Aula 6_tratamento Térmico

Tratamentos trmicos

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FUNDAO ESCOLA TCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA

Curso Tcnico em Mecnica

Tecnologia Mecnica

Professor Jos de Souza

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CONCEITO

Ao processo de aquecer e resfriar um ao, visando

modificar as sua propriedades, denomina-se TRATAMENTO TRMICO.

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Finalidade: Alterar as microestruturas e como consequncia as propriedades mecnicas das ligas metlicas

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Objetivos: - Remoo de tenses internas; - Aumento ou diminuio da dureza; - Aumento da resistncia mecnica; - Melhora da ductilidade; - Melhora da usinabilidade; - Melhora da resistncia ao desgaste; - Melhora da resistncia corroso; - Melhora da resistncia ao calor; - Melhora das propriedades eltricas e magnticas.

Tratamentos Trmicos

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FASES

O tratamento trmico pode ser feito em trs fases distintas: 1 aquecimento; 2 manuteno da temperatura; 3 resfriamento.

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MATERIAL + TRATAMENTO TRMICO

O TRATAMENTO TRMICO EST

ASSOCIADO DIRETAMENTE

COM O TIPO DE MATERIAL.

PORTANTO, DEVE SER

ESCOLHIDO DESDE O INCIO

DO PROJETO

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Principais Tratamentos Trmicos

Recozimento

Normalizao

Tmpera e Revenido

Cementao

Alvio de tenses

Recristalizao

Homogeneizao

Total ou Pleno

Isotrmico

Nitretao

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Tipos de tratamentos trmicos

Existem duas classes de tratamentos trmicos; 1) modificam as propriedades de toda a massa do ao. a - Tmpera b Revenimento c Recozimento 2) Os que modificam as propriedades somente numa fina camada

superficial da pea. a - Cementao b - Nitretao

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Tmpera

o tratamento trmico aplicado aos aos com porcentagem igual ou maior do que 0,4% de carbono.

O efeito principal da tmpera num ao o aumento de dureza.

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Tmpera

1 Fase: Aquecimento A pea aquecida em forno ou forja, at uma temperatura recomendada. (Por volta de 800C para os aos ao carbono). 2 Fase: Manuteno da temperatura Atingida a temperatura desejada esta deve ser mantida por algum tempo afim de uniformizar o aquecimento em toda a pea. 3 Fase: Resfriamento A pea uniformemente aquecida na temperatura desejada resfriada em gua, leo ou jato de ar.

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Efeitos da Tmpera

1 - Aumento considervel da dureza do ao. 2 - Aumento da fragilidade em virtude do aumento de dureza.

(O ao torna-se muito quebradio).

OBS: Para reduzir a fragilidade de um ao temperado,

aplica-se um outro tratamento trmico denominado revenimento.

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Revenimento

o tratamento trmico que se faz nos aos j temperados, com a finalidade de diminuir a sua fragilidade, isto , torn-lo menos quebradio.

O revenimento feito aquecendo-se a pea temperada at uma certa temperatura resfriando-a em seguida.

As temperaturas de revenimento so encontradas em tabelas e para os aos ao carbono, h uma variao entre 210C e 320C

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TABELA

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Fases do revenimento

1 Fase: Aquecimento Feito geralmente em fornos controlando a temperatura da pea com o pirmetro.

2 Fase: Manuteno da Temperatura possvel quando o

aquecimento feito em fornos. 3 Fase: Resfriamento O resfriamento da pea pode ser: a) Lento : quando a pea esfriada naturalmente. b) Rpido: mergulhando a pea em gua ou leo.

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Efeitos do revenimento

Diminui um pouco a dureza da pea temperada, porm

aumenta consideravelmente a sua resistncia aos choques. Geralmente, toda pea aps ser temperada passa por um

revenimento

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Recozimento

O recozimento o tratamento trmico que tem por

finalidade eliminar a dureza de uma pea temperada ou normalizar materiais com tenses internas resultantes do forjamento, da laminao, trefilao etc...

