TRATAMENTO TÉRMICO DOS AÇOS
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<strong>TRATAMENTO</strong> <strong>TÉRMICO</strong> <strong>DOS</strong> <strong>AÇOS</strong><br />
1
SENAI-RS – SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL<br />
DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL<br />
CONSELHO REGIONAL<br />
Presidente Nato<br />
Francisco Renan O. Proença – Presidente do Sistema FIERGS<br />
Conselheiros Delegados das Atividades Industriais – FIERGS<br />
Titulares<br />
Manfredo Frederico Koehler<br />
Astor Milton Schmitt<br />
Valayr Hélio Wosiack<br />
Representantes do Ministério da Educação<br />
Titular<br />
Edelbert Krüger<br />
2<br />
Suplentes<br />
Deomedes Roque Talini<br />
Arlindo Paludo<br />
Pedro Antônio G. Leivas Leite<br />
Suplente<br />
Aldo Antonello Rosito<br />
Representantes do Ministério do Trabalho e Emprego<br />
Titular<br />
Neusa Maria de Azevedo<br />
Suplente<br />
Elisete Ramos<br />
Diretor do Departamento Regional do SENAI-RS<br />
José Zortéa<br />
DIRETORIA REGIONAL DO SENAI-RS<br />
José Zortéa – Diretor Regional<br />
Paulo Fernando Presser – Diretor de Educação e Tecnologia<br />
Jorge Solidônio Serpa – Diretor Administrativo-Financeiro
Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial<br />
Centro de Educação Profissional SENAI Lindolfo Collor<br />
AURY DA SILVA LUTZ<br />
<strong>TRATAMENTO</strong> <strong>TÉRMICO</strong> <strong>DOS</strong> <strong>AÇOS</strong><br />
São Leopoldo<br />
Maio de 2004<br />
3
<strong>TRATAMENTO</strong> <strong>TÉRMICO</strong><br />
© 2004, SENAI-RS<br />
Trabalho organizado por técnico do CEP SENAI Lindolfo Collor, sob a coordenação<br />
da Unidade de Negócios em Educação Profissional de Nível Básico da Diretoria de<br />
Educação e Tecnologia do Departamento Regional do SENAI–RS.<br />
Coordenação Geral Paulo Fernando Presser DET<br />
Coordenação Técnica Jaures de Oliveira DET/UNEP<br />
Coordenação Local Paulo Pires CEP SENAI Lindolfo Collor<br />
Elaboração Aury da Silva Lutz CEP SENAI Lindolfo Collor<br />
Revisão técnica Luiz Carlos Nascimento Lopo consultor<br />
Digitação, formatação e<br />
revisão lingüística e gramatical<br />
Regina Maria Recktenwald consultora<br />
Normalização bibliográfica Cristiane M. Teixeira Luvizetto CEP SENAI Lindolfo Collor<br />
Produção gráfica CEP SENAI de Artes Gráficas Henrique d’Ávila Bertaso<br />
L 975 LUTZ, Aury da Silva. Tratamento Térmico. São Leopoldo,<br />
CEP SENAI Lindolfo Collor, 2004. 120 p. il.<br />
1. Tratamento térmico I. Título<br />
CDU – 621.785<br />
SENAI – Departamento Regional do Rio Grande do Sul<br />
Av. Assis Brasil, 8787<br />
91140-001 – Porto Alegre, RS<br />
Tel.: (51) 3347-8698 Fax: (51) 3347-8813<br />
e-mail: unep@dr.rs.senai.br<br />
SENAI – Instituição mantida e administrada pela Indústria<br />
A reprodução total ou parcial desta publicação por quaisquer meios, seja eletrônico, mecânico, fotocópia de<br />
gravação ou outros, somente será permitida com prévia autorização, por escrito, deste Departamento Regional.<br />
4
HOMENAGEM<br />
O Conselho Consultivo das Unidades Operacionais do SENAI-RS tem por objetivo<br />
colaborar com o Departamento Regional e com a Direção da Unidade,<br />
assessorando-os quanto à identificação das necessidades das comunidades nas<br />
áreas de competência do SENAI e oferecendo-lhes apoio com vistas à constante<br />
melhoria de desempenho da Unidade Operacional a que está vinculado. Os<br />
benefícios resultantes desse apoio para a comunidade industrial e para as Unidades<br />
do SENAI sofrem influência direta da atuação que o presidente do Conselho exerce<br />
junto a seus conselheiros na condução do processo.<br />
O Centro de Educação Profissional SENAI Lindolfo Collor, de São Leopoldo, RS,<br />
teve a honra de contar com o Sr. Mauri da Silva Teixeira, industrial da Região, como<br />
Presidente de seu Conselho Consultivo no período de 24 de agosto de 2000 a 16 de<br />
março de 2003, que desempenhou a função com liderança e maestria. Infelizmente,<br />
seu inesperado e prematuro passamento, ocorrido em 16 de março de 2003, privou<br />
o Centro de seu agradável convívio e das sempre excelentes idéias, sugestões,<br />
aconselhamentos e ensinamentos.<br />
Visando perenizar o trabalho desenvolvido pelo Sr. Mauri no SENAI, prestamos-lhe,<br />
postumamente, esta homenagem, em especial porque o presente fascículo é um dos<br />
exemplos e uma forma material de suas incontáveis iniciativas e criatividade.<br />
Muito obrigado, Sr. Mauri, por nos ter dado a oportunidade de desfrutar do convívio<br />
com sua pessoa.<br />
José Zortéa<br />
Diretor Regional do SENAI-RS<br />
5
SUMÁRIO<br />
LISTA DE TABELAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
LISTA DE FIGURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
1 SEGURANÇA NO TRABALHO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
1.1 PRINCÍPIOS BÁSICOS DE PREVENÇÃO DE INCÊNDIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
1.1.1 Química do fogo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
1.1.2 Rompimento do triângulo do fogo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
1.1.3 Ponto de fulgor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
1.1.4 Ponto de combustão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
1.1.5 Ponto de ignição . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
1.1.6 Transmissão de calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
1.1.7 Classes de incêndio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
1.1.8 Agentes extintores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
1.1.9 Extintores e classes de incêndio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
1.2 EQUIPAMENTOS DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
1.2.1 Características e classificação dos EPIs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
1.2.2 Guarda e conservação dos EPIs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
1.2.3 Utilização adequada dos EPIs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
1.2.4 Exigência legal para empresas e empregados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
2 <strong>TRATAMENTO</strong> <strong>TÉRMICO</strong> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
2.1 HISTÓRICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
2.2 DEFINIÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
3 FUNDAMENTOS DA METALOGRAFIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
3.1 ESTRUTURA CRISTALINA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
3.2 FORMAÇÃO <strong>DOS</strong> GRÃOS, A MACROESTRUTURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
3.2.1 Estudo da macroestrutura; a macrografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
3.2.2 Modificação da macroestrutura pelos tratamentos mecânicos . . . . . . . . . . .<br />
3.2.3 Estudo da microestrutura; a micrografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
4 ESTRUTURA E COMPOSIÇÃO <strong>DOS</strong> <strong>AÇOS</strong> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
4.1 ESTRUTURA CRISTALINA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
4.2 CONSTITUINTES DO AÇO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
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5 DIAGRAMA FERRO-CARBONO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
5.1 AQUECIMENTO DO AÇO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
5.2 RESFRIAMENTO DO AÇO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
5.3 DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO FERRO-CARBONO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6 TIPOS DE <strong>TRATAMENTO</strong>S <strong>TÉRMICO</strong>S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.1 TÊMPERA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.1.1 Aquecimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.1.2 Manutenção da temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.1.3 Resfriamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.2 ESTRUTURA MARTENSÍTICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.3 REVENIMENTO <strong>DOS</strong> <strong>AÇOS</strong> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.4 <strong>TRATAMENTO</strong> ISO<strong>TÉRMICO</strong> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.4.1 Austêmpera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.4.2 Martêmpera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.5 BENEFICIAMENTOS <strong>DOS</strong> <strong>AÇOS</strong> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.5.1 Emprego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.6 <strong>TRATAMENTO</strong> <strong>TÉRMICO</strong> DE <strong>AÇOS</strong> LIGA<strong>DOS</strong> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.6.1 Aço de baixo teor de ligas (≤ 5%) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.6.2 Aço de alto teor de liga (≤ 5%) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.7 TENSÕES INTERNAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.7.1 Alívio de tensões . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.7.2 Normalização . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.8 PROCESSOS DE RECOZIMENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.8.1 Recozimento total ou pleno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.8.2 Recozimento para alívio de tensões (recozimento subcrítico) . . . . . . . . . . .<br />
6.8.3 Recozimento para recristalização . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.8.4 Recozimento de esferoidização . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.9 <strong>TRATAMENTO</strong>S TERMOQUÍMICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.9.1 Cementação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.9.2 Nitretação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.9.3 Boretação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.10 <strong>TRATAMENTO</strong> <strong>TÉRMICO</strong> A VÁCUO E DE NITRETAÇÃO A PLASMA . . . . . . . .<br />
6.10.1 Têmpera a vácuo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.10.2 Nitretação a plasma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.11 TÊMPERA SUPERFICIAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.11.1 Têmpera por chama . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.11.2 Têmpera por indução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.12 LIGAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.12.1 Ligas que comportam obrigatoriamente um tratamento térmico . . . . . . . . .<br />
6.12.2 Ligas que comportam tratamentos térmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
6.13 <strong>TRATAMENTO</strong> SUBZERO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
7 MEIOS DE RESFRIAMENTO E CURVAS TTT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
7.1 FATORES QUE INFLUENCIAM NOS <strong>TRATAMENTO</strong>S <strong>TÉRMICO</strong>S . . . . . . . . . . .<br />
7.1.1 Velocidade de aquecimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
7.1.2 Temperatura de aquecimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
7.1.3 Tempo de permanência à temperatura (manutenção da temperatura) . . . . .<br />
7.1.4 Resfriamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
7.2 CURVAS T.T.T. PARA RESFRIAMENTO CONTÍNUO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
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8 <strong>TRATAMENTO</strong> DE NÃO-CONFORMIDADES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
8.1 TRINCAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
8.2 PONTOS MOLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
8.3 DESCARBONETAÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
8.4 SUPERAQUECIMENTO E QUEIMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
8.5 SUBAQUECIMENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
9 ESPECIFICAÇÃO <strong>DOS</strong> <strong>AÇOS</strong> E SEUS <strong>TRATAMENTO</strong>S <strong>TÉRMICO</strong>S . . . . . . . . . . . . .<br />
9.1 AÇO AO CARBONO E NORMALIZAÇÃO ABNT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
9.2 NORMALIZAÇÃO <strong>DOS</strong> <strong>AÇOS</strong> ATRAVÉS DA NORMA DIN 17006 . . . . . . . . . . . .<br />
9.3 DESIGNAÇÃO E NORMALIZAÇÃO <strong>DOS</strong> <strong>AÇOS</strong> SEM LIGAS . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
9.3.1 Aços de baixa qualidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
9.3.2 Aços ao carbono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
9.4 DESIGNAÇÃO E NORMALIZAÇÃO <strong>DOS</strong> <strong>AÇOS</strong> COM BAIXA LIGA . . . . . . . . . . .<br />
9.5 DESIGNAÇÃO E NORMALIZAÇÃO <strong>DOS</strong> <strong>AÇOS</strong> COM ALTA LIGA . . . . . . . . . . . .<br />
9.6 DESIGNAÇÃO E NORMALIZAÇÃO DO FERRO FUNDIDO . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
9.7 NORMALIZAÇÃO COMPLETA ATRAVÉS DA DIN 17006 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
10 NOÇÕES DE TEMPERATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
10.1 CONCEITOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
10.2 PIRÔMETRO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
10.2.1 Pirômetro termoelétrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
10.2.2 Pirômetro ótico e de radiação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
11 EQUIPAMENTOS PARA <strong>TRATAMENTO</strong>S <strong>TÉRMICO</strong>S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
11.1 ESTUFA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
11.2 FORNO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
11.2.1 Forno de câmara com circulação de ar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
11.2.2 Forno de câmara com porta versátil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
11.2.3 Forno com atmosfera controlada, protetora e/ou ativa . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
11.2.4 Forno de banho de sal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
11.2.5 Forno de câmara a vácuo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
11.2.6 Forno de câmara sem atmosfera protetora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
12 ATMOSFERAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
12.1 FUNÇÕES E COMPOSIÇÃO DAS ATMOSFERAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
12.2 TIPOS DE ATMOSFERAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
13 PRINCIPAIS ENSAIOS E CONTROLES NA PRODUÇÃO DE <strong>AÇOS</strong> . . . . . . . . . .<br />
14 <strong>TRATAMENTO</strong> DE RESÍDUOS DE SAIS E EFLUENTES LÍQUI<strong>DOS</strong> . . . . . . . . . .<br />
14.1 RESÍDUOS DE SAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
14.2 EFLUENTES LÍQUI<strong>DOS</strong> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
CONSIDERAÇÕES FINAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
REFERÊNCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
GLOSSÁRIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
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LISTA DE TABELAS<br />
Tabela 1 – Temperaturas para recozimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55<br />
Tabela 2 – Dureza conforme a profundidade de penetração . . . . . . . . . . . . . . . 60<br />
Tabela 3 – Materiais aplicados nas cementações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60<br />
Tabela 4 – Misturas de gases para nitretação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65<br />
Tabela 5 – Temperaturas de aquecimento e meios de resfriamento. . . . . . . . . . 72<br />
Tabela 6 – Meio de resfriamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75<br />
Tabela 7 – Efeitos dos elementos de liga nos aços . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85<br />
Tabela 8 – Classificação ABNT dos aços-ligas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87<br />
Tabela 9 – Sistemas SAE e AISI de classificação dos aços . . . . . . . . . . . . . . . 88<br />
Tabela 10 – Fatores para elementos de liga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90<br />
Tabela 11 – Alguns símbolos auxiliares na identificação dos aços . . . . . . . . . . . 93<br />
Tabela 12 – Pares termoelétricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96<br />
Tabela 13 – Aplicações mais comuns das principais atmosferas controladas . . . . 107<br />
Tabela 14 – Ensaios mecânicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109<br />
11
LISTA DE FIGURAS<br />
Figura 1 − Triângulo do fogo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 2 − Rompimento do triângulo do fogo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 3 − Incêndio classe A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 4 − Incêndio classe B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 5 – Incêndio classe C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 6 − Regra para extinção do incêndio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 7 − Rompimento do triângulo do fogo − classe B . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 8 – Rompimento do triângulo do fogo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 9 – EPIs para a cabeça . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 10 – EPIs para os membros superiores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 11 – EPIs para o tronco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 12 – Proteção para as vias respiratórias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 13 − EPIs para os membros inferiores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 14 − Cintos de segurança .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 15 − Têmpera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 16 − Célula unitária . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 17 − Rede cristalina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 18 − Grãos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 19 – Constituintes do aço . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 20 – Macrografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 21 – Microestruturas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 22 – Rede hexagonal compacta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 23 - Rede cúbica de face centrada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 24 – Rede cúbica de corpo centrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 25 – Solidificação dos metais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 26 – Aço de baixo teor de C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 27 – Aço de médio teor de C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 28 – Estrutura da ferrita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 29 – Estrutura da. cementita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 30 – Mudança de fases no aquecimento do aço . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 31 – Mudança de fases no resfriamento do aço . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 32 – Martensita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 33 – Diagrama FeC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 34 – Diagrama FeC – aquecimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 35 – Diagrama de temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 36 – Estrutura martensítica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 37 – Efeito do carbono sobre a dureza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
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Figura 38 – Revenimento dos aços . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 39 – Efeito da temperatura de revenido sobre a dureza . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 40 – Transformações da austenita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 41 – Transformação da austenita em bainita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 42 – Transformação da austenita em martensita . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 43 – Beneficiamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 44 – Granulação regular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 45 – Granulação irregular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 46 – Deformação nos grãos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 47 – Temperatura crítica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 48 – Granulação antes e após a normalização . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 49 – Processos de conformação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 50 – Variação das propriedades com a deformação a frio . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 51 – Processos de recozimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 52 – Limites da granulação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 53 – Grãos antes e após tratamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 54 – Estrutura de esferoidização . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 55 – Camadas endurecidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 56 – Preparação para cementação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 57 – Preparação para cementação líquida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 58 – Forno para preaquecimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 59 – Diagrama de nitretação gasosa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 60 – Diagrama de nitretação líquida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 61 – Forno a vácuo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 62 – Nitretação a plasma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .<br />
