Temperabilidade e Tratamentos Térmicos

Influência do tamanho de grão e dos elementos de liga nos diagramas isotérmicos

(temperabilidade):

Grão:

Maior o grão → mais para a direita está o cotovelo (maior tempo para o início da transformação).

Isto ocorre porque quanto maior é o grão, menor a área de contorno de grão e, portanto, menor a

área de sítios preferenciais de nucleação de novas fases, atrasando as transformações.

Elementos de liga:

Todos os elementos, menos o cobalto, dificultam a difusão dos átomos, deslocando para a direita

o cotovelo das curvas de transformação. Assim, as reações são retardadas e as temperaturas de

transformação decrescem, inclusive MS. O carbono é o principal elemento, podendo colocar MS abaixo

da temperatura ambiente (lembrar a respeito da formação de austenita retida).

Temperabilidade:

Susceptibilidade de endurecimento por um rápido resfriamento.

Capacidade de um aço transformar-se total ou parcialmente de austenita para martensita.

Relacionar então o tamanho de grão e elementos de liga com a temperabilidade.

Quando se avalia a temperabilidade de um aço, investiga-se a possibilidade do aço eliminar as

reações que são dependentes de difusão como a reação perlítica (eutetóide) e bainítica.

Dureza → formação de martensita → é dependente do diâmetro que afeta a velocidade de

resfriamento.

Elementos de liga → efeito → deseja-se ter dureza para componentes de grandes seções. Assim,

estes elementos aumentam o tempo para a decomposição da austenita.

Na temperabilidade, deve-se também observar-se a variação de dureza ao longo da peça, bem

como ao longo de seções idênticas fabricadas com aços de diferentes composições .

Fatores que afetam a distribuição de dureza:

Experimento → Várias barras de diâmetros diferentes são austenitizados e resfriados rapidamente,

fazendo-se medições de dureza ao longo do diâmetro das barras (ver Figuras 1 e 2).

Aços 1045 e 6140 (0,6-0,95%Cr, 0,1-0,15%V, 0,4%C).

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Figura 1 - Perfis de dureza em barras de aço SAE 1045 e 6140 temperadas em água.

Figura 2 - Perfis de dureza em barras de aço SAE 1045 e 6140 temperadas em óleo.

Lembrar que a adição dos elementos de liga retardam a difusão e, portanto, as reações que

dependem desta. Assim, a temperabilidade do material é maior (menor variação de dureza), ou seja,

mais tempo para o material se transformar em martensita. Lembrar também do efeito do meio de

resfriamento, o qual afeta a velocidade de resfriamento.

Conclusão: Quedas menos acentuadas de dureza, ao longo da seção da barra, para o aço 6140,

devido ao efeito dos elementos de lega. Este efeito é importante quando deseja-se manter uma dureza

alta-média para barras de grande diâmetro.

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Tratamentos Térmicos: (ver Metals Handbook, vol.4, Heat treating).

Fatores de influência:

Deve-se observar uma série de fatores. Um erro de avaliação produz uma microestrutura diferente

com propriedades não desejadas.

1. Temperatura:

Específica para o tratamento térmico que se deseja. Não deve ser excessivamente alta para não

promover o crescimento de grão (queda da tenacidade).

2. Tempo:

As reações levam um tempo para ocorrerem. Deve haver a completa homogeneização da estrutura

(austenitização). Não deve ser excessivamente longo para não ocorrer o crescimento de grão.

3. Velocidade de resfriamento:

Erro na escolha pode produzir microestruturas diferentes que levam a diferentes propriedades

mecânicas. É o mais importante!

Dois pontos → Microestruturas diferentes (martensita)

Trincas e empenamento

4. Proteção das peças:

Acima de 600oC: C(aço) + O2 → CO2 Descarbonetação

Camadas descarbonetadas → menor teor de C

Depende: T e t

Menor conteúdo de C → Menor dureza obtida por têmpera.

Proteção → atmosfera neutra (argônio).

Tipos mais comuns de tratamentos térmicos:

1. Esferoidização (coalescimento):

Realizado, principalmente, para aços hipereutetóides com o objetivo de aumentar a usinabilidade

ou para aços hipoeutetóides para aumentar a capacidade de conformação a frio. Aços com baixo

carbono são raramente esferoidizados para melhorar usinagem, porque estes ficam muito macios e

“pastosos”, produzindo cavacos muito longos. Estes aços só serão esferoidizados quando uma severa

deformação plástica a frio é necessária.

Deseja-se realizar um processo de usinagem ou conformação a frio de uma peça. O recozimento

poderá não baixar a dureza o suficiente.

Pelo menos duas maneiras de ser realizado:

1. Temperatura logo abaixo da T eutetóide por 8-20 horas com resfriamento ao ar.

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2. Austenitizar e colocar em uma temperatura logo abaixo da T eutetóide por 8-20 horas(ver

Figura 3).

Figura 3 - Curva de transformação para o processo de esferoidização.

Microestrutura final → Fundo de ferrita com a cementita e outros carbonetos de elementos de liga

na forma esferoidal dispersos na matriz → Esferoidita (ver Figura 4).

Figura 4 - Microestrutura de um aço esferoidizado.

