tratamento termico e superficial

Introduo Manufatura Mecnica PMR 2202 Tratamentos Trmicos e de Superfcie Profa. Izabel Machado

TRATAMENTOS TRMICOS E DE SUPERFCIE

PMR 2202

Profa. Izabel F. Machado

ndice

1.IMPORTNCIA DOS TRATAMENTOS TRMICOS 22 TIPOS DE TRATAMENTOS TRMICOS. 42.1 Tratamento trmico de recozimento. 42.2 Tratamentos Trmicos de Materiais Ferrosos. 62.2.1. Recozimento. 82.2.2. Normalizao. 82.2 3. Tmpera 92.2.4. Revenimento 92.3 Tratamentos Trmicos de Materiais No-Ferrosos. 112.3.1. Solubilizao. 112.3.2. Envelhecimento 112.3.3. Homogeneizao. 112.3.4. Recozimento. 113.TRATAMENTOS SUPERFICIAIS 133.1. Cementao. 133.2. Nitretao. 133.3. Carbonitretao. 143.4. Banhos de sal (Cianetos). 143.5. Tmpera superficial. 143.5.1 Chama. 143.5.2 Induo. 143.6. Jateamento com Granalhas. 144. EXERCCIOS. 155. BIBLIOGRAFIA 16ANEXO 17

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1.IMPORTNCIA DOS TRATAMENTOS TRMICOS

As propriedades mecnicas, bem como o desempenho em servio, de um metal e em especialdas ligas dependem da sua composio qumica, da estrutura cristalina, do histrico deprocessamento e dos tratamentos trmicos realizados. De forma simplificada os tratamentostrmicos podem ser descritos por so ciclos de aquecimento e resfriamento controlados emmaterial metlico (metal ou liga) que causam modificaes na microestrutura do mesmo. Essasmodificaes tm por conseqncia alteraes nas propriedades mecnicas e no comportamentoem servio. A figura 1 ilustra ciclos de aquecimento e resfriamento correspondentes atratamentos trmicos.

Figura 1. Representao esquemtica de ciclos de tratamentos trmicos para o ao 4140.

A figura 2 ilustra o efeito de diferentes tratamentos trmicos nas propriedades mecnicas de umao AISI 1040. Observa-se que em um nico ao, isto , com a mesma composio qumica, podemser obtidas propriedades mecnicas muito diferentes realizando-se .tratamentos trmicos distintos.

Figura 2. Ao 1040 submetido a diferentes tratamentos trmicos.Tratamentos trmicos: Quenched(tmpera), tempered (revenimento), annealed (recozimento).

A figura 3 mostra as alteraes na microestrutura e nas propriedades mecnicas de um aosubmetido a diferentes tratamentos trmicos.

2


Ao 1045Fe-(043-0,50)%C-(0,60-0,90)%Mn-(0,040mx)%P-(0,040mx)%S

Ao 4140Fe-(0,38-0,43)%C-(0,75-1,00)%Mn-(0,035mx)%P-(0,040 mx)%S-(0,20-0,35)%Si-(0,80-1,10)%Cr-(0,15-0,25)%Mo.

NormalizadoDureza: 15 HRC

300X

NormalizadoDureza: 30 HRC

300X

Temperado Dureza: 55HRC

300X

Temperado Dureza: 59 HRC

500X

Figura 3. Diferentes microestruturas resultantes de tratamentos trmicos. Tratamentos trmicos detmpera e de normalizao.

Os fatores que determinam os tipos de tratamentos trmicos so: temperatura, taxas deaquecimento e resfriamento, tempo de permanncia em uma determinada temperatura. A escolhaadequada desses elementos est diretamente relacionada com a estrutura das ligas.Esquematicamente, a estrutura das ligas e os tratamentos trmicos relacionados com essas ligas soapresentados a seguir.

Metal puro + Elemento de Liga = Liga

Ligas FerrosasAos

Ferros fundidos

Toto: tmpera, recozimento, normalizao,revenimento.

Ligas No-ferrosas eAos Inoxidveis

Toto: solubilizao, envelhecimento erecozimento.

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2 TIPOS DE TRATAMENTOS TRMICOS.

