Tratamento térmico 1111

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<p>Tratamento térmico</p><p>Prof.Julio Cesar José Rodrigues Junior</p><p>Descrição</p><p>Apresentação do diagrama Fe-C. Estudo do diagrama temperatura,</p><p>tempo e transformação (TTT). Abordagem dos aspectos práticos dos</p><p>tratamentos térmicos e das mudanças nas propriedades mecânicas das</p><p>ligas ferrosas tratadas térmica ou termoquimicamente.</p><p>Propósito</p><p>O estudo dos tratamentos térmicos e termoquímicos é primordial para</p><p>entender as principais aplicações, vantagens, desvantagens e</p><p>propriedades mecânicas adquiridas pela liga ferrosa tratada térmica ou</p><p>termoquimicamente.</p><p>Objetivos</p><p>Módulo 1</p><p>Tratamentos térmicos e termoquímicos:</p><p>fundamentos</p><p>Descrever os fundamentos sobre tratamentos térmicos e</p><p>termoquímicos.</p><p>Módulo 2</p><p>Diagrama TTT</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 1/69</p><p>Interpretar o diagrama TTT.</p><p>Módulo 3</p><p>Processos de tratamento térmico</p><p>Distinguir os processos de tratamento térmico.</p><p>Módulo 4</p><p>Processos de tratamento termoquímico</p><p>Distinguir os processos de tratamento termoquímico.</p><p>Introdução</p><p>Faremos um breve resumo dos principais tratamentos térmicos e</p><p>termoquímicos nas ligas ferrosas abordados neste conteúdo.</p><p>Orientação sobre unidade de medida</p><p>Em nosso material, unidades de medida e números são escritos</p><p>juntos (ex.: 25km) por questões de tecnologia e didáticas. No</p><p>entanto, o Inmetro estabelece que deve existir um espaço entre o</p><p>número e a unidade (ex.: 25 km). Logo, os relatórios técnicos e</p><p>demais materiais escritos por você devem seguir o padrão</p><p>internacional de separação dos números e das unidades.</p><p>Material para download</p><p>Clique no botão abaixo para fazer o download do</p><p>conteúdo completo em formato PDF.</p><p>Download material</p><p></p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 2/69</p><p>javascript:CriaPDF()</p><p>1 - Tratamentos térmicos e termoquímicos: fundamentos</p><p>Ao �nal deste módulo, você será capaz de descrever os fundamentos sobre tratamentos</p><p>térmicos e termoquímicos.</p><p>Vamos começar!</p><p>Fundamentos sobre tratamentos</p><p>térmicos e termoquímicos</p><p>Confira os principais pontos sobre o assunto que serão abordados ao</p><p>longo deste conteúdo.</p><p>Diagrama Fe-C</p><p>Aspectos gerais do diagrama ferro-</p><p>carbono (Fe-C)</p><p>Inicialmente, faremos neste conteúdo uma apresentação do diagrama</p><p>Fe-C (imagem 1) e de seus aspectos mais importantes. Com isso, você</p><p>poderá conhecer as fases que ocorrem nas ligas ferrosas a depender da</p><p></p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 3/69</p><p>temperatura e da composição química. Além disso, apresentaremos as</p><p>reações e suas fases decorrentes.</p><p>Imagem 1: Diagrama Fe-C.</p><p>O diagrama da imagem 1 apresenta, no eixo vertical, a temperatura em</p><p>ºC e, no horizontal, o percentual de carbono. Por exemplo, para 0 no eixo</p><p>horizontal, o ferro é puro e apresenta-se sob as seguintes formas</p><p>polimórficas:</p><p>Ferrita (ferro )</p><p>Austenita (ferro )</p><p>Ferro</p><p>A austenita é cúbica de face centrada; as demais, cúbicas de corpo</p><p>centrado. À temperatura de , o ferro é fundido. O diagrama</p><p>apresentado é parte de sua representação (até de C).</p><p>A liga binária (Fe-C) será denominada aço quando o percentual de</p><p>carbono variar de a . Acima desse valor, indo até</p><p>de C, a liga é chamada de ferro fundido.</p><p>Ainda observando a imagem 1, percebem-se regiões monofásicas e</p><p>bifásicas, como, por exemplo, as regiões monofásicas (líquida) e</p><p>(ferrita) e as bifásicas (líquido + austenita) e (ferrita +</p><p>cementita).</p><p>Duas linhas são importantes no diagrama de fases:</p><p>Liquidus</p><p>Associada às temperaturas do final da solidificação da liga, a partir da</p><p>qual o sistema encontra-se sólido.</p><p>Solidus</p><p>Acima dessa linha, a liga fica no estado líquido.</p><p>α</p><p>γ</p><p>δ.</p><p>1.538∘C</p><p>6, 7%</p><p>0, 008% 2, 14% 6, 7%</p><p>L α</p><p>L + γ α + Fe3C</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 4/69</p><p>Aços eutetoide, hipoeutetoide e</p><p>hipereutetoide</p><p>Os aços de carbono podem apresentar uma classificação a partir do</p><p>diagrama Fe-C:</p><p>Aços eutetoides com 0,76% de C.</p><p>Aços hipoeutetoides com valores inferiores a 0,76% de C.</p><p>Aços hipereutetoides para valores superiores.</p><p>Exemplo</p><p>Imagine um aço eutetoide a cerca de Um resfriamento lento</p><p>levaria o aço do campo austenítico para a região bifásica. Trata-se da</p><p>chamada reação eutetoide, sendo a composição e a</p><p>temperatura de .</p><p>Observe a reação eutetoide esquematizada a seguir:</p><p>Note que, na reação eutetoide apresentada, a austenita possui, em peso,</p><p>0,76% de carbono decompondo-se em ferrita, com 0,022% de C, e</p><p>cementita, com 6,7% de C. Esses percentuais são observados nos</p><p>extremos da linha horizontal de temperatura eutetoide (727ºC).</p><p>Agora apresentaremos reações importantes para os aços</p><p>hipoeutetoides, eutetoides e hipereutetoides, considerando que todos</p><p>eles estão a uma temperatura inicial que garanta a presença da</p><p>austenita. Realizaremos um resfriamento gradual, além de</p><p>apresentarmos a microestrutura.</p><p>A imagem 2 apresenta o diagrama Fe-C e um aço hipoeutetoide sendo</p><p>resfriado desde o campo austenítico:</p><p>1.000∘C.</p><p>0, 76%p C</p><p>727∘C</p><p>γ(0, 76%p C) ↔ α(0, 022%p C) + Fe3C(6, 7%p C)</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 5/69</p><p>Imagem 2: Resfriamento de aço hipoeutetoide.</p><p>O aço hipoeutetoide considerado apresenta percentual de e</p><p>temperatura inicial de (ponto c na imagem 2). Nessa situação, a</p><p>fase presente é a austenita . Existe uma representação micrográfica</p><p>dos grãos austeníticos.</p><p>No ponto d, a região é bifásica (ferrita + austenita), o que pode ser</p><p>percebido na nucleação de ferrita proeutetoide . Ao final, há a perlita</p><p>(lamelas de ferrita e cementita) e a ferrita proeutetoide.</p><p>A imagem 3 apresenta a micrografia de um aço de 0,5% C:</p><p>Imagem 3: Micrografia de aço hipoeutetoide.</p><p>Já as imagens 4 e 5 contêm o resfriamento gradual para os aços</p><p>eutetoide e hipereutetoide, destacando-se a microestrutura:</p><p>C0</p><p>870∘C</p><p>(γ)</p><p>(α)</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 6/69</p><p>Imagem 4: Resfriamento de aço eutetoide.</p><p>Imagem 5: Resfriamento de aço hipereutetoide.</p><p>Tratamentos térmicos</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 7/69</p><p>Descrição geral dos tratamentos</p><p>térmicos</p><p>Em linhas gerais, o tratamento térmico (TT) realizado em ligas ferrosas</p><p>consiste numa série de etapas, como, por exemplo, aquecimento,</p><p>homogeneização e resfriamento. Nessas etapas, as variáveis tempo,</p><p>temperatura, atmosfera do forno de aquecimento e taxa de resfriamento</p><p>deverão ser controladas a fim de que os objetivos do TT sejam</p><p>alcançados.</p><p>Listaremos os principais objetivos nesse processo:</p><p>Redução de tensões residuais;</p><p>Aumento da dureza;</p><p>Elevação da resistência mecânica;</p><p>Aumento da ductilidade;</p><p>Elevação da resistência à fadiga.</p><p>A imagem 6 apresenta, de forma esquemática, um TT genérico. Observe</p><p>as três etapas citadas anteriormente:</p><p>A rampa de aquecimento (atingir temperatura superior à do</p><p>campo austenítico – temperatura crítica) – imagem A;</p><p>A permanência nessa temperatura (homogeneização) – imagem</p><p>B;</p><p>A redução da temperatura – imagem C.</p><p>Imagem 6: Gráfico de um TT genérico.</p><p>Como afirma Vicente Chiaverini (2015), a composição química da liga</p><p>ferrosa não se altera apenas por ação do TT a que foi submetida.</p><p>Os principais TT utilizados em ligas ferrosas com o intuito de ajustar</p><p>algumas propriedades mecânicas são:</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 8/69</p><p>Aspectos práticos dos tratamentos</p><p>térmicos</p><p>No detalhamento dos aspectos práticos na condução de um TT, é</p><p>possível citar a etapa inicial, isto é, o aquecimento acima da temperatura</p><p>de austenitização do aço. No aquecimento, desde a ferrita (CCC) até a</p><p>austenita (CFC),</p><p>delineamos os fundamentos dos tratamentos térmicos</p><p>e termoquímicos nos aços. Inicialmente, fizemos a abordagem genérica</p><p>desses tratamentos, indicando suas etapas e aplicações. Além disso,</p><p>identificamos a mudança da composição química como uma das</p><p>grandes diferenças entre os tratamentos.</p><p>A</p><p>Cementação: produz camada mais dura que a</p><p>nitretação.</p><p>Nitretação: provoca mais distorção que a</p><p>cementação.</p><p>B</p><p>Cementação: produz camada mais dura que a</p><p>nitretação.</p><p>Nitretação: diminui a resistência à fadiga.</p><p>C</p><p>Cementação: produz núcleo frágil e camada tenaz.</p><p>Nitretação: provoca mais distorção que a</p><p>cementação.</p><p>D</p><p>Cementação: necessita de têmpera posterior.</p><p>Nitretação: não requer têmpera posterior.</p><p>E</p><p>Cementação: é usada em aços de alto carbono.</p><p>Nitretação: não é usada em aços.</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 67/69</p><p>Na sequência, falamos sobre o diagrama TTT, a apresentação das</p><p>curvas de início e término das transformações e as principais regiões</p><p>desse diagrama. Ainda estudamos a velocidade crítica de resfriamento</p><p>e os aspectos das transformações isotérmicas e das transformações</p><p>contínuas.