CURSO
DE TECNOLOGIA EM SOLDAGEM
ABNER
PEREIRA DE ARAÚJO
ARIANE
SÂMARA DE MAGALHÃES PEIXOTO
LEANDRA
SOUZA VIEIRA
RENATO
IRIAS
TRATAMENTO
TÉRMICO
NA
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Pindamonhangaba
– SP
13 de
Maio de 2014
CURSO
DE TECNOLOGIA EM SOLDAGEM
ABNER
PEREIRA DE ARAÚJO
ARIANE
SÂMARA DE MAGALHÃES PEIXOTO
LEANDRA
SOUZA VIEIRA
RENATO
IRIAS
TRATAMENTO
TÉRMICO
NA
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
|
Pindamonhangaba
– SP
13 de
Maio de 2014
SUMÁRIO:
- Introdução
-------------------------------------------------------------------------------------------
1
- Esferoidização
-------------------------------------------------------------------------------------
2
- Recozimento
----------------------------------------------------------------------------------------
3
3.1 Recozimento Pleno
------------------------------------------------------------------------------
3
3.2 Recozimento
Subcrítico--------------------------------------------------------------------------
4
4. Normalização----------------------------------------------------------------------------------------
5
5. Têmpera
----------------------------------------------------------------------------------------------
6
6. Revenido
---------------------------------------------------------------------------------------------
7
7. Tratamento por Precipitação---------------------------------------------------------------------
8
8. Resumo e Conclusão------------------------------------------------------------------------------
9
Bibliografia------------------------------------------------------------------------------------------------
10
1. INTRODUÇÃO
As ligas de
ferro-carbono, antes de serem utilizadas na forma de peças, são, na maioria dos
casos, principalmente quando aplicadas em construção mecânica, submetidas a
tratamentos térmicos.
Os tratamentos
térmicos são um conjunto de operações que têm por objetivo modificar as
propriedades dos aços e de outros materiais através de um conjunto de operações
que incluem o aquecimento e o resfriamento em condições controladas. Desta
maneira conseguimos obter uma variada gama de propriedades que permitem que
tenhamos materiais mais adequados para cada aplicação.
Sempre que fizermos
um tratamento térmico, o seu sucesso ou fracasso será determinado por alguns
fatores-chave que deverão ser muito bem observados: temperatura, tempo de
permanência, velocidade de resfriamento e proteção das peças. Um erro de
avaliação de um deles fará com que tenhamos como resultado uma microestrutura
diferente da prevista e por consequência um material com propriedades
diferentes da desejadas.
ESFEROIDIZAÇÃO
Consiste em um
tratamento que visa globulizar a cementita fazendo com que tenhamos uma
microestrutura formada de um fundo de ferrita com cementita esferoidal, donde
temos a origem do nome. Este tratamento também é chamado de coalescimento, pelo
fato de que durante o processo a cementita se aglutina em partículas de forma
esferoidal.
O processo de
esferoidização é utilizado para aços com teores superiores a 0,5% de carbono,
principalmente em aços hipereutetóides. Quando se deseja fazer um processo de
usinagem ou de conformação de uma peça o recozimento poderá não baixar a dureza
o suficiente para que a tarefa seja executada. Este problema acontece
principalmente em aços com elevados teores de liga e elevado teor de carbono.
Para este tipo de aço uma estrutura formada por perlita e cementita apresentará
uma dureza muito alta e a única alternativa será o processo de esferoidização.
O tratamento térmico
de esferoidização pode ser feito de duas maneiras:
- Aquecendo-se o
aço até uma temperatura logo abaixo da temperatura eutetóide,
permanecendo-se nesta temperatura por um tempo que varia de oito a vinte
horas, com resfriamento posterior ao ar.
- Austenitizar o
material, fazer um resfriamento até a temperatura logo abaixo da
temperatura eutetóide, mantendo-se nesta temperatura por um tempo entre
oito e vinte horas, e resfriando ao ar. Este tratamento também pode ser
efetuado variando ciclicamente entre temperaturas acima e abaixo da
temperatura de austenitização.
