Tratamento Termico

1.0- Utilização do tratamento térmico para obter uma gama de materiais a baixo custo

A aplicação de um tratamento térmico é de extrema importância quando se quer modificar as propriedades de um aço, ou de outros materiais, sendo viável para a empresa por proporcionar um material mais adequado para cada aplicação e por ser econômico, uma vez que se tem um material barato, mas com as propriedades necessárias. Afinal o tratamento térmico tem esse objetivo, de transformar aços inferiores em aços com propriedades semelhantes aos das matérias nobres.

2.0- O porque de ter um bom projeto de realização do tratamento térmico

Por suas aplicações múltiplas, tanto em nosso dia a dia quanto em grandes indústrias, como as funções de aliviar de tensão, melhorar o material, buscar o melhor material possível, fica inquestionável pensar o porque de não estudar a importância e a eficiência da aplicação dos tratamentos térmicos.

Se o profissional executante tem o conhecimento das várias características e correlações das estruturas e propriedades, sabendo qual as técnicas a serem utilizadas no processamento dos materiais. Tendo embasamento cientifico para a escolha do melhor material e como reage a cada tempera, onde se encontra a temperatura de austenitização, por quanto tempo está deve ficar no forno, a velocidade de resfriamento, fazendo todos os procedimentos de forma controlada, é certeza de se ter uma grande economia, redução de peso e ter o material mais adequado para cada utilização.

3.0- Problemas quando não se faz um tratamento térmico

Quando não se conhece o material e se faz um elemento sem um conhecimento de causa, só por pensar que está certo, o material pode apresentar um defeito catastrófico, afetando não a sua área mas como todas as demais interligadas.

Porém para se conseguir o resultado desejado é necessário ter o cuidado em seu processo, sendo analisados a temperatura, o tempo em que a peça será submetida ao tratamento, a sua velocidade de resfriamento, se as peças foram protegidas, pois dependendo da temperatura as peças podem sofrer o fenômeno de descarbonetação, ou seja, a perda de carbono na superfície da peça, o que não é nada desejável quando se quer a obtenção de um material mais duro, lá que a dureza é dependente da quantidade de carbono. Um erro no controle deste leva a ter um material totalmente diferente do que se era pretendido.

4.0- Hipóteses de qual tratamento usar

Se é necessário fazer um tratamento térmico para endurecer e não se sabe qual tratamento utilizar, pode ser solução do problema pegar várias amostras deste material, medir a dureza deste antes do tratamento e depois do tratamento, e ver qual é o tratamento que apresentou dureza maior.

Se o material é duro demais e apresenta muita quebra, pode ser necessário reaquecer o material, permanecendo na faixa de revenido que permita recuperar a tenacidade e a ductibilidade do material, e aliviando tensões. Tendo muitas hipóteses, pois são muitos os aços e os mais diferentes tipos de propriedades que podem ser obtidas.

5.0- Objetivo do tratamento térmico

Temos vários tipos de tratamentos térmicos, os quais são submetidos a vários tipos de aquecimento e resfriamento, sendo os seguintes tipos: de recozimento, normalização, têmpera e revenido, para conseguir o material mais perto do ideal.

De acordo com a aplicação temos tipos de tratamento térmicos diferentes, por exemplo, os principais tipos de tratamento térmico associados às operações de soldagem são: recozimento; normalização; revenimento; solubilização; têmpera; pré-aquecimento; pós-aquecimento e alívio de tensões.

Em resumo os tratamentos térmicos não visa apenas conseguir um aumento na dureza, mas também ele tem potencial para melhorar a usinabilidade, a conformabilidade e recuperar a ductilidade e a tenacidade perdidas durante um processo de tempera. Com essas propriedades e vantagens, o tratamento térmico pode dar suporte para processos de manufatura, assim como melhorar o desempenho de produtos, aumentando sua resistência ou modificando outras características para a resposta mais desejada.

6.0- Fundamento de cada tratamento térmico

Recozimento:

• Remoção de tensões internas devido aos tratamentos mecânicos.

• Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade.

• Alterar as propriedades mecânicas como a resistência e ductilidade.

• Ajustar o tamanho de grão.

• Melhorar as propriedades elétricas e magnéticas.

• Produzir uma microestrutura definida.

Esferoidização:

• Produção de uma estrutura globular ou esferoidal de carbonetos no aço.

• Melhora a usinabilidade- especialmente dos aços alto carbono.

• Facilita a deformação a frio.

Normalização:

• Refinar o grão.

• Melhorar a uniformidade da microestrutura.

Têmpera:

• Obter estrutura martensítica para se obter: aumento na dureza, aumento na resistência à tração e redução na tenacidade.

Revenido:

• Recuperar a tenacidade e a ductibilidade perdida no tratamento de tempera.

• Alivia ou remove tensões.

7.0- Cronograma para execução de um tratamento de tempera

Na prática, pode-se dizer que são três etapas para fazer um tratamento térmico, sendo:

1º- Ligar o forno e ajustar a temperatura em que o material a ser usado é austenitizado.

2º- Colocar o material no forno e deixar pelo tempo necessário para a austenitização.