2.1 Tratamento trmico de recozimento.

Durante o processo de deformao mecnica, no s as dimenses do material so alteradas,mas tambm a microestrutura resultante no material deformado. Embora, a maior parte da energiagasta nos processos de conformao a frio seja perdida na forma de calor e apenas 2 a 10% dessaenergia armazenada na forma de defeitos cristalinos, esses defeitos causam um aumento de durezasignificativo no material metlico. A esse fenmeno de aumento de dureza e resistncia mecnicacom o processo de deformao plstica ou mecnica dado o nome de encruamento. A figura 4mostra os efeitos do encruamento (deformao plstica) na resistncia mecnica de algumas ligas. Afigura 5 (b) ilustra a microestrutura de um material encruado.

Figura 4. Aumento da resistncia trao e diminuio de ductilidade de chapas de cobre e ligas decobre aps encruamento.

Figura 5. (a) Microestrutura de um material policristalino antes da deformao plstica(encruamento). (b) Microestrutura de material policristalino encruado, observa-se um alongamentodos gros na direo de deformao.

4


A eliminao e o rearranjo de defeitos cristalinos so processos termicamente ativados, isto, so favorecidos em temperaturas mais elevadas onde a difuso dos tomos maior. Portanto, sefor conveniente eliminar ou diminuir o encruamento de um material deformado a frio pode serrealizado um tratamento trmico. Durante esse tratamento trmico ocorrem mudanasmicroestruturais e diminuio de dureza. Esse tratamento trmico conhecido como recozimento.O recozimento consiste em colocar o material em uma temperatura acima da temperatura derecristalizao por perodos de tempo que vo de minutos a poucas horas. O esquema da figura 6ilustra o que ocorre durante o tratamento trmico de recozimento.

Os materiais metlicos tambm podem ser deformados a quente. Durante o processo dedeformao a quente os defeitos so criados e logo aps so rearranjados e/ou eliminados. De formabastante simplificada pode-se dizer que pode-se obter durante o processo de deformao a quenteuma microestrutura semelhante microestrutura do material que no sofreu deformao plstica. Adeformao a quente caracterizada por ser realizada acima da temperatura de recristalizao.Portanto, a temperatura de recristalizao separa a deformao a quente da deformao a frio.

Figura 6. Influencia da temperatura do tratamento trmico na resistncia na ductilidade de um lato.Recovery (recuperao)=rearranjo e eliminao de defeitos cristalinos sem alterao damicroestrutura, mas com restaurao parcial das propriedades do material, Recrystallization(recristalizao)=ocorre eliminao de defeitos cristalinos pela migrao de contornos de gro egrain growth (crescimento de gro).

A temperatura de recristalizao, citada anteriormente, caracteriza-se por ser a temperaturana qual necessria 1 hora para que o processo de recristalizao se inicie e termine em um metal

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ou liga. As temperaturas tpicas de recristalizao para metais e ligas esto entre 1/3 e do pontode fuso dos mesmos. importante ressaltar que essa temperatura de recristalizao depende devrios fatores tais como: pureza da liga (a recristalizao ocorre mais rapidamente em metais purosdo que em ligas), grau de deformao (energia armazenada na forma de defeitos cristalinos).

2.2 Tratamentos Trmicos de Materiais Ferrosos.

As ligas ferrosas so os materiais compostos a base de ferro. Essas ligas so os aos e osferros fundidos.

Tanto os aos como os ferros fundidos tm como composio base o ferro e carbono.Definem-se aos como sendo ligas compostas por ferro e teores de carbono de at 2% em peso. Jos ferros fundidos, possuem teores acima de 2% em peso de carbono. Usualmente os teores decarbono so sempre inferiores a 2% nos aos e superiores a 2% nos ferros fundidos. A figura 7mostra um diagrama Fe-C, com algumas microestruturas caractersticas.

Figura 7. Diagrama Fe-C, com algumas microestruturas representativas de aos e ferros fundidos.