A segunda forma de execução deste tratamento
é a que propicia tempos menores de tratamento e pode entendida pela observação
da figura 2.1.
Figura 2.1- Curva de transformação para o processo de esferoidização.
A
microestrutura resultante deste processo é a esferoidita, isto é, um fundo de
ferrita com a cementita e os carbonetos dos elementos de liga em forma
esferoidal dispersos nesta matriz.
A figura 2.2 dá uma
ideia desta microestrutura. O fato de termos a cementita distribuída na matriz
de ferrita faz com que o aço apresente uma ótima ductilidade e baixa
resistência devido à predominância das propriedades da ferrita neste caso.
Figura2.2- Microestrutura de um aço esferoidizado.
3. RECOZIMENTO
3.1 Recozimento Pleno
É um
tratamento em que o resfriamento, a partir do campo austenítico, deve ser feita
de maneira bastante lenta para que tenhamos uma formação de uma microestrutura
de perlita grosseira. Isto fará com que tenhamos um material de baixa dureza e
baixa resistência.
O
processo de recozimento é aplicável a aços que possuem baixo ou médio teor de
carbono, isto é, para aços que possuam até 0,5% de carbono ou para teores mais
elevados desde que não possuam elementos de liga. De modo geral aplica-se este
tratamento com os seguintes propósitos:
- Aliviar tensões
em peças soldadas ou que tenham sido submetidas a processo de deformação
plástica com a geração de tensões residuais.
- Aumentar a ductilidade,
diminuir a dureza e aumentar a tenacidade.
- Produzir uma microestrurura
desejada.
O
recozimento envolve três fazes:
- Aquecimento ate
a temperatura desejada em que enseje no diagrama de fases do material uma
importante transformação.
- Manutenção na
temperatura um tempo suficiente para completa homogeneização.
- Resfriamento
lento ate a temperatura ambiente.
A figura 3.1 mostra em função do tempo, o
aquecimento e, resfriamento do processo de recozimento pleno.
Figura 3.1- Recozimento pleno em função do tempo e da temperatura.
Nas fases de aquecimento e resfriamento
deve-se avaliar de acordo com as dimensões e geometria da peça os gradientes
favoráveis a um real alivio das tensões.
3.2 Recozimento Subcrítico (Intermediário)
O recozimento
subcrítico costuma ser chamado de recozimento intermediário ou simplesmente de
alivio de tensões. Este tratamento térmico visa eliminar tensões internas de
soldagem, de processos de deformação plástica ou de qualquer processo que cause
encruamento ou transformação no material metálico.
O processo de
recozimento intermediário envolve, também, três fases:
- Aquecimento até
a temperatura desejada que permita por meio de difusão a uniformização do
material.
- Manutenção na
temperatura um tempo suficiente para completa homogeneização.
- Resfriamento lento
até a temperatura ambiente.
A
figura 3.2 mostra de forma esquemática o aquecimento, a homogeneização e o
resfriamento nos processos de recozimento intermediário do aço.
Figura 3.2- Faixas de aquecimento dos aços para recozimento intermediário.
4. NORMALIZAÇÃO
Os objetivos da
normalização são idênticos aos do recozimento, com a diferença de que se
procura obter uma granulação mais fina e, portanto, melhores propriedades
mecânicas. As condições de aquecimento do material são idênticas às que ocorrem
no recozimento, porem, o resfriamento é mais rápido. A estrutura obtida é a
mesma do recozimento, porém, mais uniforme e fina. Na figura 4.1 vemos uma
curma de normalização sobre um diagrama isotérmico.
Figura 4.1- Curva de transformação para o processo de
normalização de um aço, comparada com a do processo de recozimento pleno.
A normalização é
ainda utilizada como tratamento preliminar à têmpera e o revenimento,
justamente porque, sendo as estrutura normalizada mais homogênea que a de um
aço laminado, por exemplo, reduz-se a tendência ao empenamento e facilita-se a
solução de carbonetos e elementos de liga, principalmente quando o aço é
ligado.
