28
TRATAMENTOS T TRATAMENTOS TÉRMICOS RMICOS www.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos Santos Prof. Carlos A. dos Santos NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS TRATAMENTOS TRATAMENTOS RMICOS dos A RMICOS dos AÇOS OS Bibliografia: CHIAVERINI, V., Aços e Ferros Fundidos, Editora ABM, 2004 SMITHS, W., Materials Science, Ed. Blower, 1996 REED-HILL, Physical Metallurgy, McGrall- Hill, 1998 KRAUS, G. Steels: Processing, Structure, and Performance. ASM International, 2005 Material disponível no site: www.em.pucrs.br / nuclemat TRATAMENTOS T TRATAMENTOS TÉRMICOS RMICOS www.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos Santos Prof. Carlos A. dos Santos NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS Defini Definiç ão e Conceitos Fundamentais: ão e Conceitos Fundamentais: Tratamento T Tratamento Térmico: rmico: Operação ou conjunto de operações realizadas no estado sólido que compreendem aquecimento , permanência em temperaturas específicas e resfriamento , realizados com a finalidade de conferir ao material determinadas características. ( Heat Treatment ) Tratamento Termoqu Tratamento Termoquí mico: mico: Operação ou conjunto de operações realizadas no estado sólido que compreendem aquecimento , permanência em determinadas temperaturas e atmosferas e resfriamento , realizados com a finalidade de conferir ao material determinadas características superficiais. ( Thermochemical Treatment )

Tratamento Térmico de Aços

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Page 1: Tratamento Térmico de Aços

TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOSwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosProf. Carlos A. dos Santos

NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

TRATAMENTOSTRATAMENTOS

TTÉÉRMICOS dos ARMICOS dos AÇÇOSOS

Bibliografia:

CHIAVERINI, V., Aços e Ferros Fundidos,

Editora ABM, 2004

SMITHS, W., Materials Science, Ed. Blower, 1996

REED-HILL, Physical Metallurgy, McGrall- Hill,

1998KRAUS, G. Steels: Processing, Structure, and

Performance. ASM International, 2005

Material disponível no site:www.em.pucrs.br / nuclemat

TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOSwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosProf. Carlos A. dos Santos

NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

DefiniDefiniçção e Conceitos Fundamentais:ão e Conceitos Fundamentais:

⌦⌦ Tratamento TTratamento Téérmico:rmico: Operação ou conjunto de operações realizadas no estado sólido que compreendem aquecimento, permanênciaem temperaturas específicas e resfriamento, realizados com a finalidade de conferir ao material determinadas características.

( Heat Treatment )

⌦⌦ Tratamento TermoquTratamento Termoquíímico:mico: Operação ou conjunto de operações realizadas no estado sólido que compreendem aquecimento, permanênciaem determinadas temperaturas e atmosferas e resfriamento, realizados com a finalidade de conferir ao material determinadas características superficiais.

( Thermochemical Treatment )

Page 2: Tratamento Térmico de Aços

TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOSwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosProf. Carlos A. dos Santos

NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

RECOZIMENTORECOZIMENTO (Annealing) ((Amolecimento, Homogeinização, Recuperação))Recozimento Total ou PlenoRecozimento IntercríticoRecozimento SubcríticoEsferoidizaçãoCoalescimento (ductilidade máxima)

NORMALIZANORMALIZAÇÇÃO ÃO (Normalizing) (Resfriamento ao ar)TÊMPERATÊMPERA (Quench) (Endurecimento pela formação de martensita)REVENIDO REVENIDO (Temper) (Alívio de tensões e redução de dureza)MARTÊMPERAMARTÊMPERA (Martempering) (Evitar trincas e empenamento)AUSTÊMPERAAUSTÊMPERA (Austempering) (Produção de estrutura bainítica)AUSTENITA RETIDAAUSTENITA RETIDA (Residual γ) (Tratamento de eliminação)

Revenimento múltiploTratamento sub-zeroEncruamento

TÊMPERA SUPERFICIALTÊMPERA SUPERFICIAL (Modificação das condições superficiais)SOLUBILIZASOLUBILIZAÇÇÃOÃO (Solutioning) (Não ferrosos e aços inoxidáveis)TERMOQUTERMOQUÍÍMICOS MICOS (Thermochemical) (Tratamentos superficiais: cementação, nitretação, etc)

Principais Processos:Principais Processos:

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

⇒ ELEMENTOS DE INFLUÊNCIA NAS TRANSFORMAÇÕES SÓLIDO / SÓLIDO

- Tamanho e geometria- Estrutura original (tam. de grão, encruamento, nível de segração, outros)

COMPONENTE

AQUECIMENTO- Tipo de forno- Temperatura crítica- Taxa de aquecimento

TEMPO DE AQUECI//TO- Homogeinização da temperatura- Crescimento de grão

AMBIENTE. DE AQUECI//TO- Reações que ocorrem na superfície da peça

RESFRIAMENTO- Ambiente de resfriamento- Taxa de resfriamento- Temperatura mínima

Page 3: Tratamento Térmico de Aços

TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOSwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosProf. Carlos A. dos Santos

NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

Total ou PlenoSubcrítico

RECOZIMENTORECOZIMENTO IntercríticoEsferoidizaçãoCoalescimento

NORMALIZANORMALIZAÇÇÃOÃOTÊMPERATÊMPERAREVENIDOREVENIDOMARTÊMPERAMARTÊMPERAAUSTÊMPERAAUSTÊMPERA Revenimento múltiplo AUSTENITA RETIDAAUSTENITA RETIDA Tratamento sub-zero

EncruamentoTÊMPERA SUPERFICIALTÊMPERA SUPERFICIALSOLUBILIZASOLUBILIZAÇÇÃOÃO

TratamentosTratamentosTTéérmicosrmicos

As diferentes CLASSIFICACLASSIFICAÇÇÕESÕES para os tratamentos são definidas em função dos métodos, equipamentos e condições do material após o tratamento.

TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOSwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosProf. Carlos A. dos Santos

NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

TEMPERATURAS CRÍTICAS

A1 – Mínima temperatura para a existência do Fe-γA3 – Máxima temperatura para a existência do Fe-α (AÇOS HIPOEUTETÓIDES)ACM – Máxima temperatura para a existência do Fe3C (AÇOS HIPEREUTETÓIDES)

A escolha de um tratamento específico, dependerá das condições finais desejadas ao material e a posterior aplicação, sob o compromisso do menor custo de processamento.

Para aços hipoeutetóides, pode-se estimar as temperaturas críticas (A1 e A3), em consideração aos elementos de liga, pelas seguintes equações:

)Cr(%9,16)Si(%1,29)Ni(%9,16)Mn(%7,20723)C(Ac o1 −+−−=

)Mo(%5,31)V(%104)Si(%7,44)Ni(%2,15)C(%203910)C(Ac o3 +++−−=

Para aços, as principais temperaturas de tratamento são baseadas nas temperaturas críticas de transformação durante aquecimento e resfriamento.