</p><p>Outro ponto que discutimos foi a influência dos elementos de liga de um</p><p>aço no deslocamento das curvas do diagrama TTT. Descrevemos os</p><p>principais tratamentos térmicos e suas vias de processamento, como o</p><p>recozimento, a normalização, a têmpera e o revenimento, entre outros</p><p>exemplos. Para cada tratamento térmico, apontamos alguns aspectos</p><p>práticos, os aços em que eles são aplicáveis e as principais</p><p>propriedades mecânicas resultantes, assim como suas vantagens e</p><p>desvantagens.</p><p>Também analisamos estes tratamentos termoquímicos: cementação,</p><p>nitretação, cianetação e boretação. Nesse processo, mostramos as</p><p>principais reações químicas envolvidas na formação das camadas</p><p>superficiais. Por fim, comparamos as camadas produzidas em cada</p><p>tratamento termoquímico em termos de propriedades mecânicas</p><p>(dureza, resistência à fadiga etc.) e profundidade.</p><p>Podcast</p><p>Para encerrarmos, ouça os principais pontos abordados neste estudo.</p><p></p><p>Explore +</p><p>Leia o seguinte trabalho apresentado no 68º Congresso Anual da ABM,</p><p>cujo tema é o levantamento do diagrama TTT em nível experimental e,</p><p>em seguida, a validação pelo software Stecal 3.0.</p><p>MAGNABOSCO, R.; VENDRAMINE, C. de F. Levantamento da curva TTT</p><p>do aço 15B30 com análise dos constituintes ferrita e perlita. 68º</p><p>Congresso Anual da ABM. jul.-ago. 2013.</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 68/69</p><p>Referências</p><p>CALLISTER, W. D.; RETHWISCH, D. G. Ciência e engenharia de materiais:</p><p>uma introdução. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2016.</p><p>CHIAVERINI, V. Aços e ferros fundidos. 7. ed. São Paulo: ABM, 2015.</p><p>COLPAERT, H. Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns. 4. ed.</p><p>São Paulo: Edgard Blucher, 2008.</p><p>SHACKELFORD, J. F. Ciência dos materiais. 6. ed. São Paulo: Pearson,</p><p>2008.</p><p>Material para download</p><p>Clique no botão abaixo para fazer o download do</p><p>conteúdo completo em formato PDF.</p><p>Download material</p><p>O que você achou do conteúdo?</p><p>Relatar problema</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 69/69</p><p>javascript:CriaPDF()</p><p>ocorrem variações dimensionais. Por isso, é usual</p><p>haver “rampas” de aquecimento e manutenção em temperaturas</p><p>inferiores à do campo austenítico a fim de reduzir problemas com a</p><p>variação dimensional, o que diminui o risco de trincas e de distorção em</p><p>peças de seção variável.</p><p>Outros cuidados devem ser tomados para a realização do TT. O tempo</p><p>de permanência possibilita a dissolução de carbetos de ferro na fase</p><p>austenítica. Além disso, o tempo nessa etapa do processo torna a</p><p>granulação da austenita mais grosseira, isto, é, grãos grandes.</p><p>Atenção!</p><p>O tempo precisa ser o suficiente para se alcançar as propriedades ao</p><p>final do TT. Tempo prolongado pode provocar a oxidação ou a</p><p>descarbonetação do aço.</p><p>Na etapa C da imagem 6, o resfriamento é crítico para o alcance das</p><p>propriedades finais do material em decorrência do TT. Nessa etapa, a</p><p>estrutura final é alcançada, assim como o são, consequentemente, as</p><p> Recozimento</p><p> Normalização</p><p> Têmpera/revenido</p><p> Têmpera super�cial</p><p> Martêmpera</p><p> Austêmpera</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 9/69</p><p>propriedades mecânicas. É possível alcançar, ao final do resfriamento,</p><p>estruturas que variam de perlita grosseira a martensita.</p><p>A primeira estrutura apresenta baixa resistência mecânica em</p><p>contraposição à martensita. Além da taxa de resfriamento, a</p><p>composição química também influencia na estrutura final.</p><p>Alguns dos principais defeitos e distorções durante o TT são:</p><p>Alterações dimensionais</p><p>Função da composição química, das mudanças de fases e da taxa de</p><p>resfriamento.</p><p>Trincas</p><p>Origem, em geral, das altas taxas de resfriamento e da geometria da</p><p>peça.</p><p>Empenamentos e distorção</p><p>Posicionamento da peça no banho de resfriamento e a taxa de</p><p>resfriamento.</p><p>Estruturas resultantes dos</p><p>tratamentos térmicos</p><p>Antes de estudarmos os pormenores dos diversos tratamentos térmicos</p><p>do aço, vejamos um esquema (imagem 7) que relaciona a taxa de</p><p>resfriamento com as microestruturas resultantes do TT, já partindo da</p><p>fase austenítica homogeneizada.</p><p>Imagem 7: Resumo das estruturas resultantes do TT.</p><p>Na imagem, A, B e C indicam a taxa de resfriamento na fase final do TT.</p><p>Em A, a taxa de resfriamento é baixa; em B, moderada; e, em C, alta</p><p>(resfriamento em salmoura). Ao final do resfriamento do TT indicado</p><p>pelo caminho C, ocorre um novo aquecimento (abaixo da temperatura</p><p>crítica).</p><p>Dica</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 10/69</p><p>É interessante que o caminho C ocorra num intervalo mínimo de tempo,</p><p>sendo a transformação de fase sem difusão de carbono. Nos caminhos</p><p>A e B, há tempo suficiente para a difusão dele.</p><p>Tratamentos termoquímicos</p><p>Descrição geral dos tratamentos</p><p>termoquímicos</p><p>Os tratamentos termoquímicos em aços, também conhecidos como de</p><p>endurecimento superficial (sua principal finalidade), são aqueles que</p><p>ocorrem com a ativação pela energia térmica e provocam localmente</p><p>modificações na composição química. Assim como os tratamentos</p><p>térmicos citados, um de seus objetivos é a mudança de algumas</p><p>propriedades mecânicas.</p><p>Saiba mais</p><p>Uma combinação muito empregada na área da Engenharia é a de peças</p><p>de núcleo com elevada tenacidade e superfície com grande resistência</p><p>ao desgaste. Tratamentos termoquímicos são, em regra, uma boa</p><p>solução de engenharia. O componente mecânico engrenagem é um</p><p>exemplo em que as propriedades mecânicas de tenacidade e dureza</p><p>são otimizadas em regiões distintas.</p><p>A imagem 8 contém as engrenagens de um sistema mecânico:</p><p>Imagem 8: Sistema de engrenagens.</p><p>Desse modo, uma das principais aplicações dos tratamentos</p><p>termoquímicos é o endurecimento superficial de aços. Esse aumento da</p><p>resistência ao desgaste é conseguido pela modificação parcial da</p><p>composição química.</p><p>Os processos termoquímicos são:</p><p>Cementação (ou carbonetação)</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 11/69</p><p>Introdução de carbono na superfície do aço em condições particulares</p><p>de temperatura (superior a 900ºC).</p><p>Nitretação</p><p>Enriquecimento superficial de aços com nitrogênio (normalmente na</p><p>faixa de temperatura de 500 a 600ºC).</p><p>Cianetação</p><p>Introdução de carbono e nitrogênio em aços a partir de um banho</p><p>líquido contendo cianetos fundidos.</p><p>Boretação</p><p>Enriquecimento de boro na superfície de um aço, formando boreto de</p><p>ferro e aumentando a dureza superficial.</p><p>O processo difusional dos átomos de carbono, nitrogênio e boro é</p><p>ativado pela temperatura e ocorre de forma intersticial. A imagem 9 tem</p><p>uma representação desse processo de difusão:</p><p>Imagem 9: Difusão intersticial.</p><p>A lei matemática associada à difusão em regime não estacionário é</p><p>denominada Segunda Lei de Fick:</p><p>Em que C é a concentração do elemento químico e D, o coeficiente</p><p>difusional. Para as situações em que D é constante, a Segunda Lei de</p><p>Fick pode ser assim escrita:</p><p>∂C</p><p>∂t</p><p>=</p><p>∂</p><p>∂x</p><p>(D ⋅</p><p>∂C</p><p>∂x</p><p>)</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 12/69</p><p>A profundidade da camada cementada, por exemplo, depende da</p><p>temperatura e do tempo de cementação. A imagem 10 apresenta um</p><p>diagrama que relaciona a profundidade da camada cementada com as</p><p>variáveis temperatura e tempo:</p><p>Imagem 10: Camada cementada versus temperatura e tempo.</p><p>Estruturas resultantes dos</p><p>tratamentos termoquímicos</p><p>A imagem 11 apresenta uma peça que sofreu o tratamento de</p><p>cementação (gasosa). É possível notar a camada cementada na</p><p>superfície da mesma, região em que a dureza e o desgaste à abrasão</p><p>são elevados:</p><p>Imagem 11: Peça tratada termoquimicamente.</p><p>Já a imagem 12 revela uma micrografia da seção transversal de uma</p><p>peça de aço AISI 4340 com os tratamentos térmicos de têmpera e</p><p>revenimento e o tratamento termoquímico de nitretação. Nota-se, ainda,</p><p>a camada branca na superfície composta de nitreto:</p><p>∂C</p><p>∂t</p><p>= D ⋅</p><p>∂2C</p><p>∂x2</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 13/69</p><p>Imagem 12: Aço AISI 4340 nitretado.</p><p>Os aços utilizados na cementação são divididos em três classes:</p><p>Aços-carbono</p><p>O exemplo é o SAE 1020.</p><p>Aços-liga (baixo teor)</p><p>O exemplo é o SAE 8620.</p><p>Aços-liga (alto teor)</p><p>O exemplo é o aço SAE 3310.</p><p>No tratamento termoquímico de boretação, a camada externa é formada</p><p>pelo boreto de ferro (Fe2B). Primordialmente, sua utilização é mais usual</p><p>em aços-carbono comuns e aços-liga (de baixo e elevado teor), assim</p><p>como nos ferros fundidos comuns e nos nodulares.</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 14/69</p><p>Falta pouco para atingir seus objetivos.</p><p>Vamos praticar alguns conceitos?</p><p>Questão 1</p><p>(CP-CAP/2014 – técnico em metalurgia). Assinale a opção que</p><p>apresenta dois fatores de influência nos tratamentos térmicos.</p><p>A Aquecimento e pelotização.</p><p>B Ambiente de aquecimento e gaseificação.</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 15/69</p><p>Parabéns! A alternativa E está correta.</p><p>O TT apresenta três etapas: o aquecimento até a região de</p><p>austenitização, o tempo de permanência nessa temperatura para</p><p>homogeneização e o resfriamento. A alternativa E apresenta duas</p><p>dessas etapas.