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Metalografia e Tratamentos

Térmicos

Universidade Federal do Pará

Instituto de Tecnologia

Campus de Belém

Curso de Engenharia Mecânica

Prof. Dr. Jorge Teófilo de Barros Lopes

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Capítulo I

Universidade Federal do Pará

Instituto de Tecnologia

Tratamentos Térmicos

dos Materiais

Campus de Belém

Curso de Engenharia Mecânica

METALOGRAFIA E TRATAMENTOS TÉRMICOS

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❑ Introdução

❑ Microestruturas dos Aços

❑ Diagramas de Transformação

❑ Influência da Matéria-Prima nos Trats. Térmicos

❑ Variáveis do Tratamento Térmico

❑ Principais Tratamentos Térmicos

❑ Temperabilidade

I – TRATAMENTOS TÉRMICOS


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❑ Introdução



❑ Influência da Matéria-Prima nos TTs




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1.1 Introdução

➢ TRATAMENTO TÉRMICO

✓Pode ser definido, de uma forma geral, como o conjunto

de operações de aquecimento e resfriamento a que são

submetidos os aços e outros materiais, sob condições

controladas de temperatura, tempo, atmosfera e

velocidade de resfriamento, com o objetivo de alterar as

suas propriedades ou conferir-lhes características

determinadas sem modificar a forma do produto final.

✓Dessa forma, consegue-se obter uma variada gama de

propriedades que permitem que tenhamos materiais mais

adequados para cada aplicação, sem que com isto os

custos sejam muito aumentados.METALOGRAFIA E TRATAMENTOS TÉRMICOS

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1.1 Introdução

Gráfico ilustrativo das etapas de um processo de tratamento térmico.


0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0

Tem

pera

tura

(°C

)

Tempo (horas)

permanência

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1.1 Introdução

• Exemplo - Mola espiral do sistema de suspensão de um

veículo automotor.

✓Tratamento térmico → permite que a mola sofra

deformação sem perder as suas formas e geometria

originais (deformação elástica).

✓Propriedades → elevadas resistência mecânica e

elasticidade, para não sofrer deformação plástica.

Esquema ilustrativo da mola

espiral de um sistema de

suspensão veicular (Almanaque

do Danico, 2006).


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1.1 Introdução

✓ Nem sempre os tratamentos térmicos são intencionais.

✓ Peças metálicas podem sofrer tratamentos térmicos

durante o processo de fabricação – ocorre quando

passam por ciclos de aquecimento ou resfriamento, os

quais podem alterar as suas propriedades de forma

prejudicial.

• Exemplo - Operações de soldagem em estruturas de

aço, que ao serem aquecidas a temperaturas elevadas

podem sofrer têmpera e fragilização na ZTA,

comprometendo a tenacidade da estrutura como um

todo.


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1.1 Introdução

✓ Os tratamentos térmicos dão frequentemente associados

ao aumento de resistência mecânica do material.

✓ Também utilizados para a alterar características de

fabricabilidade (usinabilidade e estampabilidade, por

exemplo), ou ainda, na restauração de ductilidade após

intenso processo de conformação plástica a frio.

✓ Assim, pode-se dizer que os tratamentos térmicos são

processos de fabricação que facilitam outros processos

de fabricação e aumentam o desempenho dos produtos

por meio da elevação da resistência mecânica e

alteração de outras propriedades.METALOGRAFIA E TRATAMENTOS TÉRMICOS

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1.1 Introdução

✓ No caso dos aços, o benefício trazido pelos

tratamentos térmicos é muito grande.

✓ Os aços respondem de maneira eficaz aos diferentes

tipos de tratamentos utilizados.

✓ Em um mesmo aço, dependendo do tipo de

tratamento térmico a que for submetido, consegue-

se obter níveis de resistência mecânica, ductilidade e

tenacidade muito variadas, permitindo, por exemplo,

amolecer o material para facilitar a sua usinagem, e

endurecê-lo posteriormente para obter alta resistência

mecânica.METALOGRAFIA E TRATAMENTOS TÉRMICOS

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1.1 Introdução

✓ Essa capacidade dos aços é uma das razões da sua

grande utilização comercial, e a maior parte dos

produtos ou peças que são submetidos aos tratamentos

térmicos são constituídas desse material.

✓ Em função disso, o curso será inicialmente voltado ao

estudo dos tratamentos térmicos dos aços,

posteriormente outras ligas serão estudadas.

✓ Antes do estudo dos tratamentos térmicos serão

discutidas as diversas microestruturas formadas

durante os tratamentos térmicos dos aços, para melhor

compreensão dos mesmos.


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❑ Introdução

❑ Microestruturas dos aços





❑ Temperabilidade


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1.2 Microestruturas dos Aços


✓ As microestruturas formadas durante os

tratamentos térmicos dos aços podem ser

originadas a partir de dois tipos de

transformações: difusionais ou não difusionais.

✓ Transformações difusionais: transformações que

ocorrem no estado sólido e dependem tanto do

tempo quanto da temperatura.

✓ Transformações não difusionais: transformações

no estado sólido que dependem fundamentalmente

da temperatura.

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✓ Ferrita, cementita e Perlita:

• Dentre as transformações difusionais nos aços, a

mais importante é a transformação eutetóide, na

qual uma fase sólida se decompões em duas outras

fases sólidas totalmente diferentes.

• A reação eutetóide do aço envolve a formação

simultânea de ferrita e cementita a partir da

austenita com composição eutetóide (0,77%C), que

ocorre a 727 °C (Figura), é reversível e expressa

pela equação:



𝛾0,77%𝐶𝑟𝑒𝑠𝑓𝑟𝑖𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜

𝛼0,02%𝐶 + (𝐹𝑒3𝐶)6,67%𝐶

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Diagrama Fe-Fe3C

(Adaptada de

ASKELAND &

PHULÉ, 2003).

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Esquema de

transformação da

austenita (Adaptada

de CALLISTER,

2008).


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.

• Como se formam simultaneamente, a ferrita e a

cementita estão intimamente misturadas.

• Essa mistura é caracteristicamente lamelar e a

microestrutura resultante é denominada perlita.

• Sua microestrutura consiste de uma matriz de

ferrita em que se encontram regularmente

distribuídas placas de cementita (Figuras).

• Um aço que apresenta essa microestrutura é

chamado de aço eutetóide.

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.

Perlita com aumento de 1500 x. Mistura lamelar de ferrita (matriz clara) e

cementita (mais escura) (Adaptada de VAN VLACK, 1970).

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Exemplos de microestruturas perlíticas – Aço eutetóide

(FREITAS, 2014).

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.

Exemplos de microestruturas contendo somente perlita – Aço

eutetóide (PUKASIEWICZ, 2003).

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.

Análise do

resfriamento

de um aço

eutetóide

(FREITAS,

2014).

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.

• Para os aços hipoeutetóides (%C < 0,77) a

estrutura final observada será de núcleos de

perlita envoltos por grão de ferrita.

