Tratamento de metais

7/30/2019 Tratamento de metais

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Tratamentos Trmicos

Mdulo de Tratamento de Metais(5799)

Montagem de Estruturas II

Pedro Carapinha

Novembro de 2012

Os tratamentos trmicos so um conjunto de operaes que tm por objetivo modificar aspropriedades dos aos e de outros materiais atravs de um conjunto de operaes queincluem o aquecimento e o resfriamento em condies controladas.


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Instituto de Emprego e Formao Profissional de voraTratamentos Trmicos

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ndice

Introduo____________________________________________ 3

Tratamentos Trmico de Materiais Ferrosos _________________ 4

Tratamentos Trmico de Materiais No-Ferrosos_____________ 10


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Introduo

O conhecimento das propriedades mecnicas dos materiais de enormeimportncia para questes de projetos. Em vrias situaes, determinadoscomponentes de mquinas, estruturas metlicas etc. encontram-semecanicamente solicitados, e a anlise dessas solicitaes permite a obteno

de condies de trabalho desejadas. Para que determinadas propriedades mecnicasde materiais sejam modificadas, necessrio fazer a anlise da microestrutura dosmesmos, a fim de que o procedimento para a obteno de determinadacaracterstica possa ser obtido. Dentre esses procedimentos, destacam-se ostratamentos trmicos realizados nos aos, pois estes conferem aos mesmosimportantes modificaes na microestrutura e, consequentemente, empropriedades mecnicas como dureza, resistncia ao desgaste, tenacidade etc.conforme a aplicao do ao num projeto.


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Tratamentos Trmicos de Materiais Ferrosos

As ligas ferrosas so os materiais compostos a base de ferro. Essas ligas soos aos e os ferros fundidos .Tanto os aos como os ferros fundidos tm como composio base o ferro ecarbono.Definem-se aos como sendo ligas compostas por ferro e teores de carbono deat 2% em peso. J os ferros fundidos, possuem teores acima de 2% em pesode carbono. Usualmente os teores de carbono so sempre inferiores a 2% nosaos e superiores a 2% nos ferros fundidos. A figura 1 mostra um diagramaFe-C, com algumas microestruturas caractersticas.

Figura 1. Diagrama Fe-C, com algumas microestruturas representativas deaos e ferros fundidos.


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Existem vrios tipos de aos. Dentre eles esto os:

1. Aos carbono (no possuem elementos de liga, alm do carbono).

2. Aos baixa liga (possuem elementos de liga para melhorar atemperabilidade ou propriedades mecnicas).3. Aos ferramenta (so aos que possuem elevados teores de elementos deliga, principalmente formadores de carbonetos e nitretos).4. Aos inoxidveis (apresentam elevados teores de elementos de liga, e asua principal propriedade a resistncia corroso. O principal elemento deliga dos aos inoxidveis o cromo. A resistncia corroso desses aos promovida pela formao de xidos de cromo na superfcie do metal. Essesxidos formam uma pelcula aderente e contnua, semelhante formada noalumnio).

A figura 2 mostra microestruturas caractersticas de aos para construomecnica (aos carbono e baixa liga). As regies escuras da figura 2correspondem a um composto chamado perlite e as regies clarascorrespondem a uma fase chamada ferrite. A ferrite tem estrutura cristalinaCCC e tem baixa solubilidade do carbono. J a perlite, composta de 2 fases(ferrite e cementite). A cementite um carboneto de ferro (Fe 3C), o qual umafase dura e frgil. A ferrite e cementite na perlite esto dispostas na forma delamelas, como mostra de maneira detalhada a figura 2 (c) eesquematicamente a figura 2 (d) .

(a) (b) (c) (d)

Figura 2. Microestruturas caractersticas de aos para construo mecnica.(a) ao mole, (b) ao1020, (c) ao 1080 (eutetide) e (d) ilustraoesquemtica de reao eutetide, formao da perlite.

A primeira diferenciao que se faz dos aos neste texto pela composioqumica. Os elementos de liga, bem como a quantidade de elementos de ligaadicionada, vo depender da aplicao do ao, isto , do requisito maisimportante a ser levado em conta no projeto. Este requisito pode ser mecnico,

econmico ou ligado ao ambiente (aos inoxidveis).


