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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E
TECNOLOGIA DA BAHIA – CAMPUS JEQUIÉ.
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MEC
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II
TECNOLOGIA MECÂNICA I
Docente: Thiago Luis Costa Cavalcanti Novaes. Curso: Eletromecânica. Módulo: I (2012.1).
BIBLIOGRAFIA
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1M
ECÂ
NIC
A II
Chiaverini, V. –Tecnologia mecânica – Processos de fabricação e tratamento. Vol. II; Chiaverini, V. –Tecnologia mecânica – Materiais de construção mecânica. Vol. III;
Produção do ferro: matérias-primas da
siderúrgica
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II
Matérias-primas
Metalúrgica Siderúrgica
Produção do ferro: matérias-primas da
siderúrgica
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II Siderúrgica
Produção do ferro: matérias-primas da
siderúrgica
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II Siderúrgica
Produção do ferro: matérias-primas da
siderúrgica
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II Metalúrgica
Produção do ferro: matérias-primas da
siderúrgica
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Calcário
Minério de
ferro Carvão
Ferro gusa
Produção do ferro: matérias-primas da
siderúrgica
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II
Minério de ferro
Matéria-prima essencial; Magnetita (Fe3O4) – Contém 72,4% Fe; Hematita (Fe2O3 ) – Contém 69,9% Fe.
Carvão
Coque ou de madeira; Fornecedor de calor para a combustão; Coque – Produto resultante do aquecimento a altas temperaturas do carvão mineral (coqueificação).; Produto mais resistente que o carvão mineral.
Produção do ferro: matérias-primas da
siderúrgica
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II
Minério de ferro
Matéria-prima essencial; Magnetita (Fe3O4) – Contém 72,4% Fe; Hematita (Fe2O3 ) – Contém 69,9% Fe.
Carvão
Carvão mineral – Resultante da decomposição de material vegetal com o passar do tempo, submetido à umidade a altas temperaturas e
pressão.
Produção do ferro: matérias-primas da
siderúrgica
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II
Minério de ferro
Matéria-prima essencial; Magnetita (Fe3O4) – Contém 72,4% Fe; Hematita (Fe2O3 ) – Contém 69,9% Fe.
Carvão Carvão vegetal – Resultante da pirólise (queima) da
madeira.
Produção do ferro: matérias-primas da
siderúrgica
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II
Fundente
Combinar-se com as impurezas do minério (ganga) e com as cinzas do carvão, para formar a ESCÓRIA; Principal fundente – Calcário (CaCO3)
Produção do ferro gusa: alto-forno
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Produção do ferro gusa: alto-forno
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II
Cadinho: parte do alto-forno onde se acumulam o metal fundido e a escória. Possui forma cilíndrica e é composto por chapa aço com revestimento interno de material refratário. Possui sistema de arrefecimento. Diâmetro: 10m e altura: 4m. Rampa: formato tronco-cônico. Corresponde à zona mais quente. Presença de sistema de arrefecimento. Diâmetro: 10,5m desde o cadinho e altura: 4m. Cuba: formato tronco-cônico. Possui seção menor voltada para cima. Altura: 25m.
Partes principais do alto-forno:
Altura total do alto-forno: cadinho + rampa + cuba + fundo do cadinho ao piso =
40m
Produção do ferro gusa: alto-forno
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II
Sistema de carregamento: copo-cone
Produção do ferro gusa: alto-forno
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I
Produtos do alto-forno
Ferro Gusa: liga Fe-C de alto teor de carbono e teores variáveis de silício, manganês, fósforo e enxofre, decorrentes das matérias-primas do alto-forno.
Fabricação do aço
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II Matérias-
primas Ferro gusa
Aço
Aço: liga Fe-C que apresenta teor de carbono variando entre 0,008% e 2,11%. Resultante do processo de oxidação do ferro gusa.