Figura 63 – Têmpera por chama . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 64 – Método progressivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 65 – Método combinado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 66 – Bobinas de indução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 67 – Têmpera por indução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 68 – Tipos de tenazes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 69 – Velocidades de aquecimento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 70 – Tempo de permanência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 71 – Diferentes meios de resfriamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 72 – Curvas de resfriamento do aço 43 Mn Cr 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 73 – Pirômetro termoelétrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 74 – Pirômetro ótico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 75 – Pirômetro de radiação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 76 – Estufa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 77 – Forno de câmara . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 78 – Forno de câmara . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 79 – Fornos com atmosfera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 80 – Forno de banho de sal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 81 – Forno de eletrodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Figura 82 – Forno a vácuo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
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INTRODUÇÃO<br />
Os diversos setores produtivos vêm passando por profundas transformações, sejam<br />
nas estruturas de processos industriais – novas tecnologias, otimização de custos –,<br />
seja no desenvolvimento de pessoas – novos conhecimentos, habilidades e,<br />
principalmente, competências.<br />
O presente fascículo reúne os conteúdos mínimos necessários a um assunto tão<br />
abrangente como Tratamentos Térmicos. Trata de fundamentos de Segurança,<br />
tecnologia, processos, materiais, equipamentos, tipos e defeitos de tratamentos<br />
térmicos e qualidade ambiental, uma abordagem indispensável em questões<br />
industriais atuais.<br />
Este material destina-se a servir como apoio técnico aos profissionais da Metalurgia<br />
e aos operadores de tratamento térmico que atuam ou pretendem atuar na indústria<br />
metal-mecânica.<br />
15
1 SEGURANÇA NO TRABALHO<br />
1.1 PRINCÍPIOS BÁSICOS DE PREVENÇÃO DE INCÊNDIO<br />
1.1.1 Química do fogo<br />
Para que haja combustão ou queima devem estar presentes e devem atuar três<br />
elementos. O primeiro é o combustível, aquilo que vai queimar e transformar-se. O<br />
segundo é o calor, que dá início à combustão, que faz começar o fogo. O terceiro é<br />
o oxigênio, gás existente no ar, respirável, que é chamado de comburente. Esses<br />
três elementos são denominados elementos essenciais do fogo; significa que, se<br />
faltar um deles, não haverá fogo.<br />
Como são três os elementos essenciais do fogo, se forem representados por três<br />
pontos e se estiverem ligados tem-se o chamado triângulo do fogo.<br />
Fonte: CEZAR, Cleomar Guaragni et al. Prevenção de Acidentes para Componentes de CIPA.<br />
Figura 1 − Triângulo do fogo<br />
1.1.2 Rompimento do triângulo do fogo<br />
O rompimento do triângulo do fogo, isto é, a extinção do fogo, é provocada por uma<br />
das três práticas:<br />
• retirada do material combustível<br />
• resfriamento<br />
• abafamento.<br />
17
Fonte: SENAI-MG. Prevenção de Acidentes para Componentes de CIPA<br />
Figura 2 − Rompimento do triângulo do fogo<br />
1.1.3 Ponto de fulgor<br />
Ponto de fulgor é a temperatura mínima em que um corpo desprende gases que se<br />
queimam em contato com uma fonte externa de calor. Não há duração prolongada<br />
na queima por não serem os gases em quantidade suficiente.<br />
1.1.4 Ponto de combustão<br />
É a temperatura na qual um corpo emite gases em quantidade suficiente para que<br />
haja chama permanente quando há contato com uma fonte externa de calor.<br />
1.1.5 Ponto de ignição<br />
É a temperatura na qual os gases desprendidos por um corpo entram em combustão<br />
sem auxílio de fonte externa de calor, sendo suficiente apenas a presença do<br />
oxigênio.<br />
1.1.6 Transmissão de calor<br />
O conhecimento das formas pelas quais o calor se transmite é da mais alta<br />
importância, porque é através da propagação do calor que os focos de incêndio<br />
iniciam ou se alastram.<br />
A transmissão do calor ocorre pelas seguintes formas:<br />
• Condução: o calor propaga-se de um corpo a outro por contato direto ou através<br />
de um meio condutor do calor intermediário.<br />
• Convecção: o calor propaga-se através de um meio circulante, líquido ou gasoso,<br />
a partir da fonte.<br />
• Radiação: o calor propaga-se por meio de ondas caloríficas irradiadas por um<br />
corpo em combustão.<br />
1.1.7 Classes de incêndio<br />
Os incêndios são divididos em quatro classes:<br />
18
1.1.7.1 Classe A – Fogo em material combustível sólido, como papel, madeira, tecidos,<br />
fibras etc.<br />
Fonte: CEZAR, Cleomar Guaragni et al. Prevenção de Acidentes para Componentes de CIPA.<br />
Figura 3 − Incêndio classe A<br />
1.1.7.2 Classe B – Fogo em gases e líquidos inflamáveis, como óleo, gasolina, gás<br />
liquefeito de petróleo, thinner, gás de rua etc.<br />
Nota-se que os materiais da classe A, após a queima, deixam cinzas e brasas, e os<br />
produtos da classe B não deixam brasas e queimam na superfície.<br />
Fonte: CEZAR, Cleomar Guaragni et al. Prevenção de Acidentes para Componentes de CIPA.<br />
Figura 4 − Incêndio classe B<br />
1.1.7.3 Classe C – Fogo em equipamentos elétricos energizados, ou seja, ligados.<br />
Fonte: CEZAR, Cleomar Guaragni et al. Prevenção de Acidentes para Componentes de CIPA.<br />
Figura 5 – Incêndio classe C<br />
1.1.7.4 Classe D – Fogo em metais pirofóricos, como magnésio, potássio, alumínio<br />
em pó etc.<br />
1.1.8 Agentes extintores<br />
Agentes extintores são determinadas substâncias sólidas, líquidas ou gasosas<br />
utilizadas na extinção do incêndio – quer por abafamento, quer por retirada, ou,<br />
ainda, pela utilização conjunta desses dois processos.<br />
19
Os agentes extintores devem ser empregados conforme a classe de incêndio, pois,<br />
em alguns casos, podem ocorrer sérias conseqüências se empregados<br />
inadequadamente. Os principais agentes extintores são:<br />
• água – jato pleno ou compacto, chuveiro, neblina e vapor;<br />
• areia – seca<br />
• gases inertes – CO2, nitrogênio etc.;<br />
• líquidos voláteis – tetracloreto de carbono, clorobromometano, brometo de metila;<br />
• espuma – química e mecânica;<br />
• pós químicos – talco, sulfato de alumínio, grafite, bicarbonato de sódio;<br />
• líquidos umectantes.<br />
Existem aparelhos extintores dos mais variados tipos, tamanhos, modelos e<br />
processos de funcionamento. Quanto ao tamanho, os extintores podem ser portáteis<br />
– até 10 litros para espuma, carga líquida e água pressurizada e até 6 kg para CO2 e<br />
até 10 kg para pó químico – e rebocáveis (carretas), para tamanhos maiores.<br />
Quanto ao processo de funcionamento, os aparelhos extintores são de duas<br />
espécies: de inversão – os de espuma e carga líquida – e de válvula – os de gás<br />
carbônico, pó químico seco e água pressurizada. As válvulas são encontradas nos<br />
mais variados tipos e modelos.<br />
Os extintores ainda diferem em pressurizados e não-pressurizados. Os primeiros<br />
têm em seu interior a pressão necessária a seu funcionamento; os nãopressurizados<br />
são os que precisam ser dotados de um recipiente anexo, contendo<br />
um gás inerte, a fim de promover a expulsão de sua carga líquida, tendo pressão<br />
desenvolvida pela própria reação química das substâncias que integram sua carga.<br />
Os extintores mais usuais são os de<br />
• espuma<br />
• pó químico pressurizado<br />
• pó químico com pressão injetada<br />
• gás carbônico (CO2) com difusor acoplado ao corpo<br />
• gás carbônico (CO2) com difusor acoplado à mangueira<br />
• água pressurizada<br />
• água com pressão injetada.<br />
1.1.9 Extintores e classes de incêndio<br />
Os aparelhos usados para extinção têm seu uso relacionado às classes de incêndio,<br />
de acordo com os agentes extintores de suas cargas.<br />
20
1.1.9.1 Fogo Classe A – Para a extinção de um incêndio, a regra é sempre romper o<br />
triângulo do fogo.<br />
Neste caso, o que será mais conveniente, mais prático?<br />
• Retirar o comburente?<br />
• Retirar o combustível?<br />
• Retirar o calor?<br />
Fonte: CEZAR, Cleomar Guaragni et al. Prevenção de Acidentes para Componentes de CIPA.<br />
Figura 6 − Regra para extinção do incêndio<br />
Nesse tipo de fogo, a melhor escolha está na retirada do calor. Isso quer dizer<br />
diminuir, baixar a temperatura, para que fique abaixo do ponto de ignição. Obtém-se<br />
o resfriamento com água pura ou com solução de água e algum produto que ajude a<br />
combater as chamas.<br />
1.1.9.2 Fogo Classe B – Sempre seguindo a regra de romper o triângulo do fogo,<br />
conclui-se que, nesse tipo de incêndio, o melhor é retirar o comburente (oxigênio),<br />
devido ao fato de que o fogo em líquidos só se desenvolve na superfície deles.<br />
Não havendo aquecimento abaixo da superfície, não há formação de brasas. Faz-se,<br />
portanto, o abafamento da superfície. Para isso, utilizam-se extintores de gás<br />
carbônico ou pó químico, que impedem o contato do oxigênio do ar (comburente)<br />
com a superfície em chamas.<br />
Afastado o comburente, está rompido o triângulo do fogo e as chamas cessam.<br />
21
Fonte: CEZAR, Cleomar Guaragni et al. Prevenção de Acidentes para Componentes de CIPA.<br />
Figura 7 − Rompimento do triângulo do fogo − classe B<br />
1.1.9.3 Fogo Classe C – São incêndios que atingem equipamentos elétricos<br />
energizados, isto é, com a corrente ligada, nos quais não se pode usar um tipo<br />
qualquer de produto extintor porque o operador pode, até mesmo, ser eletrocutado.<br />
Fonte: CEZAR, Cleomar Guaragni et al. Prevenção de Acidentes para Componentes de CIPA.<br />
Figura 8 – Rompimento do triângulo do fogo<br />
Estando a corrente ligada, usam-se extintores de gás carbônico ou pó químico seco;<br />
com a corrente desligada, esse tipo de incêndio passa a ser combatido como se<br />
fosse das Classes A ou B.<br />
1.1.9.4 Fogo Classe D – Para incêndios em metais pirofóricos existem pós especiais<br />
destinados a extinguir o fogo que formam camadas protetoras, impedindo a<br />
continuação das chamas. A limalha de ferro fundido presta-se ao combate desse tipo<br />
de incêndio.<br />
1.2 EQUIPAMENTOS DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL<br />
Equipamento de Proteção Individual – EPI é um instrumento de uso pessoal, cuja<br />
finalidade é neutralizar a ação de certos acidentes que poderiam causar lesões ao<br />
trabalhador e protegê-lo contra possíveis danos à saúde, causados pelas condições<br />
de trabalho.<br />
22
O EPI deve ser usado como medida de proteção<br />
• quando não for possível eliminar o risco através da utilização de equipamentos<br />
de proteção coletiva;<br />
• toda vez que for necessário complementar a proteção individual;<br />
• em trabalhos eventuais e em exposições de curto período.<br />
De qualquer forma, o uso de EPI deve ser limitado, procurando-se, primeiro, eliminar<br />
ou diminuir o risco com a adoção de medidas de proteção geral.<br />
Quando seu uso for inevitável, faz-se necessário tomar certas medidas quanto a sua<br />
seleção e indicação, pois o uso e fornecimento dos EPIs é disciplinado pela NR-6. A<br />
seleção deve ser feita por pessoal competente, conhecedor não só do equipamento<br />
como também das condições em que o trabalho é executado. É preciso conhecer as<br />
características, qualidades técnicas e, principalmente, o grau de proteção que o<br />
equipamento deverá proporcionar.<br />
1.2.1 Características e classificação dos EPIs<br />
Pode-se classificar os EPIs agrupando-os segundo a parte do corpo que devem<br />
proteger.<br />
1.2.1.1 Proteção para a cabeça – Estes equipamentos podem ser divididos em<br />
protetores para a cabeça, propriamente ditos, que são usados especificamente para<br />
o crânio, e protetores para os órgãos da visão e audição.<br />
São exemplos:<br />
• capacete<br />
• protetor facial contra impactos, respingos e radiações nocivas<br />
• óculos de segurança contra impactos<br />
• óculos para soldador - solda a gás<br />
• máscara para soldador - solda elétrica<br />
• protetor auditivo - tipos plugue e concha<br />
Fonte: CEZAR, Cleomar Guaragni et al. Prevenção de Acidentes para Componentes de CIPA.<br />
Figura 9 – EPIs para a cabeça<br />
23
1.2.1.2 Proteção para os membros superiores – Nos membros superiores situam-se<br />
as partes do corpo onde ocorrem lesões com maior freqüência. Muitas delas podem<br />
ser evitadas pelo uso de luvas, que impedem o contato direto com materiais<br />
cortantes, abrasivos, aquecidos ou com substâncias nocivas e irritantes.<br />
Para a proteção dos membros superiores usam-se:<br />
• luvas<br />
→ de raspa de couro<br />
→ reforçadas, de couro<br />
→ de lona<br />
→ impermeáveis (de borracha ou plástico)<br />
→ de amianto<br />
→ de borracha especial (contra a eletricidade)<br />
• mangas de raspa de couro<br />
• mangotes de raspa de couro.<br />
Fonte: CEZAR, Cleomar Guaragni et al. Prevenção de Acidentes para Componentes de CIPA.<br />
Figura 10 – EPIs para os membros superiores<br />
1.2.1.3 Proteção para o tronco – Aventais e vestimentas especiais são empregados<br />
contra os mais variados agentes agressivos. Podem ser confeccionados de raspa de<br />
couro, lona, amianto ou plástico.<br />
Fonte: SENAI-MG. Prevenção de Acidentes para Componentes de CIPA.<br />
Figura 11 – EPIs para o tronco<br />
24
1.2.1.4 Proteção para as vias respiratórias – Sua finalidade é impedir que as vias<br />
respiratórias sejam atingidas por gases ou outras substâncias nocivas ao organismo.<br />
A máscara é a peça básica do protetor respiratório, e pode ser:<br />
→ semifacial<br />
→ facial<br />
→ de filtro<br />
→ com suprimento de ar<br />
→ contra gás, com filtro.<br />
Fonte: CEZAR, Cleomar Guaragni et al. Prevenção de Acidentes para Componentes de CIPA.<br />
Figura 12 – Proteção para as vias respiratórias<br />
1.2.1.5 Proteção para os membros inferiores – As pernas e os pés são partes do<br />
corpo que, além de estarem sujeitas diretamente ao acidente, ainda mantêm o<br />
equilíbrio do corpo. Por esta razão, os EPIs ganham dupla importância, ou seja,<br />
proteger diretamente os membros inferiores e evitar quedas, o que pode ter<br />
conseqüências graves. São exemplos:<br />
• sapatos de segurança<br />
→ com biqueira de aço<br />
→ com palmilha de aço<br />
→ com palmilha e biqueira de aço<br />
→ com solado antiderrapante<br />
• botas de segurança cano curto<br />
• botas de segurança cano longo<br />
• botas de borracha<br />
• perneiras de raspa de couro (normais)<br />
• perneiras especiais (longas)<br />
• polainas.<br />
Fonte: CEZAR, Cleomar Guaragni et al. Prevenção de Acidentes para Componentes de CIPA.<br />
Figura 13 − EPIs para os membros inferiores<br />
25
1.2.1.6 Cintos de segurança – Os cintos de segurança não têm finalidade de<br />
proteger esta ou aquela parte do corpo; destinam-se a proteger o homem que<br />
trabalha em lugares altos, prevenindo quedas.<br />
São exemplos o cinto com travessão e o cinto com corda.<br />
Fonte: CEZAR, Cleomar Guaragni et al. Prevenção de Acidentes para Componentes de CIPA.<br />
Figura 14 − Cintos de segurança<br />
1.2.2 Guarda e conservação dos EPIs<br />
De modo geral, os EPIs devem ser limpos e desinfetados a cada vez que há troca de<br />
usuário.<br />
É necessário ajudar o operário a conservar seu equipamento de proteção individual,<br />
não só conscientizando-o de que, com a conservação, está se protegendo, como<br />
também oferecendo-lhe lugar próprio para guardar o EPI após seu uso.<br />
Sempre que possível, deve-se confiar a verificação e a limpeza desses<br />
equipamentos a pessoa habilitada para este fim. Dependendo do caso, o próprio<br />
trabalhador pode se ocupar da tarefa, desde que receba orientação para isso.<br />
1.2.3 Utilização adequada dos EPIs<br />
É muito importante que todos dentro da empresa tenham consciência de quando e<br />
como usar os EPIs. Para tanto, os membros da CIPA, o supervisor de segurança e<br />
os responsáveis pelo treinamento na empresa devem estar atentos para orientar<br />
todos os que dependem do uso de EPIs.<br />
A utilização deve atender às necessidades específicas, não pode ocorrer desnecessariamente<br />
ou ser feita de modo incorreto.<br />
1.2.4 Exigência legal para empresas e empregados<br />
1.2.4.1 Obrigações do empregador – Obriga-se o empregador, quanto ao EPI, a:<br />
adquirir o tipo apropriado à atividade do empregado;<br />
fornecê-lo gratuitamente a seu empregado;<br />
26
treinar o trabalhador quanto a seu uso adequado;<br />
tornar obrigatório seu uso;<br />
substituir imediatamente o equipamento danificado ou extraviado;<br />
responsabilizar-se pela manutenção e esterilização no que couber.<br />
1.2.4.2 Obrigações do empregado – Obriga-se o empregado, quanto ao EPI, a:<br />
usar obrigatoriamente o EPI indicado apenas para a finalidade a que se destina;<br />
responsabilizar-se pela guarda e conservação do EPI que lhe for confiado;<br />
comunicar qualquer alteração no EPI que o torne parcial ou totalmente danificado;<br />
responsabilizar-se pela danificação do EPI, por seu uso inadequado ou fora das<br />
atividades a que se destina, bem como por seu extravio.<br />
1.2.4.3 Obrigações do fabricante de EPIs – O fabricante deve ter seu estabelecimento<br />
registrado para esse fim específico, em órgãos e repartições do governo<br />
federal, estadual e municipal.<br />
Os itens a seguir referem-se às obrigações do fabricante:<br />
nomenclatura, descrição e especificação do EPI;<br />
indicação do uso a que se destina;<br />
amostra do EPI, marcada com o nome do fabricante e o número de referência;<br />
certificado de ensaio do EPI, emitido por um dos órgãos especializados.<br />
O requerimento que contrarie as normas estabelecidas neste item deve ser<br />
regularizado dentro de 60 dias, sob pena de arquivamento do processo.<br />
27
2 <strong>TRATAMENTO</strong> <strong>TÉRMICO</strong><br />
2.1 HISTÓRICO<br />
É bastante antiga a preocupação do homem em obter metais resistentes e de<br />
qualidade. O imperador romano Júlio César já afirmava, no ano 55 a.C., que os<br />
guerreiros bretões se defrontavam com o problema das armas entortarem após certo<br />
tempo de uso, o que os obrigava a interromper as lutas para consertar suas armas<br />
de ferro.<br />
Os romanos, por sua vez, já haviam descoberto que o ferro se tornava mais duro<br />
quando aquecido durante longo tempo em um leito de carvão vegetal e, em seguida,<br />
resfriado em salmoura. Esse procedimento pode ser considerado a primeira forma<br />
de tratamento térmico, pois permitia a fabricação de armas mais duras e resistentes.<br />
Entretanto, foram necessários muitos anos para que o homem aprendesse a lidar de<br />
modo mais eficiente com o calor e com os processos de resfriamento, e, assim, fazer<br />
o tratamento térmico adequado dos metais.<br />
2.2 DEFINIÇÃO<br />
Tratamentos térmicos são ciclos térmicos compostos por fases de aquecimento,<br />
permanência e resfriamento (Fig. 15) que visam alterar a estrutura natural dos<br />
metais com o objetivo principal de conferir ou melhorar suas propriedades<br />
mecânicas ou de corrigir defeitos e distorções causadas por processos anteriores do<br />
tratamento dos metais (laminação, forjamento, tratamentos anteriores, fundição etc.).<br />
29
Fonte: Tratamento térmico (Coleção Telecurso 2000).<br />
Figura 15 − Temperatura x tempo<br />
Alguns tratamentos para realizar alterações nas propriedades mecânicas, dos aços<br />
em particular, necessitam que o aquecimento se dê a temperaturas em que o carbono<br />
esteja totalmente solubilizado. Assim, para esses tipos de tratamentos, a temperatura<br />
a ser atingida estará no campo austenítico, conforme composição química.<br />
30
3 FUNDAMENTOS DA METALOGRAFIA <strong>DOS</strong> <strong>AÇOS</strong><br />
3.1 ESTRUTURA CRISTALINA<br />
O aço compõe-se de átomos arranjados ordenadamente, formando o que se chama<br />
de estrutura cristalina.<br />
Na siderurgia, com a oxidação do ferro-gusa, produz-se o aço no estado líquido. Na<br />
passagem do estado líquido para o sólido os átomos que compõem o aço agrupamse<br />
