Tecnologia Mecânica

1. Tecnologia Mecânica Tratamentos Térmicos

2. Diagrama de Fases

3. Tratamento Térmico • Finalidade: • Alterar as microestruturas e, como conseqüência, as propriedades mecânicas das ligas metálicas • O tratamento térmico está diretamente relacionado com o tipo de material a ser tratado

4. Objetivos • Remoção de tensões internas • Aumento ou diminuição da dureza • Aumento da resistência mecânica • Melhora da ductilidade • Melhora da usinabilidade • Melhora da resistência ao desgaste • Melhora da resistência à corrosão • Melhora da resistência ao calor

5. Fatores de Influência • Temperatura • Tempo • Velocidade de resfriamento • Atmosfera (para evitar a oxidação ou perda de algum elemento químico, como a descarbonetação dos aços)

6. Tempo • O tempo de tratamento depende muito das dimensões da peça • Quanto maior o tempo, maior a segurança da completa dissolução das fases para posterior transformação • Tempos longos facilitam a oxidação e encarecem o processo

7. Temperatura • Depende do tipo de material e da transformação de fase ou microestrutura desejada

8. Velocidade de Resfriamento • Depende do tipo de material e da transformação de fase ou microestrutura desejada • É o mais importante porque é ele que efetivamente determinará a microestrutura, além da composição química do material

9. Principais meios de resfriamento • Ambiente do forno (+ brando) • Ar • Banho de sais ou metal fundido (mais comum é o de Pb) • Óleo • Água • Soluções aquosas de NaOH, Na2CO3 ou NaCl (+ severos)

10. Principais Tratamentos Térmicos Tratamentos Térmicos Recozimento Normalização • Alívio de tensões • Recristalização • Homogeneização • Total ou Pleno • Isotérmico Têmpera e Revenido

11. Recozimento • Objetivos: • Remoção de tensões internas • Diminuir a dureza, para melhorar a usinabilidade • Alterar as propriedades mecânicas, como a resistência e a ductilidade • Ajustar o tamanho de grão • Método: • Manter o material a uma temperatura determinada por um certo tempo, e a seguir resfriá-lo lentamente • Tempo de permanência: • aços carbono: ~ 20 min. por centímetro de espessura • aços liga: ~ 30 min. por centímetro de espessura

12. Tipos de Recozimento • Recozimento para alívio de tensões • (qualquer liga metálica) • Recozimento para recristalização • (qualquer liga metálica) • Recozimento para homogeneização • (para peças fundidas) • Recozimento total ou pleno • (aços)

13. Recozimento para alívio de tensões • Objetivo: • Remoção de tensões internas • Temperatura: • Geralmente entre 500 ºC e 700 ºC • Resfriamento: • Deve-se evitar velocidades muito altas devido ao risco de distorções; geralmente feito ao ar

14. Recozimento para Recristalização • Objetivo: • Elimina o encruamento gerado pela deformação a frio • Temperatura: • Menor que 723 ºC • Resfriamento: • Lento (ao ar ou ao forno)

15. Recozimento para Homogeneização • Objetivo: • Melhorar a homogeneidade da microestrutura de peças fundidas • Temperatura • Menor que 723 ºC • Resfriamento: • Lento (ao ar ou ao forno)

16. Recozimento Total ou Pleno • Objetivo: • Obter dureza e estrutura controlada para os aços • Temperatura: • < 0,86% C: 50 ºC acima da Tcrítica superior • >0,86% C: entre Tcrítica superior e Tcrítica inferior • Resfriamento: • Lento, ao forno (~ 50 ºC/h) • Implica em tempos longos de processo

17. Influência da Temperatura de Recozimento

18. Normalização • Usada nos aços, antes da Têmpera e Revenido. • Objetivos: • Refinar o grão • Melhorar a uniformidade da microestrutura • Temperatura • < 0,86% C: Acima da linha A3 • > 0,86% C: Acima da Tcrítica superior • Resfriamento • Ao ar (calmo ou forçado)

19. Têmpera • Objetivos: • Obter estrutura matensítica, que promove: • Aumento na dureza • Aumento na resistência à tração • Redução na tenacidade • Aumento da resistência ao desgaste • A têmpera gera tensões – é necessário um revenido posterior

20. Estrutura Martensítica

21. Têmpera • Temperatura: • Levemente superior à linha crítica (A1) • Manutenção a essa temperatura para homogeneização • (0,4 a 0,86)% C – Acima da austenitizacao plena • > 0,86% C: aproximadamente (723 + 50) ºC • Deve ser realizado em atmosfera controlada • Resfriamento: • Brusco, de maneira a formar martensita • A velocidade de resfriamento é o fator mais importante da têmpera

22. Têmpera • Meios de resfriamento • Dependem da composição do aço (% de C e elementos de liga) e da espessura da peça

23. Temperabilidade • Capacidade de um aço adquirir dureza por têmpera a uma certa profundidade • A curva que indica a queda de dureza em função da profundidade recebe o nome de curva Jominy, e é obtida por meio de ensaios normalizados

24. Temperabilidade

25. Temperabilidade em função do teor de Carbono

26. Revenido • Sempre acompanha a têmpera • Objetivos: • Alivia ou remove tensões • Corrige a dureza e a fragilidade, aumentando a tenacidade • Temperatura • Pode ser escolhida de acordo com as propriedades desejadas

27. Temperatura de Revenido

28. Temperatura de Revenido • 150 – 230 °C  Dureza: 65 RC a 60 RC • 230 – 400 °C  Dureza: 62 RC a 50 RC • 400 – 500 °C  Dureza: 20 RC a 45 RC • 650 – 738 °C  Dureza: < 20 RC

29. Microestruturas de Revenido

30. Outros Tratamentos Térmicos • Tratamento Sub-zero • Alguns aços, especialmente os de alta liga, não conseguem finalizar as transformações de fases • O tratamento consiste no resfriamento do aço a temperaturas abaixo da ambiente • Ex: Nitrogênio líquido: -170 ºC • Nitrogênio + álcool: -70 ºC

31. Austêmpera e Martêmpera • Problema prático no resfriamento e na têmpera: • Resfriamento não uniforme gera tensões • A parte externa resfria mais rapidamente, enriquecendo-se de martensita • A martensita é dura e frágil, e pode trincar • Os tratamentos térmicos denominados de martêmpera e austêmpera visam solucionar este problema

32. Martêmpera • Oresfriamento é temporariamente interrompido, criando um passo isotérmico, no qual toda a peça atinge a mesma temperatura • A seguir, o resfriamento é feito lentamente, de forma que a martensita se forma uniformemente através da peça • A ductilidade é conseguida através de um revenido final

33. Austêmpera • O procedimento é análogo à martêmpera, entretanto a fase isotérmica é prolongada até que ocorra a completa transformação em bainita • Microestrutura formada é mais estável (+Fe3C), o resfriamento subseqüente não gera martensita • Não existe a fase de reaquecimento, tornando o processo mais barato

34. Processos • Têmpera, Austêmpera, Martêmpera