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Resumo Colpaert Cap 4 Revisado
Resumo Colpaert Cap 4 Revisado
Resumo Colpaert Cap 4 Revisado
Hubertus Colpaert
Resumo - Capitulo IV
Antes abordar o tema tratamentos térmicos temos que falar de dois fenômenos que
ocorrem à temperaturas elevadas: o crescimentos dos grãos e a recristalização dos grãos
deformados por um trabalho mecânico.
Superaquecimento
Queima
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As linhas que delimitam a zona critica dos aços, recebem na técnica metalográfica, as
seguintes denominações, A1, a horizontal de 723º C; A3, a linha GE’ e Acm, a linha E’S.
3. RECOZIMENTO
Normalização
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Por isso, quando se procura fazer com que esses aços adquiram textura mais fina, no
estado recozido ou temperado, precede-se os tratamentos respectivos, de uma
normalização. Convém frisar que hipertetóides só podem ser utilizados recozidos ou
temperados, quando sua cementita está esferoidizada (fig. 472) e não nos contornos dos
grãos (fig. 289).
Uma peça de aço fundido, tal como se solidificou, apresenta, em geral, uma
granulação grosseira e uma distribuição heterogênea seus elementos constitutivos. Diz-se,
então, que o aço ainda ata estado bruto de fusão, figs. 313, 380, 382 e 384. Nessas
condições. » aço não resiste bem ao choque e às vezes não pode ser vergado.
Para modificar a textura do aço recorre-se ao recozimento. Esse tratamento
proporcionará pela recristalização uma granulação homogênea e mais fina, fig. 383, o que
traz sensível melhoria às propriedades da peça. As figs, 381 a 383 ilustram
claramente essas asserções.
No caso de laminação a frio ou de estiramento o metal deve passar numerosas vezes
pelos laminadores ou pelas B é necessário, após um certo número de passagens, submeter o
m*to ao recozimento antes de prosseguir no trabalho. E' que após uma • de deformações a
frio, o material fica de tal modo duro e quebradiço, que novas deformações poderiam
provocar a sua ruptura.
Contudo, os aços extra-doces (que são constituídos que exclusivamente de ferrita),
quando encruados, já são suscetíveis de m recristalizarem logo acima de 550"C, não sendo,
neste caso particular, necessário ultrapassar a zona crítica para que readquiram as
propriedades que perderam em conseqüência do encruamento causado por um trabalho a
frio.
Imperfeições e descuidos
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casos em que a descarbonetação superficial não tem importância, quer porque a diminuição
da dureza na superfície não afeta-o porque a peça ainda vai sofrer desbaste de sua super
caso contrário, a descarbonetação deve ser cuidados evitada por meio de um revestimento
(pintura com apropriada) ou então pela caiação de uma atmosfera, se não levemente
redutora, no interior do forno de atmosfera controlada), ou ainda fazendo o aquecimento
pela imersão da peça em banho de sais fundidos, já à ruptura desejada, que têm a vantagem
de aquecê-la n fortemente e fora do contacto do ar.
As propriedades mecânicas dos aços recozidos são as que no gráfico da fig. 345 do
capitulo "Micrografia", e os aspecto gráficos, entre outros, os das figs. 280 a 293 daquele
mesmo capitulo.
4. TEMPERA
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Pelo que foi exposto, vê-se que a austenita ao se transformar abaixo da zona critica poderá
dar diferentes microestruturas, dependendo das temperaturas em que essas transformações
ocorrerem.
Varemos a seguir como tais transformações se processam.
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Formação da martensita
que no de granulação grosseira, pelo fato do primeiro possuir maior número de pontos de
transformação. Portanto, o de granulação grosseira terá maior temperabilidade do que o de
granulação fina. Isso se reflete no diagrama TTT como mostra a fig. 397.
Exemplificando: Peças iguais fabricadas em série, com aço de composição idêntica,
e que devam ser temperadas do mesmo modo, só apresentarão propriedades semelhantes,
como dureza, resistência ao choque, etc., se o tamanho de grão austenítico for sempre o
mesmo, no momento que saem do forno para serem temperadas. Por esse motivo, para
produções seriadas, que exijam controle rigoroso de propriedades mecânicas, as peças que
devam ser temperadas são primeiramente normalizadas para assegurar um refino e uma
uniformidade na granulação. Esse tratamento provocando uma reação por nucleação e
crescimento com velocidade de nucleação elevada, devido ao esfriamento relativamente
rápido, produz uma decomposição dos grãos de austenita num maior número de colônias de
grãos de perlita. A tempera sendo uma reação de cisalhamento não tem efeito semelhante
embora um grão de austenita se transforme em várias agulhas de martensita, porque, a
reação de transformação se dá somente no interior do grão, sem se estender aos vizinhos,
como no caso da perlita que forma colônias de grãos (fig. 284, 348. 354. 356|).