Existem vrios tipos de aos. Dentre eles esto os:

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1. Aos carbono (no possuem elementos de liga, alm do carbono).2. Aos baixa liga (possuem elementos de liga para melhorar a temperabilidade ou propriedadesmecnicas).3. Aos ferramenta (so aos que possuem elevados teores de elementos de liga, principalmenteformadores de carbonetos e nitretos).4. Aos inoxidveis (apresentam elevados teores de elementos de liga, sua principal propriedade aresistncia corroso. O principal elemento de liga dos aos inoxidveis o cromo. A resistncia corroso desses aos promovida pela formao de xidos de cromo na superfcie do metal. Essesxidos formam uma pelcula aderente e contnua, semelhante formada no alumnio).A figura 8 mostra microestruturas caractersticas de aos para construo mecnica (aos carbono ebaixa liga). As regies escuras da figura 8 correspondem a um composto chamado perlita e asregies claras correspondem a uma fase chamada ferrita. A ferrita tem estrutura cristalina CCC etem baixa solubilidade do carbono. J a perlita, composta de 2 fases (ferrita e cementita). Acementita um carboneto de ferro (Fe3C), o qual uma fase dura e frgil. A ferrita e cementita naperlita esto dispostas na forma de lamelas, como mostra de maneira detalhada a figura 8 (c) eesquematicamente a figura 8 (d).

(a) (b)

(c) (d)Figura 8. Microestruturas caractersticas de aos para construo mecnica. (a) ao doce, (b)ao1020, (c) ao 1080 (eutetide) e (d) ilustrao esquemtica de reao eutetide, formao daperlita.

A primeira diferenciao que se faz dos aos neste texto pela composio qumica. Oselementos de liga, bem como a quantidade de elementos de liga adicionada, vo depender daaplicao do ao, isto , do requisito mais importante a ser levado em conta no projeto. Esterequisito pode ser mecnico, econmico ou ligado ao ambiente (aos inoxidveis). A outradiferenciao que deve ser feita, quanto se pensa em aos, com relao ao tratamento trmico

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realizado. Uma fase tambm muito importante que se forma nos aos a martensita. Ela foiilustrada na figura 3 (tratamento de tmpera). Essa fase resulta da transformao da austenita, queno estvel na temperatura ambiente, durante o resfriamento rpido dos aos. Cabe aqui umaobservao, a maioria dos tratamentos trmicos realizados em aos parte da existncia de austenita.Austenita uma fase CFC, que est presente nos aos carbono acima de 723o C (eutetide). Emanlise bastante simplificada descreve-se que o resfriamento lento a partir da austenita resulta emferrita e perlita (diagrama de equilbrio apresentado na figura 7) e o resfriamento rpido a partir daaustenita resulta em martensita. Essa fase no descrita no diagrama de equilbrio (diagrama defases). Na verdade, existem produtos e resultados intermedirios, como a formao de bainita, osquais no sero discutidos neste texto. So necessrios outros tipos de diagrama para mostrar astrasformaes fora da condio de equilbrio, que so os digramas de tempo-temperatura-tranformao e de resfriamento contnuo. Algumas formas de tratamentos trmicos, que podem serrealizados nos aos, so apresentadas em curvas de resfriamento contnuo e tempo-temperatura-transformao (TTT) apresentadas nas figura 9.

Figura 9. Curvas de tempo-temperatura-transformao (TTT) e de resfriamento contnuo.

Os tratamentos trmicos mais comumente realizados nos aos so:2.2.1. Recozimento. Os tratamentos trmicos de recozimento podem objetivar a diminuio doencruamento e causar uma diminuio de dureza do material metlico. No caso especfico dos aoso recozimento tambm caracteriza-se por um resfriamento lento (algumas horas, dependendo dotamanho da pea) a partir de uma temperatura onde exista 100% de austenita. Essa temperaturadepender da composio do ao. O produto dessa reao a formao de ferrita e de perlita. Existetambm uma outra forma de tratamento trmico de recozimento, que na verdade a chamadaesferoidizao da perlita. Esse tratamento consiste em tratar termicamente o ao em umatemperatura em torno da temperatura eutetide (723oC) por vrias horas.

A tenso de resistncia de um material recozido (em kgf/mm2) pode ser calculada de maneiraaproximada pela seguinte relao:

Tenso de resistncia = 100

perlita 84,4% ferrita 28,1%

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2.2.2. Normalizao. O tratamento trmico de normalizao realizado de forma semelhante aotratamento trmico de recozimento. A normalizao caracteriza-se por um resfriamento do ao feitoao ar a partir de uma temperatura onde exista 100% de austenita, essa temperatura depender dacomposio do ao. O produto dessa reao a formao de ferrita e de perlita. As porcentagens deferrita e de perlita dependero da composio do ao.

