tratamento tÉrmico 2

11

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGS

Tratamentos Trmicos II

Prof. Carlos Eduardo Fortis Kwietniewski

Departamento de Metalurgia - UFRGS

2

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSAos Inoxidveis

Pinculo (torre) do prdio da Chrysler em Nova York feito de ao inoxidvel

3

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSAos inoxidveis

Ligas especiais desenvolvidas para resistir a corrosoPrimariamente

Outras caractersticas excelente capacidade deconformao, boa tenacidade na T ambiente e a Ts criognicas, boa resistncia oxidao e fluncia.

Resistncia corroso: Segredo CrOutros elementos podem ser adicionados para melhorar ainda mais

a resistncia corroso, estabilizar certas fases, incrementar as propriedades mecnicas etc...

4

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSTipos de aos inoxidveis

Dplex Ferrticos Austenticos

No podem ser endurecidos por ToTo

Podem ser encruados ou sofrerem transformao martensticainduzida por deformao plstica.

Martensticos Podem ser temperados e revenidos para altadureza e resistncia.

Endurecveis por precipitao

5

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSProjeto da liga

Resistncia corroso mnimo de 12%CrSegredo formao de uma camada de xido deCr muito aderente superfcie do ao.

Esta camada muito fina, de apenas algumascamadas atmicas de espessura e protege oao ou passiva em muitos ambientes corrosivos.

Resultado os aos inox tm grandes quantidades de Cr

6

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSDiagramas de Fase Fe-Cr

Cr estabiliza o Fe-Resultado %Cr

Expanso dos campos de estabilidade das ferritas (T) e (T).12%Cr estabilidadetotal da ferrita desde a Tambiente at a T de fuso.

Campo da expande campo da (lupa austentica)Este diagrama base de projeto dos aos inox ferrticos e martensticosMartensticos precisam formar composio dentro da lupa expandida (elementos qumicos) e suficiente Cr para resist. corroso.Ferrticos Cr ferrita estvel em todas as temperaturas

27

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSEfeito do cromo

medida que o campo da ferrita se expande, o da austenita se contrai, produzindo o que frequentemente conhecido como lupa austentica. Outros elementos estabilizadores da ferrita, como o vandio e o molibdnio, agem similarmente ao cromo, produzindo a lupa austentica.

8

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSElementos de liga

Alm do Cr Ni o elemento mais importante no projeto dosaos inoxidveis.

Estabiliza a expande o campo austenticoCom suficiente Ni, a

estvel em todas as Ts.

Apenas Fe-Ni preciso30%Ni para estabilizar a .Fe-Cr-Ni resist. corroso

Ni necessrioEx.: 18%Cr-8%Ni

Totalmente desdebem abaixo da T ambiente at fuso.

Aos Inox Austenticos

9


Quase todos os aos inoxidveis tm trs ou mais componentes(elementos qumicos), de forma que as suas relaes de fases em funo da temperatura e composio so representadas por diagramas de fase ternrios. No caso de sistemas com mais do que trs componentes, diagramas que combinam os vrios elementos estabilizadores da austenita e ferrita so estabelecidose as fases presentes na temperatura ambiente so relacionadas aos dois grupos de elementos de liga.Freqentemente, sees verticais de sistemas ternrios, nas

quais a quantidade de um dado componente mantida constante, so empregadas para estabelecer as condies de trabalho a quente e tratamento trmico. Por exemplo, a Figura abaixo mostra uma seo vertical atravs do sistema ternrio Fe-C-Crpara uma quantidade de 13% em peso de cromo. Esta seo vertical , assim, til na racionalizao da microestrutura de aos inoxidveis martensticos em funo da %C e T.

10


11


A Figura abaixo mostra sees verticais para vrias quantidades constantes de ferro. Ligas ricas em cromo solidificam na forma de ferrita e aquelas ricas em nquel na forma de austenita. Contudo, muitas ligas Fe-Ni-Cr solidificam na forma de misturas de austenitae ferrita, sendo que o lquido coexiste com estas fases durante a solidificao. Estes campos de trs fases aparecem na forma de tringulos, mostrados na Figura. Assim, microestruturas ferrtico-austenticas frequentemente se desenvolvem em aos inoxidveis.

Elementos de liga

12


313

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSMicroestruturas

Conforme a composio qumica microestruturas - podem serformadas.

De fato ao inoxidvel dplex so projetados para 50% e 50% . + solda e peas fundidas

Pequena quantidade diminui a susceptibilidade de trinca a quente e de contrao.

Tem maior solubilidade para P e S que causam fissuraoem estruturas totalmente austenticas.

Por outro lado, um contedo muito alto de ferrita no metal de soldaou em fundidos de aos inoxidveis austenticos pode reduzir a resistncia corroso e a tenacidade.

14

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSDiagrama de Schaeffler

Efeito das vrias combinaes de elementos estabilizadores da e na microestrutura final.Estabilizadores da Cr, Mo, Si e Nb Calcula-se Ni e Cr Estabilizadores da Ni, Mn, C e N equivalentes (equaes).

15

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSDiagrama de DeLong

O nmero ferrita (FN), que pode ser calibrado com atrao magntica, j que a austenita no magntica e a ferrita , foi selecionado pelo conselho de pesquisa em soldagem para se correlacionar com o contedo de ferrita

16

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSAos inoxidveis austenticos

Consideraes: Varivel estabilidade martensita durante a conformao a frio AISI 301,302, 304 C e uso de elementos de liga evitar carboneto de Cr corroso intergranular AISI 304L, 316L, 321 e 347. Uso de Mo para aumentar a resistncia ao ataque localizado (pites) AISI 316Uso de grandes quantidades de Ni e Cr resistncia oxidao e a alta temperatura AISI 309 e 310.

17

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSInox austenticos - Microestrutura

AISI 316L recozidoAtaque especial para produzir

contraste entre gros de diferenteorientao.

Atacado para somenterevelar os contornos de gro.

A microestrutura basicamente degros equiaxiais de com maclas derecozimento.

18

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSInox austenticos - Microestrutura

Consideraes:

Estes aos so recozidos a altas temperaturas para promover a recristalizao e dissoluo de carbonetos, seguido por resfriamentoem gua para evitar a precipitao de carbonetos (ToTo solubilizao). Propriedades mecnicas mnimas tpicas:- Tenso de escoamento 205MPa- Resistncia trao 515MPa- Alongamento 40% Propriamente processados inox austenticos so realmente monofsicos, sem carbonetos, ferrita ou outras fases, com todos os elementos de liga em soluo slida. Nesta situao, que se consegue mxima resistncia corroso.

419

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSCarbonetos intergranulares

AISI 304 com carbonetos deCr precipitados em contornode gro.

Condio sensitizado

Altamente susceptvel corroso intergranularcatastrfica.

Corroso intergranular causa esgotamento de Cr ao redor doscontornos de gro devido precipitao de carboneto de Cr.

M23C6Metal: Mo, Fe e Cr

%Cr no M23C6 diminui localmente a %Cr da para menos do que 12%, que a % necessria para garantir inoxibilidade. 20

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSCorroso intergranular - Soluo

Reduo do teor de C do ao Ex.: AISI 304L 3 316L (L=low carbon)

Cintica de precipitao de M23C6 in AISI 304.