</p><p>Questão 2</p><p>(CP-CAP/2015 – Técnico em metalurgia). Assinale a opção que</p><p>apresenta dois tratamentos isotérmicos.</p><p>Parabéns! A alternativa D está correta.</p><p>Os tratamentos de martêmpera e austêmpera possuem um</p><p>patamar de temperatura na fase de resfriamento (isotérmicos).</p><p>Nitretação e cementação são denominados tratamentos</p><p>termoquímicos, pois ocorre uma variação da composição</p><p>localmente (superfície). A têmpera, a normalização e o recozimento</p><p>apresentam a etapa de resfriamento sem patamar de temperaturas:</p><p>apenas as taxas de resfriamento são distintas em cada um.</p><p>C Revenimento e precipitação.</p><p>D Cementação</p><p>e envelhecimento.</p><p>E</p><p>Aquecimento e tempo de permanência à</p><p>temperatura.</p><p>A Têmpera e cementação.</p><p>B Normalização e cementação.</p><p>C Cementação e recozimento.</p><p>D Austêmpera e martêmpera.</p><p>E Nitretação e têmpera.</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 16/69</p><p>2 - Diagrama TTT</p><p>Ao �nal deste módulo, você será capaz de interpretar o diagrama TTT.</p><p>Vamos começar!</p><p>Diagrama TTT (tempo – temperatura</p><p>– transformação)</p><p>Confira os principais pontos sobre o assunto que serão abordados ao</p><p>longo deste conteúdo.</p><p>Apresentação do diagrama TTT</p><p>Aspectos gerais do diagrama TTT</p><p>O diagrama TTT apresenta as transformações de fases como função da</p><p>temperatura e do tempo. Em resumo, os eixos do diagrama são a</p><p>temperatura e o tempo.</p><p>Na região interna, notam-se algumas linhas e regiões:</p><p>Uma linha horizontal.</p><p></p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 17/69</p><p>A temperatura eutetoide (727ºC).</p><p>Três linhas em forma de “C” a indicar o percentual de</p><p>transformação.</p><p>A curva mais à esquerda informa o início da transformação de austenita</p><p>em perlita. A intermediária indica que ocorreu metade da transformação.</p><p>Por fim, a curva mais à direita revela 100% da transformação.</p><p>Na imagem 13, identificam-se os aspectos descritos acima:</p><p>Imagem 13: Diagrama TTT.</p><p>A curva TTT é um diagrama isotérmico que indica o tempo de</p><p>permanência a dada temperatura constante para que ocorra o</p><p>percentual da transformação. Analisando a imagem 13, é possível</p><p>identificar um segmento tracejado na horizontal, indicando uma</p><p>transformação de fases isotérmica (cerca de 680ºC). De maneira</p><p>aproximada, metade da transformação de austenita em perlita ocorre</p><p>em um tempo de 100 segundos.</p><p>Cinética da transformação de fases</p><p>A evolução de uma transformação de fases apresenta dois estágios: a</p><p>nucleação e o crescimento. Na primeira, um “embrião” surge e atinge um</p><p>raio crítico r*, condição em que o núcleo é estável.</p><p>A partir desses núcleos, ocorre o crescimento (difusional). Os estágios</p><p>não são excludentes. Simultaneamente, um dado núcleo pode estar na</p><p>fase de crescimento e, em outra região, “surgir” um novo núcleo.</p><p>É possível descrever o percentual da transformação como função do</p><p>tempo a uma dada temperatura constante. Normalmente, o progresso</p><p>da transformação é acompanhado microscopicamente, sendo</p><p>convencionado o início da transformação para 0,5% de transformação e</p><p>o término, como 99,5% (austenita em perlita).</p><p>O gráfico da imagem 14 é denominado curva em “S”:</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 18/69</p><p>Imagem 14: Curva da fração transformada para uma temperatura.</p><p>A Equação de Avrami descreve a curva da fração transformada y em</p><p>função do tempo.</p><p>Em que k e n são constantes independentes do tempo para cada</p><p>transformação.</p><p>Na imagem 14 , é possível observar , tempo para que ocorra da</p><p>transformação. A taxa da transformação da reação no estado sólido é o</p><p>inverso de</p><p>Repetindo para diversas temperaturas a curva da fração transformada,</p><p>consegue-se confeccionar o diagrama TTT para um aço eutetoide</p><p>(0,77% de C).</p><p>A imagem 15 apresenta a determinação de dois pontos do diagrama</p><p>TTT: no início e no término da transformação.</p><p>y(t) = 1 − e−k⋅tn</p><p>t0,5 50%</p><p>t0,5 :</p><p>Taxa da transformação  =</p><p>1</p><p>t0,5</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 19/69</p><p>Imagem 15: Confecção do diagrama TTT para aço eutetoide.</p><p>Segundo Callister (2016), a interpretação da imagem 15 é que, para</p><p>temperaturas acima da eutetoide, apenas a austenita existirá. A</p><p>transformação de austenita em perlita ocorrerá com o super-</p><p>resfriamento da liga após a temperatura eutetoide e a manutenção</p><p>nessa temperatura.</p><p>A imagem 16 apresenta a curva de transformação da austenita em</p><p>perlita para algumas temperaturas:</p><p>Imagem 16: Curvas em “S” para um aço eutetoide.</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 20/69</p><p>Diagramas de transformações</p><p>isotérmicas</p><p>Neste ponto do conteúdo, apresentaremos os aspectos para um aço</p><p>eutetoide (0,77%C) cuja reação (eutetoide) é dada por:</p><p>A austenita é a fase a ferrita, ; e a cementita, o carbeto de ferro</p><p>. Sua transformação pode ocorrer durante o resfriamento ou o</p><p>aquecimento.</p><p>No estudo da cinética das transformações, a taxa de transformação</p><p>depende da temperatura e do tempo. Normalmente, essas</p><p>dependências são avaliadas de maneira independente. O diagrama TTT</p><p>apresenta, em um único gráfico, a dependência com as variáveis tempo</p><p>(t) e temperatura (T).</p><p>A imagem 17 contém um diagrama TTT completo para um aço de</p><p>composição eutetoide:</p><p>Imagem 17: Diagrama TTT completo de aço eutetoide.</p><p>In�uência dos elementos de liga</p><p>Austenita (0, 77%C) ↔  Ferrita (0, 022%C) +  Cementita (6, 70%C)</p><p>γ; α</p><p>Fe3C</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 21/69</p><p>Diagrama TTT para aços-carbono</p><p>Entre as causas disso, podemos citar a composição química. O teor de</p><p>carbono altera sensivelmente as curvas de início e término da</p><p>transformação.</p><p>Tomando como base o aço eutetoide (0,77%C) da imagem 17, as</p><p>imagens 18 e 19 apresentam o diagrama TTT para os aços</p><p>hipoeutetoides e hipereutetoides:</p><p>Imagem 18: Diagrama TTT de aço hipoeutetoide.</p><p>Comparando as imagens 17 e 18, é possível inferir que o aumento do</p><p>carbono desloca as curvas para a direita. Ademais, a formação da</p><p>martensita ocorre em temperaturas superiores.</p><p>Imagem 19: Diagrama TTT de aço hipereutetoide.</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 22/69</p><p>Como regra, elementos de liga cromo, níquel, molibdênio e vanádio</p><p>deslocam a posição das curvas do diagrama TTT para a direita. Já o</p><p>cobalto atua no sentido inverso. Dessa forma, Cr, Ni, Mo e V aumentam</p><p>a temperabilidade do aço, enquanto Co a diminui.</p><p>Temperabilidade e diagrama de</p><p>resfriamento contínuo</p><p>A temperabilidade de um aço é a capacidade de essa liga metálica</p><p>sofrer transformação martensítica após ser resfriada rapidamente em</p><p>determinado meio a partir do campo austenítico, ou seja, no TT</p><p>denominado têmpera. Para que essa transformação seja completa,</p><p>existe uma velocidade de resfriamento crítica (velocidade mínima de</p><p>resfriamento) que depende, entre vários fatores, do meio utilizado para o</p><p>resfriamento da peça.</p><p>A imagem 20 mostra esquematicamente um diagrama TTT e o</p><p>resfriamento contínuo de uma peça em que ocorre transformação total</p><p>da austenita em martensita:</p><p>Imagem 20: Diagrama TTT e velocidade crítica.</p><p>É possível notar, a partir da imagem 20, que a taxa de resfriamento</p><p>deverá ser tal que não ocorra interseção com a curva de início da</p><p>transformação em perlita ou bainita. Diz-se que ela é tangente ao</p><p>“cotovelo” da curva.</p><p>Saiba mais</p><p>Os diagramas TTT são típicos para transformações a uma temperatura</p><p>constante. Porém, nos tratamentos térmicos, é usual que o resfriamento</p><p>ocorra de maneira contínua. Conforme ensina Chiaverini (2015), é</p><p>possível redesenhar o diagrama TTT para um resfriamento contínuo.</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 23/69</p><p>A imagem 21 apresenta a superposição de um diagrama TTT com um</p><p>diagrama de resfriamento contínuo:</p><p>Imagem 21: Diagramas de resfriamentos isotérmico e contínuo.</p><p>Na imagem 21, percebe-se que, para o resfriamento contínuo, as curvas</p><p>de início e término das transformações estão transladadas para a direita</p><p>e para baixo.</p><p>Diagramas TTT de aços-liga</p><p>Analisando os diagramas TTT para os aços (imagens 17, 18 e 19),</p><p>infere-se que o carbono desloca as curvas em “C”, mudando a</p><p>temperabilidade dos aços. A imagem 22 mostra aços SAE da série 8600</p><p>em que ocorre a variação no percentual</p><p>do carbono, mostrando a</p><p>influência na temperabilidade.</p><p>Imagem 22: Curva de temperabilidade para aços da série 8.600.</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 24/69</p><p>Como regra, os elementos de liga aumentam a temperabilidade do aço,</p><p>isto é, deslocam as curvas de início e término das transformações do</p><p>diagrama TTT. O cobalto desloca esse diagrama para a esquerda. Já os</p><p>elementos de liga se dividem naqueles que se dissolvem na ferrita (Al, Si</p><p>e Ni) e nos que formam carbonetos (Ti, Nb, V e W).</p><p>A imagem 23 apresenta o diagrama TTT para o aço AISI 4340. Percebe-</p><p>se nele o aumento da temperabilidade e a possibilidade de formação de</p><p>bainita por resfriamento contínuo:</p><p>Imagem 23: influência de alguns elementos de liga no diagrama TTT.