Oxidação
Utilização de agentes oxidantes. Podem ser de natureza gasosa (ar e oxigênio) ou de natureza sólida (minérios na forma de óxidos).
Fabricação do aço
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II
Processos de produção do aço
Processos pneumáticos – Agente oxidante é o ar ou
oxigênio.
Processo Siemens-Martin – Agentes oxidantes são sólidos
contendo óxidos.
Fabricação do aço
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II
Processos pneumáticos: o princípio básico de qualquer processo pneumáticos é a injeção de ar ou oxigênio, pelo fundo, pela lateral ou pelo topo (lança).
Fabricação do aço
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II
Processos pneumáticos: •Conversor Bessemer; •Mais utilizado; •Inventado em 1847; •Carcaça cilíndrica; •Equipamento suspenso por eixo; •Sofre rotação; •Fundo destacável contendo ventaneiras; •Ar ou oxigênio injetado sob pressão pelo fundo; •Ferro gusa líquido vindo do alto-forno.
Fabricação do aço
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II Operação do conversor
Bessemer: O equipamento é levado à posição horizontal (1). Carrega-se imediatamente com gusa líquido. O metal fica acumulado no ventre do conversor, sem entrar em contato com as ventaneiras . Inicia-se a entrada de ar, ao mesmo tempo em o equipamento é colocado paulatinamente na posição vertical (2). Permanece nessa posição até a completa oxidação. Depois é o material (aço) é vazado (3).
1 2 3
Fabricação do aço
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II Operação do conversor
Bessemer:
Fabricação do aço
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II
Operação do conversor de sopro lateral:
•Conversor de pequena capacidade (2,5t); •Ar introduzido pela lateral, acima da superfície do ferro gusa; •Final da operação – Diminuição da chama.
Fabricação do aço
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II
Operação do conversor pelo topo:
•Processo mais famoso é o L-D (Linz-Donawitz) ou BOP (Basic Oxigen Process); •Introdução de oxigênio através de uma lança metálica •Lança a uma distância de 0,30m a 1,00m do gusa; •Forno colocado na posição horizontal para carregamento; •Na posição vertical, o oxigênio é introduzido;
Fabricação do aço
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II
Processo Siemens-Martin: o princípio básico desse processo é a utilização de substâncias sólidas contendo óxidos.
Processo Siemens-Martin: •Consiste em aquecer-se o ferro gusa ou sucata em um forno de sola; •Fase de refino ocorre semelhante ao processo pneumático (oxidação de elementos); •Presença de óxido de ferro; •Adição de minério de ferro (agente oxidante); •Podem superar 200t de carga;
Fabricação do aço
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II
Processo Siemens-Martin: o princípio básico desse processo é a utilização de substâncias sólidas contendo óxidos.
Operação dos fornos Siemens-Martin:
•São divididas em três etapas: •1) Carregamento e fusão da carga (3h); •2) Período de trabalho ou refino; •3) Acabamento da corrida; •Dura aproximadamente 10h (200t); •Cargas variadas: somente gusa, gusa e sucata, gusa sólido e minério de ferro, sucata; •Normalmente carrega-se primeiro alguma sucata no fundo, calcário e minério de ferro; •Quando a carga sólida está parcialmente fundida, adiciona-se o gusa líquido; •Após a adição de gusa líquido, iniciam-se as reações químicas de oxidação, pela adição de óxidos de ferro; •Aços resultantes com percentual de “C” de 0,2 % a 1,0%;
Diagrama de equilíbrio Fe-C
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II
DEFINIÇÕES
Diagrama de equilíbrio Fe-C
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II
DEFINIÇÕES
Diagrama de equilíbrio Fe-C
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II
Estudar o diagrama Fe-C vem da necessidade de melhor compreensão das propriedades dos materiais e dos tratamentos térmicos a que são submetidos.
