem ser a causa dessa “não-conformidade”.A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  135. 135. RESUMOS
  136. 136. Transformações AUSTENITA Resf. lento Resf. Rápido Resf. moderado (Têmpera) Perlita ( + Fe3C) + a fase próeutetóide Bainita Martensita (fase tetragonal) ( + Fe3C) reaquecimento Ferrita ou cementita Martensita Revenida ( + Fe3C)A Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  137. 137. Tratamentos Térmicos Recozimento Têmpera e Total ou Pleno Revenido Recozimento Normalização Isotérmico Resfriamento Lento Resfriamento (dentro do forno) ao arA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  138. 138. Recozimento Total ou Pleno Recristalização Alívio de Isotérmico Tensão Temperatura Resfriamento Abaixo da linha A1  Lento Temperatura (600-620 ºC) (dentro do forno) Abaixo da linha A1  - Resfriamento Não ocorre nenhuma Lento transformação (ao ar ou dentro Resfriamento do forno) Deve-se evitar **Elimina o velocidades muito altas encruamento devido ao risco de gerado pelos distorções processos de deformação à frioA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008
  139. 139. Tratamento Térmico FIMA Arte dos Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas - Isoflama, 2008

×