Microestruturas de dois aços hipoeutetóides – 0,20% e 0,45%

(PUKASIEWICZ, 2003).

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.

Análise do resfriamento de um aço hipoeutetóide (FREITAS, 2014).

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.

• Para os aços hipereutetóides (%C > 0,77) a

estrutura final observada será de núcleos de

perlita rodeados por cementita.

Microestruturas de um aço hipereutetóide (PUKASIEWICZ, 2003).

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.

Análise do resfriamento de um aço hipereutetóide (FREITAS, 2014).

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.

Teor de perlita

em função da

porcentagem

de C no aço

(FREITAS,

2014).

• A porcentagem da perlita aumenta com a elevação

do teor de carbono do aço, e atinge 100% quando o

teor de carbono for igual a 0,77%; a partir desse

valor, volta a diminuir (Figura).

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.

• Com o resfriamento lento a ferrita pró-eutetóide

forma-se a partir da austenita entre 910 °C e 727 °C,

e a ferrita eutetóide (forma lamelar na perlita) ao

atingir 727 °C.

• Em outras condições de resfriamento a ferrita pode

se formar a partir de temperaturas mais baixas e,

com isso, passa a apresentar até quatro morfologias,

quais sejam: ferrita alotriomorfa de contorno de

grão, idiomorfa intragranular, lamelas ou ripas de

Widmänstatten e lamelas intragranulares.

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.

− Ferrita alotriomorfa de contorno de grão:

Cristais nucleados no contorno de grão da

austenita formados a temperaturas mais altas, que

tem interfaces curvas com a austenita, com

formato equiaxial ou lenticular.

− Idiomorfa intragranular: cristais nucleados no

interior dos grãos da austenita, apresentando

formato aproximadamente equiaxial e contornos

curvos ou com características cristalográficas bem

definidas.

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.

Diferentes morfologias de ferrita pró-eutetóide em aço com C = 0,37%, Mn =

1,50 %e V = 0,11%, transformado isotermicamente a 700°C. (CÂNDIDO,

L.C, UFOP)

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.

− Lamelas ou ripas de Widmänstatten (ferrita de

Widmänstatten): são lamelas que nucleiam nos

contornos de grãos austeníticos, mas crescem ao

longo de planos bem definidos da matriz.

Ferrita acicular (áreas claras) –

aço com 0,2% C (FREITAS,

2014).

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.(a) (b)

Duas morfologias da ferrita (áreas claras) – aço com 0,2% C

(FREITAS, 2014): acicular (a) e após recozimento completo (b).

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− Lamelas intragranulares: semelhantes às ripas de

Widmänstatten, mas que nucleiam exclusivamente

no interior dos grãos de austenita.

Lamelas intragranulares – aço

com 0,34% C - 15 min a 725 °C

(TAVARES, 2009).

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• A classificação dos cristais nucleados de cementita a

diferentes temperaturas é semelhante à da ferrita.

• O desenvolvimento inicial é de grãos equiaxiais nos

contornos de grãos (cementita pró-eutetóide); a

redução da temperatura favorece o crescimento de

cementita na forma de lamelas ou ripas (cementita

eutetóide).

• Nos aços com teores mais elevados de carbono, as

mudanças morfológicas apresentadas pela austenita no

resfriamento rápido são muito mais significativas,

formando-se uma nova estrutura, a martensita.

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✓ Martensita:

• Denominação devido ao metalurgista alemão Adolf

Martens, seu descobridor.

• Usada por muito tempo para designar uma

microestrutura dura encontrada como produto dos

aços temperados.

• A transformação martensítica também ocorre em

alguns sistemas não ferrosos, tais como as ligas

Cu-Al e Au-Cd, e em sistemas óxidos, como o

SiO2 e o ZrO2, por exemplo.

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✓ Martensita:

• As transformações de fases que envolvem a formação

de ferrita e de cementita e, consequentemente,

também da perlita, dependem do movimento dos

átomos por difusão (transformações difusionais).

• Estas transformações são caracterizadas, sob o

aspecto do comportamento dos átomos individuais,

como transformações “civis”, em que os átomos de

uma fase atravessam, individualmente e de forma não

coordenada a interface entre as fases, reorganizando-

se na nova estrutura cristalina.

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✓ Martensita:

• Essas transformações são também chamadas de

reconstrutivas pelo fato de que os átomos, ao

atravessarem a interface, constroem uma nova fase,

com movimentos superiores a uma distância atômica.

• Entretanto, mesmo quando não existem condições

para que a organização dos átomos ocorra pela

difusão e movimentos significativos dos átomos,

através de uma interface, é possível que as ligas de

ferro se reorganizem em estruturas de menor energia

do que a austenita.

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✓ Martensita:

• Estas transformações ocorrem normalmente em

condições em que a difusão não mais atua de forma

significativa (temperaturas baixas) e, portanto, não

estão associadas à mudança de composição química,

somente à mudança de estrutura cristalina.

• Para que tais transformações ocorram em condições em

que os átomos tem baixa mobilidade, é frequente que

ocorra movimento ordenado de átomos, nas chamadas

transformações “militares”, também chamada

transformação “displaciva”, por causa do movimento

coordenado de deslocamento dos átomos.

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✓ Martensita:

• Nos aços e em outras ligas Fe-C, a transformação da

austenita em martensita é originada num processo não

difusional e, consequentemente, tem exatamente a

mesma composição da austenita que lhe deu origem

(até 2% C, dependendo da composição da liga).

• Como o processo é não difusional, devido ao

resfriamento rápido, os átomos de carbono não podem

se distribuir entre a ferrita e a cementita, e ficam

aprisionados nos sítios octaédricos da estrutura CCC

(ferrita), produzindo uma nova fase, a martensita.

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✓ Martensita:

• Com o resfriamento rápido, a solubilidade do

carbono na estrutura CCC é excessivamente

excedida – solução sólida supersaturada.

• A solubilidade excessiva provoca uma distorção

neste reticulado, o qual assume nova geometria, a

tetragonal de corpo centrado (TCC) - célula

unitária com o parâmetro “c” (altura da célula)

maior que o parâmetro “a” da base.

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✓ Martensita:

• Dentre as várias maneiras de visualizar as

transformações “displacivas” que podem conduzir

a estrutura da austenita (CFC) a uma estrutura

TCC, a mais comumente aceita é a distorção de

Bain (Figura).

• Nesse modelo, a estrutura TCC pode ser

visualizada como uma distorção da estrutura CCC

em que o parâmetro da rede na direção [001] não é

igual ao parâmetro das direções [010] e [100].

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✓ Martensita:

Representação esquemática da correspondência entre as redes CFC da

austenita e TCC da martensita (modificada de BRADESHIA, 2001).

Átomo de ferro

Átomo de carbono

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✓ Martensita:

Representação esquemática mostrando a artensita da liga Fe-C obtida

através de um resfriamento rápido a partir da temperatura de

austenitização, relacionando com o processo de saída do carbono de

dentro da célula CFC para formar uma célula TCC.

