Ⅰ.O conceito básico de tratamento térmico.
A.O conceito básico de tratamento térmico.
Os elementos básicos e funções detratamento térmico:
1.Aquecimento
O objetivo é obter uma estrutura de austenita uniforme e fina.
2.Retenção
O objetivo é garantir que a peça seja completamente aquecida e evitar a descarbonetação e a oxidação.
3. Resfriamento
O objetivo é transformar a austenita em diferentes microestruturas.
Microestruturas após Tratamento Térmico
Durante o processo de resfriamento após aquecimento e retenção, a austenita se transforma em diferentes microestruturas dependendo da taxa de resfriamento. Diferentes microestruturas exibem propriedades diferentes.
B.O conceito básico de tratamento térmico.
Classificação baseada em métodos de aquecimento e resfriamento, bem como na microestrutura e propriedades do aço
1. Tratamento térmico convencional (tratamento térmico geral): têmpera, recozimento, normalização, têmpera
2. Tratamento térmico de superfície: têmpera de superfície, têmpera de superfície de aquecimento por indução, têmpera de superfície de aquecimento por chama, têmpera de superfície de aquecimento de contato elétrico.
3.Tratamento térmico químico:Cementação, Nitretação, Carbonitretação.
4. Outros tratamentos térmicos: tratamento térmico em atmosfera controlada, tratamento térmico a vácuo, tratamento térmico de deformação.
C. Temperatura Crítica dos Aços
A temperatura crítica de transformação do aço é uma base importante para determinar os processos de aquecimento, retenção e resfriamento durante o tratamento térmico. É determinado pelo diagrama de fases ferro-carbono.
Conclusão principal:A temperatura crítica real de transformação do aço sempre fica atrás da temperatura crítica teórica de transformação. Isso significa que o superaquecimento é necessário durante o aquecimento e o sub-resfriamento é necessário durante o resfriamento.
Ⅱ. Recozimento e Normalização de Aço
1. Definição de Recozimento
O recozimento envolve aquecer o aço a uma temperatura acima ou abaixo do ponto crítico Ac₁, mantendo-o nessa temperatura e, em seguida, resfriando-o lentamente, geralmente dentro do forno, para atingir uma estrutura próxima do equilíbrio.
2. Objetivo do Recozimento
①Ajuste a dureza para usinagem: Alcançando dureza usinável na faixa de HB170 ~ 230.
②Alivia o estresse residual: evita deformações ou rachaduras durante processos subsequentes.
③Refinar a estrutura do grão: melhora a microestrutura.
④Preparação para Tratamento Térmico Final: Obtém perlita granular (esferoidizada) para posterior têmpera e revenido.
3. Recozimento de esferoidização
Especificações do processo: A temperatura de aquecimento está próxima do ponto Ac₁.
Objetivo: Esferoidizar a cementita ou carbonetos do aço, resultando em perlita granular (esferoidizada).
Faixa Aplicável: Utilizado para aços com composições eutetóides e hipereutetóides.
4. Recozimento difuso (recozimento homogeneizante)
Especificações do Processo: A temperatura de aquecimento está ligeiramente abaixo da linha solvus no diagrama de fases.
Objetivo: Eliminar a segregação.
①Para baixaaço carbonocom teor de carbono inferior a 0,25%, a normalização é preferível ao recozimento como tratamento térmico preparatório.
②Para aço de médio carbono com teor de carbono entre 0,25% e 0,50%, tanto o recozimento quanto a normalização podem ser usados como tratamento térmico preparatório.
③Para aços de médio a alto carbono com teor de carbono entre 0,50% e 0,75%, recomenda-se o recozimento total.
④Para altaaço carbonocom teor de carbono superior a 0,75%, a normalização é usada primeiro para eliminar a rede Fe₃C, seguida pelo recozimento esferoidizante.
