UNIFACS Materiais Metálicos

1. UNIFACSMateriais Metálicos AULA 7 Tratamentos Térmicos Lucas Nao Horiuchi lucas.horiuchi@braskem.com.br 07/Mai/10

2. Avaliações • Tipo de avaliaçãoPesoData • Avaliação escrita (P1) 2,5 26/mar • Avaliação escrita (P2) 2,0 21/mai • Avaliação escrita (P3) 1,5 18/jun • ARHTE 1,0 • 2ª Chamada ?? • Avaliação Final 3,0 09/jul

3. AULA 7 • Tratamentos Térmicos: - Introdução, objetivos; - Transformações, curvas TTT, fatores que afetam os tratamentos térmicos; - Recozimento, Esferoidização, Normalização Têmpera, Têmpera superficial, Revenimento, tratamentos termo-químicos;

4. As propriedades mecânicas de um aço dependem de: • Composição química; • Estrutura cristalina; • Histórico de processamento; • Tratamentos térmicos realizados.

5. Finalidade: Alterar a microestrutura através do uso de temperatura e como conseqüência modificar as propriedades mecânicas das ligas metálicas.

6. 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 a tenacidade

7. AÇO + TRATAMENTO TÉRMICO O TRATAMENTO TÉRMICO ESTÁ ASSOCIADO DIRETAMENTE COM O TIPO DE AÇO. PORTANTO, O TRATAMENTO TÉRMICO DEVE SER ESCOLHIDO DESDE O INÍCIO DO PROJETO, OU SEJA, JUNTAMENTE COM O TIPO DE AÇO.

8. TRANSFORMAÇÕES AUSTENITA Resf. Rápido (Têmpera) Resf. lento Resf. moderado Perlita ( + Fe3C) + a fase próeutetóide Martensita (fase tetragonal) Bainita ( + Fe3C) reaquecimento Martensita Revenida ( + Fe3C) Ferrita e cementita

9. TRANSFORMAÇÕES CFCsolubilidade até 2,11%C AUSTENITA Resfriamento lento: na transf. da austenitaferrita, dá tempo do C migrar da ferrita Resfriamento rápido: na transf. da austenitaferrita, Não há tempo para migração do C. Resfriamento moderado: na transf. da austenitaferrita, parte do C migra da ferrita Perlita Martensita (fase tetragonal) Bainita CCC “retorcida” Tetragonal Ferrita ou cementita Fe(): CCC, solubilidade até 0,022%C

10. Tratamentos Térmicos Recozimento Esferoidização ou Coalescimento Normalização Tempera e Revenido • Total ou Pleno • Isotérmico • Alívio de tensões • Recristalização Principais Tratamentos Térmicos

11. Curvas TTT ou em “C”

12. Diagrama de transformação contínua

13. Diagrama de transformação contínua

14. Fatores de Influência nos TT • Temperatura aquecimento • Tempo aquecimento • Velocidade de resfriamento • Atmosfera* * no caso dos aços para evitar a oxidação e descarbonetação

15. Influência da Temperatura no TT • Geralmente o aquecimento é feito acima da zona crítica A austenita é geralmente o ponto de partida para as transformações posteriores desejadas

16. Influência da Temperatura no TT • Quanto mais alta a temperatura acima da zona crítica:  maior a segurança da completa dissolução das fases na austenita

17. Influência do Tempo nos TT • Quanto maior o tempo na temperatura de austenitização:  Maior a segurança da completa dissolução das fases na austenita;  Maior será o tamanho de grão da austenita (* não é bom);  Tempos longos facilitam a oxidação e a descarbonetação (*não é bom).