à medida que a temperatura diminui. Nesse processo de agrupamento, os átomos<br />
vão se organizando de modo a assumir posições definidas e ordenadas, formando<br />
figuras geométricas tridimensionais que se repetem.<br />
Ao conjunto de átomos que ocupam posições fixas e formam uma estrutura dá-se o<br />
nome de célula unitária.<br />
Fonte: Tratamento térmico (Coleção Telecurso 2000).<br />
Figura 16 − Célula unitária cúbica<br />
As células unitárias organizam-se em três dimensões, apresentando um contorno de<br />
agregado de cristais irregulares. Os policristais recebem o nome de grãos, que são<br />
formados por milhares de células unitárias.<br />
31
Fonte: Tratamento térmico (Coleção Telecurso 2000).<br />
Figura 17 − Rede cristalina<br />
A Figura 18 mostra a estrutura ampliada de uma peça de aço com baixo teor de<br />
carbono. As regiões claras e escuras todas com contornos bem definidos, como se<br />
fossem uma colméia, são os grãos.<br />
Fonte: Tratamento térmico (Coleção Telecurso 2000)<br />
Figura 18 − Grãos<br />
3.2 FORMAÇÃO <strong>DOS</strong> GRÃOS, A MACROESTRUTURA<br />
A solidificação do aço faz-se como a de qualquer líquido. Nas camadas do líquido<br />
que atingiram a temperatura de solidificação aparecem núcleos (germos) em volta<br />
dos quais se forma um cristal que cresce mais ou menos de acordo com a<br />
velocidade de resfriamento.<br />
Numa estrutura bruta de fusão o crescimento realiza-se seguindo grupos de três<br />
eixos dispostos em ângulo reto (Figura 19). O conjunto forma uma dentrita que se<br />
desenvolve até encontrar outras dentritas vizinhas. Formam-se, então, os grãos, que<br />
podem ser vistos na quebradura de uma barra e constituem a estrutura grossa ou<br />
macroestrutura, conforme a velocidade de resfriamento.<br />
Fonte: CARLI, Edmond M. Materiais.<br />
Figura 19 – Constituintes do aço<br />
32
3.2.1 Estudo da macroestrutura; a macrografia<br />
A macrografia é um processo de investigação que permite pôr em evidência as fibras<br />
e os defeitos macroscópicos como: fibramento de forja, inclusões e segregações de<br />
solda.<br />
O campo de prospecção da macrografia pode ser realizado em uma peça inteira<br />
para, assim, fornecer informações em conjunto.<br />
forjado<br />
Fonte: CARLI, Edmond M. Materiais.<br />
Figura 20 – Macrografia<br />
solda<br />
3.2.2 Modificação da macroestrutura pelos tratamentos mecânicos<br />
3.2.2.1 Formação das fibras por laminação – Durante a laminação, que transforma o<br />
lingote em barra, os grãos são estirados e as impurezas que ficam entre eles<br />
delimitam alinhamentos no sentido da laminação e constituem a "fibra" do metal.<br />
3.2.2.2 Influência do forjamento – Diz-se que o forjamento é feito a frio quando a<br />
temperatura do aço não ultrapassa 500°C, e a quente quando além dessa<br />
temperatura. Entretanto, ele é feito em temperaturas nas imediações de 1.000 a<br />
1.100°C, conforme composição química.<br />
O forjamento a frio deforma plasticamente os grãos do metal, aumentando a<br />
resistência à ruptura, o limite elástico, a dureza e a fragilidade. Aparecem tensões<br />
internas no bloco forjado. Diz-se, então, que o metal é encruado.<br />
No forjamento a quente os grãos renovam-se continuamente, porque o metal é mais<br />
plástico, e não ocorre encruamento. Entretanto, um forjamento levado até a<br />
temperatura de 750°C afina nitidamente o grão de aço. Por outro lado, o forjamento<br />
muda a orientação das fibras em função do deslocamento que provoca no metal, o<br />
que pode dar resistência maior à peça se a nova orientação for bem escolhida.<br />
33
3.2.3 Estudo da microestrutura; a micrografia<br />
A micrografia é a análise dos produtos metalúrgicos que visa à determinação de<br />
seus constituintes e a textura. As superfícies que se vai analisar são previamente<br />
polidas, atacadas quimicamente e ampliadas muitas vezes através do microscópio.<br />
A apreciação das percentagens, dimensões, distribuição, forma dos grãos – também<br />
chamados nódulos ou glóbulos, veios, agulhas ou lâminas – e sua interpretação<br />
constitui importante exame micrográfico para definir as propriedades mecânicas do<br />
material, que dependem da composição química e da textura.<br />
34<br />
ferrita cementita<br />
perlita lamelar<br />
perlita globular austenita martensita<br />
sorbita<br />
Fonte: CARLI, Edmond M. Materiais.<br />
Figura 21 – Microestruturas<br />
bainita
4 ESTRUTURA E COMPOSIÇÃO <strong>DOS</strong> <strong>AÇOS</strong><br />
4.1 ESTRUTURA CRISTALINA<br />
Ao ampliar a maioria dos materiais sólidos a ponto de ver as partículas que os<br />
compõem, observa-se que elas se arrumam de forma muito organizada. Sua<br />
organização parece uma rede em três dimensões que se repete em todo o material.<br />
É chamada de estrutura cristalina.<br />
Materiais metálicos – como ferro, aço e cobre – e materiais não-metálicos, como<br />
cerâmica, apresentam esse tipo de estrutura. No caso das pedras preciosas e do<br />
quartzo, a repetição muitas vezes controla a forma externa do cristal. Dependendo<br />
da forma geométrica que apresentam, as estruturas cristalinas recebem um nome.<br />
Assim, chama-se de hexagonal compacta ou HC a estrutura formada por metais<br />
como berílio, zinco e cádmio, que é um prisma hexagonal, com três átomos dentro<br />
dela.<br />
Fonte: Materiais (Coleção Telecurso 2000).<br />
Figura 22 – Rede hexagonal compacta<br />
Se os metais a disposição são alumínio, níquel, cobre, prata, ouro, platina ou<br />
chumbo, a estrutura tem a forma de um cubo com um átomo em cada uma de suas<br />
faces, e recebe o nome de estrutura cúbica de face centrada, ou CFC.<br />
Fonte: Materiais (Coleção Telecurso 2000).<br />
Figura 23 – Rede cúbica de face centrada<br />
35
Metais como ferro, cromo, tungstênio e molibdênio apresentam a estrutura em forma<br />
de cubo com um átomo extra em seu centro. Recebe o nome de estrutura cúbica de<br />
corpo centrado, ou CCC.<br />
Fonte: Materiais (Coleção Telecurso 2000).<br />
Figura 24 – Rede cúbica de corpo centrado<br />
Como se forma o contorno do grão? É simples. Durante o processo de solidificação<br />
de qualquer metal, a formação dos cristais se inicia em diversos pontos ao mesmo<br />
tempo. Nos locais onde esses cristais se encontram forma-se uma área de transição<br />
com átomos que não pertencem a nenhum deles.<br />
Fonte: Materiais (Coleção Telecurso 2000).<br />
Figura 25 – Solidificação dos metais<br />
A deformação é mais difícil na região dos contornos dos grãos, pois os planos<br />
cristalinos são interrompidos, dificultando o deslizamento. Por isso, a ruptura de um<br />
metal, na maioria dos casos, acontece no contorno do grão.<br />
Pouco a pouco a estrutura dos materiais começa a ajudar a explicar suas<br />
propriedades: o ponto de fusão, a solubilidade, a resistência mecânica, a ductilidade<br />
e outras.<br />
4.2 CONSTITUINTES DO AÇO<br />
Tomem-se duas amostras de aço ao carbono que tenham passado pelo mesmo tipo<br />
de tratamento térmico, uma com baixo teor de carbono (0,1%) e outra com teor<br />
médio de carbono (0,5%), e examine-se, com auxílio de um microscópio, sua<br />
estrutura cristalina. Ao observar a amostra de baixo carbono distinguem-se em maior<br />
quantidade grãos claros, com pouco carbono, e alguns grãos escuros com bastante<br />
carbono.<br />
36
Ferrita Perlita<br />
Fonte: Tratamento térmico (Coleção Telecurso 2000).<br />
Figura 26 – Aço de baixo teor de C<br />
Ao observar a amostra de médio carbono identificam-se mais grãos escuros do que<br />
claros. Portanto, ela contém mais carbono. Os grãos escuros são mais duros e<br />
resistentes que os claros.<br />
Perlita Ferrita<br />
Fonte: Tratamento térmico (Coleção Telecurso 2000).<br />
Figura 27 – Aço de médio teor de C<br />
Com o auxílio do microscópio identificam-se dois constituintes da estrutura do aço:<br />
grãos claros, chamados ferrita, e grãos escuros, chamados perlita.<br />
A ferrita apresenta uma estrutura cúbica de corpo centrada (CCC). Os átomos que<br />
compõem essa estrutura organizam-se bem juntos entre si, de modo que fica difícil a<br />
acomodação de átomos de carbono na rede cristalina.<br />
A estrutura de ferrita consegue acomodar, no máximo, 0,025% de átomos de carbono a<br />
723°C.<br />
Fonte: Tratamento térmico (Coleção Telecurso 2000).<br />
Figura 28 – Estrutura da ferrita<br />
37
Ao ampliar várias vezes o tamanho do grão escuro, vê-se uma seqüência de linhas<br />
ou lâminas claras e escuras. As lâminas claras chamam-se ferrita, e as escuras<br />
recebem o nome de cementita.<br />
Fonte: Tratamento térmico (Coleção Telecurso 2000).<br />
Figura 29 – Estrutura da cementita<br />
A cementita constitui-se de 12 átomos de ferro e 4 átomos de carbono. É, portanto,<br />
um carboneto de ferro com dureza elevada e é um dos responsáveis pela dureza do<br />
aço. É representada por Fe3C.<br />
A perlita é formada de lâminas alternadas com 88% de ferrita e 12% de cementita.<br />
É possível melhorar as propriedades do aço adicionando, durante sua fabricação,<br />
outros elementos químicos, como níquel, molibdênio, tungstênio, vanádio e cromo.<br />
Assim como um atleta necessita de vitaminas para melhorar seu desempenho, o aço<br />
precisa desses elementos químicos como reforço vitamínico para melhorar suas<br />
propriedades.<br />
38
5 DIAGRAMA FERRO-CARBONO<br />
5.1 AQUECIMENTO DO AÇO<br />
Estudou-se o aço na temperatura ambiente. Entretanto, este material precisa ser<br />
colocado em forno para receber um tratamento térmico.<br />
O que acontece com o aço ao ser aquecido? No caso de aço não ligado que contém<br />
0,4% de carbono:<br />
em temperatura de 300°C a estrutura do aço ao carbono é igual a sua estrutura<br />
na temperatura ambiente: ferrita (cor branca) e perlita (cor preta);<br />
em temperatura de 723°C inicia-se uma transformação em sua estrutura: a ferrita<br />
transforma-se em austenita e a cementita da perlita se decompõe;<br />
em temperatura de 800°C toda a estrutura do aço transforma-se em austenita.<br />
Fonte: Tratamento térmico (Coleção Telecurso 2000).<br />
Figura 30 – Mudança de fases no aquecimento do aço<br />
39
O gráfico ilustra uma região de mudança de fase em intervalo de temperatura: a<br />
ferrita e a perlita transformam-se em austenita. Essa região é chamada zona crítica:<br />
área em que as células unitárias do ferro CCC se transformam em CFC, durante o<br />
aquecimento do aço.<br />
A austenita, ferro CFC, forma-se no aço a partir de 723°C. Encontra-se na região<br />
acima da zona crítica, na zona de austenitização, conforme se pode observar no<br />
gráfico. A austenita tem uma estrutura cúbica da face centrada (CFC), apresentando<br />
menor resistência mecânica e boa tenacidade. Não é magnética.<br />
5.2 RESFRIAMENTO DO AÇO<br />
Em uma temperatura de 800°C, o aço com 0,4% de carbono apresenta uma única<br />
constituinte, que é a austenita.<br />
O gráfico a seguir ilustra o que ocorre quando o aço com 0,4% de carbono é retirado<br />
do forno e resfriado ao ar até chegar à temperatura ambiente.<br />
Fonte: Tratamento térmico (Coleção Telecurso 2000).<br />
Figura 31 – Mudança de fases no resfriamento do aço<br />
40
Como se pode observar, ocorre o seguinte:<br />
em temperatura acima de 800°C, a estrutura do aço com 0,4% C é austenítica;<br />
A 760°C, parte da austenita desapareceu, dando lugar à ferrita; permanecem na<br />
estrutura, portanto, ferrita e austenita;<br />
A 700°C toda a austenita se transformou em ferrita e perlita; portanto, o aço<br />
voltou a sua estrutura inicial;<br />
em temperatura ambiente a estrutura continuará ferrita e perlita.<br />
Se o aço for resfriado bruscamente (por exemplo, na água), transforma-se em<br />
martensita, um constituinte duro, que pode ser visto com o auxílio de microscópio.<br />
Fonte: Tratamento térmico (Coleção Telecurso 2000).<br />
Figura 32 – Martensita<br />
5.3 DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO FERRO-CARBONO<br />
As explicações dadas a respeito do que ocorre em um tratamento térmico baseiamse<br />
no diagrama de equilíbrio das ligas ferro-carbono que se vê a seguir:<br />
Fonte: Tratamento térmico (Coleção Telecurso 2000).<br />
Figura 33 – Diagrama FeC<br />
41
Descrição de linhas, zonas, variações térmicas, simbologia e outros itens empregados<br />
neste estudo:<br />
– Abcissa: representa a escala horizontal com a porcentagem de carbono. Por<br />
exemplo: 1% de C (99% de Fe).<br />
– Ordenada: representa as várias temperaturas.<br />
– Linha A3: indica o início da passagem da estrutura CFC para CCC durante o<br />
resfriamento de um aço com ≥ 0,8% C.<br />
– Linha A1: indica o limite da existência de austenita; abaixo dela não se tem<br />
austenita.<br />
– Acm: indica o limite da quantidade mínima de carbono dissolvido na austenita.<br />
– Fe3C: é a fórmula do carboneto de ferro chamado cementita.<br />
Letras gregas: γ (gama) – símbolo de austenita<br />
42<br />
α (alfa) – símbolo de ferrita.
6 TIPOS DE <strong>TRATAMENTO</strong>S <strong>TÉRMICO</strong>S<br />
6.1 TÊMPERA<br />
Houve grande avanço tecnológico quando o homem descobriu como conferir dureza<br />
ao aço. Os dentes da engrenagem, o engate do trem, o amortecedor do carro e as<br />
brocas devem ser fabricados com aço endurecido para suportar os esforços a que<br />
são submetidos.<br />
Têmpera é o tratamento térmico executado em um aço quando se deseja aumentar<br />
sua dureza e resistência mecânica. A operação consiste basicamente de três<br />
etapas: aquecimento, manutenção de determinada temperatura e resfriamento .<br />
6.1.1 Aquecimento<br />
O aço deve ser aquecido em torno de 50°C acima da linha G-S-K (zona crítica) para<br />
transformar a perlita definitivamente em austenita.<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 34 – Diagrama FeC – aquecimento<br />
Para aço com mais de 0,86% de carbono é suficiente transformar somente a perlita<br />
(linha S-K), pois contém Fe3C em excesso, que já é uma estrutura muito dura.<br />
43
6.1.2 Manutenção da temperatura<br />
É o tempo necessário para solubilizar totalmente o carbono e garantir que toda a<br />
peça chegue à temperatura.<br />
6.1.3 Resfriamento<br />
O resfriamento deve ser feito em meio que possibilite velocidade crítica, fazendo<br />
com que a estrutura austenítica se transforme diretamente na estrutura desejada.<br />
Quando a austenita é resfriada muito rapidamente, não há tempo para que se<br />
transforme em ferrita, cementita ou perlita, e ela se transforma em novo constituinte<br />
do aço chamado martensita.<br />
O resfriamento brusco provoca o que se chama de choque térmico, ou seja, o<br />
impacto que o material sofre quando a temperatura a que está submetido varia de<br />
um momento para outro, podendo provocar danos irreparáveis ao material, mas é<br />
necessário para a formação da martensita. Assim, dependendo da composição<br />
química do aço, pode-se resfriá-lo de modo menos severo, com óleo ou jato de ar.<br />
Viu-se que, ao aquecer o aço acima da zona crítica, o carbono da cementita (Fe3C)<br />
se dissolve em austenita. Entretanto, quando em temperatura ambiente, o mesmo<br />
carbono não se dissolve na ferrita. Isso significa que os átomos de carbono se<br />
acomodam na estrutura CFC de austenita, mas não se infiltram na estrutura<br />
apertada – CCC – da ferrita.<br />
No resfriamento rápido em água, os átomos de carbono ficam presos no interior da<br />
austenita. Desse modo, produzem considerável deformação no retículo da ferrita,<br />
dando tensão ao material e aumentando sua dureza.<br />
Fonte: Tratamento térmico (Coleção Telecurso 2000).<br />
Figura 35 – Diagrama de temperatura<br />
44
6.2 ESTRUTURA MARTENSÍTICA<br />
A principal finalidade da têmpera é a obtenção de uma estrutura martensítica, pois é<br />
ela que aumenta consideravelmente a dureza do aço e também eleva seu limite de<br />
resistência à tração.<br />
Acima da zona crítica o aço fica austenitizado. Possui uma rede cúbica de face<br />
centrada CFC (ferro - ϒ), possibilitando, assim, a solubilidade do carbono.<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 36 – Estrutura martensítica<br />
A partir da reação austenítica em condições de resfriamento lento, a estrutura final<br />
será perlita e ferrita (e cementita para aços hipereutetóides). Com o resfriamento<br />
rápido, porém, não há tempo para a liberação do C necessária à formação da<br />
cementita. A estrutura do Fe, no entanto, tem que sofrer a transformação CFC (ϒ) para<br />
CCC (∝), e o carbono continuará dissolvido.<br />
Como o tamanho do CCC é menor que o CFC, há grande tensão na estrutura devido<br />
à presença do carbono. Assim, a estrutura CCC sofre deformação e gera uma<br />
estrutura tetragonal, de corpo centrado, saturado com átomos de carbono. Tal<br />
estrutura propicia grande dureza e resistência, porém causa fragilidade bastante<br />
acentuada.<br />
Como a reação só ocorre com a austenita, nos hipereutetóides a fração que se<br />
mantém como cementita no resfriamento fica como está e tem-se no final cementita<br />
e martensita.<br />
45
O diagrama da Figura 37 apresenta a influência do teor de carbono na dureza da<br />
martensita.<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 37 – Efeito do carbono sobre a dureza<br />
6.3 REVENIMENTO <strong>DOS</strong> <strong>AÇOS</strong><br />
Revenimento é um tratamento térmico que normalmente se realiza após a têmpera,<br />
com a finalidade de aliviar as tensões internas, diminuir a dureza excessiva e a<br />
fragilidade do material, e, assim, aumentar a ductilidade através do aquecimento<br />
lento de temperaturas.<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 38 – Revenimento dos aços<br />
46<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 39 – Efeito da temperatura de<br />
revenido sobre a dureza
No revenimento, alguns dos cristais de martensita decompõem-se em ferro-∝ e<br />
cementita. Isso significa uma redução da dureza excessiva.<br />
A temperatura do processo pode ser determinada através do diagrama da Figura 38,<br />
podendo também ser controlada através das cores do revenimento na peça.<br />
O diagrama da Figura 39 mostra o efeito da temperatura de revenimento na dureza e<br />
na resistência.<br />
OBSERVAÇÃO – Cada material possui uma curva característica.<br />
6.4 <strong>TRATAMENTO</strong> ISO<strong>TÉRMICO</strong><br />
As transformações da austenita em ferrita, cementita e perlita ocorrem em<br />
velocidade muito lenta de esfriamento (ao ar ou em forno). Entretanto, quando se<br />
aumenta a velocidade ocorre atraso no início da transformação da austenita devido<br />
à inércia própria de certos fenômenos físicos, mesmo que a temperatura esteja<br />
abaixo da linha A1 (abaixo da zona crítica).<br />
O diagrama da figura 40 indica as transformações da austenita em diferentes<br />
velocidades de esfriamento.<br />
Fonte: Tratamento térmico (Coleção Telecurso 2000).<br />
Figura 40 – Transformações da austenita<br />
Para ficar mais claro, observe-se no diagrama TTT – Tempo, Temperatura e<br />
Transformação. A interpretação é a seguinte:<br />
curvas: representam o início e o fim de transformação da austenita;<br />
cotovelo: parte central das curvas.<br />
Com transformações abaixo do cotovelo obtém-se perlita, ferrita e cementita; com<br />
transformações acima do cotovelo obtém-se bainita e martensita.<br />
47
6.4.1 Austêmpera<br />
Austêmpera é o tratamento adequado aos aços de alta temperabilidade (alto teor de<br />
carbono).<br />
A peça é aquecida acima da zona crítica por certo tempo, até que toda a estrutura<br />
se transforme em austenita (posição 1). A seguir, é resfriada bruscamente em banho<br />
de sal fundido, com temperatura entre 260°C e 440°C (posição 2). Permanece nessa<br />
temperatura por um tempo, até que sejam cortadas as duas curvas (posição 3),<br />
ocorrendo a transformação da austenita em bainita. Em seguida, é resfriada ao ar<br />
livre (posição 4).<br />
A dureza da bainita é de, aproximadamente, 50 Rockwell C, e a da martensita é de<br />
65 a 67 Rockwell C.<br />
Para ficar mais claro o tratamento por austêmpera, segue o diagrama TTT – Tempo,<br />
Temperatura e Transformação.<br />
Fonte: Tratamento térmico (Coleção Telecurso 2000).<br />
Figura 41 – Transformação da austenita em bainita<br />
A interpretação é a seguinte:<br />
acima de 750°C: campo da austenita;<br />
curva à esquerda (i): curva de início de transformação da austenita em perlita ou<br />
bainita;<br />
curva à direita (f): curva de fim de transformação;<br />
Mi: início de transformação da austenita em martensita;<br />
Mf: fim de transformação.<br />
48
6.4.2 Martêmpera<br />
Martêmpera é o tipo de tratamento indicado para aços-liga com o objetivo de reduzir<br />
o empenamento das peças. O processo é ilustrado no seguinte diagrama:<br />
Fonte: Tratamento térmico (Coleção Telecurso 2000).<br />
Figura 42 – Transformação da austenita em martensita<br />
A peça é aquecida acima da zona crítica para a obtenção de austenita (posição 1).<br />
Depois, é resfriada em duas etapas. Na primeira, a peça é mergulhada em um<br />
