Ⅰ.O conceito básico do tratamento térmico.
A. O conceito básico de tratamento térmico.
Os elementos básicos e funções detratamento térmico:
1. Aquecimento
O objetivo é obter uma estrutura de austenita uniforme e fina.
2. Segurando
O objetivo é garantir que a peça de trabalho seja completamente aquecida e evitar a descarbonetação e a oxidação.
3.Resfriamento
O objetivo é transformar a austenita em diferentes microestruturas.
Microestruturas após tratamento térmico
Durante o processo de resfriamento, após aquecimento e manutenção, a austenita se transforma em diferentes microestruturas, dependendo da taxa de resfriamento. Microestruturas diferentes apresentam propriedades diferentes.
B. O conceito básico de tratamento térmico.
Classificação baseada em métodos de aquecimento e resfriamento, bem como na microestrutura e propriedades do aço
1. Tratamento térmico convencional (tratamento térmico geral): têmpera, recozimento, normalização, têmpera
2. Tratamento térmico de superfície: têmpera de superfície, têmpera de superfície por aquecimento por indução, têmpera de superfície por aquecimento por chama, têmpera de superfície por aquecimento por contato elétrico.
3. Tratamento térmico químico: cementação, nitretação, carbonitretação.
4. Outros tratamentos térmicos: tratamento térmico em atmosfera controlada, tratamento térmico a vácuo, tratamento térmico por deformação.
C. Temperatura Crítica dos Aços
A temperatura crítica de transformação do aço é uma base importante para determinar os processos de aquecimento, retenção e resfriamento durante o tratamento térmico. Ela é determinada pelo diagrama de fases ferro-carbono.
Conclusão principal:A temperatura crítica de transformação real do aço sempre fica atrás da temperatura crítica de transformação teórica. Isso significa que o superaquecimento é necessário durante o aquecimento e o subresfriamento é necessário durante o resfriamento.
Ⅱ.Recozimento e Normalização do Aço
1. Definição de Recozimento
O recozimento envolve aquecer o aço a uma temperatura acima ou abaixo do ponto crítico Ac₁, mantendo-o nessa temperatura e, então, resfriá-lo lentamente, geralmente dentro do forno, para atingir uma estrutura próxima ao equilíbrio.
2. Finalidade do recozimento
①Ajuste a dureza para usinagem: obtenção de dureza usinável na faixa de HB170~230.
②Alivia o estresse residual: evita deformações ou rachaduras durante processos subsequentes.
③Refinar a estrutura do grão: melhora a microestrutura.
④Preparação para tratamento térmico final: Obtém perlita granular (esferoidizada) para posterior têmpera e revenimento.
3. Recozimento de esferoidização
Especificações do processo: A temperatura de aquecimento é próxima ao ponto Ac₁.
Objetivo: Esferoidizar a cementita ou os carbonetos no aço, resultando em perlita granular (esferoidizada).
Faixa de aplicação: Usado para aços com composições eutetóides e hipereutetóides.
4. Recozimento por difusão (recozimento homogeneizante)
Especificações do processo: A temperatura de aquecimento está ligeiramente abaixo da linha solvus no diagrama de fases.
Objetivo: Eliminar a segregação.
①Para baixo-aço carbonocom teor de carbono inferior a 0,25%, a normalização é preferível ao recozimento como tratamento térmico preparatório.
②Para aço de médio carbono com teor de carbono entre 0,25% e 0,50%, o recozimento ou a normalização podem ser usados como tratamento térmico preparatório.
③Para aço de médio a alto carbono com teor de carbono entre 0,50% e 0,75%, recomenda-se o recozimento completo.
④Para alta-aço carbonocom teor de carbono maior que 0,75%, a normalização é usada primeiro para eliminar a rede Fe₃C, seguida pelo recozimento de esferoidização.
