2.curvas ttt:curvas de transformação isotérmica e ... - Mundo Mecânico
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TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS.<br />
1.Curvas <strong>de</strong> <strong>transformação</strong> contínua para os aços .<br />
as <strong>curvas</strong> <strong>ttt</strong> (tempo-temperatura-<strong>transformação</strong>) dos aços eram obtidas antigamente pelo método<br />
metalográfico. hoje em dia elas são construídas através <strong>de</strong> um dilatômetro, equipamento que fornece<br />
medidas sensíveis da dilatação ou contração dos corpos <strong>de</strong> prova durante o resfriamento e mudança <strong>de</strong><br />
fase.<br />
2. Interpretação da curva T.T.T. (esquemática) <strong>de</strong> um aço hipoeutetói<strong>de</strong> (0,008% < c < 0,77%)<br />
– esquemático (região <strong>de</strong> formação dos constituintes dos aços)<br />
Eixo x : tempo em escala logarítmica.<br />
Eixo y :esquerda (temperatura °c) e a direita (dureza hrc do constituinte obtido isotermicamente).<br />
Linhas a1 e a3 ---> temperaturas correspon<strong>de</strong>ntes, dos aços hipoeutetói<strong>de</strong>s, no diagrama ferro carbono.<br />
Linha ms ou mi ---> temperatura <strong>de</strong> início <strong>de</strong> <strong>transformação</strong> da martensita.<br />
Linha m90 -----> correspon<strong>de</strong> a 90% <strong>de</strong> <strong>transformação</strong> da austenita em martensita.<br />
Linha mf----> temperatura <strong>de</strong> fim <strong>de</strong> <strong>transformação</strong> da austenita em martensita. quanto maior o teor <strong>de</strong><br />
carbono e elementos <strong>de</strong> liga esta temperatura po<strong>de</strong> estar abaixo da temperatura ambiente, levando a<br />
formação in<strong>de</strong>sejável da austenita retida. normalmente a linha mf não é indicada nas <strong>curvas</strong> t.t.t.<br />
3. Fatores que <strong>de</strong>slocam a curva TTT.<br />
três são os fatores que influem na posição das linhas <strong>de</strong> <strong>transformação</strong> das <strong>curvas</strong> <strong>ttt</strong>.<br />
- composição química.<br />
- tamanho <strong>de</strong> grão austenítico.<br />
- homogeneida<strong>de</strong> da austenita.<br />
3.1.Composição química.<br />
além do carbono, todos os elementos <strong>de</strong> liga adicionados aos aços, com exceção do cobalto, <strong>de</strong>slocam as<br />
linhas <strong>de</strong> início e fim <strong>de</strong> <strong>transformação</strong> para a direita. quando os aços são aquecidos acima do limite<br />
superior da zona crítica praticamente todos os elementos encontram-se dissolvidos na austenita.<br />
no resfriamento, ao passar pela zona crítica, alguns elementos ten<strong>de</strong>m a ficar dissolvidos na ferrita e<br />
outros a formar carbonetos. as reações que ocorrem são complexas e tanto mais numerosas quanto maior<br />
o número <strong>de</strong> elementos <strong>de</strong> liga e seu teor (até um certo limite). o início e término <strong>de</strong>ssas reações ocorrem<br />
após um <strong>de</strong>terminado tempo, o qual é função dos elementos <strong>de</strong> liga presentes.isto explica o <strong>de</strong>slocamento<br />
das linhas <strong>de</strong> início e <strong>de</strong> fim <strong>de</strong> <strong>transformação</strong> da austenita que ocorrem para os aços, mais intensamente<br />
para alguns, facilitando a obtenção da estrutura martensítica.<br />
os elementos <strong>de</strong> liga <strong>de</strong>slocam também as linhas <strong>de</strong> início (mi ou ms) e fim <strong>de</strong> <strong>transformação</strong> (mf) da<br />
martensita, abaixando-as. alguns aços ligados, após cementação, têm a linha mf localizada abaixo da<br />
temperatura ambiente, apresentando então uma certa quantida<strong>de</strong> <strong>de</strong> austenita não transformada<br />
("austenita retida" ou "austenita residual "). <strong>de</strong> todos os elementos, o carbono tem maior influência na<br />
temperatura ms. entre 0,3 e 0,4% c já existe uma pequena quantida<strong>de</strong> <strong>de</strong> austenita retida. a maioria dos<br />
aços contendo mais do que 0,5%c tem o mf abaixo da temperatura ambiente.<br />
