Tratamentos Térmicos

TÉCNOLOGIA MECÂNICA
Tratamentos Térmicos
PROF: Elias Junior
1
CONCEITO
Ao processo de aquecer e resfriar um aço,
visando modificar as sua propriedades,
denomina-se TRATAMENTO TÉRMICO.
2
Tratamentos Térmicos
Finalidade:
Alterar as microestruturas e como
consequência as propriedades mecânicas
das ligas metálicas
3
TRATAMENTO TÉRMICO
Objetivos:
- 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
4
FASES
O tratamento térmico pode ser feito em
três fases distintas:
1 - aquecimento
2 - manutenção da temperatura
3 – resfriamento
5
MATERIAL + TRATAMENTO TÉRMICO
O TRATAMENTO TÉRMICO ESTÁ
ASSOCIADO DIRETAMENTE
COM O TIPO DE MATERIAL.
PORTANTO, DEVE SER
ESCOLHIDO DESDE O INÍCIO
DO PROJETO
6
Principais Tratamentos Térmicos
Tratamentos Térmicos
Nitretação
Recozimento
Normalização
•Alívio de tensões
•Recristalização
•Homogeneização
•Total ou Pleno
•Isotérmico
Cementação
Tempera
e Revenido
7
Tipos de tratamentos térmicos
Existem duas classes de tratamentos térmicos;
1ª) modificam as propriedades de toda a massa do aço.
a - Têmpera
b – Revenimento
c – Recozimento
2ª) Os que modificam as propriedades somente numa fina
camada superficial da peça.
a - Cementação
b - Nitretação
8
Têmpera
É o tratamento térmico aplicado aos aços
com porcentagem igual ou maior do que
0,4% de carbono.
O efeito principal da têmpera num aço é o
aumento de dureza.
9
Têmpera
1ª Fase:
Aquecimento – A peça é aquecida em forno ou forja, até
uma temperatura recomendada. (Por volta de 800ºC
para os aços ao carbono).
2ª Fase:
Manutenção da temperatura – Atingida a temperatura
desejada esta deve ser mantida por algum tempo afim
de uniformizar o aquecimento em toda a peça.
3ª Fase:
Resfriamento – A peça uniformemente aquecida na
temperatura desejada é resfriada em água, óleo ou jato
de ar.
10
Efeitos da Têmpera
1 - Aumento considerável da dureza do aço.
2 - Aumento da fragilidade em virtude do
aumento de dureza. (O aço torna-se muito
quebradiço).
OBS: Para reduzir a fragilidade de um aço
temperado, aplica-se um outro tratamento térmico
denominado revenimento.
11
Revenimento
É o tratamento térmico que se faz nos aços já
temperados, com a finalidade de diminuir a sua
fragilidade, isto é, torná-lo menos quebradiço.
O revenimento é feito aquecendo-se a peça
temperada até uma certa temperatura resfriando-a
em seguida.
As temperaturas de revenimento são encontradas
em tabelas e para os aços ao carbono, há uma
variação entre 210ºC e 320ºC
12
TABELA
13
Fases do revenimento
1ª Fase: Aquecimento – Feito geralmente em fornos
controlando a temperatura da peça com o pirômetro.
2ª Fase:
Manutenção da Temperatura – É possível quando o
aquecimento é feito em fornos.
3ª Fase:
Resfriamento – O resfriamento da peça pode ser:
a) Lento : quando a peça é esfriada naturalmente.
b) Rápido: mergulhando a peça em água ou óleo.
14
Efeitos do revenimento
Diminui um pouco a dureza da peça
temperada, porém aumenta
consideravelmente a sua resistência aos
choques.
Geralmente, toda peça após ser temperada
passa por um revenimento
15
Recozimento
O recozimento é o tratamento térmico que
tem por finalidade eliminar a dureza de
uma peça temperada ou normalizar
materiais
com
tensões
internas
resultantes do forjamento, da laminação,
trefilação etc..
16
Tipos de recozimento
1 - Recozimento para eliminar a dureza de
uma peça temperada.
2 - Recozimento para normalizar a estrutura
de um material.
17
FASES DO RECOZIMENTO
1ª Fase:
Aquecimento – A peça é aquecida a uma
temperatura que varia de acordo com o
material a ser recozido. (Entre 500ºC e
900ºC).
A escolha da temperatura de recozimento
é feita mediante consulta a uma tabela.
18
FASES DO RECOZIMENTO
2ª Fase:
Manutenção da temperatura – A peça deve
permanecer aquecida por algum tempo na
temperatura recomendada para que as
modificações atinjam toda a massa da
mesma.
19
FASES
3ª Fase:
Resfriamento – O resfriamento deve ser
feito lentamente, tanto mais lento
quanto maior for a porcentagem de
carbono do aço.
No resfriamento para recozimento
adotam-se os seguintes processos:
20
Processos
1 - Exposição da peça aquecida ao ar livre.
(Processo pouco usado).
2 - Colocação da peça em caixas contendo
cal, cinza, areia ou outros materiais
21
Efeitos do recozimento no aço
a) Elimina a dureza de uma peça temperada
anteriormente, fazendo-se voltar a sua
dureza normal.
b) Torna o aço mais homogêneo, melhora sua
ductilidade tornando-o facilmente usinável
22
Fatores de Influência nos Tratamentos
Térmicos
Temperatura
 Tempo
 Velocidade de resfriamento
 Atmosfera*

