Tratamentos Térmicos nos Aços

1. Tratamentos Térmicos nos Aços Prof.Kalil IT_139

2. Metal “Uma substância química elementar opaca, lustrosa, boa condutora de calor e de eletricidade e boa refletora de luz, quando conveniente polida” • O metal mais empregado é ainda o ferro • Outros importantes: alumínio, cobre, chumbo, zinco, estanho, níquel e magnésio.

3. Ocorrência dos Metais • Alguns são encontrados no estado nativo (quase puro): ouro e platina • Na maioria das vezes, combinados com outros elementos (minerais): hematita, calcita etc.. • “Minério”: minerais que se podem extrair os metais (jazidas)

4. Os metais, ao se soli-dificarem, “cristalizam” (átomos em posições definidas e ordenadas) Reticulado Cristalino formam as células unitárias Grão – conjunto de células unitárias Estrutura Cristalina dos Metais

5. cúbico centrado(9 átomos): ferro alfa, cromo, etc … cúbico de face cen-trada(14 átomos): ferro gama, alumínio, cobre, … Hexagonal compacto: zinco, magnésio, … Principais Reticulados Cristalinos

6. Alotropia • Propriedade que certos metais apresen-tam de possuírem reticulados cristalinos diferentes. • Exemplo: • Ferro alfa – CC à temperatura ambiente • Ferro gama – CFC à T > 912 oC • Diamante e Grafite

7. Alotropia • São alterações da estrutura cristalina dependendo da faixa de temperatura em que se encontram os metais. • Ferro alfa, gama e beta são formas alotrópicas diferentes, no qual apresentam estruturas cristalinas e propriedades físicas diferentes, porém o número de átomos da mesma massa não varia

8. Alotropia • A disposição alotrópica dos aços (liga ferro-carbono) nos tratamentos térmicos, faz com que o ferro alfa solubiliza menor quantidades de carbono (até 0,02% C) e o ferro gama dissolve maiores percentuais (até 2,11%), isto altera as propriedades físicas dos aços para uma mesma composição química.

9. Ligas Metálicas “Substâncias que consistem em misturas íntimas de dois ou mais elementos químicos, dos quais pelo menos um é metal, e possuindo propriedades metálicas” • Elementos estranhos são intencional-mente adicionados a um metal, com a finalidade de melhorar as propriedades usuais ou obter certas propriedades específicas

10. 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 Diagrama de equilíbrio Fe-CFe3C, Fe e grafita (carbono na forma lamelar)

11. 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 Fe3C carboneto de ferro - 6,7% C (cementita) Diagrama de equilíbrio Fe-C

12. Austenita: solução sólida de C no F gama . Boa resistência e apreciável tenacidade, não magnético Cementita: Carbono na forma Fe3C (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). Diagrama de equilíbrio Fe-CFe3C, Fe e grafita (carbono na forma lamelar)

13. Perlita: 88% ferrita (ferro alfa) + 12% cementita (Fe3C). 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) Diagrama de equilíbrio Fe-C

14. Diagrama de equilíbrio Fe-C • Em resumo, a austenita (Ferro gama) existente acima da linha A1 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

15. Representação dos aços abaixo da temperatura de transformação resfriado lentamente

16. Representação dos Ferro Fundido abaixo da temperatura de transformação resfriado lentamente • Branco – apresenta o carbono quase que inteiramente ligado – fratura branca • Cinzento – mais que 2% C – formação de arbono livre – grafita- fratura escura

17. 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.

18. Diagrama de equilíbrio Fe-Caço eutetóide- Tempo de resfriamento Tempo de esfriamento lento: Austenita(Fe gama) perlita(Fe alfa + Fe3C) Tempo de esfriamento mais rápido: Austenita martensita(solução sólida de ferro alfa supersaturada de carbono, estrutura +dura e frágil dos aços) + perlita Tempo de esfriamento rápido Austenita martensita

19. Diagrama de transformação isotérmica ou Curva TTT de um aço eutetóide e estruturas resultantes Curvas TTT

20. Curvas TTT • Utilizados para o estudo dos tratamento térmicos

21. Tratamentos • Térmicos Normais: quando ocorre apenas mudança estrutural (têmpera, revenido, recozimento e normalização) • Termoquímicos: quando ocorre mudança na composição química (cementação e nitretação)

22. 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. Resfriamento mais lento Recozimento

23. Trabalho de deformação a frio => encruamento (deformação plástica) Recristalização por recozimento - restaura a estrutura quando submetida a encruamento. Recozimento

24. Etapas: Recuperação Recristalização (alívio de tensões) Aumento do tamanho do grão Recozimento

25. Mesmos objetivos e procedimentos do recozimento, porém com resfriamento menos lento => me-lhores propriedades mecânicas (estru-tura com granulação mais fina) Normalização

26. Resfriamento rápido objetivando o aumento da dureza (martensita), da resistência ao desgaste, da resis-tência a tração e diminuição da ductilidade Têmpera

27. Aplicados nos aços temperados, imediatamente após a têmpera Objetivando corrigir o excesso de têmpera Revenido

28. Enriquecimento superficial de carbono, em aços de baixo carbono Peça deve ser posteriormente temperada A profundidade de cementação depen-de da temperatura, do tempo à tempe-ratura e da concen-tração de carbono. Cementação

29. Nitretação • O endurecimento superficial é obtido pela ação do nitrogênio • Não há necessidade de têmpera

30. Aço ABNT 1045 – Aspecto micrográfico de um aço hipoeutetóide. Ampliação: 400 vezes A Figura mostra a microestrutura visualizada no microscópio. As áreas brancas são de ferrita e as áreas escuras são de perlita, cuja estrutura lamelar não é evidenciada por se tratar de ampliação relativamente pequena.

31. Aço ABNT 1045 – Têmpera A Figura mostra o aspecto micrográfico do aço hipoeutetóide temperado. As partes mais escuras são os veios da martensita em forma de agulha.

32. Aço ABNT 1045 – Revenido a 300° C Figura mostra o aspecto micrográfico do aço hipoeutetóide temperado e revenido a 300ºC

33. Aço ABNT 1045 – Revenido a 300, 450, 600 e 700 °C

34. Materiais de construção de máquinas Ensaio de tração e tratamentos térmicos

35. Bibliografia • Transparências montadas com base no livro: • Tecnologia Mecânica, Vol. 1, 2 e 3. Vicente Chiaverini. McGraw-Hill. 1977. • Favorato, B. et al., Ensaios de tratamentos térmicos em amostras de aço ABNT 1045, Revista Educação e Tecnologia, 2006