2.2 3. Tmpera. A tmpera, ao contrrio do recozimento e da normalizao, objetiva a formao deuma fase chamada martensita, que dura e frgil. A tmpera caracteriza-se por um resfriamentorpido (alguns segundos) a partir de uma temperatura onde exista 100% de austenita, essatemperatura depender da composio do ao. A tmpera habitualmente realizada utilizando gua,salmora ou leo. Isso depender da composio do ao.

2.2.4. Revenimento. O revenimento um tratamento trmico realizado logo aps a tmpera. Essetratamento trmico causa alvio de tenses na pea temperada, que tem por conseqncia umadiminuio de resistncia de mecnica e tambm um aumento na ductilidade e na tenacidade. Astemperaturas nas quais so realizados os tratamentos trmicos de revenimento esto sempre abaixoda temperatura crtica (temperatura onde se inicia a formao de austenita). No entanto, existemalgumas faixas de temperatura proibidas em funo da fragilizao de alguns tipos de aos. Essastemperaturas esto em torno de 300oC e de 550oC.

A tabela 1 a apresenta as durezas de aos recozidos, normalizados e temperados.

Tabela 1. Dureza de aos recozidos, normalizados e temperados.Ao

%CarbonoDureza Brinell Ao Recozido

Dureza Brinell Ao Normalizado

Dureza Brinell Ao Temperado

0,01 90 90 900,20 115 120 2290,40 145 165 4290,60 190 220 5550,80 220 260 6821,00 195 295 Acima de 682 + formao de trincas1,20 200 315 Acima de 682 + formao de trincas1,40 215 300 Acima de 682 + formao de trincas

A figura 9 apresentou curvas de resfriamento contnuo, com diferentes taxas de resfriamento.A tendncia para a formao de martensita em um ao pode ser medida utilizando diferentes taxasde resfriamento. O ensaio Jominy um dos ensaios que e utilizado para avaliar a temperabilidadedo ao. Temperabilidade capacidade que um ao tem de formar martensita, que uma fase dura efrgil. Quanto maior a frao volumtrica de martensita, mais duro ser o ao. Quanto maior o teorde carbono tambm ser maior a temperabilidade do ao (a adio de elementos de liga tambmpode favorecer um aumento da temperabilidade do ao, acentuando o efeito do carbono). Atemperabilidade de um ao pode tambm pode ser avaliada pelo valor da dureza HRC ou pelo valorda dureza ao longo de uma dada distncia no ensaio Jominy.A norma ASTM A 255 descreve todo oprocedimento para a realizao do ensaio Jominy. O corpo de prova de ensaio Jominy colocado noforno em uma temperatura em torno de 900o C por cerca de 30 minutos. Aps esse tempo o corpode prova retirado rapidamente do forno e colocado em um dispositivo onde ocorrer oresfriamento do mesmo. Esse dispositivo composto por um suporte para o corpo de prova na partesuperior e por um sistema de resfriamento com gua na parte inferior. Esse dispositivo deresfriamento propicia que as diferentes regies do corpo de prova tenham tambm diferentes taxasde resfriamento (figura 11). A base do corpo de prova ser resfriada rapidamente pela gua

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corrente, o que no ocorre com o topo do mesmo. Aps o resfriamento do corpo de prova, este retificado e so feitas medidas de dureza ao longo de seu comprimento. A medida de dureza feita Rockwell C (HRC). A dureza sempre maior dureza junto base do corpo de prova, onde as taxasde resfriamento so mais elevadas. Se o ao apresentar dureza elevada, mesmo em taxas deresfriamento mais baixas, significa que o ao apresenta elevada temperabilidade. Os resultados doensaio permitem comparar a temperabilidade de diferentes aos e tambm servem como umamaneira de avaliar o ao recebido (controle de qualidade). A figura 10 mostra esquematicamente odispositivo para produzir um corpo de prova de ensaio Jominy. A figura 11 ilustra o corpo de provade ensaio Jominy e o que ocorre ao longo do corpo de prova.

Figura 10. Dispositivo para produzir um corpo de prova de ensaio Jominy.

Figura 11. Curvas de resfriamento contnuo, com diferentes taxas de resfriamento em um corpo deprova de ensaio Jominy.

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2.3 Tratamentos Trmicos de Materiais No-Ferrosos.