23
Fatores de Influência nos Tratamentos
Térmicos

Tempo:
O tempo de trat. térmico depende muito das
dimensões da peça e da microestrutura
desejada.
24
Fatores de Influência nos
Tratamentos Térmicos

Temperatura:
depende do tipo de material e da
transformação de fase ou microestrutura
desejada
25
Fatores de Influência nos Tratamentos
Térmicos
Velocidade de Resfriamento:
- Depende do tipo de material e da
transformação de fase ou microestrutura
desejada

- É o mais importante porque é ele que
efetivamente determinará a microestrutura,
além da composição química do material
26
Principais Meios de Resfriamento
Ambiente do forno (+ brando)
 Ar
 Banho de sais ou metal fundido (+ comum
é o de Pb)
 Óleo
 Água
 Soluções aquosas de NaOH, Na2CO3 ou
NaCl (+ severos)

27
Como Escolher o Meio de Resfriamento ?

É um compromisso entre:
- Obtenção das caracterísitcas finais desejadas
(microestruturas e propriedades),
- Sem o aparecimento de fissuras e empenamento
na peça,
- Sem a geração de grande concentração de
tensões
28
CEMENTAÇÃO
A cementação é um tratamento que
consiste em aumentar a porcentagem de
carbono numa fina camada externa da peça
29
CEMENTAÇÃO
30
CEMENTAÇÃO
Após a cementação tempera-se a peça;
as partes externas adquirem elevada
dureza enquanto as partes internas
permanecem sem alterações.
31
CEMENTAÇÃO
Parte dura
Parte mole
32
Como é feita a cementação?
A cementação é feita aquecendo-se a peça
de aço de baixo teor de carbono, junto com
um material rico em carbono (carburante).
Quando a peça atinge alta temperatura
(750ºC a 1.000ºC) passa a absorver parte
do carbono do carburante
33
Fases da cementação
1ª Fase: Aquecimento
a) Cementação em caixa: As peças são
colocadas em caixas juntamente com o
carburante, fechadas hermeticamente e
aquecidas até a temperatura recomendada.
34
Cementação em caixa
35
Cementação em banho:
b) Cementação em banho: As peças são
mergulhadas no carburante líquido aquecido,
através de cestas ou ganchos.
36
Qualidade da cementação
Quanto mais tempo a peça permanecer
aquecida com o carburante, mais espessa
se tornará a camada.
Os carburantes podem ser sólidos, (grãos
ou pós), líquidos ou gasosos.
A qualidade dos carburantes influi na
rapidez com que se forma a camada.
37
2ª Fase: Manutenção da temperatura
O tempo de duração desta fase varia de
acordo com a espessura da camada que
se deseja e da qualidade do carburante
utilizado. (0,1mm a 0,2mm por hora).
38
3ª Fase: Resfriamento
A peça é esfriada lentamente dentro da
própria caixa.
Após a cementação as peças são
temperadas.
39
NITRETAÇÃO
Nitretação é um processo que também altera a
composição de uma camada superficial do aço.
Ao contrário da cementação, a camada nitretada
não necessita ser temperada, pois os nitretos que
se formam já possuem dureza elevada evitando o
empeno da peça.
A nitretação é feita na faixa de temperatura entre
500° e 600° C, o que diminui a possibilidade de
empenamentos por transformação de fase.