banho de sal fundido ou em óleo quente, com temperatura um pouco acima da linha<br />
Mi (posição 2). Mantém-se a peça nessa temperatura por certo tempo, tendo o<br />
cuidado de não cortar a primeira curva (posição 3). A segunda etapa é a do<br />
resfriamento final, ao ar, em temperatura ambiente (posição 4). A martensita obtida<br />
apresenta-se uniforme e homogênea, diminuindo riscos de trincas.<br />
Após o processo de martêmpera, faz-se necessário submeter a peça a revenimento.<br />
6.5 BENEFICIAMENTOS <strong>DOS</strong> <strong>AÇOS</strong><br />
O beneficiamento representa a têmpera e o subseqüente revenido a determinadas<br />
temperaturas que produzem considerável melhoria do grau de deformação e da<br />
tenacidade do aço, assim como, simultaneamente, tornam mais fina sua estrutura.<br />
As peças são aquecidas até a temperatura de têmpera e resfriadas bruscamente na<br />
água ou no óleo. Depois, são novamente revenidas até a temperatura de 450-650°C<br />
(beneficiamento) e novamente resfriadas no óleo (a fim de que não ocorra distorção<br />
na peça). Mas também é possível o método de resfriamento das peças ao ar.<br />
49
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 43 – Beneficiamento<br />
Através do beneficiamento, a estrutura adquire granulação fina e altamente revenida<br />
de martensita. Quer dizer: a tenacidade e a capacidade de deformação aumentam<br />
em relação ao estado primitivo.<br />
6.5.1 Emprego<br />
Os aços beneficiados encontram emprego em componentes de construção com<br />
altas qualidades mecânicas e seções de revenido limitadas, como árvores, eixos,<br />
cremalheiras, peças prensadas e estampas e parafusos.<br />
Os aços de beneficiamento são padronizados de acordo com as normas DIN. Eles<br />
devem ter um teor de carbono de 0,20 – 0,65%, por exemplo, C 22..C 60.<br />
6.6 <strong>TRATAMENTO</strong> <strong>TÉRMICO</strong> DE <strong>AÇOS</strong> LIGA<strong>DOS</strong><br />
6.6.1 Aço de baixo teor de ligas (≤ 5%)<br />
São aços empregados na confecção de ferramentas simples, para temperaturas de<br />
trabalho de até 400°C. Normalmente possuem teor de carbono de 0,8 até 1,7% e<br />
elementos de liga tais como Cr, W, Ni, Mo, V.<br />
Para a determinação da temperatura de têmpera em função dos elementos de liga,<br />
deve-se consultar as tabelas e diagramas do fornecedor.<br />
Em geral, os aços ligados necessitam de temperaturas mais elevadas, pois a<br />
solubilização do carbono é dificultada pelos elementos de liga. O resfriamento é feito<br />
em óleo, e a estrutura martensítica é muito fina. O recozimento é feito a uma<br />
temperatura entre 600 e 760°C, e a normalização se faz entre 800 e 950°C. O<br />
revenimento é feito entre 220 e 320°C.<br />
50
6.6.2 Aço de alto teor de liga (≥ 5%)<br />
Têmpera: aquecimento a temperatura de 920 – 1.320°C.<br />
Resfriamento: em óleo ou ar.<br />
Recozimento: 770 – 850°C.<br />
Revenimento: 100 – 600°C.<br />
É importante observar que, através do revenimento de aços de alta liga, a dureza<br />
normalmente não diminui como nos outros aços; pelo contrário, pode até aumentar.<br />
Observação: Para qualquer tratamento térmico de aços-liga deve-se sempre seguir<br />
as instruções do fornecedor.<br />
6.7 TENSÕES INTERNAS<br />
É comum pensar que, na fabricação de uma peça, o tratamento térmico é feito na<br />
fase final do processo, mas nem sempre é assim. Dependendo do tipo de peça e<br />
dos fins a que se destina, precisa-se primeiro corrigir a irregularidade da estrutura de<br />
seu metal e reduzir as tensões internas que apresenta.<br />
Fonte: Tratamento térmico (Coleção Telecurso 2000).<br />
Figura 44 – Granulação regular<br />
Uma estrutura macia, ideal para a usinagem do material, já caracteriza um bom<br />
tratamento térmico. Os grãos devem apresentar disposição regular e uniforme.<br />
As solicitações da estrutura do aço decorrem de várias causas. Durante o processo<br />
de solidificação, a região da superfície do aço se resfria com velocidade diferente da<br />
região do núcleo. Essa diferença dá origem a grãos com formas também diferentes<br />
entre si, o que provoca tensões na estrutura do aço.<br />
51
Fonte: Tratamento térmico (Coleção Telecurso 2000).<br />
Figura 45 – Granulação irregular<br />
Também surgem tensões nos processos de fabricação a frio, ou seja, em<br />
temperatura ambiente. Quando se prensa uma peça, os grãos de sua estrutura, que<br />
estavam mais ou menos organizados, são deformados e empurrados pelo martelo<br />
da prensa. Na laminação, os grãos são comprimidos uns contra os outros e<br />
apresentam aparência de grãos amassados.<br />
Em ambos os casos, isto é, na laminação e no forjamento, os grãos deformados não<br />
têm a mesma resistência e as mesmas qualidades mecânicas dos grãos normais.<br />
Fonte: Tratamento térmico (Coleção Telecurso 2000).<br />
Figura 46 – Deformação nos grãos<br />
As tensões internas começam a ser aliviadas (diminuídas) quando o aço atinge a<br />
temperatura ambiente. Porém, esse processo necessita de longo tempo, e pode dar<br />
margem a empenamentos, rupturas ou corrosão. Para evitar que isso ocorra, é<br />
preciso tratar o material termicamente.<br />
6.7.1 Alívio de tensões<br />
É necessário recozer o material para aliviar suas tensões, surgidas na solidificação e<br />
nos trabalhos de deformação a frio, soldagem ou usinagem. No recozimento, a peça<br />
é aquecida lentamente no forno até uma temperatura abaixo da zona crítica, por<br />
volta de 570 a 670°C, no caso de aços-carbono.<br />
52
Sendo um tratamento subcrítico, a ferrita e a perlita não chegam a se transformar em<br />
austenita. Portanto, aliviam-se as tensões sem alterar a estrutura do material.<br />
Após um período que varia de 1 a 3 horas, a partir do início do processo, o forno é<br />
desligado e a peça é resfriada no próprio forno. Este processo é conhecido como<br />
recozimento subcrítico.<br />
6.7.2 Normalização<br />
Em temperatura elevada, bem acima da zona crítica, os grãos de austenita crescem,<br />
absorvendo os grãos vizinhos menos estáveis. O crescimento é tão mais rápido<br />
quanto mais elevada for a temperatura. Se um aço ao carbono permanecer por<br />
muitas horas com temperatura um pouco acima da zona crítica (por exemplo,<br />
780°C), seus grãos também crescerão.<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 47 – Temperatura crítica<br />
No resfriamento, os grãos de austenita transformam-se em grãos de perlita e de<br />
ferrita. Suas dimensões dependem, em parte, do tamanho dos grãos de austenita.<br />
Uma granulação grosseira torna o material quebradiço, alterando suas propriedades<br />
mecânicas.<br />
As fissuras (trincas) também se propagam mais facilmente no interior dos grãos<br />
grandes. Por isso, os grãos mais finos (pequenos) possuem melhores propriedades<br />
mecânicas.<br />
A normalização consiste em aquecer para austenitizar e resfriar ao ar, para refinar<br />
(diminuir) a granulação grosseira da peça, de modo que os grãos fiquem em uma<br />
faixa de tamanho considerada normal.<br />
53
No processo de normalização, a peça é levada ao forno com temperatura acima da<br />
zona crítica, na faixa de 750 a 950°C. O material transforma-se em austenita. Depois<br />
de 1 a 3 horas, o forno é desligado, e a peça é retirada e colocada em uma bancada<br />
para que resfrie. A estrutura final do aço passa a apresentar grãos finos, distribuídos<br />
de forma homogênea.<br />
Fonte: Tratamento térmico (Coleção Telecurso 2000).<br />
Figura 48 – Granulação antes e após a normalização<br />
6.8 PROCESSOS DE RECOZIMENTO<br />
Quando uma peça sai do processo inicial de fabricação – fundição, prensagem,<br />
forjamento, laminação – tem de passar por outros processos mecânicos antes de<br />
ficar pronta. Um eixo, por exemplo, precisa ser usinado, desbastado em torno e<br />
perfurado. O aço deve estar macio para ser trabalhado.<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 49 – Processos de conformação<br />
Recozimento é o tratamento térmico realizado com a finalidade de alcançar um ou<br />
vários dos seguintes objetivos:<br />
– remover tensões de trabalhos mecânicos a frio ou a quente;<br />
– reduzir a dureza do aço;<br />
– melhorar propriedades mecânicas como ductilidade, resistência etc.;<br />
– regularizar textura, remover gases etc.;<br />
– eliminar efeitos de quaisquer tratamentos térmicos.<br />
54
É a forma de tratamento térmico que consiste em reaquecer o metal à temperatura<br />
desejada e resfriá-lo a uma velocidade inferior à velocidade crítica para os aços.<br />
Fonte: Tratamento térmico (Coleção Telecurso 2000).<br />
Figura 50 – Variação das propriedades com a deformação a frio<br />
6.8.1 Recozimento total ou pleno<br />
Pelo recozimento total ou pleno obtém-se uma estrutura perlita grosseira que<br />
melhora a usinabilidade dos aços de baixo e médio teor de carbono.<br />
O tratamento consiste em aquecer o aço em forno, a uma temperatura acima da<br />
zona crítica. Após certo tempo, o forno é desligado e a peça é resfriada em seu<br />
interior.<br />
Tabela 1 – Temperaturas para recozimento<br />
Aços-carbono<br />
ABNT (AISI)<br />
1020<br />
1025<br />
1030<br />
1035<br />
1040<br />
1045<br />
1050<br />
1060<br />
1070<br />
1080<br />
1090<br />
1095<br />
Temperatura de<br />
austenitização °C<br />
855° - 900°<br />
855° - 900°<br />
840° - 885°<br />
840° - 885°<br />
790° - 870°<br />
790° - 870°<br />
790° - 870°<br />
790° - 840°<br />
790° - 840°<br />
790° - 840°<br />
790° - 830°<br />
790° - 830°<br />
* Resfriamento a 25°C/h, no interior do forno.<br />
Fonte: Tratamento térmico (Coleção Telecurso 2000).<br />
Ciclo de resfriamento *<br />
de até<br />
855°<br />
855°<br />
840°<br />
840°<br />
790°<br />
790°<br />
790°<br />
790°<br />
790°<br />
790°<br />
790°<br />
790°<br />
700°<br />
700°<br />
650°<br />
650°<br />
650°<br />
650°<br />
650°<br />
650°<br />
650°<br />
650°<br />
650°<br />
660°<br />
Faixa de dureza<br />
(Brinell)<br />
111- 149<br />
111- 149<br />
126 - 197<br />
137 - 207<br />
137 - 207<br />
156 - 217<br />
156 - 217<br />
156 - 217<br />
167 - 229<br />
167 - 229<br />
167 - 229<br />
167 - 229<br />
6.8.2 Recozimento para alívio de tensões (recozimento subcrítico)<br />
O processo consiste no aquecimento do aço a uma temperatura entre 550 e 650°C,<br />
com o objetivo de aliviar as tensões provocadas por transformações mecânicas,<br />
corte por chama, soldagem, etc.<br />
55
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 51 – Processos de recozimento<br />
A peça deve ser mantida a essa temperatura de 1 a 2 horas, e em seguida resfriada<br />
lentamente no próprio forno, no sal ou ao ar livre.<br />
6.8.3 Recozimento para recristalização<br />
O recozimento para recristalização é feito quando se quer o retorno de uma estrutura<br />
cristalina distorcida, pelos processos de deformação a frio, a uma estrutura normal.<br />
Durante várias horas, a peça deve ser recozida a uma temperatura entre 550 e<br />
650°C, para possibilitar que se formem novos núcleos de cristalização nos limites<br />
dos grãos distorcidos e, a partir destes, a formação de uma nova estrutura.<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 52 – Limites da granulação<br />
6.8.4 Recozimento de esferoidização<br />
O recozimento de esferoidização objetiva transformar a rede ou as lâminas de<br />
cementita em carbonetos mais ou menos esferoidizados ou esferoiditas. Para a<br />
transformação, o aço deve ser aquecido de 680 a 750°C, em função do teor de<br />
carbono.<br />
56
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico<br />
Figura 53 – Grãos antes e após tratamento<br />
Como mostra a Figura 53, este procedimento facilita a usinagem, visto que a<br />
cementita disposta no contorno do grão é a responsável pela dureza e pelo desgaste<br />
da ferramenta, provocando, conseqüentemente, maior esforço de corte.<br />
Após o tratamento, a ferramenta corta o material através do contato com a matriz<br />
mole. O processo de esferoidização pode ocorrer de duas maneiras:<br />
aquecimento e resfriamento alternados entre temperaturas que estejam logo<br />
acima e logo abaixo da linha de transformação inferior da zona crítica e<br />
aquecimento por tempo prolongado em temperatura logo abaixo da zona crítica.<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 54 – Estrutura de esferoidização<br />
6.9 <strong>TRATAMENTO</strong>S TERMOQUÍMICOS<br />
Os processos termoquímicos são aplicados nos tratamentos superficiais dos aços<br />
com baixo teor de carbono, com o objetivo de aumentar a dureza superficial e a<br />
resistência ao desgaste.Ao absorver um elemento endurecedor, o material modifica<br />
sua composição química superficial.<br />
Os tratamentos termoquímicos mais usados são: cementação, nitretação e<br />
boretação.<br />
57
6.9.1 Cementação<br />
A cementação consiste em introduzir maior quantidade de carbono em superfícies<br />
de aço com baixo teor de carbono. Por isso, o tratamento é indicado para açoscarbono<br />
ou aços-liga cujo teor original de carbono seja inferior a 0,25%. A<br />
cementação aumenta este teor até valores em torno de 1%, assegurando uma<br />
superfície dura e um núcleo tenaz.<br />
Peças fabricadas em aço com porcentagens médias ou altas de carbono, que vão<br />
sofrer operações severas de dobramento, tendem a se trincar. Porém, se forem<br />
confeccionadas com aço de baixo carbono (SAE 1010) e depois conformadas e<br />
cementadas, tem-se bom resultado sem que as peças corram o risco de se trincar.<br />
6.9.1.1 Tempo de cementação – É determinado em função da espessura da camada<br />
cementada desejada, da temperatura e do meio cementante. Obviamente, quanto<br />
maior for o tempo e mais alta a temperatura, mais profunda será a camada.<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 55 – Camadas endurecidas<br />
6.9.1.2 Meios de cementação – Quanto aos meios carbonetantes, a cementação<br />
pode ser sólida (caixa), líquida (banho em sais fundidos) e gasosa (fornos de<br />
atmosfera).<br />
a) Cementação sólida<br />
Nesse tipo de cementação, a peça é colocada em caixa de aço contendo<br />
substâncias ricas em carbono: carvão de lenha, coque, carbonato de cálcio e óleo<br />
de linhaça. Em seguida, é levada ao forno, a uma temperatura em torno de 930°C,<br />
durante o tempo necessário para a obtenção da camada desejada. Depois,<br />
submete-se a peça à têmpera para que adquira dureza.<br />
58
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura b) Cementação 56 – Preparação gasosa para cementação<br />
b) Cementação líquida<br />
Este é o processo mais eficiente, porque permite cementar as peças com maior<br />
uniformidade e com economia de energia. Utiliza-se gás propano (gás de cozinha)<br />
ou gás natural para a geração de carbono.<br />
A temperatura varia de 850 a 950°C. Após a cementação, o aço é temperado em<br />
óleo.<br />
c) Cementação líquida<br />
Nesse processo são utilizados sais fundidos, ricos em carbono, principalmente os<br />
sais de cianeto e de carbonato.<br />
A temperatura deve ser 930 a 950°C. Nessa temperatura, os sais tornam-se<br />
líquidos, pois se fundem por volta de 650°C. Em seguida, as peças pré-aquecidas a<br />
400°C são mergulhadas em banho fundido. A função do pré-aquecimento é eliminar<br />
água e evitar choque térmico.<br />
A peça deve ser resfriada em salmoura com 10 a 15% de cloreto de sódio (CINa), ou<br />
em óleo de têmpera.<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 57 – Preparação para cementação<br />
líquida<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 58 – Forno para preaquecimento<br />
59
Tabela 2 – Dureza conforme a profundidade de penetração<br />
60<br />
Distância da<br />
superfície<br />
(mm)<br />
0,1<br />
0,5<br />
1,0<br />
1,5<br />
3,0<br />
Microdureza Vickers<br />
(0,5)<br />
679<br />
613<br />
222<br />
204<br />
204<br />
Fonte: Tratamento térmico (Coleção Telecurso 2000).<br />
Tabela 3 – Materiais aplicados nas cementações<br />
Cementação Meios cementantes<br />
sólida<br />
líquida<br />
gasosa<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
carvão vegetal duro<br />
carvão coque 20%<br />
ativadores 5 a 10%<br />
cianetos de sódio<br />
cianetos de bório<br />
cianatos de sódio<br />
cianatos de bório<br />
outros sais<br />
gás metano<br />
gás propano etc.<br />
Dureza Rockwell<br />
convertida<br />
(HRC)<br />
60<br />
56<br />
(16)<br />
(12)<br />
(12)<br />
6.9.1.3 Aplicação da cementação – Aplica-se este processo em peças como<br />
engrenagens, eixos, parafusos etc., que necessitam de resistência mecânica e de<br />
alta dureza na superfície e núcleo ductil com boa tenacidade.<br />
6.9.2 Nitretação<br />
Certas peças que trabalham em atrito permanente correm o risco de se desgastar<br />
com facilidade. São os casos de virabrequins, camisas de cilindros, pinos e rotores,<br />
que precisam ter alta resistência ao desgaste sob temperatura relativamente elevada.<br />
A peça pode adquirir esse nível de resistência por meio da técnica chamada<br />
nitretação, indicada na obtenção de peças com superfície de maior dureza, para<br />
aumentar a resistência do desgaste, à fadiga, à corrosão e ao calor. Os aços que<br />
melhor se prestam a esse tratamento são os nitralloy steels, que contêm cromo,<br />
molibdênio, alumínio e um pouco de níquel.
Em geral, a nitretação é feita depois da têmpera e do revenimento. Assim, as peças<br />
nitretadas não precisam de qualquer outro tratamento térmico, o que contribui para<br />
um baixo índice de distorção ou empenamento.<br />
Pode ser feita a gás ou em banho de sal.<br />
6.9.2.1 Tipos de aço para o processo de nitretação<br />
– teor de carbono: 0,3 – 0,4%<br />
– elementos de liga: Cr, Mo, Al.<br />
Exemplos: 34 Cr Al Mo5<br />
31 Cr Mo 12<br />
34 Cr Al Ni7<br />
6.9.2.2 Nitretação a gás – A temperatura conveniente para o trabalho é de 500 a<br />
530°C, e sua duração varia de 40 a 90 horas. Nessa temperatura, a amônia (NH3) é<br />
decomposta, e o nitrogênio, na camada superficial da peça, atinge profundidades de<br />
até 0,8 mm. A camada da superfície metálica passa a se constituir de nitretos de<br />
ferro, cromo, molibdênio e níquel, sendo que os nitretos têm elevada dureza.<br />
Decorrido o tempo de aquecimento no forno, as peças são retiradas e resfriadas ao<br />
ar. Nesse processo, o tempo de formação da camada é muito grande, como mostra<br />
o gráfico a seguir.<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 59 – Diagrama de nitretação gasosa<br />
6.9.2.3 Nitretação em banho de sal – A nitretação também pode ser realizada em<br />
meio líquido. Nesse caso, as peças são mergulhadas em banho de sais fundidos,<br />
em geral cianatos, que são as fontes de nitrogênio. As peças permanecem no banho<br />
apenas de 2 a 3 horas, em temperatura que varia de 500 a 580°C.<br />
61
A nitretação líquida apresenta vantagens sobre a gasosa, pois confere camadas<br />
mais profundas em menos tempo e reduz a possibilidade de deformações. Oferece<br />
bons resultados também para os aços comuns ao carbono e se aplica para<br />
pequenas camadas.<br />
O gráfico a seguir mostra a influência do carbono e das ligas na profundidade da<br />
camada nitretada.<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 60 – Diagrama de nitretação líquida<br />
6.9.2.4 Carbonitratação – Este processo consiste em introduzir carbono e nitrogênio<br />
na superfície do aço. Pode ser realizado em fornos de banhos de sal ou em fornos<br />
de atmosfera controlada (a gás). A superfície da camada carbonitretada adquire<br />
dureza e resistência ao desgaste.<br />
A temperatura do processo varia de 705 a 900°C, com duração de até cinco horas.<br />
Após esse tempo, as peças são resfriadas em água ou óleo. Podem-se obter<br />
camadas com espessura de 0,07 a 0,7 mm.<br />
A carbonitratação é usada, geralmente, em peças de pequeno porte, como<br />
componentes de máquina de escrever, carburadores, relógios e aparelhos<br />
eletrodomésticos, onde se deseja camadas finas e com menos deformação em<br />
relação a cementação.<br />
6.9.3 Boretação<br />
Boretação é o processo mais recente dos tratamentos superficiais. Aplica-se em<br />
aços-carbono, aços-liga, ferro fundido comum e nodular.<br />
O processo efetua-se em meio sólido de carboneto de boro a uma temperatura de<br />
800 a 1.500°C.<br />
62
O composto formado na superfície é o boreto de ferro, com dureza elevadíssima, na<br />
faixa de 1.700 a 2.000 Vickers. A alta dureza da camada boretada oferece elevada<br />
resistência ao desgaste e, inclusive, elevada resistência à corrosão. A profundidade<br />
da camada se dá em função do tempo de permanência das peças no forno.<br />
Um aço SAE 1045 boretado a 900°C apresentou o seguinte resultado:<br />
– camada 100 µm em 4 horas<br />
– camada 150 µm em 8 horas<br />
– camada 200 µm em 12 horas.<br />
O aço boretado é usualmente temperado e revenido.<br />
6.10 <strong>TRATAMENTO</strong> <strong>TÉRMICO</strong> A VÁCUO E DE NITRETAÇÃO A PLASMA<br />
No final da década de 70 surgiu o tratamento térmico a vácuo, chamado têmpera a<br />