Page 4: Tratamento Térmico de Aços

TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOSwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosProf. Carlos A. dos Santos

NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

AÇO

TAXA DE AQUECIMENTO E RESFRIAMENTO (28oC/h = 8x10-3 oC/s)

TEMPERATURAS CRÍTICAS NO AQUECIMENTO

TEMPERATURAS CRÍTICAS NO RESFRIAMENTO

A1 A3 A3 A1

1010 725 875 850 680

1020 725 845 815 680

1030 725 815 790 675

1040 725 795 755 670

1050 725 770 740 680

1060 725 745 725 685

1070 725 730 710 690

1080 730 735 700 695

1340 715 775 720 620

3140 735 765 720 660

4027 725 805 760 670

4042 725 795 730 655

4130 760 810 755 695

4140 730 805 745 680

AÇO

TAXA DE AQUECIMENTO E RESFRIAMENTO (28oC/h = 8x10-3 oC/s)

TEMPERATURAS CRÍTICAS NO AQUECIMENTO

TEMPERATURAS CRÍTICAS NO RESFRIAMENTO

A1 A3 A3 A1

4150 745 765 730 670

4340 725 775 710 655

4615 725 810 760 650

5046 715 770 730 680

5120 765 840 800 700

5140 740 790 725 695

5160 710 765 715 675

52100 725 770 715 690

6150 750 790 745 695

8115 720 840 790 670

8620 730 830 770 660

9260 745 815 750 715

TEMPERATURAS CRÍTICAS DE ALGUNS AÇOS HIPOEUTETÓIDES

TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOSwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosProf. Carlos A. dos Santos

NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

1010 1020 1030 1040 1050 1060 1070 1080AÇO

660

680

700

720

740

760

780

800

820

840

860

880

TEM

PER

ATU

RA

[oC

]

Ac3Ar3

Ac1

Ar1

Taxa de aquecimento e resfriamento = 28 oC/h

RESFRIAMENTO

RESFRIAMENTO

AQUECIMENTO

AQUECIMENTO

Faixa de variação observada em A3 para o aquecimento e o resfriamento

Faixa de variação observada em A1 para o aquecimento e o resfriamento

Page 5: Tratamento Térmico de Aços

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

γγ

δδ

δ + γδ + γ

LiqLiq + + δδ1538o

1495o

1394o

912o

727o

T amb

α+γα+γ

αα

0,008%

2,11%

0,53%0,17%0,09%

γγ + LiqLiq

Linha Liquidus

Linha Solidus

γγ ++ FeFe CC33

αα ++ FeFe CC32,11%0,77%0%

Aços

LLííquidoquido

γ

α + PerlitaHipoeutetóide

Fe3C + PerlitaHipereutetóide

HB ≅ 80

80 < HB < 240

100 % Perlita( α + Fe C )3

Eutetóide

240 < HB < 300

Ledeburita( Fe3C + γ )

T (oC)

A1RECOZIMENTO SUBCRRECOZIMENTO SUBCRÍÍTICOTICO

A3Acm

RECOZIMENTORECOZIMENTOINTERCRINTERCRÍÍTICOTICO

RECOZIMENTO PLENO

RECOZIMENTO PLENORECOZIMENTO PLENORECOZIMENTO PLENO

NORMALIZAÇÃO

0,02%

γγ

δδ

δ + γδ + γ

LiqLiq + + δδ1538o1538o

1495o1495o

1394o1394o

912o912o

727o727o

T ambT amb

α+γα+γ

αα

0,008%

2,11%

0,53%0,17%0,09%

γγ + LiqLiqγγ + LiqLiq

Linha Liquidus

Linha Solidus

γγ ++ FeFe CC33γγ ++ FeFe CC33

αα ++ FeFe CC3αα ++ FeFe CCαα ++ FeFe CC32,11%0,77%0%

Aços

LLííquidoquido

γ

α + PerlitaHipoeutetóide

α + PerlitaHipoeutetóide

Fe3C + PerlitaHipereutetóide

Fe3C + PerlitaHipereutetóide

HB ≅ 80

80 < HB < 240

100 % Perlita( α + Fe C )3

Eutetóide100 % Perlita

( α + Fe C )3( α + Fe C )3

Eutetóide

240 < HB < 300

Ledeburita( Fe3C + γ )

T (oC)

A1A1RECOZIMENTO SUBCRRECOZIMENTO SUBCRÍÍTICOTICO

A3A3AcmAcm

RECOZIMENTORECOZIMENTOINTERCRINTERCRÍÍTICOTICO

RECOZIMENTO PLENO

RECOZIMENTO PLENORECOZIMENTO PLENORECOZIMENTO PLENO

NORMALIZAÇÃO

0,02%

TRATAMENTOS TÉRMICOS PARA DIMINUIR DUREZA E/OU ALIVIAR TENSÕES

Esquemas dos Principais T.T.Esquemas dos Principais T.T.Esquemas dos Principais T.T.

T

t

A1

t TT

Aquecimento

Resfriamento aoForno

RECOZIMENTO PLENORECOZIMENTO PLENO

A3 ou ACM

Para os aPara os açços os hipoeutethipoeutetóóidesides 5050ooC acima de AC acima de A33

Para os aPara os açços os hipereutethipereutetóóidesides entre Aentre A11 e Ae ACMCM

T

t

A1

t TT

Aquecimento

Resfriamento aoForno

RECOZIMENTO PLENORECOZIMENTO PLENO

A3 ou ACM

Para os aPara os açços os hipoeutethipoeutetóóidesides 5050ooC acima de AC acima de A33

Para os aPara os açços os hipereutethipereutetóóidesides entre Aentre A11 e Ae ACMCM

T

t

A1

t TT

Aquecimento

Resfriamento aoForno

RECOZIMENTO PLENORECOZIMENTO PLENO

A3 ou ACM

Para os aPara os açços os hipoeutethipoeutetóóidesides 5050ooC acima de AC acima de A33

Para os aPara os açços os hipereutethipereutetóóidesides entre Aentre A11 e Ae ACMCM

Para os aPara os açços os hipoeutethipoeutetóóidesides 5050ooC acima de AC acima de A33

Para os aPara os açços os hipereutethipereutetóóidesides entre Aentre A11 e Ae ACMCM

T

t

A1

Aquecimento

Resfriamento aoForno

ESFEROIDIZAÇÃOESFEROIDIZAÇÃO

A3

5050ooC acima de AC acima de A11 e e 5050ooC abaixo de AC abaixo de A11

50o

50o

T

t

A1

Aquecimento

Resfriamento aoForno

ESFEROIDIZAÇÃOESFEROIDIZAÇÃO

A3

5050ooC acima de AC acima de A11 e e 5050ooC abaixo de AC abaixo de A11

50o

50o

T

t

A1

Aquecimento

Resfriamento aoForno

ESFEROIDIZAÇÃOESFEROIDIZAÇÃO

A3

5050ooC acima de AC acima de A11 e e 5050ooC abaixo de AC abaixo de A11

50o

50o

T

t

A1

t TT

Aquecimento

Resfriamento aoAr

NORMALIZAÇÃONORMALIZAÇÃO

A3 ou ACM

Para os aPara os açços os hipoeutethipoeutetóóidesides 5050ooC acima de AC acima de A33

