Processamento Térmico de Ligas Metálicas

1. Processamento Térmico de Ligas Metálicas • Recozimento: • processo em que o material é exposto a uma fonte de calor, geralmente a altas temperaturas por um longo período e então é resfriado lentamente até a temperatura ambiente; • o recozimento pode (1) aliviar tensões internas, (2) aumentar a tenacidade, ductilidade e rigidez de um material, (3) produzir uma microestrutura específica; • Parâmetros de Controle: • temperatura: taxas de aquecimento e resfriamento do material; • tempo de permanência em determinada temperatura; • tamanho da peça a ser tratada.

2. Recozimento de Ligas Ferrosas • Temperatura crítica inferior (TCI): A1, abaixo da qual austenita não existirá; • Temperatura crítica superior (TCS): linhas A3 e Acm, acima das quais existe somente austenita; • Normalização: tratamento de recozimento realizado entre 55-85ºC acima da TCS para refinar os grãos e produzir uma distribuição de tamanhos mais uniforme. • Recozimento pleno: austenitização de uma liga, seguida de resfriamento lento, dentro do próprio forno, até a temperatura ambiente. • Recozimento subcrítico: aquecimento e manutenção prolongada de uma liga a uma temperatura imediatamente abaixo da temperatura eutetóide (A1), resultando em uma estrutura de cementita globulizada. Normalização Recozimento pleno Recozimento subcrítico Diagrama Fe-Fe3C na vizinhança do eutetóide.

3. Endurecibilidade • Conceito: • Capacidade de uma liga ser endurecida pela formação da martensita, como resultado da aplicação de um tratamento térmico; • Corresponde à medida qualitativa da taxa segundo a qual a dureza cai em função da distância ao se penetrar no interior de uma amostra, em função do menor teor de martensita; • Uma liga de aço que possui alta endurecibilidade é aquela que endurece, ou forma martensita, não apenas na sua superfície, mas em elevado grau também ao longo de todo o seu interior; • Pode ser determinada pelo ensaio Jominy da extremidade temperada.

4. Ensaio Jominy Acessório de montagem amostra Corpo de prova Jato de água a 24 ºC Jato de água Superfície plana e polida Ensaios de dureza Rockwell C Curva de endurecibilidade

5. Ensaio Jominy: Curva de Endurecibilidade Menos martensita Escala Rockwell C Taxa de resfriamento, ºC/s Distância a partir da extremidade temperada Distância a partir da extremidade temperada 16 avos de polegada • extremidades temperadas resfriam mais rapidamente e contém mais martensita; • a taxa de resfriamento decresce com o aumento da distância até a extremidade temperada: maior difusão de C, mais bainita/perlita, menor dureza; • alta endurecibilidade é indicada por uma curva de endurecibilidade com um comportamento mais próximo de uma reta paralela à abscissa.

6. Curvas de Endurecibilidade: Influência de Elementos de Liga Taxa de resfriamento a 700ºC Escala Rockwell C Escala Rockwell C Distância a partir da extremidade temperada 16 avos de polegada Distância a partir da extremidade temperada • Influência de elementos de liga sobre a curva de endurecibilidade resultante: a presença de Ni, Cr e Mo nos aços-liga retardam as reações de transformação da austenita em perlita e/ou bainita. O mesmo efeito pode ser observado para ligas com diferentes % C; • Isso permite que mais martensita se forme para uma taxa de resfriamento específica, produzindo uma liga com maior dureza.

7. Endurecibilidade: Influência do Meio de Resfriamento, do Tamanho da Amostra Taxa de resfriamento a 700ºC • Severidade da têmpera: água > óleo > ar. Ex: para uma barra de 50mm de diâmetro, a taxa de resfriamento no seu centro é de 27ºC/s na água e 13,5ºC/s no óleo; • para um determinado meio de têmpera, a taxa de resfriamento no centro da amostra é menor para diâmetros maiores. Diâmetro da barra Distância equivalente a partir da extremidade temperada Temperado em água Temperado em óleo

8. Endurecibilidade: Influência da Geometria da Amostra Escala Rockwell C • perfil radial de dureza para amostras cilíndricas de aço, com diâmetros de 50mm, temperadas em água moderadamente agitada; • perfil radial de dureza para amostras cilíndricas de aço com diâmetros de 50 e 100 mm, temperadas em água moderadamente agitada .

9. Endurecimento por Precipitação Resfriamento lento  precipita nos contornos de grão de k Tempo • pequenas inclusões de fases secundárias aumentam a resistência de um material; • distorções da rede cristalina ao redor dessa fase secundária impedem o movimento de discordâncias; • o precipitado se forma quando o limite de solubilidade é excedido; • o endurecimento por precipitação também é conhecido como endurecimento por envelhecimento.

10. Endurecimento por Precipitação • Solubilização: Em T0 todos os átomos do soluto A se dissolvem para formar uma solução monofásica (); • Resfriamento rápido: após a solubilização, a liga é resfriada rapidamente até T1. Sem tempo para difundir, a fase  não se forma, o que resulta numa fase  como sendo uma solução sólida supersaturada; • Precipitação: a solução sólida  é aquecida até T2, abaixo da linha solvus, onde a difusão é apreciável. A fase  começa a se formar como partículas finas dispersas; • Após determinado período de tempo, o material é resfriado até a temperatura ambiente. Temperatura Tratamento térmico de solubilização Têmpera Tratamento térmico de precipitação Tempo

11. Endurecimento por Precipitação Superenve- lhecimento Resistência ou dureza zonas Distorções na rede Sem distorções na rede Partícula da fase ” Partícula da fase  solvente soluto Solução supersaturada Fase  de equilíbrio, dentro da fase matriz  Fase precipitada de transição ”

12. Endurecimento por Precipitação Limite de resistência à tração (MPa) Ductilidade (% AL em 2 pol.) Duração do tratamento térmico da precipitação