Ⅲ. Têmpera e revenimento de aço
A. Têmpera
1. Definição de têmpera: A têmpera envolve aquecer o aço a uma certa temperatura acima do ponto Ac₃ ou Ac₁, mantê-lo nessa temperatura e, então, resfriá-lo a uma taxa maior que a taxa de resfriamento crítica para formar martensita.
2. Finalidade da têmpera: O objetivo principal é obter martensita (ou, às vezes, bainita inferior) para aumentar a dureza e a resistência ao desgaste do aço. A têmpera é um dos processos de tratamento térmico mais importantes para o aço.
3. Determinação de temperaturas de têmpera para diferentes tipos de aço
Aço hipoeutetóide: Ac₃ + 30°C a 50°C
Aço Eutectoide e Hipereutectoide: Ac₁ + 30°C a 50°C
Aço Liga: 50°C a 100°C acima da temperatura crítica
4. Características de resfriamento de um meio de têmpera ideal:
Resfriamento lento antes da temperatura "nariz": para reduzir suficientemente o estresse térmico.
Alta capacidade de resfriamento próxima à temperatura do "nariz": para evitar a formação de estruturas não martensíticas.
Resfriamento lento próximo ao ponto M₅: para minimizar o estresse induzido pela transformação martensítica.
5. Métodos de têmpera e suas características:
① Têmpera Simples: Fácil de operar e adequada para peças pequenas e de formato simples. A microestrutura resultante é martensita (M).
② Têmpera Dupla: Mais complexa e difícil de controlar, utilizada para peças de aço de alto carbono com formas complexas e peças de aço de liga maiores. A microestrutura resultante é a martensita (M).
③ Têmpera Quebrada: Um processo mais complexo, utilizado para peças de aço-liga grandes e com formatos complexos. A microestrutura resultante é a martensita (M).
④ Têmpera isotérmica: Utilizada para peças pequenas, de formato complexo e com altas exigências. A microestrutura resultante é a bainita inferior (B).
6. Fatores que afetam a temperabilidade
O nível de temperabilidade depende da estabilidade da austenita super-resfriada no aço. Quanto maior a estabilidade da austenita super-resfriada, melhor a temperabilidade, e vice-versa.
Fatores que influenciam a estabilidade da austenita super-resfriada:
Posição da curva C: Se a curva C se deslocar para a direita, a taxa de resfriamento crítica para têmpera diminui, melhorando a temperabilidade.
Conclusão principal:
Qualquer fator que desloque a curva C para a direita aumenta a temperabilidade do aço.
Fator principal:
Composição química: Com exceção do cobalto (Co), todos os elementos de liga dissolvidos na austenita aumentam a temperabilidade.
Quanto mais próximo o teor de carbono estiver da composição eutetóide do aço carbono, mais a curva C se desloca para a direita e maior a temperabilidade.
7.Determinação e Representação da Temperabilidade
①Teste de temperabilidade por têmpera final: A temperabilidade é medida usando o método de teste de têmpera final.
②Método do diâmetro de têmpera crítico: O diâmetro de têmpera crítico (D₀) representa o diâmetro máximo do aço que pode ser totalmente endurecido em um meio de têmpera específico.
B. Têmpera
1. Definição de Têmpera
Revenimento é um processo de tratamento térmico em que o aço temperado é reaquecido a uma temperatura abaixo do ponto A₁, mantido nessa temperatura e depois resfriado à temperatura ambiente.
2. Finalidade da têmpera
Reduz ou elimina o estresse residual: evita deformações ou rachaduras na peça de trabalho.
Reduzir ou eliminar austenita residual: estabiliza as dimensões da peça de trabalho.
Elimina a fragilidade do aço temperado: ajusta a microestrutura e as propriedades para atender aos requisitos da peça de trabalho.
Nota importante: O aço deve ser temperado imediatamente após a têmpera.
3.Processos de têmpera
1. Baixa têmpera
Objetivo: Reduzir o estresse de têmpera, melhorar a tenacidade da peça de trabalho e obter alta dureza e resistência ao desgaste.