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Tipos de recozimento

1 - Recozimento para eliminar a dureza de uma pea temperada. 2 - Recozimento para normalizar a estrutura de um material.

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FASES DO RECOZIMENTO

1 Fase: Aquecimento A pea aquecida a uma temperatura que

varia de acordo com o material a ser recozido. (Entre 500C e 900C).

A escolha da temperatura de recozimento feita mediante consulta a uma tabela.

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FASES DO RECOZIMENTO

2 Fase: Manuteno da temperatura A pea deve

permanecer aquecida por algum tempo na temperatura recomendada para que as modificaes atinjam toda a massa da mesma.

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FASES

3 Fase: Resfriamento O resfriamento deve ser

feito lentamente, tanto mais lento quanto maior for a porcentagem de carbono do ao.

No resfriamento para recozimento adotam-se os seguintes processos:

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Processos

1 - Exposio da pea aquecida ao ar livre. (Processo pouco usado).

2 - Colocao da pea em caixas contendo cal, cinza, areia ou outros materiais.

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Efeitos do recozimento no ao

a) Elimina a dureza de uma pea temperada anteriormente,

fazendo-se voltar a sua dureza normal. b) Torna o ao mais homogneo, melhora sua ductilidade

tornando-o facilmente usinvel.

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Fatores de Influncia nos Tratamentos Trmicos

Temperatura

Tempo

Velocidade de resfriamento

Atmosfera*

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Fatores de Influncia nos Tratamentos

Trmicos

Tempo: O tempo de trat. trmico depende muito das

dimenses da pea e da microestrutura desejada.

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Trmicos

Temperatura: depende do tipo de material e da

transformao de fase ou microestrutura desejada.

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Trmicos

Velocidade de Resfriamento: - Depende do tipo de material e da

transformao de fase ou microestrutura desejada.

- o mais importante porque ele que efetivamente determinar a microestrutura, alm da composio qumica do material.

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Principais Meios de Resfriamento

Ambiente do forno (+ brando);

Ar;

Banho de sais ou metal fundido (+ comum o de Pb);

leo;

gua;

Solues aquosas de NaOH, Na2CO3 ou NaCl (+ severos).

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Como Escolher o Meio de Resfriamento?

um compromisso entre:

- Obteno das caractersitcas finais desejadas (microestruturas e propriedades);

- Sem o aparecimento de fissuras e empenamento na pea;

- Sem a gerao de grande concentrao de tenses.

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CEMENTAO

A cementao um tratamento que consiste em aumentar a porcentagem de carbono numa fina camada externa da pea

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CEMENTAO

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CEMENTAO

Aps a cementao tempera-se a pea; as partes externas adquirem elevada dureza enquanto as partes internas permanecem sem alteraes.

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CEMENTAO

Parte dura

Parte mole

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Como feita a cementao?

A cementao feita aquecendo-se a pea de ao de baixo teor de carbono, junto com um material rico em carbono (carburante).

Quando a pea atinge alta temperatura (750C a 1.000C) passa a absorver parte do carbono do carburante

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Fases da cementao

1 Fase: Aquecimento a) Cementao em caixa: As peas so colocadas em caixas

juntamente com o carburante, fechadas hermeticamente e aquecidas at a temperatura recomendada.

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Cementao em caixa

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Cementao em banho:

b) Cementao em banho: As peas so mergulhadas no carburante lquido aquecido, atravs de cestas ou ganchos.

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Qualidade da cementao

Quanto mais tempo a pea permanecer aquecida com o carburante, mais espessa se tornar a camada.

Os carburantes podem ser slidos, (gros ou ps), lquidos ou gasosos.

A qualidade dos carburantes influi na rapidez com que se forma a camada.

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2 Fase: Manuteno da temperatura

O tempo de durao desta fase varia de acordo com a espessura da camada que se deseja e da qualidade do carburante utilizado. (0,1mm a 0,2mm por hora).