Ⅲ. Têmpera e revenido de aço
A.Quenching
1. Definição de têmpera: A têmpera envolve aquecer o aço a uma certa temperatura acima do ponto Ac₃ ou Ac₁, mantê-lo nessa temperatura e, em seguida, resfriá-lo a uma taxa maior que a taxa crítica de resfriamento para formar martensita.
2. Objetivo da têmpera: O objetivo principal é obter martensita (ou às vezes bainita inferior) para aumentar a dureza e a resistência ao desgaste do aço. A têmpera é um dos processos de tratamento térmico mais importantes do aço.
3.Determinação de temperaturas de têmpera para diferentes tipos de aço
Aço hipoeutetóide: Ac₃ + 30°C a 50°C
Aço Eutetóide e Hipereutetóide: Ac₁ + 30°C a 50°C
Liga de aço: 50°C a 100°C acima da temperatura crítica
4. Características de resfriamento de um meio de têmpera ideal:
Resfriamento lento antes da temperatura do "nariz": Para reduzir suficientemente o estresse térmico.
Alta capacidade de resfriamento próximo à temperatura do "nariz": Para evitar a formação de estruturas não martensíticas.
Resfriamento lento próximo ao ponto M₅: Para minimizar o estresse induzido pela transformação martensítica.
5.Métodos de têmpera e suas características:
①Têmpera simples: fácil de operar e adequada para peças pequenas e de formato simples. A microestrutura resultante é martensita (M).
②Têmpera dupla: Mais complexa e difícil de controlar, usada para peças de aço de alto carbono de formato complexo e peças maiores de aço-liga. A microestrutura resultante é martensita (M).
③Quenching quebrado: Um processo mais complexo, usado para peças de liga de aço grandes e de formato complexo. A microestrutura resultante é martensita (M).
④Têmpera isotérmica: Usada para peças pequenas e de formato complexo com altos requisitos. A microestrutura resultante é bainita inferior (B).
6.Fatores que afetam a temperabilidade
O nível de temperabilidade depende da estabilidade da austenita super-resfriada no aço. Quanto maior a estabilidade da austenita super-resfriada, melhor será a temperabilidade e vice-versa.
Fatores que influenciam a estabilidade da austenita super-resfriada:
Posição da Curva C: Se a curva C se deslocar para a direita, a taxa crítica de resfriamento para têmpera diminui, melhorando a temperabilidade.
Conclusão principal:
Qualquer fator que desloque a curva C para a direita aumenta a temperabilidade do aço.
Fator Principal:
Composição Química: Exceto o cobalto (Co), todos os elementos de liga dissolvidos na austenita aumentam a temperabilidade.
Quanto mais próximo o teor de carbono estiver da composição eutetóide do aço carbono, mais a curva C se desloca para a direita e maior será a temperabilidade.
7.Determinação e representação de temperabilidade
①Teste de temperabilidade de têmpera final: A temperabilidade é medida usando o método de teste de têmpera final.
②Método do diâmetro crítico de têmpera: O diâmetro crítico de têmpera (D₀) representa o diâmetro máximo do aço que pode ser totalmente endurecido em um meio de têmpera específico.
B. Temperamento
1. Definição de têmpera
O revenido é um processo de tratamento térmico em que o aço temperado é reaquecido a uma temperatura abaixo do ponto A₁, mantido nessa temperatura e depois resfriado até a temperatura ambiente.
2. Finalidade do Temperamento
Reduza ou elimine a tensão residual: evita deformações ou rachaduras na peça de trabalho.
Reduzir ou Eliminar Austenita Residual: Estabiliza as dimensões da peça.
Eliminar a fragilidade do aço temperado: Ajusta a microestrutura e as propriedades para atender aos requisitos da peça.
Nota importante: O aço deve ser revenido imediatamente após a têmpera.
3. Processos de têmpera
1. Baixo temperamento
Objetivo: Reduzir o estresse de têmpera, melhorar a tenacidade da peça de trabalho e alcançar alta dureza e resistência ao desgaste.