Para os aPara os açços os hipereutethipereutetóóidesides 2525ooC acima de AC acima de ACMCM

T

t

A1

t TT

Aquecimento

Resfriamento aoAr

NORMALIZAÇÃONORMALIZAÇÃO

A3 ou ACM

Para os aPara os açços os hipoeutethipoeutetóóidesides 5050ooC acima de AC acima de A33

Para os aPara os açços os hipereutethipereutetóóidesides 2525ooC acima de AC acima de ACMCM

T

t

A1

t TT

Aquecimento

Resfriamento aoAr

NORMALIZAÇÃONORMALIZAÇÃO

A3 ou ACM

Para os aPara os açços os hipoeutethipoeutetóóidesides 5050ooC acima de AC acima de A33

Para os aPara os açços os hipereutethipereutetóóidesides 2525ooC acima de AC acima de ACMCM

Para os aPara os açços os hipoeutethipoeutetóóidesides 5050ooC acima de AC acima de A33

Para os aPara os açços os hipereutethipereutetóóidesides 2525ooC acima de AC acima de ACMCM

T

t

A1

Aquecimento

Resfriamento aoForno

ESFEROIDIZAÇÃOESFEROIDIZAÇÃO

A3 ou ACM

5050ooC acima de AC acima de ACMCM

50o

50o

T

t

A1

Aquecimento

Resfriamento aoForno

ESFEROIDIZAÇÃOESFEROIDIZAÇÃO

A3 ou ACM

5050ooC acima de AC acima de ACMCM

50o

50o

T

t

A1

Aquecimento

Resfriamento aoForno

ESFEROIDIZAÇÃOESFEROIDIZAÇÃO

A3 ou ACM

5050ooC acima de AC acima de ACMCM

50o

50o

T

t

A1

t TT

Aquecimento

Resfriamento aoForno

SUBCRÍTICOSUBCRÍTICO

A3

2255ooC abaixo de AC abaixo de A11

T

t

A1

t TT

Aquecimento

Resfriamento aoForno

SUBCRÍTICOSUBCRÍTICO

A3

2255ooC abaixo de AC abaixo de A11

TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOSwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosProf. Carlos A. dos Santos

NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

RECOZIMENTORECOZIMENTO

Recozimento Recozimento éé um termo genum termo genéérico para as operarico para as operaçções de tratamento tões de tratamento téérmico rmico

que consistem no AQUECIMENTO e manutenque consistem no AQUECIMENTO e manutençção em uma TEMPERATURA por ão em uma TEMPERATURA por

TEMPO CONTROLADO, seguido de RESFRIAMENTO LENTO ao forno TEMPO CONTROLADO, seguido de RESFRIAMENTO LENTO ao forno offoff;;

Os processos de recozimento, em geral, focalizam facilitar as oOs processos de recozimento, em geral, focalizam facilitar as operaperaçções de ões de

trabalho a frio e usinagem com a obtentrabalho a frio e usinagem com a obtençção de mão de mááxima ductilidade. xima ductilidade.

OBJETIVAM:

A.) Remover Tensões resultantes dos processos de fundição e conformaçãomecânica a frio;

B.) Diminuir a Dureza para Melhorar a Ductilidade, ajustar o tamanho de grão,regularizar a textura bruta de fusão e Equalizar a Composição ao longo dapeça.

Page 6: Tratamento Térmico de Aços

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

FAIXA DE TEMPERATURAS PARA RECOZIMENTO SUBCRFAIXA DE TEMPERATURAS PARA RECOZIMENTO SUBCRÍÍTICOTICO

AAÇÇOSOSHIPOEUTETHIPOEUTETÓÓIDESIDES

AAÇÇOSOSHIPEREUTETHIPEREUTETÓÓIDESIDES

γγγ + αγ + α γγ + + FeFe33CC

αα FAIXA DE TEMPERATURAS PARA FAIXA DE TEMPERATURAS PARA RECOZIMENTO INTERCRRECOZIMENTO INTERCRÍÍTICOTICO

FAIXA DE TEMPERATURA PARA

FAIXA DE TEMPERATURA PARARECOZIMENTO PLENORECOZIMENTO PLENO

FAIXAS TÍPICAS PARA RECOZIMENTO PLENO , SUBCRÍTICO E INTERCRÍTICO

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

RECOZIMENTO PLENO OU TOTALRECOZIMENTO PLENO OU TOTAL

No recozimento pleno, o aNo recozimento pleno, o açço geralmente o geralmente éé aquecido ataquecido atéé a AUSTENIZAa AUSTENIZAÇÇÃOÃO

COMPLETA da estrutura, seguido de RESFRIAMENTO LENTO em FORCOMPLETA da estrutura, seguido de RESFRIAMENTO LENTO em FORNONO

DESLIGADO. O tratamento aplicaDESLIGADO. O tratamento aplica--se a todas as ligas se a todas as ligas FeFe--C e muitas ligasC e muitas ligas

nãonão--ferrosas: Cu e suas ligas, ligas de Al, ligas de Mg, ferrosas: Cu e suas ligas, ligas de Al, ligas de Mg, NiNi e Ti.e Ti.

Para os aPara os açços hipoeutetos hipoeutetóóides ides ≅≅ 50 50 ooCC acima de acima de AA33

Para os aPara os açços hipereutetos hipereutetóóides ides ≅≅ 50 50 ooCC acima de acima de AA11

MotivoMotivo: Não pode ultrapassar : Não pode ultrapassar AAcmcm porque no resfriamento porque no resfriamento ao atravessar esta linha formaao atravessar esta linha forma--se Cementita (Fese Cementita (Fe33C) C) agulhada (ou em rede) nos contornos de grão da agulhada (ou em rede) nos contornos de grão da Austenita (Austenita (αα), ), fragilizando fragilizando dessadessa forma o forma o aaççoo..

AQUECIMENTO ATÉ :

Page 7: Tratamento Térmico de Aços

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

Recozimento pleno produz PERLITAS GROSSAS ou Grosseiras (PG)Recozimento pleno produz PERLITAS GROSSAS ou Grosseiras (PG)

DeveDeve--se proteger as superfse proteger as superfíícies das pecies das peçças de aas de açço em meio so em meio sóólido ou gasoso lido ou gasoso

para impedir que estas sejam afetadas por OXIDApara impedir que estas sejam afetadas por OXIDAÇÇÃO ou ÃO ou

DESCARNONETADESCARNONETAÇÇÃO. ÃO.

Os equipamentos de aquecimento (FORNOS) empregados podem ser Os equipamentos de aquecimento (FORNOS) empregados podem ser

intermitentes ou contintermitentes ou contíínuos. nuos.

Nos fornos intermitentes, as peNos fornos intermitentes, as peçças são colocadas nas soleiras dos as são colocadas nas soleiras dos

fornos e cobertas por uma capa, sendo aquecidas com ATMOSFERA fornos e cobertas por uma capa, sendo aquecidas com ATMOSFERA

controlada, em percontrolada, em perííodo de tempo especodo de tempo especíífico. fico.

