Endurecimento

Dois tipos de endurecimento são bem distintos: 

Endurecimento normal por formação de martensita, aplicado principalmente em aços com médio teor de carbono;
Endurecimento por camada aplicado em aços com baixo teor de carbono (< 0,3%). Neste, a superfície é carbonizada por recursos de difusão. Depois é feito a têmpera.

            Endurecimento é um tratamento seguido de um resfriamento com uma velocidade que aumenta a dureza por formação de martensita. A temperatura de endurecimento mais favorável depende do teor de carbono e está entre 30 a 50º acima da linha A3 (ver normalização).

Durante o processo de endurecimento, o carbono é mantido em uma solução super saturada por recursos do resfriamento brusco, isto é, o carbono não pode se precipitar. Portanto, a célula cúbica de corpo centrado do ferro α é distorcida na direção axial, formando uma célula tetragonal. Quanto maior o teor de carbono do aço é, maior é a distorção da célula tetragonal e maior é o endurecimento por têmpera.

O período para a temperatura de endurecimento deve ser longo, afim de que o componente seja totalmente aquecido e haja dissolução completa do carbono na austenita. Quando há endurecimento de aços hipereutetóides, a dureza máxima é obtida com aproximadamente 0,8% C. Quando há endurecimento de aços hipereutetóides, g + Fe3C é endurecido em duas regiões, onde a cementita não será completamente dissolvida. A dureza permanece quase no mesmo nível. Quando há endurecimento de aços hipereutetóides na região da austenita acima da Linha C3, haverá uma redução da dureza devido à austenita residual.

A formação de martensita não é contínua, como mostra o passo “da curva”. A quantidade de austenita durante a têmpera se forma na temperatura martensítica inicial MS e é exclusivamente em função da temperatura. A formação da martensita é terminada quando a temperatura final Mf tenha sido alcançada. A temperatura Mf de um aço hipereutetóides é alcançada abaixo de 0ºC.

Têmpera pode ser realizada por vários meios. Dependendo do ambiente da têmpera, pode ser feito por água, óleo ou ar e isso é chamado de têmpera por água, óleo ou ar. Não “pode, entretanto, um processo de têmpera estar envolvido por vários meios de têmpera, como ‘endurecimento interrompido” ou “endurecimento martensítico demorado”. A fim de obter uma completa estrutura martensítica, a velocidade de resfriamento deve estar acima da velocidade crítica superior têmpera do material em toda a parte do trabalho.

Temperabilidade é compreendido como a capacidade de um aço na sua secção, adotar um aumento da dureza por meio da modificação da sua estrutura para uma estrutura martensítica. O termo temperabilidade compreende tanto, a extensão da dureza (aumento da dureza) quanto à distribuição da dureza (profundidade). Se a uma peça trabalhada é completamente modificada, a sua secção passa a obter uma estrutura totalmente martensítica, isso é chamado de núcleo endurecido.

As frequentes falhas de endurecimento são:

1. Uma temperatura de endurecimento muito alta
2. Austenita residual

Têmpera e Revenimento            
Este tratamento térmico consiste de uma combinação térmica chamada têmpera e revenimento.

Revenimento é um aquecimento de uma parte endurecida trabalhada a uma temperatura Rt e Ac, mantendo esta temperatura e depois resfriando. Por meios de revenimento, a tensão ou 0,2% da elasticidade será diminuída e o alongamento ou a estricção será aumentada. A temperatura de revenimento é selecionada como:

Durante o processo de revenimento de um aço endurecido, diferentes processos ocorrem em funções dos estágios do revenimento:

1º estágio – até aproximadamente 150°C

– Os átomos de C difundem nos interstícios

– A distorção tetragonal diminui em função da temperatura e tempo

– Precipitação de carbonetos de ferro

2º estágio – entre 150°C até aproximadamente 290°C

– Mudança de posição de átomos de C nas lacunas e transformação de Mtetra pata Mcub

– Precipitação de carbonetos de ferro

– Cisalhamento da austenita residual na martensita

3º estágio – entre 290°C até aproximadamente 400°C

– Precipitação de todos os carbonos em carbonetos

– A martensita é cada vez mais transformada em ferrita (livre de carbono)

4º estágio – entre 400°C até aproximadamente 723°C

– Ferrita com carbonetos incorporados

– Coagulação dos carbonetos

Nota: O estágio individual do revenimento não pode ser separado um do outro, eles se mesclam reciprocamente.