De um modo geral, os materiais no-ferrosos so bem descritos, em termos de transformaesde fase pelos diagramas de equilbrio. Podem no ser necessrios diagramas de resfriamentocontnuo, como no caso dos aos. Os materiais no-ferrosos so utilizados tanto como metais, comona forma de ligas. Por exemplo, o alumnio e o cobre. As ligas de materiais no-ferrososendurecveis por precipitao so bastante utilizadas em processos onde existe necessidade deconformao mecnica e/ou tratamentos trmicos. J as ligas eutticas so muito utilizadas emfundio. As ligas eutticas no apresentam em geral boa conformabilidade, mas apresentam baixoponto de fuso, o que facilita sua fundio.

Os tratamentos trmicos realizados em materiais no-ferrosos so um pouco diferentes dos queso realizados nos aos. Elevadas taxas de resfriamento no levam formao de uma fase dura efrgil, como a martensita como no caso dos aos, mas sim a um congelamento da microestruturade elevada temperatura. A explicao para isso est relacionada com a presena do carbono nosaos, que um elemento de liga intersticial e no substitucional. A exceo nas ligas ferrosas estaos inoxidveis ferrticos e austenticos, nos quais so feitos tratamentos trmicos semelhantes aosdos materiais no-ferrosos. Os tratamentos trmicos que so realizados nos materiais no-ferrosos enos aos inoxidveis so:

2.3.1. Solubilizao. Esse tratamento trmico visa a eliminao de precipitados no material. Essetratamento freqentemente realizado em aos inoxidveis, embora seja uma liga ferrosa. Astemperaturas utilizadas nos tratamentos trmicos de solubilizao so elevadas e mais prximas doponto de fuso das ligas, em regies onde existe apenas uma fase (digramas de equilbrio).

2.3.2. Envelhecimento. Esse tratamento visa o oposto da solubilizao. O tratamento trmico deenvelhecimento (ou recozimento isotrmico) visa a formao de precipitados que aumentamresistncia do material. Esses tratamentos so realizados em temperaturas onde o diagrama deequilbrio mostra a presena de pelo menos duas fases. A figura 12 ilustra um ciclo completo dostratamentos trmicos de solubilizao e de envelhecimento.

2.3.3. Homogeneizao. Esse tratamento trmico visa homogeneizar a composio qumica domaterial. Esse tratamento comumente realizado em peas fundidas e seu tempo de durao bastante longo, podendo chegar a dias. As temperaturas dos tratamentos trmicos dehomogeneizao so prximas das temperaturas utilizadas nos tratamentos trmicos desolubilizao.

2.3.4. Recozimento. Os tratamentos trmicos de recozimento levam a diminuio do encruamento ecausam uma diminuio de dureza do material metlico. Esse tratamento tambm conhecido comoalvio de tenses e visa eliminar tenses residuais, causadas por diferentes motivos (soldagem,conformao mecnica) e comum aos materiais ferrosos e no-ferrosos.

Para ilustrar melhor a seqncia de tratamentos trmicos dos materiais no-ferrosos soapresentadas designaes de tratamentos para o alumnio e suas ligas: H1 = somente encruado; H2= encruado e parcialmente recozido; T1 = trabalhado a quente + envelhecimento natural(temperatura ambiente); T2 = trabalhado a quente + encruamento + envelhecimento natural; T3 =solubilizado + encruamento + envelhecimento natural; T4 = solubilizado + envelhecimento natural;T5 = trabalhado a quente + envelhecimento artificial (forno); T6 = solubilizado + envelhecimentoartificial; T7 = solubilizao + estabilizao (superenvelhecimento); T8 = solubilizao +encruamento + envelhecimento artificial; T9 = solubilizao + envelhecimento artificial +encruamento; T10 = trabalhado a quente + encruamento + envelhecimento artificial.

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Figura 12. Ciclo completo dos tratamentos trmicos de solubilizao e de envelhecimento.

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A figura 13 ilustra microestruturas de materiais no ferrosos.

(a) (b)

Figura 13. (a) Cobre, laminado e recozido contendo impurezas. (b) Alumnio laminado e recozidocom resduos de Fe. Mg, Si e Cu (precipitados FeAl3, AlFeSi, Mg2Al3 entre outros).