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

AAÇÇOOTEMPERATURA DE TEMPERATURA DE

RECOZIMENTO RECOZIMENTO PLENO [PLENO [ooCC]]

Ciclo de resfriamentoCiclo de resfriamento Faixa de Dureza HBFaixa de Dureza HBDe [De [ooCC]] Para [Para [ooCC]]

10181018 855 855 –– 900900 855855 705705 111 111 –– 14914910201020 855 855 -- 900900 855855 700700 111 111 –– 14914910221022 855 855 -- 900900 855855 700700 111 111 –– 14914910251025 855 855 –– 900900 855855 700700 111 111 –– 18718710301030 845 845 –– 885885 845845 650650 126 126 –– 19719710351035 845 845 –– 885885 845845 650650 137 137 –– 20720710401040 790 790 –– 870870 790790 650650 137 137 –– 20720710451045 790 790 –– 870870 790790 650650 156 156 –– 21721710501050 790 790 –– 870870 790790 650650 156 156 –– 21721710601060 790 790 –– 845845 790790 650650 156 156 –– 21721710701070 790 790 –– 845845 790790 650650 167 167 –– 22922910801080 790 790 –– 845845 790790 650650 167 167 –– 22922910901090 790 790 –– 830830 790790 650650 167 167 –– 22922910951095 790 790 –– 830830 790790 655655 167 167 -- 229229

Temperaturas recomendadas e ciclos de resfriamento para recozimento pleno em peças pequenas de aço carbono forjado

(Tempos de 1h para secção de 25 mm + ½ h para cada 25 mm adicionais - ASM Handbook v.4)

Page 8: Tratamento Térmico de Aços

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

AÇO SAE 1008TEMPERATURA = 920 oC

long_periferia_30min_200x

long_periferia_30min_500x

long_nucleo_30min_200x

AÇO SAE 1020TEMPERATURA = 900 oC

long_nucleo_30min_500x

AÇO SAE 1004TEMPERATURA = 930 oC

long_núcleo_30min_500x

long_periferia_30min_500x

TRATAMENTOS TTRATAMENTOS TÉÉRMICOSRMICOSwww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosProf. Carlos A. dos Santos

NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

AÇO SAE 1045TEMPERATURA = 870 oC

200x

1000x

500x

AÇO SAE 1077TEMPERATURA = 850 oC

1000x

Page 9: Tratamento Térmico de Aços

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

RECOZIMENTO SUBCRRECOZIMENTO SUBCRÍÍTICOTICO

Não envolve a formaNão envolve a formaçção de Austenitaão de Austenita

Aplicado com TEMPERATURAS INFERIORES a Aplicado com TEMPERATURAS INFERIORES a AA11;;

O objetivo é ALIVIAR as TENSÕES originadas durante a solidificação de

peças fundidas ou produzidas em operações de conformação mecânica,

corte, soldagem ou usinagem, recuperar a ductilidade do aço trabalhado a

frio (encruado). Também é utilizado para ajustar o tamanho de grão e gerar

COALESCIMENTO e aglomeração de carbonetos.

O tratamento aplica-se a todas as ligas Fe-C, a ligas de Al, Cu e suas ligas,

Ti e algumas de suas ligas, ligas de Mg, de Ni etc.

A utilização do recozimento subcrítico será fortemente determinado pela

condição do histórico do material antes do tratamento.

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

TEMPERATURAS PARA RECOZIMENTO SUBCRTEMPERATURAS PARA RECOZIMENTO SUBCRÍÍTICOTICO

AAÇÇOSOSHIPOEUTETHIPOEUTETÓÓIDESIDES

AAÇÇOSOSHIPEREUTETHIPEREUTETÓÓIDESIDES

γγγ + αγ + α γγ + + FeFe33CCαα

-Alívio de tensões de estruturas pré-conformadas;

- Recristalização;- Crescimento de grão;

- Coalescimento de estruturas;

- Aglomeração de Carbonetos;

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

RECOZIMENTO INTERCRRECOZIMENTO INTERCRÍÍTICOTICO

Austenita inicia a formação quando a temperatura do aço excede A1.A solubilidade do Carbono aumenta abruptamente acima de A1.

Nos aços HiPOEUTETÓIDES, entre as temperaturas A1 e A3 existe umaMISTURA de Fe-α e Fe-γ, e acima de A3, a estrutura torna-se toda Fe-γ.

DEVEDEVE--SE OBSERVAR QUE O EQUILSE OBSERVAR QUE O EQUILÍÍBRIO ENTRE AS FASES BRIO ENTRE AS FASES αα e e γ γ , ASSIM, ASSIMCOMO A FORMACOMO A FORMAÇÇÃO COMPLETA DA FASE ÃO COMPLETA DA FASE γγ ACIMA DE ACIMA DE AA33 , NÃO SÃO, NÃO SÃOATINGIDAS INSTANTANEAMENTE.ATINGIDAS INSTANTANEAMENTE.

A ESTRUTURA PODERA ESTRUTURA PODERÁÁ SER CONSTITUSER CONSTITUÍÍDA DE PERLITA GROSSA OU DA DE PERLITA GROSSA OU ESFEROIDIZADA.ESFEROIDIZADA.

PARA SE OBTER UM TRATAMENTO EFICIENTE, DEVEPARA SE OBTER UM TRATAMENTO EFICIENTE, DEVE--SE OBSERVAR ASE OBSERVAR AHOMOGENEIDADE DA ESTRUTURA AUSTENHOMOGENEIDADE DA ESTRUTURA AUSTENÍÍTICA.TICA.

Para aços HiPEREUTETÓIDES, igual ao recozimento pleno

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

AAÇÇOSOSHIPOEUTETHIPOEUTETÓÓIDESIDES

AAÇÇOSOSHIPEREUTETHIPEREUTETÓÓIDESIDES

γγγ + αγ + αγγ + + FeFe33CCαα FAIXA DE TEMPERATURAS PARA FAIXA DE TEMPERATURAS PARA

RECOZIMENTO INTERCRRECOZIMENTO INTERCRÍÍTICOTICO

A homogeneidade da Estrutura Austenítica

depende do Tempo e da Temperatura aplicada ao

sistema

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

ESFEROIDIZAESFEROIDIZAÇÇÃOÃO

OObjetivam MELHORAR a CONFORMABILIDADE a frio dos abjetivam MELHORAR a CONFORMABILIDADE a frio dos açços mos méédio e dio e

alto C e Melhorar a usinabilidade de aalto C e Melhorar a usinabilidade de açços hipereutetos hipereutetóóides e aides e açços ferramentas. os ferramentas.

AAçços os esferoidizadosesferoidizados por operapor operaçções de aquecimento e resfriamento ões de aquecimento e resfriamento

produzem estruturas de CARBONETOS GLOBULARES em matriz ferrproduzem estruturas de CARBONETOS GLOBULARES em matriz ferríítica. tica.