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✓ Martensita:

• Quanto maior o teor de carbono na martensita maior o

número de sítios intersticiais preenchidos, acarretando

num acréscimo da tetragonalidade da rede TCC

(Figura).

• A tetragonalidade pode ser medida pelo quociente c/a

entre os parâmetros do reticulado TCC da martensita

(equação), e aumenta com o teor de carbono

(BRADESHIA; HONEYCOMBE, 2006).

𝑐

𝑎= 1 + 0,045%𝑝𝐶

Para um teor nulo de carbono

a estrutura é CCC sem

distorção (c = a).

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✓ Martensita:

Efeito do carbono no parâmetro a da austenita e nos parâmetros a e c da

martensita (Adaptadas de COHEN, 1962 apud HUALLPA, 2011).

%at C

0 0,95 1,90 2,85 3,80 4,75 5,70 6,65

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

%p C

3,02 ─

2,98 ─

2,94 ─

2,90 ─

2,86 ─

2,82

Ǻ

%at C

0 0,95 1,90 2,85 3,80 4,75 5,70 6,65

3,66 ─

3,62 ─

3,58 ─

3,54 ─

3,500 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4

%p C

Ǻ

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✓ Martensita:

Dureza da martensita em

função do teor de carbono,

comparada com a dureza da

perlita obtida por

resfriamento ao ar (lento).

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✓ Martensita:

• A composição química da martensita formada é a

mesma da austenita (matriz) que a originou;

• A transformação á basicamente atérmica, isto é, a

quantidade de austenita transformada depende da

temperatura atingida e não do tempo em que o

material é mantido na temperatura.

• Em função da variação de volume associada à

transformação de fase e ao mecanismo “displacivo”, a

transformação ocorre com um nível elevado de

tensões residuais.

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✓ Martensita:

• A martensita apresenta uma única fase formada

nos aços (também pode ocorrer nos ferros

fundidos), com estrutura cristalina e composição

química próprias, além de uma interface bem

definida com outras fases, quando houverem.

• É metaestável - tende a retornar para um estado

estável ou de equilíbrio ao longo do tempo ou

quando um agente externo atua, como a

temperatura.

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✓ Martensita:

• Neste caso, no aquecimento da martensita, os

átomos de carbono aprisionados no cristal TCC

ganham mobilidade e se difundem, formando

carbonetos.

• O resultado é o alívio da estrutura, com a

decomposição da martensita em uma mistura

de ferrita e cementita.

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✓ Martensita:

• A austenita é relativamente dúctil, pois os

átomos de carbono se acomodam perfeitamente

na estrutura do ferro gama (CFC) e não

dificultam os deslizamentos cristalinos quando o

aço é deformado.

• Na martensita, no entanto, o ferro está numa

forma alfa modificada pelo excesso de carbono,

cuja presença dificulta as transformações

plásticas a tal ponto, que elas se tornam

praticamente impossíveis.

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✓ Martensita:

• Portanto, a alta dureza da martensita está

relacionada a capacidade dos átomos

intersticiais de carbono de restringir o

movimento das discordâncias, bem como

ao número relativamente pequeno de

sistemas de escorregamento para a

estrutura TCC.

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✓ Martensita (morfologia):

• Do ponto de vista morfológico, a martensita se revela

ao microscópio de modo característico.

• Pode se apresentar na forma de ripas, placas ou em

uma mistura de ambas, dependendo do teor de

carbono do aço (figura - gráfico), assim:

- teor de carbono até 0,6% - tendência à formação

martensita por ripas;

- entre 0,6% e 1%, uma mistura de ripas e placas;

- e acima de 1%, apenas por placas.

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Aspecto micrográfico da martensita.Relação entre o teor de carbono e o tipo

de martensita formada no aço (ZHAO

NOTIS, 1995 apud HUALLPA, 2011).

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Martensita na forma de ripas e sua estrutura (MAKI;

TSUZARA ; TAMURA, 1980 apud HUALLPA, 2011)

Micrografia da martensita

na forma de ripas - Aço

4140 (KRAUSS, 1999

apud HUALLPA, 2011)

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(a) (b)

Crescimento de placas de martensita com incremento do

resfriamento abaixo de Ms: (a) Crescimento da placa

interrompido pelo contorno de grão; (b) Propagação da

martensita (PORTER; EASTERLING, 1982 apud

HUALLPA, 2011)

Microestrutura de martensita

em placas com microtrincas –

liga Fe-1,86%pC (KRAUSS,

1999 apud HUALLPA, 2011)

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• Em geral a estrutura martensítica em ripas está

associada com alta dureza e ductilidade, porém

menor resistência mecânica.

• As estruturas martensíticas em placas têm alta

resistência mecânica, mas não são dúcteis, e

frequentemente contêm microtrincas decorrentes

do impacto entre placas, que podem inicias

falhas subsequentes (VOORT, 2009).

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✓ Austenita:

• A austenita é encontrada em temperatura ambiente em

alguns aços inoxidáveis austeníticos e duplex (ferrita

+austenita), ou em aços que sofreram têmpera.

• Muitas vezes, por motivos relacionados

principalmente à composição química, não tiveram

sua transformação totalmente completada, restando

certa porcentagem em temperatura ambiente

(austenita retida).

• Neste caso se apresentará juntamente à martensita

(Figura).

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✓ Austenita:

Micrografia mostrando a mistura de martensita e

austenita retida (áreas claras) (FREITAS, 2014).

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✓ Bainita:

• A formação da bainita (nome dado em homenagem a

Edgard Bain, um de seus descobridores) ocorre por

um processo misto, envolvendo difusão, como nas

transformações eutetóides, e forças de cisalhamento,

como se observa nas transformações martensíticas -

depende tanto do tempo quanto da temperatura.

• Faixa de formação: está situada abaixo da temperatura

de formação da perlita (cerca de 550-720 °C) e acima

da transformação martensítica, daí o surgimento de

duas morfologias distintas: bainitas superior e inferior.

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✓ Bainita:

• Estas microestruturas são, frequentemente,

agregados de ferrita e cementita (ou outros

carbonetos, no caso de aços ligados) com

dimensões características muito pequenas.

• Assim a bainita pode ser definida como um

produto de transformação formado em faixa de

temperatura intermediária entre a transformação

eutetóide (de formação da perlita) e a formação da

martensita, constituído por agregados de ferrita e

cementita (WANG, J. et al.)

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✓ Bainita:

• A principal diferença entre as duas microestruturas está

na forma de precipitação dos carbonetos; tais

diferenças, no entanto, não são observáveis em

microscopia ótica.

• A própria diferença entre a bainita e a martensita, por

meio da microscopia ótica pode ser difícil, pois as duas

estruturas estão, em geral, no limite de resolução da

técnica.

• Esta classificação é importante, devido as diferenças em

termos de propriedades mecânicas das duas bainitas.

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✓ Bainita:

• Bainita superior: forma-se em faixas de temperaturas

imediatamente abaixo da faixa de formação da perlita, e

é constituída de “pacotes” de cristais de ferrita paralelos

entre si, que crescem através dos grãos de austenita, com

carbonetos presentes entre os cristais de ferrita (Fig-a).