3.2.Tamanho <strong>de</strong> grão austenítico.<br />
1
quanto maior o tamanho <strong>de</strong> grão austenítico tanto mais para a direita são <strong>de</strong>slocadas as linhas <strong>de</strong> início e<br />
fim <strong>de</strong> <strong>transformação</strong>. os produtos <strong>de</strong> <strong>transformação</strong> da austenita, ferrita e perlita, iniciam-se nos<br />
contornos <strong>de</strong> grão por nucleação e crescimento. um aço <strong>de</strong> granulação grosseira levará mais tempo para<br />
transformar-se do que um <strong>de</strong> granulação fina.<br />
existem vários métodos para a <strong>de</strong>terminação do tamanho <strong>de</strong> grão como a classificação do tamanho <strong>de</strong><br />
grão segundo a astm, <strong>de</strong> 1 a 8. na prática dos tratamentos térmicos recomenda-se o uso <strong>de</strong> uma<br />
granulação fina, isto é, tamanho <strong>de</strong> grão astm 5 a 8.<br />
grão grosseiro <strong>de</strong> 1 a3, <strong>de</strong>sloca a curva, facilita a tempera, mas nesse caso isto é ruim pois fragiliza o<br />
material. temperaturas altas aumentam o tamanho do grão, tais como soldagem e fundição.<br />
Tamanho <strong>de</strong> grão austenítico.<br />
3.3.Homogeneida<strong>de</strong> da austenita<br />
quanto mais homogênea a austenita tanto mais para a direita são <strong>de</strong>slocadas as linhas <strong>de</strong> início e fim <strong>de</strong><br />
<strong>transformação</strong>. áreas ricas em carbono, impurezas não dissolvidas (inclusões) ou a presença <strong>de</strong><br />
carbonetos residuais atuam como núcleos <strong>de</strong> formação da perlita, diminuindo a temperabilida<strong>de</strong> dos aços.<br />
facilita a tempera é necessário tempo e temperatura correta.<br />
4. Tratamentos térmicos comuns dos aços: recozimento, normalização e têmpera.<br />
4.1 - Recozimento.<br />
4.1.1. Definição <strong>de</strong> recozimento.<br />
o recozimento consiste no aquecimento e manutenção à uma <strong>de</strong>terminada temperatura, seguido <strong>de</strong> um<br />
resfriamento com velocida<strong>de</strong> a<strong>de</strong>quada (normalmente no próprio forno), com o objetivo <strong>de</strong> amolecer os<br />
materiais metálicos.o recozimento altera as proprieda<strong>de</strong>s mecânicas e elétricas assim como a<br />
microestrutura. o recozimento é aplicado quando se <strong>de</strong>seja melhorar a condição <strong>de</strong> trabalhabilida<strong>de</strong><br />
(usinagem, estampagem, etc) provocadas pela queda na dureza e resistência mecânica.é utilizado<br />
também para eliminar a estrutura bruta <strong>de</strong> fusão e eliminar gases.<br />
4.1.3. Temperatura <strong>de</strong> recozimento.<br />
existem tabelas que indicam as temperaturas <strong>de</strong> recozimento. para os aços eutetói<strong>de</strong>s (0,77%c) e<br />
hipoeutetói<strong>de</strong>s (0,008%c a 0,77%c) as temperaturas são da or<strong>de</strong>m <strong>de</strong> 50°c acima da linha a 3 e para os<br />
aços hipereutetói<strong>de</strong>s (0,77%c a 2,11%c) é 50°c acima da linha a1 (nestes é realizado o recozimento<br />
subcrítico).<br />
uma representação esquemática do ciclo <strong>de</strong> tratamento para o recozimento, comparando-se com o <strong>de</strong><br />
normalização, é mostrada na figura 5.<br />
4.1.4.Aquecimento até a temperatura.<br />
<strong>de</strong>vido ao aquecimento provocar dilatação e mudança <strong>de</strong> fase, ele <strong>de</strong>ve ser homogêneo para evitar<br />
empenamentos e trincas. portanto,sempre que possível,ele <strong>de</strong>ve ser aquecido junto com o forno.<br />
2
zona crítica do diagrama fe-fe 3 c.<br />
Temperaturas <strong>de</strong> recozimento e têmpera, normalização dos aços -carbono.<br />
4.1.5.Tempo <strong>de</strong> permanência na temperatura.<br />
para o recozimento é recomendado manter o aço na temperatura (a partir do momento em que o núcleo<br />
da peça atingir a temperatura) por um tempo adicional para que haja completa homogeneização (difusão<br />
do carbono).<br />
em geral é recomendado, para aços-carbono comuns, um tempo <strong>de</strong> 1 hora por polegada <strong>de</strong> espessura da<br />