1.) Manuten1.) Manutençção por tempo ão por tempo prolongado prolongado àà temperatura pouco temperatura pouco abaixo da crabaixo da críítica (tica (≅≅ 40 horas);40 horas);

A1

Tempo

Temp

eratu r

a

MMÉÉTODOSTODOS

A1

Tempo

Temp

erat ur

a 50 Co

50 Co

2.) Aquecimento e resfriamento 2.) Aquecimento e resfriamento alternantes entre 2 temperaturas acima alternantes entre 2 temperaturas acima e abaixo da cre abaixo da críítica ( tica ( ≅≅ 25 a 5025 a 50ooC);C);

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

A1

Tempo

Temp

e ratur

a Acm

Seguir para o método 1 oumétodo 2

3.) Aquecer acima da temperatura para3.) Aquecer acima da temperatura paradissoludissoluçção dos carbonetos (ão dos carbonetos (AAcmcm), seguido de), seguido deresfriamento rresfriamento ráápido (para evitar formapido (para evitar formaçção deão derede de carbonetos) atrede de carbonetos) atéé temperatura poucotemperatura poucoabaixo de abaixo de A1A1. Manter na. Manter natemperatura, conforme 1, ou seguir o 2.temperatura, conforme 1, ou seguir o 2.

Microestrutura esferoidizada de aço 1040 após 21h em 700oC (4%Picral – 1000x)

Partindo de Microestrutura Martensítica

Partindo de Microestrutura Ferrítica + Perlítica

Microestrutura esferoidizada de aMicroestrutura esferoidizada de açço 1040 apo 1040 apóós 21h em 700s 21h em 700ooC C (4%(4%PicralPicral + 2%Nital + 2%Nital –– 1000x)1000x)

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

AÇO SAE 1095TEMPERATURA = 960 oC

500x

1000x

500x

AÇO SAE 1060TEMPERATURA = 900 oC

500x

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

COALESCIMENTOCOALESCIMENTO

Esse tratamento Esse tratamento éé utilizado para se obter a Mutilizado para se obter a MÁÁXIMA DUCTILIDADE nos aXIMA DUCTILIDADE nos açços.os.

Consiste de aquecimento SUBCRConsiste de aquecimento SUBCRÍÍTICO (abaixo de TICO (abaixo de AA11) seguido por LONGO ) seguido por LONGO TEMPO no forno, para aglomeraTEMPO no forno, para aglomeraçção dos carbonetos em partão dos carbonetos em partíículas esfculas esfééricas.ricas.

Similar ao recozimento subcrSimilar ao recozimento subcríítico ou tico ou esferoidizaesferoidizaççãoão, com per, com perííodo de TEMPO odo de TEMPO PROLONGADO para PROLONGADO para coalescercoalescer a cementita da perlita.a cementita da perlita.

Devido aos longos perDevido aos longos perííodos de forno, deveodos de forno, deve--se observar com cautelase observar com cautelaparâmetros como: parâmetros como: estabilidade da temperatura de forno e a atmosferaestabilidade da temperatura de forno e a atmosfera. .

Normas recomendamNormas recomendam: per: perííodos de 20 a 25 odos de 20 a 25 hrshrs para o coalescimento da perlitapara o coalescimento da perlitae pere perííodos de 2 a 10 odos de 2 a 10 hrshrs para a martensita revenida (para a martensita revenida (sorbitasorbita).).

RecomendaRecomenda--se apse apóós o coalescimento, que o RESFRIAMENTO seja realizados o coalescimento, que o RESFRIAMENTO seja realizadoem FORNO DESLIGADO.em FORNO DESLIGADO.

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

NORMALIZANORMALIZAÇÇÃOÃO

Na normalizaNa normalizaçção, o aão, o açço geralmente o geralmente éé aquecido ataquecido atéé a AUSTENIZAa AUSTENIZAÇÇÃO ÃO

COMPLETA da estrutura, seguido de RESFRIAMENTO ao AR.COMPLETA da estrutura, seguido de RESFRIAMENTO ao AR.

Tratamento aplicaTratamento aplica--se a todas as ligas se a todas as ligas FeFe--C e nãoC e não--ferrosas: Cu, Al, Mg, ferrosas: Cu, Al, Mg, NiNi e Ti.e Ti.

Taxas de resfriamento maiores que recozimento, produzindo estruTaxas de resfriamento maiores que recozimento, produzindo estrutura mais tura mais

refinada (PERLITA FINA).refinada (PERLITA FINA).

Velocidade de resfriamento depende das dimensões da peVelocidade de resfriamento depende das dimensões da peçça.a.

A1

Tempo

Temperatura Acm

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

AÇO SAE 1020TEMPERATURA = 920 oC TEMPO = 30 min

920_trans_nucleo_30min_100x 920_trans_periferia_30min_500x920_trans_periferia_30min_100x

920_long_nucleo_30min_50x 920_long_nucleo_30min_200x 920_long_periferia_30min_500x

Page 14: Tratamento Térmico de Aços

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

AÇO SAE 1045TEMPERATURA = 850 oC TEMPO = 30 min

850_trans_nucleo_200x850_trans_periferia_200x 850_trans_periferia_500x

AÇO SAE 1060TEMPERATURA = 820 oC TEMPO = 30 min

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

Matriz Ferrítica recristalizada com a Perlita nos contornos de grãos. TG ASTM índice 6 e 7.

Recozido

100 x Nital 3,5% ( t : 5 a 8 s )

ABNT/SAE 1006

Dureza: 98 HB

Matriz Ferrítica recristalizadacom Perlita nos contornos de grãos.

Recozido

400 x Nital 3,5% ( t : 5 a 8 s )

ABNT/SAE 1010 DIN C10

Dureza: 110 HB

Matriz Ferrítica e Perlítica, com grãos recristalizados. TG ASTM índice 6 a 8 (laminado a frio).

Recozido

200 x Nital 3,5% ( t : 5 a 8 s )

ABNT/SAE 1045 DIN C45

Dureza: máx 180 HB

Grãos de Perlita com Cementita dispersa em rede nos cortornos de grãos.

Recozido

700 x Nital 3,0 % ( t: 5 a 8 s )

ABNT/SAE 10100

Dureza: máx 200 HB

ABNT/SAE 1010 DIN C10

Matriz Ferrítica recristalizadacom restos de Perlita alinhadaem CG. TG ASTM índice 6 e 7.

Normalizado

100 x Nital 3,5% ( t: 5 a 8 s )

Dureza: 140 HB

Matriz Ferrítica com Perlita noscontornos de grãos (laminado a quente)

Normalizado

100 x Nital 3,5% ( t: 5 a 8 s )

ABNT/SAE 1025 DIN C25

Dureza: 130 a 195 HB

Matriz Perlítica normalizada com Ferrita nos CG. TG ASTM índice5 e 6.

Normalizado

100 x Nital 3,5 % ( t : 5 a 8 s )

ABNT/SAE 1045 DIN C45

Dureza: 255 HB

Perlita Fina e Ferrita em rede, resultante do T.T. Estruturatípica de liga Hipoeutetóide.

Normalizado

100 x Nital 3,5% ( t: 5 a 8 s )

ABNT/SAE 1050 DIN C50

Dureza: 270 HB

Matriz Ferrítica com bandeamento de Perlita coalescida.