Precipitao mais rpida

800-900oC

>950oC Cr e C estodissolvidos na e no existefora motriz termodinmicapara a precipitao de carboneto de Cr.

< 500oC difuso de Cr para a formao de M23C6 precipitao paraBaseado na figura Inox austenticos so recozidos ou solubilizados a TSentre 1040 e 1150oC e resfriados rapidamente (temperados) para eliminar a sensitizao.Tratamento de solubilizao dissolve os M23C6Rpido resfriamento previne a reprecipitao de M23C6 no intervalo crtico de T

21

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSCorroso intergranular - Soluo

Outra abordagem eliminar a precipitao de carbonetos de cromoAdio de elementos com forte tendncia para formar carbonetos

Ti, Nb e Ta

Aos inox austenticos AISI 321 e 347Ti

NbEstabilizados

Mecanismo os elementos de liga formam carbonetos, como oTiC e NbC, reduzindo o carbono disponvel para a precipitao de M23C6.

ToTo de estabilizao realizado entre 840-900oC so projetados paraproduzir a mais efetiva intragranular disperso de carbonetos de liga.Sob muitas condies inox austenticos estabilizados so efetivos em reduzir a formao de carboneto de Cr e ataque intergranular.Contudo ZTA dissoluo de TiC e NbC, tornando possvel a precipitaode M23C6, caso as soldas sejam mantidas ou lentamente resfriadas atravs dointervalo crtico de T. Soluo submeter a solda a um ToTo final de estabilizao. 22

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSFormao de martensita

Martensita pode ser formada em aos inox austenticos: Termicamente resfriamento abaixo da T ambiente Mecanicamente conformao mecnica a frio

Equao para MS Aos inox austenticosMS (oF) = 75(14,6-Cr) + 110(8,9-Ni) + 60(1,33-Mn) + 50(0,47-Si)+ 30000[0,068- (C+N)]

Elementos substitucionais Cr e Ni efeito moderado na MSElementos intersticiais C e N efeito muito forte na MS

Forte efeito de estabilizao da comrespeito formao de martensita.

M23C6 formam nos contornos de gro da C e Cr so removidosda adjacente MS aumenta localmente martensita pode ser formada

23

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSFormao de martensita

Formao de martensita induzida por deformao plstica:Acontece numa T maior do que a formao de martensita no

resfriamento.

Parmetro MD = maior T que uma % projetada de martensita se forma sob certas condies definidas de deformao.

Este parmetro usado para caracterizar a estabilidade da relativa deformao.

MD30(oC) = 413 462(C+N) 9,2(Si) 8,1(Mn) 13,7(Cr) 9,5(Ni) 18,5(Mo)

T na qual 50% de martensita formada por 30% de deformaoverdadeira em trao.

Novamente C e N efeito muito forte na estabilidade da Resultado aos com extra baixo C (304L) so muito sensveis formao de martensita induzida por deformao plstica.Vantagem AISI 301 e 302 Cr e Ni deformao a frio formao de martensita importante aumento de resistncia mecnica. 24


Formao de martensita induzida por deformao

304 mais estvel menor aumento de resistncia do que 301

525


Formao de martensita induzida por deformao

Extenso de formao de martensita depende da T, taxa de , , alm da composio qumica.

Efeito da T e na formao de martensita induzida por no 304.

T % martensita mesmo para % martensita taxa de % martensita 26

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSOutras fases em aos inox austenticos

Idealmente austenticos microestruturas com 100% Contudo devido segregao durante a solidificao tende

a se formar, sendo comum em fundidos e soldas de inox austenticos.Peas conformadas so homogeneizadas por trabalho a quente

Pequenas sees e chapas estrutura uniforme Sees espessas e forjados trabalho a quente

Mostram alguma intragranular

- em um ao AISI 304LAlongada por laminao

27

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSOutras fases em aos inox austenticos

Ferrita- em inox austentico pode levar formao de fase-Pode afetar negativamente a ductilidade, tenacidade

e resistncia corroso dos inox austenticos.

Fase- caractersticas: fase intermetlica com quantidades iguaisde Fe e Cr. Estrutura cristalina complexa (tetragonal de corpo centrado)com 30 tomos por clula unitria, podendo conter outros elementos,como o Mo.Fase- em aos austenticos com Fe- forma-se nas reas de ,porque o Cr (principal elemento da ) j est concentrado nestas reas.Transformao lenta e depende da composio da liga.

Portanto Fase- encontrada em inox austenticos queforam submetidos a longos perodos de tempo a T (500-700oC).

Outras fases alm de ferrita, sigma e M23C6 vrios carbonetose nitretos de liga, e outras fases intermetlicas, como Laves () e chi ().

28

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSFase-

Ao: 316T= 660oCt = 80.000h

Extraoeletroltica deprecipitados

29

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSOutros aos inox austenticos

Alm dos austenticos conformados contendo ~18%Cr e 8%Ni

Outros grupos foram desenvolvidos para aplicaes especficas.

Cada austentico conformado tem um similar fundido comdesignao especfica.

CF-3 304L CF-8 304 CF-3M 316L CF-8M 316Austenticos fundidos composio qumica modificada para

facilidade de fundio.

Particularmente % Cr e Si% Ni

Como resultadoPresena de Fe- trinca a quente

30


Muitos austenticos so resistentes ao calorNesta classes %Cr e Ni

Resistncia oxidao e resistncia mecnica a alta T

Novamente existem classes conformadas e fundidas 309 e 310

HH e HKOutras classes fundidas %C do que as classes conformadas

Carbonetos de liga

Importante componente microestrutural

resistncia flunciaAustenticos resistentes ao calor usados em Ts de at 1100oC

Muitas vezes em ambientes agressivos

631


Outros grupos com substituio parcial do NiAISI 200 ligados ao Mn e N (estabilizadores da )

Propriedades e caractersticas de encruamentosimilares aos tipos 301 e 302.

Alguns tipos % Mn e N e % Ni resistncia mecnica Trademark Nitronic tenso de escoamento: 345-480MPa

Significativamente maior do que a srie 300

Novo austentico super nitrogen at 1%NAinda maior resistncia com bom

nvel de tenacidade.

32

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSToTo de aos inox austenticos

J visto inox austenticos no podem ser endurecidos portratamento trmico, como tmpera para formar martensita ou porendurecimento por precipitao.

Possibilidades: Adio de elementos de liga soluo slida Conformao mecnica a frio encruamento e/ou transformao martenstica induzida por deformao plstica.

Tratamentos trmicos: Recozimento recristalizao restaurao da ductilidade de materialencruado. Tratamentos para prevenir a precipitao de carbonetos de Cr podem incluir tratamentos de solubilizao para dissolver os carbonetosde Cr ou tratamentos de estabilizao para causar a precipitao de carbonetos de liga, reduzindo a disponibilidade de C para a precipitaode carbonetos de Cr. Alvio de tenses aplicado a soldas (cuidar com o intervalo crtico de T).

33

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSAos inoxidveis Ferrticos

Cr principal elemento de liga garante a estabilidade da paratodo o intervalo de T.C mantido baixo garantir alta tenacidade e ductilidade e

prevenir a formao de (o carbono expande a lupa austentica).

