Têmpera

A têmpera tem como objetivo a obtenção de uma estrutura martensítica que promove um aumento da dureza, aumento da resistência à tração, redução da tenacidade. A tempera gera tensões que devem ser retiradas posteriormente com a realização do tratamento de revenido.

Porque a martensita é tão dura ?

 O carbono dissolve-se prontamente na austenita, porém é praticamente inssolúvel na ferrita. Quando a austenita é resfriada a uma temperatura em que não é mais estável, o ferro gama (austenita) transforma-se em ferro alfa (ferrita) e o carbono é expulso da solução sólida, formando Fe3C.

 Quando se aumenta a velocidade de esfriamento da austenita, pode-se chegar a uma velocidade tal que não permite a expulsãodo carbonopara formar Fe3C, tem se então uma solução sólida supersaturada de carbono no ferro alfa, constituindo a martensita, cuja dureza elevada deve ser atribuída à distorção de reticulado cúbico causado pela supersaturação, adureza máxima obtida depende do teor de carbono.

A têmpera deve ser realizada a uma temperatura superior à linha crítica A1 (deve-se evitar o superaquecimento, pois formaria martensita acicular muito grosseira de elevada fragilidade. O resfriamento deve ser rápido de maneira a formar a martensita, os meios de refriamento variam em função da composição do aço e da espessura da peça.

Normalização

 A normalização tem como objetivo o refino da granulação grosseira de peças feitas de aços fundidos, a normalização é utilizada como processo preliminar à têmpera e ao revenido. 
 A normalização produz uma estrutura mais uniforme, facilita a solução de carbonetos, melhora a uniformidade da microestrutura.
 A temperatura de normalização para um aço hipoeutetóide de estar acima da linha A3; para um aço hipereutetóide deve estar acima da linha Acm, o resfriamento deve ser calmo ou forçado ao ar.
 Os constituintes estruturais resultantes são:
►Aços hipoeutetóides: ferrita + perlita fina
►Aço eutetóide: perlita fina
►Aço hipereutetóide: cementita + perlita fina

 Em relação ao recozimento a microestrutura obtida com a normalização é mais fina, apresenta menor quantidade e melhor distribuição de carbonetos..........





 

Esferoidização ou Coalescimento

 A esferoidização (ou coalescimento) tem como objetivo tem como objetivo a produção de uma estrutura globular ou esferoidal de carbonetos nos aços.
 Este tratamento térmico tem como objetivo melhorar a usinabilidade especialmente dos aços alto carbono, facilita a deformação à quente.
 Existem outras maneiras de se produzir esferoidização  nos aços, são elas:

►Aquecer o material por tempo prolongado a uma temperatura logo abaixo da linha inferior da zona crítica;
►Aquecer e resfriar o material alternadamente entre as temperaturasque estão logo acima e logo abaixo da linha inferior de transformação.

Recozimento

O tratamento térmico de recozimento tem como objetivo:
- Remoção de tensões internas devido aos tratamentos mecânicos;
- Diminuir a dureza para melhorara a usinabilidade;
- Altera as propriedades mecânicas como a resistência e a ductilidade;
- ajustar o tamanho de grão;
- Melhorar as propriedades elétricas e magnéticas;
- Produzir uma microestrutura dfinida.

Tipos de recozimento

► Recozimento para alívio de tensões (utilizado em qualquer liga metálica)
► Recozimento para recristalização (utilizado em qualquer liga metálica)
► Recozimento para homogeneização (utilizado em peças fundidaas)
► Recozimento total ou pleno (utilizado nos aços)
► Recozimento isotérmico ou cíclico (utilizado em aços)

► Recozimento para alívio de tensões
 O objetivo do recozimento paa alívio de tensões é de remover tensões internas que são originadas de processos como tratamentos mecânicos, soldagem, corte e etc. Na temperatura de recozimento não podem ocorrer transformações de fase, deve-se evitar muito altas devido ao risco de distroções.

► Recozimento para recristalização
 O objetivo do recozimento para recristalização e o de eliminar o encruamento gerado pela deformação à frio, na temperatura de recozimento não podem occorrer transformações de fase, o resfriamento deve ser lento ao ar ou ao forno.

