TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS

Transcrição

Tratamentos térmicos dos aços
1
TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS
Os tratamentos térmicos empregados em metais ou ligas metálicas, são
definidos como qualquer conjunto de operações de aquecimento e resfriamento, sob
condições controladas de temperatura, tempo, atmosfera e velocidade de
resfriamento, com o objetivo de alterar suas propriedades ou conferir-lhes
características pré-determinadas.
Os principais objetivos dos tratamentos térmicos dos aços envolvem:

Remoção de tensões residuais decorrentes de processos mecânicos de
conformação ou térmicos
Refino da microestrutura (diminuição do tamanho de grão)
Aumento ou diminuição de dureza
Aumento ou diminuição da resistência mecânica
Aumento da ductilidade
Melhoria da usinabilidade
Aumento da resistência ao desgaste
Melhoria da resistência a corrosão
Melhoria da resistência a fluência
Modificação de propriedades elétricas e magnéticas
Remoção de gases após operações de recobrimento por meio de processos
galvânicos (desidrogenação).
Tratamentos térmicos
Os tratamentos térmicos abordados no curso serão:
1234567-
Alívio de tensões
Recozimento
Normalização
Têmpera
Revenimento
Austêmpera
Martempêra
Marcelo F. Moreira / Susana M. G. Lebrão
2
FATORES QUE AFETAM OS TRATAMENTOS TÉRMICOS
Taxa de aquecimento
De maneira geral os tratamentos térmicos dos aços são realizados em temperaturas
dentro do campo austenítico, visando-se a completa austenização do aço.
As velocidades ou taxas de aquecimento máximas dependem da condutividade
térmica do aço, do tamanho e da forma do componente. Velocidades de
aquecimento muito elevadas podem causar distorções ou, até mesmo, trincas,
porém, em alguns casos, velocidades muito baixas de aquecimento pode causar
crescimento de grão (ex: aços fortemente encruados).
Normalmente, as taxas de aquecimento empregadas pela indústria são normalmente
determinadas pelos fornos de tratamento, ou seja, os componentes são aquecidos
com a taxa imposta pelo equipamento. Valores típicos em fornos de aquecimento
resistivo ficam entre 600 e 1200°C /h. Fornos de indução e fornos do tipo banho de
sal apresentam taxas mais elevadas. Nestes casos, são recomendados cuidados
adicionais no controle da potência dos fornos de indução ou a prática de préaquecimento das peças em fornos tipo banho de sal.
Tempo de permanência na temperatura de tratamento
O tempo de permanência na temperatura de tratamento é a soma do tempo para a
homogeneização da temperatura no componente e o tempo da transformação de
fase. Períodos superiores ao descrito, provocam o crescimento do tamanho de
grão. O tempo para a homogeneização de temperaturas é calculado por meio de
equações de regime de calor transiente (números de Biot e Fourier) e o tempo de
transformação em austenita é da ordem de alguns segundos. A literatura
normalmente descreve equações empíricas para a determinação do tempo de
permanência aplicada em aços de construção mecânica. A equação mais
conhecida é:
tp = 0,5 . eeq
onde:
tp - tempo de permanência em [h]
eeq- espessura equivalente em polegadas [pol]. Para fornos com duas fontes
de calor (duas baterias de resistências ou maçaricos em duas paredes) a
espessura equivalente é 0,5 da maior espessura do componente em
polegadas.
Ex. para um componente com espessura de 100mm (~4 polegadas), a espessura
equivalente (eeq) é 2 pol. e o tempo de permanência (tp) será de 1h.
Taxa de resfriamento
É o fator mais importante do ciclo térmico pois determina a microestrutura final
obtida no tratamento térmico.
Atmosfera do forno
A presença de oxigênio na atmosfera do forno provoca oxidação do ferro e a
descarbonetação da superfície do aço. Este efeito é deletério e começa a se
manifestar a partir de 500ºC. Em componentes sem o sobre-metal previsto ou no
estado acabado são empregados fornos com atmosferas inertes (á base de N2 ou Ar)
ou levemente redutoras (contendo H2 ou CO).
3
1-ALÍVIO DE TENSÕES
Objetivos:
Redução de tensões residuais provenientes dos processos de fabricação ou
adquiridas durante serviço. As tensões residuais mais comuns são:
Tensões residuais de soldagem
Tensões residuais de conformação mecânica (encruamento)
Tensões residuais de solidificação (componentes fundidos)
Tensões de usinagem (operações de torneamento, fresagem ou retificação)
Absorção de hidrogênio durante operações de recobrimento galvânico (fragilização
por hidrogênio)
Execução do tratamento:
O aquecimento é realizado em temperaturas abaixo do limite inferior da zona
crítica, sendo comuns temperaturas de até 600ºC. Em componentes temperados e
revenidos, o alívio de tensões é realizado em temperaturas abaixo da temperatura
empregada para o revenimento. O tempo de permanência varia de 1 até 100h e o
resfriamento é retirando-se o componente do forno e deixando este ao ar.

