Processamento Térmico de Ligas MetálicasProcessamento Térmico de Ligas Metálicas

• Recozimento:

processo em que o material é exposto a uma fonte de calor, geralmente a altas temperaturas por um longo período e então é resfriado lentamente até a temperatura ambiente;

o recozimento pode (1) aliviar tensões internas, (2) aumentar a tenacidade, ductilidade e rigidez de um material, (3) produzir uma microestrutura específica;

• Parâmetros de Controle:

temperatura: taxas de aquecimento e resfriamento do material;

tempo de permanência em determinada temperatura;

tamanho da peça a ser tratada.

Recozimento de Ligas FerrosasRecozimento de Ligas Ferrosas

Normalização

Recozimento pleno

Recozimento subcrítico

• Temperatura crítica inferior (TCI): A1, abaixo da qual austenita não existirá;

• Temperatura crítica superior (TCS): linhas A3 e Acm, acima das quais existe somente austenita;

• Normalização: tratamento de recozimento realizado entre 55-85ºC acima da TCS para refinar os grãos e produzir uma distribuição de tamanhos mais uniforme.

• Recozimento pleno: austenitização de uma liga, seguida de resfriamento lento, dentro do próprio forno, até a temperatura ambiente.

• Recozimento subcrítico: aquecimento e manutenção prolongada de uma liga a uma temperatura imediatamente abaixo da temperatura eutetóide (A1), resultando em uma estrutura de cementita globulizada.

Diagrama Fe-Fe3C na vizinhança do eutetóide.

EndurecibilidadeEndurecibilidade

• Conceito:

Capacidade de uma liga ser endurecida pela formação da martensita, como resultado da aplicação de um tratamento térmico;

Corresponde à medida qualitativa da taxa segundo a qual a dureza cai em função da distância ao se penetrar no interior de uma amostra, em função do menor teor de martensita;

Uma liga de aço que possui alta endurecibilidade é aquela que endurece, ou forma martensita, não apenas na sua superfície, mas em elevado grau também ao longo de todo o seu interior;

Pode ser determinada pelo ensaio Jominy da extremidade temperada.

Ensaio JominyEnsaio Jominy

amostra

Jato de água a 24 ºC

Acessório de

montagem

Corpo de prova

Jato de água

Curva de endurecibilidade

Superfície plana e polida

Ensaios de dureza Rockwell

C

Ensaio Jominy: Curva de EndurecibilidadeEnsaio Jominy: Curva de EndurecibilidadeTaxa d

e r

esf

riam

ento

, ºC

/s

Distância a partir da extremidade temperada

Esc

ala

Rock

well

C

Distância a partir da extremidade temperada 16 avos de polegada

Menos martensita

extremidades temperadas resfriam mais rapidamente e contém mais martensita;

a taxa de resfriamento decresce com o aumento da distância até a extremidade temperada: maior difusão de C, mais bainita/perlita, menor dureza;

alta endurecibilidade é indicada por uma curva de endurecibilidade com um comportamento mais próximo de uma reta paralela à abscissa.

Curvas de Endurecibilidade: Influência de Elementos de LigaCurvas de Endurecibilidade: Influência de Elementos de LigaEsc

ala

Rock

well

C

Distância a partir da extremidade temperada

16 avos de polegada Influência de elementos de liga sobre a curva de endurecibilidade resultante: a presença de Ni, Cr e Mo nos aços-liga retardam as reações de transformação da austenita em perlita e/ou bainita. O mesmo efeito pode ser observado para ligas com diferentes % C;

Isso permite que mais martensita se forme para uma taxa de resfriamento específica, produzindo uma liga com maior dureza.

Esc

ala

Rock

well

CDistância a partir da extremidade temperada

Taxa de resfriamento a 700ºC

Endurecibilidade: Influência do Meio de Resfriamento, do Tamanho da AmostraEndurecibilidade: Influência do Meio de Resfriamento, do Tamanho da Amostra

Taxa de resfriamento a 700ºC

Diâ

metr

o d

a b

arr

a

Distância equivalente a partir da extremidade temperadaTemperado em

águaTemperado em óleo

Severidade da têmpera: água > óleo > ar. Ex: para uma barra de 50mm de diâmetro, a taxa de resfriamento no seu centro é de 27ºC/s na água e 13,5ºC/s no óleo;

para um determinado meio de têmpera, a taxa de resfriamento no centro da amostra é menor para diâmetros maiores.

Endurecibilidade: Influência da Geometria da AmostraEndurecibilidade: Influência da Geometria da Amostra

perfil radial de dureza para amostras cilíndricas de aço, com diâmetros de 50mm, temperadas em água moderadamente agitada;

perfil radial de dureza para amostras cilíndricas de aço com diâmetros de 50 e 100 mm, temperadas em água moderadamente agitada .

Esc

ala

Rock

well

C

Endurecimento por PrecipitaçãoEndurecimento por Precipitação

pequenas inclusões de fases secundárias aumentam a resistência de um material;

distorções da rede cristalina ao redor dessa fase secundária impedem o movimento de discordâncias;

o precipitado se forma quando o limite de solubilidade é excedido;

o endurecimento por precipitação também é conhecido como endurecimento por envelhecimento.

Resfriamento lento

precipita nos contornos de grão de k

Tempo

Endurecimento por PrecipitaçãoEndurecimento por Precipitação

Solubilização: Em T0 todos os átomos do soluto A se dissolvem para formar uma solução monofásica ();

Resfriamento rápido: após a solubilização, a liga é resfriada rapidamente até T1. Sem tempo para difundir, a fase não se forma, o que resulta numa fase como sendo uma solução sólida supersaturada;

Precipitação: a solução sólida é aquecida até T2, abaixo da linha solvus, onde a difusão é apreciável. A fase começa a se formar como partículas finas dispersas;

Após determinado período de tempo, o material é resfriado até a temperatura ambiente.

Tem

pera

tur

a

Tempo

Tratamento térmico de solubilização

Têmpera

Tratamento térmico de precipitação

Resi

stênci

a o

u

dure

za

zonas

Superenve-

lhecimento

solvente

solutoPartícula da fase ”

Partícula da fase

Fase precipitada de transição ”

Solução supersaturada

Fase de equilíbrio, dentro da fase matriz

Distorções na redeSem distorções na rede

Endurecimento por PrecipitaçãoEndurecimento por Precipitação

Endurecimento por PrecipitaçãoEndurecimento por Precipitação

Lim

ite d

e r

esi

stênci

a à

tra

ção

(MPa)

Duct

ilidade (

% A

L em

2

pol.)

Duração do tratamento térmico da precipitação