Temperatura: 150°C ~ 250°C.
Desempenho: Dureza: HRC 58 ~ 64. Alta dureza e resistência ao desgaste.
Aplicações: Ferramentas, moldes, rolamentos, peças cementadas e componentes de superfície endurecida.
2. Alta têmpera
Objetivo: Obter alta tenacidade juntamente com resistência e dureza suficientes.
Temperatura: 500°C ~ 600°C.
Desempenho: Dureza: HRC 25 ~ 35. Boas propriedades mecânicas gerais.
Aplicações: Eixos, engrenagens, bielas, etc.
Refino Térmico
Definição: A têmpera seguida de revenimento em alta temperatura é chamada de refino térmico, ou simplesmente revenimento. O aço tratado por esse processo apresenta excelente desempenho geral e é amplamente utilizado.
Ⅳ.Tratamento térmico de superfície de aço
A. Têmpera superficial de aços
1. Definição de Endurecimento de Superfície
O endurecimento superficial é um processo de tratamento térmico projetado para fortalecer a camada superficial de uma peça, aquecendo-a rapidamente para transformá-la em austenita e, em seguida, resfriando-a rapidamente. Esse processo é realizado sem alterar a composição química do aço ou a estrutura central do material.
2. Materiais usados para endurecimento de superfície e estrutura pós-endurecimento
Materiais usados para endurecimento de superfície
Materiais típicos: Aço de médio carbono e aço de liga de médio carbono.
Pré-tratamento: Processo típico: Revenimento. Se as propriedades do núcleo não forem críticas, a normalização pode ser usada.
Estrutura de pós-endurecimento
Estrutura da superfície: A camada superficial normalmente forma uma estrutura endurecida, como martensita ou bainita, que proporciona alta dureza e resistência ao desgaste.
Estrutura do Núcleo: O núcleo do aço geralmente mantém sua estrutura original, como perlita ou revenido, dependendo do processo de pré-tratamento e das propriedades do material base. Isso garante que o núcleo mantenha boa tenacidade e resistência.
B.Características do endurecimento superficial por indução
1. Alta temperatura de aquecimento e rápido aumento de temperatura: o endurecimento da superfície por indução normalmente envolve altas temperaturas de aquecimento e taxas de aquecimento rápidas, permitindo aquecimento rápido em um curto espaço de tempo.
2. Estrutura de grãos finos de austenita na camada superficial: Durante o aquecimento rápido e o processo de têmpera subsequente, a camada superficial forma grãos finos de austenita. Após a têmpera, a superfície consiste principalmente de martensita fina, com dureza tipicamente 2 a 3 HRC superior à da têmpera convencional.
3. Boa qualidade de superfície: devido ao curto tempo de aquecimento, a superfície da peça de trabalho fica menos propensa à oxidação e descarbonetação, e a deformação induzida pela têmpera é minimizada, garantindo boa qualidade de superfície.
4. Alta resistência à fadiga: a transformação da fase martensítica na camada superficial gera tensão compressiva, o que aumenta a resistência à fadiga da peça de trabalho.
5. Alta eficiência de produção: o endurecimento superficial por indução é adequado para produção em massa, oferecendo alta eficiência operacional.
C.Classificação do tratamento térmico químico
Cementação, Cementação, Cementação, Cromação, Siliconização, Siliconização, Siliconização, Carbonitretação, Borocarbonetação
D.Carburação a gás
A cementação a gás é um processo em que uma peça é colocada em um forno de cementação a gás selado e aquecida a uma temperatura que transforma o aço em austenita. Em seguida, um agente de cementação é gotejado no forno, ou uma atmosfera de cementação é introduzida diretamente, permitindo que os átomos de carbono se difundam na camada superficial da peça. Esse processo aumenta o teor de carbono (%CA) na superfície da peça.