► Recozimento para homogeneização
 O objetivo do recozimento para homogeneização é o de melhorar a homogeneidade da microestrutura de peças fundidas, na temperatura de homogeneização não devem ocorrer transformações de fase e o resfriamento dve ser lento ao ar ou ao forno.

► Recozimento total ou pleno
  O objetivo do recozimento total ou pleno e o de obter dureza e estrutura controlada para os aços.
 A temperatura de recozimento de um aço hipoeutetóide de ser de 50°C acima da linha A3, já a temperatura de recozimento de um aço hipereutetóide deve estar entre as linhas Acm e A1, o resfriamento deve ser lento e realizado dentro do forno.

 Os aços após terem passado por um recozimento total ou pleno têm como constituintes resultantes as seguintes fases:
Aço hipoeutetóide ► ferrita + perlita grosseira
Aço eutetóide ► perlita grosseira
Aço hipereutetóide ► cementita + perlita grosseira


 A perlita grosseira é ideal para melhorar a usinabilidade dos aços baixo e médio carbono, para melhorar a usinabilidade dos aços alto carbono recomenda-se a esferoidização.

► Recozimento isotérmico ou cíclico
 A diferença entre o recozimento isotérmico e o recozimento pleno etsá no resfriamento que é bem mais rápido tornando o recozimento isotérmico mais prático e mais barato. Permite que se obtenha uma estrutura final mais homogênea. Este tipo de recozimento não é aplicável para peças de grande volume porque é difícil de baixar a temperatura do núcleo da mesma, esse tratamento é geralmente realizado em banho de sais.

Tratamentos térmicos

Finalidade
 A finalidade dos tratamentos térmicos é a de alterar as microestruturas e como consequencia alterar as propriedades mecânicas das liags metálicas.
Objetivos
Os tratamentos térmicos têm como objetivo:
>Remoção de tensões internas;
>Aumento ou diminuição da dureza;
>Aumento da resistência mecânica;
>Melhora da ductilidade;
>Melhora da usinabilidade;
>Melhora da resistência ao desgaste;
>Melhora da resistÊncia à corrosão:
>Melhora da resistência ao calor;
>Melhora das propriedades elétricas e magnéticas. 

FATORES QUE INFLUENCIAM NOS TRATAMENTOS TÉRMICOS  
>Temperatura;
>Tempo;
>Velocidade de resfriamento;
>Atmosfera.

Tempo
 O tempo de tratamento térmico depende muito das dimensões da peça e da microesrutura desejada, quanto maior o tempo maior será a segurança de termos atingido a completa dissoluçãodas fases para posterior transformação, maior será o tamanho de grão, tempos longos facilitam a oxidação. 
Temperatura 
 A temperatura de tratamaneto térmico depende do tipo de material e da transformação de fase ou microestrutura desejada. Quando mais alta a temperatura, acima da zona crítica, maior segurança se tem da completa dissolução das fases na austenita, por outro lado maior será o tamanho de grão.
Velocidade de resfriamento
 A  velocidade de resfriamento depende do tipo de material, da transformação de fase ou da microestrutura desejada.
É o fator mais inportante, pois é ele quem determina a microestrutura, além da composição química do material.

Principais meios de resfriamento:
#Ambiente do forno (+ brando);
#Ar;
#Banho de sais ou metal fundido (+ comum é o banho de Chumbo Pb)
#Óleo;
#Água;
#Solições aquosas de NaOh, Na2CO3 ou NaCl (+ severos).

Curvas de resfriamento

 

Principais tratamentos térmicos

Os principasi tratamentos térmicos são os seguintes:

>Recozimento

      >Recozimento para alívio de tensões;

      >Recozimento para recristalização;

      >Recozimento para homogeneização;

      >Recozimento total ou pleno;

      >Recozimento Isotérmico. 

>Normalização 

>Têmpra e revenido

>Esferoidização ou coalescimento

> Solubilização e envelhecimento

 

Ensaio Jominy

 O Ensaio Jominy serve para medir a temperabilidade de um aço, sendo a temperabilidade a capacidade de um aço adquirir dureza a uma dada profundidade.
 Um corpo de prova cilíndrico de 1" de diâmetro e 4" de comprimento é aquecido até a temperatura austenítica, em seguidaé colocadono dispositivo jominyonde dirige-se um jato de água com pressão, temperatura e quantidade de água controlados, contra uma das extremidades. Depois de esfriado faz-se um corte longitudinal no corpo de prova retifica-se as duas superfícies paralelas e opostas e mede-se sua dureza a distâncias variáveis normalmente com intervalos de 1/16" a partir da extremidade que recebeu o jato d'água.