vácuo, que passou a ser bastante usado devido à possibilidade que oferece de<br />
reduzir os problemas de deformações e de descarbonetação, ocorrências comuns<br />
no emprego de outros processos.<br />
6.10.1 Têmpera a vácuo<br />
Com a têmpera a vácuo, a superfície das peças fica isenta de reações superficiais<br />
danosas que ocorrem no tratamento térmico com banhos de sais. O vácuo também<br />
reduz a presença de qualquer impureza.<br />
O oxigênio restante reage à grafite presente no sistema de aquecimento e de<br />
isolação térmica e forma monóxido de carbono (CO), que é eliminado.<br />
O vácuo consiste em um espaço vazio, sem gases, vapores ou partículas, sem a<br />
presença de pressão atmosférica que, ao nível do mar (altitude zero), é de 760 mm<br />
de coluna de mercúrio (Hg) correspondente a 1 bar.<br />
O processo de têmpera a vácuo desenvolve-se em forno-câmara com temperatura<br />
de até 1.350°C e vácuo de até 10 -5 mbar. Adiciona-se um gás inerte para purificar o<br />
meio ambiente.<br />
O resfriamento da carga é feito com nitrogênio, podendo-se alcançar pressões de<br />
até 10 bar (pressão positiva). Todos os comandos do forno são controlados por<br />
microcomputador.<br />
O tratamento térmico em forno a vácuo é indicado para temperar aços rápidos, aços<br />
para trabalho a frio ou a quente e aços inoxidáveis martensíticos.<br />
63
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 61 – Forno a vácuo<br />
Uma das características do forno a vácuo é ser intermitente e, portanto, estar<br />
sempre pronto para uso. Assim, ao encerrar um ciclo, o forno é desligado, a carga é<br />
retirada, e pode-se reiniciar um novo ciclo com nova carga.<br />
6.10.2 Nitretação a plasma<br />
Nitretação a plasma é um novo processo que vem atender, com melhor eficiência, as<br />
inúmeras aplicações industriais em produtos de aço, ferro fundido e ferro sinterizado.<br />
Tem como característica principal a formação de uma camada nitretada, de melhor<br />
qualidade em relação aos outros processos de nitretação.<br />
O plasma pode ser descrito como a mistura de partículas neutras positivas e<br />
negativas (átomos, moléculas, íons, elétrons) em um campo elétrico. É, pois, o meio<br />
de transporte do nitrogênio que torna possível a nitretação.<br />
O tratamento consiste em submeter uma mistura de gases, em um ambiente de<br />
vácuo, a uma tensão elétrica formada entre as peças que constituem o pólo negativo<br />
(o cátodo) e a parede de retorta, que constitui o pólo positivo (o ânodo).<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 62 – Nitretação a plasma<br />
64
As peças são primeiramente temperadas e revenidas como na nitretação normal, e<br />
retificadas. A seguir, passam por boa limpeza. Já no forno, forma-se o vácuo e<br />
injeta-se o gás de tratamento (H2, N2, CH4, argônio ou ar) em pressão baixa. O<br />
processo ocorre em temperatura de 380 a 650°C. De acordo com a mistura de gás,<br />
pode-se nitretar, nitrocarbonetar ou oxinitrocarbonetar, conforme indica a Tabela 4, a<br />
seguir.<br />
Tabela 4 – Misturas de gases para nitretação<br />
Mistura Produto final<br />
nitrogênio e hidrogênio<br />
nitrogênio, hidrogênio e metano<br />
nitrogênio, hidrogênio , metano e ar<br />
Fonte: Tratamento térmico (Coleção Telecurso 2000).<br />
nitretado<br />
nitrocarbonetado<br />
oxinitrocarbonetado<br />
Um programa de computador controla e monitora os parâmetros do processo, como<br />
pressão, tempo, temperatura, tensão, corrente e composição dos gases.<br />
A nitretação a plasma é aplicada em matriz de injeção para plástico, matriz para<br />
conformação a frio, engrenagens, anéis, virabrequins etc. Além de ser realizado em<br />
baixa temperatura (360 a 650°C), o processo permite que se controle a espessura e<br />
a composição da camada de compostos, o que constitui uma de suas principais<br />
vantagens.<br />
6.10.2.1 Seqüência do processo – A seqüência é a seguinte:<br />
Peça<br />
temperar e revenir<br />
usinagem fina e/ou retífica<br />
nitretação a plasma<br />
polimento, se necessário<br />
peça pronta<br />
Fonte: Tratamento térmico (Coleção Telecurso 2000).<br />
65
6.11 TÊMPERA SUPERFICIAL<br />
No endurecimento total, por meio de têmpera, o aço adquire dureza e resistência.<br />
Porém, ficam reduzidas sua ductilidade e tenacidade. Além disso, apresenta tensões<br />
internas. Em alguns casos (eixos, engrenagens etc.), é necessário, portanto,<br />
endurecer apenas sua superfície, deixando seu núcleo dúctil e tenaz. Para isso, é<br />
preciso uma têmpera superficial.<br />
Os processos usuais de têmpera superficial são desenvolvidos por chama ou por<br />
indução.<br />
6.11.1 Têmpera por chama<br />
Para que apresente bom resultado, é necessário que o material passe, antes, por<br />
um tratamento de normalização. Assim, a peça terá granulação fina (grãos<br />
pequenos) e ficará homogênea.<br />
O tratamento aplica-se, geralmente, a peças de tamanho grande ou formato complexo,<br />
que não podem ser temperadas em forno de câmara ou em banho de sal. A principal<br />
característica do tratamento é que o aquecimento se faz com maçarico de oxiacetileno<br />
com chama semicarburante. A temperatura deve ficar acima da zona crítica.<br />
Após o aquecimento, a peça é resfriada por jato d'água ou por imersão em óleo.<br />
Um ensaio de dureza mostra a grande diferença de dureza entre a superfície e o<br />
núcleo. Também se distinguem, a olho nu, as duas regiões em estudo após<br />
polimento e ataque químico: a região temperada é escura, e a não-temperada é<br />
clara. A têmpera superficial pode ser feita pelos métodos estacionário, progressivo<br />
ou combinado.<br />
6.11.1.1 Método estacionário - consiste em aplicar a chama na peça até que alcance<br />
temperatura de cerca de 800°C. A chama move-se sobre a área que será<br />
endurecida. O resfriamento é imediato na água ou no óleo. Todo o processo é<br />
manual.<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 63 – Têmpera por chama<br />
66
6.11.1.2 Método progressivo a peça move-se e o maçarico permanece fixo. O<br />
resfriamento é feito logo após a chama ter aquecido a superfície da peça.<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 64 – Método progressivo<br />
6.11.1.3 Método combinado a peça e o maçarico movem-se simultaneamente.<br />
Este método requer o uso de máquinas ou dispositivos especiais. É aplicado,<br />
geralmente, em peças cilíndricas e de grande tamanho.<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 65 – Método combinado<br />
A dureza final obtida varia de 53 a 62 Rockwell C. A espessura da camada<br />
endurecida pode atingir até 10 mm, dependendo da composição do aço e da<br />
velocidade de deslocamento da chama.<br />
6.11.2 Têmpera por indução<br />
O aquecimento indutivo baseia-se no princípio da indução eletromagnética. Segundo<br />
esse princípio, um condutor de eletricidade (no caso, a peça metálica que será<br />
aquecida) é colocado sob a ação de um campo eletromagnético e desenvolve uma<br />
corrente elétrica induzida. O aquecimento é feito por meio da corrente que circula<br />
através da peça e da resistência que o material oferece a sua passagem.<br />
67
Basicamente, uma unidade para aquecimento indutivo compõe-se de um aparelho<br />
de alta freqüência e da bobina de trabalho. A bobina é feita de tubo fino de cobre,<br />
com uma ou mais espirais, e toma a forma da área da peça que se deseja aquecer.<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 66 – Bobinas de indução<br />
A freqüência da corrente alternada aplicada à bobina de trabalho influi no grau de<br />
aquecimento. Por exemplo: alta freqüência, pequena profundidade; baixa freqüência,<br />
grande profundidade. Na prática, emprega-se a freqüência de 450 Khz na maioria<br />
das aplicações.<br />
A peça é colocada em bobina na qual circula corrente elétrica de alta freqüência.<br />
Dentro da bobina indutora gera-se um forte campo eletromagnético. A resistência<br />
que a peça oferece à passagem desse campo provoca o aquecimento da superfície<br />
até uma temperatura acima da zona crítica. Imediatamente após o aquecimento, a<br />
peça é resfriada por jatos de água ou de óleo. Na superfície, forma-se martensita.<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 67 – Têmpera por indução<br />
Após a têmpera superficial, é necessário revenir a camada endurecida, o que pode<br />
ser feito, também, com aquecimento por indução, seguido de resfriamento lento.<br />
A vantagem da têmpera por indução é que permite um controle bastante preciso da<br />
profundidade da camada que recebe o tratamento. Portanto, trata-se de processo<br />
mais preciso e seguro do que o da têmpera por chama, largamente empregado na<br />
fabricação de peças de grande responsabilidade, como eixos e engrenagens.<br />
68
6.12 LIGAS<br />
6.12.1 Ligas que comportam obrigatoriamente um tratamento térmico<br />
6.12.1.1 Liga A.P.33 com Cu 4,5% e Ti 0,4% – Permite obter carga de ruptura de 29<br />
a 32 Kg/mm 2 , com alongamento mínimo de 4%.<br />
6.12.1.2 Alpax ao magnésio e ao manganês com Si 12%, Mg 0,25% e Mn 0,5% –<br />
Apresenta, como o Alpax, grande fluidez com altas características mecânicas.<br />
Permite, assim, realizar peças com formas complicadas, seções pequenas e alta<br />
resistência.<br />
6.12.1.3 Liga com Si 4%, Mg 1%, Mn 1% – Muito resistente à corrosão, permite a<br />
realização de bonitas peças para decoração.<br />
6.12.1.4 As ligas para pistões, onde predominam Si ou Cu, devem suportar<br />
tratamentos térmicos (menos as ligas hipersiliciadas, com alta dureza e pequeno<br />
coeficiente de dilatação linear).<br />
6.12.1.5 Tratamentos térmicos – A precisão das temperaturas exigidas para o<br />
tratamento dessas ligas necessita do emprego de fornos elétricos com circulação de<br />
ar a fim de ter temperatura uniforme em todo o forno.<br />
A têmpera é, em geral, feita em água fria, e as operações de manobra devem ser<br />
rápidas. As temperaturas de têmpera variam com as ligas de 520 a 540°C com ±<br />
5°C. As durações de aquecimento vão de 3 a 4 horas.<br />
As temperaturas de revenido variam de 160 a 200°C, e as durações de aquecimento,<br />
de 6 a 10 horas.<br />
6.12.2 Ligas que comportam tratamentos térmicos<br />
6.12.2.1 Ligas do tipo duralumínio (Cu 4%, Mg 0,5%, Mn 0,5%) – Possuem ao<br />
mesmo tempo a leveza do alumínio e a resistência do aço doce (massa específica =<br />
2,8 g/cm 3 , resistência à ruptura de 40 a 45 kg/mm 2 ). Esta última aumenta, assim<br />
como o limite elástico, durante os 4 ou 5 dias que seguem a têmpera.<br />
Em relação ao aço, oferecem a vantagem de não enferrujar e de resistir à corrosão.<br />
Entretanto, sendo mais fraco o módulo de elasticidade (7500 kg/mm 2 ), deformam-se<br />
mais que o aço para uma carga igual.<br />
69
a) Têmpera: o diagrama de equilíbrio do duralumínio não é ainda conhecido, mas o<br />
das ligas Cu-Al pode informar em parte.<br />
O cobre e o alumínio fornecem um composto definido de fórmula CuAl2 que se<br />
dissolve no Al (0,3% a 0°C e 5,65% a 550°C). Para temperar o duralumínio, que<br />
contém 4% Cu, é necessário pôr todo o Cu Al2 em solução; por conseguinte,<br />
aquecer a ± 500°C e, em seguida, resfriar com velocidade bastante alta a fim de<br />
conservar a solução concentrada à temperatura comum.<br />
Aquece-se a esta temperatura durante 15 a 20 minutos. Em seguida, resfria-se<br />
rapidamente em água. Caso se ultrapasse 500°C, o duralumínio é deteriorado e<br />
torna-se inutilizável a partir de 520°C.<br />
b) Recozimento: aquece-se a 350-400°C durante 3 a 4 horas e resfria-se lentamente<br />
ao abrigo do ar. Na falta de um forno de banho de sais, pode-se utilizar a chama<br />
de um queimador de gás ou um fogo de forja.<br />
Para identificar a temperatura, pode-se fazer traços com sabão na peça e recozer.<br />
Quando estiverem pretos, a temperatura foi atingida.<br />
Depois deste tratamento e na ausência de qualquer trabalho ou aquecimento, o<br />
duralumínio conserva indefinidamente suas propriedades.<br />
c) Envelhecimento: logo depois da têmpera, o duralumínio é muito maleável.<br />
Aproveita-se esta característica para "formá-lo", estampá-lo durante as 3 a 4<br />
horas seguintes. Entretanto, depois de 4 horas, aumentam sua dureza e a<br />
resistência à ruptura. Esta modificação constitui o envelhecimento.<br />
Trabalhado a frio, o duralumínio é facilmente encruado.<br />
As chapas de duralumínio podem ser recobertas com pequena camada de alumínio<br />
(Védal), o que aumenta a resistência à corrosão.<br />
6.12.2.2 Ligas do tipo almasílio (Si 1,25%, Mg 1%) – Têm grande variedade de<br />
características mecânicas e boa resistência à corrosão.<br />
6.13 <strong>TRATAMENTO</strong> SUBZERO<br />
Para alguns aços modernos, principalmente os inoxidáveis, este tratamento é<br />
altamente recomendado, pois os elementos de liga (materiais que são misturados ao<br />
aço para melhorar suas qualidades mecânicas) podem inibir a têmpera, fazendo com<br />
que até 30% do aço não endureça. A melhor maneira de corrigir esta "falha" é<br />
através do resfriamento muito abaixo de zero (pelo menos 50 graus negativos).<br />
70
Um material muito usado para este tratamento é o nitrogênio, que pode atingir até<br />
196 graus negativos, o que é mais que suficiente.<br />
O tratamento zubzero faz com que até 100% do aço endureça. O processo obtém<br />
melhor resultado se feito entre a têmpera e o revenimento, o que, fragiliza ainda<br />
mais o aço. Porém, após o revenimento, o processo garante alto desempenho ao<br />
material, inclusive aumento da elasticidade, porque a estrutura do aço fica mais<br />
homogênea após o tratamento subzero.<br />
Outra característica do processo é que funciona como um equalizador. Traduzindo:<br />
ao se temperar 10 facas em um dia, por exemplo, algumas delas podem não atingir<br />
a dureza desejada. O tratamento subzero faz com que todas as lâminas,<br />
independentemente da dureza, atinjam a mesma dureza final após a têmpera.<br />
Na Tabela 4, a seguir, mostram-se as temperaturas de aquecimento utilizadas nos<br />
tratamentos de normalização, recozimento, têmpera e revenido dos aços SAE e<br />
também se indicam os meios de esfriamento mais recomendados para a têmpera.<br />
71
Tabela 5 – Temperaturas de aquecimento e meios de resfriamento<br />
72<br />
Aços SAE<br />
1034 e 1040<br />
1045 a 1055<br />
1060 a 1070<br />
1126 a 1137<br />
1138 a 1144<br />
1330<br />
1335 a 1345<br />
2330 a 2345<br />
2512 a 2517<br />
3130 a 3141<br />
3145 e 3150<br />
3340 e 3350<br />
4017 - 4032<br />
4037 e 4042<br />
4047 - 4053<br />
4063 e 4068<br />
4119<br />
4130<br />
4137 e 4149<br />
4145 e 4150<br />
4317 e 4320<br />
4340<br />
4640<br />
4812 a 4820<br />
5045 e 5046<br />
5130 e 5132<br />
5135 a 5145<br />
5147 a 5152<br />
50100 a 52100<br />
6150<br />
8615 a 8625<br />
8627 a 8632<br />
8635 a 8641<br />
8642 a 8653<br />
8655 e 8660<br />
8715 e 8720<br />
8725 e 8740<br />
8745 e 8750<br />
9254 a 9262<br />
9310 a 931'7<br />
9437 e 9449<br />
9442 e 0445<br />
9747<br />
9840<br />
9845 e 9850<br />
Normalização<br />
°C<br />
835 - 860<br />
820 - 840<br />
800 - 820<br />
870 - 925<br />
870 - 925<br />
870 - 925<br />
870 - 925<br />
870 - 930<br />
900 - 935<br />
870 - 925<br />
870 - 925<br />
900 - 935<br />
900 - 935<br />
---<br />
---<br />
---<br />
900 - 935<br />
870 - 925<br />
870 - 925<br />
870 - 925<br />
900 - 935<br />
870 - 925<br />
870 - 925<br />
900 - 935<br />
870 - 925<br />
900 - 950<br />
900 - 950<br />
900 - 950<br />
---<br />
875 - 950<br />
900 - 935<br />
870 - 925<br />
870 - 925<br />
870 - 925<br />
900 - 950<br />
900 - 935<br />
870 - 925<br />
870 - 925<br />
----<br />
900 - 935<br />
870 - 925<br />
870 - 925<br />
870 - 925<br />
870 - 925<br />
870 - 925<br />
Recozimento<br />
°C<br />
800 - 830<br />
790 - 810<br />
760 - 790<br />
760 - 815<br />
760 - 815<br />
815 - 870<br />
815 - 870<br />
760 - 815<br />
---<br />
790 - 850<br />
760 - 815<br />
890 - 925<br />
890 - 925<br />
830 - 860<br />
790 - 845<br />
790 - 845<br />
---<br />
790 - 845<br />
790 - 845<br />
790 - 845<br />
895 - 925<br />
595 - 610<br />
785 - 815<br />
890 - 925<br />
790 - 845<br />
790 - 845<br />
790 - 845<br />
790 - 845<br />
735 - 790<br />
845 - 890<br />
895 - 995<br />
790 - 845<br />
790 - 845<br />
790 - 845<br />
790 - 845<br />
890 - 925<br />
790 - 845<br />
790 - 845<br />
---<br />
895 - 925<br />
790 - 845<br />
790 - 845<br />
790 - 845<br />
790 - 845<br />
790 - 845<br />
Têmpera<br />
°C<br />
820 - 840<br />
800 - 830<br />
790 - 810<br />
830 - 860<br />
800 - 850<br />
815 - 840<br />
830 - 860<br />
780 - 810<br />
780 - 810<br />
815 - 850<br />
815 - 850<br />
810 - 815<br />
800 - 815<br />
815 - 860<br />
815 - 860<br />
800 - 845<br />
900 - 925<br />
870 - 900<br />
845 - 870<br />
815 - 870<br />
780 - 805<br />
805 - 830<br />
785 - 815<br />
790 - 815<br />
800 - 815<br />
815 - 845<br />
815 - 845<br />
800 - 845<br />
800 - 870<br />
875 - 890<br />
825 - 860<br />
845 - 900<br />
830 - 860<br />
815 - 845<br />
800 - 845<br />
830 - 860<br />
830 - 860<br />
815 - 845<br />
815 - 900<br />
815 - 830<br />
845 - 870<br />
815 - 870<br />
815 - 870<br />
815 - 845<br />
815 – 845<br />
Esfriamento<br />
para têmpera<br />
água<br />
água<br />
óleo<br />
óleo ou água<br />
óleo<br />
água ou óleo<br />
óleo<br />
óleo<br />
óleo<br />
óleo<br />
óleo<br />
óleo<br />
óleo<br />
óleo<br />
óleo<br />
óleo<br />
óleo<br />
água ou óleo<br />
óleo<br />
óleo<br />
óleo<br />
óleo<br />
óleo<br />
óleo<br />
óleo<br />
óleo ou água<br />
óleo<br />
óleo<br />
óleo<br />
óleo<br />
óleo<br />
água ou óleo<br />
óleo<br />
óleo<br />
óleo<br />
óleo<br />
óleo<br />
óleo<br />
óleo<br />
óleo<br />
óleo<br />
óleo<br />
óleo<br />
óleo<br />
óleo<br />
A: a temperatura de revenido varia de acordo com a dureza desejada.<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Revenido<br />
°C<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
120 - 180<br />
A<br />
A<br />
A<br />
120 - 180<br />
A<br />
A<br />
A<br />
120 - 180<br />
A<br />
A<br />
A<br />
120 - 180<br />
A<br />
A<br />
120 - 180<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
120 - 180<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
120 - 180<br />
A<br />
A<br />
A<br />
120 - 180<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A
7 MEIOS DE RESFRIAMENTO E CURVAS TTT<br />
Os recursos necessários para tratar termicamente os materiais são vários e<br />
diversos, desde ferramentas simples – como ganchos, tenazes, tanques resfriadores<br />
de óleo ou água – até os fornos de atmosferas controladas.<br />
As tenazes devem ser construídas em aço ao baixo carbono, para não sofrer<br />
alterações em função das variações de temperatura. Devido ao comprimento, longo<br />
em alguns casos, os cabos devem ser feitos em aço resistente. Os bicos devem ter<br />
o formato adequado às peças.<br />
A água para resfriamento das peças deve estar disponível em grande quantidade,<br />
corrente, limpa e refrigerada. Tanto os banhos de água como os de óleo devem<br />
estar próximos aos fornos para garantir a velocidade crítica de resfriamento.<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 68 – Tipos de tenazes<br />
7.1 FATORES QUE INFLUENCIAM NOS <strong>TRATAMENTO</strong>S <strong>TÉRMICO</strong>S<br />
7.1.1 Velocidade de aquecimento<br />
Deve-se considerar a velocidade de aquecimento adequada sempre em função da<br />
composição do material.<br />
73
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 69 – Velocidades de aquecimento<br />
A velocidade não deve ser muito lenta, pois haverá crescimento excessivo dos<br />
grãos. Por outro lado, os materiais em elevado estado inicial de tensões não devem<br />
ser aquecidos rapidamente, porque isso pode provocar deformações, fissuras,<br />
empenamento etc.<br />
7.1.2 Temperatura de aquecimento<br />
A temperatura deve ser superior à de recristalização e depende da liga. Sendo<br />
inferior, não ocorrem a transformação e as modificações estruturais desejadas;<br />
sendo muito superior, ocorre crescimento excessivo dos grãos ou superaquecimento<br />
do material.<br />
7.1.3 Tempo de permanência à temperatura (manutenção da temperatura)<br />
O tempo de permanência à temperatura deve ser o suficiente para que as peças<br />
aqueçam de modo uniforme em toda a seção e os átomos de carbono se solubilizem<br />
totalmente.<br />
74
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 70 – Tempo de permanência<br />
Se além do necessário, pode haver indesejável crescimento dos grãos, além de<br />
oxidação em determinadas ligas.<br />
7.1.4 Resfriamento<br />
Para algumas ligas, entre as quais os aços, que são os mais importantes do ponto<br />
de vista dos tratamentos térmicos, o resfriamento é fundamental, pois, através dele,<br />
pode-se conseguir, devido à velocidade de resfriamento, a estrutura e as<br />
propriedades finais desejadas.<br />
Os meios de resfriamento são os responsáveis pelas diferentes velocidades de<br />