A camada nitretada tem menor espessura do que a
cementada, raramente ultrapassando 0,8 mm,
40
Vantagens da nitretação
a) alta dureza com alta resistência ao
desgaste
b) alta resistência à fadiga e baixa
sensibilidade ao entalhe
c) melhor resistência à corrosão
d) alta estabilidade dimensional
41
Nitretação a gás
Neste processo é utilizada amônia que é
injetada no forno aquecido geralmente a
510° C.
Nesta temperatura a amônia se dissocia e
libera nitrogênio atômico que difunde para o
aço.
Os tempos de tratamento variam entre 12 e
120 horas
42
Nitretação por via líquida
É o processo semelhante ao utilizado na cementação
líquida.
Neste banho teremos, então, cianeto de sódio ou
potássio, carbonato de sódio ou de potássio e cloreto
de potássio ou de sódio. Este banho contém entre 30
e 40% de cianeto.
A temperatura utilizada situa-se entre 550° e 570° C.
Nesta faixa de temperatura não ocorre a reação de
cementação e portanto teremos apenas a adição de
nitrogênio ao aço.
Os tempos de nitretação são curtos, geralmente
entre 1 e 4 horas.
43
Peças cementadas
44
QUESTIONÁRIO
1- O que é tratamento térmico?
2- Quais as fases do tratamento térmico?
3- Quais as classes do tratamento térmico?
4- Qual o resultado da têmpera no aço?
5- A peça ao ser temperada deve ter a temperatura
elevada de que maneira? Justifique
6- Que tipo de tratamento térmico têm por objetivo
melhorar a resistência mecânica do material já
temperado?
45
QUESTIONÁRIO
7- Qual a variação de temperatura para revenir
uma peça de aço carbono?
8- O que é cor de revenimento?
9- Quando o recozimento deve ser aplicado?
10- Quais os tipos de recozimento?
11- O que é cementação?
12- Qual o objetivo da nitretação?
46
1- RECOZIMENTO
 Objetivos:
- Remoção de tensões internas devido aos
tratamentos mecânicos
- Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade
- Alterar as propriedades mecânicas como a
resistência e ductilidade
- Ajustar o tamanho de grão
- Melhorar as propriedades elétricas e magnéticas
- Produzir uma microestrutura definida
47
TIPOS DE RECOZIMENTO
Recozimento para alívio de tensões
(qualquer liga metálica)
Recozimento para recristalização (qualquer
liga metálica)
Recozimento para homogeneização (para
peças fundidas)
Recozimento total ou pleno (aços)
Recozimento isotérmico ou cíclico (aços)
48
1.1- RECOZIMENTO PARA
ALÍVIO DE TENSÕES

Objetivo
Remoção de tensões internas originadas de processos
(tratamentos mecânicos, soldagem, corte, …)

Temperatura
Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase

Resfriamento
Deve-se evitar velocidades muito altas devido ao risco de
distorções
49
Ex:RECOZIMENTO PARA ALÍVIO
DE TENSÕES DOS AÇOS

Temperatura
Abaixo da linha A1
 em que
ocorre nenhuma
transformação
(600-620oC)
723 C
Ou linha crítica
50
INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA DE
RECOZIMENTO NA RESIST. À TRAÇÃO E
DUTILIDADE
Alívio de Tensões
(Recuperação/Recovery)
51
1.2- RECOZIMENTO PARA
RECRISTALIZAÇÃO

