DETROIT – Circular informativa Eng. de Aplicação

DETROIT –
Circular informativa Eng. de Aplicação
Número 13 - Agosto 2003
www.detroit.ind.br
RAZÕES PARA OS TRATAMENTOS TÉRMICOS
1) ENDURECIMENTO - OS AÇOS PODEM SER TRATADOS TERMICAMENTE PARA AUMENTAR A DUREZA E SEU NÍVEL
DE RESISTÊNCIA.
Exemplo : componentes estruturais submetidos a altos níveis de tensão operante necessitam da "alta resistência"
de uma estrutura endurecida. Similarmente, os mais diversos tipos de "Ferramentas " ( cunhos, facas, dispositivos
para corte, estampagem etc ) necessitam de uma estrutura endurecida para resistir ao desgaste e a deformação.
2) REVENIMENTO - OS AÇOS ENDURECIDOS PELA TEMPERA SÃO TÃO FRÁGEIS QUE AO SEREM SUBMETIDOS A
PEQUENOS IMPACTOS PODEM FRATURAR.
JUSTIFICATIVA : O revenimento é um tratamento térmico que reduz a fragilidade de um aço sem diminuir,
significativamente, tanto a sua dureza quanto a sua resistência.
3) AMOLECIMENTO DE UMA ESTRUTURA ENDURECIDA - O ENDURECIMENTO É UM FENÔMENO REVERSÍVEL.
JUSTIFICATIVA : Se uma ferramenta endurecida precisa ser reusinada, ela pode ser amolecida por tratamento térmico
e retornar a sua condição de peça usinável. A maioria dos aços, por exemplo, se comportam melhor, durante uma
operação de soldagem, no seu estado amolecido do que na sua condição de endurecido.
4) RECRISTALIZAÇÃO - QUANDO UM METAL É TRABALHADO À FRIO SEUS GRÃOS SÃO DEFORMADOS E SE
TORNAM ALONGADOS LEVANDO A UM ENDURECIMENTO DO MATERIAL.
JUSTIFICATIVA : Os metais apresentam um valor limite para a quantidade de trabalho à frio a que são submetidos,
isto é, por exemplo na laminação a frio de um aço para obtenção de chapas finas ou folhas, podemos reduzir sua área
de secção até um limite em que tal secção na diminuirá mais. Neste ponto seria desejável retornarmos ao tamanho de
grão de sua forma original.
A TRANSFORMAÇÃO DOS GRÃOS TRABALHADOS À FRIO PARA UMA ESTRUTURA DE FORMA EQUIAXIAL E NÃO
DESTORCIDA É CHAMADA DE "RECRISTALIZAÇÃO ".
grãos muito largos e grosseiros também podem ser "refinados" pela recristalização. No caso de uma estrutura
trabalhada à frio a força motriz para a formação dos novos grãos é a energia armazenada pelo trabalho à frio. No caso
de uma estrutura grosseira a mudança de CCC para CFC pode causar a formação de novos grãos.
O objetivo em ambos os casos é encontrar uma microestrutura e suas propriedades que são mais favoráveis aos
futuros processamentos que o metal venha a ser submetido.
5) ALÍVIO DE TENSÕES - UMA DAS RAZÕES MAIS FREQÜENTES PARA O TRATAMENTO TÉRMICO É A REMOÇÃO
DAS TENSÕES INTERNAS DE UM METAL QUE FOI SUBMETIDO A UM TRABALHO À FRIO OU A UMA OPERAÇÃO DE
SOLDAGEM.
JUSTIFICATIVA : O alívio de tensões é um tratamento térmico usado para remover as deformações internas sem
diminuir, significativamente, a resistência. Este difere basicamente dos tratamentos de recozimento porque não
envolve mudanças microestruturais. Este tratamento é usado onde é exigido um rígido controle dimensional como nas
juntas soldadas, nos forjados, fundidos etc.
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6) OPERAÇÕES DE TRABALHO À QUENTE - A MAIORIA DAS PEÇAS DE AÇOS PRODUZIDAS POR LAMINAÇÃO
SÃO, EM GERAL, FORMADAS GROSSEIRAMENTE A ELEVADAS TEMPERATURAS.