</p><p>Na imagem 24, o manganês abaixa as curvas de início e término da</p><p>transformação em martensita. Em casos extremos, não ocorre a</p><p>formação da martensita à temperatura ambiente (austenita retida).</p><p>Imagem 24: influência de elementos na formação da austenita retida.</p><p>A imagem 25 esquematiza a influência de alguns elementos de liga nas</p><p>curvas de início e término do diagrama TTT:</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 25/69</p><p>Imagem 25: influência de elementos de liga no diagrama TTT.</p><p>Reações/transformações</p><p>Transformações no estado sólido</p><p>Inicialmente, falaremos sobre uma reação no estado sólido que é muito</p><p>importante no estudo dos aços: a reação eutetoide. Os aços eutetoides</p><p>apresentam uma única transformação em tal estado: da austenita para</p><p>a perlita. Essa transformação ocorre em uma composição com</p><p>de carbono e à temperatura de .</p><p>A perlita resultante da transformação (difusional) eutetoide é uma</p><p>estrutura lamelar composta por e . A imagem 26 apresenta a</p><p>difusão do carbono, dando origem às lamelas de perlita. Já as setas</p><p>indicam a difusão do carbono e o crescimento da perlita:</p><p>Imagem 26: Esquema da formação da perlita.</p><p>A micrografia de um aço eutetoide pode ser vista na imagem 27.</p><p>Observe a estrutura lamelar: as linhas escuras são a cementita; as</p><p>claras, a ferrita.</p><p>0, 77%</p><p>727∘C</p><p>α Fe3C</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 26/69</p><p>Imagem 27: Micrografia de aço eutetoide (perlita). Ataque de Nital (1.000 vezes).</p><p>Transformações isotérmicas</p><p>A partir do diagrama TTT, é possível fazer o estudo das transformações</p><p>no estado sólido do aço a temperaturas constantes (isotérmicas).</p><p>Inicialmente, um aço, como, por exemplo, um eutetoide, é aquecido</p><p>acima da temperatura de 727ºC e mantido nela para a homogeneização</p><p>da austenita.</p><p>Um super-resfriamento é realizado. Em seguida, é mantida a</p><p>temperatura constante para que ocorra a transformação.</p><p>O gráfico da imagem 28 apresenta um diagrama para o aço eutetoide:</p><p>Imagem 28: Diagrama TTT e suas regiões.</p><p>Inicialmente, é preciso descrever as regiões: acima da temperatura</p><p>eutetoide, há a austenita estável (A); a partir dessa temperatura, a</p><p>austenita instável. A partir do cotovelo das curvas “C”, existem a perlita</p><p>e a bainita. Verifica-se ainda a região da martensita (transformação</p><p>adifusional).</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 27/69</p><p>Imagem 29: Diagrama TTT e as reações isotérmicas.</p><p>A imagem 29 possui exemplos de transformações isotérmicas. No</p><p>caminho 1, na etapa isotérmica, há a interseção com as linhas de início</p><p>e término da transformação perlítica. Desse modo, o produto é a perlita.</p><p>No 2, a temperatura constante se encontra após o “cotovelo” da curva;</p><p>logo, o produto é a bainita. Por fim, o 3 intercepta as linhas de início e</p><p>término da transformação em martensita.</p><p>Podemos ressaltar que:</p><p>Caminho 1</p><p>Com característica de temperaturas mais elevadas, leva à formação da</p><p>perlita grosseira (as taxas de difusão do carbono aumentam). Para</p><p>temperaturas mais próximo do “cotovelo”, as taxas de difusão do</p><p>carbono diminuem, resultando em uma perlita fina.</p><p>Caminho 2</p><p>Com característica de temperaturas mais altas, leva à bainita superior e,</p><p>para temperaturas menores, à bainita inferior. A bainita é formada por</p><p>ferrita e cementita na forma de agulhas ou placas, dependendo da</p><p>temperatura e sendo observada em microscopia eletrônica.</p><p>Transformações contínuas</p><p>Os TTs dos aços são conduzidos em sua etapa final por um</p><p>resfriamento contínuo. Sendo assim, o diagrama TTT não é útil, e sim o</p><p>diagrama de transformação por resfriamento contínuo (TRC), visto, aliás,</p><p>na imagem 21. Os produtos possíveis são a perlita grosseira, a perlita</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 28/69</p><p>fina e a martensita. Essa imagem apresenta a superposição dos</p><p>diagramas de resfriamento isotérmico e contínuo.</p><p>A imagem 30, por sua vez, destaca o diagrama de TRC de um aço</p><p>aquecido e depois resfriado continuamente a diferentes taxas de</p><p>resfriamento:</p><p>Imagem 30: Diagrama TRC.</p><p>Na imagem 30, o resfriamento indicado pela curva A (taxa de</p><p>resfriamento baixa) corta as linhas de início e término da transformação</p><p>em perlita O resultado é perlita grosseira. Nos caminhos e</p><p>, o produto é a perlita fina. Em (taxa de resfriamento mais elevada),</p><p>existe a interseção apenas com a curva de início da transformação em</p><p>perlita.</p><p>Em seguida, as linhas de início e término da transformação em</p><p>martensita são intersectadas. Dessa forma, o produto final é perlita</p><p>mais martensita. No caminho , a interseção é com o início e o término</p><p>das transformações de austenita em martensita.</p><p>(Ai e Af). B</p><p>C D</p><p>F</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 29/69</p><p>Falta pouco para atingir seus objetivos.</p><p>Vamos praticar alguns conceitos?</p><p>Questão 1</p><p>(UFMG – 2019 - técnico em metalurgia) A figura a seguir mostra</p><p>um diagrama de transformação isotérmica para um aço-carbono</p><p>com composição eutetoide. Nessa figura, as legendas A, P, B e M</p><p>significam respectivamente austenita, perlita, bainita e martensita.</p><p>As microestruturas obtidas após os tratamentos térmicos (i), (ii) e</p><p>(iii) serão respectivamente as seguintes:</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 30/69</p><p>Parabéns! A alternativa A está correta.</p><p>O resfriamento contínuo representado pelo “caminho” (i) intercepta</p><p>as curvas de início e término de transformação da austenita em</p><p>martensita. Assim, o produto é 100% martensita. No “caminho” (ii),</p><p>há interseção com a curva de início da transformação de austenita</p><p>em bainita sem cruzar a curva de término, mas chegando a até 50%</p><p>da transformação. Depois, intercepta a curva de início de</p><p>transformação de austenita em martensita. Por isso, o produto é</p><p>composto de 50% de bainita e 50% de martensita. Por fim, o</p><p>“caminho” (iii) intercepta as curvas de início e término de</p><p>transformação da austenita em perlita. Desse modo, o produto é</p><p>100% perlita.</p><p>A</p><p>(i):100% martensítica; (ii) 50% bainítica e 50%</p><p>martensítica; (iii) 100% perlítica.</p><p>B</p><p>(i):100% martensítica; (ii) 50% bainítica e 50%</p><p>austenítica; (iii) 100% perlítica.</p><p>C</p><p>(i):100% martensítica; (ii) 50% perlítica e 50%</p><p>martensítica; (iii) 100% bainítica.</p><p>D</p><p>(i):100% austenítica; (ii) 50% bainítica e 50%</p><p>martensítica; (iii) 100% perlítica.</p><p>E</p><p>(i):100% austenítica; (ii) 100% bainítica; (iii) 100%</p><p>perlítica.</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 31/69</p><p>Questão 2</p><p>(CP-CAP/2015) Analise o diagrama TTT de um aço eutetoide</p><p>apresentado a seguir.</p><p>Assinale a alternativa que apresenta as microestruturas corretas</p><p>formadas nos pontos indicados no diagrama:</p><p>Parabéns! A alternativa C está correta.</p><p>As duas curvas em “C” são o início e o término da transformação da</p><p>austenita em perlita</p><p>(acima do “cotovelo”) e da austenita em bainita</p><p>(após o “cotovelo”). Logo, os pontos 1 e 2 são respectivamente</p><p>perlita e bainita. As linhas horizontais marcam o início e o término</p><p>da transformação em martensita. Por isso, o ponto 3 é a</p><p>A 1 – austenita; 2 – perlita; 3 – martensita; 4 - bainita.</p><p>B 1 – martensita; 2 – bainita; 3 – austenita; 4 – perlita.</p><p>C 1 – perlita; 2 – bainita; 3 – martensita; 4 - austenita.</p><p>D 1 – perlita; 2 – martensita; 3 – perlita; 4 - bainita.</p><p>E</p><p>1 – austenita; 2 – austenita; 3 – perlita; 4 -</p><p>martensita.</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 32/69</p><p>martensita. O ponto 4 não interceptou nenhuma linha de início de</p><p>transformação. Desse modo, ele é austenita.</p><p>3 - Processos de tratamento térmico</p><p>Ao �nal deste módulo, você será capaz de distinguir os processos de tratamento térmico.</p><p>Vamos começar!</p><p>Processos de tratamento térmico</p><p>Confira os principais pontos sobre o assunto que serão abordados ao</p><p>longo deste conteúdo.</p><p>Recozimento</p><p>Aspectos gerais do tratamento</p><p>térmico de recozimento</p><p>Genericamente, o tratamento térmico (TT) é o conjunto de operações</p><p>realizadas no aço sob condições controladas de temperatura, tempo,</p><p></p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 33/69</p><p>atmosfera e resfriamento, cujos objetivos mais significativos são:</p><p>Alívio de tensões internas;</p><p>Ajuste de dureza;</p><p>Aumento das resistências mecânica/ao desgaste;</p><p>Ajuste da ductilidade/tenacidade.</p><p>Os principais fatores que afetam os diversos tratamentos térmicos são:</p><p>Aquecimento</p><p>Controle da rampa de aquecimento e da temperatura máxima atingida.</p><p>Resfriamento</p><p>A taxa de resfriamento influencia na estrutura final e, portanto, nas</p><p>propriedades mecânicas.</p><p>Homogeneização</p><p>Chegando à temperatura máxima, um intervalo de tempo é necessário</p><p>para a solubilização de carbetos. Deve-se evitar o crescimento</p><p>excessivo de grãos.</p><p>Atmosfera</p><p>Durante as etapas de aquecimento e homogeneização, a peça é mantida</p><p>em um forno. Cuidados devem ser tomados para se evitar a oxidação ou</p><p>a descarbonetação.</p><p>O TT denominado recozimento possui, entre outras, as etapas de</p><p>aquecimento, homogeneização e resfriamento. Seu objetivo é promover</p><p>o alívio de tensões internas, a redução da dureza e o aumento da</p><p>ductilidade.</p><p>Agora, veremos os quatro tipos de de recozimento.