            Em particular com os aços de construção Cr-, Mn- and Cr-Ni, a tenacidade será diminuída, se for revenido em determinadas faixas de temperatura. Esta diminuição é mostrada na redução da tenacidade ao impacto. Devido às faixas, há uma perda de tenacidade em T=300ºC até 350ºC, este fato é chamado de “fragilização 300ºC”.

A causa para a precipitação a 300º não foi encontrada ainda. Por um lado, segregações de fase-sigma contribuem para o processo de modificação do carboneto (Fe2C) para Fe3C e por outro lado a segregações de impureza como o arsênio, antimônio, estanho e fósforo são assumidas.

            Em alguns aços, em particular os aços Mn-, Cr-, Cr-Mn e Cr-Ni mostram uma tenacidade menor após o resfriamento lento (resfriamento no forno) durante o revenimento. Em um resfriamento rápido (ar ou água), não haverá fragilização. Desde que esta fragilização ocorre numa temperatura de revenimento de aproximadamente 500° C, ela é chamada de “Fragilização 500°C”. Aços para construção que estão entre os tipos de liga mencionados acima, não devem ser revenidos na faixa de temperatura entre 300°C a 500°C, mas abaixo ou acima dessas temperaturas.

            Aços ferramenta que contêm uma quantidade maior elementos que formam carbonetos (cromo, vanádio, molibdênio, tungstênio) são revenidos por várias vezes, levando a uma dureza máxima “secundária” com aços ferramenta de alta liga e aços de alta velocidade.

Diferentes tipos de processos de tratamento térmico podem ser mostrados em um diagrama de tratamento térmico.

Camada ou Superfície de Endurecimento

            A superfície de numerosos elementos de construção como virabrequim, rodas dentadas ou eixos excêntricos estão expostas ao desgaste. Estes componentes requerem um alto grau de dureza de superfície com um núcleo duro, ao mesmo tempo. Uma possibilidade para se obter uma condição é austenitizar a superfície do aço com tratamento térmico e mais tarde efetuar a têmpera. Aquecimento será realizado por:

                        Banho de Metal                                  (endurecimento por mergulho)

                        Chama de Gás                                   (endurecimento por chama)

                        Corrente de Alta-Frequência  (endurecimento por indução)

A têmpera, muitas vezes é realizada usando um chuveiro de água.

Cementação

            Outra alternativa para o endurecimento da camada superficial é a cementação da camada de borda, também chamado de processo de endurecimento ou cementação, e uma têmpera subsequente. Materiais comuns para cementação, isto é, aços com um teor de carbono inferior a 0,25% não contribuem essencialmente para aumentar a dureza durante o endurecimento. Durante a cementação o carbono difunde na borda da camada. Ao executá-lo, o teor de carbono de 0,8% da borda da camada é atingido. Cementação pode ser realizada no meio carburante:

                        – Sólido                       T=850°C – 950°C        t=8h – 12h

                        – Líquido                      T=850°C – 950°C        t=2h – 6h

                               – Gasoso                              T=800°C – 900°C               t=2h – 6h.

Nitretação

            Durante o endurecimento por nitretação, o nitrogênio difunde para a superfície do aço. A camada de nitretação é muito fina e equivale cerca de 0,1 mm apenas. Nitretação é um processo realizado no gás de amônia (NH3) numa temperatura de 500ºC a 600ºC durante um período de 30 às 60h. O resfriamento é realizado no forno, deste modo, evita-se a diminuição da tensão. A dureza de uma camada nitretada em casos é superior a camadas endurecidas e é baseado nas melhores precipitações de nitretos do metal.

A dureza de um aço endurecido por nitrogênio diminui a partir da camada nitretada em relação ao núcleo. Esta transição é enfraquecida por um tratamento na dureza. A camada de nitretação não é influenciada pelo processo de endurecimento.

Carbonitretação

            Durante a carbonitretação, cementação e nitretação são realizadas simultaneamente. E pode ser conduzido por ambos, gases e banhos. Para o processo de carbonitretação, uma mistura de um gás condutor, propano e amônia, na temperatura de 750ºC a 850ºC é usado.

Esse texto foi traduzido por alunos da fatec-sp
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