Recozimento de ligas ferrosas Processo em que o material é exposto a uma fonte de calor, geralmente a altas temperaturas por um longo período e então é resfriado lentamente até a temperatura ambi ambien ente te.. O reco recozi zime ment nto o é empr empreg egad ado o para para modi modififica carr algu alguma mass prop propri ried edad ades es mecânicas do aço, como aliviar tenses internas, aumentar a tenacidade, ductilidade e rigidez de um material, produzir uma microestrutura específica. !ntes de discutir os processos de recozimento aplicados ao aço, serão apresentados alguns detal"es sobre a fronteira entre as fases nas proximidades do ponto eutet#ide do aço.
Figura 1 - Diagrama de fases Ferro-Fe3C nas vizinhanças do ponto eutetóide, indicando faixas de temperatura de tratamentos trmicos!
! lin"a "orizontal na $igura % identificada por "1 é con"ec con"ecida ida como como temperatura cr#tica inferior , abaixo da qual somente existirão as fases ferrita e austenita quando respeitadas as condiçes de equilíbrio. !s fronteiras entre as fases indicadas por "3 e "cm representam as lin"as que compe a temperatura cr#tica superior . &embre'se que esta configuração do diagrama de fases $e'$e () considera a não exist*ncia de outros elementos de liga que não o ferro ou o carbono. O !créscimo de outros eleme elemento ntos, s, como como )r, )r, +g, +g, +o, entre entre outro outross afetam afetam fortem fortemen ente te a posiç posição ão desta destass fronteiras. $ormalizaç%o !ços deformados deformados plasticamente mediante as operaçes de laminação ou trefilação, por exemplo, são compostos por grãos de perlita e muito provavelmente por uma fase proeutet#ide com formatos irregulares e relativamente grandes. tiliza'se o tratamento de Normalização para refinar os grãos, uma vez que aços perlíticos com grãos finos são mais tenazes do que aços perlíticos com grãos grosseiros.
! normalização é realizada de -- a -/) acima da temperatura crítica superior, que depende da composição. !p#s ter transcorrido tempo suficiente para que a liga se0a transformada completamente em austenita 1procedimento con"ecido como austenização2 o tratamento é encerrado com o resfriamento contínuo ao ar. Recozimento &leno 3ste tratamento térmico é utilizado com frequ*ncia em aços com baixos e médios teor de carbono 1de 4 até 4,5-6p )2 que serão submetidos 7 usinagem ou a deformaçes pl8sticas extensas durante uma operação de conformação. 9este tratamento, a liga é austenizada por meio de um aquecimento entre %- a 54/) acima das lin"as "1 ou "3, como indicado na $igura %. !p#s atingir o equilíbrio, a liga é resfriada dentro do pr#prio forno de tratamento térmico que é desligado. 3ste procedimento provoca um resfriamento muito lento da liga, produzindo uma perlita grosseira 1assim como eventualmente uma fase proeutet#ide2 relativamente mole e d:ctil. Recozimento 'u(cr#tico !ços com teores médios e altos de carbono 1acima de 4,5-6p )2 com estrutura perlítica grosseira uniforme podem ainda se apresentarem excessivamente duros para deformaçes pl8sticas. 3stes aços, assim como qualquer aço, podem ser recozidos para o desenvolvimento da cementita globulizada, que é mole e apresenta um m8ximo de ductilidade, o que torna este aço facilmente usinado ou deformado plasticamente. O recozimento cr#tico consiste em um aquecimento imediatamente abaixo da temperatura eutet#ide 1lin"a "12 da $igura %, por volta de ;44/). )), monof8sica2 se transforme em martensita revenida 1fase ? @ $e()2 através da difusão atAmica. Buanto maior a temperatura, maior o favorecimento 7 difusão atAmica, produzindo maiores grãos de )ementita, o que diminui a 8rea de contato entre as fases ferrita e cementita, consequentemente produzindo uma liga mais fraca e menos tenaz, como no gr8fico da $igura =.
Figura + - Dureza em funç%o do tempo de revenido para um aço car(ono 1!
9ote que durante um tratamento de t*mpera é impossível resfriar a amostra de forma constante e uniforme ao longo de sua extensão, pois a superfície da amostra ir8 se resfriar antes do que o interior da mesma. Cesta forma a austenita ir8 se transformar de forma diferente ao longo do interior da peça, afetando as propriedades mecânicas sobre a lin"a e corte da amostra. O sucesso de um tratamento térmico para a produção de uma estrutura predominantemente martensítica depende dos seguintes fatoresD %. )omposição da ligaE =. Co tipo e natureza do meio de resfriamentoE (. >aman"o e forma da amostra. )ada um destes fatores ser8 detal"ado e discutido na sequ*ncia. .ndureci(ilidade ! endureci(ilidade mede qualitativamente o quanto a dureza de um dado aço cai na medida em que nos afastamos da superfície do mesmo. ma liga que apresenta uma alta endurecibilidade é uma liga que endurece 1ou forma martensita2 não apenas na superfície da mesma, apresentando também elevado grau de martensita no seu interior. ! composição da liga afeta fortemente a endurecibilidade.