JUSTIFICATIVA : Neste caso o tratamento térmico é necessário para que o trabalho à quente não se dê em estruturas
distorcidas provenientes das altas temperaturas não controladas. A operação de trabalho a quente requer um processo
de "Recristalização Dinâmica " que é característica do controle da temperatura do processo.
7) DIFUSÃO DE ELEMENTOS DE LIGAS - FICOU SUBENTENDIDO QUE UM DOS CRITÉRIOS PARA O
ENDURECIMENTO DE UM AÇO É QUE ELE TENHA UM TEOR DE CARBONO SUFICIENTE PARA QUE OCORRA
PRECIPITAÇÃO.
JUSTIFICATIVA : Os aços com baixo teor de carbono podem ser endurecidos, no mínimo na superfície, por
tratamentos térmicos, em elevadas temperaturas, numa atmosfera contendo um elemento de liga que difunda no aço
e permita o endurecimento da superfície por tempera.
Como exemplo pode-se citar o carbono que é freqüentemente difundido na superfície de aços macios para endurecêla.
Usando este mesmo princípio, elementos tais como o Cromo, Boro, Nitrogênio e o Silício podem ser difundidos na
superfície de um aço para propósitos especiais.
RECOZIMENTO
O TRATAMENTO TÉRMICO DE RECOZIMENTO CONSISTE DO AQUECIMENTO DO AÇO ATÉ SUA COMPLETA
AUSTENITIZAÇÃO, SEGUIDO DE UM RESFRIAMENTO A UMA TAXA SUFICIENTEMENTE LENTA PARA PREVENIR A
FORMAÇÃO DE UMA ESTRUTURA ENDURECIDA.
Em geral, a taxa de resfriamento necessária para o recozimento é de 40ºC/h
NA MAIORIA DOS CASOS A TAXA DE RESFRIAMENTO LENTA REQUERIDA É ALCANÇADA PELO DESLIGAMENTO DO
FORNO APÓS O "ENCHARCAMENTO" DA PEÇA NA TEMPERATURA DE RECOZIMENTO, MANTENDO-O FECHADO
ENQUANTO SE RESFRIA ATÉ A TEMPERATURA AMBIENTE.
RECOZIMENTO PARCIAL - Algumas vezes é comum usar-se um aquecimento um pouco abaixo da temperatura
de transformação Austenítica. Esta prática não amolece o aço tão efetivamente quanto o recozimento pleno, porém
como não ocorre mudança na estrutura cristalina ela, normalmente, produz menos distorções.
SE A PEÇA ESTÁ SENDO RECOZIDA PARA REMOÇÃO DE DEFORMAÇÕES INTERNAS, PROVENIENTES DE TRABALHO À
FRIO, SOLDAGEM OU ALGUM PROCESSO DE FABRICAÇÃO, O MECANISMO DE AMOLECIMENTO ENVOLVE
,PREDOMINANTEMENTE, A REMOÇÃO DAS DEFORMAÇÕES INTERNAS PELA MOVIMENTAÇÃO DE DISCORDÂNCIAS
DEVIDO A ATIVAÇÃO TÉRMICA DO SISTEMA.
A medida que a peça é aquecida até a sua temperatura de recozimento a mobilidade atômica aumenta, as
discordâncias acumuladas na rede cristalina deformada começam a desaparecer e, em uma macroescala, as partes
distorcidas se autoajustam até atingirem uma condição neutra ,sem tensões.
ASSIM SENDO, À MEDIDA QUE A PEÇA VAI ALCANÇANDO A TEMPERATURA DE RECOZIMENTO, A MAIORIA DAS
DEFORMAÇÕES INTERNAS SÃO ELIMINADAS E OS GRÃOS DISTORCIDOS VÃO SENDO, PROVAVELMENTE,
RECRISTALIZADOS DANDO ORIGEM A NOVOS GRÃOS NÃO DISTORCIDOS.