18. Tempo nos Tratamentos Térmicos • Aproximação: • Tempo em minutos ~1,5 X espessura da amostra em milímetros

19. Influência do Resfriamento nos TT • É o mais importante porque é ele que efetivamente determinará a microestrutura, além da composição do aço (teor de Carbono e elementos de liga)

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

21. Como escolher o meio de resfriamento? É um compromisso entre: - Obtenção das características finais desejadas (microestruturas e propriedades); - Sem o aparecimento de fissuras e empenamento na peça; - Sem a geração de grande concentração de tensões.

22. Resumo: fatores que influenciam no TT • aquecimento (temperatura de tratamento) • aquecimento exagerado --> excessivo aumento do tamanho do grão; • oxidação superficial intensa; • oxidação intergranular (inutiliza o material). • tempo de permanência na temperatura de tratamento; • deve ser o suficiente para a homogeneização da temperatura da peça; • tempos longos causa fragilidade pelo crescimento do grão ou descarbonetação superficial. • taxa de resfriamento • as estruturas resultantes da transformação da austenita são função do tipo de resfriamento; • as propriedades do material (resistência à tração, à fadiga, ao impacto) poderão depender do tipo de resfriamento; • Técnicas de resfriamento intenso podem gerar taxas de resfriamentos diferenciados numa mesma peça, gerando tensões térmicas (empenamento ou trincas).

23. Microestruturas • Algumas propriedades das microestruturas

24. A Perlita • A microestrutra para um aço eutetóide que é resfriado lentamente através da temperatura eutetóide consiste em camadas alternadas ou lamelas composta de duas fases ( + Fe3C ); • Proveniente da reação eutétoide:    + Fe3C • Formada no sistema Ferro-carbono; • Pode formar a perlita grosseira e a perlita fina; • A perlita grosseira forma-se a temperaturas mais altas (menores taxas resfriamento); • A perlita fina forma-se a temperatura mais baixas (maiores taxas resfriamento).

25. Propriedades da Perlita • PROPRIEDADES MECÂNICAS • PERLITA GROSSEIRA • Baixa dureza • Baixa tensão de escoamento • Baixo limite de resistência a tração • Alta ductibilidade. • PERLITA FINA • Alta dureza • Alta tensão de escoamento • Alto limite de resistência a tração • Baixa ductibilidade.

26. Propriedades da Bainita Bainita: estrutura formada a partir da austêmpera austenita resfriamento rápido bainita (estrutura de agulhas); Objetivo: obter peças com alta tenacidade e resistência à fadiga, ex. molas de qualquer natureza; • PROPRIEDADES MECÂNICAS – A bainita possui uma dureza superior a perlita e a bainita inferior possui uma dureza maior que a bainita superior. • BAINITA SUPERIOR (grosseira) Baixa dureza Baixa tensão de escoamento Baixo lim. resist. tração Alta ductibilidade. • BAINITA INFERIOR (fina) Alta dureza Alta tensão de escoamento Alto limite de resistência a tração Baixa ductibilidade. Obs: A bainita superior ocorre a uma temperatura entre 300°C e 540°C, enquanto a inferior ocorre entre 215°C e 300°C

27. Propriedades da Martensita • Ocorre no resfriamento rápido; • Solução supersaturada de carbono; • Tetragonal compacta; • Dureza de 65 a 67 Rockwell.

28. 1- RECOZIMENTO Objetivos: - Remoção de tensões internas devido aos tratamentos mecânicos; - Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade; - Alterar as propriedades mecânicas como a resistência e ductilidade; - Ajustar o tamanho de grão; - Melhorar as propriedades elétricas e magnéticas; - Produzir uma microestrutura definida.

29. TIPOS DE RECOZIMENTO 1- RECOZIMENTO • Recozimento total ou pleno • Recozimento para alívio de tensões • Recozimento para recristalização

30. Recozimento Recristalização Total ou Pleno Alívio de tensões Temperatura Abaixo da linha A1 Não ocorre nenhuma Transformação. - Resfriamento Lento (ao ar ou dentro do forno) **Elimina o encruamento gerado pelos processos de deformação à frio. Resfriamento Lento (dentro do forno) Temperatura Abaixo da linha A1Não ocorre nenhuma transformação (600-620ºC). Resfriamento Deve-se evitar velocidades muito altas devido ao risco de distorções.