√Agentes de Carburação:
•Gases ricos em carbono: como gás de carvão, gás liquefeito de petróleo (GLP), etc.
•Líquidos orgânicos: como querosene, metanol, benzeno, etc.
√Parâmetros do processo de cementação:
•Temperatura de cementação: 920~950°C.
•Tempo de cementação: Depende da profundidade desejada da camada cementada e da temperatura de cementação.
E. Tratamento térmico após cementação
O aço deve passar por tratamento térmico após a cementação.
Processo de tratamento térmico após cementação:
√Têmpera + Revenimento em Baixa Temperatura
1. Têmpera direta após pré-resfriamento + revenimento em baixa temperatura: a peça de trabalho é pré-resfriada da temperatura de cementação até um pouco acima da temperatura Ar₁ do núcleo e então imediatamente temperada, seguida de revenimento em baixa temperatura de 160~180°C.
2. Têmpera única após pré-resfriamento + revenimento em baixa temperatura: após a cementação, a peça de trabalho é resfriada lentamente até a temperatura ambiente e, em seguida, reaquecida para têmpera e revenimento em baixa temperatura.
3. Têmpera dupla após pré-resfriamento + revenimento em baixa temperatura: após a cementação e o resfriamento lento, a peça de trabalho passa por dois estágios de aquecimento e têmpera, seguidos de revenimento em baixa temperatura.
Ⅴ.Tratamento Térmico Químico de Aços
1.Definição de Tratamento Térmico Químico
O tratamento térmico químico é um processo de tratamento térmico no qual uma peça de aço é colocada em um meio ativo específico, aquecida e mantida a uma temperatura constante, permitindo que os átomos ativos presentes no meio se difundam na superfície da peça. Isso altera a composição química e a microestrutura da superfície da peça, alterando assim suas propriedades.
2.Processo básico de tratamento térmico químico
Decomposição: Durante o aquecimento, o meio ativo se decompõe, liberando átomos ativos.
Absorção: Os átomos ativos são adsorvidos pela superfície do aço e se dissolvem na solução sólida do aço.
Difusão: Os átomos ativos absorvidos e dissolvidos na superfície do aço migram para o interior.
Tipos de endurecimento de superfície por indução
a.Aquecimento por indução de alta frequência
Frequência atual: 250~300 kHz.
Profundidade da camada endurecida: 0,5~2,0 mm.
Aplicações: Engrenagens de módulos médios e pequenos e eixos de pequeno a médio porte.
b.Aquecimento por indução de média frequência
Frequência atual: 2500~8000 kHz.
Profundidade da camada endurecida: 2~10 mm.
Aplicações: Eixos maiores e engrenagens de módulos grandes a médios.
c.Aquecimento por indução de frequência de potência
Frequência atual: 50 Hz.
Profundidade da camada endurecida: 10~15 mm.
Aplicações: Peças que requerem uma camada endurecida muito profunda.
3. Têmpera de superfície por indução
Princípio básico do endurecimento superficial por indução
Efeito de pele:
Quando a corrente alternada na bobina de indução induz uma corrente na superfície da peça, a maior parte da corrente induzida concentra-se perto da superfície, enquanto quase nenhuma corrente passa pelo interior da peça. Esse fenômeno é conhecido como efeito pelicular.
Princípio do endurecimento superficial por indução:
Com base no efeito pelicular, a superfície da peça é rapidamente aquecida à temperatura de austenitização (aumentando para 800 a 1.000 °C em poucos segundos), enquanto o interior da peça permanece praticamente sem aquecimento. A peça é então resfriada por pulverização de água, resultando no endurecimento da superfície.
4. Fragilidade da têmpera
Revenimento da fragilidade em aço temperado
Fragilidade por revenimento refere-se ao fenômeno em que a tenacidade ao impacto do aço temperado diminui significativamente quando revenido em determinadas temperaturas.
Primeiro Tipo de Fragilidade de Revenimento
Faixa de temperatura: 250°C a 350°C.