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3 Fase: Resfriamento

A pea esfriada lentamente dentro da prpria caixa. Aps a cementao as peas so temperadas.

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NITRETAO

Nitretao um processo que tambm altera a composio de uma camada superficial do ao.

Ao contrrio da cementao, a camada nitretada no necessita ser temperada, pois os nitretos que se formam j possuem dureza elevada evitando o empeno da pea.

A nitretao feita na faixa de temperatura entre 500 e 600 C, o que diminui a possibilidade de empenamentos por transformao de fase.

A camada nitretada tem menor espessura do que a cementada, raramente ultrapassando 0,8 mm.

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Vantagens da nitretao

a) Alta dureza com alta resistncia ao desgaste; b) Alta resistncia fadiga e baixa sensibilidade ao entalhe; c) Melhor resistncia corroso; d) Alta estabilidade dimensional.

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Nitretao a gs

Neste processo utilizada amnia que injetada no forno aquecido geralmente a 510 C.

Nesta temperatura a amnia se dissocia e libera nitrognio atmico que difunde para o ao.

Os tempos de tratamento variam entre 12 e 120 horas.

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o processo semelhante ao utilizado na cementao lquida. Neste banho teremos, ento, cianeto de sdio ou potssio,

carbonato de sdio ou de potssio e cloreto de potssio ou de sdio. Este banho contm entre 30 e 40% de cianeto.

A temperatura utilizada situa-se entre 550 e 570 C. Nesta faixa de temperatura no ocorre a reao de cementao e portanto teremos apenas a adio de nitrognio ao ao.

Os tempos de nitretao so curtos, geralmente entre 1 e 4 horas.

Nitretao por via lquida

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Peas nitretadas

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QUESTIONRIO

1 - O que tratamento trmico? 2 - Quais as fases do tratamento trmico? 3 - Quais as classes do tratamento trmico? 4 - Qual o resultado da tmpera no ao? 5 - A pea ao ser temperada deve ter a temperatura elevada de

que maneira? Justifique 6 - Que tipo de tratamento trmico tm por objetivo melhorar a

resistncia mecnica do material j temperado?

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7 - Qual a variao de temperatura para revenir uma pea de ao carbono?

8 - O que cor de revenimento? 9 - Quando o recozimento deve ser aplicado? 10 - Quais os tipos de recozimento? 11 - O que cementao? 12 - Qual o objetivo da nitretao?

QUESTIONRIO

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1 - RECOZIMENTO

Objetivos:

- Remoo de tenses internas devido aos tratamentos mecnicos;

- Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade;

- Alterar as propriedades mecnicas como a resistncia e ductilidade;

- Ajustar o tamanho de gro;

- Melhorar as propriedades eltricas e magnticas;

- Produzir uma microestrutura definida.

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TIPOS DE RECOZIMENTO

Recozimento para alvio de tenses (qualquer liga metlica);

Recozimento para recristalizao (qualquer liga metlica);

Recozimento para homogeneizao (para peas fundidas);

Recozimento total ou pleno (aos); Recozimento isotrmico ou cclico (aos).

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1.1 - RECOZIMENTO PARA ALVIO DE TENSES

Objetivo

Remoo de tenses internas originadas de processos (tratamentos mecnicos, soldagem, corte, )

Temperatura

No deve ocorrer nenhuma transformao de fase

Resfriamento

Deve-se evitar velocidades muito altas devido ao risco de distores

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RECOZIMENTO PARA ALVIO DE TENSES DOS AOS

Temperatura Abaixo da linha A1

em que ocorre nenhuma transformao (600-620oC) Ou linha crtica

723 C

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INFLUNCIA DA TEMPERATURA DE RECOZIMENTO NA RESISTNCIA TRAO E DUCTILIDADE

Alvio de Tenses (Recuperao/Recovery)

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1.2 - RECOZIMENTO PARA RECRISTALIZAO

Objetivo;

Elimina o encruamento gerado pela deformao frio;

Temperatura;

No deve ocorrer nenhuma transformao de fase;

Resfriamento;

Lento (ao ar ou ao forno).