Num processo de ruptura por sobrecarga de um material martensítico sempre se
observa que a fissura se desenvolve nos contornos dos grãos da austenita original (fig. 262),
o mesmo não ocorrendo com os aços perliticos onde a fratura além de intergranular é
também trans-granular.
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Nestas bases uma peça representada pelas curvas da fig. 411 seria considerada
totalmente endurecida pela tempera e a fig. 412, não endurecida. Um caso de
endurecimento parcial como o da fig. 409 corresponderia às condições descritas pela fig.
413.
A espessura da parte endurecida recebe o nome de profundidade de endurecimento e
se fixamos as condições de esfriamento (dimensões e forma da peça e meio de tempera) ela
pode ser utilizada como uma indicação da temperabilidade do material.
A mudança do meio de tempera (água, óleo, etc.) modificar» as velocidades de esfriamento
de uma mesma peça.
Antes de passarmos aos dados numéricos fornecidos pelos de temperabilidade,
convém que se faça menção à classificação adotada pela SAE (Society of Automotive
Engineers) para os diferentes tipos de aço. Nessa classificação os dois primeiros algarismos
definem o tipo do aço e os dois últimos (xx) o teor de carbono em centésimos de l%.
Ensaios de temperabilidade
temperada, permite traçar a curva indicativa 4a maneira com que a dureza diminui, à
medida que os pontos examinados se distanciam da base que recebeu o jato dágua. Uma
diminuição dos valores da dureza até regiões afastadas da base, revela tratar-* um aço
capaz de endurecer pela tempera até apreciável (deep hardening), curva l da fig. 418, ao
passo que uma queda l nesses valores, logo nas primeiras determinações, isto é naquelas
feitas junto à base temperada, significa que esse aço tende a tornar tempera somente
próximo da superfície (shallow-hardening), curva 2 da fifc. citada.
Como o ensaio Jominy não dá resultados significativos para os aços de baixa
temperabilidade, é preferível empregar-se para esses aços as curvas em "U", que podem ser
expressas por três números, que recebem a denominação SAC. O primeiro é a dureza da e
em unidades Rockwell C, o segundo é a área delimitada pela curva e a ordenada zero
Rockwell C, e calculada por:
1" 1
S Dureza média R x ---- pol.
o 16
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Esfriamento (Tempero).
Á escolha do banho depende da tempera que se quer dar e da qualidade do aço a ser
tratado, porque certos aços trincam e empenam quando temperados era água e só suportam
tempera branda.
Com exceção de alguns aços-liga que endurecem pelo simples esfriamento ao ar
(tempera ao ar), o esfriamento praticado na tempera comum é habitualmente rap.do. Para
esse fim, as peças, depois de devidamente aquecidas e homogeneizadas na temperatura de
austenitização. são em seguida mergulhadas em líquidos.
Como a absorção de calor por um liquido depende principalmente de soa natureza, e
de sua temperatura, são vários os líquidos usados, conforme a velocidade de esfriamento
desejada.
a) Água e soluções aquosas de: sais, ácidos ou glicerina
b) óleos: minerais, vegetais ou animais,
c) Chumbo fundido, ou sais fundidos.
Para clareza convém recapitular os seguintes fatos que com a austenita quando o
esfriamento é lento:
1.° — Há separação de ferrita, ou de cementita. na critica, conforme se trate de aço
hipoeutetóide ou hipereutetã
2.° — Todo o ferro gama se transforma em ferro alfa ao linha inferior da zona
crítica, porque nessa a quantidade de carbono na austenita atinge a linha a precipitação da
cementita baixa localmente carbono da austenita, favorecendo a nucleação de
3.° — Pelo mesmo mecanismo, o crescimento da ferrita uma elevação no teor de
carbono da austenita adj favorecendo a nucleação de cementita.
Esse processo de nucleações e crescimentos alternados de e de cementita, dá origem à
perlita.
Quando o esfriamento é muito rápido, os fenômenos atada se dão, porque: a) a
migração dos elementos exige tempo, mormente a do 1.° item; b) essa migração é
extremamente ! abaixo de certas temperaturas.