Curva Jominy para dureza de um aço

  

 Dispositivo Jominy

Classificação dos aços

 Os aços com alto teor de liga podem ser classificados da seguinte maneira:
>Aços inoxidáveis;
>Aços refratários (resistentes ao calor);
>Aços para ferramenta.

Classificação dos aços quanto a estrutura

@Prelíticos

@Martensíticos

@Austeníticos

@Ferríticos

@Carbídicos

Aços perlíticos
 Aços perlíticos são aços com no máximo 5% de elemntos de liaga. As propriedades mecânicaspodem ser melhoradas por tratamento térmico, são aços de boa usinabilidade.
 A perlita é constituída de duas fases alotrópicas (ferrita+cementita) na forma lamelas, a ferrita é mole e a cementita é dura, sendo assim a dureza final de um aço perlítico dependerá da espessura das lamelas de perlita.

Aços martensíticos
Aços martensíticos são aços com mais de 5% de elemntos de liga, apresentam alta durez e baixa usinabilidade. A martensita possui uma estrutura tetragonal é dura e frágil.

Aços austeníticos
  Os aços austeníticos têm estrutura austenítica quando na temperatura ambiente, devido aos elevados teores de elementos de liga (Ni, Mn, Co). Alguns exemplos de aços austeníticos são: aços inoxidáveis, não magnéticos e resistentes ao calor. A austenita possui uma estrutura CFC, é dúctil e não magnética.

Aços ferríticos
Os aços ferrítcos têm baixo teor de carbono e alto teor de elementos de liga (Cr, W, Si), Aços ferríticos não reagem à têmpera, pois possuem teores muito pequenos de carbono o que não levaria a transformação de martensita que é o objetivo da têmpera. Apresentam estrutura ferrítica no estado recozido, a ferríta possui uma estrutura CCC é mole e magnética.


Aços carbídicos
Os aços carbídicos apresentam alto teor de carbono e elementos formadores de carbonetos (Cr, W, Mn, Ti, Nb, Zr). A estrutura consiste de carbonetos na matriz sorbítica, austenítica ou martensítica isso depende muito da composição química, são usados para ferramentas de corte e para matrizes.


Classificação dos aços quanto as propriedades ou aplicações
@Aços para fundição
@Aços para ferramentas
@Aços estruturais
@Aços para nitretação
@Aços resistentes ao calor
@Aços para fins elétricos
@Aços para fins magnéticos

Aços para fundição
 Dentro do grupo dos aços para fundição temos aos aços baixo carbon, aços médios carbono e aços alto carbono. Os aços para fundição possuem boa resistência, boa ductilidade e boa tenacidade, boa usinabilidade, adequada soldabilidade e boa fluidez, a maioria pode ser  tratada termicamente peolos processos de têmpera e revenido.
Aços com baixo teor de carbono são empegados na fabricação de equipamentos elétricos e engrenagens;
Aços com médio teor de carbono são empregados na fabricação de peças para a indústria automobilística, indústria ferroviária, industria naval e tratores;
Aços com alto teor de carbono são empregados na fabricação de matrizes, cilíndros de laminadores e partes de máquinas.

 Aços Estruturais
 Dentro do grupo dos aços estruturais nós temos os aços ao carbono (laminados à quente) e os aços com baixo teor de elementos de liga e alta resistência (estruturas de carros e ônibus, pontes e edifícios são fabricados com este tipo de aço. Os aços estruturais possuem boa ductilidade para serem conformados, boa soldabilidade, elevado valor de relação de resistência à tração para limite de escoamento, baixo custo e homogeneidade.
 
Aços para chapas e tubos
Os aços mais comuns para a fabricação de chapas e tubos são os aços ao carbono comuns ou aço doces. Esses tipos de aço possuem excelente deformabilidade, boa soldabilidade, boa ductilidade, baixo custo, dependendo do tipo de aplicação, possuem alta resistência à corrosãoe são de fácil revestimento, a superfície não tem defeitos.