31. 1.1- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO • Objetivo Obter ductilidade diminuindo a dureza e a resistência mecânica;

32. 1.1- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO • Temperatura Hipoeutetóide 50 °C acima da linha A3 Hipereutetóide Entre as linhas Acm e A1 • Resfriamento Lento (dentro do forno)  implica tempo longo de processo (desvantagem).

33. 1.1- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO • Constituintes Estruturais resultantes Hipoeutetóide ferrita + perlita grosseira Eutetóide perlita grosseira Hipereutetóide cementita + perlita grosseira * A pelita grosseira é ideal para melhorar a usinabilidade dos aços baixo e médio carbono * Para melhorar a usinabilidade dos aços alto carbono recomenda-se a esferoidização

34. 1.1- RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO

35. 1.2- RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES • Objetivo Remoção de tensões internas originadas de processos (tratamentos mecânicos, soldagem, corte, …) • Temperatura Abaixo da linha A1 Não ocorre nenhuma transformação (600-620ºC) • Resfriamento Deve-se evitar velocidades muito altas devido ao risco de distorções

36. 1.3- RECOZIMENTO PARA RECRISTILIZAÇÃO • Objetivo Eliminar o encruamento gerado pelos processos de deformação à frio * A dureza e a resist. mecânica diminuem • Temperatura Abaixo da linha A1 Não ocorre nenhuma transformação • Resfriamento Lento (ao ar ou dentro do forno)

37. 2- ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO • Objetivo Produção de uma estrutura globular ou esferoidal de carbonetos no aço  melhora a usinabilidade, especialmente dos aços alto carbono  facilita a deformação a frio

38. 2- ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO ESFEROIDITA Objetivo Produção de uma estrutura globular ou esferoidal de carbonetos no aço  melhora a usinabilidade, especialmente dos aços alto carbono  facilita a deformação a frio

39. MANEIRAS DE PRODUZIR ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO • Aquecimento por tempo prolongado a uma temperatura logo abaixo da linha inferior da zona crítica • Aquecimento e resfriamentos alternados entre temperaturas que estão logo acima e logo abaixo da linha inferior de transformação.

40. 2- ESFEROIDIZAÇÃO OU COALESCIMENTO

41. 3- NORMALIZAÇÃO Objetivos:  Refinar estrutura;  Melhorar a uniformidade da microestrutra. *** É usada antes da têmpera e revenido

42. 3- NORMALIZAÇÃO • Temperatura Hipoeutetóide acima da linha A3 Hipereutetóide acima da linha Acm* • Resfriamento Ao ar (calmo ou forçado)

43. Comparação

44. 3- NORMALIZAÇÃO • Constituintes estruturais resultantes Hipoeutetóideferrita + perlita fina Eutetóide perlita fina Hipereutetóide*cementita + perlita fina * Conforme o aço pode-se obter bainita

45. 3- NORMALIZAÇÃO

46. Comparação: normalização, recozimento, esferoidização

47. Comparação • Em relação ao recozimento pleno, o aço normalizado apresenta: • Maior resistência à tração; • Maior dureza; • Menor ductilidade; • Menor alongamento.

48. 4- TÊMPERA Objetivos:  Obter estrutura matensítica que promove: - Aumento na dureza; - Aumento na resistência à tração; - Redução na tenacidade. * A têmpera gera tensões  deve-se fazer revenido posteriormente.

49. 4- TÊMPERA MARTENSITA

50. 4- TÊMPERA • Temperatura Superior à linha crítica (A1) * Deve-se evitar o superaquecimento, pois formaria matensita muito grosseira, de elevada fragilidade • Resfriamento Rápido de maneira a formar martensíta (ver curvas TTT)