Diagrama de equilíbrio Fe-C
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II
Diagrama de equilíbrio Fe-C
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II
Ponto
eutetóide
Ponto
eutético
Diagrama de equilíbrio Fe-C
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II
Aços
Ferros fundidos
Diagrama de equilíbrio Fe-C
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Diagrama de equilíbrio Fe-C
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Diagrama de equilíbrio Fe-C
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II
As linhas que marcam o início e fim das transformações são chamadas
linhas de transformação e elas limitam as zonas críticas.
Diagrama de equilíbrio Fe-C
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Diagrama de equilíbrio Fe-C
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Diagrama de equilíbrio Fe-C
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II
Representação esquemática das estruturas das ligas Fe-C, na faixa correspondente aos aços,
resfriados lentamente, conforme o diagrama de equilíbrio Fe-C.
Diagrama de equilíbrio Fe-C
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Diagrama de equilíbrio Fe-C
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Diagrama de equilíbrio Fe-C
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Diagrama de equilíbrio Fe-C
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Diagrama de equilíbrio Fe-C
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Diagrama de equilíbrio Fe-C
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Diagrama de equilíbrio Fe-C
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II Estrutura Cristalina – CCC – Cúbica de Corpo Centrado
Diagrama de equilíbrio Fe-C
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II Estrutura Cristalina – CFC – Cúbica de Face Centrada
Diagrama Transformação-Tempo-Temperatura
(TTT)
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II Velocidade de resfriamento
Influencia na transformação da austenita
Aumentando-se a velocidade de resfriamento, ocorrerá um afastamento das
condições de equilíbrio e as reações de transformação tendem a modificar-se.
Ou seja, o reticulado cristalino (ferro gama e ferro alfa) depende da
movimentação atômica. Como esta não se completa, os constituintes normais
resultantes da transformação da austenita deixam de forma-se ou podem
surgir novos constituintes estruturais.
Diagrama Transformação-Tempo-Temperatura
(TTT)
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II
Diagrama de transformação isotérmica ou curva C ou TTT.
EXPERIMENTO (AÇO EUTETÓIDE):
* Uma série de corpos de prova de pequenas dimensões é aquecida na faixa
austenítica;
* Um certo número é mergulhado num banho de chumbo fundido, mantido a
680°C e aí permanece durante tempos diferentes para cada um (10, 100, 200,
500s,...);
* Como visto, a austenita permanece estável durante um certo tempo, ou seja,
decorrido esse tempo ela começa a transformar-se, e passado um tempo
maior, ela termina de se formar;
* Repete-se a experiência mergulhando os corpos de prova em banhos de
chumbo fundido para temperaturas cada vez menores e, para cada nível de
temperatura, observa-se o início e o fim da transformação.
Diagrama Transformação-Tempo-Temperatura
(TTT)
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II
Diagrama Transformação-Tempo-Temperatura
(TTT)
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II
Diagrama Transformação-Tempo-Temperatura
(TTT)
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Diagrama Transformação-Tempo-Temperatura
(TTT)
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II
Bainita
Diagrama Transformação-Tempo-Temperatura
(TTT)
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Diagrama Transformação-Tempo-Temperatura
(TTT)
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II
Martensita
Diagrama Transformação-Tempo-Temperatura
(TTT)
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II
Diagrama Transformação-Tempo-Temperatura
(TTT)
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II
a) b) c)
Diagrama Transformação-Tempo-Temperatura
(TTT)
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II a)
Resfriamento em água – As camadas superficiais
atingem as linhas de formação da martensita, sem
tocarem as curvas de transformação da austenita.
O centro sofre transformação parcial da austenita
em perlita fina.
Diagrama Transformação-Tempo-Temperatura
(TTT)
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II b)
Resfriamento em óleo – Menos drástico do que a
água. Tanto o centro como a superfície cortam as
curvas de transformação. A superfície sofre
transformação parcial (curva de esfriamento só
corta o início da transformação.O centro sofre
transformação total da perlita fina. A parte não
transformada da austenita resultará em uma
estrutura martensítica (mais abaixo das curvas)
Diagrama Transformação-Tempo-Temperatura
(TTT)
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II c)
Resfriamento ao ar – Toda a seção da peça sofre
transformação da austenita.