peça, tempo este contado quando o núcleo atingir a temperatura <strong>de</strong>sejada. aços com elementos <strong>de</strong> liga<br />
exigem maior tempo, principalmente se esses elementos são formadores <strong>de</strong> carbonetos (v, cr, w, nb, ti,<br />
etc.).<br />
4.1.6.Resfriamento dos aços.<br />
geralmente os aços são resfriados <strong>de</strong>ntro do próprio forno <strong>de</strong>sligado. em alguns casos po<strong>de</strong>m ser<br />
resfriados um pouco mais rapidamente sendo mergulhado em areia, cinza ou cal. peças gran<strong>de</strong>s po<strong>de</strong>m<br />
ser resfriadas ao ar, <strong>de</strong>vido a sua baixa velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong> resfriamento.o resfriamento <strong>de</strong>ve ser lento na faixa<br />
em que a austenita se transforma (730 a 600°c).para aços-carbono até 0,5%c po<strong>de</strong>m ser utilizadas taxas<br />
<strong>de</strong> até 50°c/h e para aços-carbono acima <strong>de</strong> 0,5%c recomenda-se 15°c/h.<br />
<strong>de</strong>pois que a austenita se transformou. po<strong>de</strong> resfriar-se o aço mais rapidamente até a temperatura<br />
ambiente para reduzir o tempo <strong>de</strong> tratamento, tomando-se cuidado com o choque térmico.<br />
constituintes- recozimento - ferrita +perlita<br />
normalização- ferrita + perlita<br />
tempera- martensita<br />
4.1.7.Microestruturas e proprieda<strong>de</strong>s.<br />
3
os aços recozidos têm como constituintes na temperatura ambiente (estudado no diagrama ferrocarbono):<br />
aços hipoeutetói<strong>de</strong>s: (0,008-0,77%c) → perlita grosseira + ferrita<br />
aços eutetói<strong>de</strong>s: (0,77%c) → pelita grosseira.<br />
aços hipereutetói<strong>de</strong>s: (0,77-2,11%c) → perlita grosseira + re<strong>de</strong> <strong>de</strong> cementita<br />
5 - Normalização.= ar<br />
a normalização é um tratamento térmico que consiste no aquecimento do aço até sua completa<br />
austenitização, seguido <strong>de</strong> resfriamento ao ar.<br />
as temperaturas <strong>de</strong> tratamento são da or<strong>de</strong>m <strong>de</strong> 30°c superiores as <strong>de</strong> recozimento para produzir uma<br />
estrutura austenítica mais uniforme. os aços hipereutetói<strong>de</strong>s são aquecidos acima <strong>de</strong> 50°c acima da linha<br />
acm, a fim <strong>de</strong> dissolver a re<strong>de</strong> <strong>de</strong> cementita formada no processo anterior.<br />
além da melhor uniformida<strong>de</strong> da estrutura o objetivo maior da normalização é a homogeneização e o<br />
refino do tamanho <strong>de</strong> grão <strong>de</strong> estruturas obtidas <strong>de</strong> trabalho à quente (laminação, forjamento), <strong>de</strong> aços<br />
fundidos e soldagem.<br />
a normalização se faz normalmente, para aços com até 0,4% c. antes do tratamento térmico <strong>de</strong> têmpera<br />
é recomendado a normalização para evitar o aparecimento <strong>de</strong> trincas e empenamento.<br />
6 - Têmpera dos aços (òleo, água, salmoura-10% nacl).<br />
6.1. Estrutura martensítica .<br />
do nome alemão adolf martins, que pesquisou a microestrutura encontrada em aços resfriados<br />
rapidamente é que surgiu o nome <strong>de</strong> martensita.<br />
a perlita se forma por nucleação e crescimento, isto é, por difusão do carbono.a bainita se forma por<br />
difusão e cisalhamento, enquanto que a martensita se forma apenas por cisalhamento.o fato da<br />
martensita não se formar por difusão, os átomos <strong>de</strong> carbono não se difun<strong>de</strong>m (migram) para formar a<br />
ferrita e a cementita, e são retidos nos interstícios octaédricos da estrutura ccc produzindo essa nova fase.<br />
a solubilida<strong>de</strong> do carbono na estrutura ccc é muito baixa, então, os átomos <strong>de</strong> carbono expan<strong>de</strong>m a célula<br />
unitária em uma direção, fazendo com que a martensita assuma a estrutura tetragonal <strong>de</strong> corpo centrado.<br />
6. 2. Proprieda<strong>de</strong>s da martensita.<br />
a dureza da martensita é função do seu teor <strong>de</strong> carbono.a dureza máxima num aço-carbono está<br />