Propriedades mecânicas finais → ótima ductilidade (deformação a frio) e boa usinabilidade.

2. Recozimento:

Aplicado, normalmente, para aços hipoeutetóides. Na verdade, para aços com menos de 0,5%C.

Este tratamento tem como objetivo diminuir a resistência mecânica do aço e aumentar a ductilidade. Os

aços são então recozidos para aumentar a capacidade de deformação a frio (ver Figura 5), bem como

aumentar a usinabilidade (Lembrar do processo de estampagem do cartucho de bala).

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Figura 5 - Ciclos de deformação a frio e recozimento (cápsula para cartuchos).

Forma de execução → austenitização seguida por resfriamento lento até a temperatura ambiente

(resfriamento ao forno). Este é chamado de recozimento pleno ou convencional (ver Figura 6).

Microestrutura final → perlita grosseira (baixa dureza).

Figura 6 - Curva de resfriamento para o recozimento convencional.

O recozimento pleno é aplicado para peças de baixa e média temperabilidade! Para aços de alta

temperabilidade, mesmo com o resfriamento lento (ao forno), outro produtos podem ser formados

como perlita fina e até mesmo bainita. Para estes casos, usa-se o recozimento isotérmico (ver Figura 7).

Figura 7 - Curva de transformação de um aço de alta temperabilidade no recozimento.

3. Normalização:

Produz propriedades semelhantes ao recozimento, podendo ser usado adicionalmente para

“normalizar” estruturas não homogêneas resultantes de processos de têmpera, conformação e fundição.

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Ocorre, porém, que a normalização é feita geralmente com resfriamento das peças ao ar. Isto conduz a

uma velocidade de resfriamento mais alta do que aquela do recozimento, dando como resultado uma

estrutura formada por perlita mais fina.

O resfriamento da temperatura de normalização é feito ao ar (ver Figura 8). Por incluir um

resfriamento mais acelerado do que o recozimento, além de produzir uma perlita mais fina, irá produzir

uma diminuição do tamanho de grão, que leva a um considerável aumento de tenacidade.

Figura 8 - Curva de transformação para o processo de normalização de um aço, comparada com a do processo de recozimento convencional.

Normalmente, para ser considerado normalização, deve haver a completa austenitização, isto é,

acima de AC3 para aços hipoeutetóides e acima de ACM para aços hipereutetóides.

Propriedades mecânicas → boa ductilidade e baixa dureza, com grande tenacidade.

Lembrar a respeito da perlita fina e grosseira.

Para aços de alta temperabilidade → resfriamento ao ar →pode produzir bainita ou mesmo

martensita. Portanto, deve-se aplicar um resfriamento mais lento ou mesmo isotérmico.

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4. Têmpera e revenido:

Grande aumento de dureza e resistência mecânica. Contudo, deve-se aplicar o revenimento para

ganhar-se um pouco de tenacidade de ductilidade. Rápido resfriamento a partir da temperatura de

austenitização (ver Figura 9).

Figura 9 - Curva de transformação para o processo de têmpera de um aço.

Questão importante → temperabilidade. Deve-se produzir uma completa austenitização do aço

para que dissolvam-se os carbonetos dos elementos de liga e estes possam produzir uma maior

temperabilidade ao aço (produção de martensita para todo o aço, inclusive para componentes de

grandes seções).

Velocidade de resfriamento → deve ser tal que impeça a formação de qualquer outro produto que

não seja martensita e, ao mesmo tempo, a mais baixa possível para evitar trincas e empenamento do

material.

Variação da velocidade de resfriamento ao longo da seção da peça → pode produzir outras

microestruturas que não martensita, modificando as propriedades mecânicas. Mescla de

microestruturas.

Meios de resfriamento → salmoura, água, óleo e produtos sintéticos.

Lembrar da austenita retida!

Revenido

5. Tratamentos Isotérmicos:

5.1 Martêmpera ou têmpera interrompida:

O problema de trincas e empenamentos ocorre devido a grande diferença de temperatura da

superfície da peça e o centro. Usando-se a martêmpera, retarda-se o resfriamento logo acima da MS,

permitindo a equalização da temperatura ao longo da seção da peça, completando-se após o

resfriamento (ver Figura 10).

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Figura 10 - Curva de transformação para o processo de martêmpera de um aço.

Deve-se é claro realizar-se o revenimento após a têmpera.

5.2 Austêmpera:

Austenitização e rápido resfriamento até uma temperatura acima de MS e manutenção até

completa transformação (ver Figura 11). A microestrutura final é a Bainita. Usa-se um banho de sais

fundidos como meio de resfriamento.

Figura 11 - Curva de transformação para o processo de austêmpera de um aço.

Objetivo: Substituição à têmpera ou martêmpera.

Propriedades mecânicas (ver Tabela 1).

Tabela 1 - Propriedades mecânicas para um aço ABNT 1095.

Tratamento Térmico Dureza (HRC)

Tenacidade(J)

Alongamento(%)

Temperado em água e revenido 52,5 19 ---Martêmpera e revenido 52,8 33 ---Austêmpera 52,5 54 8

Problemas da austêmpera:

- Muito caro

- Nem todos os aços podem ser tratados.

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