Tratamentos Térmicos nos Aços
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Tratamentos Térmicos nos Aços
Prof.KalilIT_139
Metal
“Uma substância química elementar opaca, lustrosa, boa condutora de calor e de eletricidade e boa refletora de luz,
quando conveniente polida” O metal mais empregado é ainda o
ferro Outros importantes: alumínio,
cobre, chumbo, zinco, estanho, níquel e magnésio.
Ocorrência dos Metais Alguns são encontrados no estado
nativo (quase puro): ouro e platina Na maioria das vezes, combinados
com outros elementos (minerais): hematita, calcita etc..
“Minério”: minerais que se podem extrair os metais (jazidas)
Estrutura Cristalina dos Metais
Os metais, ao se soli-dificarem, “cristalizam” (átomos em posições definidas e ordenadas)
Reticulado Cristalino formam as células unitárias
Grão – conjunto de células unitárias
Principais Reticulados Cristalinos
cúbico centrado(9 átomos): ferro alfa, cromo, etc …
cúbico de face cen-trada(14 átomos): ferro gama, alumínio, cobre, …
Hexagonal compacto: zinco, magnésio, …
Alotropia Propriedade que certos metais
apresen-tam de possuírem reticulados cristalinos diferentes.
Exemplo: Ferro alfa – CC à temperatura
ambiente Ferro gama – CFC à T > 912 oC Diamante e Grafite
Alotropia São alterações da estrutura cristalina
dependendo da faixa de temperatura em que se encontram os metais.
Ferro alfa, gama e beta são formas alotrópicas diferentes, no qual apresentam estruturas cristalinas e propriedades físicas diferentes, porém o número de átomos da mesma massa não varia
Alotropia A disposição alotrópica dos aços
(liga ferro-carbono) nos tratamentos térmicos, faz com que o ferro alfa solubiliza menor quantidades de carbono (até 0,02% C) e o ferro gama dissolve maiores percentuais (até 2,11%), isto altera as propriedades físicas dos aços para uma mesma composição química.
Ligas Metálicas“Substâncias que consistem em misturas
íntimas de dois ou mais elementos químicos, dos quais pelo menos um é
metal, e possuindo propriedades metálicas”
Elementos estranhos são intencional-mente adicionados a um metal, com a finalidade de melhorar as propriedades usuais ou obter certas propriedades específicas
Diagrama de equilíbrio Fe-CFe3C, Fe e grafita (carbono na forma lamelar)
Ligas de aços – 0 a 2,11 % de C
Ligas de Ferros Fundidos – acima de 2,11% a 6,7% de C
Ferro alfa – dissolve até 0,02% C
Ferro gama – dissolve ate 2,11 % C
Diagrama de equilíbrio Fe-C
Ponto S : eutetóide - Aço Ponto C: eutético – ferro
fundido Aço hipoeutetóide 0,008 -
0,77 C Aço hipereutetóide 0,77 -
2,11 Fe Fundido hipoeutético
2,11-4,3 Fe Fundido hipereutético >
4,3 Ferrita: ferro comercialmente
puro (C < 0,008%), pouco resistente, mole e dúctil – ferro alfa
Fe3C carboneto de ferro - 6,7% C (cementita)
Diagrama de equilíbrio Fe-CFe3C, Fe e grafita (carbono na forma lamelar)
Austenita: solução sólida de C no F gama . Boa resistência e apreciável tenacidade, não magnético
Cementita: Carbono na
forma Fe3C (carboneto de ferro, 6,7% de C). Muito duro, porém frágil. Finas laminas.
Ferrita: Ferro praticamente puro. Baixa dureza e resistência a tração, elevada dutilidade e resistente ao impacto (Ferro alfa).
Diagrama de equilíbrio Fe-C
Perlita: 88% ferrita (ferro alfa) + 12% cementita (Fe3C). Forma lamelar. Propriedades intermediárias
Depende da liga e do tempo de resfriamento
Exemplo de resfriamento lento de um aço a 0,35%(hipoeutetoide) e 1,4% de C (hipereutetóde).