associada com uma estrutura completamente martensítica. os elementos <strong>de</strong> liga favorecem a martensita.<br />
6.3. Dureza x % carbono x % martensita .<br />
a figura 6 mostra a relação entre a dureza, % <strong>de</strong> carbono e a quantida<strong>de</strong> <strong>de</strong> martensita presente.<br />
a martensita tem alta dureza, alta resistência mecânica, alta resistência à fadiga e ao <strong>de</strong>sgaste. esta<br />
variação nas proprieda<strong>de</strong>s do aço, quando temperado, está relacionada com a distorção que os átomos <strong>de</strong><br />
carbono provocam na estrutura tetragonal <strong>de</strong> corpo centrado da martensita.<br />
6.5.Tempo.<br />
o tempo <strong>de</strong> aquecimento é menos importante, no processo <strong>de</strong> têmpera, que a temperatura atingida em<br />
toda a seção, uniformida<strong>de</strong> <strong>de</strong> temperatura, tempo <strong>de</strong> permanência e velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong> resfriamento.<br />
aquecimento vagaroso é recomendado para peças <strong>de</strong> gran<strong>de</strong>s variações nas suas seções.<br />
in<strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ntemente da secção, um tempo <strong>de</strong> 15 minutos na temperatura, é suficiente para se realizar a<br />
têmpera.<br />
dureza(hrc)<br />
carbono<br />
figura 6 - dureza x %carbono x % martensita.<br />
6.6 - Tamanho das peças.<br />
a massa e o volume das peças tem gran<strong>de</strong> influência na têmpera dos aços, pois durante o resfriamento<br />
existe um gradiente <strong>de</strong> temperatura do centro para a periferia.<br />
a figura 7 mostra o tempo <strong>de</strong> resfriamento para várias posições em uma barra quando resfriada em um<br />
meio <strong>de</strong> severida<strong>de</strong> igual a 4 (salmoura com agitação).<br />
4
obs: 1470 o c = 800 o c 770 o f = 410 o c e 70 o c = 21 o c<br />
1 inch = 1 polegada = 1” = 25,4mm.<br />
tempo <strong>de</strong> resfriamento numa barra <strong>de</strong> diâmetro <strong>de</strong> 1”, em salmoura com agitação.<br />
tabela 1 - severida<strong>de</strong> <strong>de</strong> têmpera “h”.<br />
<strong>de</strong>vido as diferentes velocida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> resfriamento nos diversos pontos <strong>de</strong> uma peça, po<strong>de</strong> ocorrer que num<br />
dado meio, a têmpera se dê apenas na superfície, <strong>de</strong>ixando o aço com valor <strong>de</strong> dureza baixa no núcleo.<br />
em vista disso, para se escolher o meio i<strong>de</strong>al para têmpera, <strong>de</strong>ve-se analisar com muito cuidado a<br />
temperabilida<strong>de</strong> do aço.<br />
7 - Tratamentos isotérmicos dos aços.<br />
a tempera convencional (resfriamento, salmoura, água e óleo) gera tensões na peça <strong>de</strong>vido a dois fatores:<br />
1- superfície e centro contraem em tempos diferentes<br />
2- superfície e centro transforma-se em tempos diferentes.<br />
7.1. Martêmpera.<br />
a martêmpera é um processo utilizado para eliminar ou minimizar os riscos <strong>de</strong> trincas e empenamentos<br />
em peças que <strong>de</strong>vem ser temperadas.<br />
resfriamento na têmpera convencional<br />
7.1.1. Martêmpera convencional.<br />
consiste em resfriar o aço austenitizado em um banho <strong>de</strong> sal ou óleo a uma temperatura ligeiramente<br />
superior ou inferior a mi, e manter nessa temperatura num certo tempo para que haja uma uniformização<br />
da temperatura da peça (superfície e núcleo). a seguir resfriar a peça ao ar até a temperatura ambiente.<br />
após a martêmpera o aço <strong>de</strong>ve ser revenido (figura 9).<br />
7.1.2. Martêmpera modificada.<br />
a diferença é a temperatura do banho que é bem inferior a da martêmpera convencional, abaixo da linha<br />
ms. neste caso obtem-se maiores velocida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> resfriamento que no processo convencional, sendo<br />
indicado para aços <strong>de</strong> baixa temperabilida<strong>de</strong>.<br />
a martêmpera limita-se a espessuras <strong>de</strong> 5 a 8 mm para aços carbono, po<strong>de</strong>ndo se chegar a espessuras<br />
maiores para aços ligados.<br />
os aços mais indicados são : 4130-4140-4150-4340-8630-8640-8740-8745-4640-5140-6150 e os aços<br />