3º- Retirar o material do forno, resfriando-o conforme o tratamento térmico.

ANEXO 1.

Para efeito de teste sobre como é os procedimentos a serem realizados sobre tratamento térmico, foi testado amostras do aço SAE 1045 no laboratório da UniRV- Universidade de Rio Verde. E foram desenvolvidos os seguintes passos:

Primeiro passo - cortar a barra do aço do material carbono 1045 que chamaremos de corpo de prova, os quais tem o mesmo diâmetro.

Segundo passo - com os corpos de prova em “mãos” será feita a medida da dureza para saber quanto era a mesma antes da aplicação do tratamento térmico, sendo estas durezas dadas pela unidade de medida Rockwell.

Terceiro passo - Ligar o forno e ajustar-lo a uma temperatura que permita que o aço se torne completamente austenitico.

Quarto passo - levar os corpos de prova ao forno a uma temperatura de se situa em torno de 800ºC, por um tempo que permita a astenitização completa.

Quinto passo – depois de austenitizado retirar as peças do forno e resfriando-as de acordo com o tratamento térmico pretendido. O resfriamento é feito de acordo com o tipo de tratamento que se deseja, podendo este ser no ar, em água, no oléo, em salmoura.

Sexto passo- este é o último, onde depois de feito todos os tratamentos com os vários corpos, cada um com seu tratamento e resfriamento especifico, nesta etapa agora ele será medido novamente, para chegar ao resultado se aumentou ou diminui a dureza. Desta forma sabendo qual o tratamento melhor se aplica para o destino pretendido.

Mais abaixo será citado um exemplo da execução deste projeto.

4.1- Equipamentos utilizados para o processo da amostragem aço 1045

• Forno elétrico.

• Durômetro Rockwell – modelo HR-150C.

• Um balde de água.

• Um balde de óleo.

• Roupas adequadas- utilizou-se luvas, avental de proteção e mascara (EPI).

• Energia.

• Alicate grande para retirar as peças do forno.

4.2- Orçamento

Todos os itens necessários para testar e comprovar a importância do tratamento térmico, nessa aula experimental foram fornecidos pela UniRV- UNIVERSIDADE DE RIO VERDE. Neste caso não ficou caro o processo pelo fato de estarmos fazendo um tratamento em um corpo de prova de aproximadamente 7 (sete) centímetros, necessitando de pouca água e também pouco óleo para a sua realização, assim como pouca energia, pois o tempo máximo que o forno ficou ligado foi uma hora.

Entretanto pode haver um gasto considerável para aplicar este tratamento, mas mesmo assim será mais lucrativo, do que compra aços nobres e mais equipamentos para trabalha-los.

Sabe-se que antes de realizar um projeto um dos requisitos mais importantes é o custo, deve-se analisar se temos o material a ser utilizado em abundancia, se o equipamento que temos na indústria permiti trabalhar com tal material, ou seja, fazer todo uma programação, para analisar o quanto um material ou outros trás de benefício se for escolhido para execução.

4.3- Dados experimentais

Medidas de dureza na escala Rockwell C para a barra de aço carbono 1045, mostrando as durezas antes e depois do tratamento térmico, e subsequentemente já depois de temperado feito o tratamento de revenido.

• Dureza sem o tratamento térmico.

Material 1ª medida (HRC) 2ª medida

(HRC) 3ª medida

(HRC)

CP1 (Temperado em óleo) 30,0 29,0 29,5

CP2 (Normalização) 25,0 25,0 25,0

CP3 (Temperado em água) 26,0 26,5 26,25

CP4(Temperado e Revenido) 25,5 26,0 25,75

CP5 (Recozido) 28,5 29,0 28,75

• Dureza com tratamento térmico.

Material 1ª medida (HRC) 2ª medida

(HRC) 3ª medida

(HRC)

CP1 (Temperado em óleo) 52,0 HRC 53,0 HRC 52,5 HRC

CP2 (Normalização) 91,0 HRB 92,5 HRB 91,75 HRB

CP3 (Temperado em água) 60,0 HRC 64,5 HRC 62,25 HRC

CP4(Temperado e Revenido) 63,5 HRC 60,0 HRC 61,75 HRC

CP5 (Recozido) 42,0 HRB 43,0 HRB 42,5 HRB

• Dureza com o tratamento térmico e logo após feito o revenido numa duração de tempo entre 15 à 20 minutos a uma temperatura de 250ºC.

Material 1ª medida (HRC) 2ª medida

(HRC) 3ª medida

(HRC)

CP3 (Temperado) 58,5 51,0 54,75

• Dureza com tratamento térmico e logo após feito o revenido com duração de 20 minutos a uma temperatura de 350ºC.

Material 1ª medida (HRC) 2ª medida

(HRC) 3ª medida

(HRC)

CP3 (Temperado e Revenido) 52,5 53,5 53,0

4.5- Executores desse projeto

Os resultados obtidos acima foram conseguidos no laboratório da Fesurv, tendo como orientador o professor Warley Pereira, onde os alunos do sexto período de Engenharia Mecânica, manusearam todo o processo.