No aquecimento dos
aços hipereutetóides para a normalização, pode ultrapassar a linha Acm (o que se de vê
evitar no recozimento), porque sendo o resfriamento posterior ao ar mais
rápido, não há formação do invólucro frágil de carbonetos.
5. TÊMPERA
A têmpera é um
tratamento térmico que consiste no aquecimento da liga até uma temperatura onde
uma determinada fase em um diagrama de equilíbrio esteja totalmente homogênea,
seguindo-se a um resfriamento rápido, ou seja, fora das condições de
equilíbrio. Na têmpera, é importante que esta fase seja capaz de uma maior
solubilização do soluto na temperatura de aquecimento e que ao resfriar
rapidamente crie-se uma estrutura instável, tensionada, que se manifeste em um
material duro e quebradiço.
A têmpera pode ser aplicado
a diversas ligas, porem ela é mais importante nas ligas ferro-carbono,
particularmente os aços. A figura 5.1 mostra o aquecimento, a homogeneização e
o resfriamento em função do tempo.
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Gráfico 5.1- Têmpera em
função do tempo e da temperatura.
A estrutura obtida é
denominada de martensita, nela tem-se austenita não transformada de grãos
alongados sob a forma de agulha onde o carbono é retido sob a forma de impureza
intersticial na estrutura de cubo de corpo centrado (CCC), formando uma
estrutura tetragonal de corpo centrado (TCC).
A velocidade de
resfriamento vai influenciar no tipo de martensita e, portanto nas propriedades
em termos de dureza e resistência mecânica. Os três meios mais comuns de
resfriamento são a água, o óleo e o ar. O meio mais drástico é a água e o mais
suave é o ar. A formação da martensita só depende da composição da liga e da
velocidade de resfriamento, isto porque no resfriamento rápido não se tem
difusão.
A figura 5.2 apresenta um diagrama de transformação isotérmica para uma liga ferro-carbono com composição eutetóide para três situações: resfriamento lento, resfriamento moderadamente rápido e resfriamento rápido e apresenta também os campos de formação de perlita, perlita e martensita, e somente martensita.
Figura 5.2- Diagrama de transformação para liga Fe-C eutetoide – zonas de Perlita, Perlita fina e Martensita
A presença de elementos
de liga, tais como o cromo, o níquel, o molibdênio e o tungstênio, altera o
posicionamento do cotovelo da curva, propiciando que transformações da
austenita em perlita ocorram de forma mais demorada em uma determinada
temperatura. O cromo alem disso, altera a solubilidade do carbono na matriz
ferrítica propiciando estruturas martensíticas no resfriamento ao ar como nos
aços inoxidáveis martensíticos.
O resfriamento da
peça depende da geometria e das dimensões, visto que há toda uma quantidade de
calor a ser removida no resfriamento.
6. REVENIDO OU REVENIMENTO
O material temperado
é muito duro e muito frágil e desta forma é necessário aprimorar a ductilidade
e a tenacidade da martensita, para usá-lo sem risco de fratura frágil. Esta
operação é denominada de revenido e o produto será martensita revenida.
O revenido consiste
em aquecer o material abaixo da temperatura de transformação, no dos aços
abaixo da temperatura do eutetoide (entre 250e 650°C) durante um tempo
adequado, seguindo-se a um resfriamento lento ou rápido. A martensita revenida
é praticamente tão dura quanto à martensita, porem ela tem a ductilidade e a
tenacidade substancialmente melhoradas.
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Afigura
6.1 mostra o revenido em função do tempo e da temperatura.
Figura 6.1- Revenido em função do tempo e da temperatura.