34

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSAos inoxidveis Ferrticos - Microestrutura

Inox ferrtico recozido policristalino monofsico

Recozimento recristalizao de material encruado760-966oCRpido resfriamento evitar a formao de fases prejudiciais

ductilidade e tenacidade.

35


Aos inox Ferrticos Propriedades mecnicasInox ferrticos no podem ser endurecidos por ToToFerrita taxa de encruamento baixa

Reduz a ductilidadeConsequentemente ferrticos no so frequentemente

endurecidos por trabalho mecnico a frio.

Propriedades mecnicas: Valores tpicos de material recozido: Tenso de escoamento 240-380MPa Resistncia trao 415-585MPa Alongamento 20-35%

Ductilidade e tenacidade dependem de muitos fatores Temperatura T resistncia e ductilidade e tenacidade

Inox ferrticos apresentam uma transio dctil/frgilCoalescncia de microcavidades

ClivagemT de transio dctil/frgil

Austenticos no(aplicaes criognicas)

36

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSAos inox Ferrticos Propriedades mecnicas

Ductilidade e tenacidade dependem de muitos fatores Tamanho de gro gro fino ductilidade e tenacidade Elementos intersticiais intersticiais ductilidade e tenacidade Partculas de segunda fase eliminao ductilidade e tenacidade

Prticas modernas de aciaria, como desgaseificao a vcuo,permitiram uma importante reduo dos teores de C e N, quepor sua vez reduz ou mesmo elimina os precipitados de carbonetos e nitretos.

737

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSAos inox Ferrticos Fases intermetlicas

Inox ferrticos expostos durante operao ou processamento500-1000oC fases intermetlicas frgeisProeminenteFase-

Domina a parte central do diagrama Fe-Cr

Ver slide 6Fases intermetlicas combinao de Fe, Cr e Mo e outros metais

de transio.

Estruturas cristalinas complexas contendo muitos tomos.

38

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSAos inox Ferrticos Fases intermetlicas

Fases intermetlicas formadas a 850oC em um ao inoxidvel ferrtico 25Cr-3Mo-4Ni. Formao nos contornos e dentro dos gros. A fase-domina a microestrutura aps 300 minutos a 850oC. A presena de Ni pode levar formao de austenita adjacente fase-. Tudo indica quea diminuio dos teores de cromo e molibdnio e a concentrao de nquel em reas prximas s partculas de fase- diminuem a estabilidade da ferrita, sendo esta fase substituda ento pela austenita.

Fase- Fase-

39

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSFases intermetlicas Cintica de formao

Cintica de formao curva CDepende da composio

qumica do ao.

25Cr-3Mo-4Ni

Menos liga tempos deincubao

teis porque definem as faixas de temperatura que podemser usadas para dissolver as fases, bem como as faixas quedevem ser evitadas por rpido resfriamento para prevenir aprecipitao das fases intermetlicas. Tambm indicam astemperaturas de operao que devem evitadas na aplicaodos aos inoxidveis ferrticos. 40

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSAos Inoxidveis Martensticos

Inox Martensticos podem ser forjados e ento ToToAustenitizao, tmpera e revenido

Aplicaes que precisam manter o gume de corte,alta resistncia, alta dureza e resistncia ao desgaste.

ToTo de tmpera possvel atravs do balanceamento do teorde Cr que garanta resistncia corroso e permita total transformaopara austenita dentro da lupa austentica no aquecimento.

Lupa austentica expandida por C e NAssim C e N tornam possvel se alcanar a lupa

austentica mesmo em aos com alto teor de Cr.

41


Lupa austentica: Efeito do C e N

42


Alguns aos C dureza limitada a 45HRc AISI 403 e 410Outros aos C 60HRc os AISI 440

Precisam ter mais Cr para compensar pelo Cr preso naforma de carbonetos de Cr.

Devido ao alto Cr temperabilidade temperadosao leo ou mesmo ao ar.

843

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSInox Martensticos Tratamentos trmicos

Recozimento produzir ferrita e carbonetos esferoidizadosMxima ductilidade e usinabilidade

Aquecimento subcrtico 650-760oCOu maiores temperaturas e resfriamento lento

AISI 416 recozido

Gros de ferrita ecarbonetos esfricos.

Setas incluses desulfeto (MnS) para maiorusinabilidade (0,15S min.)

44


Endurecimento austenitizao entre 925-1065Ctmpera em leo ou resfriamento ao ar.

Austenitizao T ideal depende do grau de solubilizao doscarbonetos desejado e necessidade de evitara formao de Fe- por superaquecimento.

T dissoluo de carbonetos resistncia corroso resistncia mecnica

Inox martensticos condutividade trmica menor do que ao comumNecessidade de pr-aquecimento: 760-790oC

Minimizar distoro e fissuraono aquecimento.

45


AISI 403 temperado martensita em ripas (C)Aos com Cr e C podem conter importantes fraes volumtricasde carbonetos e retida (AISI 440). 46


AISI 410 temperado e revenido.

Esquerda austenitizao a 925oC.Direita austenitizao a1010oC.Observaes:

Dureza mantida at 450oC T austenitizao dissolvemais Cr, tornando o pico deendurecimento secundrio maisevidente.Fragilizao do revenido entre425-565oC. Evitar esta faixa deT de revenido.

47


Aos inoxidveis endurecveis por precipitaoInox endurecveis por precipitao alta resistncia e tenacidade,

com uma resistncia corroso mnima (adequada).Motivao superar as seguintes limitaes:

Resistncia mecnica alcanada por soluo slida e encruamento das classes austenticas e ferrticas. Ductilidade e tenacidade alcanada pela classe martenstica.Mecanismo o aumento de resistncia ocorre por precipitao de

compostos intermetlicos, tal como o Ni3Al, em uma matriz austenticaou martenstica dctil de baixo carbono. Compostos com Cu ou Ti tambm.

Matrizes obtidas atravs do balano dos elementos de liga: Martenstica Austentica metaestvel pode ser convertida para martensita Austentica completamente estvel

ToTo Envelhecimento ou precipitao48


Classificao Temperatura MS e MF e comportamento a partir da solubilizao.

Inox endurecveis por precipitao

Assim, trs classes de aos:- Martensticos- Semiaustenticos- Austenticos

ToTo Envelhecimento ou precipitao

949


Aos inoxidveis endurecveis por precipitao

Alguns aos representativos das diferentes classes.Estes aos srie AISI 600Normalmente nomes comerciais

50


Inox endurecveis por precipitao - MartensticosCaracterstica C e Ni MF logo acima da T ambiente

Assim tem baixa estabilidade e se transforma paramartensita de baixo carbono na T ambiente (solubilizao).

Sofre aumento de resistncia mecnica por envelhecimento a baixa T que causa a precipitao de intermetlicosmuito finamente distribudos na matriz martenstica.

Ni3Al

PH 13-8 solubilizadoe envelhecido

Revenido visvel da matrizque ocorre durante o tratamentode envelhecimento.

Tenso de escoamento:760 1240MPa

51


Inox endurecveis por precipitao SemiaustenticosEx.: 17-7 PH (17%Cr-7%Ni)

MS < T ambiente Totalmente austenticos dcteis (YS 275MPa)Deformveis nesta condio!

