Diagrama TTT (Transformação – Tempo – Temperatura)

Processos Metalúrgicos

PROF.: KAIO DUTRA

Diagrama TTT (Transformação –

Tempo – Temperatura)

Um

◦ dos fatores mais importantes que influenciam a posição das linhas de transformação, ou seja, a própria transformação da austenita, a velocidade de resfriamento.

De

Diagrama TTT

Diagrama TTT

Com

◦ os dados obtidos, pode-se construir o diagrama temperatura -tempo. Esse diagrama é chamado transformação isotérmica. % d a γ tran sf or m ad a em p erlita Tempo (s)

10 102 ₁₀3 ₁₀4 ₁₀5

100

50

0

T_trans= 675ºC

Austenita instável Austenita estável Perlita 675 650 Temperatura eutetóide

(727 ºC) Final da transformação

T_trans= 650ºC

10 102 ₁₀3 ₁₀4 ₁₀5

1 Tem p er atu ra (ºC) 700 600 500 400

Curva de início (~0% de perlita)

Curva 50% de conclusão

Curva de conclusão (~100% de perlita)

Diagrama TTT

Na

◦ faixa superior de temperatura, o início da transformação da austenita (curva I) é lento, assim como o fim. A estrutura resultante é perlita, de granulação grosseira, chamada perlita grossa, com baixa dureza, variável de 5 a 20 Rockwell C, os valores mais elevados correspondendo aos níveis mais baixos de temperatura;

◦ À medida que a temperatura decresce, a demora para início e fim de transformação é menor; a granulação da perlita vai se tornando mais fina, originando-se a estrutura chamada "perlita fina", com dureza cada vez mais elevada. Os seus valores podem chegar a 40-45 Rockwell C;

Transformação austenita → perlita

Perlita grosseira

Austenita (estável) _{727 ̊C}

Perlita fina C D B TE M PER ATU RA ( ⁰C) TEMPO (s) 700 600 500

1 10 102 103 104 ₁₀5

1 s 1 min 1 h 1 dia

Diagrama TTT

◦ Em torno de 550°C (aço eutetóide), ocorre o menor tempo para início e fim de transformação. Esse ponto corresponde ao chamado "joelho" ou "cotovelo" das curvas em C.

◦ A partir dessa temperatura começa novamente a aumentar o tempo para a transformação da austenita iniciar-se e completar-se; surge, nas faixas de temperaturas correspondentes, um novo constituinte a "bainita" (em homenagem a Bain) completamente diferente de perlita. Trata-se de uma estrutura cujo aspecto varia desde um agregado de ferrita em forma de pena e um carboneto muito fino (em torno de 450°C), até um constituinte em forma de agulhas (em torno de 200°C), com coloração escura. A dureza desse constituinte é elevada, variando de 50 a 60 Rockwell C;

Prof.: Kaio Dutra

Bainita inferior Bainita superior _B P A A

A + B

A + _P

A Perlita fina Perlita grossa 600 700 500 400 300 200

1 10 102 ₁₀3 ₁₀4 ₁₀5

Diagrama TTT

◦ Finalmente, nos níveis mais baixos de temperatura, na faixa aproximada de 200°C a 100°C, ocorre uma nova transformação, a qual independe do tempo, como as linhas horizontais Mi e Mf estão indicando. Surge mais um novo constituinte a "martensita" cuja formação brusca começa na linha Mi e termina na linha Mf. Esse constituinte apresenta-se em forma de agulhas, com coloração clara. Sua dureza é muito elevada: 65 a 67 RC.

Diagrama TTT

Sabe

Diagrama TTT

◦O diagrama ao lado

corresponde a um aço

hipoeutetóide.

◦Observa-se uma nova curva

Fi; ela indica que na

Diagrama TTT

◦O diagrama ao lado

corresponde a um aço

hiperutetóide.