Quando a temperatura de transformação critica é alcançada, a estrutura cristalina se transforma em Austenita (
aços hipo ) ou em Austenita mais cementita ( aços hiper ). Nesta temperatura todos os grãos distorcidos e as tensões
internas são removidas. O "encharcamento" , na temperatura de recozimento, também permitirá a homogeneização de
qualquer gradiente químico no metal, pois a força motriz para a homogeneização é a difusão.
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Normalização
O PROCESSO DE NORMALIZAÇÃO CONSISTE DO AQUECIMENTO ATÉ UMA COMPLETA AUSTENITIZAÇÃO , SEGUIDO
DE RESFRIAMENTO AO AR.
ESTE RÁPIDO RESFRIAMENTO, COMPARADO COM O RECOZIMENTO, PODE CAUSAR UM ENDURECIMENTO DO
AÇO.
ENQUANTO O RECOZIMENTO CONDUZ A UMA ESTRUTURA DE GRÃOS MAIS LARGOS E PERLITA GROSSEIRA, A
NORMALIZAÇÃO LEVA A GRÃOS MENORES E PERLITA MAIS FINA E TEM COMO CONSEQÜÊNCIA MAIOR RESISTÊNCIA
( FATOR DE 20% MAIOR )
RECOZIMENTO - MENOR DUREZA E MAIOR DUCTILIDADE
NORMALIZAÇÃO - MAIOR DUREZA E MAIOR RESISTÊNCIA
Os Aços usados em aplicações estruturais são muitas vezes fornecidos na condição de normalizados por
apresentarem a vantagem de maior resistência sem maiores prejuízos da usinabilidade.
Uma vez que a normalização envolve uma mudança na estrutura cristalina, ao passar pela temperatura de transição,
ela pode ser usada como um processo para refinar o tamanho de grão, principalmente, de peças fundidas que,
normalmente, são resfriadas em moldes de areia que resultam em estruturas de grãos grosseiros, devido ao
resfriamento ser muito lento, e que conduziria a peça a um comportamento não muito apropriado para operações de
usinagem ( gummy behavior ).
A NORMALIZAÇÃO PODE PRODUZIR A RECRISTALIZAÇÃO PELA FORMAÇÃO DE NOVOS E PEQUENOS GRÃOS
POREM A TEMPERATURA DEVE SER CUIDADOSAMENTE CONTROLADA PARA QUE O PROCESSO SEJA EFETIVO.
A FAIXA DE TEMPERATURA DE NORMALIZAÇÃO SE LOCALIZA LOGO ACIMA DA TEMPERATURA DE TRANSIÇÃO,
DESDE QUE GARANTIDO 100% DE AUSTENITIZAÇÃO.
O resfriamento a partir da temperatura de normalização, normalmente, é obtido pela simples retirada das peças do
forno permitindo que o mesmo seja ao ar "tranqüilo" à temperatura ambiente.
ALÍVIO DE TENSÕES
ENGENHEIROS PROJETISTAS , NORMALMENTE, USAM MAIS FREQÜENTEMENTE ESTE PROCESSO DO QUE O
RECOZIMENTO E A NORMALIZAÇÃO, ISTO PORQUE AS PEÇAS MAIS COMPLEXAS MUITAS VEZES REQUEREM O
ALÍVIO DE TENSÕES PARA ALCANÇAREM A ESTABILIDADE DIMENSIONAL.
EM GERAL, NÃO EXISTEM REGRAS MUITO BEM ESTABELECIDAS QUE DECIDAM PELA APLICAÇÃO DO ALÍVIO DE
TENSÕES. NO ENTANTO ALGUNS EXEMPLOS MAIS COMUNS PODEM NOS NORTEAR QUANTO A TAL USO.
1) Juntas Soldadas que requerem usinagem dos depósitos de solda.
2) Usinagem de formas acabadas a frio.
3) Peças Fundidas que requerem usinagem.
4) Peças com tolerâncias dimensionais extremamente apertadas.
5) Peças de grande porte usinadas a partir de peças com formas mais pesadas.
