Tempera

TRATAMENTO TÉRMICOTEMPERA

BRUNO ROCHAANICE PIRESFevereiro 2016

TRATAMENTOS TÉRMICOS-Tempera

Ficha Técnica

Autores

Anice Pires, nº3

Bruno Rocha nº4

Curso

Mecanotecnia

Práticas Oficinais e Laboratoriais I


Prefácio Sobre o tema Tratamentos térmico o grupo, constituído por Anice Pires, Bruno Rocha, ambos do 12º ano de escolaridade, elaborou o presente trabalho com o intuito de dar a conhecer um dos tipos de tratamento térmico denominado de Tempera. Foi feito uma breve introdução do tema tratamentos térmicos antes de entrar propriamente no tema que este trabalho tem como finalidade abordar Para além da explicação dos procedimentos gerais para a realização da têmpera, explicamos também como devemos proceder para da têmpera aos aços ferramenta, que são os materiais que utilizamos no nosso dia-a-dia na oficina


INTRODUÇÃO __________________________________________________ 4 TIPOS DE TRATAMENTOS TÉRMICOS ________________________________ 4 TEMPERA _____________________________________________________ 4

FASES DA TÊMPERA ___________________________________________ 5 1ª FASE AQUECIMENTO______________________________________________ 5 2ª FASE MANUTENÇÃO DA TEMPERATURA _________________________________ 5 3ª FASE RESFRIAMENTO _____________________________________________ 5

EFEITOS DA TÊMPERA __________________________________________ 5 PROCEDIMENTOS PARA TRATAMENTOS TÉRMICOS DE ENDURECIMENTO DOS AÇOS FERRAMENTA _______________________________________________ 7

AÇO FERRAMENTA TEMPERÁVEL EM ÁGUA __________________________________ 7 AÇO FERRAMENTA TEMPERADO EM ÓLEO __________________________________ 7 AÇO FERRAMENTA TEMPERÁVEL EM AR ____________________________________ 7 AÇO FERRAMENTA PARA TRABALHO A QUENTE, TEMPERADO EM AR __________________ 8 AÇO RÁPIDO _____________________________________________________ 8 CONSIDERAÇÕES FINAIS _________________________________________ 10


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Introdução Há muitos séculos atrás o homem descobriu que com aquecimento e resfriamento podia modificar as propriedades mecânicas de um aço, isto é, torná-los mais duro, mais mole, mais maleável, etc. Mais tarde, descobriu também que a rapidez com que o aço era resfriado e a quantidade de carbono que possuía influíam decisivamente nessas modificações. O processo de aquecer e resfriar um aço, visando modificar as suas propriedades, denomina-se tratamento térmico Tratamento térmico é o conjunto de operações de aquecimento e resfriamento a que são submetidos os aços, sob condições controladas de temperatura, tempo, atmosfera e velocidade de resfriamento, com o objetivo de alterar as suas propriedades ou conferir-lhes determinadas características. Um tratamento térmico é feito em três fases distintas:

1. Aquecimento 2. Manutenção da temperatura 3. Resfriamento

Tipos de tratamentos térmicos Existem duas classes de tratamentos térmicos: 1) Os tratamentos que por simples aquecimento e resfriamento, modificam as propriedades

de toda a massa do aço, tais como: a. Têmpera b. Revenimento c. Recozimento

2) Os tratamentos que modificam as propriedades somente numa fina camada superficial da peça. Esses tratamentos térmicos nos quais a peça é aquecida juntamente com produtos químicos e posteriormente resfriado são: a. Cementação b. Nitretação

Tempera É o tratamento térmico aplicado aos aços com percentagem igual ou maior do que 0,4% de carbono. É um processo para aumentar a dureza e a resistência dos aços. A têmpera tem duas etapas: aquecimento e esfriamento rápido. O aquecimento tem como objetivo obter a organização dos cristais do metal, numa fase chamada austenitização. O esfriamento brusco visa obter a estrutura martensite.