3.TRATAMENTOS SUPERFICIAIS Os tratamentos trmicos superficiais envolvem alteraes microestruturais, e por

conseqncia nas propriedades mecnicas, em apenas de parte superficial da pea ou componente.Exemplos de aplicao: dentes de engrenagens, eixos, mancais, fixadores, ferramentas e matrizes.Estes processos aumentam a dureza superficial, resistncia fadiga e desgaste sem perda detenacidade da pea ou componente. Muitos dos tratamentos trmicos superficiais consistem emaquecer o componente ou pea em atmosfera rica em elementos tais como carbono, nitrognio ouboro.

3.1. Cementao. utilizada em aos carbono ou ligados com teores de carbono de at 0,2%. O ao aquecido

entre 870-950oC em atmosfera rica em carbono. O processo de cementao segue a seguinte reao:Fe + 2CO Fe(C) + CO2

A atmosfera rica em carbono pode ser fornecida basicamente por gs, ou por um banho (lquido) desais. A superfcie rica em carbono produzida tem dureza entre 55 e 60 HRC. A profundidade dacamada cementada varia normalmente de 0,5 a 1,5 mm. Pode ocorrer distores na pea durante a c

3.2. Nitretao. utilizada em aos carbono ou ligados (Cr,Mo), aos ferramenta e aos inoxidveis. O ao

aquecido entre 500-600oC em atmosfera rica em nitrognio. Quando a atmosfera gasosa, o gsutilizado contm amnia, que dissociada gera o nitrognio. Outra forma de se obter o nitrogniodissociado, a partir do N2, pela formao de um plasma. Esse processo consiste em colocar umamistura de gases em um recipiente onde foi existe vcuo. Nesse recipiente estabelecida umadiferena de potencial, produzindo ionizao do gs nitrognio. Esse processo tem como vantagensmenores problemas ambientais, melhor estabilidade dimensional e melhor controle da camadanitretada, alm da utilizao de menores temperaturas.

As durezas alcanadas na superfcie atingem um valor maior do que 1100 HV. Aprofundidade da camada nitretada varia de 0,1 a 0,6 mm. No caso dos aos rpidos essa camadavaria de 0,02 a 0,07 mm.

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3.3. Carbonitretao. um processo realizado em aos baixo carbono, onde ocorre um enriquecimento na

superfcie tanto em carbono como em nitrognio. Nesse caso a reao dada por:2NaCN + O2 2NaNCO

4NaNCO Na2CO3 + CO + 2NNeste processo o ao aquecido entre 700 e 800oC em uma atmosfera rica em carbono e emamnia. A pea resfriada em leo.

3.4. Banhos de sal (Cianetos). um processo realizado em aos baixo carbono (0,2%C), e aos ligados (0,08 a 0,2%C).

Neste processo ocorre enriquecimento na superfcie da pea tanto em carbono como em nitrognio.O ao colocado em um banho de sal (cianetos) em temperaturas entre 760 e 845oC. A durezaalcanada na superfcie chega a 65 HRC. A profundidade da camada modificada fica entre 0,025 e0,25 mm.

3.5. Tmpera superficial.

3.5.1 Chama. utilizada em aos mdio-carbono e ferros fundidos, a dureza da superfcie varia de50 a 60 HRC. A camada temperada varia de 0,7 a 6 mm, podendo ocorrer pequenas distores porcausa das transformaes de fase. Esse tratamento trmico superficial consiste no aquecimentolocalizado utilizando uma tocha oxiacetilnica e resfriamento com gua ou outro meio (salmoura ouleo).

3.5.2 Induo. utilizada em aos mdio-carbono e ferros fundidos, a dureza da superfcie varia de50 a 60 HRC. A camada temperada varia de 0,7 a 6 mm, podendo ocorrer pequenas distores porcausa das transformaes de fase. Esse tratamento trmico superficial consiste no aquecimentolocalizado utilizando espiras de cobre onde passa uma corrente com alta freqncia. O resfriamento feito com gua ou outro meio (salmoura ou leo).

3.6. Jateamento com Granalhas.O jateamento com granalhas um processo de trabalho a frio, que consiste em projetar granalhas

com alta velocidade (entre 20 e 100 m/s) contra uma superfcie de um material metlico. A granalhaatua como se fosse um pequeno martelo sobre a superfcie metlica causando deformao plstica.Esse processo de deformao superficial largamente utilizado para introduzir tenses residuais decompresso na superfcie, as quais melhoram as propriedades mecnicas dos componentes emservio, em especial, aumentam a vida em fadiga.

