Ensaio de tração



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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO

INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE

CURSO TÉCNICO DE ELETROMECÂNICA

DISCIPLINA DE MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA
Tratamentos Térmicos

Tratamento térmico é o conjunto de operações de aquecimento e resfriamento a que são submetidas as ligas metálicas, sob condições controladas de temperatura, tempo, atmosfera e velocidade de resfriamento, com o objetivo de alterar as suas propriedades ou conferir-lhes características determinadas através da alteração de suas microestruturas.


Os principais objetivos dos tratamentos térmicos são:

- Remoção de tensões internas (oriundas de esfriamento desigual, trabalho mecânico ou outra causa) ;

- Aumento ou diminuição da dureza;

- Aumento da resistência mecânica;

- Melhora da ductilidade;

- Melhora da usinabilidade ;

- Melhora da resistência ao desgaste;

- Melhora das propriedades de corte;

- Melhora da resistência à corrosão;

- Melhora da resistência ao calor;

- Modificação das propriedades elétricas e magnéticas.
Fatores que influenciam os tratamentos térmicos

• Tempo de aquecimento

De maneira geral os tratamentos térmicos dos aços são realizados em temperaturas dentro do campo austenítico, visando-se a completa austenitização do aço.

As velocidades ou taxas de aquecimento máximas dependem da condutividade térmica do aço, do tamanho e da forma do componente. Velocidades de aquecimento muito elevadas podem causar distorções ou, até mesmo, trincas, porém, em alguns casos, velocidades muito baixas de aquecimento pode causar crescimento de grão (ex: aços fortemente encruados).

Normalmente, as taxas de aquecimento empregadas pela indústria são normalmente determinadas pelos fornos de tratamento. Valores típicos em fornos de aquecimento resistivo ficam entre 600 e 1200°C /h. Fornos de indução e fornos do tipo banho de sal apresentam taxas mais elevadas.
Tempo de permanência na temperatura de tratamento

O tempo de permanência na temperatura de tratamento é a soma do tempo necessário para que toda a massa do corpo tratado atinja a mesma temperatura.




Taxa de resfriamento

É o fator mais importante do ciclo térmico pois determina a microestrutura final obtida no tratamento térmico.
• Atmosfera do forno

A presença de oxigênio na atmosfera do forno provoca oxidação do ferro e a descarbonetação da superfície do aço. Este efeito (normalmente indesejável) começa a se manifestar a partir de 500ºC.

Temperatura (ºC)

Tempo (h)


Diagrama de fase ferro carbono

Para terminar qual é a temperatura de austenitização da liga ferrosa, utiliza-se o diagrama ferro carbono através da análise do percentual de carbono do material a ser tratado.

Este diagrama mostra que a partir dos 727 °C ( linha A1) ocorre a primeira grande transformação alotrópica, a perlita existente a temperatura ambiente começa a sofrer transformações em seu reticulado cristalino e transforma-se em austenita. A partir deste (ponto de Currie) o material perde suas propriedades magnéticas e o que antes apresentava-se na forma cúbica de corpo centrado passa a ser cúbica de face centrado.

Na zona chamada de zona de austenitização toda a perlita está transformada em austenita.
Transformações alotrópicas

Durante o tratamento térmico ocorrem transformações na microestrutura, ou seja, uma diferente organização molecular o que resulta em diferentes propriedades mecânicas. (CCC para CFC)

Todas essas transformações ocorrem abaixo da linha liquidus, ou seja, as transformações ocorrem sem que ocorra troca de estado físico.

Microconstituintes

Além dos microconstituintes estudados anteriormente: ferrita (ferro α), perlita e cementita veremos

que com os tratamentos térmicos formam-se:


Austenita: Solução sólida de carbono no ferro gama (γ), só é estável em temperaturas acima de 727 °C e apresenta alta ductilidade e baixa resistência mecânica. Microconstituinte originado da transformação da perlita.
Martensita: É um produto da transformação da austenita, no tratamento térmico. Quando aplica-se um resfriamento brusco a austenita não consegue voltar a se perlita e forma então a martensita. Apresenta granulação fina, portanto, alta dureza. Possui reticulado tetragonal de corpo centrado.
Bainita: Produto de um resfriamento moderado da austenita, apresenta uma granulação mais grosseira que a martensita. Reticulado cristalino tetragonal de corpo centrado
Tipos de tratamentos térmicos:

Os tratamentos térmicos são divididos em dois diferentes grupos:


Tratamentos termofísicos são aqueles que alteram as propriedades físicas do material sem que ocorra mudança nas sua composição química. Para que um aço ser tratado por esse tipo de processo precisa apresentar teor mínimo de 0,35% de carbono.
Tratamentos termoquímicos são aqueles que alteram as propriedades físicas alterando a composição química da superfície da peça tratada, a partir de uma atmosfera rica. Tratamento utilizado para aços com teores de carbono inferior a 0,30%.
Principais tratamentos termofísicos:
Recozimento

Objetivos:

Remover tensões devida a tratamentos mecânicos a frio ou a quente, reduzir a dureza, aumentar a usinabilidade, facilitar o trabalho a frio, regularizar a textura bruta de fusão, ajustar o tamanho de grão, eliminar os efeitos de quaisquer tratamento térmico ou mecânico anterior.
Procedimento: Aquecimento acima da zona crítica até a total austenitização seguido de resfriamento lento dentro do forno (resfriamento contínuo com a taxa de resfriamento do forno).
Têmpera

Objetivos: Obter estrutura martensítica que promove: Aumento na dureza, aumento na resistência à tração e redução na tenacidade.

Procedimento: Aquecimento em média 50 °C acima da zona crítica para garantir a total austenitização e posterior resfriamento brusco em água, óleo ou soluções salinas.
Revenimento

Objetivos: Alivia ou remove tensões, corrige a dureza e a fragilidade, aumentando a dureza e a tenacidade.


Procedimento: Sempre que uma peça for temperada deverá ser realizado o revenimento que consiste em aquecer a peça a uma temperatura abaixo da austenitização e posteriormente um resfriamento adequado.
Normalização

Objetivos:

Refino de grão e homogeneização de microestruturas de produtos conformados a quente, melhoria da usinabilidade, refino microestrutural de estruturas brutas de fusão.
Procedimento: Normalmente o resfriamento é realizado de maneira contínua , retirando-se a peça do forno e deixando-a resfriar ao ar.
Principais tratamentos termoquímicos
Cementação: Trata-se da introdução de carbono na superfície da peça através de uma atmosfera rica em carbono, mantendo o seu núcleo dúctil.
Objetivos: Conferir aos aços de baixo teor de carbono ( até 0,25%C) dureza superficial aumentando sua resistência ao desgaste e mantendo as características do núcleo dúctil. A profundidade de cementação vai pode variar entre 0,01 e 3 mm
Procedimento: Consiste no aquecimento e manutenção do material a altas temperaturas (temperatura de austenitização) em atmosfera rica em carbono (meio sólido liquido ou gasoso), ocorrendo a difusão do carbono da superfície para o centro da peça.

Para cementação sólida, também chamada de cementação em caixa, as peças são colocadas dentro de uma caixa com carvão moído e posteriormente isoladas (argila) para que o ambiente do interior do forno não cause um empobrecimento de carbono.

O processo de resfriamento pode ser brusco ou lento, dentro da própria caixa.

Nitretação ou Nitratação (sólida, líquida ou gasosa)

Objetivos: Endurecimento superficial dos aços por absorção de nitrogênio. É realizado em fornos com atmosfera controlada, rica em Nitrogênio (em geral NH3).

Procedimento: O aquecimentos da peça tratada é feito até temperaturas abaixo da zona de austenitização em uma atmosfera rica em nitrogênio que reagirá quimicamente com a superfície do aço e formará nitretos.
Carbonitretação

Objetivos: Conferir dureza superficial a peça a partir da absorção de Carbono e Nitrogênio com o objetivo de formar Carbonitretos.


Procedimento: O aquecimentos da peça tratada é feito até temperaturas a cima da zona de austenitização em uma atmosfera rica em nitrogênio e também carbono que reagirá quimicamente com a superfície do aço e formará carbonitretos.
Exercício:

Utilize a tabela abaixo para sintetizar as características dos diferentes tratamentos térmicos:



Tratamento Térmico

Temperatura de aquecimento

Forma de Resfriamento

Resultados

Recozimento










Têmpera








Revenimento









Normalização









Cementação









Nitretação









Carbonitretação













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