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Na têmpera o aquecimento é superior à temperatura crítica, que é de 727ºC. O objetivo é conduzir o aço a uma fase, na qual se obtém o melhor arranjo possível dos cristais do aço, para obter a futura dureza. Após dessa fase o aço pode ser submetido a outras fases, dependendo das necessidades. A temperatura nessa fase é temperatura de austenização. Cada aço tem sua composição, a temperatura de austenização varia de aço para aço. A têmpera é obtida em temperaturas diferentes, o que depende da composição do aço da peça e dos seus objetivos. Portanto, a têmpera de uma dada peça leva em consideração muitos fatores. O próprio tempo de exposição da peça na temperatura de austenização é considerado quando se faz a sua têmpera. Cada aço tem uma temperatura de austenização, e que é aquela que proporciona o máximo de dureza. Essa temperatura é obtida dentro de fornos, os quais podem ser por chama ou por indução elétrica. Dependendo das exigências do cliente, a austenização, e consequentemente a têmpera, vai ocorrer apenas na superfície da peça ou em toda ela. A segunda etapa da têmpera é o resfriamento, o qual deve ser brusco, em óleo ou água. A rapidez do resfriamento é importante para impedir que o aço mude para fase diferente daquela que se obteve na temperatura de austenização (obter estrutura martensítica). Quase sempre, após a têmpera, a peça é submetida ao revenimento. Fases da têmpera

1ª Fase Aquecimento A peça é aquecida em forno ou forja, até uma temperatura recomendada. (Por volta de 800ºC para os aços ao carbono).

2ª Fase Manutenção da temperatura Atingida a temperatura desejada, esta deve ser mantida por algum tempo afim de uniformizar o aquecimento em toda a peça.

3ª Fase Resfriamento A peça uniformemente aquecida na temperatura desejada é resfriada em água, óleo ou jato de ar.

Efeitos da Têmpera I. Aumento considerável da dureza do aço.

II. Aumento da fragilidade em virtude do aumento de dureza (o aço torna-se muito quebradiço). Reduz-se a fragilidade de um aço temperado com um outro tratamento térmico denominado revenimento


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Obs.: A temperatura de aquecimento e o meio de resfriamento são dados em tabelas:

De início o aquecimento dever ser lento, (pré-aquecimento), afim de não provocar defeitos na peça. Em seguida o controle de temperatura durante o aquecimento, nos fornos, é feito por aparelhos denominados pirômetros. Nas forjas o mecânico identifica a temperatura pela cor do material aquecido. A manutenção da temperatura vária de acordo com a forma da peça. O tempo nesta fase não descer ser além do necessário.


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Procedimentos para Tratamentos Térmicos de endurecimento dos Aços Ferramenta O endurecimento de aços-ferramenta por têmpera abrange meios de resfriamento, a saber: têmpera em água, têmpera em óleo, têmpera em ar e técnicas especiais de interrupção de resfriamento. A seguir descreve-se as características dos procedimentos para cada classe de aço ferramenta temperável: Aço ferramenta temperável em água Procedimento: o aço é aquecido à temperatura usual de têmpera, 780 °C em atmosfera neutra para evitar a descarbonetação. O meio de resfriamento é água fria ou solução salina a 10% para a máxima dureza. Agitação intensa é necessária para assegurar o resfriamento rápido, para evitar o aparecimento regiões moles. Com este procedimento a profundidade de endurecimento é de aproximadamente 3 mm. A espessura do endurecimento pode ser aumentada até aproximadamente 6 mm se a temperatura da têmpera for elevada para 870 °C. Entretanto o aumento da temperatura de têmpera causa a perda de tenacidade. O processo é seguido por revenimento em temperatura de 150- 250ºC para obtenção da dureza desejada. Aço ferramenta temperado em Óleo Procedimento: o aço é pré-aquecido a 650-700 °C para equalização de temperatura antes do aquecimento até a temperatura de austenização. Este passo permite manter a estabilidade dimensional. Segue-se o aquecimento até 800-840 °C para a têmpera. O meio de resfriamento é óleo. O revenimento é recomendado na faixa de temperaturas entre 170 e 200 °C, que resulta em durezas acima de 60 HRC. O revenimento na faixa entre 250 e 300 °C pode resultar em redução da resistência ao impacto. Aço ferramenta temperável em Ar Procedimento: estes aços requerem pré-aquecimento adequado a 780 °C antes da austenização. A têmpera é efetuada pelo resfriamento em convecção natural. Seções maiores devem ser resfriadas com jato de ar para obtenção de durezas maiores. Após o resfriamento até a temperatura de toque manual (50-60 °C), o revenimento deve ser aplicado. Às vezes o revenimento múltiplo é necessário para que sejam atingidas a transformação completa da austenita e a máxima tenacidade compatível com a dureza.


