Tratamento térmico

1 Tratamento t rmico Tratamento t rmico pode ser definido como o aquecimento ou resfriamen- to controlado dos metais feito com a finalidade de alterar suas propriedades f sicas e mec nicas, sem alterar a forma do produto final. temperatura em oC. perman ncia (tempo de forno). 900. 700. res o ent fri am ecim 500. en to aqu 300. 100. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 tempo em horas Uma mola espiral, por exemplo, necessita ser tratada termicamente para ser utilizada no sistema de suspens o de um ve culo automotor. Ao ser comprimi- da, na passagem do ve culo por uma lombada, a mola acumula energia amorte- cendo o movimento da roda. Ap s a passagem pela lombada a mola se estende devolvendo a energia acumulada e fazendo a roda do ve culo retornar sua po- si o inicial.

2 O Tratamento t rmico permite que a mola sofra deforma o el stica sem perder sua forma e a geometria original. Para resistir a esses esfor os preci- so que a mola tenha dureza elevada, elasticidade e resist ncia mec nica para n o sofrer deforma o pl stica permanente. 2. M dulo 2. Nem sempre os tratamentos t rmicos s o intencionais. Algumas vezes, pe as met licas sofrem tratamentos t rmicos, durante o processo de fabrica o, passando por ciclos de aquecimento ou resfriamento, que podem alterar suas pro- priedades de forma prejudicial. Como exemplo podemos citar a opera o de sol- dagem de estruturas de a o, que ao serem aquecidas at temperaturas elevadas podem sofrer t mpera e fragiliza o, na zona termicamente afetada (ZTA), com- prometendo a tenacidade da estrutura como um todo.

3 Da mesma maneira, opera es de conforma o pl stica a frio podem in- troduzir tens es indesejadas, no interior do material e esgotar sua capacidade de sofrer deforma o pl stica adicional, tornando-os fr geis. Os tratamentos t rmicos s o frequentemente associados com o aumento da resis- t ncia do material. Entretanto, podem ser utilizados para alterar caracter sticas de fabricabilidade, como usinabilidade, estampabilidade ou restaura o de dutilida- de, ap s intenso processo de conforma o a frio. Pode-se dizer, ent o, que os tratamentos t rmicos s o processos de fabri- ca o que s o utilizados tanto para facilitar outros processos de fabrica o como 3. para aumentar o desempenho dos produtos atrav s do aumento da resist ncia mec nica ou de outras propriedades.

4 O benef cio trazido pelos tratamentos t rmicos aos a os muito grande, pois esses materiais respondem muito bem aos diferentes ciclos de Tratamento utilizados. Num mesmo a o, dependendo do Tratamento t rmico, podem-se obter n veis de resist ncia mec nica, dureza, dutilidade e tenacidade muito variados, permitindo, por exemplo, amolecer o material para usinagem e posteriormente endurec -lo para obter alta resist ncia. Essa uma das raz es pelas quais a utiliza- o comercial do a o muito maior que a de outros materiais. Uma grande variedade de tratamentos t rmicos e termoqu micos pode ser utilizada em a os, podendo-se, grosso modo dividi-los em dois grupos: 1. Tratamentos de amolecimento 2. Tratamentos de endurecimento Amolecimento O amolecimento feito para reduzir a dureza, remover tens es residuais, melhorar a tenacidade ou quando se deseja refinar o gr o do material.

5 Em decorr ncia dos processos de fabrica o, por lamina o a frio ou trefi- la o os a os endurecem (encruamento) e necess rio restaurar sua dutilidade ou remover as tens es residuais existentes. Em estruturas soldadas, freq entemente necess rio fazer-se um Tratamento t rmico de amolecimento p s- soldagem vi- sando diminuir a dureza de uma zona endurecida e fragilizada (denominada zona termicamente afetada) para restaurar a tenacidade do material. Endurecimento O endurecimento dos a os feito para aumentar a resist ncia mec nica e a resist ncia ao desgaste. O termo resist ncia mec nica pode ser empregado para: (a) resist ncia est tica - capacidade de resistir a cargas de curta dura o na tempe- ratura ambiente, (b) resist ncia fadiga - capacidade de resistir a cargas c clicas ou flutuantes no tempo e (c) resist ncia flu ncia - capacidade de resistir a cargas em temperaturas capazes de produzir altera o progressiva das dimens es, durante o per odo de aplica o da carga.