• Bainita inferior: forma-se em temperaturas muito

próximas da temperatura de início de formação da

martensita, e é constituída por placas de ferrita longas,

não paralelas, em uma microestrutura análoga à da

martensita em placas (morfologia comumente

caracterizada com acicular – forma de agulhas) (Fig-b).

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✓ Bainita:

(a) (b)

(a) Bainita superior de um aço 4360; (b) Bainita inferior de um aço com 1,1%C.

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✓ Dureza das microestruturas:

.

• Perlita grossa - mais dúctil que a perlita fina (86 a 97

HRB).

• Perlita fina - mais dura que a perlita grossa – a fase

cementita forte e rígida restringe severamente a

deformação da fase ferrita (20 a 30 HRC). Antigamente

perlita muito fina = troostita (termo em desuso).

• Aços bainíticos - possuem uma estrutura mais fina –

são mais resistentes e duros. Bainita superior (40 a 45

HRC); Bainita inferior (50 a 60 HRC).

• Martensita - é fase mais dura, mais resistente e frágil

(63 a 67 HRC).

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❑ Introdução






❑ Temperabilidade


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1.3 Diagramas de Transformação


✓ Generalidades:

• Explicam a formação de estruturas fora do equilíbrio que

não dependem essencialmente de processos difusionais.

• Mostram as curvas de resfriamento e as faixas de

temperatura em que os diversos constituintes das

transformações austeníticas se formam.

• São uma importante ferramenta para a especificação dos

parâmetros dos tratamentos térmicos dos aços, e podem

ser de dois tipos: diagrama de transformação isotérmica

ou diagrama de transformação em resfriamento

contínuo.

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✓ Diagrama de transformação isotérmica:

• O diagrama de transformação isotérmica (Figura) é

também denominado diagrama transformação-tempo-

temperatura (diagrama TTT) ou diagrama IT

(isothermal transformation) ou curva em C ou curva

em S.

• O diagrama TTT define as transformações da austenita

em função do tempo a uma temperatura constante.

• Mostra, portanto, as transformações que o aço passará

de acordo com o tempo em que permanecer em

determinada temperatura.

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✓ Diagramas de transformação isotérmica:

Representação de

um diagrama TTT.

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• Construção de um diagrama TTT:

- Se um determinado aço for aquecido a uma

temperatura, de modo a se ter somente

austenita (temperatura de austenitização), e

posteriormente resfriado bruscamente até uma

temperatura inferior a 727 °C (linha A1), ele

levará um certo tempo para iniciar a sua

transformação em perlita naquela temperatura,

e a perlita, depois de iniciada, se completará

após um certo tempo.

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- A obtenção do diagrama TTT consiste em se

repetir o processo anteriormente descrito para

vários corpos de prova, mas com intervalos de

tempo determinados para cada um deles, antes

de resfriá-los bruscamente até a temperatura

ambiente.

- Repete-se novamente o processo para várias

temperaturas de transformação especificadas.

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- Se o intervalo de tempo no qual o corpo de prova foi

mantido na temperatura especificada não for

suficiente para a transformação da austenita em

perlita, então, no segundo resfriamento (brusco)

aquela se transformará totalmente em martensita.

- Portanto, na temperatura ambiente, o material

apresentará uma certa área transformada

isotermicamente em perlita e o restante se

transformará em martensita no resfriamento brusco

subsequente.

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- Pelo exame dessa série de corpos de prova pode-se

acompanhar a evolução da transformação, o que

permitirá traçar gráficos relacionando a porcentagem

de produtos de transformação isotérmica com o

tempo de permanência do corpo de prova nas

diversas temperaturas escolhidas (Figura).

- A partir dos tempos de início e fim das

transformações obtidas desses gráficos, constrói-se o

diagrama TTT (Figura).

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Construção de

um diagrama de

transformação

isotérmica

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• Como já visto anteriormente, tanto a perlita como

a bainita são agregadas de ferrita e cementita; por

isso, em alguns diagramas TTT as regiões

correspondentes aos campos de existência da

ferrita e da bainita poderão vir identificadas

somente por F + C (ferrita + carboneto).

• De um modo geral, as fases são indicadas pelos

próprios nomes ou por suas iniciais: Austenita (A),

Bainita (B), Cementita (C), Perlita (P) e Martensita

(M).

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• As curvas do diagrama TTT indicam:

- o início e o fim da formação da perlita, que ocorre

acima do nariz (cotovelo ou joelho) do diagrama;

- a formação da bainita abaixo do nariz até o início da

transformação martensítica, indicada pela letra Ms(martensite starter) ou Mi (martensita início), que no

diagrama aparece como uma linha reta, visto que a

transformação martensítica depende somente da

temperatura;

- A formação da martensita que ocorre entre as linhas

Mi (martensita início) e Mf (martensita final).

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• A linha A1 (727 °C) assintótica à curva de início de

transformação, delimita os campos de austenita

estável (superior) e austenita instável (inferior).

• A região compreendida entre as curvas de início e de

fim de transformação corresponde à zona onde se

processam isotermicamente as transformações.

• Para outros composições que não a eutetóide,

constituintes pró-eutetóides (ferrita ou cementita

separadas dentro da zona crítica) coexistem com a

perlita (Figura).

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Diagrama TTT

mais completo de

um aço eutetóide

M50M90

A1 γestável

Mi

Mf

γinstável

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Comparação do diagrama binário Fe-C (a) com uma curva TTT de um aço eutetóide

(b) e um aço hipoeutetóide com 0,5% de C (c) (KRAUSS, 2005, p. 182)

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(a) (b)

Diagrama TTT de aços hipoeutetóides: (a) 0,20% C (1020); (b) 0,50% C (1050).

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(a) (b)

Diagrama TTT de aços hipereutetóides: (a) 1,13% C (10113); (b) 1,3% C (10130).

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(a) (b)

Diagrama TTT: (a) Hipo 0,35% C (1035); (b) Hiper 0,90% C (1090).

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• Pode-se determinar para cada aço a temperatura do

início da formação da martensita e às

correspondentes às diversas porcentagens desse

microconstituinte

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✓ Diagramas de transformação em resfriamento contínuo

• A maioria dos tratamentos térmicos para os aços

envolve o resfriamento contínuo de uma amostra,

com maior ou menor velocidade, desde a

temperatura de austenitização até a temperatura

ambiente.

• Por este motivo os constituintes resultantes de

transformação que requeiram tempo (difusão) serão

formados em faixas de temperatura e, portanto, serão

misturas de constituintes formados em diferentes

temperaturas.

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• Só nos casos extremos de velocidades de resfriamento

muito altas ou relativamente baixas é que se obtém

constituintes bem definidos, como a martensita ou a

perlita grosseira, respectivamente, pois as curvas de

resfriamento cruzarão somente as zonas de formação

desses constituintes no diagrama TTT.

• Um diagrama de transformação isotérmica só é válido

para temperatura constante e tal diagrama deve ser

modificado para transformações com mudanças

constantes de temperaturas.