Objetivo
Elimina o encruamento gerado pela deformação à frio

Temperatura
Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase

Resfriamento

Lento (ao ar ou ao forno)
52
53
1.3- RECOZIMENTO
HOMOGENEIZAÇÃO

Objetivo
Melhorar a homogeneidade da microestruturade peças
fundidas

Temperatura
Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase

Resfriamento

Lento (ao ar ou ao forno)
54
1.4- RECOZIMENTO TOTAL
OU PLENO
Objetivo
Obter dureza e estrutura controlada
para os aços
55
1.4- RECOZIMENTO TOTAL OU
PLENO Temperatura
Usado para aços
Hipoeutetóide 50 °C
acima da linha A3
Hipereutetóide Entre as
linhas Acm e A1
Resfriamento
Lento (dentro do forno)
 implica em tempo
longo de processo
(desvantagem)
56

+Fe3C
+
Recozimento
total ou pleno
+Fe3C
57
1.1- RECOZIMENTO TOTAL OU
PLENO
 Constituintes
Estruturais resultantes
Hipoeutetóide ferrita + perlita grosseira
Eutetóide  perlita grosseira
Hipereutetóide cementita + perlita grosseira
* A pelita 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
58
1.5- RECOZIMENTO ISOTÉRMICO
A diferença do recozimento
CÍCLICO
Usado paraOU
aços
pleno está no resfriamento que é
bem mais rápido, tornando-o
mais prático e mais econômico,
Permite obter estrutura final +
homogênea
Não é aplicável para peças de
grande volume porque é difícil
de baixar a temperatura do
núcleo da mesma
Esse tratamento é geralmente
executado em banho de sais
59
2- ESFEROIDIZAÇÃO OU
COALESCIMENTO
ESFEROIDITA
Objetivo
Produção de uma estrutura
globular ou esferoidal de
carbonetos no aço
 melhora a
usinabilidade,
especialmente dos aços
alto carbono
 facilita a deformação a
frio
60

+Fe3C
+
Esferoidização
ou
coalescimento
+Fe3C
61
OUTRAS MANEIRAS DE PRODUZIR
ESFEROIDIZAÇÃO OU
COALESCIMENTO
 Aquecimento por tempo prolongado a uma
temperatura logo abaixo da linha inferior da
zona crítica,
 Aquecimento e resfriamentos alternados
entre temperaturas que estão logo acima e
logo abaixo da linha inferior de
transformação.
62
3- NORMALIZAÇÃO
Usada para aços
Objetivos:
 Refinar o grão
 Melhorar a
uniformidade da
microestrutra
*** É usada antes da
têmpera e revenido
63