</p><p>O recozimento total envolve o aquecimento da peça de aço</p><p>acima da temperatura crítica (ver imagem 31), a</p><p>homogeneização da austenita e o posterior resfriamento lento,</p><p>sendo possível manter a peça dentro do forno (utilizado para a</p><p>fase de aquecimento) desligado.</p><p>Na imagem 31, é possível perceber a influência da temperatura</p><p>máxima na estrutura ao final do recozimento. Para aços</p><p>hipoeutetoides, a temperatura final é cerca de 50ºC a mais que a</p><p>da linha A3, sendo a estrutura perlita mais ferrita. Já nos</p><p>hipereutetoides, a temperatura máxima deve estar entre as linhas</p><p>A1 e Acm, enquanto a estrutura resultante é de perlita mais</p><p>Recozimento total ou pleno </p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 34/69</p><p>cementita. Por fim, no caso dos eutetoides, a estrutura final é de</p><p>perlita.</p><p>A imagem 32 apresenta a etapa de resfriamento do TT de</p><p>recozimento pleno, na qual é possível perceber a transformação</p><p>da austenita em perlita.</p><p>Imagem 31(à esquerda): Diagrama Fe-C e as faixas para o recozimento pleno.</p><p>Imagem 32 (à direita): Diagrama TTT e o recozimento pleno.</p><p>Em linhas gerais, ele assemelha-se ao recozimento pleno,</p><p>ocorrendo nele as etapas de aquecimento e de homogeneização.</p><p>Na sequência, realiza-se um resfriamento brusco até</p><p>determinada temperatura, que será mantida constante até que as</p><p>curvas de início e término da transformação (TTT) sejam</p><p>interceptadas. Por fim, ele será resfriado até a temperatura</p><p>ambiente.</p><p>Observe a imagem 33. Esse tratamento térmico é menos</p><p>custoso e mais rápido que o de recozimento pleno. Ademais, a</p><p>estrutura final é mais fina.</p><p>Imagem 33: Diagrama TTT e o recozimento isotérmico.</p><p>Este TT tem como principal objetivo o alívio das tensões internas</p><p>oriundas, por exemplo, de trabalhos mecânicos a frio, da</p><p>solidificação ou de soldagem. O recozimento para alívio de</p><p>tensões se distingue do pleno pelo fato de a temperatura</p><p>máxima atingida ser menor à temperatura crítica inferior.</p><p>Recozimento isotérmico ou cíclico </p><p>Recozimento para alívio de tensões ou subcrítico </p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 35/69</p><p>Ocorre a manutenção da temperatura para que ocorra a</p><p>homogeneização e, por fim, um resfriamento ao ar. Nesse</p><p>tratamento, não se deseja modificar a estrutura do aço e, por</p><p>consequência, as propriedades mecânicas associadas. Por</p><p>conta disso, as temperaturas utilizadas são mais baixas.</p><p>As principais transformações são a recuperação e a</p><p>recristalização das fases encruadas. A imagem 34 apresenta um</p><p>diagrama Fe-C e a faixa de temperaturas para o tratamento</p><p>térmico subcrítico:</p><p>Imagem 34: Faixa de temperaturas para o recozimento subcrítico.</p><p>Neste recozimento, ocorre a globulização de carbonetos</p><p>dispersos na matriz, aumentando a usinabilidade de aços de</p><p>médio/alto carbono. A fase de aquecimento ocorre dentro da</p><p>faixa mostrada na imagem 35.</p><p>Esferoidização </p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 36/69</p><p>Imagem 35: Faixa de temperaturas para a esferoidização.</p><p>Como afirma Chiaverini (2015), existem algumas maneiras de se</p><p>produzir a estrutura de carbonetos esferoidizados:</p><p>- Aquecimento a temperatura pouco acima de ;</p><p>- Manutenção por tempo prolongado à temperatura pouco acima</p><p>de ;</p><p>- Ciclamento térmico em torno da temperatura .</p><p>Normalização</p><p>Aspectos gerais do tratamento</p><p>térmico de normalização</p><p>Normalização é o tratamento térmico das ligas ferrosas em que ocorre a</p><p>etapa de aquecimento até faixa de temperaturas indicada na imagem</p><p>36. Ocorre, na sequência, a homogeneização no campo austenítico</p><p>seguido de resfriamento ao ar parado (sem correntes). Esse tratamento</p><p>térmico objetiva o refino do grão e a melhora da uniformidade da</p><p>microestrutura.</p><p>A1</p><p>A1</p><p>A1</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 37/69</p><p>Imagem 36: Faixa de temperaturas para a normalização.</p><p>Dependendo do tipo de aço que seja normalizado, a estrutura será</p><p>ligeiramente modificada:</p><p>Hipoeutetoides</p><p>Perlita mais ferrita.</p><p>Eutetoides</p><p>Perlita fina.</p><p>Hipereutetoides</p><p>Perlita mais cementita.</p><p>A imagem 37 mostra um diagrama TTT e a etapa de resfriamento do</p><p>tratamento térmico de normalização. Ressalta-se a interseção a curva</p><p>de resfriamento com as curvas de início e término da transformação de</p><p>perlita.</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 38/69</p><p>Imagem 37: Diagrama TTT e esfriamento na normalização.</p><p>As curvas do diagrama TTT sofrem alterações na forma e</p><p>deslocamentos pela adição de elementos de liga. A imagem 38 exibe</p><p>um diagrama para um aço ligado que, após o tratamento térmico de</p><p>normalização, apresenta bainita.</p><p>Imagem 38: Diagrama TTT e esfriamento na normalização.</p><p>Principais características e</p><p>propriedades dos aços normalizados</p><p>Os tratamentos térmicos de normalização e recozimento apresentam</p><p>basicamente duas grandes diferenças:</p><p>Temperatura máxima (homogeneização)</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 39/69</p><p>Taxa de res�ameneto</p><p>No recozimento, a faixa de temperaturas é menor do que na</p><p>normalização, conforme demonstra a imagem 39. Além disso, a taxa de</p><p>resfriamento da normalização é maior que a taxa do recozimento.</p><p>Imagem 39: Diagrama Fe-C com as faixas de temperaturas para os tratamentos térmicos de</p><p>normalização</p><p>e recozimento.</p><p>O tratamento térmico de normalização apresenta vários objetivos.</p><p>Destacaremos dois deles a seguir:</p><p></p><p>Re�namento do grão</p><p></p><p>Distribuição homogênea do tamanho de grão</p><p>O refino de grãos, como, por exemplo, os perlíticos, torna o aço mais</p><p>tenaz do que aqueles com estrutura final perlítica grosseira, além de</p><p>proporcionar um aumento na resistência mecânica. Por vezes, a</p><p>normalização é utilizada antes da têmpera seguida de revenido. O</p><p>objetivo é que a microestrutura seja refinada e a distribuição de grãos,</p><p>homogênea, potencializando o tratamento posterior de têmpera.</p><p>Saiba mais</p><p>Algumas vezes, pode haver na têmpera desvios (ou erros) que não</p><p>levam ao resultado esperado em termos de propriedades mecânicas. A</p><p>normalização pode ser aplicada para homogeneizar a microestrutura</p><p>antes que ocorra a repetição do tratamentos com erros ou desvios.</p><p>A imagem 40 mostra a micrografia do aço AISI 1045 forjado,</p><p>normalizado e com ataque de Nital 2%, em que é possível observar a</p><p>estrutura de perlita fina e ferrita proeutetoide:</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 40/69</p><p>Imagem 40: Micrografia de aço AISI 1045 forjado e normalizado. Nital 2%.</p><p>De acordo com Chiaverini (2015), os aços-liga hipoeutetoides são</p><p>submetidos inicialmente à normalização para minimizar os rendilhados</p><p>dos carbonetos a fim de que a estrutura (decorrente do tratamento</p><p>térmico de esferoidização) esteja 100% esferoidizada, o que implica a</p><p>boa usinabilidade do aço.</p><p>A tabela a seguir apresenta algumas temperaturas típicas do tratamento</p><p>térmico de normalização para aços-carbono/ligas:</p><p>Aços Temperatura (0C)</p><p>1015, 1020 e 1022 915</p><p>1040, 1045 e 1050 860</p><p>1335, 1340, 3135 e 3140 870</p><p>4337 e 4340 870</p><p>8625, 8627 e 8630 900</p><p>9840, 9850, 50B44, 50B46</p><p>e 50B50</p><p>870</p><p>Tabela: Temperaturas de normalização de alguns aços.</p><p>Adaptada de CHIAVERINI, 2015, p. 97-98.</p><p>Aspectos gerais do tratamento de</p><p>têmpera</p><p>O tratamento térmico de têmpera e, em seguida, de revenido, apresenta,</p><p>em linhas gerais, as mesmas etapas dos tratamentos térmicos já</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 41/69</p><p>estudados.</p><p>Diferentemente da maioria dos tratamentos térmicos, neste ocorre uma</p><p>segunda fase, denominada revenido, cujo objetivo é o ajuste da dureza.</p><p>Sua estrutura final é chamada de martensita revenida.</p><p>A imagem 41 indica o tratamento térmico de têmpera seguido de</p><p>revenido:</p><p> Primeira etapa</p><p>A peça de aço deve ter a sua temperatura elevada</p><p>até uma faixa que varia de 815ºC a 870ºC.</p><p> Segunda etapa</p><p>Essa peça é mantida nessa faixa de temperaturas</p><p>para a homogeneização da austenita.</p><p> Terceira etapa</p><p>Por fim, é realizado um resfriamento brusco.</p><p> Produto</p><p>Ao final dessas três etapas, o produto é a</p><p>martensita.</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 42/69</p><p>Imagem 41: Tratamento térmico de têmpera seguida de revenido.</p><p>Os meios mais comumente utilizados no resfriamento da têmpera, em</p><p>ordem crescente de severidade, são óleo, água ou salmoura. O meio</p><p>pode ser agitado, aumentando, com isso, sua severidade.</p><p>Saiba mais</p><p>A temperabilidade de um aço (profundidade em que ocorre a</p><p>transformação austenita em martensita) depende, entre outros fatores,</p><p>da severidade do meio de resfriamento e da composição química do</p><p>aço (percentual de carbono e dos elementos de liga).</p><p>A imagem 42 demonstra o perfil de dureza para os aços SAE 1040 e SAE</p><p>4140 (0,40% C), sendo que o aço 4140 apresenta elementos de liga (Cr,</p><p>Mo, Mn etc.).</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 43/69</p><p>Imagem 42: Perfil de dureza para os aços SAE 1040 e SAE 4140 temperados em óleo.</p><p>A partir da análise da imagem 42, é possível inferir que, para o aço SAE</p><p>4140 (ligado), a profundidade de têmpera é maior, indicando que os</p><p>elementos de liga aumentam a temperabilidade dos aços.