 
 

  
   

Sistemas de classificação dos aços

AISI-SAE  XXXX

1XXX > Aços ao carbono

10XX > Aço-carbono comum

11XX > Teores diferenciados de S (enxofre)

12XX > Teores diferenciados de S e P (enxofre e fósforo)

13XX > Alto teor de Mn (manganês - 1,6 até 1,9%)

2XXX > Aço ao níquel

3XXX > Aços ao níquel e cromo

4XXX > Aço ao molibidênio 

           > 40XX > Mo 0,15-0,3%

           > 41XX > Mo, Cr

           > 43XX > Mo, Cr, Ni

 

5XXX > Aço ao cromo

6XXX > Aço ao cromo e vanádio

8XXX > Aço ao níquel, cromo e molibidênio

9XXX > Outros.

 

Elementos de liga para os aços

Manganês
>O manganês é um agente dessulfurante e desoxidante;
>Aumenta a dureza e a resistência  (com percentual maior que 1% de manganês);
>O manganês baixa a temperatura de transformação da martensita;
>Com o percentual de manganês variando entra 11 e 14 % alcançamos uma alta dureza, uma alta ductilidade e excelente resistÊncia ao desgaste (o manganês é muito empregado como elemneto de liga para o aços na construção de ferramentas que devem ser resistentes ao desgaste).
Enxofre
>O enxofre é um agente fragilizador;
>Se combinado com manganês forma MnS que pode ser benéfico (melhorando a usinabilidade);
>O enxofre está presente em altos teores para aços que são de fácil usinagem.

Níquel 
>O níquel aumenta a resistência ao impacto (com teores de 2-5%);
>Aumenta consideravelmente a resistência à corrosão em aços com baixo teor de carbono (com teores variando entre 12-20%);
>Com 36% de Ni (INVAR) tem-se coeficiente de expansão térmicapróxima de zero.(Usado como sensor em aparelhos de precisão).

Cromo
>O cromo aumenta a resistência à corrosão e ao calor;
>Aumenta a resistência ao desgaste devido a formação de carbetos de cromo;
>Em aços baixa liga aumenta a resistência e a dureza;
>É normalmente adicionado com níquel Ni (1:2).

Molibdênio 
>Em teores menores que 0,3% o molibdênio aumenta a dureza e a resistência, especialmente sob condições dinâmicas e a altas temperaturas;
>Atua como refinar de grão;
>Melhora a resistência à corrosão;
>Forma partículas resistentes à corrosão;
>Contrabalança a tendência à fragilidade de revenido.

Vanádio
>O vanádio forma carbetos que são estáveis à altas temperaturas;
>Inibe o crescimento de grão (com percentual variando entre 0,03-0,25%);
>Melhora todas as propriedades de resistência sem afetar a ductilidade.

Tungstênio
>Mantém a dureza à altas temperaturas;
>Forma partículas duras e resistentes ao desgaste à altas temperaturas.

>O tungstênio é um elemento presente nos aços para ferramentas.    
Silício (residual)
>O silício tem efeito similar ao efeito do níquel;
>Melhora as propriedades de resistência com pouca perda de ductilidade;
>Melhora a resistência à oxidação;
>Com 2% de Si o aços é utilizado para a fabricação de molas;
>Aumenta o tamenho de grão (este efeito é necessário para o caso de um aços utilizado em aplicações magnética);
>O silício é um agente desoxidante.

Boro 
>O boro é um agente endurecedor poderoso m(0,001-0,003%);
>Facilita o processo de conformação à frio;
>Tem efeito 250-750 vezes ao efeito do Ni, de 100 vezes ao efeito do Cr e de 75-125 vezes ao efeito do Mo;
 É utilizado em aços microligados.    



Alumínio 
>O alumínio facilita a nitretação;
>É um agente desoxidnte;
>Controla o tamanho de grão pela formação de óxidos ou nitretos.

Cobalto 
>O cobalto melhora a dureza à quente;
>É usado em aços magnéticos.

Fósforo  (residual)
>O fósforo aumenta a resistência dos aços baixo carbono;
>Aumenta a resistência à corrosão;
>Facilita a usinagem;
>gera fragilidade à frio (0,04%-0,025%).