6 A resist ncia ao desgaste resulta em menor perda de massa dos componentes met licos em servi o, por atrito com outras pe as. A utiliza o do Tratamento t rmico de t mpera e revenimento permite ob- ter elevada dureza e aumentar a resist ncia fadiga e ao desgaste de engrena- gens, girabrequins, comandos de v lvula, molas, e outras partes m veis, existentes no interior de motores e sistemas de transmiss o de ve culos automotores. O pr -requisito para endurecer um a o que haja carbono suficiente para se conseguir o endurecimento. Havendo carbono suficiente na pe a pode-se tem- per -la para obter endurecimento superficial. Entretanto, para que haja penetra- o de dureza no interior da pe a necess ria uma certa quantidade de elementos 4.

7 M dulo 2. de liga, introduzidos no a o com a finalidade de aumentar a sua temperabilidade (profundidade de penetra o de dureza por t mpera.). As propriedades mec nicas dos a os s o dependentes de sua microestru- tura e um bom entendimento das etapas de forma o dos microconstituintes du- rante e ap s tratamentos t rmicos permite selecionar com maior conhecimento e propriedade, materiais e tratamentos t rmicos para se obter os n veis de resist n- cia mec nica desejados. Estrutura cristalina Os metais s o constitu dos por um aglomerado compacto de tomos, ar- ranjados ordenadamente, denominado estrutura cristalina. Os tomos costumam ser representados por esferas r gidas como se fossem bolas de bilhar. Embora esta forma de representa o seja bastante simplificada, ela adequada para explicar as propriedades f sicas e mec nicas dos metais.

8 Os a os s o ligas ferro-carbono e para entender como os tomos de ferro e carbono formam a estrutura cristalina preciso antes visualizar os aglomerados de tomos de ferro (raio at mico 140 pm) e as formas cristalinas que esse ele- mento pode assumir. Em temperaturas elevadas o a o apresenta uma estrutura, denominada c bica de face centrada CFC, mostrada na parte superior da figura abaixo. formada por 8 tomos de ferro, situados nos v rtices de uma c lula uni- t ria c bica e por 6 tomos de ferro, situados nas faces do cubo. Veja que somente 1/8 de cada tomo situado nos v rtices do cubo faz efetivamente parte da c lula unit ria. Da mesma forma, somente 1/2 de cada tomo situado no centro das faces fica no interior da c lula unit ria.

9 Em temperaturas mais baixas os tomos de ferro se organizam de outra maneira formando uma estrutura c bica de corpo centrado - CCC, com 8 tomos nos v rtices da c lula unit ria c bica e um nico tomo no centro do cubo, como mostrado na parte inferior da figura abaixo. 5. C lula unit ria Posi es at micas (a) Empacotamento c bico (d) face-cetred cubic close packing de face centrada - CFC. C lula unit ria Posi es at micas (a) Empacotamento c bico de corpo centrado - CCC. (b) Empacotamento c bico de corpo centrado - CCC. A estrutura CFC denominada austenita ou fase - est vel desde temperaturas muito altas, logo ap s a solidifica o do a o, passando pelas temperaturas de la- mina o ou forjamento (1000 a 1200 C), at a temperatura de 912 C.

10 A 912 C. ocorre a transforma o do ferro CFC para a estrutura CCC denominada ferrita ou fase - est vel at a temperatura ambiente. A austenita, nos a os de baixa liga, n o uma fase est vel na temperatura ambiente1. J a ferrita est vel e apresenta propriedades mec nicas de dureza e resist ncia muito baixas. Em compensa o uma fase que apresenta alta dutilida- de e alta conformabilidade. Praticamente todos os tratamentos t rmicos realizados em a os se ba- seiam na transforma o Fe CFC fg Fe ccc. Se essa transforma o n o existisse n o haveria a possibilidade de endurecer os a os e obter materiais t o duros e t o resistentes ao desgaste e fadiga. O carbono, por sua vez um tomo muito pequeno (raio at mico 70 pm), quando comparado com o tomo de ferro, que ocupa as posi es vazias existentes no reticulado cristalino do ferro, chamadas posi es intersticiais, como mostrado na figura ao lado.