A explicação para a
manutenção da dureza e o aumento da ductilidade e da tenacidade, ou seja, da
resiliência é que no revenido tem-se uma matriz ferrítica com cementita
finamente dispersa. A matriz assegura a ductilidade e a tenacidade enquanto a
cementita garante a dureza. A seguinte equação pode ser considerada no processo
de difusão na formação da martensita revenida:
Martensita (TCC, monofásica) Martensita Revenida (ferrita+cementita).
Quando a liga possui
elementos que possam gerar precipitados nos contornos de grão (manganês, cromo,
níquel em conjunto com estanho, antimônio, arsênio ou fósforo) que causam o
aumento da temperatura de transição dúctil-fragil e possam causar a chamada
fragilidade no revenido, neste caso o resfriamento rápido é essencial para
evitar a formação dos precipitados.
7. TRATAMENTO POR PRECIPITAÇÃO
O tratamento térmico
por precipitação consiste em promover o endurecimento da liga pela precipitação
de micropartículas de uma fase mais dura. Este tratamento é comum quando
diagrama de equilíbrio de fases possui uma variação apreciável de solubilidade
com o aumento da temperatura ou que haja a formação de intermetálicos.
O tratamento térmico
por precipitação é constituído de três etapas:
- Etapa de
Solubilização: A liga é aquecida até uma temperatura e durante o tempo
necessário para que se transforme em monofásica.
- Etapa de
resfriamento rápido (têmpera) até a temperatura ambiente
- Etapa de
Precipitação: Após o resfriamento rápido, a liga é aquecida ate uma
temperatura abaixo da linha de transformação e deixada por um tempo
conveniente para formação de um precipitado finamente disperso da fase mais
dura na fase mais macia.
Um importante exemplo
é o endurecimento por precipitação pela formação dos compostos intermetálicos
em ligas de alumínio e em ligas de magnésio.
|
RESUMO E CONCLUSÃO:
O tratamento térmico
tem por objetivo adequar as propriedades dos aços para cada aplicação. Os
benefícios de um aço tratado são: aumento da dureza, da tenacidade e da
resistência mecânica, alivio das tensões entre outros.
O quadro abaixo
resume os tratamentos térmicos aplicados aos aços na conformação mecânica:
TIPO
DE TRATAMENTO
|
FINALIDADE
|
APLICAÇÃO
|
OBSERVAÇOES
|
Recozimento Pleno
|
Aliviar tensões aumenta a
ductilidade, diminui a dureza, aumenta a tenacidade, produz uma
microestrutura desejada
|
Em peças soldadas e materiais
deformados plasticamente
|
Para os aços a normalização é um
caso particular de recozimento pleno
|
Recozimento
Subcrítico
|
Aliviar tensões
|
Para aliviar tensões em peças
soldadas e materiais deformados plasticamente
|
O alivio das tensões dependerá da
temperatura de aquecimento e do tempo de permanência
|
Têmpera
|
Aumentar a dureza e a resistência
mecânica
|
Em peças que necessitem de alta
resistência e dureza superficiais
|
O resfriamento rápido não permite a
transformação de fases, formando-se uma estrutura tensionada
|
Revenido ou
Revenimento
|
Aumentar a ductilidade e a
tenacidade, aumentar a resiliência de materiais temperados
|
Aliviar tensões após a têmpera
|
Aumenta-se a ductilidade e a
tenacidade, mantendo-se a dureza
|
Tratamento por
Precipitação
|
Aumentar a dureza e a resistência
mecânica
|
Em peças que necessitem de alta
resistência e dureza
|
Consegue-se aumentar a dureza e a
resistência por precipitação de fases duras
|
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Bibliografia:
- Site:
WWW.EBAH.COM.BR
- Apostila
Princípios de Tratamentos Térmicos
Autores: Prof. Dr.
Telmo Roberto Strohaecker e Prof. Vitor José Frainer
- Tecnologia Mecânica dos Materiais
Vol. III
Autor: Vicente Chiaverine
2º edição, 1986
- Introdução à Metalurgia e aos
Materiais Metálicos
Autores: Laerce de Paula Nunes e Anderson
Teixeira Kreischer
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