resfriamento. Na Tabela 6, a seguir, apresentam-se alguns meios de resfriamento<br />
em ordem decrescente de velocidade.<br />
Tabela 6 – Meio de resfriamento<br />
solução aquosa a 10% NaOH<br />
solução aquosa a 10% NaCI<br />
solução aquosa a 10% Na2CO3<br />
água a 0°C<br />
água a 18°C<br />
água a 25°C<br />
óleo<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
água a 50°C<br />
tetracloreto de carbono<br />
água a 75°C<br />
água a 100°C<br />
ar líquido<br />
ar<br />
vácuo<br />
Os elementos de liga no aço diminuem a velocidade crítica de resfriamento para a<br />
formação da martensita. Portanto, o meio de resfriamento deve ser mais brando,<br />
como é, por exemplo, o óleo, ou mesmo o ar, por causa do teor dos elementos de<br />
liga.<br />
75
7.2 CURVAS T.T.T. PARA RESFRIAMENTO CONTÍNUO<br />
Para conseguir a transformação da austenita em martensita, o resfriamento deve ser<br />
feito com determinada velocidade, a que se chama "velocidade crítica" de<br />
resfriamento.<br />
Se for muito alta, pode causar tensões ou mesmo trincas na peça a ser temperada.<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 71 – Diferentes meios de resfriamento<br />
Por isso, no resfriamento, sempre se aplica velocidade determinada. O diagrama a<br />
seguir apresenta curvas de diferentes velocidades de resfriamento contínuo, bem<br />
como as estruturas.<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 72 – Curvas de resfriamento do aço 43 Mn Cr 6<br />
76
O diagrama T.T.T. – Tempo, Temperatura e Transformação descreve as estruturas a<br />
uma velocidade de resfriamento constante da temperatura de têmpera à temperatura<br />
ambiente.<br />
Para a leitura, segue-se uma curva de velocidade e determina-se, ao final de cada<br />
faixa de estrutura, a porcentagem da estrutura. A última faixa é de martensita, que<br />
completa o total de 100%. O aço temperado contém esta composição. Ao final de<br />
cada curva de resfriamento está definida a dureza (em Rockwell).<br />
O diagrama somente pode ser aplicado para um aço de composição definida. No<br />
exemplo a seguir utilizou-se o aço 43MnCr6<br />
Exemplo de leitura:<br />
Ao seguir uma curva III, 10% de ferrita<br />
60% de perlita<br />
20% de bainita 1<br />
10% de martensita<br />
dureza 28HRC<br />
Resfriamento em água corresponde à curva I<br />
em óleo, II e III<br />
em ar, IV e V.<br />
1<br />
Bainita é uma estrutura semelhante à martensita revenida com carboneto fino e com dureza<br />
intermediária entre a martensita e a perlita.<br />
77
8 <strong>TRATAMENTO</strong> DE NÃO-CONFORMIDADES<br />
Os defeitos de tratamento térmico podem gerar as falhas de ferramentas, eixos e<br />
outras peças que estão sujeitas a esforços mecânicos.<br />
As principais não-conformidades nos tratamentos térmicos são: descarbonetação,<br />
queima, trincas, pontos moles, superaquecimento e subaquecimento.<br />
8.1 TRINCAS<br />
São causas das trincas os cantos vivos, os desvios na composição química<br />
(especialmente o teor de carbono), a alta velocidade de resfriamento, o recozimento<br />
incorreto e a heterogeneidade de dureza entre núcleo e superfície. Todas podem<br />
causar tensões superficiais e, conseqüentemente, trincas nas peças.<br />
As soluções para tais não-conformidades são as seguintes:<br />
– para aços de média e alta liga, resfriamento em tempo correto (10°C a 20°C por<br />
hora), para que a martensita fique homogênea (centro e superfície);<br />
– para aços de média e alta liga executa-se um tratamento de alívio (160°C) e<br />
tratamento subzero em seguida à tempera;<br />
Quando necessário, deve-se fazer um recozimento – a dureza deve retornar à<br />
condição de fornecimento (ver catálogos de fornecedores).<br />
8.2 PONTOS MOLES<br />
As causas para a ocorrência de pontos moles são as bolhas de vapor, cascas de<br />
queima da peça, o contato entre peças e restos de óleos ou sabão, que formam uma<br />
resistência ao resfriamento, dificultando a têmpera.<br />
Os pontos moles são detectados pela medição de dureza.<br />
79
Para solucionar esta não-conformidade, adiciona-se sal (cloreto de sódio) à água<br />
para que aumente a velocidade de resfriamento. Outros cuidados são também<br />
necessários: evitar contatos entre as peças e diminuir contatos das tenazes com as<br />
peças.<br />
8.3 DESCARBONETAÇÃO<br />
A perda de carbono na superfície e nas arestas das peças dificulta a obtenção de<br />
dureza no tratamento térmico.<br />
São causas o excesso de temperatura ou tempo de exposição e a falta de controle<br />
na atmosfera do forno (presença de oxigênio).<br />
Esta não-conformidade é detectada pela medição de dureza.<br />
Para evitá-la, é indispensável um bom controle de atmosfera, tempo e temperatura.<br />
Para retirar a parte descarbonetada, a peça pode ser usinada ou esmerilhada (o<br />
núcleo mantém-se com carbono inalterado).<br />
A correção em peças acabadas somente se torna possível com tratamentos de<br />
recozimento, cementação e têmpera, respectivamente.<br />
8.4 SUPERAQUECIMENTO E QUEIMA<br />
Os aços têm uma faixa de temperatura ideal para a austenitização. O aumento<br />
excessivo da temperatura provoca baixa tenacidade e fragilidade das arestas de<br />
corte das ferramentas.<br />
Como causa para o superaquecimento e a queima está a faixa de temperatura de<br />
austenitização ultrapassada ou o tempo de encharque demasiado, que aumentam o<br />
tamanho do grão austenítico.<br />
Esta falha é detectada através de exame micrográfico, no qual se descobrem grãos<br />
martensíticos grossos.<br />
Para solucioná-la, faz-se necessária nova austenitização e nova têmpera à<br />
temperatura certa. No caso de queima, não há recuperação da ferramenta.<br />
80
8.5 SUBAQUECIMENTO<br />
A causa do subaquecimento é a baixa temperatura de austeniização para têmpera e<br />
a conseqüente dureza abaixo da máxima prevista pela falta de formação de grãos<br />
de carbono necessários na austenita.<br />
É detectado pela medida de dureza. Em caso de ensaio micrográfico, nota-se a<br />
ausência de austenita retida a transformar em quantidade suficiente para a obtenção<br />
da dureza necessária.<br />
Esta não-conformidade deve ser solucionada pelo tratamento em temperatura<br />
correta para a formação do teor de carbono da austenita.<br />
81
9 ESPECIFICAÇÃO <strong>DOS</strong> <strong>AÇOS</strong> E SEUS <strong>TRATAMENTO</strong>S <strong>TÉRMICO</strong>S<br />
A engenharia e a indústria brasileira já dispõem de um sistema de classificação dos<br />
aços para construção mecânica elaborado pela ABNT, a qual se baseou nos<br />
sistemas americanos SAE e AISI, resultando a norma P-NB-82.<br />
Aço é definido como uma liga composta basicamente de ferro e carbono. Dividem-se<br />
os aços em aços ao carbono e aços-liga ou aços especiais.<br />
9.1 AÇO AO CARBONO E NORMALIZAÇÃO ABNT<br />
Aço ao carbono é a liga composta de ferro (Fe) e carbono (C) com pequenas<br />
porcentagens de manganês (Mn), silício (Si), enxofre (S) e fósforo (P), os quais são<br />
considerados elementos residuais do processo de obtenção.<br />
O elemento que exerce maior influência é o carbono e seu teor nos aços ao carbono<br />
varia de 0,008 a 2%C aproximadamente. Os aços ao carbono mais usados<br />
industrialmente possuem teores que variam entre 0,1 e 0,95%, ou seja, aço 1010 ao<br />
1095, onde:<br />
– o algarismo 1 designa classe ao carbono e<br />
– "0" indica a inexistência de elementos de liga com predominância sobre o carbono.<br />
Exemplos de interpretação de norma para dois tipos de aço:<br />
Aço ABNT 1010<br />
Aço ABNT 1060<br />
0,10% de carbono<br />
0% de elementos de liga<br />
classe de aço ao carbono<br />
0,60% de carbono<br />
0% de elementos de liga<br />
classe de aço ao carbono<br />
83
9 .. aços ao silício manganês<br />
92.. aços ao silício manganês<br />
(Mn 0,85%, Si 0,20%)<br />
93.. aços de tripla liga<br />
(Ni 3,25%, Cr 1,20%, Mo 0,12%)<br />
94.. aços de triplas liga<br />
(Ni 0,45%, Cr 0,40%, Mo 0,12%)<br />
97.. aços de tripla liga<br />
(Ni 0,55%, Cr 0,17%, Mo 0,20%)<br />
98.. aços de tripla liga<br />
(Ni 1,0%, Cr 0,80%, Mo 0,25%)<br />
Letras adicionais têm o seguinte significado:<br />
B .. aços obtidos pelo processo Bessemer<br />
C .. aços obtidos em forno Siemens Martin e forno elétrico de arco voltaico<br />
X .. análise fora da norma<br />
TS .. norma estabelecida para prova<br />
.B.. aços contendo, no mínimo, 0,0005% de boro<br />
LC.. aços com baixo teor de carbono C máximo de 0,03%C<br />
F .. aços de cavaco curto para tornos automáticos<br />
L .. indica presença de chumbo<br />
(0,15 a 0,35% Pb)<br />
Exemplos de leitura da Norma AISI:<br />
Exemplo 1: 2515<br />
Exemplo 2: 6150<br />
84<br />
0,15% de carbono<br />
5% níquel (aproximadamente)<br />
aço ao níquel<br />
0,50% de carbono<br />
1% cromo (aproximadamente)<br />
aço ao cromo-vanádio
Tabela 7 – Efeitos dos elementos de liga nos aços<br />
Elemento<br />
de liga<br />
Níquel<br />
(Ni)<br />
Manganês<br />
(Mn)<br />
Cromo<br />
(Cr)<br />
Molibdênio<br />
(Mo)<br />
Vanádio<br />
(V)<br />
Tungstênio<br />
(W)<br />
Cobalto<br />
(Co)<br />
Silício<br />
(Si)<br />
Influência na<br />
estrutura<br />
Refina o grão.<br />
Diminui a<br />
velocidade de<br />
transformação na<br />
estrutura do aço.<br />
Estabiliza os carbonetos.<br />
Ajuda a<br />
criar microestrutura<br />
dura por meio de<br />
têmpera. Diminui a<br />
velocidade de<br />
resfriamento.<br />
Forma carbonetos.<br />
Acelera o crescimento<br />
dos grãos.<br />
Influência na<br />
estabilização do<br />
carboneto.<br />
Inibe o crescimento<br />
dos grãos. Forma<br />
carbonetos.<br />
Forma carbonetos<br />
muito duros.<br />
Diminui a<br />
velocidade das<br />
transformações.<br />
Inibe o crescimento<br />
dos grãos.<br />
Influência nas<br />
propriedades<br />
Aumento da resistência<br />
à tração.<br />
Alta ductilidade.<br />
Aumento da resistência<br />
mecânica e<br />
temperarabilidade<br />
da peça.<br />
Resistência ao<br />
choque.<br />
Aumento da resistência<br />
à corrosão<br />
e à oxidação.<br />
Aumento da resistência<br />
a altas<br />
temperaturas.<br />
Alta dureza ao<br />
rubro. Aumento de<br />
resistência à tração<br />
Aumento de<br />
temperabilidade.<br />
Maior resistência<br />
mecânica. Maior<br />
tenacidade e<br />
temperabilidade.<br />
Resistência à<br />
fadiga e à abrasão.<br />
Aumento da<br />
dureza.<br />
Aumento da<br />
resistência a altas<br />
temperaturas.<br />
Aplicações Produtos<br />
Aço para construção<br />
mecânica. Aço<br />
inoxidável. Aço<br />
resistente a altas<br />
temperaturas.<br />
Aço para construção<br />
mecânica.<br />
Aços para construção<br />
mecânica.<br />
Aços-ferramenta.<br />
Aços inoxidáveis.<br />
Aços-ferramenta.<br />
Aços cromoníquel.<br />
Substituto<br />
do tungstênio em<br />
aços rápidos.<br />
Aços cromovanádio<br />
Aços rápidos.<br />
Aços-ferramenta.<br />
Forma carbonetos Aumento da dureza Aços rápidos.<br />
(fracamente). Resistência à Elemento de liga<br />
tração.<br />
em aços<br />
Resistência à<br />
corrosão e à erosão<br />
magnéticos.<br />
Auxilia na Aumento da resis- Aços com alto teor<br />
desoxidação. tência à oxidação de carbono.<br />
Auxilia na em temperaturas Aços para<br />
grafitização. elevadas. Melhora fundição em areia.<br />
Aumenta a fluidez. da temperabilidade<br />
e da resistência à<br />
tração.<br />
Peças para automóveis<br />
e utensílios<br />
domésticos.<br />
Caixas para tratamento<br />
térmico.<br />
Peças para automóveis<br />
e peças<br />
para uso geral em<br />
engenharia<br />
mecânica.<br />
Produtos para a<br />
indústria química,<br />
talheres, válvulas e<br />
peças para fornos.<br />
Ferramentas de<br />
corte.<br />
Ferramentas de<br />
corte<br />
Ferramentas de<br />
corte<br />
Ferramentas de<br />
corte<br />
Lâminas de turbina<br />
de motores a jato.<br />
Peças fundidas.<br />
85
Alumínio<br />
(Al)<br />
86<br />
Boro<br />
(B)<br />
Chumbo<br />
(Pb)<br />
Cobre<br />
(Cu)<br />
Nióbio<br />
(Nb)<br />
Auxilia na desoxidação<br />
do aço.<br />
Favorece a formação<br />
de nitretos<br />
para aumentar a<br />
dureza.<br />
Melhora a estrutura<br />
de têmpera.<br />
Não se liga ao<br />
ferro, mas espalhase<br />
uniformemente<br />
em partículas<br />
finíssimas.<br />
Aumenta a resistência<br />
à corrosão<br />
atmosférica.<br />
Tende a reter a<br />
austenita com<br />
carbono mais<br />
elevado.<br />
Retira os grãos.<br />
Aumenta a resistência<br />
do aço à<br />
calaminagem.<br />
Aumenta a<br />
resistência ao<br />
envelhecimento.<br />
Dificuldade de<br />
usinagem.<br />
Aumenta a penetração<br />
da têmpera<br />
e a resistência à<br />
fadiga.<br />
Aumenta a<br />
ductibilidade.<br />
Fonte: Materiais (Coleção Telecurso 2000).<br />
Aumenta o limite<br />
de escoamento e<br />
a resistência do<br />
aço. Diminui o<br />
alongamento.<br />
Aumenta a<br />
resistência e a<br />
tenacidade.<br />
Aços para construção<br />
mecânica.<br />
Aços para<br />
nitruração.<br />
Peças forjadas ou<br />
laminadas.<br />
Aços para<br />
usinagem<br />
Aços para<br />
construção naval<br />
Maior resistência<br />
em aços recozidos.<br />
Maior tenacidade<br />
em aços ferríticos<br />
perlíficos.<br />
Produtos<br />
resistentes à<br />
corrosão<br />
Forjados e<br />
usinados<br />
Produtos usinados<br />
Peças para fixação<br />
indústria ferroviária,<br />
gasômetros<br />
Peças que devem<br />
ser tratadas<br />
termicamente
Tabela 8 – Classificação ABNT dos aços-ligas<br />
Designação C % Mn % Si % Cr % Ni % Mo %<br />
1340<br />
4130<br />
4135<br />
4140<br />
4320<br />
4340<br />
5115<br />
5120<br />
5130<br />
5135<br />
5140<br />
5160<br />
E52100<br />
6150<br />
8615<br />
8620<br />
8630<br />
8640<br />
8645<br />
8650<br />
8660<br />
E9315<br />
0,38–0,43<br />
0,28–0,33<br />
0,33–0,38<br />
0,38–0,43<br />
0,17–0,22<br />
0,38–0,43<br />
0,13–0,18<br />
0,17–0,22<br />
0,28–0,33<br />
0,33–0,38<br />
0,38–0,43<br />
0,55–0,65<br />
0,95–1,00<br />
0,48–0,53<br />
0,13–0,18<br />
0,18–0,23<br />
0,28–0,33<br />
0,38–0,43<br />
0,43–0,48<br />
0,40–0,53<br />
0,55–0,65<br />
0,13–0,18<br />
1,60–1,90<br />
0,40–0,60<br />
0,70–0,90<br />
0,75–1,00<br />
0,45–0,65<br />
0,60–0,80<br />
0,70–0,90<br />
0,70–0,90<br />
0,70–0,90<br />
0,60–0,80<br />
0,70–0,90<br />
0,75–1,00<br />
0,25–0,45<br />
0,70–0,90<br />
0,70–0,90<br />
0,70–0,90<br />
0,70–0,90<br />
0,75–1,00<br />
0,75–1,00<br />
0,75–1,00<br />
0,75–1,00<br />
0,45–0,65<br />
O tipo 6150 tem 0,15 % de vanádio.<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
0,20–0,35<br />
0,20–0,35<br />
0,20–0,35<br />
0,20–0,35<br />
0,20–0,35<br />
0,20–0,35<br />
0,20–0,35<br />
0,20–0,35<br />
0,20–0,35<br />
0,20–0,35<br />
0,20–0,35<br />
0,20–0,35<br />
0,20–0,35<br />
0,20–0,35<br />
0,20–0,35<br />
0,20–0,35<br />
0,20–0,35<br />
0,20–0,35<br />
0,20–0,35<br />
0,20–0,35<br />
0,20–0,35<br />
0,20–0,35<br />
0,80–1,10<br />
0,80–1,10<br />
0,80–1,10<br />
0,40–0,60<br />
0,70–0,90<br />
0,70–0,90<br />
0,70–0,90<br />
0,80–1,10<br />
0,80–1,05<br />
0,70–0,90<br />
0,70–0,90<br />
1,30–1,60<br />
0,80–1,10<br />
0,40–0,60<br />
0,40–0,60<br />
0,40–0,60<br />
0,40–0,60<br />
0,40–0,60<br />
0,40–0,60<br />
0,40–0,60<br />
1,00–1,40<br />
–<br />
–<br />
–<br />
1,65–2,00<br />
1,65–2,00<br />
–<br />
–<br />
–<br />
–<br />
–<br />
–<br />
–<br />
–<br />
0,40–0,70<br />
0,40–0,70<br />
0,40–0,70<br />
0,40–0,70<br />
0,40–0,70<br />
0,40–0,70<br />
0,40–0,70<br />
3,00–3,50<br />
0,15–0,25<br />
0,15–0,25<br />
0,15–0,25<br />
0,20–0,30<br />
0,20–0,30<br />
–<br />
–<br />
–<br />
–<br />
–<br />
–<br />
–<br />
–<br />
0,15–0,25<br />
0,15–0,25<br />
0,15–0,25<br />
0,15–0,25<br />
0,15–0,25<br />
0,15–0,25<br />
0,15–0,25<br />
0,08–0,15<br />
A Tabela 9, a seguir, apresenta as classes de aços com suas respectivas<br />
composições segundo Normas SAE – AISI.<br />
87
Tabela 9 – Sistemas SAE e AISI de classificação dos aços<br />
88<br />
Designação<br />
SAE AISI<br />
10XX<br />
11XX<br />
13XX<br />
23XX<br />
25XX<br />
31XX<br />
33XX<br />
303XX<br />
40XX<br />
41XX<br />
43XX<br />
46XX<br />
47XX<br />
48XX<br />
50XX<br />
51XX<br />
501XX<br />
511XX<br />
521XX<br />
514XX<br />
515XX<br />
61XX<br />
86XX<br />
87XX<br />
92XX<br />
93XX<br />
98XX<br />
950<br />
XXBXX<br />
XXLXX<br />
C 10XX<br />
C 11XX<br />
13XX<br />
23XX<br />
25XX<br />
31XX<br />
E 33XX<br />
–<br />
40XX<br />
41XX<br />
43XX<br />
46XX<br />
47XX<br />
48XX<br />
50XX<br />
51XX<br />
–<br />
E511XX<br />
E521XX<br />
–<br />
–<br />
61XXX<br />
86XX<br />
87XX<br />
92XX<br />
93XX<br />
98XX<br />
–<br />
XXBXX<br />
CXXLXX<br />
Tipo de aço<br />
aços-carbono comuns<br />
aços de usinagem (ou corte) fácil, com alto S<br />
aços-manganês com 1,75% de Mn<br />
aços-níquel com 3,5% de Ni<br />
aços-níquel com 5,0% de Ni<br />
aços-níquel-cromo com 1,25% de Ni e 0,65% de Cr<br />
aços-níquel-cromo com 3,50% de Ni e 1,57% de Cr<br />
aços resistentes à corrosão e ao calor ao Ni-Cr<br />
aços-molibdênio com 0,25% de Mo<br />
aços-cromo-molibdênio com 0,50% ou 0,95% de Cr e 0,12%, 0,20%<br />
ou 0,25% de Mo<br />
aços-níquel-cromo-molibdênio, com 1,82% de Ni e 0,50 ou 0,80% de<br />
Cr e 0,25% de Mo<br />
aços-níquel-0molibdênio com 1,57% ou 1,82% de Ni e 0,20% ou<br />
0,25% de Mo<br />
aços-níquel-cromo-molibdênio c0m 1,05% de Ni, 0,45% de Cr e<br />
0,20% de Mo<br />
aços-níquel-molibdênio com 3,50% de Ni e 0,25% de Mo<br />
aços-romo com 0,27%, 0,40% ou 0,50% de Cr<br />
aços-cromo com 0,80% a 1,05% de Cr<br />
aços de baixo cromo para rolamentos com 0,50% de Cr<br />
aços de médio cromo para rolamentos com 1,02% de Cr<br />
aços de alto cromo para rolamentos com 1,45% de Cr<br />
aços resistentes à corrosão e a o calor ao Cr<br />
aços resistentes à corrosão e ao calor ao Cr<br />
aços-cromo-vanádio com 0,80% ou 0,95% de Cr e 0,10% ou 0,155<br />
de V (min)<br />
aços-níquel-cromo-molibdênio com 0,55% de Ni, 0,50% ou 0,65% de<br />
Cr e 0,20% de Mo<br />
aços-níquel-cromo-molibdênio com 0,55% de ni, 0,50% de Cr e<br />
0,25% de Mo.<br />
aços-silício-manganês com 0,65%, 0,82%, 0,85% ou 0,87% de<br />
Mn, 1,40 ou 2,00% de Si e 0%, 0,17%, 0,32% ou 0,65% de Cr<br />
aços-níquel-cromo-molibdênio com 3,25% de Ni, 1,20% de Cr e<br />
0,12% de Mo<br />
aços-níquel-cromo-molibdênio com 1,00% de ni, 0,80% de Cr e<br />
0,25% de Mo<br />
aços de baixo teor em liga e alta resistência<br />
aços-boro com 0,0005% de B min<br />
aços-chumbo com 0,15% – 0,35% de Pb<br />
Exemplo de utilização da tabela: Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico<br />
31XX % de carbono<br />
aços cromo-níquel
9.2 NORMALIZAÇÃO <strong>DOS</strong> <strong>AÇOS</strong> ATRAVÉS DA NORMA DIN 17006<br />
A norma DIN 17006 especifica três tipos de aço: aço sem ligas, aço com baixa liga<br />
(elementos de ligas ≤ 5%) e aço com alta liga (elementos de liga > 5%).<br />
9.3 DESIGNAÇÃO E NORMALIZAÇÃO <strong>DOS</strong> <strong>AÇOS</strong> SEM LIGAS<br />
9.3.1 Aços de baixa qualidade<br />
São tipos de aço de baixa pureza, sem ligas, que não podem ser tratados termicamente.<br />
São designados através das letras St (= aço) e da resistência mínima à<br />
ruptura.<br />
9.3.2 Aços ao carbono<br />
Têm melhor pureza, e podem ser tratados termicamente. São designados através da<br />
letra C (= carbono) e da porcentagem de carbono. Aços de 0,05–0,2% de carbono<br />
podem ser cementados; aços de 0,2–0,6% de carbono podem ser beneficiados.<br />
Normalização<br />
aços de baixa qualidade<br />
St 37<br />
St = aço (stahl, em alemão)<br />
37 = resistência mínima à ruptura = 37 x 10 N ou = 370 N ...<br />
mm 2 mm 2<br />
aços ao carbono<br />
C 10<br />
C = aço ao carbono<br />
9 = 0,1% do teor de carbono<br />
aço ao carbono de alta pureza<br />
CK 20<br />
CK = fósforo (P) + enxofre (S) ≤ 0,01%<br />
20 = 0,2% do teor de carbono<br />
aço ao carbono para beneficiamento<br />
C 45<br />
C = aço ao carbono<br />
9 = 0,45% C<br />
89
9.4 DESIGNAÇÃO E NORMALIZAÇÃO <strong>DOS</strong> <strong>AÇOS</strong> COM BAIXA LIGA<br />
São aços que possuem no máximo até 5% de teor de ligas.<br />
Para designar o teor dos elementos de liga, os números da norma devem ser<br />
divididos pelos fatores correspondentes ao elemento químico. Os fatores são<br />
apresentados na Tabela 6, a seguir.<br />
A norma compõe-se dos seguintes elementos:<br />
– não se coloca a letra C para o carbono;<br />
– as outras letras definem os elementos de liga;<br />
– os números divididos pelos fatores definem o teor dos elementos; são colocados<br />
na mesma seqüência, como as letras.<br />
Tabela 10 – Fatores para elementos de liga<br />
90<br />
Fator 4 Fator 10 Fator 100<br />
cobalto Co<br />
Cr<br />
Mn<br />
Ni<br />
Si<br />
tungstênio W<br />
alumínio Al<br />
Mo<br />
Ti<br />
vanádio V<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico<br />
Aços com baixa liga<br />
48 Cr Mo V 67<br />
16 Mn Cr 5<br />
48 = 0,48% C<br />
carbono C<br />
P<br />
S<br />
N<br />
Cr 6 = 6 = 1,5% Cr<br />
4<br />
Mo 7 = 7 = 0,7% Mo<br />
10<br />
V = baixo teor de V<br />
16 = 0,16% C<br />
Mn 5 = 5 = 1,25% Mn<br />
4<br />
Cr = baixo teor de Cr.