ligados após cementação 3312-4620-5120-8620-9310.<br />
Aço patenteado- aço refinado (em banho <strong>de</strong> chumbo), numa temperatura próxima ao cotovelo (500°c).<br />
obtem-se 10% perlita(30-40 hrc).<br />
7.2. Austêmpera.<br />
5
consiste em austenitizar o aço a uma temperatura a<strong>de</strong>quada e resfriar num banho mantido a uma<br />
temperatura <strong>de</strong> 250 a 400°c <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ndo da composição do aço. manter a peça o tempo suficiente para<br />
que ocorra isotermicamente a <strong>transformação</strong> total da austenita em bainita. resfriar a peça até a<br />
temperatura ambiente em ar calmo (figura 10). 40-60hbc, ex. feixe <strong>de</strong> mola.<br />
a principal vantagem da austêmpera é a obtenção <strong>de</strong> elevada dureza com boa ductilida<strong>de</strong> e tenacida<strong>de</strong>.<br />
após a austêmpera o aço não precisa ser revenido.<br />
a principal limitação do processo se refere às dimensões das peças a serem tratadas. para aços carbono<br />
limita-se a peças com espessura inferior a 5mm. em aços <strong>de</strong> alto teor <strong>de</strong> elementos <strong>de</strong> liga a austêmpera<br />
po<strong>de</strong> ser impraticável em virtu<strong>de</strong> da curva <strong>de</strong> <strong>transformação</strong> estar <strong>de</strong>slocada muito para à direita, o que<br />
exigiria um tempo muito longo.<br />
figura 9. martêmpera<br />
figura 10- tratamento isotérmico <strong>de</strong> austêmpera.<br />
8. Têmpera superficial.<br />
consiste no endurecimento da superfície da peça (eixo, engrenagens etc.) e núcleo mole.<br />
-alta dureza superficial, resistência ao <strong>de</strong>sgaste e resist. mec.<br />
-núcleo mole, alta temperatura.<br />
a têmpera superficial consiste no aquecimento superficial até uma certa profundida<strong>de</strong>, em temperaturas<br />
<strong>de</strong> austenitização superiores a da têmpera convencional. o tempo <strong>de</strong> aquecimento é muito pequeno<br />
(alguns segundos) e o resfriamento se dá normalmente em água, po<strong>de</strong>ndo em certos casos ser utilizado o<br />
óleo ou mesmo o ar.<br />
obtem-se na superfície alta resistência e dureza melhorando significativamente a fadiga e resistência ao<br />
<strong>de</strong>sgaste. o núcleo "frio" mantém sua tenacida<strong>de</strong> geralmente alta.<br />
um exemplo típico é a têmpera superficial <strong>de</strong> engrenagens on<strong>de</strong> são obtidas as proprieda<strong>de</strong>s <strong>de</strong><br />
resistência ao <strong>de</strong>sgaste e à fadiga, na superfície, com um núcleo tenaz.<br />
a têmpera superficial po<strong>de</strong> ser realizada por dois processos:<br />
- têmpera por indução<br />
-têmpera por chama.<br />
aço beneficiado<br />
aço temperado e renevido em alta temperatura(500 a 700 graus) ex. aço 4340e 4140<br />
8.1.Têmpera por indução.<br />
uma corrente elétrica alternada <strong>de</strong> alta freqüência circulando através <strong>de</strong> um condutor (bobina) gera ao<br />
seu redor um campo magnético. qualquer condutor elétrico (peça <strong>de</strong> aço, fofo, etc.) na presença <strong>de</strong>ste<br />
campo magnético po<strong>de</strong> ser aquecido.<br />
uma barra <strong>de</strong> aço colocada no interior <strong>de</strong> uma bobina aquece <strong>de</strong>vido a correntes superficiais induzidas<br />
(correntes <strong>de</strong> foucalt) e perdas por histerese (ferro ate 768 °c). a figura 11 mostra exemplos <strong>de</strong><br />
aquecimento produzidos por vários tipos <strong>de</strong> bobinas. a figura 12 mostra formas <strong>de</strong> aquecimento.<br />
a profundida<strong>de</strong> <strong>de</strong> penetração da corrente é função principalmente da freqüência, além da potência<br />
empregada, espaçamento bobina - peça, tempo <strong>de</strong> aquecimento e da própria bobina (forma, nº <strong>de</strong><br />
voltas).<br />
a corrente induzida numa peça é máxima na superfície e diminui rapidamente no seu interior.<br />
8.2. Aquecimento por chama<br />
6
neste caso, o aquecimento resulta da queima, por meio <strong>de</strong> um maçarico,<strong>de</strong> uma mistura <strong>de</strong> oxigênio e gás<br />
