Tratamento Térmico de Têmpera

Departamento de Engenharia Mecânica
Área Científica de Mecânica dos Meios Sólidos
Materiais / Materiais I
Guia para Trabalho Laboratorial
TRATAMENTO TÉRMICO DE TÊMPERA
1. Introdução
A têmpera martensítica é a via tradicional para aumentar a dureza dos aços, através da produção
de estrutura martensítica. Este tratamento térmico consiste no aquecimento da peça até uma
temperatura no domínio austenítico (tipicamente entre 815ºC e 870ºC)2, manutenção da peça a
essa temperatura durante um intervalo de tempo suficientemente longo, seguido de arrefecimento
rápido, de forma a que a austenite seja total ou parcialmente transformada em martensite (Fig. 1).
Além de uma estrutura martensítica, caracterizada por elevada dureza, interessa que após o
tratamento térmico a peça não apresente distorção nem fissuração. A ocorrência de distorção e
fissuração numa peça tratada deve-se a tensões internas desenvolvidas no arrefecimento e/ou a
tensões internas introduzidas pela transformação martensítica. O arrefecimento é, assim, a etapa
mais crítica do tratamento térmico: deve ocorrer a uma velocidade elevada, que evite a ocorrência
da transformação perlítica e da transformação bainítica, mas não tão alta que conduza à distorção
e/ou fissuração da peça. A velocidade de arrefecimento depende do meio de têmpera escolhido
e do seu poder de extracção de calor. Os meios de têmpera mais utilizados são, por ordem
crescente de poder extractor de calor:
−
Ar.
−
Banhos de sais fundidos (nitrato de sódio e nitrato de potássio, por exemplo).
−
Óleos minerais.
−
Água.
−
Salmouras (soluções de 5-10% de NaCl ou NaOH em água).
Na escolha de um dado meio de têmpera dever-se-á ter em consideração, entre outros aspectos, a
temperabilidade do aço, ou seja, a sua aptidão para formar martensite em todo o volume da peça
quando esta é arrefecida a partir do domínio de austenitização. A profundidade da camada
martensítica e a dureza obtida dependem dos seguintes factores:
−
Composição química do aço;
−
Tamanho de grão da microestrutura do aço;
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−
Geometria e dimensões da peça;
−
Poder extractor de calor do meio de arrefecimento;
−
Temperatura de têmpera.
Fig. 1. Diagrama esquemático que mostra o procedimento habitual de têmpera martensítica,
seguida de revenido, de um aço-carbono eutectoíde1. Ms: temperatura de início da transformação
martensítica; Mf: temperatura final da transformação martensítica.
Por sua vez a temperatura de início da transformação martensítica, Ms depende da composição
química do aço através da Equação de Andrews (Equação 1):
M s (º C ) = 539 − 423 x%C − 30,4 x% Mn − 17,7 x% Ni − 12,1 x%Cr − 7,5 x% Mo
(1)
2. Procedimento Experimental
2.1. Objectivo
Estudo do efeito do tratamento térmico de têmpera na microestrutura e propriedades mecânicas
(dureza) do aço Ck45.
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2.2. Equipamento e Material
−
Forno.
−
Rodo.
−
Recipiente com água.
−
Amostra do aço Ck45. A composição do aço é indicada na Tabela 1.
Tabela 1. Composição química do aço Ck45a.
Elemento de liga
%
C
0,45
Si
≤0,4
Mn
0,65
2.3. Método experimental
1. Desbastar a amostra utilizando a lixa 120.
2.
Programar o forno para 850ºC (aproximadamente a temperatura de austenitização do
aço). Quando atingida esta temperatura, colocar a amostra no forno com auxílio do rodo.
3. Após 1h de permanência a 850ºC retirar a amostra rapidamente para dentro do recipiente
com água.
4. Preparar metalograficamente a superfície da amostra segundo o método descrito no Guia
do Trabalho n.º 4.
5. Observar a amostra no microscópio óptico metalográfico e reproduzir a microestrutura
encontrada.
6. Medir a dureza Rockwell C da amostra.
3. Questionário
No final do trabalho deverá responder às seguintes questões:
1. Descreva a microestrutura da amostra temperada. Compare-a com a microestrutura do aço
antes do tratamento térmico de têmpera e explique as diferenças encontradas.
2. Compare o valor médio e o desvio-padrão da dureza medida antes do tratamento térmico
de têmpera (trabalho nº6) e após tratamento térmico de têmpera. Justifique as diferenças
encontradas.
3.
Utilizando a Tabela 1 (composição do aço Ck45) determine teoricamente o intervalo de
temperatura Ms através da Equação de Andrews (Eq. 1). Compare o valor obtido com a
temperatura Ms determinada por análise da curva TTT de arrefecimento contínuo do
mesmo aço (Figura 2).
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Fig. 2. Diagrama TTT de arrefecimento contínuo do aço Ck453.
4. Bibliografia
1. SMITH, W. F. – Princípios de Ciência e Engenharia dos Materiais, 3ª ed.. Lisboa: McGrawHill, 1998.
2. ERICSSON, T. – Principles of Heat Treating of Steels. In ASM Handbook, Vol. 4. Ohio:
ASM, 1991, p. 3-19.
3. SEABRA, A. V. – Metalurgia Geral, vol. 2. Lisboa: LNEC, 1994.
4. VILAR, R. – Têmpera Martensítica. IN SEABRA, A. V.; LOUREIRO, A. P. (Coord.) – Curso
Tratamento Térmico dos Aços, vol. 2. Lisboa: Ordem dos Engenheiros, 1981.
a
De acordo com o fornecedor, F. Ramada.
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