ALÍVIO DE TENSÕES NATURAL:
Atualmente é muito raro a prática do alívio de tensões natural. Foi muito
comum em fundições que dispunham de estoque de fundidos.
Consiste em deixar ás intempéries componentes fundidos durante meses ou até
anos. Estima-se que seja capaz de eliminar somente 10% a 20% das tensões
residuais.

DESIDROGENAÇÃO
A desidrogenação é um tratamento térmico de alívio de tensão aplicado após
operações de recobrimento galvânico visando a remoção de hidrogênio. É realizado
em estufa, em temperaturas da ordem de 150 a 250ºC imediatamente após o
processo de recobrimento. A maioria dos processos eletroquímicos apresentam
quantidades significativas de hidrogênio no estado iônico que difunde-se para o
interior do metal pela diferença de concentração de H. A difusão de hidrogênio
apresenta diversos efeitos deletérios, que incluem: geração de tensões internas,
fragilização e/ou a precipitação de hidretos.
4
2- RECOZIMENTO
Objetivos:
remover tensões decorrentes de tratamentos mecânicos a frio ou a quente
reduzir a dureza
aumentar a usinabilidade
facilitar o trabalho a frio
regularizar a textura bruta de fusão
eliminar os efeitos de quaisquer tratamentos térmicos ou mecânico anterior
Microestrutura obtida:
Perlita grossa (com dureza na faixa de 80 HRB a 20 HRC) + ferrita pró-eutetóide
para hipoeutetóides
Perlita grossa e cementita pró-eutetóide para aços hipereutetóides
Resfriamento: desliga-se o forno e deixa-se que o aço resfrie com a taxa de
resfriamento do forno
TIPOS DE RECOZIMENTO:
2.1- RECOZIMENTO PLENO
- aquecimento acima da zona crítica até a total austenitização seguido de
resfriamento lento dentro do forno (resfriamento contínuo com a taxa de
resfriamento do forno).
5
2.2- RECOZIMENTO ISOTÉRMICO OU CRÍTICO

•
Aquecimento até a total austenitização, seguido de resfriamento até a temperatura
de formação de perlita grossa. Permanência nesta temperatura até transformação
(isotérmica) total, seguida de resfriamento rápido até a temperatura ambiente
a microestrutura final é mais uniforme que no recozimento pleno, isto é não
apresenta variações entre a superfície e o núcleo.
ciclo de tratamento é mais rápido e econômico
2.3- RECOZIMENTO PARA ESFEROIDIZAÇÃO
A esferoidização tem como objetivo alterar a morfologia da cementita (Fe3C) de
lamelar para esferoidal. A microestrutura formada pelo recozimento para
esferoidização apresenta os valores máximos de ductilidade e usinabilidade e os
valores mínimos de resistência para um dado aço.
pode-se aquecer a uma temperatura logo acima da zona crítica seguido de
resfriamento lento;
aquecimento prolongado logo abaixo da zona crítica ou
aquecimento e resfriamento alternado acima e abaixo da zona crítica
Temperatura
723ºC
Tempo

6
Correlação entre as microestruturas obtidas pelos tratamentos de recozimento
pleno e recozimento para esferoidização com a dureza e usinabilidade do aço AISI
5160.
7
3- NORMALIZAÇÃO
Objetivos:
refino de grão e homogeneização de microestruturas de produtos conformados a
quente
melhoria da usinabilidade
refino microestrutural de estruturas brutas de fusão
Microestrutura obtida:
Perlita fina com dureza na faixa de 30 a 40 HRC + ferrita pró-eutetóide para aços
hipoeutetóides e,
Perlita fina e cementita pró-eutetóide para aços hipereutetóides
Resfriamento:
Normalmente o resfriamento é realizado de maneira contínua , retirando-se a peça do
forno e deixando-a resfriar ao ar.
Tempo