Tratamento de condicionamento: Austenita Condicionamento

Precipitao de carbonetos

Sobe MS e MF

Transformao martensticaEnvelhecimento

Aumento de resistncia mecnica

52


Inox endurecveis por precipitao SemiaustenticosCondicionamento da :

Baixa T (730-760oC) MF prximo a T ambienteTransformao martenstica

Envelhecimento (450-510oC) endurecimento Alta T (930-955oC) menos carbonetos precipitados

MF < 0oCSubzero completa a transformao

Martensita tem mais C mais dura Envelhecimento endurecimento

Passa de 275MPa (austentico) 1275-1725MPaTransformao martenstica + envelhecimento

53


Inox endurecveis por precipitao - AustenticosEx.: A286Alta quantidade de nquel (24-27%Ni)MS muito baixa no pode ser transformadoSimilares ao inox austenticosEndurecimento precipitao de compostos

intermetlicos na matriz austentica

Resistncia ao escoamento 690 MPaNo so to resistentes quanto os martensticos e semiaustenticos,

mas apresentam excelente desempenho mecnico a elevada T sendoamplamente empregados na indstria aeroespacial.

54

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSAos inoxidveis dplex

So projetados e processados quantidades iguais de e Composio qumica Cr e Mo boa resistncia corroso por

pites, por fresta e corroso sob tenso em meios contendo sulfetos ecloretos.

Com uma resistncia mecnica duas vezes superior a do aoinox austentico recozido.

10

55


Composio qumica varia de 17 a 30%Crvaria de 3 a 13%Ni

Geralmente, como o Cr mais alto e o Ni mais baixopara garantir adequada estabilidade para a .

Dplex 7Mo-Plus

Fase branca Matriz

56


As propriedades mecnicas dos aos inoxidveis dplex so uma funo do comportamento em deformao da ferrita e austenita. A Figura abaixo mostra as curvas tenso-deformao verdadeiras, obtidas por ensaios de trao em amostras planas de um ao inoxidvel dplex Al 2205. medida que a temperatura do ensaio diminui, as resistncias ao escoamento e trao aumentam significativamente, sem uma queda respectiva da ductilidade. Este comportamento reflete a dependncia importante da resistncia ao escoamento da ferrita com a temperatura, isto , ntido o aumento acentuado desta propriedade quando a temperatura de teste cai abaixo da temperatura ambiente, o que seria acompanhado normalmente por uma diminuio abrupta de ductilidade. Contudo, a austenita compensa pela ductilidade mais baixa da ferrita, em parte porquedesenvolve taxas acentuadas de encruamento, atravs de transformao martenstica induzida por deformao.

Aos inoxidveis dplexComportamento mecnico:

57


Comportamento mecnico:

58

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSFases deletrias

Os aos inoxidveis dplex altamente ligados, similares aos aos inoxidveis austenticos e ferrticos, esto sujeitos a efeitosdeletrios de outras fases, alm da ferrita e austenita, na resistncia corroso, ductilidade e tenacidade. A ferrita susceptvel formao de fase- entre 600 e 950oC, bem como de carbonetos de cromo entre 560 e 1050oC. Como resultado, crucial que se faa o rpido resfriamento atravs dos intervalos crticos de temperatura, durante a fabricao e o processamento, assim como se reconhea as temperaturas limite de operao.

Soldas sempre um problema!

59


Modernamente, outras classes de aos inoxidveis dplex tm sido produzidas, como os aos super e hiperdplex. De fato, tudo indica que o parmetro conhecido como resistncia ao pite equivalente (PRE), cujo valor pode ser definido pela equao apresentada na Figura, o critrio de classificao empregado.

Novos aos Dplex

60


Aos Ferramenta

Ferramentas de fresamento, furao e corte

11

61


Aos ferramenta ligas utilizadas na fabricao de ferramentas, matrizes e moldes, que do forma e cortamoutros materiais, incluindo aos, metais no-ferrosos e polmeros.

So ligas especiais, porque:- Grandes quantidades de liga- Difceis de fabricar

Custo final de uma ferramenta:

- Rota de fabricao (forjamento x metalurgia do p)- Matria-prima

Aos Ferramenta

62


Sucesso na aplicao de um ao ferramenta:

- Matria-prima livre de defeitos, segregao e controle de incluses.Inclusive importante a correta seleo do ao.

- Projeto da ferramenta baixo risco de fratura durante a fabricao eoperao, bem como longa vida til. Redues abruptas de seo, cantos vivos e outras singularidades geomtricas de mesmo efeito devem ser evitados.

- Tratamento trmico Finalmente, uma ferramenta produzida com a melhor matria-prima e projeto adequado pode falhar em servio, como conseqncia de uma microestrutura desfavorvel (erro no tratamentotrmico).

obs.: O sucesso de uma ferramenta resultado da multiplicaodestes 3 fatores e no da soma!

63


Classificao dos aos ferramenta

Sistema Instituto Americano de Ferro e Ao (AISI)Critrio Caractersticas fundamentais:- Presena de elementos de liga: aos rpidos ao W ou Mo- Aplicao: para trabalho a frio ou a quente- Tratamento trmico: temperveis em gua, ar ou leo

64


Principais grupos de aos ferramenta - AISI

Temperveis em gua Grupo W Baixa liga para aplicaes especiais Grupo L Resistentes ao choque Grupo S Temperveis em leo para trabalho a frio Grupo O Temperveis ao ar para trabalho a frio Grupo A Alto carbono, alto cromo para trabalho a frio Grupo D Para trabalho a quente Grupo H Aos rpidos ao tungstnio Grupo T Aos rpidos ao molibdnio Grupo M Para moldes Grupo P

65


Manufatura dos aos ferramenta

Fuso primria forno eltrico a arco (75% de sucata de aoferramenta)

Refino adio de elementos de liga: Cr, V, W, Mo, Co, Si e MnAps ajuste da composio qumica lingotamento convencionalConformao mecnica forjamento e laminao

Dar a forma desejada ao produtoMelhorar as propriedades mecnicas da liga

Refino do gro e distribuio dos carbonetos

66


Conformao a quente distribuio de carbonetosUma distribuio no uniforme dos carbonetos pode produzir baixa

tenacidade e uma resposta ineficiente ao tratamento trmico.Efeito da matria-prima

Certos aos

Possuem carbonetos

Distribuio

Desempenho

12

67


Rota alternativa de produo Metalurgia do p

Rota tradicional de fabricao difcil de ser aplicada para aos de alto C ealta liga.

Lenta velocidade de resfriamento do lingotamento convencional

Formao de estruturas grosseiras de carbonetosdifceis de serem quebradas por trabalho a quente.

Problemas: crescimento de gro excessivo, resposta no uniforme ao ToTo, propriedades transversas inferiores e baixa tenacidade.

Metalurgia do p capacidade de produzir uma distribuio fina e uniforme de carbonetos, devido a rpida solidificao, durante a atomizao,por exemplo.

68


Ao T15 - Rota tradicional x metalurgia do p

Rota tradicional Metalurgia do p

69


Metalurgia do p: VantagensResultado da fina e regular

distribuio de carbonetos.- Maior usinabilidade no estado recozido

- Melhor resposta ao tratamento trmico

- Retificao facilitada na condio de mxima dureza

- Tenacidade superior

Desvantagem maior custo e disponibilidadeObs.: Sempre considerar o custo de pea produzida

70


Princpios de tratamentos trmicos de aos ferramenta

71


Recozimento

Objetivo reduzir a dureza para aumentar a usinabilidadeNo processo de fabricao, o recozimento fica entre as

operaes de conformao mecnica e usinagem.