Coalescido

500 x Nital 3,5% ( t : 5 a 8 s )

ABNT/SAE 1045 DIN C 45

Dureza: máx 169 HB

Grande quantidade de Carbonetos Coalescidos numamatriz de Perlita Fina.

Coalescido

800 x Nital 3,5 % ( t : 5 a 8 s )

ABNT/SAE 1070

Dureza: máx 202 HB

Matriz Ferrítica recristalizada com a Perlita nos contornos de grãos. TG ASTM índice 6 e 7.

Recozido

100 x Nital 3,5% ( t : 5 a 8 s )

ABNT/SAE 1006

Dureza: 98 HB

Matriz Ferrítica recristalizada com a Perlita nos contornos de grãos. TG ASTM índice 6 e 7.

Recozido

100 x Nital 3,5% ( t : 5 a 8 s )

ABNT/SAE 1006

Matriz Ferrítica recristalizada com a Perlita nos contornos de grãos. TG ASTM índice 6 e 7.

Recozido

100 x Nital 3,5% ( t : 5 a 8 s )

ABNT/SAE 1006

Dureza: 98 HB

Matriz Ferrítica recristalizadacom Perlita nos contornos de grãos.

Recozido

400 x Nital 3,5% ( t : 5 a 8 s )

ABNT/SAE 1010 DIN C10

Dureza: 110 HB

Matriz Ferrítica recristalizadacom Perlita nos contornos de grãos.

Recozido

400 x Nital 3,5% ( t : 5 a 8 s )

ABNT/SAE 1010 DIN C10

Dureza: 110 HB

Matriz Ferrítica e Perlítica, com grãos recristalizados. TG ASTM índice 6 a 8 (laminado a frio).

Recozido

200 x Nital 3,5% ( t : 5 a 8 s )

ABNT/SAE 1045 DIN C45

Dureza: máx 180 HB

Matriz Ferrítica e Perlítica, com grãos recristalizados. TG ASTM índice 6 a 8 (laminado a frio).

Recozido

200 x Nital 3,5% ( t : 5 a 8 s )

ABNT/SAE 1045 DIN C45

Dureza: máx 180 HB

Grãos de Perlita com Cementita dispersa em rede nos cortornos de grãos.

Recozido

700 x Nital 3,0 % ( t: 5 a 8 s )

ABNT/SAE 10100

Dureza: máx 200 HB

Grãos de Perlita com Cementita dispersa em rede nos cortornos de grãos.

Recozido

700 x Nital 3,0 % ( t: 5 a 8 s )

ABNT/SAE 10100

Grãos de Perlita com Cementita dispersa em rede nos cortornos de grãos.

Recozido

700 x Nital 3,0 % ( t: 5 a 8 s )

ABNT/SAE 10100

Dureza: máx 200 HB

ABNT/SAE 1010 DIN C10

Matriz Ferrítica recristalizadacom restos de Perlita alinhadaem CG. TG ASTM índice 6 e 7.

Normalizado

100 x Nital 3,5% ( t: 5 a 8 s )

Dureza: 140 HB

ABNT/SAE 1010 DIN C10

Matriz Ferrítica recristalizadacom restos de Perlita alinhadaem CG. TG ASTM índice 6 e 7.

Normalizado

100 x Nital 3,5% ( t: 5 a 8 s )

Dureza: 140 HB

Matriz Ferrítica com Perlita noscontornos de grãos (laminado a quente)

Normalizado

100 x Nital 3,5% ( t: 5 a 8 s )

ABNT/SAE 1025 DIN C25

Dureza: 130 a 195 HB

Matriz Ferrítica com Perlita noscontornos de grãos (laminado a quente)

Normalizado

100 x Nital 3,5% ( t: 5 a 8 s )

ABNT/SAE 1025 DIN C25

Dureza: 130 a 195 HB

Matriz Perlítica normalizada com Ferrita nos CG. TG ASTM índice5 e 6.

Normalizado

100 x Nital 3,5 % ( t : 5 a 8 s )

ABNT/SAE 1045 DIN C45

Dureza: 255 HB

Matriz Perlítica normalizada com Ferrita nos CG. TG ASTM índice5 e 6.

Normalizado

100 x Nital 3,5 % ( t : 5 a 8 s )

ABNT/SAE 1045 DIN C45

Dureza: 255 HB

Perlita Fina e Ferrita em rede, resultante do T.T. Estruturatípica de liga Hipoeutetóide.

Normalizado

100 x Nital 3,5% ( t: 5 a 8 s )

ABNT/SAE 1050 DIN C50

Dureza: 270 HB

Perlita Fina e Ferrita em rede, resultante do T.T. Estruturatípica de liga Hipoeutetóide.

Normalizado

100 x Nital 3,5% ( t: 5 a 8 s )

Perlita Fina e Ferrita em rede, resultante do T.T. Estruturatípica de liga Hipoeutetóide.

Normalizado

100 x Nital 3,5% ( t: 5 a 8 s )

ABNT/SAE 1050 DIN C50

Dureza: 270 HB

Matriz Ferrítica com bandeamento de Perlita coalescida.

Coalescido

500 x Nital 3,5% ( t : 5 a 8 s )

ABNT/SAE 1045 DIN C 45

Dureza: máx 169 HB

Matriz Ferrítica com bandeamento de Perlita coalescida.

Coalescido

500 x Nital 3,5% ( t : 5 a 8 s )

ABNT/SAE 1045 DIN C 45

Matriz Ferrítica com bandeamento de Perlita coalescida.

Coalescido

500 x Nital 3,5% ( t : 5 a 8 s )

ABNT/SAE 1045 DIN C 45

Dureza: máx 169 HB

Grande quantidade de Carbonetos Coalescidos numamatriz de Perlita Fina.

Coalescido

800 x Nital 3,5 % ( t : 5 a 8 s )

ABNT/SAE 1070

Dureza: máx 202 HB

Grande quantidade de Carbonetos Coalescidos numamatriz de Perlita Fina.

Coalescido

800 x Nital 3,5 % ( t : 5 a 8 s )

ABNT/SAE 1070

Grande quantidade de Carbonetos Coalescidos numamatriz de Perlita Fina.