Características: Se o aço temperado for revenido dentro dessa faixa de temperatura, é altamente provável que ele desenvolva esse tipo de fragilidade de revenimento, que não pode ser eliminada.
Solução: Evite revenir aço temperado dentro dessa faixa de temperatura.
O primeiro tipo de fragilidade de revenimento também é conhecido como fragilidade de revenimento em baixa temperatura ou fragilidade de revenimento irreversível.
Ⅵ. Têmpera
1. O revenimento é um processo de tratamento térmico final que ocorre após a têmpera.
Por que aços temperados precisam de revenimento?
Microestrutura após têmpera: Após a têmpera, a microestrutura do aço normalmente consiste em martensita e austenita residual. Ambas são fases metaestáveis e se transformam sob certas condições.
Propriedades da martensita: A martensita é caracterizada por alta dureza, mas também alta fragilidade (especialmente em martensita com alto teor de carbono, semelhante a agulhas), o que não atende aos requisitos de desempenho para muitas aplicações.
Características da Transformação Martensítica: A transformação em martensita ocorre muito rapidamente. Após a têmpera, a peça apresenta tensões internas residuais que podem levar à deformação ou à formação de fissuras.
Conclusão: A peça não pode ser usada diretamente após a têmpera! O revenimento é necessário para reduzir as tensões internas e melhorar a tenacidade da peça, tornando-a adequada para o uso.
2. Diferença entre temperabilidade e capacidade de endurecimento:
Temperabilidade:
Temperabilidade refere-se à capacidade do aço de atingir uma determinada profundidade de têmpera (a profundidade da camada endurecida) após a têmpera. Depende da composição e estrutura do aço, particularmente dos seus elementos de liga e do tipo de aço. Temperabilidade é uma medida de quão bem o aço consegue endurecer em toda a sua espessura durante o processo de têmpera.
Dureza (capacidade de endurecimento):
Dureza, ou capacidade de têmpera, refere-se à dureza máxima que pode ser alcançada no aço após a têmpera. Ela é amplamente influenciada pelo teor de carbono do aço. Maiores teores de carbono geralmente levam a um potencial de dureza mais alto, mas isso pode ser limitado pelos elementos de liga do aço e pela eficácia do processo de têmpera.
3. Temperabilidade do Aço
√Conceito de temperabilidade
Temperabilidade refere-se à capacidade do aço de atingir um certo grau de endurecimento martensítico após a têmpera a partir da temperatura de austenitização. Em termos mais simples, é a capacidade do aço de formar martensita durante a têmpera.
Medição de temperabilidade
O tamanho da temperabilidade é indicado pela profundidade da camada endurecida obtida sob condições especificadas após a têmpera.
Profundidade da Camada Endurecida: É a profundidade da superfície da peça até a região onde a estrutura é metade martensita.
Meios de têmpera comuns:
•Água
Características: Econômico com forte capacidade de resfriamento, mas tem uma alta taxa de resfriamento próximo ao ponto de ebulição, o que pode levar ao resfriamento excessivo.
Aplicação: Normalmente usado para aços carbono.
Água salgada: Uma solução de sal ou álcali em água, que tem maior capacidade de resfriamento em altas temperaturas em comparação à água, tornando-a adequada para aços carbono.
•Óleo
Características: Proporciona uma taxa de resfriamento mais lenta em baixas temperaturas (próxima ao ponto de ebulição), o que reduz efetivamente a tendência de deformação e rachaduras, mas tem menor capacidade de resfriamento em altas temperaturas.
Aplicação: Adequado para aços ligados.
Tipos: Inclui óleo de têmpera, óleo de máquina e óleo diesel.
Tempo de aquecimento
O tempo de aquecimento consiste na taxa de aquecimento (tempo necessário para atingir a temperatura desejada) e no tempo de retenção (tempo mantido na temperatura alvo).