</p><p>Características e propriedades dos</p><p>aços temperados e revenidos</p><p>No tratamento de têmpera, o produto final da peça de aço é a</p><p>martensita oriunda da transformação adifusional da austenita. Dessa</p><p>forma, a peça apresentará um aumento da dureza e do limite de</p><p>resistência à tração. Contudo, o incremento dessas propriedades está</p><p>acompanhado da redução de sua ductilidade/tenacidade.</p><p>O aço com uma temperabilidade alta forma, na têmpera, uma martensita</p><p>não apenas na superfície, mas também ao longo de seu interior – e em</p><p>um elevado percentual. A dureza do aço temperado depende do</p><p>percentual de carbono. A imagem 43 apresenta essa dependência.</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 44/69</p><p>Imagem 43: Relação entre dureza de aço temperado e% de carbono.</p><p>A profundidade de endurecimento de um aço temperado (profundidade</p><p>da martensita) depende de:</p><p>Composição química (carbono e elementos de liga).</p><p>Tamanho e forma da peça.</p><p>Temperatura de austenitização.</p><p>Severidade da têmpera.</p><p>A velocidade crítica de resfriamento da têmpera é mostrada na imagem</p><p>44. Sua curva de resfriamento crítica intercepta apenas as curvas de</p><p>início e término da martensita:</p><p>Imagem 44: Velocidade crítica da têmpera.</p><p>É possível notar que a velocidade crítica é a taxa de resfriamento</p><p>mínima de têmpera para garantir a transformação da austenita em</p><p>martensita. Muitos autores se referem a essa velocidade como uma</p><p>curva de resfriamento a seguir do “cotovelo”.</p><p>O revenimento é seguido pelo tratamento térmico de têmpera (imagem</p><p>41). Após a têmpera, a peça é reaquecida a uma temperatura inferior a</p><p>A1.</p><p>O revenido:</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 45/69</p><p>Alivia as tensões internas.</p><p>Ajusta a dureza e a fragilidade do material temperado.</p><p>Aumenta a ductilidade e a resistência ao choque.</p><p>A imagem 45 demonstra a dependência das propriedades “dureza” e</p><p>“resistência ao choque mecânico” com a temperatura do revenido:</p><p>Imagem 45: Temperatura de revenido e propriedades mecânicas.</p><p>A temperatura do revenido deve atender às propriedades especificadas</p><p>em projeto. Algumas faixas de temperatura são:</p><p>Até 100ºC;</p><p>De 100ºC a 300ºC;</p><p>Pouco acima de 300ºC;</p><p>De 550ºC a 650ºC.</p><p>Têmpera super�cial</p><p>A têmpera superficial possui os mesmos objetivos do tratamento</p><p>térmico de têmpera, mas em uma dada região da peça. Em linhas</p><p>gerais, deseja-se que a região tratada apresente elevada dureza e</p><p>resistência ao desgaste, mantendo o restante da peça tenaz.</p><p>Conforme afirma Colpaert (2008), as ferramentas manuais são</p><p>frequentemente tratadas por têmpera localizada para a combinação</p><p>destas propriedades mecânicas: corpo com elevada tenacidade e borda</p><p>com grande resistência ao desgaste.</p><p>A imagem 46 mostra a macrografia de uma foice com a região</p><p>temperada evidenciada e camada uniforme:</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 46/69</p><p>Imagem 46: Macrografia de foice. Reativo de iodo.</p><p>Como a têmpera superficial é a têmpera convencional localizada, os</p><p>procedimentos são os mesmos, ou seja, aquecimento (austenitização),</p><p>homogeneização e resfriamento brusco. O aquecimento da superfície</p><p>da peça pode ser feito por:</p><p></p><p>Chama</p><p></p><p>Indução eletromagnética</p><p></p><p>Laser</p><p></p><p>Feixe eletrônico</p><p></p><p>Implantação iônica</p><p>O aquecimento local deve atingir temperaturas que garantam que a</p><p>região tratada termicamente esteja no campo austenítico e que, com o</p><p>posterior resfriamento brusco, ocorra a transformação em martensita.</p><p>Outra variável a ser controlada é o tempo de aquecimento. Em regra,</p><p>alguns poucos segundos são suficientes para o aquecimento local. O</p><p>meio para a etapa de resfriamento normalmente é a água.</p><p>Em relação ao tratamento térmico de têmpera (convencional), podemos</p><p>citar algumas vantagens da têmpera superficial:</p><p>Eliminação</p><p>dos fornos utilizados na etapa de aquecimento;</p><p>Redução do tempo de tratamento;</p><p>Os efeitos de oxidação superficial e de descarbonetação são</p><p>minimizados.</p><p>As imagens 47, 48(a) e 48(b) mostram os aparatos utilizados para o</p><p>aquecimento do tratamento térmico de têmpera superficial. Na primeira</p><p>imagem, existem três variações para o aquecimento superficial</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 47/69</p><p>utilizando chamas; na segunda, as etapas de aquecimento por indução e</p><p>o posterior resfriamento com água.</p><p>Imagem 47: Aquecimento por chama – têmpera superficial.</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 48/69</p><p>Imagem 48a: Aquecimento por indução – têmpera superficial.</p><p>Imagem 48b: Resfriamento de têmpera superficial (indução).</p><p>Assim como ocorre no tratamento térmico de têmpera (convencional),</p><p>após uma peça ser tratada por têmpera superficial, ocorre o revenimento</p><p>da peça para se alcançar a martensita revenida. O tratamento de</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 49/69</p><p>revenido posterior é feito com aquecimento a temperaturas inferiores à</p><p>da austenitização, cujo principal objetivo é o alívio de tensões.</p><p>Tratamentos isotérmicos</p><p>O diagrama TTT da imagem 49 auxilia no entendimento dos tratamentos</p><p>isotérmicos dos aços. As curvas em “C” desse diagrama representam o</p><p>início da transformação (vermelha), 50% dela já ocorrida (azul) e seu</p><p>término (verde). Já as linhas horizontais em laranja marcam o início e o</p><p>término da transformação em martensita.</p><p>Imagem 49: Diagrama TTT e suas regiões.</p><p>Em linhas gerais, os tratamentos isotérmicos diferem-se dos</p><p>tratamentos térmicos convencionais estudados, pois a etapa de</p><p>resfriamento não ocorre de maneira contínua, e sim com a manutenção</p><p>em dada temperatura durante a transformação desejada para só então</p><p>terminar o resfriamento. Os dois tratamentos isotérmicos realizados nos</p><p>aços são a austêmpera e a martêmpera.</p><p>Austêmpera</p><p>O tratamento isotérmico de austêmpera tem a etapa inicial de</p><p>aquecimento até a austenitização do aço e sua posterior</p><p>homogeneização. Na etapa de resfriamento, em uma faixa de</p><p>temperatura de 300 a 400ºC, a peça é mantida a uma temperatura</p><p>constante. Posteriormente, o resfriamento termina no ar. A estrutura fina</p><p>é a bainita.</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 50/69</p><p>A imagem 50 possui esquematicamente o tratamento de austêmpera na</p><p>etapa do resfriamento. Após a austêmpera, não é necessário tratar do</p><p>revenimento.</p><p>Imagem 50: Austêmpera. Produto final – bainita.</p><p>De maneira genérica, a bainita formada na austêmpera apresenta uma</p><p>série de vantagens. Entre as quais, destacam-se as seguintes:</p><p>Melhor ductilidade e tenacidade para uma dada dureza;</p><p>Minimiza o risco de empenamento das peças tratadas;</p><p>Para durezas na faixa de 35 a 55 RC, o tempo é reduzido.</p><p>Veja a comparação das propriedades mecânicas do aço SAE 1095</p><p>tratado com têmpera e revenido e com austêmpera.</p><p>Resfriado em água e</p><p>revenido</p><p>Dureza Rockwell C: 52,5</p><p>Resistência ao choque</p><p>(J): 19,0</p><p>Alongamento em 1” (%):</p><p>0</p><p>Austemperado</p><p>Dureza Rockwell C: 52,2</p><p>Resistência ao choque</p><p>(J): 54,3</p><p>Alongamento em 1” (%):</p><p>8</p><p>Martêmpera</p><p>O tratamento térmico de martêmpera apresenta as etapas iniciais de</p><p>aumento de temperatura e homogeneização no campo austenítico. No</p><p>resfriamento, ocorre uma interrupção da têmpera logo após o início da</p><p>transformação da austenita em martensita.</p><p>Nesse estágio, um breve tratamento isotérmico intermediário é</p><p>realizado, o que permite a uniformização da temperatura na peça antes</p><p>de a curva de término da transformação (Mf) ser atingida. Por fim, é</p><p>feito um resfriamento ao ar.</p><p>Diferentemente da austêmpera, o revenimento posterior é</p><p>necessário.</p><p></p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 51/69</p><p>A imagem 51 representa o tratamento de martêmpera:</p><p>Imagem 51: Martêmpera – martensita revenida.</p><p>Uma das vantagens da martêmpera em relação à têmpera é a</p><p>minimização das tensões internas e de empenamento das peças. Aços</p><p>ligados (maior temperabilidade) são mais adequados para o tratamento</p><p>de martêmpera.</p><p>Exemplo</p><p>Aços 1090, 4130, 4140, 4340 ou 8630.</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 52/69</p><p>Falta pouco para atingir seus objetivos.</p><p>Vamos praticar alguns conceitos?</p><p>Questão 1</p><p>(UEIT - assistente de suporte acadêmico II - metalografia e</p><p>metalurgia 2016) Sobre o tratamento térmico de revenimento em</p><p>aços, é correto afirmar que ele é realizado após:</p><p>A</p><p>a austenitização, normalmente em temperaturas de</p><p>723ºC a 910ºC, em função da porcentagem de</p><p>carbono, o que causa a diminuição da dureza.</p><p>B</p><p>a têmpera, normalmente em temperaturas entre</p><p>200ºC e 600ºC, o que causa a diminuição da dureza</p><p>e um aumento da tenacidade.</p><p>C</p><p>o recozimento, normalmente em temperaturas entre</p><p>200ºC e 600ºC, o que causa um aumento da dureza.</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 53/69</p><p>Parabéns! A alternativa B está correta.