Coalescido

800 x Nital 3,5 % ( t : 5 a 8 s )

ABNT/SAE 1070

Dureza: máx 202 HB

Page 15: Tratamento Térmico de Aços

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

ETAPAS ENVOLVIDAS NO RECOZIMENTO EM AETAPAS ENVOLVIDAS NO RECOZIMENTO EM AÇÇOS ENCRUADOS:OS ENCRUADOS:

RECUPERAÇÃOestrutura dos grão não se altera (fenômenos se manifestam a nível de subestrutura)

propriedades mecânicas e físicas são parcialmente restauradas

baixas temperaturas → movimentação e eliminação de lacunas

altas temperaturas → rearranjo e aniquilação de discordâncias

RECRISTALIZAÇÃOalteração da estrutura dos grão

(substituição da estrutura trabalhada a frio por novos grãos livres de deformação)

propriedades mecânicas e físicas são restauradas

(todos os efeitos do encruamento são eliminados)

CRESCIMENTO DE GRÃOSalteração do tamanho dos grãos

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

Recristalização e crescimento de grão em latão previamente

deformado a frio

Grãosrecristalizados

trabalhado a frio 580oC - 3 s 580oC - 4 s

580oC - 8 s 580oC - 15 min 700oC - 10 min

Crescimento de grãos

Page 16: Tratamento Térmico de Aços

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

EXEMPLO DE CRESCIMENTO DE GRÃOEXEMPLO DE CRESCIMENTO DE GRÃO

Grão com 13 lados

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

Rre

sist

ênci

aa

Traç

ão (

MPa

)Ta

man

ho d

e gr

ão (m

m)

Dut

ilida

de(%

Alo

ngam

ento

)

Temperatura de recozimento (ºC)

Novos grãos

Dutilidade

Resistência mecânica

Grãos deformados e recuperados

RP RX CG

Page 17: Tratamento Térmico de Aços

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

Diagrama TTT e Estruturas para Resfriamento RápidoDiagrama TTT e Estruturas para Resfriamento Rápido

MartensitaMartensita = Adolf = Adolf MartensMartensBainitaBainita = Edgar = Edgar BainBain

BAINITA SUPERIOR

BAINITA INFERIOR

MARTENSITA

PERLITA GROSSA

PERLITA FINA ( Troostita )

Diagrama TTT e Estruturas para Resfriamento RápidoDiagrama TTT e Estruturas para Resfriamento RápidoDiagrama TTT e Estruturas para Resfriamento RápidoDiagrama TTT e Estruturas para Resfriamento Rápido

MartensitaMartensita = Adolf = Adolf MartensMartensBainitaBainita = Edgar = Edgar BainBain

BAINITA SUPERIOR

BAINITA INFERIOR

MARTENSITA

PERLITA GROSSA

PERLITA FINA ( Troostita )

MartensitaMartensita = Adolf = Adolf MartensMartensBainitaBainita = Edgar = Edgar BainBain

BAINITA SUPERIORBAINITA SUPERIOR

BAINITA INFERIORBAINITA INFERIOR

MARTENSITAMARTENSITA

PERLITA GROSSAPERLITA GROSSA

PERLITA FINA ( Troostita )PERLITA FINA ( Troostita )

TRATAMENTOS PARAAUMENTAR DUREZAOU RESISTÊNCIA

T

t

A1Resfriamento emÁgua, Óleo, Banho deSal ou Metal Fundido

TÊMPERATÊMPERA

3 ou ACM

Para os aPara os açços os hipoeutethipoeutetóóidesides 5050ooC acima de AC acima de A

Para os aPara os açços os hipereutethipereutetóóidesides 5050ooC acima de AC acima de ACM

t TT

T

t

A1Resfriamento emÁgua, Óleo, Banho deSal ou Metal Fundido

TÊMPERATÊMPERA

3 ou ACM

Para os aPara os açços os hipoeutethipoeutetóóidesides 5050ooC acima de AC acima de A

Para os aPara os açços os hipereutethipereutetóóidesides 5050ooC acima de AC acima de A

t TT

T

t

A1

Aquecimento

Resfriamento emÁgua, Óleo, Banho deSal ou Metal Fundido

TÊMPERATÊMPERA

A 3 ou ACM

Para os aPara os açços os hipoeutethipoeutetóóidesides 5050ooC acima de AC acima de A

Para os aPara os açços os hipereutethipereutetóóidesides 5050ooC acima de AC acima de A

Para os aPara os açços os hipoeutethipoeutetóóidesides 5050ooC acima de AC acima de A 3

Para os aPara os açços os hipereutethipereutetóóidesides 5050ooC acima de AC acima de A

t TT

MiMF

T

t

A1

A3 ou ACM

5050ooC acima de AC acima de A CM

50o

50o

T

t

A1

A3 ou ACM

5050ooC acima de AC acima de A

50o

50o

T

t

A1

Resfriamento emÁgua ou Óleo

MARTÊMPERA

A3 ou ACM

5050ooC acima de AC acima de A

50o

50o

MiMF

Banho fundido

T

t

A1

Aquecimento

AUSTÊMPERA

A3 ou ACM

5050ooCM

50o

T

t

A1

Aquecimento

Resfriamento ao ar

A3 ou ACM

5050oo

50o

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

( )nktexp1acRe −−=

Equação de Avrami :O tempo de incubação representa a nucleação

Porc

enta

gem

de

perli

ta (%

)

20

40

60

80

100

0Tempo (escala logarítmica)t i t f

Formação dos núcleos de perlita

Crescimento dos núcleos

Nódulos de perlita se tocam,redução da taxa de transformação

Região A

Região B

Região C

Curva STempo de incubação

Aço EutetóideCINÉTICA DE REAÇÕES NO ESTADO SÓLIDO

Muitas transformações no sólido não são instantâneas devido a obstáculos que impedem / atrasam as reações ( dependentes do t ).

Primeiro processo para a transformação é a NucleaNucleaççãoão da da nova fasenova fase.

Seguido pelo Crescimento Crescimento dessa nova fasedessa nova fase

A cinética das reações pode ser determinada pela:

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

FENÔMENOS QUE INFLUEM NA CURVA DE AVRAMI:

NucleaçãoPontos energeticamentefavoráveis para o início da precipitação de umanova fase (discordâncias,contorno de grão, etc..).

Crescimento Através da difusão os átomosse reorganizam ao redor donúcleo, fazendo com que a novafase cresça.

Dois fenômenos que ocorrem de maneira simultânea e concorrente

T > Tγ

tempo paraaustenitização

T1 < Tγ

Tempos ≠ paracada amostra

t 1

t 2

t 3

t 1 < t2 < t3

Resfriamentoem água

AMOSTRASSAE 1077

100%Perlita

100%Martensita

50%-50%

PARA UMA TEMPERATURA CONSTANTE ABAIXO DE Tγ :

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

DIAGRAMAS T.T.T. : CURVAS DE AVRAMI P/ DECOMPOSIÇÃO γ :

Construindo a Curva de Avrami para T1

T1

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

Porc

enta

gem

de

perli

ta (%

)

20

40

60

80

100

0Tempo (escala logarítmica)

T1

T2

T3

T4

AustenitaPerlita

Bainita

Austenita+

Perlita

Curva de início de transformação

Curva de finalde transformação

Tempo (escala logarítmica)

Tem

pera

tura

[ C

]

o

T1T2

T3

T4

(T1 > T2 > T3 > T4)

Curva Sou

Curva ITT

(tempo de incubação mínimo)t i-min

Curvas Cou

Curvas TTT

t i1t i4t i2t i3

t f1t f4t f2t f3

Reunindo as várias Curvas de Avrami

Início Final

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

Taxas de Resfriamento elevadase

Temperaturas próximas a Tamb

NÃO DÁ TEMPO PARA DIFUSÃO DO C(não forma α e Fe3C)

TRANSFORMAÇÃOMARTENSÍTICA

TÊMPERA :TÊMPERA : Resfriamento Contínuo

MARTENSITA:Homenagem a Adolf MartensEstrutura Tetragonal (TCC)Tetragonal (TCC)Monofásica Formada por cisalhamentocisalhamentoSem difusão do CSem difusão do CResfriamentoResfriamento Rápido (água, óleo, sais)Muito duradura e resistenteForma AgulhasAgulhas (martensita fina)Forma PlaquetasPlaquetas (martensita grossa)DurezaDureza : 700 HB – 65 HRC – 650 HVDureza depende do teor de C

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

TÊMPERATÊMPERA

Processo de tratamento com resfriamento contínuo - obtenção de alta dureza e resistência.