combustível, usualmente acetileno, gás natural ou propano. o aquecimento por chama consiste em<br />
aquecer superficialmente uma peça ou parte <strong>de</strong>la, até a temperatura <strong>de</strong> têmpera. em seguida o<br />
resfriamento é feito com áqua, óleo ou mesmo ar, <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ndo da temperabilida<strong>de</strong> do aço.<br />
<strong>de</strong>s<strong>de</strong> sistemas manuais á automatizados.<br />
campo magnético e correntes induzidas produzidas por várias bobinas <strong>de</strong> indução.<br />
As razões da utilização da têmpera por chama são:<br />
- peças muito gran<strong>de</strong>s on<strong>de</strong> o aquecimento num forno convencional e têmpera se tornam impraticáveis ou<br />
antieconômicas.<br />
- tratamento térmico em pequenas regiões ou quando o tratamento na peça toda é prejudicial à sua<br />
função.<br />
- maior precisão dimensional que num forno <strong>de</strong> tratamento convencional.<br />
- utilização <strong>de</strong> materiais mais baratos e obtenção <strong>de</strong> proprieda<strong>de</strong>s a<strong>de</strong>quada em certos casos com<br />
processo mais barato.<br />
9. Revenimento dos aços.<br />
9.1.Definição.<br />
o tratamento térmico <strong>de</strong> revenimento é um processo <strong>de</strong> reaquecimento do aço temperado com o propósito<br />
<strong>de</strong> transformar a estrutura martensítica em estruturas mais estabilizadas e tenazes. um aço com estrutura<br />
martensítica, é muito frágil, além <strong>de</strong> estar sujeito ao aparecimento <strong>de</strong> trincas se <strong>de</strong>ixado à temperatura<br />
ambiente nesta condição. o aquecimento do aço temperado em temperaturas inferiores a a1 (727°c)<br />
permitirá a ocorrência <strong>de</strong> difusão que produzirão uma estrutura mais estável e mais tenaz.<br />
aquecimento do aço temperado entre 150 e 650 graus. o aço temperado é muito frágil (tenecida<strong>de</strong>=0). o<br />
revenimento aumenta a tenacida<strong>de</strong> com diminuição da dureza (resit. mec.)<br />
9.2.Transformações <strong>de</strong> fase durante o revenimento.<br />
costuma-se dividir as transformações que ocorrem durante o revenimento <strong>de</strong> um aço em três etapas:<br />
1ª etapa - 25 a 200°c: ocorre a precipitação <strong>de</strong> um carboneto especial, <strong>de</strong>nominado <strong>de</strong> carboneto<br />
epsolon (ε), partículas extremamente diminutas, com espessura inferior a 200 å. esses carbonetos<br />
reduzem o número <strong>de</strong> átomos <strong>de</strong> carbono na martensítica, tornando-se menos tetragonal e aproximandose<br />
da estrutura cúbica que caracteriza o ferro .temos então uma estrutura <strong>de</strong> martensita <strong>de</strong> baixo teor <strong>de</strong><br />
carbono e carbonetos finos, sendo essa estrutura <strong>de</strong>nominada <strong>de</strong> martensita revenida. a dureza do aço<br />
temperado sendo <strong>de</strong> 65hrc (0,7%c) cai para 60hrc.<br />
2ª etapa - 200 a 350°c : se houver austenita retida esta se transforma em bainita .nesta faixa ocorre a<br />
precipitação <strong>de</strong> cementita na forma <strong>de</strong> barras e a martensita per<strong>de</strong> sua tetragonalida<strong>de</strong> transformando-se<br />
em ferrita. a medida que as partículas <strong>de</strong> cementita crescem as <strong>de</strong> carboneto epsolon vão <strong>de</strong>saparecendo.<br />
3ª etapa - 350 a 700°c :entre 300°c e 400°c inicia-se o coalescimento da cementita e esta se torna<br />
totalmente esferoidizada a 700°c.<br />
9.3.Efeito do revenimento sobre as proprieda<strong>de</strong>s dos aços.<br />
uma gradual diminuição da dureza acompanha as modificações que sofre a microestrutura do aço<br />
temperado ao ser revenido a temperaturas crescentes. essa diminuição <strong>de</strong> dureza é acompanhada por um<br />
aumento <strong>de</strong> plasticida<strong>de</strong> e da tenacida<strong>de</strong> do aço (esta po<strong>de</strong> ser alterada com a temperatura <strong>de</strong>vido ao<br />
fenômeno <strong>de</strong> fragilida<strong>de</strong> do revenimento).<br />