Diagrama Transformação-Tempo-Temperatura
(TTT)
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II Temperabilidade ou Endurecibilidade:.
Capacidade do aço endurecer ou profundidade de endurecimento
Método Jominy ou Ensaio do Resfriamento da Extremidade
Diagrama Transformação-Tempo-Temperatura
(TTT)
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II
Método Jominy ou Ensaio do Resfriamento da Extremidade
Diagrama Transformação-Tempo-Temperatura
(TTT)
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II
Método Jominy ou Ensaio do Resfriamento da Extremidade
TRATAMENTOS TÉRMICOS E TERMOQUÍMICOS
DAS LIGAS Fe-C
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II
Submeter os materiais metálicos ou as peças a tratamentos
térmicos ou termoquímicos
Tratamentos térmicos
/Isotérmicos - Modificar
as propriedades
mecânicas das ligas Fe-
C ou aliviar tensões e
restabelecer a estrutura
cristalina normal.
Tratamentos
termoquímicos -
Endurecimento
superficial através da
alteração da
composição química da
camada superficial do
material (até uma certa
profundidade.
TRATAMENTOS TÉRMICOS E TERMOQUÍMICOS
DAS LIGAS Fe-C
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II
Tratamentos térmicos/
Isotérmicos - Modificar
as propriedades
mecânicas das ligas Fe-
C ou aliviar tensões e
restabelecer a estrutura
cristalina normal.
Temperatura de
aquecimento
Tempo de permanência
Velocidade de resfriamento
TRATAMENTOS TÉRMICOS E TERMOQUÍMICOS
DAS LIGAS Fe-C
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ICA
II
Tratamentos térmicos/
Isotérmicos - Modificar
as propriedades
mecânicas das ligas Fe-
C ou aliviar tensões e
restabelecer a estrutura
cristalina normal.
Recozimento
Normalização
Têmpera
Coalescimento
Têmpera superficial
Austêmpera
Martêmpera
Tratamentos Isotérmicos
TRATAMENTOS TÉRMICOS E TERMOQUÍMICOS
DAS LIGAS Fe-C
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ICA
II Recozimento
PROCEDIMENTOS
•Remover tensões devidas a tratamentos mecânicos;
•Diminuir dureza;
•Aumentar a ductilidade;
•Eliminar o efeito de qualquer tratamento térmico ou mecânico
anterior.
OBJETIVOS
TRATAMENTOS TÉRMICOS E TERMOQUÍMICOS
DAS LIGAS Fe-C
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ICA
II Recozimento
Identificação dos
parâmetros do
tratamento
TRATAMENTOS TÉRMICOS E TERMOQUÍMICOS
DAS LIGAS Fe-C
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ICA
II Recozimento
A estrutura
resultante no
recozimento é a
normal.
TRATAMENTOS TÉRMICOS E TERMOQUÍMICOS
DAS LIGAS Fe-C
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ICA
II Normalização
PROCEDIMENTOS
•Remover tensões devidas a tratamentos mecânicos;
•Diminuir dureza;
•Aumentar a ductilidade;
•Eliminar o efeito de qualquer tratamento térmico ou mecânico
anterior;
•Resfriamento ao ar;
•Obtenção de uma granulação mais fina.
OBJETIVOS
TRATAMENTOS TÉRMICOS E TERMOQUÍMICOS
DAS LIGAS Fe-C
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II Normalização
•A estrutura resultante
na normalização é a
normal;
•A NORMALIZAÇÃO é
utilizada como
tratamento preliminar à
TÊMPERA e REVENIDO.