+Fe3C
+
+Fe3C
64
3- NORMALIZAÇÃO
Temperatura
Hipoeutetóide acima da linha A3
Hipereutetóide acima da linha Acm*
*Não há formação de um invólucro de carbonetos
frágeis devido a velocidade de refriamento ser
maior
Resfriamento
Ao ar (calmo ou forçado)
65
3- NORMALIZAÇÃO
Constituintes Estruturais resultantes
Hipoeutetóide ferrita + perlita fina
Eutetóide  perlita fina
Hipereutetóide cementita + perlita fina
* Conforme o aço pode-se obter bainita
Em relação ao recozimento a microestrutura é mais
fina, apresenta menor quantidade e melhor
distribuição de carbonetos
66
4- TÊMPERA
Objetivos:
 Obter estrutura
matensítica que promove:
- Aumento na dureza
- Aumento na resistência à
tração
- redução na tenacidade
*** A têmpera gera tensões
 deve-se fazer revenido
posteriormente
67
4- TÊMPERA
MARTENSITA
68
4- TÊMPERA
Temperatura
Superior à linha crítica (A1)
* Deve-se evitar o superaquecimento, pois formaria
matensita acidular muito grosseira, de elevada
fragilidade
Resfriamento
Rápido de maneira a formar martensíta
(ver curvas TTT)
69
4- TÊMPERA
Meios de Resfriamento
Depende muito da composição do aço
(% de carbono e elementos de liga) e
da espessura da peça
70
TEMPERABILIDADE
CAPACIDADE DE UM AÇO ADQUIRIR
DUREZA POR TÊMPERA A UMA CERTA
PROFUNDIDADE
VEJA EXEMPLO COMPARATIVO DA
TEMPERABILIDADE UM AÇO 1040 E DE UM
AÇO 8640
A CURVA QUE INDICA A QUEDA DE DUREZA
EM FUNÇÃO DA PROFUNDIDADE RECEBE O
NOME DE CURVA JOMINY QUE É OBTIDA
POR MEIO DE ENSAIOS NORMALIZADOS
71
TEMPERABILIDADE
Veja como é feito o ensaio de
temperabilidade Jominy no site:
www.cimm.com.br/material didático
72
73
TEMPERABILIDADE DOS AÇOS
EM FUNÇÃO DO TEOR DE
CARBONO
74
5- REVENIDO
*** Sempre acompanha a têmpera
Objetivos:
- Alivia ou remove tensões
- Corrige a dureza e a fragilidade,
aumentando a dureza e a tenacidade
75
5- REVENIDO
Temperatura
Pode ser
escolhida de
acordo com as
combinações
de
propriedades
desejadas
76
5- REVENIDO
150- 230°C os carbonetos começam a precipitar
Estrutura: martensita revenida
(escura, preta)
Dureza: 65 RC 60-63 RC
230-400°C os carbonetos continuam a precipitar
em forma globular (invisível ao microscópio)
Estrutura: TROOSTITA
Dureza: 62 RC 50 RC
77
5- REVENIDO
400- 500°C os carbonetos crescem em glóbulos,
visíveis ao microscópio
Estrutura: SORBITA
Dureza: 20-45 RC
650-738°C os carbonetos formam partículas
globulares
Estrutura: ESFEROIDITA
Dureza: <20 RC
78
MICROESTRUTURAS DO
TROOSTITA EREVENIDO SORBITA
MARTENSITA
79
FRAGILIDADE DE
REVENIDO
Ocorre em determinados tipos de aços quando
aquecidos na faixa de temperatura entre 375-475 °C
ou quando resfriados lentamente nesta faixa.
A fragilidade ocorre mais rapidamente na faixa de
470-475 °C
A fragilidade só é revelada no ensaio de resist. ao
choque, não há alteração na microestrutura.
80
AÇOS SUSCEPTÍVEIS À
FRAGILIDADE DE
REVENIDO
Aços -liga de baixo teor de liga
Aços que contém apreciáveis quantidades de
Mn, Ni, Cr, Sb*, P, S
Aços ao Cr-Ni são os mais suceptíveis ao
fenômeno
*é o mais prejudicial
81
COMO MINIMIZAR A
FRAGILIDADE DE
REVENIDO
Manter os teores de P abaixo de 0,005% e
S menor 0,01%
Reaquecer o aço fragilizado a uma
temperatura de ~600 °C seguido de
refriamento rápido até abaixo de 300 °C .
82
6-
SOLUBILIZAÇÃO SEGUIDA DE
PRECIPITAÇÃO OU ENVELHECIMENTO
Consiste na precipitação de outra fase,
na forma de partículas extremamente
pequenas e uniformemente distribuídas.
 Esta nova fase enrijece a liga.
 Após o envelhecimento o material terá
adquirido máxima dureza e resistência.
 O envelhecimento pode ser natural ou
artificial.

83
6- Tratamento térmico de
solubilização seguido de
envelhecimento
Solubilização
Resfriamento em
água
Chamado de
envelhecimento que
pode ser
natural ou artificial
Precipitação
A ppt se dá
A ppt se dá a acima da T
T ambiente ambiente
por
reaquecimento
84
EXEMPLO: Sistema Al-Cu
Solubilização
5,65%
A fase endurecedora das ligas Al-Cu é CuAl2 ()
85
7- Outros tratamentos
térmicos
86
TRATAMENTO SUB-ZERO
Alguns tipos de aço, especialmente os alta liga,
não conseguem finalizar a transformação de
austenita em martensita.
O tratamento consiste no resfriamento do
aço a temperaturas abaixo da ambiente
Ex: Nitrogênio líquido: -170oC
Nitrogênio + álcool: -70oC
87
AÇO AISI 1321 cementado as linhas
Mi e Mf são abaixadas.