7
10. Tratamentos termoquímicos<br />
10.1.Introdução.<br />
os tratamentos termoquímicos consistem na introdução <strong>de</strong> um ou mais elementos químicos na superfície<br />
dos aços (ferros fundidos) a uma dada temperatura (500 a 1000°c) para conferir uma camada superficial<br />
fina e dura. os objetivos principais são: aumento da dureza e da resistência ao <strong>de</strong>sgaste na superfície<br />
mantendo o núcleo tenaz.<br />
os processos termoquímicos são classificados em:<br />
cementação.<br />
carbonitretação.<br />
cianetação.<br />
nitretação.<br />
boretação.<br />
após as peças serem tratadas termoquimicamente temos a camada endurecida com um alto teor <strong>de</strong><br />
carbono e/ou nitrogênio, elementos absorvidos durante o tratamento, e o núcleo que fica com a mesma<br />
composição química inicial do material.<br />
aquecimento da peça + meio químico. tempo <strong>de</strong> 1 a 100 horas.<br />
10.2. Cementação.<br />
cementação é o tratamento termoquímico que consiste na introdução <strong>de</strong> carbono na superfície dos aços <strong>de</strong><br />
baixo teor <strong>de</strong> carbono, geralmente até 0,25 % c com ou sem elementos <strong>de</strong> liga.<br />
este processo é seguido geralmente por têmpera, obtendo-se na camada o constituinte martensita,<br />
proporcionando alta dureza superficial e <strong>de</strong>ixando o núcleo tenaz <strong>de</strong>vido ao seu baixo teor <strong>de</strong> carbono.<br />
a cementação se realiza em meio sólido, líquido ou gasoso em temperaturas <strong>de</strong> austenização entre 825°c<br />
e 950°c. a figura 15 po<strong>de</strong> ser utilizada para operadores <strong>de</strong> tratamento térmico como valores estimativos<br />
<strong>de</strong> profundida<strong>de</strong>, tempo e temperatura <strong>de</strong> cementação em meios sólidos, líquido ou gasoso.<br />
a equação 1 feita empiricamente por harris para aços carbono e baixa liga, po<strong>de</strong> ser utilizada para estimar<br />
a profundida<strong>de</strong> da camada cementada em função da temperatura e tempo. os valores <strong>de</strong> k fornecidos na<br />
tabela 2 são valores médios dos três processos <strong>de</strong> cementação.<br />
x = k √ t<br />
on<strong>de</strong>:<br />
x = profundida<strong>de</strong> em mm para dureza após têmpera <strong>de</strong> 550 hv;<br />
t = tempo em horas;<br />
k = constante <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>nte da temperatura (tabela 1).<br />
tabela 2. valores da constante k<br />
2- pot. da carbono teor (%), carbono na superfície<br />
3-gradiente <strong>de</strong> carbono, variaçõa <strong>de</strong> carbono da superfície até o carbono base.<br />
4-espessura da camada x<br />
camada total-distância da superfície até o carbono base.<br />
camada efetiva- distância da superfície até o ponto on<strong>de</strong> a dureza é 550hv.<br />
profundida<strong>de</strong> da camada em função do tempo e temperatura <strong>de</strong> cementação.<br />
10.2.1 Cementação sólida (cementação em caixa)<br />
cementação sólida é um processo no qual o monóxido <strong>de</strong> carbono (co) originado <strong>de</strong> um composto sólido<br />
(carvão <strong>de</strong> ma<strong>de</strong>ira ou coque) se <strong>de</strong>compõe em carbono nascente (c) e dióxido <strong>de</strong> carbono (co2).<br />
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po<strong>de</strong>-se observar pela equação acima que o gás cementante é o monóxido <strong>de</strong> carbono (co). a quantida<strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>sse gás é função da temperatura. a 900 °c, que é uma temperatura comum em cementação, o<br />
equilíbrio está em torno <strong>de</strong> 96% co e 4% co2.<br />
a quantida<strong>de</strong> <strong>de</strong> co a uma dada temperatura po<strong>de</strong> ser aumentada pela adição <strong>de</strong> catalizadores, tais como<br />
carbonato <strong>de</strong> bário (baco3), carbonato <strong>de</strong> cálcio (caco3) e carbonato <strong>de</strong> sódio (na2co3) no carvão.<br />
misturas cementantes com 10% <strong>de</strong> carbonato <strong>de</strong> bário dão bons resultados. po<strong>de</strong>-se adicionar ao carvão<br />
