Os Tratamentos Térmicos

Tratamento térmico: processo tecnológico, inclui processos de aquecimento e resfriamento, conduzidos com objetivo de alterar a microestrutura do material para obter propriedades requeridas.

Transformação da austenita(y) muito importante nas ligas ferrosas

Diferentes fases e microestruturas formadas a partir da Austenita são obtidas por diferentes mecanismos (formas e taxas de resfriamento).

Diferentes fases e microestruturas obtidas a partir da Austenita geram diferentes propriedades nos componentes tratados termicamente.

Decomposição da Austenita λ

Ferrita alotriomórfica (alotromorfa) λ

Ferrita Widmanstätten λ

Perlita (Ferrita + Cementita) em colônias. λ

 Bainita (Ferrita + Cementita) em placas. λ

Martensita λ

Martensita Revenida

Fases de ligas

a) Austenita - Ferro-γ (CFC)

b) Ferrita - Ferro-α (CCC)

c) Martensita (TCC)

d) Cementita (Ortorrômbica) – Fe3C

Ferrita Alotriomórfica (Alotromorfa): Se forma em uma ampla faixa de temperaturas no campo γ-α.A nucleação dessa fase ocorre inicialmente paralelo ao contorno de grão austenitico.(menos na ferrita idiomorfa onde não há contato).A nucleação tende a ser heterogênea, normalmente inclusão não metálica.

Ferrita Widmanstätten: Tem morfologia de placas laterais, formação ocorre abaixo da ferrita alotriomorfica. Nucleação da ferrita primaria ocorre no contorno de grão. Nucleação secundaria ocorre a partir da ferrita alotromorfica.

Perlita: Microestrutura em colônias formada por mistura lamelar de ferrita e cementita. Se forma a partir da austenita em regiões onde preexiste ferrita alotriomorfica(interface de alta energia).Espaçamento das lamelas diminiu com a queda da temperatura de transformação. A formação de perlita pode ser prevista no diagrama Fe-C.

Bainita: Microestrutura constituída por um agregado de placas de ferrita(formam feixes) com carbonetos separados por filme fino de austenita, martensita ou cementita. Formação bainitica ocorre entre a formação perlitica e martensitica. Bainita pode ser superior (t>(t>350C)(Fe3C) ou inferior(t<350C)(Fe24C).

Martensita: Formada pelo resfriamento com taxa adequada para inibir a decomposição da austenita em ferrita e cementita. Formação ocorre por cisalhamento de planos e não por difusão, ocorre instantaneamente a partir do momento que a temperatura de Mi é atingida. Se o resfriamento um certo teor de austenita pode estar presente na microestrutura(austenita retida). Distorce a rede cubica do ferro causando um alongamento no plano C. Estrutura cristalina tetragonal de corpo centrado. É uma fase de alta dureza e resistência mecânica(depende % de C)

Martensita Revenida: Formação causa aumento de volume gerando elevadas tensões na microestrutura. Apesar da alta dureza e resistência mecânica, sua resiliência e tenacidade são improprias para aplicação pratica. O revenido é um aquecimento realizado após a formação da martensita para promover o alívio das tensões.

No 1º estágio do revenido (100-200ºC). Ocorre a formação de carbeto ε(Fe2,4C) a partir da martensita. A martensita neste estágio encontra-se supersaturada e pode sofrer mais decomposição com aquecimento a temperaturas mais elevadas.

No 2º estágio do revenido (200-350ºC). Ocorre a decomposição da austenita retida em ferrita e cementita. A eliminação da austenita retida é importante para preservar a tenacidade, pois sob tensão a austenita retida se transforma em martensita.

No 3º estágio do revenido (250-750ºC). A cementita precipita dentro da martensita. Com a formação da cementita o carbono é removido da solução sólida e a tetragonalidade da martensita é perdida.

No 4º estágio do revenido (acima de 700ºC). As altas temperaturas levam a formação de carbetos estáveis de elementos de liga como M7C3 e M23C6 .  Nos aços com Cr, V, Mo e Ti estes carbetos estão associados com aumento de dureza é o chamado endurecimento secundário.  A precipitação destes carbetos leva dissolução da cementita.

Fases e Microconstituintes  Importantes dos Aços

[pic 1]

Diagramas de Transformação

Os aspectos cinéticos da transformação de fase são tão importantes quanto os diagramas de equilíbrio para o tratamento térmico dos aços. Pode-se determinar o que acontece durante as transformações de fase com os diagramas de transformação.

Temperaturas de Transformação

Diagrama de Transformação Isotérmica. (Descreve a formação da Austenita. (ITh)).  

Diagrama de Transformação Isotérmica.  (Descreve a decomposição da Austenita. (TTT)).

Diagrama de Transformação sob Aquecimento Contínuo. (CHT).

Diagrama de Transformação sob Resfriamento Contínuo. (CCT).

[pic 2]

Diagrama Isotérmicos:

Mostra o que acontece com o aço (a t e T° constantes)(tempo em escala log(eixo x) e temperatura escala normal(eixo y).Determinados por metalografia de pequenas amostras, ou por dilatometria. Inicio de transformação a 1% e fim a 99%. Diagramas ITh e TTT.

Diagrama Isotérmicos (ITh):

Redução do volume no aquecimento da perlita, ou martensita revenida para austenita. Abaixo de Ac1, sem austenita. Entre Ac1 e Ac3, ferrita e austenita. Acima de Ac3 apenas austenita. Menos utilizados que os Diagramas (TTT). Usuais em processos de aquecimento rápido, têmpera por indução ou a Laser. Taxas elevadas de aquecimento são necessárias para obter um diagrama (ITh) verdadeiro.

Diagramas Isotérmicos:  (TTT):

Diagrama inicia a alta temperatura com austenita homogeneizada. Com um rápido resfriamento a temperatura desejada de tratamento. Aumento de volume no resfriamento. (dilatometria). Acima de Ac3 não ocorre transformações. Entre Ac3 e Ac1 somente a ferrita se forma. Diagramas tem formato de “C”. Alta temperatura descrevem a formação Perlita. Baixa temperatura descrevem a formação Bainita.

Diagrama Contínuos:

O aquecimento e o resfriamento de modo isotérmico são menos comuns que o aquecimento e o resfriamento de modo contínuo. A aplicação de taxas constantes de aquecimento e resfriamento são mais consistentes com a prática dos tratamentos térmicos. Diagramas (CHT) e (CCT).