Em conseqüência, os esfriamentos bruscos transformam a numa solução sólida
supersaturada de carbono no ferro alfa. EMa textura toma o no de martensita e se revela ao
microscópica característico. Depois de um ataque mais demorado, vém-se finas es retas, às
vezes pouco pronunciadas e difíceis de serem postas entrecortando-se segundo três
direções, como triângulos (figs 4t 424). Essas três direções são vestígios dos traços dos
planos da austenita, que sofreram os escorregamentos na martensítica.
No sistema cristalino do ferro gama os átomos de acomodam perfeitamente e não
estorvam os deslizamentos quando o aço é deformado. Por isso, a austenita é relativamente
Mas, na martensita, o ferro está numa forma alfa modificada pé excesso de carbono, cuja
presença estorva as deformações plásticas a tal ponto, que elas se tornam praticamente
impossíveis. Dai a grã dureza da martensita.
Quando o esfriamento é menos brusco, já se torna posshrei um começo de
transformação da austenita a temperaturas superiores.
Consiste essa transformação, como já foi dito, na separação do ferro alfa e do
carboneto sob a forma de uma textura lamelar ultraíma. que toma o nome de troostita. As
áreas onde essa transformação Já se deu são fortemente escurecidas pelos reativos
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micrográficos (fig A textura lamelar da troostita só pode, porém, ser verificada pelo
microscópio eletrônico, com ampliação superior a 3.000 x, fig 426.
As áreas de austenita, que não se transformarem em troostita vão se transformar em
martensita a temperaturas mais baixas.
Isto posto, pode-se dizer que, à medida que os esfriamentos forem praticados de
modo menos brusco, observar-se-ão quantidades de troostita cada vez maiores - desde
O',, quando a curva de resfriamento toca a extremidade esquerda do diagrama da
transformação em resfriamento contínuo. Em temperatura mais baixa poderá ser
interceptada a zona da formação de bainita. A textura de todos os aços com mais de 0,3'é de
carbono, cujo esfriamento atravessa essas regiões será, pois, troostita, bainita e martensita
(figs. 229 a 233). Dos aços com menos de 0,3'< de carbono falar-se-á mais adiante.
A dureza do aço cai rapidamente à medida que a percentagem de martensita diminui
e a de troostita aumenta. Quando a troostita se apresenta em rede contínua, como na fig.
432, a dureza do aço é mais baixa do que se tivesse a mesma percentagem de troostita.
porém, esparsa a esmo, pois a dureza tende para aquela do constituinte continuo.
Para esfriamentos à direita dos d agramas de resfriamento continuo já começa em diversos
pontos a ter havido tempo suficiente para que as texturas lamelares formadas, embora ainda
finíssimas, já sejam discerníveis ao microscópio comum, com luz perpendicular à
superfície e 1000 aumentos. Às texturas mistas, nas quais há regiões com texturas lamelares
discerníveis e outras indiscerníveis ao microscópio comum, chamamos de troosto-perlita
' (figs. 43õ a 439).
Com velocidades de esfriamento da ordem que estamos considerando agora, já se
pode notar também, nos aços comuns com menos de 0.6'; de carbono, os primeiros indícios
da formação de uma rede de ferrita. É que os fenômenos citados no item 1.°, da página 253
que ficaram suprimidos nos esfriamentos mais rápidos, começam agora a se manifestar com
intensidade cada vez maior, à medida que nos aproximamos dos esfriamentos lentos,
francamente à direita dos diagramas de transformação. As figs. 410 e 440 sintetizam
gràficamente o que acaba de ser dito.
Os aços doce e extra-doce, não endurecem apreciavelmente pela tempera e os
valores obtidos são também muito variáveis.
A faixa de temperaturas na qual se dá a separação da (zona crítica) nesses aços, é muito
ampla, de modo que o tempo necessário à sua transposição, mesmo que o esfriamento possa
ser rápido, é, em geral, ainda suficiente para que precipite uma carta quantidade de ferrita.
antes de terem início as outras transformações. Por isso, encontram-se nesses aços, quando
temperados, os grãos de martensita ou de martensita e troostita, contornados por uma rede
de ferrita (fig. 445). Essa rede apresenta-se freqüentemente com saliências em forma de
espinha de peixe. Quando se encontram simultaneamente martensita, ferrita e troostita, esta
última se localiza quais sempre entre a ferrita e a martensita.