Titânio
>Reduz a dureza martensítica e a endurecibilidade de aços ao cromo;
>Impede a formação da austenita em aços ao cromo.
  
  
   

  
 

Aços Liga

 Aços liga ou aços ligados
 É um tipo de aço que contém outros elementos de liga ou apresenta em sua composição elementos residuais com teores acima dos percentuais considerados normais.

Principais elementos de liga
>Cr - cromo
>Ni - níquel
>V - vanádio
>Mo - molibdênio
>W - tungstênio
>B - boro
>Cu - cobre


Residuais
>Mn - manganês
>Si - silício
>P - fósforo
>S - enxofre


Efeito dos elementos de liga nos aços-liga
 Os elementos de liga adicionados aos aços aumentam a dureza e a resistência, conferem propriedades especiais aos aços-liga como:
@ Resistência à corrosão;
@ Estabilidade à altas e baixas temperaturas;
@ Melhoram a conformabilidade;
@ Melhoram as propriedades elétricas e magnéticas;
@ Diminuem o peso (relativo à resistência específica)
 Os elementos de liga também deslocam a curva TTT para a direita.

Propriedades dos aços alto carbono

Aços alto carbono com percentual de carbono maior que 0,6 %
Os aços com alto teor de carbono apresental baixa conformabilidade, baixa tenacidade, alta dureza e elevada resistÊncia ao desgaste, todas essas características do aços alto carbono são decorrentes do percentual elevado de carbono que torna o material frágil, porém resistente em certos aspectos. Quando temperados os aços alto carbono tornam-se frágeis.

Na figura ao lado temos um aço com alto teor de carbono e verificamos que sua estrutura é totalmente composta por perlita o que lhe confere as características ditas acima. Verificamos também que nestes aços não temos mais ferrita, ja que o teor de carbono é maior e sendo este quase insolúvel no ferro alfa (ferrita).

Propriedades dos aços médio carbono (resfriados lentamente)

Aços médio carbono percentual de carbono variando entre 0,3 % e 0,6 %
>São aços de boa temperabilidade em água;
>Apresentam a melhor combinação de tenacidade / ductilidade e resistência mecânica / dureza;
>São os aços mais comuns, sendo aplicados em diverasas áreas como: rodas e equipamentos ferroviários, engrenagens, virabrequins,  e peças de máquinas que necessitam de elevada resistência mecânica e resistência ao desgasta.

 Os aços médio carbono possuem em sua estrutura ferrita (ferro alfa) e perlita (ferro gama), porém ao contrário dos aços baixo carbono este possui a perlita em maior quantidade e a ferrita em menor quantidade, sendo assim  verificamos que o mesmo possui propriedades e estrutura inversa a do aço baixo carbono.

Na foto ao lado verificamos a existência de ferrita (partes claras) e perlita (partes escuras), neste aços já é possível verificarmos que existe mais carbono pois neste a perlita é

Horário de Brasília

Propriedades dos aços baixo carbono

  Aços baixo carbono - teor de carbono variando entre 0% e 0,35%
  A estrutura de um aço carbono com baixo teor de carbono é constituída por ferríta e perlíta (pelo fato de termos ferrita na estrutura desses aços, é intuitivo saber que os mesmos possuem um baixo teor de carbono, pois o carbono é quase insolúvel na ferrita (ferro alfa) e se ele existe está presente em baixa concentração).
  São fáceis de conformar e soldar, possuem baixa dureza e alta ductilidade.
 

Na figura ao lado verificamos a estrutura de um aços com baixo teor de carbono.

Note que nesta estrutura temos ferrita (partes claras) e perlita (partes escuras), veja que temos mais ferrita do que perlita isso nos mostra que este aço possui baixo teor de carbono, ja que temos ferrita em grande quantidade e o carbono é quase insolúvel no ferro alfa.  

Aplicações dos aços com baixo teor de carbono

Estes aços são muito empregados na fabricação de chapas automobilísticas, perfis estruturais e placa para a fabricação de tubos, construção civil, pontes e latas de folhas de flanders.