</p><p>A têmpera tem a etapa de aquecimento até a austenitização, a</p><p>homogeneização e o resfriamento brusco, produzindo, assim, a</p><p>martensita. Devido à transformação adifusional da austenita em</p><p>martensita, a peça fica submetida a um elevado nível de tensões</p><p>internas, tendo alta dureza e baixa ductilidade. Para eliminar as</p><p>tensões internas e ajustar as propriedades mecânicas, após a</p><p>têmpera, é realizado o tratamento térmico de revenido ou</p><p>revenimento em temperaturas inferiores a A1.</p><p>Questão 2</p><p>(UFES – 2014 - técnico em metalurgia) O recozimento, a têmpera, o</p><p>revenimento e a normalização são tratamentos térmicos</p><p>convencionalmente utilizados nas práticas industriais para o</p><p>processamento e a utilização de ligas ferrosas. Tais</p><p>processamentos modificam a estrutura das ligas a eles</p><p>submetidas. Tendo isso em vista, assinale a alternativa correta.</p><p>D</p><p>a têmpera, normalmente em temperaturas entre</p><p>723ºC e 910ºC, o que causa a perda de tenacidade.</p><p>E</p><p>a normalização para alívio de tensões, normalmente</p><p>em temperaturas entre 400ºC e 600ºC, o que causa</p><p>a diminuição da dureza.</p><p>A</p><p>O aço recozido acima da zona crítica, quando</p><p>resfriado lentamente em forno, produz uma</p><p>estrutura martensítica mais macia.</p><p>B</p><p>A normalização é comumente utilizada para obter</p><p>uma microestrutura mais homogênea e refinada.</p><p>C</p><p>O recozimento a um tempo prolongado promove a</p><p>formação de estrutura esferoidizada, garantindo</p><p>mais resistência mecânica à liga.</p><p>D</p><p>O revenimento de uma liga ferrosa produz</p><p>martensita revenida, que, em razão de uma dureza</p><p>mais elevada que a da martensita gerada na</p><p>têmpera dessa liga, é evitada.</p><p>E</p><p>Após o processo de recozimento em uma liga</p><p>ferrosa, procede-se com a têmpera, pois somente</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 54/69</p><p>Parabéns! A alternativa B está correta.</p><p>A martensita resulta de um resfriamento brusco, como ocorre, por</p><p>exemplo, na têmpera; a normalização; em microestrutura</p><p>homogênea e refinada. A martensita revenida é alcançada com</p><p>têmpera seguida de revenimento.</p><p>4 - Processos de tratamento termoquímico</p><p>Ao �nal deste módulo, você será capaz de distinguir os processos de tratamento</p><p>termoquímico.</p><p>Vamos começar!</p><p>Processos de tratamento</p><p>termoquímico</p><p>Confira os principais pontos sobre o assunto que serão abordados ao</p><p>longo deste conteúdo:</p><p>com a têmpera é possível haver a execução de</p><p>processos de fabricação com essas ligas.</p><p></p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 55/69</p><p>Cementação</p><p>Aspectos gerais da cementação</p><p>Em</p><p>geral, quando há a necessidade de que uma peça de aço tenha uma</p><p>combinação de propriedades mecânicas, como, por exemplo, superfície</p><p>com elevada resistência ao desgaste e núcleo com alta tenacidade, os</p><p>tratamentos termoquímicos são uma excelente solução de engenharia.</p><p>Os principais tratamentos termoquímicos são:</p><p>Cementação</p><p>Nitretação</p><p>Cianetação</p><p>Boretação</p><p>Diferentemente dos tratamentos térmicos, nos</p><p>termoquímicos ocorre uma variação da composição</p><p>química localmente. Normalmente, aços com teor de</p><p>carbono na faixa de 0,20% são cementados, por</p><p>exemplo, em AISI 4023, 4118, 8620 etc.</p><p>Cementação ou carbonetação</p><p>Resumidamente, consiste na inserção de carbono na superfície de uma</p><p>peça de aço, promovendo o endurecimento superficial. Nesse processo,</p><p>ocorre a difusão do carbono.</p><p>Saiba mais</p><p>Temperatura, tempo e concentração de carbono, entre outros exemplos,</p><p>são variáveis importantes e que devem ser controladas. A temperatura</p><p>do tratamento, por exemplo, normalmente é na faixa de 900ºC, região</p><p>austenítica em que a solubilidade do carbono no ferro é alta.</p><p>A cementação pode ocorrer por três vias principais:</p><p>Sólida (em caixa)</p><p>Líquida</p><p>Gasosa</p><p>Cementação sólida ou cementação em caixa</p><p>A peça é envolta em cemento (meio de cementação) sólido, sendo o</p><p>mais utilizado a mistura de carvão de madeira, aglomerado com</p><p>substância ativadora (carbonatos) e óleo de linha.</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 56/69</p><p>Apesar de a peça estar envolta em uma mistura sólida, o</p><p>carbono que se difunde para ela é gasoso.</p><p>Para ilustrar isso, eis algumas reações químicas do processo:</p><p>Trata-se de um processo que demanda tempo, o que implica o</p><p>crescimento do grão austenítico. Para fazer a correção no tamanho do</p><p>grão, é comum haver um TT posterior de normalização e de têmpera</p><p>para aumentar a dureza superficial.</p><p>A imagem 52 apresenta a seção transversal de um aço baixo carbono</p><p>cementado (sólida) e com tratamentos térmicos posteriores de</p><p>normalização e têmpera. Note a região cementada (à esquerda), cuja</p><p>estrutura é a martensita:</p><p>Imagem 52: Aço cementado e temperado. Nital.</p><p>Duas dificuldades no processamento da cementação em caixa são a</p><p>cinética lenta e a dificuldade do controle dos resultados. Da mesma</p><p>forma, podemos listar duas vantagens:</p><p>Processo de resfriamento é lento (o que permite, por exemplo, a</p><p>usinabilidade da peça antes da têmpera).</p><p>Minimização do empenamento das peças.</p><p>Cementação líquida</p><p>Tal processo consiste na manutenção da peça de aço em um banho de</p><p>sal fundido (cianeto de sódio, cloreto de bário cianato de sódio, cloreto</p><p>de potássio, carbonato de sódio etc.) em uma temperatura acima de A1.</p><p>A cementação líquida ocorre em duas faixas de temperatura:</p><p>De a (baixa)</p><p>C + O2 ↔ CO2</p><p>CO2 + C ↔ 2CO</p><p>3Fe + 2CO ↔ Fe3C + CO2</p><p>840∘C 900∘C</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 57/69</p><p>A cementação promove camada de até 0,8mm.</p><p>De a (alta)</p><p>As camadas podem chegar a 3,0mm.</p><p>Chiaverini (2015) lista as principais vantagens da cementação líquida:</p><p>Rapidez, proporcionando camadas de cementação</p><p>consideráveis;</p><p>Proteção efetiva contra os fenômenos da oxidação e da</p><p>descarbonetação da peça;</p><p>Controle da profundidade da camada da cementada.</p><p>Dica</p><p>No processo de cementação líquida, é fundamental usar exaustores nos</p><p>fornos pela presença de cianetos.</p><p>Cementação gasosa</p><p>A cementação por via gasosa consiste na colocação da peça de aço a</p><p>ser cementada em um forno com atmosfera de potencial de carbono</p><p>controlado. Em termos práticos, é fundamental haver uma limpeza</p><p>inicial da superfície das peças.</p><p>A atmosfera é rica em uma mistura de:</p><p>Monóxido de carbono.</p><p>Hidrogênio.</p><p>Hidrocarbonetos aquecidos, como o metano, o etano e o</p><p>propano.</p><p>A têmpera posterior é feita em óleo. Na comparação com a cementação</p><p>sólida, ela é um processo mais limpo e mais rápido, permitindo ainda</p><p>mais controle da camada cementada (espessura e teor de carbono mais</p><p>uniforme). Ademais, a atmosfera carburante, sendo gasosa, impede a</p><p>oxidação superficial da peça.</p><p>A imagem 53 apresenta o aço AISI 5120 cementado por via gasosa</p><p>temperado a óleo seguido de revenimento:</p><p>900∘C 955∘C</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 58/69</p><p>Nitretação</p><p>Aspectos gerais da nitretação</p><p>O tratamento termoquímico denominado nitretação envolve a difusão do</p><p>nitrogênio na superfície dos aços, dando origem à camada de alta</p><p>dureza (70HRC) proveniente da formação de nitretos de cromo,</p><p>molibdênio, vanádio etc. O processo ocorre, em geral, na faixa de</p><p>temperaturas entre 500°C e 570°C (campo ferrítico), menor que a</p><p>utilizada na cementação, por exemplo.</p><p>Além disso, a temperatura do tratamento é aquela obtida após a</p><p>temperatura crítica (austenitização), o que diminui a possibilidade de</p><p>empenamentos das peças e de tratamentos térmicos posteriores.</p><p>A nitretação apresenta vários objetivos. Entre os quais, podemos citar</p><p>os seguintes:</p><p>Aumento da dureza superficial pela presença de nitretos na</p><p>superfície da peça;</p><p>Aumento da resistência ao fenômeno da fadiga (peças</p><p>submetidas a ciclos) pela introdução de tensões compressivas</p><p>na superfície;</p><p>Elevação da resistência à corrosão.</p><p>Saiba mais</p><p>As camadas nitretadas (“camadas brancas”) são, em geral, menores que</p><p>as cementadas, porém possuem maior dureza superficial.</p><p>A imagem 54 apresenta a micrografia do aço AISI 4340 temperado,</p><p>revenido e nitretado. Observe a camada nitretada na cor branca.</p><p>Nitretação a gás</p><p>Nesse tratamento termoquímico, as peças de aço são submetidas a um</p><p>gás rico em nitrogênio, que, em geral, é a amônia (NH3), a dada</p><p>temperatura na faixa de 500°C a 565°C. A difusão do nitrogênio (N) é</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 59/69</p><p>bem lenta, tornando esse tratamento muito demorado. Sua duração</p><p>pode chegar a incríveis 90 horas!</p><p>Em média, a camada nitretada possui espessura</p><p>inferior a 0,8mm. Se comparada à camada oriunda da</p><p>cementação, seus números são bem menores.</p><p>Contudo, eles apresentam uma dureza bem superior.</p><p>Dessa forma, a camada nitretada proporciona altíssima dureza</p><p>superficial, chegando a 70 Rockwell C e alta resistência ao desgaste.</p><p>Além disso, ela proporciona aumentos nas resistências à fadiga e à</p><p>corrosão.</p><p>De acordo com Chiaverini (2015), o gás amônia, sob a temperatura do</p><p>tratamento, decompõe-se em nitrogênio e hidrogênio, conforme a</p><p>reação a seguir.</p><p>O nitrogênio difunde-se no aço, formando os nitretos metálicos (dos</p><p>elementos de liga do aço) e originando a camada nitretada.