◦Observa-se uma nova curva

Ci que indica na

transformação da austenita,

forma-se inicialmente a

Diagrama TTT

Diagrama TTT

◦A figura indica um aço

contendo 0,42%C, 0,78%Mn, 1,79%Ni, 0,80%Cr e 0,38%Mo.

Note-se o efeito dos

Diagrama TTT

Diagrama TTT

Resfriamento Contínuo

◦ Na prática, a grande maioria das operações

de tratamento térmico aplicada nas ligas ferrosas, consiste em resfriamento contínuo.

◦ Desenvolveram-se os diagramas para

resfriamento contínuo, obtidos por

intermédio da mesma técnica utilizada no traçado das curvas isotérmicas, ou seja, em vez de detectar-se as estruturas obtidas por resfriamentos bruscos em vários níveis de temperaturas, os corpos de prova são

deixados resfriar continuamente e o

resfriamento é interrompido às temperaturas escolhidas. TEMPERA TURA ( ° C) 800 700 600 500 400 300 200 100

1 _{10 10}2 ₁₀3 ₁₀4 ₁₀5

Diagrama TTT

Resfriamento Contínuo

As

Diagrama TTT

Resfriamento Contínuo

◦Abaixo do joelho ou cotovelo não existem curvas para resfriamento contínuo, não sendo possível, pelo menos para os aços-carbono, obter-se estrutura bainítica. Temper atu ra ( º C) Tempo (s) 700 600 500 400 300 200 100

1 10 102 ₁₀3 ₁₀4 ₁₀5

M M M (início) (50%) (90%)

Diagrama TTT

Resfriamento Contínuo

Para

◦ aços liga como o 4340, é possível obter estrutura bainítica com resfriamento contínuo, como mostra o diagrama. TEM PERATU R A ( ° C) 800 700 600 500 400 300 200 100

1 10 102 ₁₀3 ₁₀4 ₁₀5

TEMPO (s)

106

Austenita → Martensita

Austenita → Bainita Joelho da bainita Taxa de resfriamento crítico Temperatura eutetóide Austenita → Perlita

M M+B M+F

+B

M+F +P+B

Diagrama TTT

Resfriamento Contínuo

◦A estrutura martensítica é,

contudo, formada da mesma maneira que para resfriamento isotérmico.

◦As curvas superiores do

diagrama para resfriamento

contínuo assemelham-se às

curvas para resfriamento

Diagrama TTT

Efeito da Seção das Peças

Ao

◦ tratar-se termicamente peças metálicas, as condições ou velocidades de resfriamento são diferentes através de sua seção: obviamente, as camadas superficiais resfriam mais rapidamente, o contrário acontecendo com o seu núcleo.

Assim

Diagrama TTT

Fatores que Influem nas linhas em C

Da

◦ mesma maneira qua ocorre com as linhas de transformação ou zona crítica do diagrama de aquilíbrio Fe-C, a posição das linhas em C do diagrama de transformação isotérmica é influenciada por diversos fatores. Esses fatores são os seguintes:

◦ Composição química; ◦ Tamanho de grão;

Diagrama TTT

Fatores que Influem nas linhas em C

◦Composição química: O carbono e os elementos de liga tendem a deslocar as curvas em C para a direita, ou seja, retardar a transformação da austenita.

Diagrama TTT

Fatores que Influem nas linhas em C

◦Tamanho de grão: Admitindo-se dois grãos de

austenita de tamanhos diferentes e admitindo-se ainda que a transformação da austenita comece nos contornos dos grãos e ao mesmo tempo, é claro que no grão menor a transformação se completa em um tempo mais curto. O tamanho de grão, portanto, tende a deslocar as curvas em C para a direita.