Propriedades dos aços carbono

> A resistência do aço carbono aumenta na mesma proporção em que se aumenta o teor de carbono;
> A ductilidadedo aço carbono diminui conforme aumentados o teor de carbono;
> Aços carbono são aços de relativa baixa dureza;
> Aços carbono oxidam-se com facilidade;
> Suas propriedades deterioram-se tanto em baixas como em altas temperaturas;
> São os mais usados e custo bem mais baixo.

Dois tipos básicos de aço

 Aço-Carbono ou liga ferro-carbono
 É um aço que contém aproximadamente de 0,008% até 2,11 % de carbono, além de alguns elementos residuais provenientes dos processos de fabricação.

 Aço-liga ou aço-carbono
 É um tipo de aço que contém outros elementos de liga ou apresenta em sua composição elementos residuais com teores acima dos percentuais considerados normais.

Os aços-carbon podem ser subdivididos em:
> Aços de baixo carbono quando o teor de carbono presente no aço é inferior a 0,2%;
> Aços de médio carbono quando o teor de carbono presenta no aço varia entre 0,2% e 0,5%;
> Aços de alto carbono quando o teor de carbono presente no aço está acima de 0,5%.


Os aços-liga podem ser subdivididos em:
> Aços de baixo teor de liga quando o teor de elementos de liga no aço está abaixo de 8%;
> Aços de alto teor de liga quando o teor de elementos de liga no aço está acima de 8%.

Limite de solubilidade

Limite de solubilidade é o limite máximo de soluto que pode ser dissolvido em um solvente. Por exemplo:

* Imagine um copo com um pouco de água, aos poucos vamos colocando sal no mesmo e misturando bem........passado algum tempo verificaremos que o sal já não se dissolve mais na água, neste ponto teremos ultrapassado o limite de solubilidade do sal na água, sendo o sal soluto e a água o solvente.

A partir do momento que ultrapassamos o limite de solubilidade do sal na água, o sal começará a se depositar no fundo do copo formando uma uma camada sólida de sal, isso ocorre também quando ultrapassamos o limite de solubilidade do carbono no ferro, porém o que acontece é que o excesso de sal dá origem à outros compostos, como por exemplo a cementita.

 

Solução saturada com sal

          

Solução com sal
 

Características das fases do ferro

Ferro Alfa ou Ferrita
A estrutura cristalina de um ferro alfa é a estrutura CCC (Cúbica de Corpo Centrado). O ferro alfa começa a se formar (existe) quando a temperatura se aproximar de 912 °C.
Até a temperatura de 768 °C temos o ferro alfa em sua fase magnética (temperatura de curie).
A solubilidade máxima do carbono no ferro alfa é de 0,02% quando na temperatura de 727 °C.
Ferro Gama ou Austenita
A estrutura cristalina de um ferro gama é uma estrutura CFC (Cúbica de Face Centrada) que possui mais posições intersticiais. O ferro gama começa a se forma (existir) entra 912 °C e 1.394 °C, essa fase não é magnética.
A solubilidade máxima do carbono no ferro gama é de 2,14% quando na temperatura de 1.148 °C.
Ferro Delta ou Ferrita Delta
A estrutura cristalina do ferro delta é uma estrutura CCC (Cúbica de Corpo Centrado).
O ferro delta começa a se formar (existir) quando em temperatura acima de 1.394 °C, essa fase não é magnética.
Como essa fase é estável somente em temperatura muito altas as mesma não possui valor comercial.

Classificação dos aços

A postagems a seguir explicará a todos os interessados o que são e como são classificados os aços.......

AÇO
Aço é uma liga metálica formada por ferro e o percentual de carbono variando entre 0,008 e 2,11 %. è diferente de ferro fundido que também é uma liga de ferro, porém com o percentual de carbono variando entre 2,11 % e 6,67%.
A diferença entre os aços e os ferros fundidos é que as peças de aço devido a sua ductilidade são fáceis de serem deformadas por processos mecânicos como forjamento, laminação e extrusão, enquanto que peças feitas de ferro fundido só podem ser fabricadas pelo processo de fundição.

PRINCIPAIS IMPUREZAS

As principais impurazas encontradas nos aço são as seguintes:

* Si - Silício

* Mn - Manganês


* P - Fórsforo


* Al - Alumínio


---> (Geralmente estas impurezas formam inclusões não metálicas).