Nas figs. 441 a 444 é apresentado um exemplo prático do que acaba de ser exposto:
o tratamento térmico das enxadas calçadas. A lâmina aquecida até cerca de 800°C é
parcialmente mergulhada em água, como se vê na fig. 441. Com esse tratamento a faixa
temperada endurece apenas na camada constituída por aço com teor de carbono mais alto. A
parte de aço doce praticamente não endurece, por serem insuficientes não só o teor de
carbono (0,1 a 0,2'l), como também a temperatura de tempera para esse aço. A lâmina é em
seguida submetida a um revenido para atenuar a fragilidade da região temperada.
As bainitas (fig. 420 e 421), como vimos, são produtos de transformação isotérmica,
que ocorrem abaixo do cotovelo das curvas TTT (fig. 392). Somente em certos aços e ferros
fundidos com elementos de liga é que se pode obter bainitas em esfriamento continuo.
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9. REVENIDO
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12.COALESCIMENTO
13.AÇOS RÁPIDOS
Quando discorremos sobre o revenido dos aços comuns, tivemos ocasião de mostrar
como a dureza, que o aço adquirira pela tempera, diminuía com a temperatura do
aquecimento (fig. 463).
Esta é a deficiência mais séria que apresentam as ferramentas
feitas de aço comum, cujo corte, durante o trabalho, está sujeito a aquecimentos de algumas
centenas de graus, como, por exemplo, ferramentas de torno, de plainas, dentes de serras,
brocas, etc.
Como o trabalho muito intenso aquece o corte da ferramenta, é necessário executar
o trabalho mais lentamente para dar tempo à dissipação do calor, ou então prover uma
refrigeração com água, ou óleo solúvel, etc., para evitar o aquecimento acima de 100°C.
A ferramenta que perdeu o corte por desgaste em trabalho normal pode ser reafiada
e com isso readquirir sua eficiência primitiva. Se, porém, a ferramenta perdeu o corte
porque aqueceu demais, então não adianta reafiá-la, pois o aço perdeu sua dureza e nesse
caso é preciso primeiro temperar de novo a ferramenta.
O desenvolvimento de aços-liga, especialmente os com cromo e tungstênio, trouxe
uma contribuição muito valiosa para o aperfeiçoamento de ferramentas. Esses aços têm a
propriedade de só perderem a dureza que adquiriram pela tempera, quando atingem
temperaturas da ordem de 650°. Por isso, as ferramentas feitas desses aços permitem um
trabalho mais intenso e mais rápido, porque o aquecimento não os afeta tanto. Daí o nome
de aços de corte rápido ou simplesmente aços rápidos com que são conhecidos. Um aço
rápido de emprego muito generalizado é o denominado aço 18-4-1, em cuja composição
entram 18r; de tungstênio, 4% de cromo e 1% de vanádio. Há ainda vários outros tipos de
aços nos quais intervém também o molibdênio e o cobalto como elementos de liga «". A
fig. 475 faz a comparação aproximada entre um aço carbono para ferramenta e um aço
rápido.
Convém não confundir esses aços com os metais duros como
o "Widia", "Carboloy", "Mitia", etc., que não são aços, mas pó de carboneto de tungstênio
duríssimo aglomerado por meio de cobalto por sinterização (processo especial empregado
na "metalurgia de pó"). fig. 476.
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Quando a superfície da peça é recoberta com uma camada de outro metal depositado
por meio de jacto (metalização), seu aspecto é facilmente reconhecível ao.microscópio (fig.
489).
Depósitos eletrolíticos são em geral mais finos do que os obtidos por imersão e
formam um película que acompanha todas as enfractuosidades da superfície da peça com
espessura mais uniforme (figs. 490 e 491).
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O ferro eletrolítica. tal como é depositado, tem o aspecto da fig. 493; submetido a um
recozimento. sua textura torna-se semelhante à do ferro puro obtido per fusão comum (fig.
494).
Depósitos de aço extra-doce ou de aço duro feitos por solda elétrica, tanto para
restauração como para união, apresentam texturas características (figs. 495 e 496).
Nas figs. 497 a 501 pode-se observar a zona de transição entre material depositado por
solda e o material base, sem e com recozimento posterior. A fig. 503 mostra uma trinca com
penetração de cobre, fato constatado debaixo da solda de um cabo de cobre a do s trilhos
para uni-los elètricamente.
