Tratamentos térmicos dos aços
Recozimento
Aquecimento a Trec., seguido de
arrefecimento lento
Rec. relaxação de tensões
Rec. esferoizidação
Rec. completo
Normalização
Rec. após deformação plástica
Têmpera
Austenitização seguida de
arrefecimento rápido
Têmpera
Revenido
Martêmpera
Austêmpera
Recozimento
recozimento: aquecimento a Trec., seguido de arrefecimento lento
Relaxação de tensões
Reduz tensões causadas por:
- Deformação plástica
- Contracção de arrefecimento
- Transformações de fase
Aquecer ligeiramente
abaixo de TE (550-650°C)
Recozimento após
deformação plástica a frio
Esferoidização
Amacia os aços para aumentar
a sua maquinabilidade
Aquecer ligeiramente abaixo de
TE & manter durante 15-25 h
(esferoidiza e cementite)
Tipos de
recozimento
Elimina os efeitos do
encruamento causado por
deformação plástica a frio
(recuperação/recristalização)
Aplicável a ligas macias Al, Ti, Cu
Recozimento completo
aquecimento no domínio de γ ou γ + Fe3C, seguido de
arrefecimento em forno de
modo a obter perlite grosseira
Normalização
aquecimento no domínio de γ,
seguido de arrefecimento ao ar
de modo a obter perlite fina
2
Recozimento
Normalização
Recozimento
completo
Esferoidização
Relaxação
de tensões
3
Recozimento de esferoidização
Cementite esferoidizada e ferrite α
4
Efeito da deformação plástica a frio
• Tensão de cedência (σc) aumenta
• Tensão máxima (σmax) aumenta
• Ductilidade (εf) diminui
encruamento
Grãos alongados
Tensão (MPa)
def.
não
def.
Extensão
5
Recozimento após deformação
plástica a frio
• tratamento de 1 h à Trec... elimina os efeitos do encruamento
• diminui σmax e aumenta extensão à fractura
100 200
600
300 400 500 600 700
60
tensão max
50
500
40
400
30
ductilidade
20
ductilidade (%εf)
tensão max (MPa)
temperatura (ºC)
• 3 etapas:
- Recuperação
- Recristalização
- Crescimento de grão
300
6
Recuperação
•  Relaxação de tensões internas
•  Redução da densidade de deslocações: rearranjo em
configurações de menor energia; aniquilação em defeitos
pontuais
•  Tensão max diminui e ductilidade aumenta
7
Recristalização
• Formação de novos grãos à custa dos grãos deformados que:
- têm baixa densidade de deslocações
- são pequenos
- não são deformados
0.6 mm
Latão com 33%
deformaçao a frio
0.6 mm
Novos grãos
nucleiam após
3 sec. a 580°C
8
Recristalização
• Os grãos deformados são substituídos por grãos novos
0.6 mm
Após 4 s
0.6 mm
Após 8 s
9
Crescimento de Grão
• Para tempos maiores, os grãos maiores crescem à custa dos menores.
0.6 mm
Após 8 s,
580ºC
0.6 mm
Após 15 min,
580ºC
10
º
TR = temperatura de
recrstalização
TR
º
11
Têmpera e Revenido
têmpera
revenido
12
Revenido da Martensite
O reaquecimento da martensite promove difusão de C:
• reduz tensões internas causadas pela têmpera,
• reduz a dureza e a fragilidade da martensite
• σmax e σced diminuem e a ductilidade aumenta
σmax(MPa)
σced(MPa)
1800
σced
1200
1000
60
50
40
30
%def
800
200
400
T (°C)
9 µm
1400
σmax
%deformação
1600
600
• p
roduz partículas de carbonetos muito finas numa matriz de α’
13
Martêmpera e Austêmpera
Martêmpera
Minimiza gradientes térmicos na peça
que podem causar distorções e
formação de fissuras na superfície.
Martensite
Austêmpera
Alternativa à têmpera + revenido.
Material com maior ductilidade e
tenacidade e menos distorções.