O teste Jominy da extremidade temperada )onsiste em um procedimento padrão para se determinar a endurecibilidade. 9este ensaio, com exceção da composição da liga, todos os demais fatores de influ*ncia que
afetam a profundidade até a qual martensita se forma em uma dada liga ferrosa são eliminados. Para isto são padronizados o taman"o e forma da amostra, assim como o método de tempera. Para o ensaio é confeccionado um corpo de provas de %F de diâmetro por 5F de comprimento. 3ste corpo de provas é austenitizado e ap#s isto montado rapidamente em um con0unto de forma que a extremidade inferior do corpo de prova é resfriada rapidamente por um 0ato de 8gua com uma vazão e temperatura controladas. !p#s a peça ter resfriado a temperatura ambiente é cortado um c"anfro ac"atado com 4,5mm de profundidade ao longo do corpo de prova, sobre o qual é realizado um teste de dureza GocHIell ) nos primeiros -%,=mm do corpo de prova. 9os primeiros %=,mm as medidas são col"idas em intervalos de %,Jmm, e para os demais (,5mm as mediçes são tomadas em intervalos de (,=mm. Cesta forma é possível plotar uma curva da dureza em função da posição no corpo de prova. ! $igura ( ilustra as etapas do ensaio.
Figura 3 - Diagrama es/uem0tico de um ensaio omin2 da extremidade temperada, com a4 ilustrando o processo de tempera e em (4 o processo de mediç%o da dureza!
Curva de endurecibilidade ma curva típica de endurecibilidade est8 ilustrada na $igura 5. Observe que a extremidade que resfria mais rapidamente apresenta uma maior dureza. ! taxa de resfriamento diminui em função do aumento da distância da extremidade resfriada, e consequentemente a dureza se reduz também, pois com a taxa de resfriamento baixa, a região do corpo de prova reduzir8 a temperatura de forma lenta, deixando mais tempo para a realização da difusão atAmica, o que permite a formação de uma maior parcela de perlita 1que é mais mole2 misturada que pode estar misturada 7 bainita e martensita.
)ada liga de aço apresenta sua pr#pria e exclusiva curva de endurecibilidade. 9a $igura 5 estão as curvas de endurecibilidade de - tipos diferentes de aço, todos com 4,56p ), mas com alguns elementos extras de acordo com a tabela abaixoD
)a(ela 1 - Composiç%o das ligas de aço utilizadas na curva de endureci(ilidade!
"ço
Composiç%o em 5p4 aproximadamente
%454 4,5 ) 5(54 4,5 )E %,- 9iE 4, )r e 4,=+o 5%54 4,5 )E % )r e 4,= +o J54 4,5 )E 4,-- 9iE 4,- )rE 4,= +o -%54 4,5 ) e 4,- )r ! disparidade entre o comportamento das ligas na tempera se deve ao fato da presença dos elementos )romo, 9íquel e +olibid*nio que retardam a transformação da austenita em perlita ou bainita, permitindo que mais martensita se forme a uma taxa de resfriamento específica. K possível ainda estabelecer uma relação entre a posição ao longo do corpo de prova LominM com a transformação do material, conforme a $igura J, onde é mostrado o resfriamento contínuo de um aço eutet#ide.
Figura 6 - Curva de endureci(ilidade de cinco ligas diferentes de aço, cada uma contendo ,65p C!
!cima de qualquer coisa, a curva de endurecibilidade de um aço est8 intimamente relacionada com a quantidade de carbono presente nesta liga. Por exemplo, utilizando
uma liga da série Jxx que apresenta quantidades de )romo, 9íquel e +olibd*nio na >abela % foi variada a quantidade de carbono e analisada a dureza atingida no ensaio de LominM. Os resultados estão na $igura -.
Figura 7 - Curvas de endureci(ilidade para 6 ligas da srie 8!
Figura 8- Correlaç%o entre a posiç%o e o tipo de transformaç%o sofrida pela austenita!
Curante a produção industrial existe uma variação inevit8vel na composição e no taman"o de grão de uma batelada para outra de aço. Nsto produz uma certa variação nas curvas de endurecibilidade do aço. Cesta forma, normalmente é possível visualizar nos cat8logos deste material uma curva de endurecibilidade com uma banda informando os valores m8ximos e mínimos que podem ser obtidos pelos aços de mesma concentração.
Figura 9 - :anda de valores poss#veis de dureza para um aço 86!
;nflu*ncia do meio de resfriamento, do tamanho e da geometria da amostra! ! taxa de resfriamento de uma amostra depende da quantidade de energia térmica que se consegue extrair desta amostra, o que depende do meio de resfriamento, bem como do taman"o e da geometria da amostra. ! severidade da t*mperaF é um termo relacionado com a velocidade do resfriamento do material que est8 sofrendo a t*mpera. Buanto mais r8pido for o resfriamento, mais severa ser8 a tempera. Cos tr*s meios mais comuns utilizados na t*mpera, a 8gua é a que apresenta maior severidade, seguida do #leo e por fim do ar. O grau de agitação do meio de resfriamento também influi na velocidade da dissipação do calor do material que est8 passando pela t*mpera. Para aços com maiores concentraçes de carbono recomenda'se a tempera em #leo, pois em 8gua seria muito severa a tempera, podendo trincar ou deformar de maneira não plane0ada o material. O resfriamento de aços comuns ao ar produz uma estrutura predominantemente perlítica. 9as $igura estão as taxas de resfriamento de alguns corpos de prova na medida em que nos afastamos da superfície externa do corpo, ilustrando o efeito da posição geométrica no resfriamento.
Figura - )axa de resfriamento como uma funç%o do di
3stes diagramas podem ser utilizados na previsão da dureza transversal ao longo de uma secção reta, ilustrados na $igura .
Figura > - &erfis radiais de dureza para a4 amostras cil#ndricas de aço com di
:i(liografia )allister LG, Q. C. 1=44=2. )i*ncia e 3ngen"aria de +ateriaisD ma Nntrodução. Gio de LaneiroD &>).