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• Técnicas semelhantes às utilizadas nos diagramas

de transformação isotérmica poderão ser

empregadas para a determinação de diagramas de

transformação em resfriamento contínuo.

• Em um dos métodos, séries de amostras são

resfriadas com velocidade controlada, e ao se

atingir determinadas temperaturas, as amostras

são resfriadas bruscamente para bloquear o

processo de transformação

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• A natureza e a quantidade dos constituintes

formados até se atingir a temperatura determinada e

a quantidade de martensita decorrente da austenita

não transformada, permitirá, para diversas curvas de

resfriamento, traçar os diagramas de transformação

em resfriamento contínuo.

• No resfriamento contínuo o tempo exigido para que

uma reação tenha seu início e o seu término é

retardado e as curvas são deslocadas para tempos

mais longos e temperaturas menores.

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• Comparando-se os dois tipos de diagramas de

transformação do mesmo material (Figura), vê-se que

as curvas de início de transformação do primeiro

(resfriamento contínuo) se localizam em

temperaturas mais baixas e à direita das curvas em C,

de modo que, exceto para pata os TTs feitos com

velocidades de resfriamento intermediárias, as curvas

em C, apesar de serem curvas de transformação

isotérmica, permitem predizer o comportamento

relativo dos diferentes aços em face dos TTs a que

venham a ser submetidos.

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• A transformação tem início após um período de

tempo que corresponde à intersecção da curva de

resfriamento com a curva de início da reação, e

termina com o cruzamento da curva de resfriamento

com o término da transformação.

• Normalmente, não irá se formar bainita para aços

ferro-carbono resfriados continuamente, pois toda a

austenita se transformará em perlita.

• Para qualquer curva de resfriamento que passe por

AB a austenita não reagida transforma-se em

martensita.

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Curvas de resfriamento de

uma peça sobre um

diagrama de resfriamento

contínuo (aço eutetóide).

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• Para o resfriamento contínuo de uma liga de aço

existe uma taxa de têmpera crítica que representa a

taxa mínima de têmpera para se produzir uma

estrutura totalmente martensítica (a curva de

resfriamento passa em A).

• Para taxas de resfriamento superiores à crítica

existirá apenas martensita (< A). Além disso existirá

uma faixa de taxas (entre A e B) em que perlita e

martensita são produzidas e finalmente uma estrutura

totalmente perlítica (> B) se desenvolve para baixas

taxas de resfriamento.

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uma peça sobre um

diagrama de resfriamento

contínuo (aço eutetóide).


AB

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uma peça sobre um diagrama

de resfriamento contínuo (aço

eutetóide)

A- Forno = perlita grossa

B- Ar = perlita mais fina

(mais dura que a anterior)

C- Ar soprado = perlita mais

fina que a anterior

D- Óleo = perlita mais

martensita

E- Água = martensita

T- Taxa mínima = martensita


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✓ Fatores que influenciam diretamente a posição das

linhas de transformação dos diagramas TTT

• Teor de carbono:

- Quanto menor o teor de carbono (abaixo da

composição eutetóide) mais difícil de se

obter estrutura martensítica (Figura).

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(a) (b)

Diagrama TTT de aços hipoeutetóides: (a) 0,20% C (1020); (b) 0,50% C (1050).

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• Elementos de adição:

- Quanto maior o teor e o número dos

elementos de liga, mais numerosas e

complexas são as reações.

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(a) (b)

Aços com o mesmo teor de carbono, mas com diferentes elementos de liga.

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• Todos os elementos de liga (exceto o cobalto) deslocam

as curvas de início e fim de transformação para a

direita, ou seja:

→ retardam as transformações e promovem a formação

de um joelho de separação para a bainita (Figura);

→ facilitam a formação de martensita;

→ como consequência, em determinados aços pode-se

obter martensita mesmo com o resfriamento lento.

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(a) (b)

Aços com o mesmo teor de carbono, mas com diferentes elementos de liga.

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• O tamanho dos grãos da austenita:

- Quanto maior o tamanho de grão (menos

contornos de grão), mais para a direita

deslocam-se as curvas TTT.

- O tamanho de grão grande dificulta a formação

da perlita, já que a mesma inicia-se no contorno

de grão.

- Então, o tamanho de grão grande favorece a

formação da martensita.

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(a) (b)

Aços com a mesma composição, mas com diferentes tamanhos de grãos da austenita.

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- Deve-se evitar tamanho de grão da

austenita muito grande, pois:

Diminui a tenacidade;

Gera tensões residuais;

É mais fácil de empenar ;

É mais fácil de ocorrer fissuras.

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• A homogeneidade da austenita:

- Quanto mais homogênea a austenita, mais

para à direita deslocam-se as curvas TTT.

- Os carbonetos residuais ou regiões ricas

em carbono atuam como núcleos para a

formação da perlita.

- Então, uma maior homogeneidade

favorece a formação da martensita.

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❑ Introdução






❑ Temperabilidade


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1.4 Influência da Matéria-Prima nos TTs


✓ Generalidades:

• Uma das causas principais das falhas em

componentes metálicos está associada ao material.

• Falha de um componente interfere na função de

outros elementos.

• Origem da falha – análise com segurança da causa –

prevenir a recorrência.

• As falhas que podem interferir nos tratamentos

térmicos: seleção inadequada da liga, geometria do

componente, defeitos da MP e defeitos de usinagem.

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▪ Seleção inadequada da liga:

− Caso em que o componente deverá ser submetido a TT

com determinada finalidade – a escolha inadequada do

material e/ou do tipo de TT poderá acarretar em falhas

ou na necessidade de TTs adicionais, encarecendo o

processo.

EXEMPLO (FREITAS, 2014): Seleção da liga para

cementação – se a camada cimentada for espessa, a

escolha de ligas com alto Ni (>1,5%) tende a formar

alto teor de γ retida, comprometendo a dureza desejada

do componente ou encarecendo o processo com TTs

adicionais para eliminar a γ retida.

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▪ Geometria do componente:

− Aspectos de projetos que devem ser evitados a todo

custo, pois geram campos de concentração de

tensões, propiciando a nucleação de trincas em

serviço ou durante o tratamento térmico de têmpera,

com a consequente falha por fadiga do material,

empenamentos etc.: cantos vivos, quinas e arestas

não arredondadas; variações bruscas de secção;

furos, sobretudo quando situados muito próximos da

parede externa da peça; relação

comprimento/largura desfavorável; e folgas

inadequadas (entre punção e matriz).

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▪ Defeitos na matéria-prima:

− Falhas originadas na obtenção e no

processamento do material devem ser

consideradas.

− Durante as operações de transformação do metal

líquido em um produto sólido (bolsas, vazios,

inclusões e segregações).

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▪ Defeitos provocados pela usinagem:

− Operação que normalmente antecede os

tratamentos térmicos.

− Riscos causados por mau acabamento superficial;

grandes remoção de material por fresagem ou

torneamento; queimas e outros.