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4. EXERCCIOS.

1. O que ocorre e quais os efeitos dos tratamentos trmicos?2. O que o tratamento trmico de recozimento e quais objetivos da realizao desse tratamentotrmico?3. O que o tratamento trmico de tmpera e o que visa esse tratamento?4. Qual a importncia do ensaio Jominy e como feito esse ensaio?5. Qual a finalidade do ensaio de dureza Rockwell na anlise da temperabilidade de um ao?6. Qual a finalidade do revenimento?7. Qual as diferenas entre um tratamento trmico de solubilizao e de envelhecimento?8. Descreva o tratamento de cementao e qual sua finalidade?10. Determine o tempo necessrio para que um ao contento 0,2% em peso de carbono tenha, numaposio 2 mm abaixo da superfcie, um teor de carbono de 0,45%. Durante o tratamento decementao realizado a 1000 0C, o teor de carbono na superfcie foi mantido em 1,3%. O coeficiente

de difuso do carbono neste ao dado pela expresso: )987,132400exp(10 5

TD ; (m2/s).

Na temperatura de 1000 0C, D=2,74x10-11 m2/s.

Temos enriquecimento da superfcie em carbono, logo )2

(1Dtxerf

CoCsCoCx

, substituindo

os valores tem-se )1074,22

102(12,03,12,045,0

11

3

txxerf

,

)1074,22

102(11

3

txxerf

=0,7222 Para esse valor Dtxz

2 = 0,7678

7678,01074,22

10211

3

txx

t= 13,2 horas

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5. BIBLIOGRAFIA

1.Vicente Chiaverini. Tecnologia Mecnica. Vol. 1, 2 e3. 2a edio. Makron Books. 1986. SoPaulo.2. Srgio Augusto de Souza. Ensaios Mecnicos de Materiais Metlicos. 5a edio. Editora EdgarBlcher Ltda. 1982. So Paulo.3. Amauri Garcia; J. A. Spim, C. A. dos Santos. Ensaios dos Materiais. LTC. 2000. Rio deJaneiro.4. Angelo Fernando Padilha. Materiais de Engenharia-Microestrutura e Propriedades. Hemus.1997.So Paulo.5. Metals Handbook. Vol 7. 8a edio. 1973. American Society for Metals.6. George Krauss. Steels: Heat Treatment and Processing Principles. ASM. 1989.USA.7.William D. Callister Jr. Materials Science and Engineering An Introduction. 4a edio. JohnWilley. 1997. USA.8. James F. Shakelford. Introduction to Materials Science for Engineers. 4a edio. Prentice Hall.1996. USA.9. Angelo Fernando Padilha e Fulvio Siciliano Jr. Encruamento, Recristalizao, Crescimento deGro e Textura. ABM. 1996. So Paulo.10. A. G. Guy. Cincia dos Materiais. Livros Tcnicos e Cientficos Editora S.A. Editora daUniversidade de So Paulo. 1980. Rio de Janeiro.11. George E. Dieter. Mechanical Metallurgy. 2a edio. 1976. McGraw Hill. Japan.13. Marc A. Meyers; Krisen K. Chawla. Prncipios de Metalurgia Mecnica. Editora EdgarBlcher Ltda. 1982. So Paulo. 14. Sidney H. Avner. Introduction to Physical Metallurgy. 2a edio. McGraw Hill. 1974.Singapura. 15. Humbertus Colpaert. Metalografia dos Produtos Siderrgicos mais Comuns. Editora EdgarBlcher Ltda.1974. So Paulo.17. Lawrence H. Van Vlack. Princpios de Cincia e Tecnologia dos Materiais. 4a edio. EditoraCampus. 1994. Rio de Janeiro.

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ANEXO.