A seguir são apresentados vários exemplos de uniões por caldeamento: Exemplos de
caldeamento bons, figs. 504 e também 505 (em ferro de pacote); fig. 506 (caldeamento de
uma ferramenta) e fig. 507, outra ferramenta, depois de temperada; exemplos de
caldeamento imperfeito apresentando óxidos na linha de união, fig. 508 e outro onde
tratamento periférico (químico ou térmico) que lhe tenha alterado a textura nessa região.
O exame micrográfico de materiais assim tratados é habitualmente feito em secção
normal à superfície da peça.
16.PIROMETRIA
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O par permitindo medir temperaturas até 1100°C, satisfaz a grande maioria dos
tratamentos térmicos. Sua diferença de potencial relativamente grande possibilita o
emprego de instrumentos de construção bastante robusta para as condições de trabalhos das
usinas.
Infelizmente o par, que é utilizável até temperaturas de 1500°C, é muito dispendioso e
requer manipulação mais cuidadosa. Além disso, sua pequena diferença de potencial exige
um milivoltímetro muito mais sensível do que os outros pares e, portanto, de construção
mais delicada, razão pela qual é mais empregado em trabalhos de laboratório. Para
temperaturas dessa ordem e mais altas, recorre-se aos pirômetros óticos.
b) O segundo grupo engloba os pirômetros óticos e os de radiação.
Entre os óticos distinguem-se os de desaparecimento do filamento e os de desaparecimento
de um ponto. Os primeiros baseiam-se na comparação do brilho do filamento incandescente
de uma lâmpada, com o emitido pelo objeto, ou interior do forno, quando aquecido acima
de 700°C. Como a incandescência do filamento da lâmpada é suscetível de ser intensificada
ou atenuada por meio de um reostato, é possível
fazer coincidir o brilho do filamento com o do ponto visado e, quando Isso se dá, não se vê
mais o trecho do filamento que serve de referência. Um filtro monocromático vermelho de
comprimento de onda de 0.65j., elimina a eventual diferença de cor entre as duas imagens
que se procura comparar, sem acentuada redução na intensidade da radiação.
A fig. 513 mostra esquemàticamente no que consiste um pirômetro desse tipo. Para
usá-lo, procura-se primeiramente ajustar a ocular pondo em foco o filamento da lâmpada,
e, em seguida, focaliza-se aquilo cuja temperatura se deseja determinar, ajustando a
objetiva. Com auxilio do reostato, faz-se a coincidência do brilho do filamento com o do
objeto visado e lê-se no miliamperimetro a corrente que para isso é necessária. Como estes
aparelhos são também graduados em graus, tem-se diretamente a temperatura.
Os pirômetros óticos servem para medidas de temperaturas de 700 a 2000°C. Para
poupar a lâmpada e tornar mais precisas as comparações, o miliamperimetro dispõe, em
geral, de duas escalas: uma de 700°C a 1400°C e outra de 1200°C a 2000°C. A segunda é
utilizada com a interposição do filtro II.
Certos pirômetros óticos em lugar de medirem a intensidade da corrente com um
miliamperimetro, o fazem com um dispositivo poten-ciométrico com escala em graus.
No pirômetro ótico de desaparecimento de ponto, utiliza-se apenas um ponto do
filamento cujo brilho é mantido constante. Um filtro giratório e de intensidade crescente
permite atenuar a intensidade da imagem visada até esta chegar a ter o mesmo brilho do
ponto, momento em que a visibilidade deste desaparece. Para essa posição do filtro. faz-se
a leitura da temperatura diretamente sobre a escala graduada em graus, solidária com ele.
Os pirômetros baseados na comparação de brilhos' só podem ser utilizados para
temperaturas acima de 700°C. porque para temperaturas mais baixas, a visibilidade da luz
emitida não é suficiente. Os pirômetros de radiação são aparelhos destinados a medir a
temperatura de um corpo, através da intensidade, em todos os comprimentos de onda. da
radiação emitida por ele. Diferem dos pirômetros óticos, porque utilizam tanto a energia
radiante visível, como as radiações não visíveis (dai o nome de pirômetros de radiação
total).
São constituídos por um pequeno par termoelétrico colocado no foco de uma lente
de quartzo, ou de um espelho parabólico. O par está ligado a um pequeno milivoltímetro,
no interior do aparelho, já calibrado para indicar em graus a temperatura do campo visado.
Os pirômetros portáteis dispõem, em geral um visor para orientar convenientemente
o aparelho para o campo cuja temperatura se quer determinar, fig. 514.
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