TRATAMENTOS TÉRMICOS E TERMOQUÍMICOS
DAS LIGAS Fe-C
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ICA
II Têmpera
PROCEDIMENTOS
•Obter estrutura MARTENSÍTICA. OBJETIVOS
TRATAMENTOS TÉRMICOS E TERMOQUÍMICOS
DAS LIGAS Fe-C
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ICA
II Têmpera
•A estrutura
resultante na
têmpera é a
martensíta (RC 65 a
67).
TRATAMENTOS TÉRMICOS E TERMOQUÍMICOS
DAS LIGAS Fe-C
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ICA
II Revenido
PROCEDIMENTOS
•Corrigir excessos da têmpera;
•Aliviar ou eliminar totalmente as tensões e corrigir a excessiva
dureza e consequente fragilidade, melhorando a ductilidade e
resistência ao choque.
•Resfriamento ao ar.
OBJETIVOS
TRATAMENTOS TÉRMICOS E TERMOQUÍMICOS
DAS LIGAS Fe-C
IFB
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ICA
II Revenido
PROCEDIMENTOS
TRATAMENTOS TÉRMICOS E TERMOQUÍMICOS
DAS LIGAS Fe-C
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II Revenido
TRATAMENTOS TÉRMICOS E TERMOQUÍMICOS
DAS LIGAS Fe-C
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II Têmpera Superficial
Compreende dois processos: têmpera por chama e têmpera
por indução. PROCEDIMENTOS
•Produzir endurecimento superficial;
•Obtenção da martensita apenas na camada superficial;
•Aplicado em peças que, pela sua forma e dimensões, são
impossíveis de temperar inteiramente, ou quando se deseja
alta dureza e alta resistência mecânica ao desgaste
superficial, aliadas a boa ductilidade e tenacidade do núcleo
das peças.
OBJETIVOS
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II Têmpera Superficial
– Por chama
PROCEDIMENTOS
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II Têmpera Superficial
– Por indução
PROCEDIMENTOS
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II Austêmpera
Aquecimento acima do limite superior da linha A1 seguido
de um resfriamento rápido até o nível de temperaturas
correspondente à formação da bainita. O aço é mantido a
essa temperatura (260°C – 440°C) para que a austenita se
transformar em bainita. Seguido de um resfriamento lento.
PROCEDIMENTOS
•Obtenção da bainita. OBJETIVOS
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II Austêmpera
•A estrutura resultante
na austêmpera é a
bainita .
•A bainita, de modo
geral, substitui a
estrutura martensítica
revenida.
•Vantagens da bainita:
menores tensões
(reduzir
empenamentos).
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II Martêmpera
Aquecimento acima do limite superior da linha A1 (mais ou
menos 50°C) para os aços hipoeutetóides e acima do limite
inferior da linha Acm para os aços hipereutetóides seguido
de um resfriamento rápido. Entretanto, há uma diferença. Ao
atingir, no resfriamento, a linha Mi (início de formação da
matensita), o resfriamento é retardado (formação mais lenta
da martensita). O meio de resfriamento – óleo quente ou sal
fundido – deve ser mantido a uma temperatura
correspondente a Mi. O material ou peça é mantido nessa
temperatura para uniformizá-la. Em seguida realiza-se o
revenido, como na têmpera comum.
PROCEDIMENTOS
•Obtenção da martensita. OBJETIVOS
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II Martêmpera
•A estrutura resultante
na martêmpera é a
martensita.
•Vantagens: menores
tensões (reduzir
empenamentos).
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II
Tratamentos térmicos/
Isotérmicos - Modificar
as propriedades
mecânicas das ligas Fe-
C ou aliviar tensões e
restabelecer a estrutura
cristalina normal.
Cementação
Cementação sólida ou
em caixa
Tratamentos
termoquímicos -
Endurecimento
superficial através da
alteração da
composição química da
camada superficial do
material (até uma certa
profundidade.