14
Bainite
Tratamentos Térmicos dos Aços
800
a)  Recozimento
b) Normalização
c) Têmpera
Austenite (estável)
T(°C)
TE
A
P
600
d) Revenido
B
A
400
0%
M+A
200
50%
M+A
b)
c)
10
-1
10
a)
10
3
tempo (s)
10
90%
d)
5
15
Transformações da austenite
Austenite (γ)
Arrefecimento rápido
Arrefecimento
moderado
Perlite
Bainite
Martensite
(α + Fe3C lamelar) +
fase primária
(α + cementite
não lamelar)
( α’’ TCC
transf. sem difusão)
Martensite
Martensite revenida
Bainite
Perlite fina
Perlite grosseira
Cementite esferoidizada
revenido
Ductilidade
Resistência
Arrefecimento
lento
Martensite
revenida
(α’ + carbonetos)
16
Propriedades mecânicas
Efeito do teor em C
Perlite (média)
ferrite (macia)
σmax (MPa)
1100
σced(MPa)
Co < 0.76 wt% C
Hipoeutectóide
Hipo
Hiper
Perlite (média)
Cementite
(dura)
Co > 0.76 wt% C
Hipereutectóide
Hipo
%εf
Hiper
100
900
dureza
700
50
500
0.5
1
wt% C
0
0
0.5
0.76
0
0.76
300
1
wt% C
Maior % C: σmax, σced e dureza aumentam, % extensão fractura diminui
17
Propriedades mecânicas
• Perlite fina vs perlite grosseira vs esferoidite
Hipo
Hiper
90
Hipo
Hiper
Dureza Brinell
Perlite fina
240
perlite
grosseira
esferoidite
160
80
0
0.5
1
wt%C
Ductilidade (%)
320
esferoidite
60
30
0
Perlite grosseira
Perlite fina
0
0.5
1
wt%C
• Dureza:
fina > grosseira > esferoidite
• Ductilidade: fina < grosseira < esferoidite
18
Propriedades mecânicas
• Perlite fina vs Martensite:
Dureza Brinell
Hipo
600
Hiper
martensite
400
200
0
perlite fina
0
0.5
1
wt% C
• Dureza: perlite fina << martensite
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Taxonomia dos Metais
Ligas Metálicas
Ferrosas
Não-ferrosas
Ferros fundidos
Aços
Cu
Al
Mg
Ti
Ni
etc…
2-4.5 wt% C
< 2 wt% C
microestrutura:
ferrite, grafite, cementite
T(°C)
1600
δ
L
1400
1200
γ
austenite
γ+
L
4.30
1000
α
ferrite
800
600
400
0
(Fe)
L+Fe3C
1148°C
Eutectico
γ+
Fe3C
727°C
Fe3C
cementite
Eutectóide:
α+
Fe3C
0.76
1
2
3
4
5
6
Co , wt% C
6.7
20
Aços
Baixa liga
baixo teor C
<0.25 wt% C
Nome
baixo C
Elementos
de liga
-
Ligados
Med teor C
0.25-0.6 wt% C
Rápidos médio C
(HSLA)
Cr,V
Ni, Mo
Alto teor C
0.6-2 wt% C
TT
alto C
ferramentas
Cr, Ni
Mo
-
Cr, V,
Mo, W
4310
1040
4340
1095
0
Temperab.
Resist. tracção -
+
+
0
+
++
++
++
+
ε fractura
+
0
-
-
Exemplo
Aplicações
1010
+
autom. pontes cambotas
estrut. torres porcas
chapa Reserv. martelos
pressão serras
pistons desgaste
Rodas
dentadas
desgaste
inoxidável
Cr, Ni, Mo
4190
304
+++
++
0
0
--
++
brocas
serras
matrizes
Aplic. alta T
turbinas
fornos
Resistência
corrosão
resistência crescente, custo crescente, ductilidade decrescente
21
Ligas Ferrosas
Aços e Ferros fundidos
Nomenclatura AISI & SAE
10xx Aços Carbono
11xx Aços Carbono (resulfurizados para aumentar a maquinabilidade)
15xx Mn (10 ~ 20%)
40xx Mo (0.20 ~ 0.30%)
43xx Ni (1.65 - 2.00%), Cr (0.4 - 0.90%), Mo (0.2 - 0.3%)
44xx Mo (0.5%)
onde xx é o teor em C wt% C x 100
exemplo: aço 1060 – aço carbono com 0.60 wt% C
Aços inoxidáveis >11% Cr (forma-se camada protectora de óxido de Cr
muito resistente à corrrosão)
22
Ferros Fundidos
•  Ligas ferrosas com > 2.1 wt% C
–  mais comum 3 - 4.5 wt%C
•  Baixa TF: fáceis de produzir por fundição
•  Cementite decompõe-se em ferrite + grafite
Fe3C  3 Fe (α) + C (grafite)
–  geralmente processo lento
23
Diagrama Equilíbrio Fe-C Estável
T(°C)
1600
Formação de grafite
promovida por
•  Si > 1 wt%
1200
α + γ
γ
Austenite
Liquid +
Grafite
γ+L
1153°C
4.2 wt% C
1000
γ + Grafite
800
740°C
0.65
•  arrefecimento lento
L
1400
600
400
(Fe)
α + Grafite
0
1
2
3
4
90
Co , wt% C
100
24
Tipos de Ferros Fundidos
FF cinzentos
•  Flocos grafite
•  Frágil sob tracção
•  Resistente à compressão
•  excelente amortecedor de vibrações
•  Resistente ao desgaste
FF nodulares
•  Adição de Mg ou Ce
•  grafite em nódulos e não em flocos
•  matriz perlítica - maior ductilidade
25
Tipos de Ferros Fundidos
FF Brancos
•  <1wt% Si mais duros e frágeis
•  mais cementite
FF maleáveis
•  Tratamento térmico a 800-900ºC
•  grafite em rosetas
•  mais ducteis
26
Limitações das Ligas Ferrosas
1)  Densidade relativamente elevada
2)  Condutividade relativamente baixa
3)  Baixa resistência à corrosão
27