Temperatura: 150°C ~ 250°C.
Desempenho: Dureza: HRC 58 ~ 64. Alta dureza e resistência ao desgaste.
Aplicações: Ferramentas, moldes, rolamentos, peças carburadas e componentes com superfície endurecida.
2.Alta têmpera
Objetivo: Alcançar alta tenacidade juntamente com resistência e dureza suficientes.
Temperatura: 500°C ~ 600°C.
Desempenho: Dureza: HRC 25 ~ 35. Boas propriedades mecânicas gerais.
Aplicações: Eixos, engrenagens, bielas, etc.
Refino Térmico
Definição: A têmpera seguida de revenido em alta temperatura é chamada de refino térmico ou simplesmente revenido. O aço tratado por este processo apresenta excelente desempenho geral e é amplamente utilizado.
Ⅳ.Tratamento térmico de superfície de aço
A. Têmpera superficial de aços
1. Definição de Endurecimento de Superfície
O endurecimento superficial é um processo de tratamento térmico projetado para fortalecer a camada superficial de uma peça, aquecendo-a rapidamente para transformar a camada superficial em austenita e, em seguida, resfriando-a rapidamente. Este processo é realizado sem alterar a composição química do aço ou a estrutura central do material.
2. Materiais usados para endurecimento de superfície e estrutura pós-endurecimento
Materiais usados para endurecimento de superfície
Materiais Típicos: Aço de médio carbono e aço de liga de médio carbono.
Pré-Tratamento:Processo Típico: Têmpera. Se as propriedades principais não forem críticas, a normalização poderá ser usada.
Estrutura Pós-Endurecimento
Estrutura da superfície: A camada superficial normalmente forma uma estrutura endurecida, como martensita ou bainita, que proporciona alta dureza e resistência ao desgaste.
Estrutura do Núcleo: O núcleo do aço geralmente mantém sua estrutura original, como perlita ou estado temperado, dependendo do processo de pré-tratamento e das propriedades do material de base. Isso garante que o núcleo mantenha boa tenacidade e resistência.
B.Características do endurecimento superficial por indução
1. Alta temperatura de aquecimento e rápido aumento de temperatura: O endurecimento da superfície por indução normalmente envolve altas temperaturas de aquecimento e taxas de aquecimento rápidas, permitindo um aquecimento rápido em um curto espaço de tempo.
2. Estrutura de grãos finos de austenita na camada superficial: Durante o rápido aquecimento e subsequente processo de têmpera, a camada superficial forma grãos finos de austenita. Após a têmpera, a superfície consiste principalmente em martensita fina, com dureza tipicamente 2-3 HRC superior à têmpera convencional.
3.Boa qualidade da superfície: Devido ao curto tempo de aquecimento, a superfície da peça é menos propensa à oxidação e descarbonetação, e a deformação induzida pela têmpera é minimizada, garantindo uma boa qualidade da superfície.
4. Alta resistência à fadiga: A transformação da fase martensítica na camada superficial gera tensão compressiva, o que aumenta a resistência à fadiga da peça.
5. Alta eficiência de produção: O endurecimento superficial por indução é adequado para produção em massa, oferecendo alta eficiência operacional.
C.Classificação do tratamento térmico químico
Carburização,Cementação,Cementação,Cromização,Siliconização,Siliconização,Siliconização,Carbonitretação,Borocarburação
D.Cementação a gás
A cementação a gás é um processo em que uma peça é colocada em um forno de cementação a gás selado e aquecida a uma temperatura que transforma o aço em austenita. Em seguida, um agente de cementação é gotejado no forno ou uma atmosfera de cementação é introduzida diretamente, permitindo que os átomos de carbono se difundam na camada superficial da peça de trabalho. Este processo aumenta o teor de carbono (wc%) na superfície da peça.