Exemplo de um ferro fundido a 2,7% de C (hipoeutetoide)
Diagrama de equilíbrio Fe-C Em resumo, a austenita (Ferro gama) existente
acima da linha A1 pode se transformar em:ferrita + perlita (ferrita +cementita)somente perlitaperlita + cementitaLedeburita (glóbulos de perlita c/ fundo de
cementita) Isto ocorre se houver tempo suficiente para
permitir o equilíbrio Devido a isto os metais tem suas propriedades
modificadas
Representação dos aços abaixo da temperatura de transformação resfriado lentamente
Representação dos Ferro Fundido abaixo da temperatura de transformação resfriado lentamente
Branco – apresenta o carbono quase que inteiramente ligado – fratura branca
Cinzento – mais que 2% C – formação de arbono livre – grafita- fratura escura
Tratamentos Térmicos
Velocidades de aquecimento e principalmente resfriamento provoca alterações nas transformações alotrópicas (ferro gama –ferro alfa)
Altera propriedades mecânicas dos metais.
Tratamentos térmicos é o processo que eleva-se a temperatura até a sua transformação e controla-se a velocidade de seu resfriamento para obter características desejadas.
O diagrama chamada Curva TTT (tempo – temperatura – transformação) possibilita o controle das transformações.
Diagrama de equilíbrio Fe-Caço eutetóide- Tempo de resfriamento
Tempo de esfriamento lento:Austenita(Fe gama) perlita(Fe alfa + Fe3C)
Tempo de esfriamento mais rápido:Austenita martensita(solução sólida de ferro
alfa supersaturada de carbono, estrutura +dura e frágil dos aços) + perlita
Tempo de esfriamento rápido Austenita martensita
Curvas TTT
Diagrama de transformação isotérmica ou Curva TTT de um aço eutetóide e estruturas resultantes
Curvas TTT Utilizados para o estudo dos
tratamento térmicos
Tratamentos Térmicos Normais: quando ocorre
apenas mudança estrutural (têmpera, revenido, recozimento e normalização)
Termoquímicos: quando ocorre mudança na composição química (cementação e nitretação)
Recozimento Objetiva remover
tensões (devidas aos processos de fundição e conformação mecânica a quente ou a frio), diminuir a dureza, melhorar a ductilidade e ajustar o tamanho de grãos.
Resfriamento mais lento
Recozimento Trabalho de
deformação a frio => encruamento (deformação plástica)
Recristalização por recozimento - restaura a estrutura quando submetida a encruamento.
Recozimento Etapas:
Recuperação Recristalização (alívio de
tensões)
Aumento do tamanho do grão
Normalização Mesmos objetivos e
procedimentos do recozimento, porém com resfriamento menos lento => me-lhores propriedades mecânicas (estru-tura com granulação mais fina)
Têmpera Resfriamento
rápido objetivando o aumento da dureza (martensita), da resistência ao desgaste, da resis-tência a tração e diminuição da ductilidade
Revenido Aplicados nos
aços temperados, imediatamente após a têmpera
Objetivando corrigir o excesso de têmpera
Cementação Enriquecimento
superficial de carbono, em aços de baixo carbono
Peça deve ser posteriormente temperada
A profundidade de cementação depen-de da temperatura, do tempo à tempe-ratura e da concen-tração de carbono.
Nitretação O endurecimento superficial é
obtido pela ação do nitrogênio Não há necessidade de têmpera
A Figura mostra a microestrutura visualizada no microscópio. As áreas brancas são de ferrita e as áreas escuras são de perlita, cuja estrutura lamelar não é evidenciada por se tratar de ampliação relativamente pequena.
Aço ABNT 1045 – Aspecto micrográfico de um aço hipoeutetóide. Ampliação: 400 vezes
A Figura mostra o aspecto micrográfico do aço hipoeutetóide temperado. As partes mais escuras são os veios da martensita em forma de agulha.
Aço ABNT 1045 – Têmpera
Figura mostra o aspecto micrográfico do aço hipoeutetóide temperado e revenido a 300ºC
Aço ABNT 1045 – Revenido a 300° C
Aço ABNT 1045 – Revenido a 300, 450, 600 e 700 °C
Materiais de construção de máquinas Ensaio de tração e tratamentos térmicos
Tensão
Temperado
Revenido
Recozido
Deformação
Bibliografia Transparências montadas com base no livro: Tecnologia Mecânica, Vol. 1, 2 e 3. Vicente
Chiaverini. McGraw-Hill. 1977. Favorato, B. et al., Ensaios de tratamentos
térmicos em amostras de aço ABNT 1045, Revista Educação e Tecnologia, 2006