Difuso.Nos materiais metlicos os tomos esto arranjados em uma determinada estrutura cristalina,

que funo da composio qumica e da temperatura. Esses tambm tomos se movimentam, onome desse fenmeno difuso, que um fenmeno termicamente ativado. No estado lquido ostomos movimentam-se ao acaso. No estado slido os tomos dos materiais metlicos podemmovimentar-se principalmente de duas formas. Essas formas so por interstcios e por troca comlacunas. tomos intersticiais (tomos pequenos: H, C, N, O, B) difundem pelos. tomos do metal etomos substitucionais (elementos de liga) difundem por troca com lacunas. Essa movimentaopode propiciar a ocorrncia de precipitados ou a dissoluo dos mesmos, isto depender datemperatura. Quanto maior a temperatura maior a movimentao dos tomos.

A difuso um fenmeno que ocorre durante os tratamentos trmicos. A relao matemticaque descreve essa movimentao dada pelo coeficiente de difuso de um tomo em uma liga ounele mesmo (D). Essa relao dada a seguir.

)exp(0 RTQDD (m2/s)

Onde D o coeficiente de difuso de um elemento na liga ou no prprio metal. D0 uma constanteindependente da temperatura, Q uma energia de ativao para a difuso (J/mol, cal/mol oueV/tomo), R constante dos gases (8,31 J/mol K, 1,987 cal/mol K ou 8,62x10-5 eV/ tomo K) e T a temperatura em Kelvin (K).

A maioria das mudanas nas propriedades mecnicas dos materiais submetidos a tratamentostrmicos decorre de transformaes de fase onde ocorre difuso. A grande exceo o tratamentotrmico de tmpera nos aos, onde ocorre uma transformao que no envolve difuso, chamadatransformao martenstica.

Segunda Lei de Fick. O segundo tratamento para a difuso fica estabelecido para condies no-

estacionrias (perfil de concentrao varia com o tempo) dado por: )(xCD

xtC

, mas se

considerarmos que o coeficiente de difuso independente da composio qumica tem-se que:

)(2

2

xCD

tC

Essa equao diferencial conhecida como segunda lei de Fick. A figuras 1 mostra perfis deconcentrao para o estado no-estacionrio em diferentes perodos de tempo.

Figura 1. Perfis de concentrao para condies no-estacionrias em diferentes perodos de tempo(Enriquecimento da superfcie em soluto - Cementao, Nitretao).

Solues para a segunda lei de Fick so possveis desde que estabelecidas algumas condies.Uma dessas solues tem muita aplicao em tratamentos termo-qumicos. Considera-se uma placa

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semi-infinita, cuja concentrao de soluto na superfcie mantida constante. Para as seguintescondies de contorno t=0, C=C0 em 0 x e para t 0, C=C0 em x=0 e C=C0 em x= tem-se:

)2

(1Dtxerf

CoCsCoCx

C0 concentrao inicial de soluto na liga, Cs a concentrao de soluto na superfcie, Cx a

concentrao de soluto na posio x, D o coeficiente de difuso e t tempo. )2

(Dtxerf a

integral normalizada de probabilidade ou funo erro de Gauss, o valor de z, comumente usado

dado por Dtx

2. A funo erro de Gauss definida como:

Z y dyezerf0

22)(

onde

)2

(Dtxerf a varivel z.

Uma situao freqente que pode ser equacionada utilizando a segunda lei de Fick para ocaso onde h um empobrecimento em soluto na superfcie. Isso pode ocorrer durante tratamentostrmicos em temperaturas elevadas. Existem dois exemplos bastante comuns que so adescarbonetao e de dezincificao em lates. Nestes casos, a segunda lei de Fick tem a seguintesoluo:

)2

()()(DtxerfCsCoCsCx

Os valores da funo erro de Gauss so tabelados e so apresentados na tabela 1.

Tabela 1. Tabulao da funo erro de Gauss.z erf(z) z erf(z)0 0 0,85 0,7707

0,025 0,0282 0,90 0,79690,05 0,0564 0,95 0,82090,10 0,1125 1,0 0,84270,15 0,1680 1,1 0,88020,20 0,2227 1,2 0,91030,25 0,2763 1,3 0,93400,30 0,3286 1,4 0,95230,35 0,3794 1,5 0,96610,40 0,4284 1,6 0,97630,45 0,4755 1,7 0,98380,50 0,5205 1,8 0,98910,55 0,5633 1,9 0,99280,60 0,6039 2,0 0,99530,65 0,6420 2,2 0,99810,70 0,6778 2,4 0,99930,75 0,7112 2,6 0,99980,80 0,7421 2,8 0,9999

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tratamento termico e superficial

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