√Agentes Carburizantes:
• Gases ricos em carbono: como gás de carvão, gás liquefeito de petróleo (GLP), etc.
•Líquidos Orgânicos: Como querosene, metanol, benzeno, etc.
√Parâmetros do processo de cementação:
•Temperatura de cementação: 920~950°C.
•Tempo de cementação: Depende da profundidade desejada da camada cementada e da temperatura de cementação.
E.Tratamento térmico após a cementação
O aço deve passar por tratamento térmico após a cementação.
Processo de tratamento térmico após a cementação:
√Quenching + têmpera em baixa temperatura
1. Têmpera direta após pré-resfriamento + têmpera em baixa temperatura: A peça de trabalho é pré-resfriada da temperatura de cementação até um pouco acima da temperatura Ar₁ do núcleo e então imediatamente temperada, seguida por têmpera em baixa temperatura a 160 ~ 180 ° C.
2. Têmpera única após pré-resfriamento + têmpera em baixa temperatura: Após a cementação, a peça de trabalho é resfriada lentamente até a temperatura ambiente e, em seguida, reaquecida para têmpera e têmpera em baixa temperatura.
3. Têmpera dupla após pré-resfriamento + têmpera em baixa temperatura: Após a cementação e resfriamento lento, a peça passa por dois estágios de aquecimento e têmpera, seguidos por têmpera em baixa temperatura.
Ⅴ.Tratamento Térmico Químico de Aços
1.Definição de Tratamento Térmico Químico
O tratamento térmico químico é um processo de tratamento térmico no qual uma peça de aço é colocada em um meio ativo específico, aquecida e mantida a uma temperatura, permitindo que os átomos ativos do meio se difundam na superfície da peça. Isso altera a composição química e a microestrutura da superfície da peça, alterando assim suas propriedades.
2. Processo Básico de Tratamento Térmico Químico
Decomposição: Durante o aquecimento, o meio ativo se decompõe, liberando átomos ativos.
Absorção: Os átomos ativos são adsorvidos pela superfície do aço e se dissolvem na solução sólida do aço.
Difusão: Os átomos ativos absorvidos e dissolvidos na superfície do aço migram para o interior.
Tipos de endurecimento superficial por indução
a. Aquecimento por indução de alta frequência
Frequência atual: 250~300 kHz.
Profundidade da camada endurecida: 0,5 ~ 2,0 mm.
Aplicações: Engrenagens de módulos médios e pequenos e eixos de pequeno a médio porte.
b. Aquecimento por indução de média frequência
Frequência atual: 2500~8000 kHz.
Profundidade da camada endurecida: 2 ~ 10 mm.
Aplicações: Eixos maiores e engrenagens de módulos grandes a médios.
c.Aquecimento por indução de frequência de energia
Frequência atual: 50 Hz.
Profundidade da camada endurecida: 10 ~ 15 mm.
Aplicações: Peças que requerem uma camada endurecida muito profunda.
3. Endurecimento de superfície por indução
Princípio Básico de Endurecimento de Superfície por Indução
Efeito de pele:
Quando a corrente alternada na bobina de indução induz uma corrente na superfície da peça de trabalho, a maior parte da corrente induzida concentra-se perto da superfície, enquanto quase nenhuma corrente passa pelo interior da peça de trabalho. Este fenômeno é conhecido como efeito de pele.
Princípio do endurecimento superficial por indução:
Com base no efeito pelicular, a superfície da peça é rapidamente aquecida até a temperatura de austenitização (aumentando para 800 ~ 1000°C em poucos segundos), enquanto o interior da peça permanece quase sem aquecimento. A peça é então resfriada por pulverização de água, obtendo o endurecimento superficial.
4. Fragilidade do temperamento
Fragilidade de têmpera em aço temperado
A fragilidade do revenido refere-se ao fenômeno em que a resistência ao impacto do aço temperado diminui significativamente quando revenido em certas temperaturas.