Cementação gasosa
Cementação líquida
Cementação sob
vácuo
Nitretação
Nitretação líquida
ou em banho de sal
Nitretação a gás
Carbo-nitretação
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II Cementação
Aquecimento acima da zona crítica (900°C – 950°C) para que
a austenita dissolva o carbono. A profundidade de
cementação depende da temperatura, tempo à temperatura e
da concentração de carbono.
PROCEDIMENTOS
•Introdução de carbono na superfície de aços, de modo que
o teor superficial desse elemento atinja valores em torno de
1%, a uma profundidade determinada. OBJETIVOS
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II Martêmpera
•Deve-se procurar obter
uma distribuição de
carbono, da superfície
para o interior, gradual.
Cementação
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II Cementação sólida
ou em caixa
A substância fornecedora de carbono é sólida. As misturas
mais usadas incluem carvão de madeira aglomerado com 5 a
20% por meio de óleo comum, com uma substância
ativadora (carbonato de sódio ou carbonato de cálcio,...). As
peças são colocadas em caixas metálicas envoltas com a
mistura carburizante.
PROCEDIMENTOS
•Introdução de carbono na superfície de aços, de modo que
o teor superficial desse elemento atinja valores em torno de
1%, a uma profundidade determinada. A profundidade de
penetração do carbono pode atingir 2 mm ou mais. No
entanto, não se deve forçar uma camada cementada além de
0,6 mm a 0,7 mm.
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II Cementação
gasosa
A substância fornecedora de carbono é uma atmosfera
gasosa, como CO, gases derivados de hidrocarbonetos (gás
natural). O processo é mais limpo que o anterior. No entanto,
requer a instalação de equipamentos mais complexos.
PROCEDIMENTOS
•Introdução de carbono na superfície de aços, de modo que
o teor superficial desse elemento atinja valores em torno de
1%, a uma profundidade determinada. OBJETIVOS
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II Cementação líquida
A substância fornecedora de carbono é uma um sal fundido
cuja composição é variável. Operação rápida e limpa.
Permite maiores profundidades de cementação. Fornos com
sistema de exaustão devido ao perigo dos cianetos a altas
temperaturas.
PROCEDIMENTOS
•Introdução de carbono na superfície de aços, de modo que
o teor superficial desse elemento atinja valores em torno de
1%, a uma profundidade determinada.
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II Martêmpera Cementação líquida
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II Cementação sob
vácuo
As peças são introduzidas no forno, onde se processa o
vácuo. Em seguida, a temperatura é elevada na faixa de
925°C a 1.040°C. Introduz-se um fluxo controlado de
hidrocarbonetos gasosos em quantidade que depende da
carga, da área das peças e do teor de carbono desejado. O
gás ao entrar em contato com a superfície do aço,
desprende vapor de carbono que é depositando uma
camada muito fina de carbono na superfície do material.
PROCEDIMENTOS
•Introdução de carbono na superfície de aços, de modo que
o teor superficial desse elemento atinja valores em torno de
1%, a uma profundidade determinada.
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II Nitretação
Nesse processo a substância utilizada é o nitrogênio. O
processo permite obter alta dureza superficial, elevada
resistência ao desgaste, melhorar a resistência à fadiga, à
corrosão e ao calor. A faixa de temperatura é gira em torno
de 500° a 560°C. Antes da nitretação, geralmente, as peças
sofrem têmpera e revenido. Após a nitretação qualquer
correção dimensional só pode ser realizada através da
retificação.
PROCEDIMENTOS
•Introdução de carbono na superfície de aços, de modo que
o teor superficial desse elemento atinja valores em torno de
1%, a uma profundidade determinada.
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II Carbo-nitretação
Meio contém uma atmosfera gasosa contendo carbono e
nitrogênio ao mesmo tempo. A temperatura varia em torno
de 700°C a 900°C. PROCEDIMENTOS
•Introdução de carbono na superfície de aços, de modo que
o teor superficial desse elemento atinja valores em torno de
1%, a uma profundidade determinada.
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