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A outra diferenciao que deve ser feita, quanto se pensa em aos, comrelao ao tratamento trmico realizado.

Uma fase tambm muito importante que se forma nos aos a martensite.Essa fase resulta da transformao da austenite, que no estvel natemperatura ambiente, durante o arrefecimento rpido dos aos. Cabe aquiuma observao, a maioria dos tratamentos trmicos realizados em aos parteda existncia de austenite. Austenite uma fase CFC, que est presente nosaos carbono acima de 723 o C (eutetide). Em anlise bastante simplificadadescreve-se que o arrefecimento lento a partir da austenite resulta em ferrita eperlite e o arrefecimento rpido a partir da austenite resulta em martensite.Essa fase no descrita no diagrama de equilbrio (diagrama de fases). Naverdade, existem produtos e resultados intermedirios. So necessrios outrostipos de diagrama para mostrar as transformaes fora da condio deequilbrio, que so os digramas de tempo-temperatura-transformao e dearrefecimento contnuo. Algumas formas de tratamentos trmicos, que podemser realizados nos aos, so apresentadas em curvas de arrefecimentocontnuo e tempo temperatura transformao (TTT) apresentadas na figura 3 .

Figura 3. Curvas de tempo-temperatura-transformao (TTT) e dearrefecimento contnuo.

Os tratamentos trmicos mais comumente realizados nos aos so:

Recozimento. Os tratamentos trmicos de recozimento podem objetivar adiminuio do encruamento e causar uma diminuio de dureza do materialmetlico. No caso especfico dos aos o recozimento tambm caracteriza-sepor um arrefcimento lento (algumas horas, dependendo do tamanho da pea) a

partir de uma temperatura onde exista 100% de austenite.


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Essa temperatura depender da composio do ao. O produto dessa reao a formao de ferrita e de perlite.Existe tambm uma outra forma de tratamento trmico de recozimento, que naverdade a chamada esferoidizao da perlite.Esse tratamento consiste em tratar termicamente o ao em uma temperaturaem torno da temperatura eutetide (723 oC) por vrias horas.

A tenso de resistncia de um material recozido (em kgf/mm 2) pode ser calculada de maneira aproximada pela seguinte relao

Normalizao. O tratamento trmico de normalizao realizado de formasemelhante ao tratamento trmico de recozimento. A normalizao caracteriza-se por um arrefecimento do ao feito ao ar a partir de uma temperatura onde

exista 100% de austenite, essa temperatura depender da composio do ao.O produto dessa reao a formao de ferrite e de perlite. As percentagensde ferrite e de perlite dependero da composio do ao.

Tmpera. A tmpera, ao contrrio do recozimento e da normalizao, objetivaa formao de uma fase chamada martensite, que dura e frgil. A tmperacaracteriza-se por um arrefcimento rpido (alguns segundos) a partir de umatemperatura onde exista 100% de austenite, essa temperatura depender dacomposio do ao. A tmpera habitualmente realizada utilizando gua,salmoura ou leo. Isso depender da composio do ao.

Revenimento. O revenimento um tratamento trmico realizado logo aps atmpera. Esse tratamento trmico causa alvio de tenses na pea temperada,que tem por consequncia uma diminuio de resistncia de mecnica etambm um aumento na ductilidade e na tenacidade. As temperaturas nasquais so realizados os tratamentos trmicos de revenimento esto sempreabaixo da temperatura crtica (temperatura onde se inicia a formao deaustenite). No entanto, existem algumas faixas de temperatura proibidas emfuno da fragilizao de alguns tipos de aos. Essas temperaturas esto emtorno de 300 oC e de 550 oC.

A tabela 1 a apresenta as durezas de aos recozidos, normalizados etemperados.