− Marcas de usinagem na superfície da peça podem

atuar como concentradores de tensão (início e

propagação de trincas).

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− Grandes avanços e elevadas velocidades de corte

nas operações de desbaste, resultando em trincas

superficiais muito pequenas, além de uma estreita

camada encruada pela deformação plástica que

acompanha o arranque de material na usinagem.

− O calor gerado pela operação de arranque de

cavaco é suficiente para aquecer localmente o aço

até a sua austenitização – o arrefecimento

subsequente pode dar origem a uma transformação

martensítica.

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− A retífica final, utilizada para retirar a camada

superficial alterada pela operação de desbaste,

muitas vezes só é realizada após a têmpera e o

revenimento, e durante a têmpera os defeitos

produzidos pelas operações de usinagem anteriores

as peças estarão suscetíveis à fissuração ou ao

empeno.

− As tensões internas e o encruamento provocados

pela usinagem podem ser removidos ou atenuados

por meio de um alívio de tensões antes da têmpera.

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❑ Introdução






❑Temperabilidade


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1.5 Variáveis do Tratamento Térmico


✓ Generalidades:

• Representando o tratamento térmico um ciclo

tempo-temperatura, os fatores a serem considerados

na sua realização são:

− Temperatura de aquecimento,

− Taxa de aquecimento,

− Tempo de permanência à temperatura,

− Taxa de resfriamento, e

− Atmosfera do recinto de aquecimento.

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❑Temperatura de aquecimento:

− O caso mais frequente de tratamento térmico do

aço é alterar uma ou mais de suas propriedades

mecânicas, mediante uma determinada

modificação que se processa na sua estrutura.

− O aquecimento no início do processo é

geralmente realizado a uma temperatura acima da

crítica, para garantir a completa austenização do

aço (total dissolução das fases no ferro gama -

carboneto de ferro e ferrita).

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− Assim, a austenização é o ponto de partida para as

transformações posteriores desejadas, as quais se

processarão em função da velocidade de

esfriamento (taxa de resfriamento) adotada.

− A temperatura de aquecimento é mais ou menos um

fator fixo determinado pela natureza do processo e

depende, evidentemente, das propriedades e das

estruturas finais desejadas, assim como da

composição química do aço, principalmente do seu

teor de carbono.


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− Quanto mais alta essa temperatura, acima da zona

crítica, maior segurança se tem da completa

dissolução das fases no ferro gama; em contra

partida, maior será o tamanho de grão da austenita

(Figura).

− As desvantagens de um tamanho de grão excessivo

são maiores que as desvantagens de não se ter total

dissolução das fases no ferro gama, de modo que se

deve procurar evitar temperaturas muito acima de

linha superior da zona crítica.


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Influência da temperatura e

do tempo sobre o tamanho

de grãos.


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− Aços hipoeutetóides: na prática, o máximo que se

admite é 50 ºC acima de A3.

− Aços hipereutetóides: temperatura recomendada inferior

à da linha Acm, pois a temperatura correspondente se

eleva muito rapidamente com o teor de carbono, ou

seja, são necessárias temperaturas muito altas para a

completa dissolução do carboneto de ferro em ferro

gama, com consequente e excessivo crescimento de

grão de austenita - condição mais prejudicial que a

presença de certa quantidade de carboneto não

dissolvido.


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Diagrama Fe-

C, com

destaque para

as linhas de

transformação:

A1, A3 e Acm.


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❑Taxa de aquecimento:

− A velocidade de aquecimento, embora na maioria

dos casos seja fator secundário, apresenta certa

importância, principalmente quando os aços estão

em estado de tensão interna ou possuem tensões

residuais devidas a encruamento prévio ou ao

estado inteiramente martensítico.

− Nessas condições, um aquecimento muito rápido

pode provocar empenamento ou mesmo

aparecimento de fissuras.

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− Para aços fortemente encruados que apresentam uma

tendência para excessivo crescimento de grão quando

aquecidos lentamente dentro da zona crítica, é

conveniente realizar um aquecimento mais rápido

através dessa zona de transformação.

− Para certos aços especiais que exigem temperatura final

de austenização muito elevada, quando no aquecimento

a zona crítica é atingida, torna-se necessário que a

mesma seja ultrapassada mais ou menos rapidamente

para evitar excessivo crescimento de grãos de austenita

.


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− O efeito depende do volume do material a ser aquecido.

− Quanto maior a taxa de aquecimento mais elevadas as

temperaturas de transformação de fases em relação ao

diagrama (Figuras).


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❑ Tempo de permanência na temperatura de tratamento:

− A sua influência é mais ou menos idêntica à da máxima

temperatura de aquecimento - quanto mais longo o

tempo à temperatura considerada de austenização, tanto

mais completa a dissolução do carboneto de ferro ou

outras fases presentes (elemento de liga) em ferro gama,

porém maior o tamanho de grão resultante (Figura).

− O tempo de permanência à temperatura de aquecimento

deve ser o estritamente necessário para que se obtenha

uma temperatura uniforme através de toda a seção do

aço e para que se consigam as modificações estruturais

mais convenientes.

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o Tempo muito longo: maior a segurança da

completa dissolução das fases para posterior

transformação, mas propicia o crescimento de

grão, oxidação dos contornos de grão e

descarbonetação da superfície.

o Tempo muito curto: o material não austenitiza

completamente ou homogeneamente (núcleo

pode manter estrutura original).


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− Sob o ponto de vista de modificação estrutural,

admite-se que uma temperatura ligeiramente mais

elevada seja mais vantajosa do que um tempo

mais longo a uma temperatura inferior, devido à

maior mobilidade atômica.

− De qualquer modo, o tempo à temperatura de

tratamento deve ser pelo menos o suficiente a se

ter sua uniformização através de toda a seção.


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❑Taxa de resfriamento:

− Fator mais importante: determinará efetivamente

a estrutura e, em consequência, as propriedades

finais dos aços (Figura).

− Variação da velocidade de resfriamento: pode-se

obter desde a perlita grosseira (baixa resistência

mecânica e baixa dureza) até a martensita

(constituinte mais duro resultante dos tratamentos

térmicos).

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Perlita + Fase

pró-eutetóide

Bainita

Martensita

revenida

AUSTENITA

Martensita

Resfriamento lento Resfriamento

moderado

Resfriamento

rápido

Reaquecimento


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− Como já visto anteriormente, a obtenção desses

constituintes depende também da composição do

aço (teor em elemento de liga, deslocando a

posição das curvas em C), das dimensões (seção)

das peças etc.


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− Seleção do meio de resfriamento - compromisso

entre:

o Obtenção das características finais desejadas

(microestruturas e propriedades);

o Ausência de fissuras e empenamento na peça; e

o Minimização de concentração de tensões.

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− Seleção do meio de resfriamento:

o O meio de resfriamento é o fator básico no

que se refere à reação da austenita e, em

consequência, aos produtos finais de

transformação.

o O fator inicial a ser considerado é o tipo de

estrutura final desejada a uma determinada

profundidade.