</p><p>A imagem 55 contém um gráfico que esboça o tamanho da camada</p><p>nitretada em função tempo do tratamento de nitretação para dada</p><p>temperatura (525ºC):</p><p>Imagem 55: Gráfico tempo versus espessura da camada.</p><p>No gráfico, é possível perceber que o tratamento de nitretação é lento,</p><p>implicando o crescimento do grão do aço.</p><p>Nitretação líquida</p><p>A nitretação líquida (também chamada de nitretação tenaz) é executada</p><p>na mesma faixa de temperatura da nitretação a gás (500 a 570°C),</p><p>utilizando, para isso, um banho à base sais de sódio e potássio. A</p><p>grande vantagem dela sobre a nitretação a gás é que o tempo utilizado é</p><p>bem menor, produzindo uma camada muito resistente ao desgaste, à</p><p>fadiga e à oxidação.</p><p>2NH3 → N2 + 3H2</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 60/69</p><p>A desvantagem da líquida é que a camada nitretada</p><p>também é menor: em torno de 0,015mm (na nitretação</p><p>a gás, ela ficava por volta de 0,7mm). Já a vantagem</p><p>em relação à nitretação clássica (a gás) é que ela pode</p><p>ser realizada em aços-carbono, elementos metálicos</p><p>de baixa liga, metais inoxidáveis e metais resistentes</p><p>ao calor.</p><p>Como destaca Chiaverini (2015), um banho comercial típico para a</p><p>nitretação líquida apresenta a composição da tabela</p><p>a seguir:</p><p>Sais de</p><p>sódio</p><p>NaCN Na2CO3 NaCNO</p><p>Sais de</p><p>potássio</p><p>KCN K2CO3 KCNO KCl</p><p>Tabela: Banho para cementação líquida.</p><p>Adaptada de CHIAVERINI, 2015, p. 147.</p><p>O gráfico da imagem 56 indica a profundidade da nitretação líquida em</p><p>função do tempo de tratamento para alguns aços a uma temperatura de</p><p>570ºC. A partir desse gráfico, é possível inferir que a camada nitretada é</p><p>inversamente proporcional ao percentual de carbono no aço.</p><p>Imagem 56: Gráfico tempo versus espessura da camada.</p><p>Além dos aços-carbono e dos aços-liga, incluindo os aços inoxidáveis, é</p><p>possível realizar o tratamento termoquímico de nitretação líquida em</p><p>ferros fundidos.</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 61/69</p><p>Cianetação e boretação</p><p>Aspectos gerais dos tratamentos de</p><p>cianetação e boretação</p><p>De maneira geral, os tratamentos termoquímicos objetivam o aumento</p><p>da resistência ao desgaste e a indução de tensões residuais</p><p>compressivas na superfície. As tensões compressivas promovem o</p><p>aumento da resistência da peça de aço ao fenômeno de fadiga.</p><p>No caso da cianetação, há a inclusão, por difusão, de nitrogênio e</p><p>carbono. Na boretação, o elemento a ser inserido é o boro.</p><p>Tratamento termoquímico de cianetação</p><p>Tratamento termoquímico que objetiva o endurecimento superficial de</p><p>peças de aço por meio da introdução simultânea de nitrogênio e</p><p>carbono a partir de um banho líquido rico em cianetos.</p><p>Saiba mais</p><p>É semelhante ao tratamento termoquímico de cementação líquida.</p><p>O processo apresenta a fase inicial de aquecimento acima da</p><p>temperatura crítica A1, homogeneização e resfriamento brusco. A faixa</p><p>de temperaturas é de 760oC a 870oC. A camada alcançada fica na faixa</p><p>de 0,1 a 0,3mm.</p><p>Quanto às reações químicas, simplificadamente ocorre a transformação</p><p>do cianeto em cianato, que se decompõe e gera N2 e CO para a difusão</p><p>do nitrogênio e do carbono.</p><p>O tratamento termoquímico de cianetação envolve banhos de sais</p><p>(cianetos) fundidos que são tóxicos. Por conta disso, cuidados</p><p>operacionais devem ser tomados durante sua execução. Os cianetos</p><p>mais comuns são os de sódio, conforme demonstra a primeira das</p><p>reações acima.</p><p>Dica</p><p>Os aços cianetados devem ser temperados em água após o tratamento</p><p>de cianetação.</p><p>Os principais objetivos do tratamento de cianetação (carbonitretação</p><p>líquida) são:</p><p>2NaCN + O2 → 2NaCNO</p><p>4NaCNO → Na2CO3 + 2NaCN + CO + N2</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 62/69</p><p>Obtenção de elevada dureza superficial;</p><p>Aumento da resistência ao desgaste e à fadiga.</p><p>A imagem 57 delineia a micrografia de um filete de rosa tratado por</p><p>cianetação. É possível identificar a camada endurecida pelo processo:</p><p>Imagem 57: Filete de rosca cianetado. Nital.</p><p>A imagem 58 apresenta a micrografia de aço cianetado. A camada</p><p>cementada encontra-se à direita da imagem. Nessa camada, a estrutura</p><p>é martensítica e, no centro da peça, martensítica e ferrítica.</p><p>Imagem 58: Camada cianetada. Nital.</p><p>Tratamento termoquímico de boretação</p><p>É o tratamento termoquímico no qual o elemento boro é introduzido na</p><p>estrutura da peça de aço por meio de difusão. A boretação é realizada</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 63/69</p><p>na faixa de temperatura de 800°C a 1.000°C. O tempo do processo pode</p><p>demandar até doze horas.</p><p>O tratamento termoquímico de boretação pode ser realizado por estas</p><p>vias:</p><p>Sólida</p><p>Líquida</p><p>Gasosa</p><p>Das três vias para a boretação, a sólida é a mais utilizada</p><p>industrialmente. A camada boretada para aços-carbono pode alcançar</p><p>cerca de . Segundo Chiaverini (2015), o aço SAE 1045 adquire a</p><p>uma camada boretada de cerca de .</p><p>O processo de boretação pode ser aplicado aos aços-carbono, aos aços-</p><p>liga e aos ferros fundidos (comum e nodular). A camada boretada é</p><p>extremamente resistente (mais do que as camadas oriundas da</p><p>cementação e da nitretação) ao desgaste, apresentando uma dureza</p><p>que varia de a devido à formação, durante o processo</p><p>de boretação, do boreto de ferro .</p><p>Conheça suas principais vantagens e desvantagens:</p><p>Vantagens</p><p>• A peça boretada</p><p>apresenta resistência à</p><p>corrosão por ácidos</p><p>inorgânicos;</p><p>• A camada boretada</p><p>possui baixo</p><p>coeficiente de atrito, o</p><p>que elimina ou minimiza</p><p>a lubrificação em</p><p>alguns processos de</p><p>conformação mecânica.</p><p>Desvantagens</p><p>• A boretação por via</p><p>sólida automatizada é</p><p>lenta e cara;</p><p>• A alta dureza da</p><p>camada boretada limita</p><p>usinagem final;</p><p>• Ela tem menos</p><p>resistência à fadiga na</p><p>comparação com</p><p>camadas cementadas e</p><p>nitretadas.</p><p>B4C</p><p>N2B4O7</p><p>BCl3</p><p>300μm</p><p>900∘C 200μm</p><p>1.700 2.000HV</p><p>Fe2B</p><p></p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 64/69</p><p>Falta pouco para atingir seus objetivos.</p><p>Vamos praticar alguns conceitos?</p><p>Questão 1</p><p>(Copeve-UFAL - 2019 - engenheiro mecânico) Para engrenagens, é</p><p>desejável um núcleo tenaz combinado com uma superfície</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 65/69</p><p>resistente ao desgaste. Para essa aplicação, aços com baixo teor</p><p>de carbono são submetidos ao tratamento termoquímico de</p><p>cementação, que eleva o teor de carbono na superfície,</p><p>aumentando sua resistência ao desgaste e preservando a</p><p>tenacidade do núcleo, mantido com baixo teor de carbono. Na</p><p>cementação, o meio em que o aço é carbonetado e o processo de</p><p>difusão do carbono são dois aspectos importantes que influenciam</p><p>esse processo em que o carbono é introduzido na superfície do aço</p><p>aquecido acima de 900°C. Quanto aos diferentes tipos de</p><p>cementação, assinale a alternativa correta.</p><p>Parabéns! A alternativa C está correta.</p><p>A cementação ocorre em temperaturas em torno de 900ºC; em</p><p>regra, as peças são submetidas posteriormente aos tratamentos</p><p>térmicos de têmpera e revenimento. Na cementação gasosa, a</p><p>atmosfera é rica em monóxido de carbono (CO), hidrogênio (H2) e</p><p>hidrocarbonetos aquecidos, como o metano (CH4), o etano (C2H6) e</p><p>o propano (C3H8). O tratamento termoquímico de cementação é</p><p>mais adequado para aços com 0,20% de C.</p><p>Questão 2</p><p>(Cesgranrio - 2008 - BR Distribuidora - profissional júnior -</p><p>engenharia mecânica) Dos tratamentos termoquímicos mais</p><p>A</p><p>A cementação sólida consiste no aquecimento do</p><p>metal após a zona crítica no qual a solubilidade do</p><p>carbono no aço é elevada, além de ser o processo</p><p>mais antigo de cementação.</p><p>B</p><p>Na cementação sólida, é necessário submeter o</p><p>metal a um tratamento térmico posterior, como a</p><p>austêmpera, para refinar o tamanho do grão.</p><p>C</p><p>A cementação pode ser realizada em meios líquido,</p><p>gasoso e sólido, sendo o potencial químico do</p><p>carbono nesses meios o fator determinante do teor</p><p>de carbono na superfície da peça.</p><p>D</p><p>Na cementação gasosa, a utilização de gases, como</p><p>CO, CO2, H2, H2O e CH4, é realizada para possibilitar</p><p>o controle do potencial de cementos.</p><p>E</p><p>Nos aços cementados, os núcleos contêm de 0,5 a</p><p>0,75% de carbono, enquanto na superfície, essa</p><p>concentração é ajustada entre 0,8 e 1,0%.</p><p>23/09/24, 14:48 Tratamento térmico</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03666/index.html?brand=estacio# 66/69</p><p>conhecidos, podemos citar a cementação e a nitretação. Na</p><p>comparação das características desses processos, tem-se:</p><p>Parabéns! A alternativa D está correta.</p><p>A cementação ocorre em faixas de temperaturas mais altas que a</p><p>nitretação. Desse modo, a nitretação provoca menos</p><p>empenamentos e distorções na peça. Os tratamentos</p><p>termoquímicos de cementação e nitretação têm como objetivo o</p><p>endurecimento superficial, mantendo o núcleo da peça tenaz. A</p><p>nitretação é amplamente utilizada em aços, sendo a carbonetação</p><p>mais adequada para aços com 0,20% de C. As camadas nitretadas</p><p>são mais duras que as cementadas, alcançando 70HRC. Como</p><p>regra, a cementação é seguida de têmpera/revenido.</p><p>Considerações �nais</p><p>Neste conteúdo,</p>