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O processo de alívio de tensões não envolve o aquecimento até a temperatura crítica de transformação conforme
necessário no recozimento e na normalização. A faixa de temperaturas normalmente utilizadas ficam entre 40 a 100ºC,
ABAIXO DA TEMPERATURA DE TRANSFORMAÇÃO.
O MECANISMO DO PROCESSO DE ALÍVIO DE TENSÕES É A MOVIMENTAÇÃO DE DEFEITOS COMUNS E
DISCORDÂNCIAS, INDUZIDA TERMICAMENTE, QUE PERMITE A REMOÇÃO DAS DEFORMAÇÕES INTERNAS. NO
CASO DAS PEÇAS TRABALHADAS À FRIO, NORMALMENTE, TAMBÉM OCORRE UMA RECRISTALIZAÇÃO.
O alívio de tensões na faixa de 320 até 450ºC remove somente de 10 A 20% das deformações internas de um
metal. O aquecimento na faixa de 500 a 650ºC permite a remoção de até 90% das deformações internas dos aços
comuns. Já os aços ligados podem exigir temperaturas ainda maiores.
A taxa de resfriamento não é muito crítica, POREM UM RESFRIAMENTO UNIFORME AO AR é preferido. O tempo de
"encharcamento" para uma operação efetiva pode ser fruto de diversas opiniões,mas normalmente o mais adequado é
de 1 hora, no mínimo.
Revenimento
É SABIDO QUE OS AÇOS ENDURECIDOS POR TEMPERA SÃO MUITO FRÁGEIS E QUE QUANDO SUBMETIDOS AO
IMPACTO, OU A UM CARREGAMENTO DE FLEXÃO, SOFREM FRATURAS REPENTINAS (CARACTERÍSTICA DE FRATURA
DO TIPO FRÁGIL)
O Revenido é um tratamento térmico subcrítico usado para melhorar a Tenacidade dos aços endurecidos por
tempera.
A Temperatura mais apropriada, para um aço particular, depende da Composição do aço e das propriedades
desejadas.
O REVENIDO EXERCE EFEITOS SOBRE AS SEGUINTES PROPRIEDADES : LIMITE DE RESISTÊNCIA,
DUCTILIDADE, DUREZA e RESISTÊNCIA AO IMPACTO.
A maioria dos aços destinados ao uso como ferramentas devem ser revenidos em temperaturas que reduzam a
dureza, da condição de como temperado, de 2 a 4 pontos na escala Rockwell C.
PROCEDIMENTO DO REVENIMENTO: O PROCEDIMENTO NORMAL É : TEMPERAR A PEÇA; enquanto ela ainda
está quente deve ser colocada no forno à temperatura desejada; quando o forno atingir esta temperatura à peça deve
permanecer por cerca de 2 horas e então resfriada ao ar.
O tempo de permanência na temperatura de revenimento não é tão crítico, pois, em geral, após 2 horas o
aquecimento continuado exerce pequeno efeito.
O MECANISMO : O MECANISMO EXATO DO REVENIMENTO DEPENDE, DE CERTA FORMA, DA NATUREZA AÇO.
NOS AÇOS COMUNS O REVENIMENTO DA MARTENSITA ENVOLVE A DIFUSÃO DOS ÁTOMOS DE CARBONO ( A
PARTIR DA MARTENSITA ) E A FORMAÇÃO DE CARBETOS PRECIPITADOS COM A FORMAÇÃO DE UMA MATRIZ DE
FERRITA . A BAIXAS TEMPERATURAS DE REVENIMENTO OCORRE UMA FINA TRANSIÇÃO DE CARBETOS,
CHAMADOS DE CARBETOS ε, DISTRIBUÍDOS PARALELAMENTE AS PLAQUETAS DE MARTENSITA.
EM TEMPERATURAS DE REVENIMENTO MAIS ALTAS OS CARBETOS DE TRANSIÇÃO SE TRANSFORMAM EM Fe3C .
PARA TEMPOS MUITO PROLONGADOS ESTES CARBETOS PODEM SE ESFEROIDIZAR
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