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Aço ferramenta para trabalho a quente, temperado em ar Estes aços podem ser endurecidos em seções com dimensões até 60 mm. Acima desta espessura, à medida que o endurecimento completo progride, ocorre a precipitação dos carbonetos nos contornos de grão que resulta na redução da vida da ferramenta e baixa resistência ao impacto. Procedimento: o procedimento mais indicado é a têmpera num forno de leito fluidizado ou em mar têmpera (banho de sal mantido levemente acima da temperatura Ms). Isto permite que a taxa de resfriamento não atinja as áreas críticas da curva ‘S’ onde a precipitação dos carbonetos ocorre. A ferramenta equaliza sua temperatura no banho de têmpera e em seguida é removida e resfriada em ar até a temperatura de toque manual, para posterior revenimento. Os aços devem ser adequadamente pré-aquecidos em duas etapas a 650 °C e 850 °C antes da austenização a 1010 °C. Como estes aços são sujeitos ao endurecimento secundário, a dureza máxima não é atingida antes do primeiro revenimento conduzido a 550 °C. Revenimentos múltiplos subsequentes são necessários para a completa transformação da austenita e obtenção da dureza de trabalho desejada. Aço rápido Ferramentas leves de dimensões transversais balanceadas podem ser satisfatoriamente temperadas em ar. Entretanto para ferramentas que se aproximam da forma de lâminas (seção transversal com dimensões muito diferentes) é necessário que o procedimento de tratamento térmico seja feito com a ferramenta prensada entre duas placas, para evitar distorções. Procedimento: O aço rápido pode ser temperado em banho de sal ou forno de leito fluidizado a 550 ºC, e após a equalização, é resfriado em ar até a temperatura de toque manual, antes de ser submetido ao revenimento. O aço rápido é um aço com endurecimento secundário, isto é, atinge sua dureza máxima só após o revenimento. As temperaturas de austenitização são críticas para os aços rápidos, sendo altamente recomendável seguir à risca as indicações do fabricante. Enquanto altas temperaturas de austenitização são necessárias para garantir que a máxima quantidade de carbonetos entre na solução, as temperaturas não ficam muito abaixo do ponto de início de fusão. Por esta razão o controle de temperatura do processo é essencial. É recomendado o pré-aquecimento do aço rápido em duas etapas antes da austenitização, para minimizar o choque térmico. Estes tratamentos são normalmente conduzidos em temperaturas de 600-650 °C e 840-880 °C, dependendo do tipo de aço rápido. Depois do pré-aquecimento a ferramenta deve ser aquecida até a temperatura de austenitização recomendada e ali mantida por 2 a 5 minutos antes do resfriamento. NOTA: Endurecimento em baixa temperatura Existe uma divisão de opiniões quanto ao endurecimento do aço rápido em baixa temperatura. Se a austenitização é feita em baixa temperatura, menor quantidade de elementos de liga são dissolvidos na austenita (sub-endurecimento). Uma das correntes argumenta que baixa temperatura de austenitização ajuda a obter


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tenacidades mais altas para ferramentas com níveis de dureza em torno de 54-56 HRC, utilizadas para puncionamento a quente. A outra corrente argumenta que os melhores resultados são obtidos seguindo as recomendações para as temperaturas austeníticas e aplicando o revenimento para atingir a dureza desejada, que resulta em tenacidade superior. Esta é uma situação onde um tratamento térmico específico adequa-se a uma operação particular e necessita ser comprovado na prática.


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Considerações Finais O processo denominado de têmpera é utilizado para dar mais dureza aos materiais, por isso é muito utilizado nas ferramentas, porém possui uma desvantagem que é o aumento da fragilidade, por isso na maior parte das vezes o processo de têmpera é seguido de outro processo de tratamento térmico denominado de revenimento. Com todos estes aspetos concluímos que a têmpera é um processo muito importante na fabricação de ferramentas, devido a necessidade de dureza que estas ferramentas têm, ou seja, elas necessitam de ter mais dureza do que com o material que estes vão trabalhar, ou no caso contrário, a aplicação de uma ferramenta que não passou pelo processo à um material de dureza igual ou maior, os resultados podem ser negativos.

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