Compreende basicamente as seguintes etapas :

aquecer até a temperatura de austenitização.

resfriar bruscamente até a temperatura ambiente.

pode-se utilizar diferentes meios de resfriamento (óleo, água, ar, nitrogênio, etc)

Recomenda-se sempre a realização de revenido posterior.

AUSTENITA

Martensita;

Bainita;

Ferrita (Fe - α);

Cementita (Fe C);3

Difusão

Cisalhamento

Aumento daVelocidade deTransformação

(Fe - γ )Estrutura CFC

Estrutura CCC

Estrutura Ortorrômbica

Estrutura Metaestável

Perlita (Feα+Fe3C);Estrutura Lamelar

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

Esboço diagrama TTT – Aço Eutetóide

% de Carbono (em Peso)

Temperatura ( C)o600

500

400

300

200

100

00,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6

M

M f

i

Influência do teor de C em Mi e Mf

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

Microestrutura: Martensita Revenida de Tratamento Térmico de Têmpera em água e Revenimento.

Aumento: 200 x

Ataque: Nital 3,5% (tempo: 5 a 8 s)

Dureza: 35 a 45 HRC

Material: Aço ABNT / SAE 1040 DIN C 40

Aplicação: Virabrequins, parafusos, cabos.

Elemento Percentual (%)Carbono 0,37 - 0,44Manganês 0,60 - 0,90Fósforo máx 0,04Enxofre máx 0,05Ferro Balanço

Aplicação: Eletrodo de solda, arruelas de pressão, fios de piano, cabos, tirantes, molas.

Material: ABNT / SAE 1060 DIN C 60

Elemento Percentual (%)Carbono 0,55 - 0,65Manganês 0,60 - 0,90Fósforo máx 0,04Enxofre máx 0,05Ferro Balanço

Microestrutura: Matriz Martensítica proveniente de T.T. de Têmpera com resfriamento em óleo a 25°C.

Aumento: 200 x

Ataque: Nital 3,5%(tempo: 5 a 8 s)

Dureza: 55 a 62 HRC

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

M.O. T.E.M.

Temperaturas abaixo cotoveloe

Manutenção nessa temperatura

HÁ POUCA DIFUSÃO DO C

(partículas α e Fe3C )

TRANSFORMAÇÃOBAINÍTICA

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

BAINITA:Homenagem a Edgar BainFormada por Difusão do CDifusão do CNecessita de T e t abaixo do joelhoSuperior :Superior : lâminas de α com Fe3C nos CG Inferior :Inferior : forma de agulhasMenos Dura e Resistente que MDurezaDureza : 400 HB – 40 HRC – 400 HV

AUSTÊMPERAAUSTÊMPERA

Processo de tratamento isotérmico - obtenção de alta tenacidade e resistência à fadiga.

Compreende basicamente as seguintes etapas :

aquecer até a temperatura de austenitização.

resfriar bruscamente até a temperatura de formação da bainita.

manter a temperatura pelo tempo necessário (transformação isotérmica entre 250 e 450oC) .

resfriar até a temperatura ambiente.

AUSTÊMPERA :AUSTÊMPERA : Resfriamento Isotérmico

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

B. Superior - aço AISI 1070 B. Superior - aço DIN 20MnCr5 MEV : B. Superior - aço 0,6%C

Forma-se no campo médio de transformação bainítica

Característica principal da bainita superior é a presença de placas longasde ferrita, paralelas a carbonetos alongados (Fe3C)

Somente são diferenciadas com precisão da Perlita Fina através de MEV,sendo difícil por MO na maioria das vezes

BAINITA SUPERIOR:

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

M.O.

T.E.M.

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

B. Inferior : aço AISI-1080 B. Inferior : aço DIN 45WCrV7 MEV : bainita inferior

Bainita Inferior possui grande semelhança com a martensita.

Principal ≠ está na presença de carbonetos (Fe3C), cuja forma e distribuiçãodepende muito do teor de carbono do aço

Típico da Bainita Inferior : distribuição ordenada de “bastonetes” decarbonetos que, se alinham com ângulos de 50ºa 60º em relação ao eixo das agulhas de bainita

BAINITA INFERIOR:

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

M.O.

T.E.M.

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

REVENIDO :REVENIDO :

MARTENSITA REVENIDA OU SORBITA:Formada por Difusão do CDifusão do CIsenta de tensões residuaisIsenta de tensões residuaisDurezaDureza entre a Martensita e a Perlita Fina

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

ENSAIOS DE TEMPERABILIDADE : Ensaio Jominy

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

Distância

Dureza HRC (CP1)

Dureza HRC (CP2)

1/16 42 48

2/16 37 43

3/16 23 29

4/16 19 21

5/16 17 19

6/16 16 16

7/16 14 15

8/16 14 15

9/16 14 15

10/16 14 15

11/16 14 15

12/16 14 15

13/16 14 15

14/16 14 15

15/16 14 15

16/16 14 15

MATERIAL: Aço 1030 Modificado com Cr e V

T e m p e ra b ilid a d e

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

1/16

3/16

5/16

7/16

9/16

11/16

13/16

15/16

D i s tâ n c i a [p o l ]

Dure

za [H

RC]

C P 1 C P 2

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

MATERIAL: Aço DIN 31CrV3 Distânci

aDureza

HRC (CP1)

Dureza HRC (CP2)

1/16 48 45

2/16 42 42

3/16 37 40

4/16 33 35

5/16 30 31

6/16 27 29

7/16 25 26

8/16 23 25

9/16 22 24

10/16 20 22

11/16 19 21

12/16 17 19

13/16 16 18

14/16 16 16

15/16 13 15

16/16 13 15

Temperabilidade DIN 31CrV3

0

10

20

30

40

50

60

1/16

3/16

5/16

7/16

9/16

11/16

13/16

15/16

Distância [pol]

Dure

za [H

RC]

CP1 CP2

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

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NÚCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METÁLICOS

Mudança volumétrica em função da transformação de fase[Metals Handbook, 1992]

4,64 – 2,21*(%C)Austenita em bainita superior

4,64 – 1,43*(%C)Austenita em bainita inferior

4,64 – 0,53*(%C)Austenita em martensita

4,64 – 2,21*(%C)Perlita esferoidizada em austenita

ALTERAALTERAÇÇÃO DE VOLUME (%)ÃO DE VOLUME (%)TRANSFORMATRANSFORMAÇÇÃOÃO

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200Tempo [min]

10

100

1000

Diâ

met

ro d

o G

rão

Aust

eníti

co [m

icro

ns]

900 C

1000 C

1100 C1200 C1300 C

o

o

ooo

Cinética de crescimento do grão austenítico