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Figura 5. Curvas de resfriamento contnuo, com diferentes taxas deresfriamento em um corpo de prova de ensaio Jominy

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Tratamentos Trmicos de Materiais No-Ferrosos

De um modo geral, os materiais no-ferrosos so bem descritos, em termos detransformaes de fase pelos diagramas de equilbrio. Podem no ser necessrios diagramas de arrefcimento contnuo, como no caso dos aos. Osmateriais no-ferrosos so utilizados tanto como metais, como na forma deligas. Por exemplo, o alumnio e o cobre. As ligas de materiais no-ferrososendurecveis por precipitao so bastante utilizadas em processos onde existenecessidade de conformao mecnica e/ou tratamentos trmicos. J as ligaseutticas so muito utilizadas em fundio. As ligas eutticas no apresentamem geral boa conformabilidade, mas apresentam baixo ponto de fuso, o que

facilita sua fundio.Os tratamentos trmicos realizados em materiais no-ferrosos so um poucodiferentes dos que so realizados nos aos. Elevadas taxas de arrefecimentono levam formao de uma fase dura e frgil, como a martensite no casodos aos, mas sim a um congelamento da microestrutura de elevadatemperatura. A explicao para isso est relacionada com a presena docarbono nos aos, que um elemento de liga intersticial e no substitucional. Aexceo nas ligas ferrosas est aos inoxidveis ferrticos e austenticos, nosquais so feitos tratamentos trmicos semelhantes aos dos materiais no-ferrosos. Os tratamentos trmicos que so realizados nos materiais noferrosos e nos aos inoxidveis so:

Solubilizao. Esse tratamento trmico visa a eliminao de precipitados nomaterial. Esse tratamento frequentemente realizado em aos inoxidveis,embora seja uma liga ferrosa. As temperaturas utilizadas nos tratamentostrmicos de solubilizao so elevadas e mais prximas do ponto de fuso dasligas, em regies onde existe apenas uma fase (digramas de equilbrio).

Envelhecimento. Esse tratamento visa o oposto da solubilizao. Otratamento trmico de envelhecimento (ou recozimento isotrmico) visa aformao de precipitados que aumentam resistncia do material. Essestratamentos so realizados em temperaturas onde o diagrama de equilbriomostra a presena de pelo menos duas fases. A figura 6 ilustra um ciclocompleto dos tratamentos trmicos de solubilizao e de envelhecimento.

Homogeneizao. Esse tratamento trmico visa homogeneizar a composioqumica do material. Esse tratamento comumente realizado em peasfundidas e seu tempo de durao bastante longo, podendo chegar a dias. Astemperaturas dos tratamentos trmicos de homogeneizao so prximas dastemperaturas utilizadas nos tratamentos trmicos de solubilizao.


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Recozimento. Os tratamentos trmicos de recozimento levam a diminuio doencruamento e causam uma diminuio de dureza do material metlico. Essetratamento tambm conhecido como alvio de tenses e visa eliminar tensesresiduais, causadas por diferentes motivos (soldagem, conformao mecnica)e comum aos materiais ferrosos e no-ferrosos.Para ilustrar melhor a sequncia de tratamentos trmicos dos materiais no-ferrosos so apresentadas designaes de tratamentos para o alumnio e suasligas: H1 = somente encruado; H2 = encruado e parcialmente recozido; T1 =trabalhado a quente + envelhecimento natural (temperatura ambiente); T2 =trabalhado a quente + encruamento + envelhecimento natural; T3 =solubilizado + encruamento + envelhecimento natural; T4 = solubilizado +envelhecimento natural; T5 = trabalhado a quente + envelhecimento artificial(forno); T6 = solubilizado + envelhecimento artificial; T7 = solubilizao +estabilizao (super envelhecimento); T8 = solubilizao + encruamento +envelhecimento artificial; T9 = solubilizao + envelhecimento artificialencruamento; T10 = trabalhado a quente + encruamento + envelhecimentoartificial.


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Figura 6. Ciclo completo dos tratamentos trmicos de solubilizao e deenvelhecimento.

A figura 7 ilustra microestruturas de materiais no ferrosos.

(a) (b)

Figura 7. (a) Cobre, laminado e recozido com impurezas. (b) Alumniolaminado e recozido com resduos de Fe. Mg, Si e Cu (precipitados FeAl 3,

AlFeSi, Mg 2 Al3 entre outros).

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