Microestrutura alvo esferoidita (carbonetos esferoidizados dispersos em uma matriz de ferrita.

Proteo contra oxidao e descarbonetao necessriaFornos a vcuo e de atmosfera controlada e banhos de sais

72


Esferoidita

Carbonetos esferoidizados na ferritaAo AISI 52100

Carbonetos primrios e secundriosAo D2

obs.: Geralmente, o ao ferramenta vem da usina na condio de recozido!obs.: A qualidade da matria-prima avaliada com base na forma, tamanho edistribuio dos carbonetos primrios.

Carboneto primrio

13

73

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSRecozimento

O recozimento (esferoidizao) realizado atravs do aquecimento at a temperatura em que toda a ferrita se transforma para austenita. As partculas de carbonetos so retidas e esferoidizadas, e a austenita se transforma para ferrita e carbonetos esferoidizados adicionais no resfriamento. Se os aos ferramenta forem recozidos a temperaturas muito altas, os carbonetos de liga se dissolveriam e a austenita enriquecida de carbono poderia formar carbonetos nos contornos de gros ou transformar para perlita ou mesmo martensita no resfriamento, produzindo uma microestrutura muito dura para ser usinada. Da mesma forma, a alta temperabilidade dos aos ferramenta faz com que o lento resfriamento da temperatura de recozimento seja essencial para garantir que a austenita se transforme em esferoidita ao invs de perlita ou martensita.

74


Tratamentos trmicos para alvio de tenses

Tenses internas ou residuais presentes mesmo semtenso externa aplicada.

Origem Aquecimento e resfriamento no-uniformeentre a superfcie e o centro da pea.

Deformao plstica no-uniforme entre asuperfcie e o centro da pea.Tipos:

- Trativas prejudiciais pode causar trincas durante as etapas de fabricao e tambm reduzir a resistncia fadiga ea tenacidade.- Compressivas geralmente benficas diminuem a tensoefetiva aplicada, aumentando a resistncia nucleao e propagao de trincas por fadiga.

Controle destas tenses fundamental em todas as fases dos TosTos

75


Quando:

Aps usinagem e retificaoGera tenses residuais que durante a

tmpera podem produzir trincas e distoro.

Retificao pode produzir tenses residuais em ferramentastemperadas e revenidas, que durante servio podem levar ruptura (trincas).

Recozimento para alvio de tenses

Tipicamente para aos ferramenta, o alvio de tenses realizado a 650oC, sendo que o resfriamento de grandes sees a partir desta temperatura deve ser realizado lentamente at pelo menos 300oC. Esta precauo reduz os gradientes de temperatura entre a superfcie e o ncleo das peas, evitando o desenvolvimento de novas tenses residuais.

76


Endurecimento

Etapas do processo:

- Austenitizao- Tmpera- Revenido

77

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSConsiderao

Necessidade de pr-aquecimentoLembrando:

Aquecimento expanso e depois contrao

Temperatura no uniforme

Diferenas de temperatura entre a superfcie e o ncleo

Mudanas dimensionais ocorrem a diferentes temposcomo uma funo da posio.

Mudanas de volume localizadas

Produzem tenses

Distoro e fissurao

Pr-aquecimento

Promove uniformidade datemperatura ao longo da seo dapea.

Minimiza o choque trmico e o risco de trinca e empenamento78


A etapa de austenitizao muito crtica no endurecimento de um ao ferramenta. nesta etapa que ocorre a distribuio final dos elementos de liga entre a matriz austentica (que formarmartensita) e os carbonetos retidos. Esta distribuio fixa a composio qumica, frao volumtrica e disperso dos carbonetos retidos. Os carbonetos retidos no somente contribuem para a resistncia ao desgaste, mas tambm controlam o tamanho de gro austentico. Quanto mais finos os carbonetos e maior a sua frao volumtrica, mais eficiente o controle do tamanho de gro austentico. Assim, se a austenitizao for realizada a uma temperatura muito alta, um crescimento de gro indesejvel pode ocorrer, medida que os carbonetos de liga coalescem ou se dissolvem na austenita.

Austenitizao

14

79


Os elementos de liga que no esto presos na forma de carbonetos, esto em soluo na austenita. De fato, estes carbonetos retidos, consequentemente, controlam a composio qumica da austenita. Esta, por sua vez, define a temperabilidade,a temperatura Ms, quantidade de austenita retida e o potencial de endurecimento secundrio de um ao ferramenta.

Austenitizao

80


A Figura abaixo mostra o efeito da temperatura de austenitizao e de tratamentos subzero nas curvas de revenido de um ao ferramenta AISI A2. A mais alta dureza na condio de como-temperado e revenido(sem subzero) produzida pela austenitizao a 950oC. Neste caso, aps a tmpera, a austenita retida est finamente dispersa e numa quantidade mnima, de forma que o resfriamento subzero tem um efeitomnimo sobre a dureza. Com o aumento da temperatura de austenitizao, uma maior quantidade de elementos de liga entra em soluo, a temperatura Ms cai e mais austenita retida na temperatura ambiente. Como resultado, a dureza na condio de como-temperado erevenido cai, sendo que o resfriamento subzero tem um grande efeito, medida que maior a frao volumtrica de austenita retida que se transforma em martensita durante este resfriamento. A Figura tambm mostra que eventualmente o revenido, atravs de uma combinao da transformao da austenita retida e endurecimento secundrio, tambmaumentar a dureza de estruturas como-temperadas com grandes quantidades de austenita retida. O que no est mostrado na figura o aumento indesejvel do tamanho de gro austentico que ocorre medida que mais carbonetos se dissolvem com o T de austenitizao.

Austenitizao

81

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSAustenitizao

82


TemperabilidadeA temperabilidade da maioria dos aos ferramenta alta. Assim,

a tmpera em leo ou o resfriamento ao ar, dependendo da composio qumica da liga, condies de austenitizao e tamanho da seo transversal, suficiente para produzir as microestruturas e propriedades especificadas, com uma mnima distoro e trincas de tmpera.

83


TemperabilidadeUma diferena fundamental entre estes aos e os aos

ferramenta de alto carbono o efeito importante da austenitizaoe contedo de carbonetos retidos na temperabilidade. Por exemplo, altas temperaturas de austenitizao diminuem a quantidade de carbonetos de liga, deixando um maior teor de liga na matriz austentica, aumentando, consequentemente, a temperabilidade. Assim, o efeito dos elementos de liga na temperabilidade de aos de alto carbono pode ser bem diverso, intrinsecamente dependente das condies de austenitizao.