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1.3 - RECOZIMENTO HOMOGENEIZAO

Objetivo Melhorar a homogeneidade da microestruturade peas

fundidas

Temperatura

No deve ocorrer nenhuma transformao de fase

Resfriamento Lento (ao ar ou ao forno)

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1.4 - RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO

Objetivo Obter dureza e estrutura controlada

para os aos

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1.4 - RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO

Temperatura Hipoeutetide 50 C acima

da linha A3

Hipereutetide Entre as linhas Acm e A1

Resfriamento Lento (dentro do forno)

implica em tempo longo de processo (desvantagem)

Usado para aos

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+ +Fe3C

+Fe3C

Recozimento

total ou pleno

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RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO

Constituintes Estruturais resultantes Hipoeutetide ferrita + perlita grosseira

Eutetide perlita grosseira

Hipereutetide cementita + perlita grosseira

* A pelita grosseira ideal para melhorar a usinabilidade dos aos baixo e mdio carbono

* Para melhorar a usinabilidade dos aos alto carbono recomenda-se a esferoidizao

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1.5- RECOZIMENTO ISOTRMICO OU CCLICO A diferena do recozimento pleno

est no resfriamento que bem mais rpido, tornando-o mais prtico e mais econmico,

Permite obter estrutura final + homognea

No aplicvel para peas de grande volume porque difcil de baixar a temperatura do ncleo da mesma

Esse tratamento geralmente executado em banho de sais

Usado para aos

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2- ESFEROIDIZAO OU COALESCIMENTO

ESFEROIDITA Objetivo Produo de uma estrutura

globular ou esferoidal de

carbonetos no ao

melhora a usinabilidade, especialmente dos aos alto

carbono

facilita a deformao a frio

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+ +Fe3C

+Fe3C

Esferoidizao

ou

coalescimento

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OUTRAS MANEIRAS DE PRODUZIR ESFEROIDIZAO OU COALESCIMENTO

Aquecimento por tempo prolongado a uma temperatura logo abaixo da linha inferior da zona crtica;

Aquecimento e resfriamentos alternados entre

temperaturas que esto logo acima e logo abaixo da linha inferior de transformao.

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Usada para aos 3- NORMALIZAO

Objetivos:

Refinar o gro Melhorar a

uniformidade da microestrutra

*** usada antes da

tmpera e revenido

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+

+Fe3C

+Fe3C

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3- NORMALIZAO

Temperatura Hipoeutetide acima da linha A3; Hipereutetide acima da linha Acm* *No h formao de um invlucro de

carbonetos frgeis devido a velocidade de refriamento ser maior.

Resfriamento Ao ar (calmo ou forado)

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3- NORMALIZAO

Constituintes Estruturais resultantes Hipoeutetide ferrita + perlita fina Eutetide perlita fina Hipereutetide cementita + perlita fina * Conforme o ao pode-se obter bainita Em relao ao recozimento a microestrutura mais

fina, apresenta menor quantidade e melhor distribuio de carbonetos

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4 - TMPERA

Objetivos:

Obter estrutura matenstica que promove:

- Aumento na dureza

- Aumento na resistncia trao

- reduo na tenacidade

*** A tmpera gera tenses deve-se fazer revenido posteriormente

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4 - TMPERA

MARTENSITA

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4 - TMPERA

Temperatura Superior linha crtica (A1) * Deve-se evitar o superaquecimento, pois formaria

matensita acidular muito grosseira, de elevada fragilidade

Resfriamento Rpido de maneira a formar martensta

(ver curvas TTT)

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4 - TMPERA

Meios de Resfriamento

Depende muito da composio do ao (% de carbono e elementos de liga) e da espessura da pea

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TEMPERABILIDADE

CAPACIDADE DE UM AO ADQUIRIR DUREZA POR TMPERA A UMA CERTA PROFUNDIDADE.