9.5 DESIGNAÇÃO E NORMALIZAÇÃO <strong>DOS</strong> <strong>AÇOS</strong> COM ALTA LIGA<br />
São aços com um teor de ligação acima de 5%. Para designá-los, coloca-se um "X"<br />
em frente do teor de carbono. Todos os elementos, exceto o carbono, têm o fator 1,<br />
quer dizer, os números apresentam o valor do teor real.<br />
Aços rápidos para ferramentas podem ser designados da seguinte forma:<br />
S 6 – 5 – 2 – 5<br />
Coloca-se "S" (= aço rápido) no início e os teores das ligas.<br />
O teor de carbono só pode ser determinado através da especificação do produtor.<br />
Aços com alta liga<br />
X 210 Cr 12<br />
X 5 Cr Ni Mo 18 13<br />
S 6 – 5 – 2 – 5<br />
X = aço com alta liga<br />
210 = 210 = 2,1% C<br />
100<br />
Cr 12 = 12% Cr<br />
X = aço com alta liga<br />
5 = 5 = 0,05% C<br />
100<br />
Cr 18 = 18% Cr<br />
Ni 13 = 13% Ni<br />
Mo = baixo teor<br />
S = aço rápido<br />
6 = 6% W<br />
5 = 5% Mo<br />
2 = 2% V<br />
5 = 5% Co<br />
91
S 12 – 1 – 4 – 5<br />
92<br />
S = aço rápido<br />
12 = 12% W<br />
1 = 1% Mo<br />
4 = 4% V<br />
5 = 5% Co<br />
9.6 DESIGNAÇÃO E NORMALIZAÇÃO DO FERRO FUNDIDO<br />
Compõe-se da letra "G" para o processo de fundição e a especificação do tipo de<br />
ferro fundido. Os exemplos a seguir especificam em geral.<br />
GG_20<br />
GGG_60<br />
GTW_40<br />
GTS_70<br />
GS 22 Mo 4<br />
GS-X 20 Cr 14<br />
GG = ferro fundido lamelar<br />
20 = resistência à tração 200 N ...<br />
mm 2<br />
GGG = ferro fundido globular<br />
60 = resistência à tração 600 N ...<br />
mm 2<br />
GTW = ferro fundido maleável branco<br />
40 = resistência à tração 400 N ...<br />
mm 2<br />
GTS = ferro fundido maleável escuro<br />
70 = resistência à tração 700 N ...<br />
mm 2<br />
GS = aço fundido com baixa liga<br />
21 = 0,22% carbono<br />
Mo 4 = 0,4% molibdênio...<br />
GS-X = aço fundido alta liga<br />
20 = 0,2% carbono<br />
Cr 14 = 14% cromo
9.7 NORMALIZAÇÃO COMPLETA ATRAVÉS DA DIN 17006<br />
A normalização compõe-se de três partes: obtenção, composição e tratamento<br />
posterior. A tabela 7 apresenta uma coleção não-completa.<br />
Tabela 11 – Alguns símbolos auxiliares na identificação dos aços<br />
Obtenção Composição Tratamento<br />
M – forno Siemens Martin<br />
E – forno elétrico<br />
Y – conversor L–D<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico<br />
AL<br />
C<br />
Co<br />
Cr<br />
Cu<br />
Fe<br />
Mg<br />
Mn<br />
Mo<br />
N<br />
Ni<br />
P<br />
Pb<br />
S<br />
Si<br />
V<br />
W<br />
A = revenido<br />
E = cementado<br />
G = recozido<br />
H = temperado<br />
V = beneficiado<br />
K = laminado e frio<br />
Exemplos:<br />
M St 37<br />
forno Siemens Martin aço comum de uma resistência de 370 N/mm 2<br />
E C 35 V 70<br />
forno elétrico aço ao carbono beneficiado até uma<br />
de 0,35% de C resistência de 700 N/mm 2<br />
M GS 20 K<br />
forno Siemens Martin 0,09%C laminado a frio<br />
0,2% Co Si<br />
93
10 NOÇÕES DE TEMPERATURA<br />
Os efeitos da variação de temperatura provocam alterações internas nos materiais,<br />
modificando suas propriedades. Por isso, é necessário rigoroso controle da<br />
temperatura durante o processo de tratamento térmico.<br />
10.1 CONCEITOS<br />
Para melhor entendimento, examinam-se os conceitos de temperatura e calor.<br />
Temperatura é a grandeza física que indica o estado de agitação das partículas de<br />
um corpo e seu nível térmico. A agitação das partículas aumenta à medida que o<br />
corpo vai ficando mais quente.<br />
Calor é a energia térmica que flui entre dois corpos ou sistemas que apresentam<br />
temperaturas diferentes.<br />
Viu-se que, para mexer na estrutura cristalina do aço, é preciso aquecê-lo sem,<br />
contudo, fundi-lo. Portanto, uma vez definida a temperatura de tratamento, liga-se o<br />
forno na oficina e verifica-se que o pirômetro, além de ligar o equipamento, mede as<br />
variações térmicas em seu interior.<br />
10.2 PIRÔMETRO<br />
Pirômetro é uma espécie de termômetro que mede temperaturas elevadas.<br />
Os pirômetros dividem-se em dois grupos: pirômetros termoelétricos – uma de suas<br />
pernas fica no interior do forno, em contato com o meio – e pirômetros óticos e de<br />
radiação – para medição à distância.<br />
95
A escala de pirômetros corresponde a um conjunto de valores numéricos, estando<br />
cada um deles associado a uma temperatura. Esse equipamento pode ter sua<br />
escala em graus Celsius ou em graus Fahrenheit. Usa-se a fórmula abaixo para<br />
passar de uma escala a outra:<br />
C = F – 32<br />
5 9<br />
10.2.1 Pirômetro termoelétrico<br />
Quando dois fios de metais ou ligas diferentes estão soldados entre si por uma de<br />
suas extremidades, surge a diferença de potencial entre as duas outras<br />
extremidades livres. Os fios assim soldados denominam-se par termoelétrico.<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 73 – Pirômetro termoelétrico<br />
Deve-se empregar, portanto, fios de metais ou ligas que proporcionam grande<br />
diferença de potencial, a fim de facilitar a medida de temperatura.<br />
A tabela a seguir mostra os pares termoelétricos mais usados em pirometria.<br />
Tabela 12 – Pares termoelétricos<br />
96<br />
Par termoelétrico Faixa de uso Composição química<br />
Pt – Pt Rh<br />
0 a 1.500°C platina – platina (90%) e ródio (10%)<br />
Fe – constantan 0 a 980ºC ferro – constantan (cobre e níquel)<br />
Cu – constantan 200 a 350°C cobre – constantan (cobre e níquel)<br />
Cromel – Alumel 200 a 1.300°C cromel (cromo e níquel)<br />
alumel (níquel, manganês, alumínio e silício)<br />
Fonte: Tratamento térmico (Coleção Telecurso 2000).
10.2.2 Pirômetro ótico e de radiação<br />
Muitas vezes, o operador de forno precisa verificar a temperatura do material no<br />
estado líquido (como, por exemplo, o ferro-gusa), antes ou após a corrida<br />
(vazamento).<br />
A medida da temperatura deve ser feita sem contato com o banho. Portanto, o<br />
pirômetro ótico é o instrumento mais indicado.<br />
A verificação da temperatura consiste em comparar o brilho do filamento<br />
incandescente de uma lâmpada com o brilho do aço aquecido acima de 700°C.<br />
A Figura 74 mostra, esquematicamente, o pirômetro ótico de desaparecimento do<br />
filamento. Para usá-lo, deve-se ajustar a ocular de modo que o filamento da lâmpada<br />
fique em foco. A seguir, focaliza-se o aço, ajustando a objetiva na temperatura que<br />
será determinada. Com auxílio do reostato, faz-se coincidir o brilho do filamento com<br />
o objeto enfocado e lê-se o valor da temperatura.<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico<br />
Figura 74 – Pirômetro ótico<br />
Os pirômetros óticos servem para medir temperaturas de 700 a 2.000°C. Abaixo de<br />
700°C tornam-se inúteis, pois a luz emitida pelo aço não é suficientemente visível<br />
para a medição.<br />
Os pirômetros de radiação medem a temperatura do corpo a partir da intensidade da<br />
radiação que emite. Diferem dos pirômetros óticos porque conseguem captar tanto a<br />
energia radiante visível quanto as radiações não-visíveis.<br />
97
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 75 – Pirômetro de radiação<br />
Durante o uso do pirômetro ótico ou de radiação deve-se considerar a possibilidade<br />
de erros devido a vários fatores que interferem na observação: a luz do ambiente, a<br />
casca de óxido que se forma no material ou a escória, no caso de material líquido.<br />
98
11 EQUIPAMENTOS PARA <strong>TRATAMENTO</strong>S <strong>TÉRMICO</strong>S<br />
Encontram-se equipamentos de tratamento térmico em laboratórios, oficinas e<br />
instalações industriais. Sua fonte de aquecimento provém do óleo, do gás ou da<br />
energia elétrica.<br />
11.1 ESTUFA<br />
Trata-se de um modelo com aquecimento elétrico, para temperaturas de até 300°C.<br />
A estufa tem aplicações no desenvolvimento de processos que exigem baixa<br />
temperatura como, por exemplo, no revenimento.<br />
Fonte: Tratamento térmico (Coleção Telecurso 2000).<br />
Figura 76 – Estufa<br />
11.2 FORNO<br />
Os fornos, de modo geral, são de fácil manipulação. Quando bem operados e<br />
assistidos com manutenção periódica, têm sua vida útil prolongada.<br />
99
11.2.1 Forno de câmara com circulação de ar<br />
Modelo com aquecimento elétrico, para temperaturas de até 1.300°C, usado em<br />
diversos tratamentos térmicos.<br />
Fonte: Tratamento térmico (Coleção Telecurso 2000.<br />
Figura 77 – Forno de câmara<br />
11.2.2 Forno de câmara com porta versátil<br />
Quando aberta, a porta serve de plataforma de trabalho. É prático e seguro.<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 78 – Forno de câmara<br />
Todos os modelos têm uma carcaça construída com chapas de aço-carbono, com<br />
espessura variada. O isolamento da carcaça pode ser feito com lã de rocha ou com<br />
material cerâmico refratário, assegurando que o forno preserve o calor com um<br />
mínimo de perda.<br />
Ao se abrirem as portas, os circuitos de resistência desligam-se automaticamente, o<br />
que permite efetuar, com segurança, operações de carga e descarga.<br />
As empresas prestadoras de serviço procuram servir-se de diferentes meios de<br />
trabalho para realizar o tratamento térmico, mas a produção e a satisfação do cliente<br />
são alcançadas de acordo com a disponibilidade econômica.<br />
100
Em oficinas ou indústrias são utilizados os modelos de fornos a seguir.<br />
11.2.3 Forno com atmosfera controlada, protetora e/ou ativa<br />
Este tipo de forno apresenta-se em três modelos: tipo de câmara, poço e contínuo.<br />
Funciona com gás inerte e/ou ativo.<br />
Fonte: Tratamento térmico (Coleção Telecurso 2000.<br />
Figura 79 – Fornos com atmosfera<br />
11.2.3.1 Forno de câmara – É automático e apresenta diversos acessórios em seu<br />
interior, o que permite que seu operador comande todo o tratamento por meio de um<br />
controlador instalado em um painel externo.<br />
Externamente, um carro de transferência carrega e descarrega o forno, e leva a<br />
carga para outro local. Desloca-se sobre trilhos, transversalmente, à frente da linha<br />
de fornos.<br />
É indicado para tratamento de cementação, cabonitretação e têmpera.<br />
11.2.3.2 Forno tipo poço – É usado para tratamento de peças volumosas ou<br />
engrenagens. Dispensa as instalações caras do forno de câmara. Para resfriar a<br />
carga, necessita de um tanque de resfriamento a parte.<br />
11.2.3.3 Forno de modelo contínuo – O material é acomodado em um transporte,<br />
que pode ser uma esteira. O transportador conduz a peça através do forno com<br />
velocidade predeterminada.<br />
No final do percurso, as peças são mergulhadas em óleo, para fazer a têmpera.<br />
Outra esteira retira as peças do óleo e as conduz a outro forno, onde são revenidas.<br />
11.2.4 Forno de banho de sal<br />
O forno de banho de sal tem grande aplicação no tratamento de cementação e<br />
têmpera dos aços. Requer aquecimento com resistências elétricas ou com<br />
queimador a gás ou óleo.<br />
101
Sua limitação está no diâmetro do cadinho, que pode variar de 220 a 700 mm. Ou<br />
seja: peças volumosas ou grandes não podem ser submetidas a tratamento em<br />
banho de sal.<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 80 – Forno de banho de sal<br />
No forno com aquecimento por eletrodos o aquecimento é realizado por meio de<br />
eletrodos de aço, imersos no banho. Um transformador acompanha o forno. A<br />
exaustão dos gases quentes emanados do banho é feita por uma concha situada na<br />
parte superior do forno.<br />
Esse tipo de forno é indicado para tratamento de aços rápidos.<br />
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 81 – Forno de eletrodos<br />
11.2.5 Forno de câmara a vácuo<br />
O vácuo é o melhor recurso para evitar oxidação, uma vez que há ausência de<br />
atmosfera. O modelo de câmara é o mais indicado para o tratamento térmico.<br />
Cria-se o vácuo, e um programa de computador comanda todo o tratamento. Tem<br />
ampla aplicação no tratamento de aços especiais.<br />
102
Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico.<br />
Figura 82 – Forno à vácuo<br />
11.2.6 Forno de câmara sem atmosfera protetora<br />
A indústria de fornos tem uma linha fora da produção em série que procura atender<br />
às necessidades específicas dos clientes.<br />
Peças de grandes dimensões requerem fornos com grandes câmaras, além de um<br />
sistema de transporte em trilho para carregar e descarregar o forno.<br />
103
104
12 ATMOSFERAS<br />
Dois problemas graves podem ocorrer durante o tratamento térmico dos aços devido<br />
às variações de temperatura e às atmosferas internas dos fornos: a queima –<br />
oxidação e formação de casca de óxido – e a descarbonetação – formação de<br />
camadas de baixa dureza na superfície do aço.<br />
As reações de oxidação mais comuns são:<br />
2 Fe + O2 = FeO 2 – causada pelo oxigênio<br />
FeO + CO = Fe + Co2 – originada pelo anidrido carbônico<br />
Fe + H2O = FeO + H2 – provocada pelo vapor de água<br />
As reações podem ser reversíveis:<br />
– por anidrido carbônico: se a mistura gasosa de CO e CO2 for rica em CO2, oxidará<br />
o ferro a temperaturas elevadas; se for rica em CO, reduzirá o ferro;<br />
– por vapor de água: se a mistura de H2 e vapor de água for rica em vapor, oxidará<br />
o ferro; se for rica em H, reduzirá o ferro.<br />
A descarbonetação é a oxidação do carbono, seja em temperaturas abaixo da zona<br />
crítica, com o carbono em forma de Fe3C (cementita) ou em temperaturas acima da<br />
zona crítica, com o carbono solubilizado na austenita.<br />
As reações descarbonetantes mais comuns são:<br />
2C + O2 = 2CO - causada pelo oxigênio<br />
C + CO2 = 2CO - anidrido carbônico<br />
C + 2H2 = CH4 - vapor de água.<br />
A oxidação e a descarbonetação podem ser evitadas com o uso de uma atmosfera<br />
protetora e controlada no interior do forno.<br />
105
12.1 FUNÇÕES E COMPOSIÇÃO DAS ATMOSFERAS<br />
As atmosferas previnem a formação de cascas de óxido, evitando também a limpeza<br />
posterior das peças. Eliminam a possibilidade de descarbonetação, obtendo-se<br />
superfícies com dureza uniforme e resistentes ao desgaste.<br />
As atmosferas mais comuns são obtidas com queima de carvão, óleo, gás ou<br />
amônia. Seus componentes são: oxigênio, nitrogênio, anidrido carbônico, hidrogênio<br />
e hidrocarbonetos.<br />
Cabe observar que o hidrogênio e o óxido de carbono atuam como redutores, mas,<br />
sob certas condições, podem provocar a descarbonetação. Os hidrocarbonetos e o<br />
CO podem carbonetar o aço.<br />
É necessário um estudo cuidadoso das quantidades corretas dos constituintes, bem<br />
como o conhecimento do ponto de orvalho dos gases produzidos nos diversos tipos<br />
de geradores.<br />
12.2 TIPOS DE ATMOSFERAS<br />
As atmosferas consistem dos seguintes tipos:<br />
– à base exotérmica: produzida por queima de uma mistura de gás e ar com ponto<br />
de orvalho regulado;<br />
– à base endotérmica: produzida por reação parcial de uma mistura de gás<br />
combustível e ar em câmara com substância catalisadora, aquecida externamente;<br />
– à base exotérmica-endotérmica: é uma combinação dos dois processos anteriores,<br />
porém com a combustão completa da mistura de gás e ar;<br />
– à base de carvão vegetal: o ar passa no meio da câmara de carvão incandescente;<br />
– à base de nitrogênio: obtido de uma base exotérmica, removendo o CO2 e o vapor<br />
de água;<br />
– à base de amônia: pode ser obtida com amônia crua, dissociada ou queimada a<br />
ponto de orvalho regulado.<br />
106
Tabela 13 – Aplicações mais comuns das principais atmosferas controladas<br />
exotérmica pobre<br />
exotérmica rica<br />
Tipos Aplicações<br />
nitrogênio preparado pobre<br />
nitrogênio preparado rico<br />
endotérmica pobre<br />
endotérmica rica<br />
a carvão de madeira<br />
exotérmica-endotérmica pobre<br />
exotérmica-endotérmica rica<br />
amônia dissociada<br />
amônia queimada pobre<br />
amônia queimada rica<br />
revestimento de óxido de aço<br />
recozimento brilhante, brasagem de cobre e sinterização<br />
aquecimento neutro<br />
recozimento e brasagem de aços inoxidáveis<br />
têmpera<br />
cementação a gás<br />
cementação a gás<br />
têmpera<br />
cementação a gás<br />
brasagem, sinterização<br />
aquecimento neutro<br />
sinterização de pós de aço inoxidável<br />
107
108
13 PRINCIPAIS ENSAIOS E CONTROLES NA PRODUÇÃO DE <strong>AÇOS</strong><br />
Tabela 14 – Ensaios mecânicos<br />
Ensaio Objetivo Vantagens Limitações<br />
análise<br />
química<br />
ultra-sons<br />
dureza<br />
centelha<br />
líquidos<br />
penetrantes<br />
raios X<br />
Determinar a<br />
composição química<br />
Inspecionar quanto a<br />
defeitos internos<br />
Controlar as<br />
propriedades mecânicas<br />
Evitar mistura de aços<br />
Inspecionar quanto a<br />
defeitos superficiais<br />
Inspecionar quanto a<br />
defeitos internos<br />
Garantia total contra a<br />
mistura e garantia do<br />
atendimento de<br />
especificações.<br />
Ensaio não-destrutivo,<br />
sem radiação, que<br />
permite inspecionar<br />
desde seções pequenas<br />
até forjados de grandes<br />
dimensões.<br />
Em geral, pode ser nãodestrutivo.<br />
É mais barato<br />
e rápido que ensaios<br />
completos. Excelente<br />
teste para o controle<br />
sistemático de lotes de<br />
peças.<br />
Rapidez e facilidade de<br />
execução. Confiabilidade<br />
bastante boa.<br />
Ensaio não-destrutivo,<br />
sem limitações no<br />
tamanho ou material da<br />
peça. Detecta defeitos<br />
bem pequenos.<br />
Ensaio não-destrutivo<br />
com alta sensibilidade<br />
para descontinuidades<br />
internas.<br />
Requer a retirada de<br />
amostra.<br />
Somente para defeitos<br />
internos. Requer prática<br />
na interpretação das<br />
indicações do defeito.<br />
Sensível à estrutura do<br />
metal.<br />
Apenas a dureza é<br />
medida.<br />
A resistência à tração<br />
deve ser estimada a<br />
partir da dureza.<br />
Pode ser destrutivo.<br />
Depende da prática do<br />
operador. Deve ser<br />
empregado em conjunto<br />
com outros testes para<br />
garantir 100% de<br />
separações de aços.<br />
Requer superfície usinada<br />
e extremamente limpa.<br />
Exige desmontagem se a<br />
peça estiver em serviço.<br />
Custo elevado. Risco de<br />
radiação. Limitação<br />
quanto ao tamanho da<br />
peça.<br />
109
partículas<br />
magnéticas<br />
correntes<br />
parasitas<br />
ensaios<br />
mecânicos<br />
110<br />
Inspecionar quanto a<br />
defeitos superficiais e<br />
subsuperficiais<br />
Identificar condições e<br />
propriedades como:<br />
propriedades magnéticas,<br />
tamanho de grão,<br />
tratamento térmico.<br />
Detectar falhas como<br />
dobras, inclusões etc.<br />
Caracterizar as<br />
propriedades mecânicas,<br />
resistência, ductilidade,<br />
tenacidade, resistência à<br />
fadiga, resistência à<br />
propriedades de trincas<br />
etc.<br />
Indicação direta sobre a<br />
peça. Não há limitação<br />
quanto ao tamanho e<br />
forma da peça.<br />
Teste extremamente<br />
versátil, com possibilidade<br />
de controlar diversas<br />
características do<br />
material.<br />
Garantia do atendimento<br />
aos valores exigidos ao<br />
projeto em testes<br />
destrutivos, similares às<br />
condições de emprego.<br />
Fonte: COSTA E SILVA, André Luís da; MEI, Paulo Roberto. Tecnologia dos aços.<br />
Aplicável apenas a materiais<br />
ferromagnéticos.<br />
A limpeza pode ser trabalhosa<br />
após a inspeção, e a<br />
interpretação pode ser<br />
difícil.<br />
A própria versatilidade<br />
pode confundir as<br />
indicações.<br />
Necessidade de<br />
equipamento e<br />
padronizações.<br />
Ensaio destrutivo.<br />
Requer, em geral,<br />
forjamento de metal<br />
adicional por retirada dos<br />
CPs.<br />
Custo médio a elevado,<br />
dependendo dos ensaios<br />
selecionados.