◦Em princípio, se o tamanho de grão maior

Diagrama TTT

Fatores que Influem nas linhas em C

Homogeneidade

Diagrama TTT

Temperabilidade

◦Uma das primeiras conclusões que se

pode tirar do estudo das curvas

isotérmicas é que a obtenção da

Diagrama TTT

Temperabilidade

◦ entretanto, não basta que se tenha a formação da martesita, ou seja, endurecimento do aço, apenas superficialmente. É necessário que o endurecimento seja profundo ou total às várias profundidades abaixo da superfície.

Chama

◦ -se temperabilidade à capacidade do aço endurecer ou à profundidade de endurecimento.

Tratamentos Térmicos

◦ As ligas ferro-carbono, antes de serem

utilizadas na forma de peças, são, na maioria dos casos, principalmente quando aplicadas em construção mecânica, submetidas a tratamentos térmicos ou a tratamentos termoquímicos.

◦ No primeiro caso, visa-se modificar as

propriedades das ligas, sobretudo as

mecânicas, ou aliviar as tensões e restabelecer a estrutura cristalina normal.

◦ Os aços, dentre as ligas ferrosas, são os

Tratamentos Térmicos

Recozimento

Seus

◦ objetivos são os seguintes:

◦ Remover tensões devidas a tratamentos mecânicos;

◦ Diminuir a dureza;

◦ Aumentar a ductilidade;

◦ Regularizar a textura bruta de fusão; Eliminar

◦ o efeito de quais quer tratamentos

térmicos ou mecânicos a que o aço tenha sido submetido anteriormente.

Tratamentos Térmicos

Recozimento

No

◦ aquecimento para o recozimento, a

Tratamentos Térmicos

Recozimento

Tratamentos Térmicos

Recozimento

◦Outro tipo de recozimento é o para alivio de tensões, em que o aquecimento é feito a temperaturas abaixo da zona critica. Seu objetivo é apenas aliviar as tensões originadas em processos de conformação mecânica, soldagem, corte por chama, usinagem, etc.

◦A tabela apresenta alguns exemplos típicos de ciclos de

Tratamentos Térmicos

Recozimento

Finalmente

Tratamentos Térmicos

Recozimento

◦No caso dos ferros fundidos, o recozimento é aplicado quando se deseja:

◦ No ferro fundido branco, reduzir tensões e melhorar as propriedades mecânicas.

Tratamentos Térmicos

Normalização

◦ Os objetivos da

normalização são identicos aos do recozimento, com a diferença de que se procura obter uma granulação mais fina e, portanto, melhores propriedades mecánicas. As condições de aquecimento do material são identicas às

que ocorrem no

recozimento, porém o

resfriamento é mais rápido: ao ar. TEM PERATU R A ( ° C) 800 700 600 500 400 300 200 100

3 4 5

M M (início) (50%) (90%) TRC TTT M I II

I Recozimento pleno:

Perlita grosseira

II Normalização:

Perlita fina

Tratamentos Térmicos

Normalização

Tratamentos Térmicos

Normalização

Tratamentos Térmicos

Tempera e Revenimento

◦ O objetivo fundamental da têmpera das ligas ferro-carbono é obter uma estrutura martensítica, o que exige resfriamento

rápido, de modo a evitar-se a

transformação da austenita em seus produtos normais.

Em

◦ resumo: na têmpera, aquece-se o aço

Tratamentos Térmicos

Tempera e Revenimento

◦No resfriamento que se segue, a

estrutura será constituída de

martensita e dos mesmos carbonetos

secundários, os quais, possuindo

dureza elevada, não apresentam

Tratamentos Térmicos

Tempera e Revenimento

Admite

◦ -se que a martensita apresenta

uma estrutura tetragonal compacta, resultante de um movimento de átomos em planos específicos da austenita. Essa estrutura, além de estar supersaturada de carbono, pode apresentar particulas de carbonetos grandemente dispersas e caracteriza-se por estar em estado de

elevadas tensões; o reticulado da

martensita apresenta-se ainda

Tratamentos Térmicos

Tempera e Revenimento

◦O estado de altas tensões, a distorção do reticulado e a dureza extremamente elevada

da martensita constituem

inconvenientes que devem ser atenuados ou corrigidos. Para

isso, submete-se o aço

Tratamentos Térmicos

Tempera e Revenimento

◦ O revenido visa, portanto, corrigir os excessos da tempera ou, em particular, aliviar, senão eliminar totalmente, as tensões e corrigir a excessiva dureza e consequente fragilidade do material, melhorando sua ductilidade e resistência ao choque.