VEJA EXEMPLO COMPARATIVO DA TEMPERABILIDADE UM AO 1040 E DE UM AO 8640.

A CURVA QUE INDICA A QUEDA DE DUREZA EM FUNO DA PROFUNDIDADE RECEBE O NOME DE CURVA JOMINY QUE OBTIDA POR MEIO DE ENSAIOS NORMALIZADOS.

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TEMPERABILIDADE

Veja como feito o ensaio de temperabilidade Jominy no site:

www.cimm.com.br/material didtico

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TEMPERABILIDADE DOS AOS EM FUNO DO TEOR DE CARBONO

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5 - REVENIDO

*** Sempre acompanha a tmpera

Objetivos: - Alivia ou remove tenses - Corrige a dureza e a fragilidade, aumentando a dureza e a

tenacidade

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5- REVENIDO

Temperatura Pode ser escolhida de acordo com as combinaes de propriedades desejadas

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5 - REVENIDO

150- 230C os carbonetos comeam a precipitar Estrutura: martensita revenida

(escura, preta) Dureza: 65 RC 60-63 RC 230-400C os carbonetos continuam a precipitar

em forma globular (invisvel ao microscpio) Estrutura: TROOSTITA Dureza: 62 RC 50 RC

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5- REVENIDO

400- 500C os carbonetos crescem em glbulos, visveis ao microscpio

Estrutura: SORBITA Dureza: 20-45 RC 650-738C os carbonetos formam partculas

globulares Estrutura: ESFEROIDITA Dureza:

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Curso Tcnico em Mecnica MICROESTRUTURAS DO REVENIDO

TROOSTITA E MARTENSITA SORBITA

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FRAGILIDADE DE REVENIDO

Ocorre em determinados tipos de aos quando aquecidos na faixa de temperatura entre 375-475 C ou quando resfriados lentamente nesta faixa.

A fragilidade ocorre mais rapidamente na faixa de 470-475 C

A fragilidade s revelada no ensaio de resist. ao choque, no h alterao na microestrutura.

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AOS SUSCEPTVEIS FRAGILIDADE DE REVENIDO

Aos -liga de baixo teor de liga Aos que contm apreciveis quantidades de Mn, Ni, Cr, Sb*, P, S Aos ao Cr-Ni so os mais suceptveis ao fenmeno

* o mais prejudicial

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COMO MINIMIZAR A FRAGILIDADE DE REVENIDO

Manter os teores de P abaixo de 0,005% e S menor 0,01%

Reaquecer o ao fragilizado a uma temperatura de ~600 C seguido de refriamento rpido at abaixo de 300 C .

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6 - SOLUBILIZAO SEGUIDA DE PRECIPITAO OU ENVELHECIMENTO

Consiste na precipitao de outra fase, na forma de partculas extremamente pequenas e uniformemente distribudas.

Esta nova fase enrijece a liga.

Aps o envelhecimento o material ter adquirido mxima dureza e resistncia.

O envelhecimento pode ser natural ou artificial.

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6- Tratamento trmico de solubilizao seguido de envelhecimento

Solubilizao

Precipitao

Resfriamento em

gua

Chamado de

envelhecimento que

pode ser

natural ou artificial

A ppt se d a

T ambiente

A ppt se d

acima da T

ambiente

por

reaqueci-

mento

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EXEMPLO: Sistema Al-Cu

A fase endurecedora das ligas Al-Cu CuAl2 ()

Solubilizao 5,65%

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7- Outros tratamentos trmicos

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TRATAMENTO SUB-ZERO

Alguns tipos de ao, especialmente os alta liga, no conseguem finalizar a transformao de austenita em martensita.