14 <strong>TRATAMENTO</strong> DE RESÍDUOS DE SAIS E EFLUENTES LÍQUI<strong>DOS</strong><br />
14.1 RESÍDUOS DE SAIS<br />
A norma brasileira NBR 10004, da ABNT, classifica os sais de têmpera como<br />
resíduos de classe 1, que são perigosos. Não podem, portanto, ser jogados no solo<br />
ou na água. Além disso, requerem tratamento especial.<br />
Se não se dispuser de uma unidade de tratamento de neutralização dos sais<br />
usados, é necessário que eles sejam armazenados temporariamente.<br />
Os sais e seus resíduos devem ser estocados em tambores fechados e em boas<br />
condições, nos quais deve constar a identificação do conteúdo e de sua<br />
procedência.<br />
Os resíduos sólidos e secos, provenientes dos diversos sais, devem ser<br />
acondicionados separadamente, conforme o grupo a que pertencem. Por exemplo:<br />
grupo I – cianetos, bário etc., ou grupo II – nitritos, nitratos, soda cáustica na forma<br />
de grânulos ou pedaços, com dimensão de até 10 cm. Devem estar livres de<br />
arames, peças metálicas e qualquer outro tipo de material. A separação dos<br />
resíduos vai facilitar um futuro tratamento e proporcionar segurança durante o<br />
armazenamento.<br />
Recomenda-se o acondicionamento em tambores de aço, secos, com capacidade de<br />
200 litros. A carga precisa ser ensacada em plástico e colocada no tambor. Este<br />
deve ser tampado e cintado, e conter dispositivos de segurança para evitar abertura<br />
acidental. As tampas não devem ser soldadas ao tambor.<br />
A identificação deve ser feita na parte externa do tambor, com letras de 2,5 cm de<br />
altura, escritas com tinta a óleo. Na identificação deve ficar claro se os resíduos são<br />
do grupo I ou II, o nome da empresa e o peso líquido. Os tambores devem ser<br />
pintados de vermelho, com inscrições em cor branca para resíduos do grupo I, e de<br />
amarelo, com inscrições em cor preta para resíduos do grupo II.<br />
111
A área de armazenamento precisa ser coberta e bem ventilada; seu piso deve ter<br />
uma base de concreto ou outro material que impeça a infiltração das substâncias no<br />
solo. Há necessidade, ainda, de um sistema de drenagem e de captação de líquidos<br />
para um tanque.<br />
14.2 EFLUENTES LÍQUI<strong>DOS</strong><br />
Os efluentes líquidos provenientes dos processos de tratamento térmico e/ou<br />
termoquímico de metais passam pela Estação de Tratamento de Efluentes – ETE.<br />
Depois, são descartados.<br />
Normalmente, são classificados em dois tipos: efluentes líquidos ácidos e efluentes<br />
líquidos alcalinos. Os primeiros provêm de operações de decapagem e de lavagem<br />
posterior das peças. Os decapantes usuais são feitos à base de ácido clorídrico,<br />
contendo inibidores. Os efluentes líquidos alcalinos provêm de tanques de<br />
desengraxe, de tanques de lavagem de peças tratadas em banho de sal e de<br />
máquinas de lavagem.<br />
Os efluentes líquidos ácidos e básicos são coletados e remitidos à ETE,<br />
separadamente. Essa medida é necessária para evitar a reação dos ácidos entre si<br />
formando produtos gasosos tóxicos como, por exemplo, o gás cianídrico.<br />
O processo de tratamento inicia-se com a oxidação dos cianetos contidos nos<br />
efluentes. Uma vez eliminado o cianeto, o efluente alcalino é neutralizado pelo<br />
efluente ácido até um pH que pode variar de 8 a 9. Nesta etapa ocorre precipitação<br />
de íons de ferro, provenientes das peças metálicas submetidas a operações de<br />
decapagem.<br />
O bário é precipitado na forma de sulfato ao receber pequenas quantidades de ácido<br />
sulfúrico ou sulfato de sódio.<br />
Após a adição de um floculante, que tem a função de aglomerar melhor os flocos da<br />
lama formada, a suspensão é transferida para um tanque de adensador de lodo e,<br />
em seguida, o lado aglomerado passa por um filtro-prensa.<br />
A água filtrada é analisada e descartada, de acordo com a legislação pertinente. A<br />
lama, ou lodo é acondicionado em tambores.<br />
112
CONSIDERAÇÕES FINAIS<br />
São complexos e abrangentes os assuntos que envolvem a metalurgia e os<br />
tratamentos térmicos dos materiais e, não diferente, os equipamentos necessários<br />
para a realização do trabalho na área metalúrgica.<br />
O SENAI, ao longo de sua existência, vem atualizando seu material didático,<br />
equipamentos e profissionais para atender às necessidades do mercado, integrando<br />
a escola e a indústria para o crescimento das pessoas e do País.<br />
Espera-se que o estudo dos conteúdos deste fascículo tenha contribuído para a<br />
qualificação técnica e realização profissional das pessoas e que atenda aos anseios<br />
da indústria, minimizando as lacunas profissionais neste setor do mercado.<br />
Registra-se o agradecimento a todos os que, de alguma forma, colaboraram para a<br />
execução deste trabalho, em especial a seu mentor, Sr. Mauri da Silva Teixeira, “in<br />
memoriam”.<br />
113
114
REFERÊNCIAS<br />
CARLI, Edmond M. Materiais: Tecnologia da fabricação mecânica. Rio de Janeiro:<br />
SENAI-RJ, 1973.<br />
CEZAR, Cleomar Guaragni; SANTOS, José Antonio dos; OLIVEIRA, Luis Carlos.<br />
Prevenção de Acidentes para Componentes de CIPA. 3.ed. Porto Alegre: SENAI-RS,<br />
2002.<br />
CHIAVERINI, Vicente. Tecnologia mecânica: Processos de fabricação e tratamento.<br />
2. ed. São Paulo: McGraw-Hill, 1986, v. II.<br />
______. Aços e ferros fundidos. 5. ed. São Paulo: Associação Brasileira dos Metais,<br />
1982.<br />
COSTA E SILVA, André Luís da; MEI, Paulo Roberto. Tecnologia dos aços. Campinas:<br />
UNICAMP, 1981.<br />
COUTINHO, Carlos Bottrel. Materiais metálicos para Engenharia. Belo Horizontente:<br />
Fundação Cristiano Ottoni, 1992.<br />
MATERIAIS. São Paulo: Globo, 1995. (Coleção Telecurso 2000; Curso<br />
profissionalizante – Mecânica).<br />
PROVENZA, Francesco. Materiais para construção mecânica. São Paulo: PROTEC,<br />
1994.<br />
SENAI-MG. Prevenção de Acidentes para Componentes de CIPA. 2.ed. Belo<br />
Horizonte, 1991.<br />
SENAI-SP. Tratamento térmico: Supervisor de 1ª Linha. São Paulo, s.d.<br />
<strong>TRATAMENTO</strong> térmico. São Paulo: Globo, 1996. (Coleção Telecurso 2000; Curso<br />
profissionalizante – Mecânica).<br />
115
116
GLOSSÁRIO<br />
ABNT<br />
Abrasão<br />
Aços<br />
efervescentes<br />
AISI<br />
Alongamento<br />
Alotropia<br />
ASM<br />
Austenita<br />
Beneficiamento<br />
Calaminagem<br />
Caldeamento<br />
Cementação<br />
Cementita<br />
Cianetação<br />
Cisalhamento<br />
Coalescimento<br />
Compressão<br />
Associação Brasileira de Normas Técnicas<br />
Desgaste por ação mecânica de substâncias rugosas e duras capazes de<br />
arrancar, por fricção, partículas de outros corpos.<br />
Aços que não foram desoxidados com a adição de Si.<br />
American Iron and Steel Institute<br />
Aumento de comprimento em conseqüência da tração.<br />
Fenômeno químico que traduz a possibilidade de alguns elementos<br />
químicos cristalizarem em mais de um sistema e terem, por isso,<br />
diferentes propriedades físicas.<br />
American Society for Metals<br />
Solução sólida de C em Fe ϒ.<br />
Tratamento térmico composto de têmpera e revenimento.<br />
Ação de recobrir-se de óxido de ferro.<br />
Processo usado para unir duas peças metálicas a quente, comprimindo as<br />
superfícies a unir, uma contra a outra, com auxílio de prensa ou de<br />
martelamento enérgico. A temperatura deve ser alta sem, contudo, atingir<br />
o início da fusão de qualquer das partes.<br />
Tratamento termoquímico que visa introduzir carbono na superfície do aço<br />
para torná-lo mais duro.<br />
Carbono combinado Fe3 C que entra nas ligas de Fe.<br />
Tratamento termoquímico que tende a introduzir carbono e nitrogênio na<br />
superfície do aço com o fim de aumentar-lhe a dureza.<br />
Solicitação simples que tende a cortar um corpo.<br />
Quando a temperatura de revenimento se aproxima muito da zona crítica<br />
e permanente muitas horas em sua vizinhança, as pequenas partículas de<br />
cementita se agrupam em partículas maiores, formando glóbulos<br />
facilmente visíveis ao microscópio. Diz-se, então, que a cementita está<br />
coalescida ou esferoidizada.<br />
Solicitação simples que tende a achatar (encurtar um corpo).<br />
117
Coquilha<br />
Corrosão<br />
Deformação<br />
elástica<br />
Deformação<br />
plástica ou<br />
permanente<br />
DIN<br />
Dureza<br />
Ductilidade<br />
Elasticidade<br />
Eletroerosão<br />
Escoamento<br />
Estampagem<br />
Eutético<br />
Extrusão<br />
Fadiga<br />
Ferrita<br />
Ferro ∝<br />
Ferro ϒ<br />
Ferro δ<br />
Ferro eletrolítico<br />
Flexão<br />
Fluência<br />
Forjabilidade<br />
Fragilidade<br />
Fundição<br />
Fusibilidade<br />
Grafita<br />
118<br />
Molde metálico<br />
Destruição por ação química<br />
É a deformação que desaparece com o cessar da força solicitante. Pela lei<br />
de Hooke, é proporcional à solicitação.<br />
É a deformação que permanece também depois de ter cessado a atuação<br />
da força solicitante.<br />
Deutsche Industrie Normung<br />
Resistência ao desgaste, à penetração, à riscagem. Para os metais é<br />
muito usada a dureza Brinell: HB (Brinell hardness)<br />
Capacidade de sofrer deformações plásticas.<br />
Capacidade de deformações temporárias, proporcionais aos esforços<br />
aplicados.<br />
Destruição por ação de faíscas elétricas.<br />
Deformação plástica sem ulterior acréscimo de força, de materiais já<br />
carregados.<br />
Conformação de produto de chapa, por meio de prensagem.<br />
Liga de menor ponto de fusão.<br />
Conformação de produto por expulsão (compressão) de material através<br />
de frestas.<br />
Diminuição gradual da resistência de um material por efeito de solicitações<br />
repetidas.<br />
Solução sólida de C em Fe∝<br />
Formas alotrópicas do ferro<br />
Ferro obtido por deposição catódica do ferro existente em certos<br />
eletrólitos.<br />
Solicitação simples que tende a curvar um corpo.<br />
Deformação lenta que ocorre em metal que fica sob carga constante por<br />
longo tempo.<br />
Propriedade de se deixar conformar a quente, no estado pastoso, por<br />
meio de prensagem ou martelamento.<br />
Incapacidade de resistir a choques.<br />
Conformação de produto por solidificação em moldes de material<br />
previamente derretido.<br />
Que funde facilmente.<br />
Carbono puro C que entra nas ligas de Fe.
Gusa<br />
Laminação<br />
Lederburita<br />
Liga<br />
Maleabilidade<br />
Martensita<br />
Metalização<br />
Nitretação<br />
Normalização<br />
Perlita<br />
Plasticidade<br />
Recozimento<br />
Refino<br />
Repuxo<br />
Resiliência<br />
Resistência<br />
Revenimento<br />
SAE<br />
Salmoura<br />
Sinterização<br />
Soldabilidade<br />
Solução sólida<br />
Sorbita<br />
Têmpera<br />
Temperabilidade<br />
Ferro fundido bruto (de primeira fusão) escoado diretamente do alto forno.<br />
Conformação de produto por passagem de material quente entre cilindros.<br />
Solução sólida de Fe3 C (cementita) em Feϒ<br />
Mistura sólida de dois ou mais metais produzida por fusão.<br />
Capacidade de sofrer deformações plásticas em compressão, sem se<br />
romper. Capacidade de se deixar transformar em lâminas.<br />
Textura do aço, com aspecto aciculado (agulhado). Obtém-se com<br />
têmpera com resfriamento rapidíssimo.<br />
Recobrimento com camada de outro metal depositado por meio de jato.<br />
Tratamento termoquímico que visa introduzir nitrogênio na superfície do<br />
aço para torná-lo mais duro.<br />
Recozimento com esfriamento ao ar. Visa uniformizar e refinar a<br />
granulação grosseira das peças fundidas, laminadas ou forjadas.<br />
Solução sólida Fe3 C (cementita) em Fe∝<br />
Propriedade de se deixar deformar ou moldar.<br />
Tratamento térmico que consiste em aquecer o material a temperatura<br />
superior à zona crítica e deixá-lo esfriar lentamente no próprio forno, com<br />
o intuito de eliminar as tensões internas e o efeito de têmpera.<br />
Série de operações físico-químicas para obter certas qualidades próprias<br />
para o uso.<br />
Operação de conformação de corpos cava a partir de chapa plana.<br />
Capacidade de suportar cargas dinâmicas (choques).<br />
Capacidade de suportar cargas estáticas (forças aplicadas lenta e<br />
gradualmente).<br />
Tratamento térmico que consiste em aquecer o material temperado a<br />
temperatura inferior à zona crítica e deixá-lo esfriar lentamente, com o<br />
intuito de atenuar no efeito de têmpera.<br />
Society of Automotive Engineers<br />
Solução de água e sal.<br />
Conformação de produto por agregação de pó metálico convenientemente<br />
comprimido e aquecido à temperatura elevada.<br />
Capacidade de se deixar soldar.<br />
Liga homogênea de duas ou mais substâncias que em certas proporções<br />
se misturam completamente no estado sólido.<br />
Textura do aço com os cristaizinhos de cementita (Fe3 C) uniformemente<br />
distribuídos. Obtém-se aquecendo e resfriando a martensita.<br />
Tratamento térmico que consiste no aquecimento do material à<br />
temperatura superior à zona crítica, seguido por resfriamento rápido, com<br />
o intuito de aumentar-lhe a dureza e a tenacidade.<br />
É a propriedade dos aços e de outras ligas ferrosas, que determinam a<br />
profundidade e a distribuição da dureza produzida pela têmpera. É a<br />
capacidade de se deixar temperar.<br />
119
Tenacidade<br />
Tensão<br />
Teor<br />
Torção<br />
Tração<br />
Trefilação<br />
Usinabilidade<br />
Usinagem<br />
Zona crítica<br />
120<br />
Resistência a esforços mecânicos de deformação lenta (tração,<br />
compressão, torção, flexão...)<br />
Força por unidade de superfície. Quociente da intensidade de uma força<br />
pela área da superfície sobre a qual ela atua.<br />
Porcentagem, proporção de uma certa substância.<br />
Solicitação simples que tende a torcer um corpo, isto é, que tende a<br />
deslocar circularmente as camadas vizinhas umas em relação às outras.<br />
Solicitação simples que tende a alongar um corpo.<br />
Conformação de produto por passagem forçada (tração) de material frio<br />
através de fieiras de aço especial ou carboneto de tungstênio sinterizado.<br />
Durante esse processo, o material torna-se mais duro, mais resistente e<br />
menos ductil.<br />
Capacidade de se deixar "trabalhar" em máquinas operatrizes (torno,<br />
fresadora, plaina...)<br />
Conformação de produto por meio de arranque de cavacos em máquinas<br />
operatrizes (torno, plaina, fresadora...)<br />
Vide diagrama ferro-carbono – capítulo 5.<br />
Fonte: PROVENZA, Francesco. Materiais para construção mecânica.