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o A seção e a forma da peça influem

consideravelmente na escolha do meio.

Exemplo: a seção da peça é tal que a alteração

estrutural projetada não ocorre à profundidade

esperada.


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o Em alguns casos a forma da peça é tal que um

resfriamento mais drástico (como em água)

pode provocar consequências inesperadas e

resultados indesejáveis, tais como o

empenamento e mesmo a ruptura da peça

submetida ao resfriamento.


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o Um meio de resfriamento menos drástico,

como óleo, seria o indicado sob o ponto de

vista de empenamento ou ruptura, pois reduz o

gradiente de temperatura apreciavelmente

durante o resfriamento, mas não pode

satisfazer sob o ponto de vista de

profundidade de endurecimento.


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o Os meios de resfriamento mais usados: ambiente

do forno (mais brando), ar, banho de sais ou metal

fundido (mais comum é o de Pb), óleo, água,

soluções aquosas de NaOH, Na2CO3 ou NaCl

(mais severos).

o Outro fator que deve ser levado em conta é o da

circulação do meio de resfriamento ou agitação da

peça no interior, podendo levar ao empenamento

das peças e até mesmo fissuras.


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o Para que isso não ocorra deve-se usar meios

menos drásticos como óleo, água aquecida ou

ar, banhos de sal ou banho de metal fundido.

o A severidade da têmpera depende do meio onde

o aço é resfriado (Tabela):

MEIO Ar Óleo Água

SEVERIDADE Baixa Moderada Alta

DUREZA Baixa Moderada Alta


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Curvas Taxa de resfriamento

x Temperatura para os vários

meios de resfriamento.


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❑Atmosfera do forno:

− Fenômenos muito comuns e prejudiciais no

tratamento térmico dos aços, em função da reação

deste com o meio:

o a oxidação que resulta na formação

indesejadas da “casca de óxido”, e

o a descarbonetação, que pode provocar a

formação de uma camada mais mole na

superfície do metal.

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− Reações de oxidação mais comuns:

o 2Fe + O2 = 2FeO, provocada pelo oxigênio

o Fe + CO2 = FeO + CO, provocada pelo

anidrido carbônico

o Fe + H2O = FeO + H2, provocada pelo vapor

de água


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− Os agentes descarbonetantes usuais:

o 2C + O2 = 2CO

o C + CO2 = 2CO

o C + 2H2 = CH4


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− Os fenômenos de oxidação e de descarbonetação,

são evitados pelo uso de uma atmosfera protetora

ou controlada no interior do forno.

− Essa atmosfera, ao prevenir a formação da “casca

de óxido”, torna desnecessário o emprego de

métodos de limpeza e, ao eliminar a

descarbonetação, garante uma superfície

uniformemente dura e resistente ao desgaste.


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❑ Introdução






❑ Temperabilidade


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1.6 Principais Tratamentos Térmicos


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1.7 Recozimento


✓ Considerações iniciais:

• De forma genérica, o recozimento objetiva eliminar os

efeitos de quaisquer tratamentos térmicos ou

mecânicos a que o metal tenha sido anteriormente

submetido.

• Genericamente, o tratamento térmico recozimento

abrange os seguintes tratamentos específicos:

1. Alívio de tensões 3. Total ou pleno

2. Recristalização 4. Isométrico ou cíclico (aços)

5. Homogeneização (peças fundidas).

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1.7 Recozimento


✓ Considerações iniciais:

• Aplicações:

▪ Recozimento para alívio de tensões (qualquer liga

metálica);

▪ Recozimento para recristalização (qualquer liga

metálica);

▪ Recozimento total ou pleno (aços);

▪ Recozimento isotérmico ou cíclico (aços);

▪ Recozimento para homogeneização (peças fundidas

ou lingotes fundidos).

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1.7 Recozimento


1. Recozimento para alívio de tensões:

• Consiste no aquecimento do metal a temperaturas

abaixo do limite inferior da zona crítica (Linha A1).

• OBJETIVOS:

− Uniformizar ou reduzir tensões introduzidas por

qualquer processo que gere tensões residuais

(operações de usinagem, lixamento, soldagem,

fabricação, resfriamento brusco e tratamentos

termomecânicos).

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1.7 Recozimento


• TEMPERATURA:

− Deve ser a mínima compatível com o tipo e as

condições da peça, para que não se modifique sua

estrutura interna, assim como não se produzam

alterações sensíveis de suas propriedades

mecânicas.

− Deve relaxar as tensões residuais sem introduzir

alterações microestruturais – redução do limite

elástico que colabora para a redução das tensões

residuais do material.


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1.7 Recozimento


• TEMPERATURA:

− Essas tensões começam a ser aliviadas em

temperaturas logo cima da ambiente; entretanto, é

aconselhável aquecimento lento até pelo menos

500 ºC para garantir os melhores resultados.

− Para os aços, geralmente na faixa dos 500 a 600

°C (FREITAS, 2014) – a redução do limite

elástico ocorre a partir dos 300 °C.

− Quanto menor a temperatura escolhida, maior

deverá ser o tempo de permanência na mesma.


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1.7 Recozimento


• TEMPERATURA:

− O efeito da temperatura de tratamento é muito

maior do que o do tempo de manutenção da peça

naquela temperatura.

− O percentual de alívio de tensões internas depende

do tipo de material, basicamente da composição

química e do limite de escoamento.


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1.7 Recozimento


• TAXA DE AQUECIMENTO: mais lenta quanto

menor for a tenacidade do material.

• TAXA DE RESFRIAMENTO: Deve-se evitar

taxas muito altas devido o risco de distorções.

• Lenta (ao ar ou ao forno)


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1.7 Recozimento


• Consiste no aquecimento da peça a uma temperatura

acima da temperatura de recristalização e abaixo da

temperatura de transformação de fases do material.

• No caso dos aços, abaixo de A1, em torno de 760

°C.

• Esse tratamento é utilizado em peças que sofreram

operações de deformação a frio - aumentam a

dureza e diminuem a ductilidade, podendo ocorrer

ruptura entre duas operações consecutivas (Figura).

2. Recozimento para recristalização:

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1.7 Recozimento


• TRABALHO A FRIO:

▪ É uma deformação feita abaixo da temperatura

de recristalização.

▪ O trabalho a frio é acompanhado do

encruamento (do inglês “strain hardening”)

do metal, que é ocasionado pela interação das

discordâncias entre si e com outras barreiras

(tais como contornos de grão), que impedem o

seu movimento através da rede cristalina.


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1.7 Recozimento


− TRABALHO A FRIO:

▪ Se a deformação é feita acima da temperatura

de recristalização, será denominado de trabalho

a quente.

▪ Um material trabalhado a quente não encrua,

porque a recristalização pode ocorrer

simultaneamente à distorção e neutralizar seus

efeitos.


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1.7 Recozimento


▪ A deformação plástica produz também um

aumento no número de discordâncias, as quais,

em virtude de sua interação, resultam num

elevado estado de tensão interna na rede

cristalina.