O tratamento consiste no resfriamento do ao a temperaturas

abaixo da ambiente

Ex: Nitrognio lquido: -170oC Nitrognio + lcool: -70oC

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AO AISI 1321 cementado as linhas Mi e Mf so abaixadas. Neste ao a formao da martensita no se finaliza, levando a se ter

austenita residual a temperatura ambiente.

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AUSTEMPERA E MARTEMPERA

Problemas prticos no resfriamento convencional e tmpera

A pea/ parte poder apresentar empenamento ou fissuras devidos ao resfriamento no uniforme. A parte externa esfria mais rapidamente, transformando-se em martensita antes da parte interna. Durante o curto tempo em que as partes externa e interna esto com diferentes microestruturas, aparecem tenses mecnicas considerveis. A regio que contm a martensita frgil e pode trincar. Os tratamentos trmicos denominados de martempera e

austmpera vieram para solucionar este problema

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MARTEMPERA O resfriamento

temporariamente interrompido, criando um passo isotrmico, no qual toda a pea atinga a mesma temperatura. A seguir o resfriamento feito lentamente de forma que a martensita se forma uniformemente atravs da pea. A ductilidade conseguida atravs de um revenimento final.

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AUSTEMPERA Outra alternativa para evitar distores e

trincas o tratamento denominado austmpera, ilustrado ao lado

Neste processo o procedimento anlogo martmpera. Entretanto a fase isotrmica prolongada at que ocorra a completa transformao em bainita. Como a microestrutura formada mais estvel (alfa+Fe3C), o resfriamento subsequente no gera martensita. No existe a fase de reaquecimento, tornando o processo mais barato.

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MARTEMPERA E AUSTEMPERA

alternativas para evitar distores e trincas

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CASO PRTICO 1

Faa uma anlise do seguinte procedimento adotado por uma da empresa

Pea: eixo (10x100)mm Ao: SAE 1045 Condies de trabalho: solicitao abraso pura Tratamento solicitado: beneficiamento para

dureza de 55HRC Condio para tempera: pea totalmente acabada

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CASO PRTICO 2

Qual o tratamento trmico que voc acha mais apropriado para um dado eixo flangeado para reconstituir a homogeneidade microestrutural com a finalidade de posteriormente ser efetuada a tempera? Informaes: A regio flangeada apresenta-se com granulao fina e homognea, resultante do trabalho quente; j o restante do eixo, que no sofre conformao, apresenta-se com microestrutura grosseira e heterognea, devido ao aquecimento para forjamento.

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CASO PRTICO 3

Porta insertos de metal duro so usados em estampos progressivos, confeccionados em ao AISI D2 e temperados para 60/62 HRC. Este tipo de ao costuma reter at 50% de austenita em sua estrutura temperatura ambiente. H algum inconveniente disto? Comente sua resposta.

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TRANSFORMAES

AUSTENITA

Perlita

( + Fe3C) + a fase

preutetide

Bainita

( + Fe3C)

Martensita

(fase tetragonal)

Martensita Revenida

( + Fe3C)

Ferrita ou cementita

Resf. lento Resf. moderado

Resf. Rpido

(Tmpera)

reaquecimento

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Tratamentos Trmicos

Recozimento

Total ou Pleno

Recozimento

Isotrmico Normalizao

Tempera e

Revenido

Resfriamento

Lento

(dentro do forno) Resfriamento

ao ar

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Recozimento

Total ou Pleno

Isotrmico Alvio de

tenses

Recristalizao

Resfriamento

Lento

(dentro do forno) Temperatura Abaixo da linha A1 No ocorre nenhuma

transformao

Resfriamento Deve-se evitar

velocidades muito

altas devido ao risco

de distores

Temperatura Abaixo da linha A1

(600-620oC)

- Resfriamento Lento

(ao ar ou dentro

do forno) **Elimina o

encruamento

gerado pelos

processos de

deformao frio

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Aula 6_tratamento Térmico