Primeiro tipo de fragilidade de têmpera
Faixa de temperatura: 250°C a 350°C.
Características: Se o aço temperado for revenido dentro desta faixa de temperatura, é altamente provável que desenvolva este tipo de fragilidade no revenido, que não pode ser eliminada.
Solução: Evite revenir o aço temperado dentro desta faixa de temperatura.
O primeiro tipo de fragilidade no revenido também é conhecido como fragilidade no revenido em baixa temperatura ou fragilidade no revenido irreversível.
Ⅵ.Temperamento
1. O revenimento é um processo final de tratamento térmico que segue a têmpera.
Por que os aços temperados precisam de revenimento?
Microestrutura após têmpera: Após a têmpera, a microestrutura do aço normalmente consiste em martensita e austenita residual. Ambas são fases metaestáveis e se transformarão sob certas condições.
Propriedades da Martensita:A martensita é caracterizada por alta dureza, mas também alta fragilidade (especialmente em martensita tipo agulha com alto teor de carbono), o que não atende aos requisitos de desempenho para muitas aplicações.
Características da Transformação Martensítica:A transformação em martensita ocorre muito rapidamente. Após a têmpera, a peça apresenta tensões internas residuais que podem levar à deformação ou trincas.
Conclusão:A peça de trabalho não pode ser usada diretamente após a têmpera! O revenimento é necessário para reduzir tensões internas e melhorar a tenacidade da peça, tornando-a adequada para uso.
2.Diferença entre temperabilidade e capacidade de endurecimento:
Endurecimento:
A temperabilidade refere-se à capacidade do aço de atingir uma certa profundidade de endurecimento (a profundidade da camada endurecida) após a têmpera. Depende da composição e estrutura do aço, principalmente dos elementos de liga e do tipo de aço. A temperabilidade é uma medida de quão bem o aço pode endurecer em toda a sua espessura durante o processo de têmpera.
Dureza (capacidade de endurecimento):
Dureza, ou capacidade de endurecimento, refere-se à dureza máxima que pode ser alcançada no aço após a têmpera. É amplamente influenciado pelo teor de carbono do aço. Maior teor de carbono geralmente leva a maior dureza potencial, mas isso pode ser limitado pelos elementos de liga do aço e pela eficácia do processo de têmpera.
3.Hardenabilidade do Aço
√Conceito de temperabilidade
A temperabilidade refere-se à capacidade do aço de atingir uma certa profundidade de endurecimento martensítico após a têmpera da temperatura de austenitização. Em termos mais simples, é a capacidade do aço de formar martensita durante a têmpera.
Medição de temperabilidade
O tamanho da temperabilidade é indicado pela profundidade da camada endurecida obtida sob condições específicas após a têmpera.
Profundidade da Camada Endurecida: É a profundidade da superfície da peça até a região onde a estrutura é meia martensita.
Meios de têmpera comuns:
•Água
Características: Econômico com forte capacidade de resfriamento, mas possui alta taxa de resfriamento próximo ao ponto de ebulição, o que pode levar ao resfriamento excessivo.
Aplicação: Normalmente usado para aços carbono.
Água Salgada: Solução de sal ou álcali em água, que possui maior capacidade de resfriamento em altas temperaturas em comparação à água, tornando-a adequada para aços carbono.
•Óleo
Características: Proporciona uma taxa de resfriamento mais lenta em baixas temperaturas (próximo ao ponto de ebulição), o que reduz efetivamente a tendência a deformações e trincas, mas possui menor capacidade de resfriamento em altas temperaturas.
Aplicação: Adequado para aços-liga.
Tipos: Inclui óleo de têmpera, óleo de máquina e combustível diesel.
Tempo de aquecimento
O tempo de aquecimento consiste tanto na taxa de aquecimento (tempo necessário para atingir a temperatura desejada) quanto no tempo de manutenção (tempo mantido na temperatura alvo).