84

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSFormao de carbonetos em contorno de gro

Os aos ferramenta so susceptveis formao de carbonetos nos contornos de gro, durante o endurecimento por tmpera em leo ou por resfriamento ao ar. A Figura abaixo mostra, esquematicamente, os efeitos de trs taxas de resfriamento na transformao de um ao ferramenta tpico. A temperabilidade alta dos aos ferramenta suprime efetivamente a formao de perlita para todas as taxas de resfriamento. A formao de bainita tambm prontamente suprimida, exceto em ferramentas de grande seo transversal. Contudo, a formao de pequenas quantidades de carbonetos nos contornos de gro da austenita difcil de suprimir, como mostra a interseco das duas taxas de resfriamento mais lentas com a curva que marca o incio da formao de carbonetos Ci. Estas quantidades pequenas de carbonetos no afetam significativamente a dureza, mas reduzema resistncia fratura, podendo levar formao de trincas na tmpera ou desempenho reduzido de aos para matrizes de trabalho a quente, como o H13.

15

85


Formao de carbonetos em contorno de gro

86


A segregao de fsforo para os contornos de gro da austenita durante a austenitizao para o endurecimento tambm contribui para problemas de fratura em aos de alto carbono. A combinao de fsforo segregado e alto teor de carbono leva formao de cementita em contorno de gro, mesmo durante a tmpera em leo, reduzindo a resistncia fratura dos contornos de gro de austenita prvia. Como resultado, se as tenses de tmpera ou servio forem altas o suficiente, pode ocorrer a falha por fratura intergranular, especialmente em aos com gro austentico grosseiro. A susceptibilidade fratura nos contornos de gro pode ser reduzida por controle da temperatura de austenitizao, que especificada de tal forma a produzir gros austenticos finos. Nestes ltimos casos, quando as microestruturas forem endurecidas e revenidas a baixa temperatura, a fratura ocorre por cisalhamento transgranular ou fratura dctil associada com a formao de microvazios ao redor das partculas retidas de carbonetos.

Formao de carbonetos em contorno de gro

87


Ao ao carbono e baixa liga temperado e revenido martensitase transforma para ferrita e partculas de carbonetos.

baixa T de revenido finas partculas de carbonetos!

Revenido

Reduo de dureza, mas a queda no to importante.Carbonetos de transio

T de revenido formao de Fe3CFe3C se torna instvel e as partculas crescem, produzindouma reduo importante de dureza.

88

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSRevenido

Em aos ferramenta altamente ligados, o revenido pode ser usado no somente para aumentar a dureza (atravs de endurecimentosecundrio), como tambm para produzir uma disperso de carbonetos de liga estveis, resistentes ao coalescimento durante a exposio ao calor. De fato, a formao de carbonetos de elementos de liga, que produz o endurecimento secundrio, requer a difuso dos elementos formadores destes carbonetos, alm do carbono. Os tomos destes elementos se movimentam basicamente por difuso substitucional atravs do reticulado cbico de corpo centrado do ferro na condio microestrutural de martensita revenida. Este processo caracterizado por baixos coeficientes de difuso. A difuso mais lenta torna as distncias percorridas por difuso muito curtas, produzindo carbonetos de elementos de liga muito finos e pouco espaados (mecanismo responsvel pelo endurecimento secundrio). Esta mesma difuso lenta retarda o coalescimento dos carbonetos durante servio em elevada temperatura, tornando os aos ferramenta resistentes ao amolecimento durante operaes de trabalho a quente, como em forjamento ou fundio por injeo e operaes de usinagem em alta velocidade.

89


Comportamento no revenido

Classe 1 aos ao carbono e baixa liga. A dureza cai e a tenacidadeaumenta com a T de revenido.Classe 2 aos para trabalho a frio, com mdia a alta liga. Os elementos retardam o amolecimento.Classe 3 aos rpidos com grande liga. Os carbonetos de liga formados norevenido no s evitam o amolecimento,como promovem endurecimento secundrio.Classe 4 aos para trabalho a quenteA dureza se mantm com o aquecimento, mas a dureza menor devido ao menor contedo de carbono do ao.

90


Transformao da austenita retida e mltiplos revenidosA austenita retida se transforma em ferrita e cementita durante o

revenido. Em aos de baixa liga, como discutido em captulos anteriores, a austenita retida se transforma para ferrita e cementitaentre 200 e 350oC. A austenita em aos ferramenta de alta liga, contudo, muito mais estvel e no se transforma completamenteat que temperaturas superiores a 500oC sejam alcanadas. A figura abaixo mostra mudanas na dureza e na quantidade de austenita retida no ao ferramenta AISI H13 em funo da temperatura de revenido. aparente que alguma austenita retida se mantm at altas temperaturas de revenido.

16

91


Transformao da austenita retida e mltiplos revenidos

92


Transformao da austenita retida e mltiplos revenidos

Um inconveniente, contudo, da transformao da austenita retida durante o revenido a formao de carbonetos interripas. Estes carbonetos so grosseiros e planares, sendo supostamente responsveis por redues importantes de tenacidade ao impacto. O duplo revenido, assim, tende a esferoidizar os carbonetos, reduzindo o seu efeito fragilizante. Acredita-se que o duplo revenido tambm tenha o efeito de revenir alguma martensita que tenha sido formada pela transformao da austenita retida em martensita durante o resfriamento da temperatura do primeiro revenido. De fato, a formao de martensita aps o revenido atribuda precipitao de carbonetos de liga na austenita duranteo endurecimento secundrio. Como resultado do teor reduzido de carbono e liga da austenita retida, as temperaturas Ms aumentam e martensita se forma no resfriamento at a temperatura ambiente.

93


Finalmente

- Cada ao ferramenta tem a sua temperatura tima de revenido. Existem tabelas que apresentam estas temperaturas.- O revenido deve ser realizado logo aps a tmpera- Recomenda-se um lento aquecimento at a T de revenido parase evitar o acmulo de tenses e distoro.- Resfriamento lento da temperatura de revenido recomendadopara evitar a formao de tenses residuais.

Todos estes comentrios a respeito dos tratamento trmicosaplicados aos aos ferramenta tm como objetivo deixar claro aoengenheiro que o desempenho de uma ferramenta ou matrizpode estar intimamente ligado qualidade do ToTo empregado.

94


Aos ferramenta temperveis em gua Grupo W

- Estes so essencialmente aos ao carbono com uma pequena quantidade de elementos de liga.- a classe mais barata de todos os aos ferramenta- Contudo, requer ateno no processamento e ToTo para que se alcance o desempenho esperado.- %C principal fator no controle das propriedades e resposta ao ToTo.- liga produz pequena quantidade de carbonetos de liga menor resistncia ao desgaste se comparados a outros aos mais ligados.- temperabilidade tmpera severa em salmoura ou gua- Mesmo com tmpera severa endurecimento raso alguns casos benfico, j que produz uma superfcie dura e resistente ao desgaste e um ncleo macio e tenaz.

95


Aos ferramentas de baixa liga para aplicaes especiaisGrupo L

- Muito similares aos aos do grupo W, mas com uma quantidade umpouco maior de elementos de liga.- Mais liga maior resistncia ao desgaste e maior temperabilidade,podendo alguns aos serem temperados em leo menor alteraodimensional- Correntemente apenas os tipos L2 e L6 so produzidos

96


Aos ferramenta resistentes ao choque Grupo S

Desenvolvidos para produzirem uma boa combinao de alta dureza, alta resistncia e alta tenacidade ou resistncia ao impacto.