▪ Um metal cristalino contém em média 106 a 108

cm de discordâncias por cm3, enquanto que um

metal severamente encruado apresenta cerca de

1012 cm de discordâncias por cm3.


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1.7 Recozimento


▪ A estrutura característica do estado encruado

examinada ao microscópio eletrônico, apresenta

dentro de cada grão, regiões pobres em

discordâncias, cercadas por um emaranhado

altamente denso de discordâncias nos planos de

deslizamento.

▪ Tudo isto resulta macroscopicamente num

aumento de resistência e dureza e num

decréscimo da ductilidade do material (Figura).


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1.7 Recozimento



Aumento do limite de escoamento e de resistência à tração e diminuição do alongamento

(e redução de área na fratura)com o encruamento devidos ao trabalho a frio (CIMM).

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1.7 Recozimento


▪ Num ensaio de tração, isso se traduz no aumento

da tensão de escoamento e do limite de

resistência, como também no decréscimo do

alongamento total (alongamento até a fratura do

corpo de prova).

▪ A microestrutura também muda (Figura), com

os grãos se alongando na direção de maior

deformação, podendo o material como um todo

desenvolver propriedades direcionais

(anisotropia).


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1.7 Recozimento



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1.7 Recozimento



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1.7 Recozimento


• OBJETIVO DO RECOZIMENTO PARA

RECRISTALIZAÇÃO:

- Eliminar o encruamento gerado pela deformação a

frio, recuperando a ductilidade do material.

• PRINCIPAIS TRANSFORMAÇÕES:

(a) Recuperação

(b) Recristalização das microestruturas encruadas.


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1.7 Recozimento



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1.7 Recozimento


- Durante o aquecimento, ainda em temperaturas

relativamente baixas, ocorre a eliminação de

microtensões, com pequena redução no limite de

resistência. No prosseguimento, ocorre a redução

da densidade de discordâncias.

- Em temperaturas de cerca de 0,3 a 0,5Tf, as

discordâncias são bastante móveis para formar

arranjos regulares e mesmo se aniquilarem

(somente as discordâncias de sinais opostos).


(a) Fase de recuperação

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1.7 Recozimento


- É um processo que depende do tempo (Figura b)

e, embora não mude a microestrutura, restaura

parcialmente a maciez do material (menor

resistência e maior ductilidade).


(a) Fase de recuperação

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1.7 Recozimento



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1.7 Recozimento


- Com o aumento da temperatura, novos grãos

equiaxiais começam a ser formados, livres de

deformação (início da recristalização).

- A maciez original é inteiramente restaurada

pelo aquecimento acima de T=0,5Tf, quando

se formam novos grãos com baixa densidade

de discordâncias.


(b) Fase de recristalização

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1.7 Recozimento


- Os grãos crescem continuamente até que a

estrutura toda esteja RECRISTALIZADA.

- Normalmente, a microestrutura resultante é

equiaxial.

- Tal processo de recozimento envolve difusão, e

portanto é grandemente dependente da

temperatura e do tempo (Figura c).



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1.7 Recozimento




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1.7 Recozimento


- A temperatura de 0,5Tf é apenas uma referência

aproximada, pois mesmo pequenos teores de

elemento de liga podem retardar substancialmente

a formação de novos grãos, elevando a

temperatura de recristalização.

- Na prática, a temperatura de recristalização é

convencionalmente definida como aquela em que

o metal severamente encruado recristaliza

totalmente no espaço de uma hora.



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1.7 Recozimento


- A tabela abaixo apresenta as temperaturas de

recristalização para alguns metais e ligas de uso

comum.



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1.7 Recozimento


- Portanto, a recristalização consiste do processo

de difusão, com o surgimento de núcleos de

novos grãos; com o desaparecimento por

completo dos grãos deformados, começa a

ocorrer o crescimento dos grãos, uns à custa de

outros, que dependem da temperatura de

recozimento, da duração do ciclo e do grau de

deformação prévio.



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1.7 Recozimento



• Resumidamente, os principais fatores que afetam a

recristalização são:

1.uma quantidade mínima de deformação prévia: se o

trabalho a frio prévio é zero, não há energia de

ativação para a recristalização e ficam mantidos os

grão originais;

2.quanto maior a deformação prévia, menor será a

temperatura de recristalização;

3.quanto menor a temperatura, maior o tempo

necessário à recristalização;

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1.7 Recozimento



4. quanto maior a deformação prévia, menor será o

tamanho de grão resultante (pois será maior o

número de núcleos a partir dos quais crescerão os

novos grãos).

OBS: Uma estrutura de grãos grosseiros apresenta

propriedades mecânicas pobres, ao passo que um

tamanho de grão fino fornece ao material alta

resistência sem diminuir-lhe muito a ductilidade.

5. A adição de elementos de liga tendem a aumentar a

temperatura de recristalização - retardam a difusão.

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1.7 Recozimento



Efeitos do TF

prévio e da

temperatura de

recozimento

sobre o tamanho

de grão do

material recozido,

para um tempo

de recozimento

constante.

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1.7 Recozimento


- Há um grau de encruamento mínimo crítico

abaixo do qual não ocorre recristalização.

- Se o grau de encruamento é maior que o

mínimo, mas tem um valor pequeno, poucos

núcleos isentos de deformação se formarão

durante a recristalização, e o tamanho de grão

recristalizado será grande.


• Graus de deformação

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1.7 Recozimento


- Quanto maior o trabalho a frio (encruamento), mais

núcleos e menor o tamanho de grão. Então:

- Graus de deformação pequenos: o aquecimento não

produz recristalização.

- Graus de deformação da ordem de 3 a 15%: após o

recozimento, os grãos crescem bruscamente,

podendo superar o tamanho de grão original,

diminuindo fortemente a resistência do metal.



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1.7 Recozimento


- Nas aplicações industriais, o grau de encruamento é

expresso frequentemente como uma medida

convencional da deformação.

- Exemplo: a redução percentual da área transversal

da peça, r, onde Ao e Af são as áreas de seção

transversal antes e após a conformação,

respectivamente.

𝑟 = Τ𝐴𝑜 − 𝐴𝑓 𝐴𝑜



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1.7 Recozimento


- Na laminação a frio de uma chapa de espessura

inicial ho para a espessura final hf , a redução

pode ser obtida pela expressão abaixo, visto que a

sua largura praticamente não varia durante a

laminação.

𝑟 = Τℎ𝑜 − ℎ𝑓 ℎ𝑜



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1.7 Recozimento


- Os artigos trabalhados a frio usualmente

produzidos (como tiras, chapas e fios), agrupam-

se segundo classificações que dependem do grau

de encruamento, conforme mostrado na tabela

abaixo, para chapas de aço laminadas a frio.

- Cada estado (do inglês “temper”) indica uma

diferente percentagem de trabalho a frio após o

último recozimento.



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1.7 Recozimento


- A classificação varia conforme o metal, sendo

em geral

universidade federal do pará instituto de tecnologia...1.2 microestruturas dos aços metalografia e...

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