Neste aço a formação da martensita não se finaliza, levando a se ter
austenita residual a temperatura ambiente.
88
AUSTEMPERA E
MARTEMPERA
Problemas práticos no resfriamento
convencional e têmpera
A peça/ parte poderá apresentar empenamento ou
fissuras devidos ao resfriamento não uniforme. A parte
externa esfria mais rapidamente, transformando-se em
martensita antes da parte interna. Durante o curto tempo
em que as partes externa e interna estão com
diferentes microestruturas, aparecem tensões
mecânicas consideráveis. A região que contém a
martensita é frágil e pode trincar.
Os tratamentos térmicos denominados de martempera e
austempera vieram para solucionar este problema 89
MARTEMPERA
O resfriamento é
temporariamente interrompido,
criando um passo isotérmico,
no qual toda a peça atinga a
mesma temperatura. A seguir
o resfriamento é feito
lentamente de forma que a
martensita se forma
uniformemente através da
peça. A ductilidade é
conseguida através de um
revenimento final.
90
AUSTEMPERA
Outra alternativa para evitar distorções
e trincas é o tratamento denominado
austêmpera, ilustrado ao lado
Neste processo o procedimento é
análogo à martêmpera. Entretanto a
fase isotérmica é prolongada até que
ocorra a completa transformação em
bainita. Como a microestrutura
formada é mais estável (alfa+Fe3C), o
resfriamento subsequente não gera
martensita. Não existe a fase de
reaquecimento, tornando o processo
mais barato.
91
MARTEMPERA E
AUSTEMPERA
alternativas para evitar distorções e trincas
92
CASO PRÁTICO 1
Faça uma análise do seguinte procedimento
adotado por uma da empresa
Peça: eixo (10x100)mm
Aço: SAE 1045
Condições de trabalho: solicitação à abrasão
pura
Tratamento solicitado: beneficiamento para
dureza de 55HRC
Condição para tempera: peça totalmente
acabada
93
CASO PRÁTICO 2
Qual o tratamento térmico que você acha mais
apropriado para um dado eixo flangeado para
reconstituir a homogeneidade microestrutural
com a finalidade de posteriormente ser efetuada
a tempera?
Informações: A região flangeada apresenta-se
com granulação fina e homogênea, resultante
do trabalho à quente; já o restante do eixo, que
não sofre conformação, apresenta-se com
microestrutura grosseira e heterogênea, devido
ao aquecimento para forjamento.
94
CASO PRÁTICO 3
Porta insertos de metal duro são usados em
estampos progressivos, confeccionados em aço
AISI D2 e temperados para 60/62 HRC.
Este tipo de aço costuma reter até 50% de
austenita em sua estrutura à temperatura
ambiente. Há algum inconveniente disto?
Comente sua resposta.
95
RESUMOS
96
TRANSFORMAÇÕES
AUSTENITA
Resf. lento
Perlita
( + Fe3C) + a
fase
próeutetóide
Resf. moderado
Bainita
( + Fe3C)
Resf. Rápido
(Têmpera)
Martensita
(fase tetragonal)
reaquecimento
Ferrita ou cementita
Martensita
Revenida
( + Fe3C)
97
Tratamentos Térmicos
Recozimento
Total ou Pleno
Tempera e
Revenido
Recozimento
Isotérmico
Resfriamento
Lento
(dentro do forno)
Normalização
Resfriamento
ao ar
98
Recozimento
Recristalização
Total ou Pleno
Isotérmico
Resfriamento
Lento
(dentro do forno)
Alívio de
tensões
Temperatura
Abaixo da linha A1 
Temperatura
Abaixo da linha A1 
Não ocorre nenhuma
transformação
Resfriamento
Deve-se evitar
velocidades muito
altas devido ao risco
de distorções
(600-620oC)
- Resfriamento
Lento
(ao ar ou dentro
do forno)
**Elimina o
encruamento
gerado pelos
processos de
deformação99à frio