Alm do Mn, Cr e Mo, adicionados aos aos ferramenta para fornecer temperabilidade e resistncia ao revenido, o silcio uma importante adio, nica para os aos do tipo S.

Si Resistncia ao revenido e uma microestrutura com sensibilidade fratura reduzida. O tungstnio tambm adicionado em quantidades significativas na classe S1.

17

97


Estratgia metalrgica

Manter o C ao redor de 0,5%

Martensita de alta resistncia

Sem carbonetos grosseiros que reduzem atenacidade.

Aos ferramenta resistentes ao choque Grupo S

98


Aos ferramenta temperveis em leo para trabalho a frio Grupo O

- Alta dureza e alta resistncia ao desgaste como resultado do alto carbono e pequenas adies de elementos de liga.- Alto carbono martensita de alta dureza (dureza funo da %C)- Elementos de liga moderada temperabilidade tmpera ao leo

No tem quantidade suficiente para produzir muitos carbonetos e garantir dureza a quente, necessrias parausinagem em alta velocidade ou trabalho a quente.

Portanto estes aos so restritos para operaes de trabalho a frio.

99


Aos ferramenta temperveis em leo para trabalho a frio Grupo O

100

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSMicroestrutura

Estrutura recozida a 725oC, com lentoresfriamento. Ferrita e carbonetos esferoidizados.

Austenitizado a 815oC, temperado emleo e revenido a 220oC. 58,5HRcMartensita + alguns carbonetos

Superaquecido (980oC), temperado emleo e revenido a 220oC. Martensita + altafrao volumtrica de austenita retida.

Estrutura fragilizada (trincas de tmpera)

101

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSAustenitizao

De fato, a temperatura de austenitizao, assim como a composio qumica, tm um efeito importante sobre a temperabilidade dos aos da classe O. At uma certa temperatura(se excessivamente alta pode produzir os efeitos adversos descritos no slide anterior), quanto maior a temperatura de austenitizao maior a quantidade de carbono e de elementos de liga em soluo e maior a temperabilidade do ao, como mostra a figura abaixo. Esta figura tambm mostra que o ao O7, se comparado ao ao O1, por ter um maior teor de elementos comgrande tendncia de formar carbonetos, acaba por produzir uma maior frao volumtrica destas fases, o que compromete a temperabilidade (compare a figura a com b).

102


Temperabilidade

AISI O1

Menos carbonetos o que produzmaior temperabilidade, porm menor resistncia ao desgaste.T austenitizao temperabilidade

AISI O7

Maiores teores de Mo, W e V,bem como mais carbono. Maiscarbonetos e menor temperabilidade

18

103

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSFormao de grafita

Alguns aos da classe O, como o O6, apresentam grafita na sua estrutura. A formao desta fase resultado da presena de carbono e silcio em teores altos. De fato, o silcio um elemento grafitizante, que tende a impedir ou dificultar a formao de cementita. Como resultado, parte do carbono deste ao acaba ficando na forma de grafita, o que resulta em uma maior usinabilidade na condio de recozido (ver Figura a) e um melhordesempenho em servio na condio temperado e revenido (ver Figura.b), devido a efeito de lubrificao slida produzido pela grafita.

104


Ao AISI O6

Recozido: ferrita + Carbonetos

Grafita

Temperado e revenido:Martensita + alguns carbonetos + grafita

Formao de grafita

105

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSAos ferramenta temperveis ao ar para

trabalho a frio Grupo A

Segredo de sucesso combinao de alto carbono com relativa altaquantidade de liga.

Garante tmpera ao ar e a formao de carbonetos primrios

Estes carbonetos so mais duros que a prpria martensita, o que aumenta sensivelmente a resistncia ao desgaste destes aos se comparados a aos com menor quantidade de liga. o endurecimento ao ar produz mnima distoro e resistncia fissurao durante o endurecimento.

Apesar de terem uma boa resistncia ao revenido, mostrando inclusive endurecimento secundrio, estes aos apresentam uma dureza a quente bem inferior a outros aos ainda mais ligados, de forma que no so usados para operaes de usinagem em alta velocidade ou trabalho a quente.

Concluso Aos do tipo A operaes de trabalho a frio106


Aos ferramenta temperveis ao ar paratrabalho a frio Grupo A

107

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSMicroestruturas

Caracterstica mais aparente

Dois tamanhos de carbonetos

Grandes Primrios

No se dissolvem mesmocom trabalho a alta T

Resultado da combinaode alto C com alta liga

Carbonetos menores

Formados durante o recozimento ou revenido

Recozido

Carbonetos primrios

Quantidade carbonetossecundrios

Temperado e revenidoa 150oC

Dissoluo de carbonetossecundrios. Sem alteraode carbonetos primrios.

108


Endurecimento

Pr-aquecimento para a austenitizao 650-675oCDiminui o tempo na T de austenitizao e, portanto,

reduz o tempo para a descarbonetao. uma preocupao devidoa alta %C destes aos.

Notvel caracterstica tmpera ao arBloco de 50 x 150 x 250mm endurecido totalmente para63-65HRc com o resfriamento ao ar.

Susceptvel descarbonetao reduz a dureza da pea temperadaPortanto aquecimento ao vcuo, banho de sais ou atmosfera

controlada.

19

109


Temperatura de austenitizao (endurecimento)

T baixa deixa C e liga na forma decarbonetos, reduzindo a temperabilidadee a dureza na pea temperada.

T alta muito C e liga na austenita, tendocomo resultado uma grande quantidade de austenita retida.

Dureza como-temperadoX

Temperatura de austenitizao

Comportamento parablico

110


Revenido

Revenido do ao A com trs temperaturas de austenitizao.Alm disso ao comum com 1%C

ao O2

A2 maior resistncia ao revenidoPequeno pico de endurecimento

secundrio a 510oC

Mais intenso T austenitizao

111


Aos ferramenta de alto carbono e alto cromo para trabalho a frio Grupo D

So os aos para trabalho a frio mais altamente ligados!O Cr o principal elemento de liga (~12%)

Outros elementos Mo, V, W, Co, Ni e Mn

112


- Alto carbono e alta liga endurecimento profundo- Temperveis ao ar exceto o D3 (temperado em leo)

Caractersticas

Isto garante mnima distoro e baixo risco de trincas

- Alto carbono e alta liga grande frao volumtrica de carbonetosque promove alta resistncia ao desgaste para operaes de trabalho a frio.- D7 maior quantidade de carbonetos maior resistncia ao desgaste de todos os aos do grupo D.

Endurecimento profundo

Com tanto Cr, estes aos podem ser considerados Inox?

O que precisa para ser considerado Inox?

113


Microestrutura

Transversal Longitudinal

Ao D recozido

Observar:

- Carbonetos primrios- Carbonetos primriosalongados na direo delaminao a quente.

- Carbonetos secundriosformados no recozimento

- Carbonetos alongados

Materialanisotrpico

114


Microestrutura

Carboneto primrio

Carboneto secundrio

Ao D temperado

Maior parte dissolvido durante o aquecimento paraa tmpera.