Princípios para determinar o tempo de aquecimento: Garanta uma distribuição uniforme da temperatura em toda a peça de trabalho, tanto interna quanto externamente.
Garanta a austenitização completa e que a austenita formada seja uniforme e fina.
Base para determinação do tempo de aquecimento: Geralmente estimado por meio de fórmulas empíricas ou determinado por meio de experimentação.
Meio de extinção
Dois aspectos principais:
a.Taxa de resfriamento: Uma taxa de resfriamento mais alta promove a formação de martensita.
b.Tensão residual: Uma taxa de resfriamento mais alta aumenta a tensão residual, o que pode levar a uma maior tendência a deformações e trincas na peça.
Ⅶ.Normalização
1. Definição de Normalização
A normalização é um processo de tratamento térmico no qual o aço é aquecido a uma temperatura de 30°C a 50°C acima da temperatura Ac3, mantido nessa temperatura e depois resfriado a ar para obter uma microestrutura próxima ao estado de equilíbrio. Comparado ao recozimento, a normalização tem uma taxa de resfriamento mais rápida, resultando em uma estrutura perlita (P) mais fina e maior resistência e dureza.
2. Objetivo da Normalização
O propósito da normalização é semelhante ao do recozimento.
3. Aplicações de Normalização
•Elimine a cementita secundária em rede.
•Servir como tratamento térmico final para peças com menores exigências.
•Atuar como tratamento térmico preparatório para aço estrutural de baixo e médio carbono para melhorar a usinabilidade.
4.Tipos de recozimento
Primeiro tipo de recozimento:
Propósito e Função: O objetivo não é induzir a transformação de fase, mas sim fazer a transição do aço de um estado desequilibrado para um estado equilibrado.
Tipos:
•Recozimento por Difusão: Visa homogeneizar a composição eliminando a segregação.
• Recozimento de recristalização: Restaura a ductilidade eliminando os efeitos do endurecimento por trabalho.
•Recozimento para alívio de tensões: Reduz tensões internas sem alterar a microestrutura.
Segundo tipo de recozimento:
Finalidade e Função: Visa alterar a microestrutura e propriedades, alcançando uma microestrutura dominada pela perlita. Este tipo também garante que a distribuição e a morfologia da perlita, ferrita e carbonetos atendam a requisitos específicos.
Tipos:
• Recozimento Total: Aquece o aço acima da temperatura Ac3 e depois o resfria lentamente para produzir uma estrutura perlita uniforme.
• Recozimento Incompleto: Aquece o aço entre as temperaturas Ac1 e Ac3 para transformar parcialmente a estrutura.
• Recozimento Isotérmico: Aquece o aço acima de Ac3, seguido de resfriamento rápido até uma temperatura isotérmica e manutenção para atingir a estrutura desejada.
• Recozimento Esferoidizante: Produz uma estrutura de metal duro esferoidal, melhorando a usinabilidade e a tenacidade.
Ⅷ.1.Definição de Tratamento Térmico
O tratamento térmico refere-se a um processo no qual o metal é aquecido, mantido a uma temperatura específica e depois resfriado enquanto está no estado sólido para alterar sua estrutura interna e microestrutura, alcançando assim as propriedades desejadas.
2.Características do Tratamento Térmico
O tratamento térmico não altera a forma da peça; em vez disso, altera a estrutura interna e a microestrutura do aço, o que por sua vez altera as propriedades do aço.
3. Finalidade do tratamento térmico
O objetivo do tratamento térmico é melhorar as propriedades mecânicas ou de processamento do aço (ou peças), utilizar plenamente o potencial do aço, melhorar a qualidade da peça e prolongar sua vida útil.
4. Conclusão principal
Se as propriedades de um material podem ser melhoradas através do tratamento térmico depende criticamente de haver alterações na sua microestrutura e estrutura durante o processo de aquecimento e resfriamento.
Horário da postagem: 19 de agosto de 2024