<strong>de</strong> ma<strong>de</strong>ira cerca <strong>de</strong> 20% <strong>de</strong> carvão coque (carvão mineral <strong>de</strong>stilado) para obter melhor condutivida<strong>de</strong><br />
térmica e boa resistência ao calor.<br />
10.2.2 Cementação líquida<br />
cementação líquida é um processo no qual o meio cementante é um sal fundido. este sal po<strong>de</strong> ser a base<br />
<strong>de</strong> cianeto, o qual introduz carbono e nitrogênio ou sal sem cianeto, o qual introduz somente carbono.<br />
10. 2. 2.1.cementação líquida sem cianeto<br />
10.2.2.2 cementação líquida com cianeto<br />
10.2.2.3 profundida<strong>de</strong> da camada cementada<br />
composição <strong>de</strong> banhos para cementação líquida.<br />
10.2.2.4. Gradiente <strong>de</strong> carbono<br />
a figura 16 mostra o gradiente <strong>de</strong> carbono para o aço 1020 em função do tempo e temperatura <strong>de</strong><br />
cementação.<br />
% <strong>de</strong> carbono<br />
Distância abaixo da superfície<br />
Gradientes <strong>de</strong> carbono por cementação líquida para o aço 1020 a 845 °c.<br />
10.2.3.Cementação gasosa<br />
cementação gasosa é um processo no qual os meios cementantes são gases hidrocarbonetos e líquidos<br />
hidrocarbonetos facilmente vaporizados.<br />
a atmosfera do forno é constituída por um gás <strong>de</strong> arraste endotérmico mais gás cementante metano (ch4)<br />
ou o propano (c3h8).<br />
são utilizados como gases cementantes o gás natural constituído basicamente <strong>de</strong> metano (80 a 90%)e<br />
etano (10 a 20% ), o gás <strong>de</strong> coqueria, butano comercial (93 % <strong>de</strong> c4h10 e 7 % <strong>de</strong> c3h6), propano comercial<br />
(2,5 % <strong>de</strong> c2h6, 96 % <strong>de</strong> c3h8 e 15 % <strong>de</strong> c4h10) e mais recentemente o álcool etílico volatilizado (c3h5oh).<br />
os gases <strong>de</strong> arrastre são constituídos da seguinte mistura: n2 (40 a 97%), co(1,5 a 35 %), co2 (0 a 5 %),<br />
h2 (1 a 39 %) e ch4 (0 a 1 %).<br />
11. Nitretação.<br />
11.1.Introdução.<br />
nitretação é um tratamento <strong>de</strong> endurecimento superficial que consiste na introdução <strong>de</strong> nitrogênio<br />
atômico na superfície do aço.o tratamento é realizado em temperaturas compreendidas entre 500 e 570<br />
°c, on<strong>de</strong> o nitrogênio atômico se difun<strong>de</strong> na fase ferrita.<br />
as principais proprieda<strong>de</strong>s dos aços nitretados são:<br />
- alta dureza superficial (86 a 70 hrc) e resistência ao <strong>de</strong>sgaste.<br />
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- alta resistência à fadiga.<br />
- alta estabilida<strong>de</strong> dimensional.<br />
- resistência à corrosão melhorada.<br />
a profundida<strong>de</strong> da camada nitretada <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> do tempo e da temperatura <strong>de</strong> tratamento, da ativida<strong>de</strong> do<br />
nitrogênio e da composição do aço.<br />
três são os métodos <strong>de</strong> nitretação: gasoso, líquido (banho <strong>de</strong> sal ) e pó.<br />
11.2.1. Nitretação a gás .<br />
consiste na introdução <strong>de</strong> uma atmosfera rica em nitrogênio, a uma certa temperatura, geralmente<br />
amônia - nh4.<br />
neste processo a amônia <strong>de</strong>compõe-se parcialmente em nitrogênio e este combina-se com os elementos<br />
<strong>de</strong> liga do aço formando nitretos <strong>de</strong> elevada dureza.<br />
nh4 -------> n ( no aço) + h<br />
(nitreto)<br />
o nitrogênio atômico é absorvido pela superfície do aço.<br />
as superfícies das peças para nitretar <strong>de</strong>vem estar completamente limpas. para isso as peças <strong>de</strong>vem ser<br />
submetidas a limpeza tais como <strong>de</strong>sengorduramento, <strong>de</strong>capagem,etc...<br />
neste processo a difusão do nitrogênio no aço é lenta. geralmente o tempo <strong>de</strong> permanência varia <strong>de</strong> 15 a<br />
30 horas, respectivamente para camadas da or<strong>de</strong>m <strong>de</strong> 0.10 à 0.25mm <strong>de</strong> profundida<strong>de</strong>.<br />
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