Tratamentos Térmicos

Tempera e Revenimento

Originam

◦ -se, conforme as faixas de aquecimento da martensita, trans-formações estruturais, as quais determinam as propriedades finais do material.

Tratamentos Térmicos

Tempera e Revenimento - Fofo

◦Objetivam, como no caso de aços, aumentar a resistência mecânica, a

dureza e a resistência ao desgaste.

◦O material é aquecido acima da zona crítica, a temperaturas e

durante tempos que dependem muito da composição do ferro fundido.

◦O resfriamento é realizado geralmente em óleo ou ao ar em ferros

fundidos cinzentos altamente ligados.

◦O revenido, após a têmpera, reduz a fragilidade, alivia as tensões,

Tratamentos Térmicos

Tempera Superficial

◦Essa operação tem por objetivo

produzir um endurecimento

superficial, pela obtenção de

martensita apenas na camada externa do aço.

◦É aplicado em peças que, pela sua

Tratamentos Térmicos

Tempera Superficial – Por chama

◦É um tratamento rápido que, além disso, não exige fornos de aquecimento.

Em

◦ função da fonte de aquecimento, a têmpera superficial compreende dois processos:

Tratamentos Térmicos

Tempera Superficial

–

Por chama

◦A superfície a ser endurecida é rapidamente aquecida à

Tratamentos Térmicos

Tempera Superficial

–

Por Indução

◦ O calor é gerado na própria peça por indução eletromagnética, utilizando-se, para isso, bobinas de indução através das quais flui uma corrente elétrica.

Pode

◦ -se controlar a profundidade de

aquecimento pela forma da bobina, espaço entre a bobina de indução e a peça, taxa de alimentação da força

elétrica, frequência e tempo de

Tratamentos Térmicos

Tratamentos Isotérmicos

◦O conhecimento dos diagramas de transformação isotérmica permitiu desenvolver novos tipos de tratamentos térmicos, visando um deles em particular, a obtenção da estrutura bainita.

◦Os dois tratamentos isotérmicos mais importantes são:

◦ Austêmpera;

Tratamentos Térmicos

Tratamentos Isotérmicos - Austêmpera

Consiste

◦ no aquecimento do aço a

temperaturas acima da crítica,

seguido de esfriamento rápido de modo a evitar a transformação da

austenita, até o nível de

temperaturas correspondentes à formação de bainita. O aço é mantido a essa temperatura o

tempo necessirio para que a

Tratamentos Térmicos

Tratamentos Isotérmicos - Austêmpera

◦A bainita é uma estrutura que, de um modo geral, substitui uma estrutura martensítica revenida.

Entre

Tratamentos Térmicos

Tratamentos Isotérmicos - Martêmpera

◦ Na mantémpera o objetivo é obter martensita,

como na têmpera. Entretanto, o tratamento difere da tempera comum, porque, ao atingir, no resfriamento, a lintua Mi de início de formação da martensita, o resfriamento é retardado, de modo a que esta se forme mais lentamente. O meio de

resfriamento deve ser mantido a uma

Tratamentos Térmicos

Tratamentos Isotérmicos - Martêmpera

◦A formação da martensita se dá

de modo uniforme através de toda a seção da peça e evita-se o aparecimento de quantidade excessiva de tensões internas.

◦O tratamento de martêmpera

diminui o risco de

empenamento das peças

durante o tratamento.

◦As propriedades de um aço

martemperado e revenido são

idénticas às de um aço