4.6- Resultados e discussões dos testes

Por meio dos dados obtidos desses tratamentos nos cinco corpos de provas, foi confirmado o quanto o material modifica as suas propriedades quando realizados. Visto que quando foi feito o resfriamento rápido em água o material ficou mais duro, do que no óleo ou resfriado juntamente com a diminuição da temperatura do forno (recozido), ou mesmo resfriado ao ar (normalização).

Comparando o material antes do tratamento e depois do tratamento térmico se vê uma diferença muito grande na dureza, sendo que o corpo de prova 3 (CP3) que foi temperado em água, tinha antes uma média de dureza de 26,25 HRC, passando depois do tratamento térmico para uma dureza de 62,25 HRC, por sequencia os que mais ganharam dureza e resistência foram o CP4 (Temperado em revenido) e CP1 (Temperado em óleo), e na sequencia o material CP5 (recozido) e por fim o corpo normalizado com menor nível de dureza depois do tratamento que foi de 91,75 HRB (aproximação 11 HRC).

Os corpos de prova CP1 e CP3 depois de já feito o tratamento térmico foram sujeitos ao tratamento térmico de revenimento a uma temperatura de 250ºC, e observou-se que a dureza de ambos caiu após este tratamento. É fácil de entender o porque isso acontece, pois o revenimento nada mais é que um reaquecimento da peça já temperada, mantendo neste reaquecimento que geralmente é entre uma faixa de temperatura de 150ºC e 600ºC, como foi dito o aço ficou em uma temperatura de 250ºC, permanecendo nesta temperatura por certo tempo, neste caso do teste foi de 15 a 20 minutos, com a finalidade de recuperar parte da ductibilidade e da tenacidade que foram perdidas por causa do tratamento anterior. Porém neste caso não teremos benefícios com o revenido, pois o revenido é dividido em três estágios. O primeiro que vai até aproximadamente 200ºC, o segundo que está entre 200 e 400ºC e o último que se inicia em 400ºC. E como pode ser visto este corpo de prova se encontra no segundo estágio, que compreende a uma etapa que não se tem uma queda na dureza e na resistência, entretanto, a tenacidade não aumenta como acontece na primeira etapa, pelo contrário ela diminui, esse fenômeno foi designado na literatura de Vicente Chiaverini de fragilidade de revenido, ou seja, não é conveniente trabalhar nesta faixa de temperatura, o material continua duro e resistente, mas suas chances de trinca e empenar é muito grande.

O CP5 (recozido) depois do tratamento térmico também foi revenido, só que a uma temperatura de 350ºC e por 20 minutos, demonstrou queda na dureza, porém no CP1 e o CP3, este material se encontra no segundo estágio do revenido, com a diferença que ele se encontra com a menor tenacidade, visto que a mínima tenacidade que o aço pode ter é em torno de 350ºC, enfim, está também não apresenta benefícios com o revenido.

Concluindo pelas amostragens que se quiser um material mais duro devemos aplicar o tratamento térmico de tempera em agua e se quisermos um material que tenha resistência mecânica e dureza, mas que no entanto, seja mais dúctil e tenaz deve-se aplicar o tratamento de recozimento.

Lembrando que quanto mais duro é o material mais chance ele tem de apresentar trincas e empenamentos dependendo da sua seção transversal, por isso não é recomendado a utilização de materiais que passam por uma tempera com resfriamento brusco para a obtenção de martensita, sem que se tenha feito um processo de revenimento para o alivio de tensões para o mesmo, pois ele apresenta apreciável resistência e dureza, mas será difícil de se trabalhar e a sua falha é drástica.

8.0- Observações quando o tratamento térmico é feito em aços ferramentas

Como dito anteriormente todos os procedimentos devem ser claramente estabelecidos e totalmente controlados, para não ter um material inesperado, sendo diferente das propriedades que eram esperadas.

Quando se faz a encomenda ou a própria empresa desenvolve o aço ferramenta, devem estar presentes todos os dados, pois o processo depende de uma variedade de equipamentos para tratamento térmico, incluindo fornos a vácuo, fornos de leito fluidizado, fornos selados de têmpera e fornos de banhos de sal. Deve conter também equipamentos com estruturas especificas para o resfriamento de têmpera, capazes de proporcionar o melhor ambiente para a taxa de resfriamento adequada para cada ferramenta específica. Por isso dá importância detalhada ao executante da peça, descrevendo qual o material será usado, qual é a forma da peça, se ela será submetida as forças de tração e torção. Se o projeto da peça não é bem rico em informações, podem ocorrer trincas e empenamentos, como por exemplo mudanças bruscas de seção, marcas de conformação e raios de concordância.

9.0- Referências

CHIAVERINI, V. TECNOLOGIA MECÂNICA – Processos de Fabricação e Tratamento. 2. ed. São Paulo: McGraw-Hill Ltda, 1977. 315p.

Oliveira A.S. Tratamento Térmico. Disponível em< http://demec.ufpr.br/pesquisas/superficie/ material%20didatico/TT.pdf>. Acesso em: 26/11/2014.

10- Anexos

ANEXO 01- figura apresentando o processo térmico.