Princípios para determinar o tempo de aquecimento: garanta uma distribuição uniforme da temperatura em toda a peça de trabalho, tanto interna quanto externamente.
Garantir a austenitização completa e que a austenita formada seja uniforme e fina.
Base para determinar o tempo de aquecimento: geralmente estimado usando fórmulas empíricas ou determinado por meio de experimentação.
Meios de têmpera
Dois aspectos principais:
a. Taxa de resfriamento: uma taxa de resfriamento mais alta promove a formação de martensita.
b.Tensão residual: uma taxa de resfriamento mais alta aumenta a tensão residual, o que pode levar a uma maior tendência à deformação e rachaduras na peça de trabalho.
Ⅶ.Normalizando
1. Definição de Normalização
A normalização é um processo de tratamento térmico no qual o aço é aquecido a uma temperatura de 30 °C a 50 °C acima da temperatura Ac3, mantido nessa temperatura e, em seguida, resfriado ao ar para obter uma microestrutura próxima ao estado de equilíbrio. Comparado ao recozimento, a normalização tem uma taxa de resfriamento mais rápida, resultando em uma estrutura perlítica (P) mais fina e maior resistência e dureza.
2. Objetivo da Normalização
O objetivo da normalização é semelhante ao do recozimento.
3. Aplicações da Normalização
•Eliminar a cementita secundária em rede.
•Serve como tratamento térmico final para peças com requisitos mais baixos.
•Atuar como um tratamento térmico preparatório para aço estrutural de baixo e médio carbono para melhorar a usinabilidade.
4.Tipos de recozimento
Primeiro tipo de recozimento:
Objetivo e função: O objetivo não é induzir transformação de fase, mas fazer a transição do aço de um estado desequilibrado para um estado equilibrado.
Tipos:
• Recozimento por Difusão: Visa homogeneizar a composição eliminando a segregação.
• Recozimento por recristalização: restaura a ductilidade eliminando os efeitos do encruamento.
•Recozimento para alívio de tensões: reduz tensões internas sem alterar a microestrutura.
Segundo tipo de recozimento:
Objetivo e função: Visa alterar a microestrutura e as propriedades, obtendo uma microestrutura predominantemente perlita. Este tipo também garante que a distribuição e a morfologia da perlita, ferrita e carbonetos atendam a requisitos específicos.
Tipos:
•Recozimento completo: aquece o aço acima da temperatura Ac3 e depois o resfria lentamente para produzir uma estrutura de perlita uniforme.
•Recozimento Incompleto: Aquece o aço entre as temperaturas Ac1 e Ac3 para transformar parcialmente a estrutura.
•Recozimento isotérmico: aquece o aço acima de Ac3, seguido de resfriamento rápido até uma temperatura isotérmica e manutenção para atingir a estrutura desejada.
•Recozimento esferoidizante: produz uma estrutura de carboneto esferoidal, melhorando a usinabilidade e a tenacidade.
Ⅷ.1.Definição de Tratamento Térmico
Tratamento térmico refere-se a um processo no qual o metal é aquecido, mantido a uma temperatura específica e depois resfriado em estado sólido para alterar sua estrutura interna e microestrutura, alcançando assim as propriedades desejadas.
2. Características do Tratamento Térmico
O tratamento térmico não altera o formato da peça; em vez disso, ele altera a estrutura interna e a microestrutura do aço, o que por sua vez altera as propriedades do aço.
3. Finalidade do tratamento térmico
O objetivo do tratamento térmico é melhorar as propriedades mecânicas ou de processamento do aço (ou peças de trabalho), utilizar totalmente o potencial do aço, melhorar a qualidade da peça de trabalho e prolongar sua vida útil.
4. Conclusão principal
A possibilidade de melhorar as propriedades de um material por meio de tratamento térmico depende fundamentalmente da ocorrência de alterações em sua microestrutura e estrutura durante o processo de aquecimento e resfriamento.
Horário da publicação: 19/08/2024