Estes no se dissolvem

Microestrutura:Martensita+austenita retida+carbonetos

20

115


Processamento

- Aos D baixa condutividade trmica gradientes de T entre oncleo e a superfcie da pea distoro e fissurao

Pr-aquecimento (650-700oC)

- Recozimento antes da usinagem ou endurecimento

Endurecimento

- Alta teor de liga alta temperabilidade- Resfriamento ao ar formao de martensita para sees relativamente profundas.- D2 corretamente austenitizado totalmente endurecido para62-64HRc em um bloco de 75 x 150 x 250mm- Mo aumenta a temperabilidade - D3 sem Mo precisa de tmpera em leo- Aquecimento em atmosfera neutra para evitar a descarbonetao

116


Efeito da T de austenitizao

Dureza como-temperadax

T de austenitizao

- Cada ao tem uma faixa tima de T de austenitizao para alcanarmxima dureza tima dissoluo de carbonetos quantidade certade C e liga na austenita.- T dissoluo de carbonetos menor dureza- T quantidade de carbono e liga em soluo Austenita retida

117


Revenido

- Os aos do grupo D mostram uma granderesistncia ao amolecimento (revenido).- Algumas condies acentuado pico deendurecimento secundrio.

- Aos D baixa tenacidade- Martensita de alto carbono- Grande densidade de carbonetos grosseiros- Tenses residuais

Revenido diminui as tenses residuais e aumenta a tenacidade e a plasticidade damartensita.

118

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSAos ferramenta para trabalho

a quente Grupo H- Resistem ao amolecimento durante longas e repetidas exposiesa alta temperatura, como em operaes de conformao a quente efundio sob presso.

119


Etapas de tratamento trmico

- Altas temperaturas de austenitizao empregadas Pr-aquecimentos- Resfriamento ao ar ou banho quente- Revenido antes de se alcanar a T ambiente- Mltiplo revenido para prolongada vida til

120


Aspectos de interesse

Carepa camada de xido que se forma na superfcie da ferramentadurante o ToTo deve ser deixada nas ferramentas, a menos que estejaexcessivamente espessa ou associada a uma camada descarbonetada.

Muito resistente abraso e ajuda a reter o lubrificante

Diminuindo os efeitos do desgaste

Ferramentas lixadas e polidas tendem a sofrer escoriao e agarre (emperramento) mecnico.

Se for indispensvel o tratamento da superfcie

Reaquecimento abaixa da T de revenido

Nova formao da camada

21

121


Aspectos de interesse

- Antes da operao pr-aquecimento das ferramentas e matrizesMinimiza choques trmicos

- Perodos de repouso manter as ferramentas mornas- Refrigerao da matriz previne superaquecimento local, tornandoa temperatura de operao mais baixa e uniforme.

- Injeo resfriamento interno por circulao de gua- Forjamento borrifos de gua, leo ou ar

- Cuidado para se prevenir a corroso no armazenamento dasferramentas aps o tratamento trmico.

Pequenos pontos de oxidao podem se tornar pites de corroso quando a ferramenta for colocada em servio.

122

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSAos do grupo H ao cromo

Embora a dureza a quente seja inferior a de outros aos do grupo H, a alta resistncia ao choque destes aos os torna preferidos para a maior parte das aplicaes de trabalho a quente,principalmente quando as ferramentas precisam ser refrigeradascom gua ou outro lquido. De fato, o segredo da grande tenacidade e alta resistncia ao choque destes aos o baixo teor de carbono.

123


Endurecimento

- Devido ao bom contedo de Cr alta temperabilidade Endurecimento com resfriamento ao ar

- Outra caracterstica baixo a mdio carbonoEste o segredo da boa tenacidade

e resistncia ao choque.

O teor de C controla a temperatura MS

Baixo a mdio C alta MS

Menor quantidade de austenita retidaDetalhe pode haver a precipitao de carbonetos nos contornos de

gro, que podem causar fratura intergranular.

Importante Preservar a fratura124

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSTemperatura de austenitizao

T austenitizao baixa durezaBaixa dissoluo de carbonetos

C e liga em soluo

temperabilidade Martensita

T austenitizao maior durezaMaior dissoluo de

carbonetos

Matrizes pequenas total endurecimentoMatrizes grandes parcial endurecimento

Resfriamento ao ar:

125


Revenido

Aos H ao Cr boa resistncia ao amolecimento durante o revenido

Bom desempenho em operaesde trabalho a quente

Dureza inicial mais baixa devido aocontedo modesto de carbonoCurvas bastante planas em funo da T

de revenidoDureza mantida por endurecimento

secundrio carboneto de vandio

126


Fadiga trmica dos aos ferramenta H11/H13

Principal PrincipalRede RedeFlutuaes de T

e tenso

Redes de trincasfinas e rasas

Fadiga trmica

Limita a vida daferramenta

Trincas cobertasde xidos

Ranking = Trinca Principal + Rede

22

127


Fadiga trmica dos aos ferramenta H11/H13

Profundidade das trincas pode ser correlacionada aos nmeros

Severidade da fadiga trmica soma dos nmerosAumento do nmero de ciclos aumenta a severidade da fadiga

trmica e a profundidade das trincas.

Estimar a profundidade de retificao necessria pararemover a rede de trincas.

Muito grosseiras estas trincas influenciam negativamente noacabamento superficial das peas injetadas.

128


Tenses trmicas Fadiga trmica

A medida que o metal se solidifica e resfria, a superfcie contrai e tenses trativas so estabelecidas na superfcie da matriz.

Trincas causadas por tenses cclicasSe desenvolvem quando a superfcie

da matriz aquecida a temperaturasmaiores do que o seu interior.

Metal lquido entra em contato com a superfcie da matrizTenses superficiais compressivas se desenvolvem, a medida

que a superfcie da matriz expande e restringida pelo interiormais frio.

So estas tenses cclicas que produzem as trincas de fadiga

129

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSComo amenizar?

Baixo coeficiente de expanso trmica e boa condutividade trmicaajudam a minimizar os gradientes trmicos e as tenses cclicas.

Matrizes de injeo de alumnio Pr-aquecidas reduzir os gradientes de Tentre a superfcie e o ncleo.

Maiores temperaturas de operao das matrizes pr-aquecidastambm aumentam a tenacidade do ao ferramenta e a tenacidade fratura.

Diminuindo assim a magnitude das tenses cclicas que leva formao das trincas.

Qualidade da matria-prima: Incluses e carbonetos grosseiros resistncia fadiga trmica.Evitar a descarbonetao e a cementao durante o ToTo.

Atmosferas controladas ou fornos a vcuo. 130

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSFadiga trmica - Controle

Ateno em ferramentas acabadas por eletroeroso:Da superfcie para o ncleo da ferramenta, forma-se uma

camada frgil bruta de fuso com altas tenses residuais trativas, uma camada dura de martensita no revenida e uma camada mais macia de martensita superrevenida. Esta microestrutura muito sensvel aos efeitos da fadiga trmica. O polimento ou abraso remove as estruturas frgeis e substitui as tenses residuais trativas por compressivas, aumentando a vida em fadiga.

131


- So os mais duros de todos os aos para trabalho a quente- Oferecem excelente resistncia ao amolecimento e eroso por metal lquido.- Microestrutura com muitos carbonetos de liga isto que garantea elevada dureza e resistncia ao desgaste.

Contudo Menor tenacidade e maior susceptibilidade fratura frgil.

- Esta a razo para se usar baixo carbonoQuanto menos carbono, maior a tenacidade do

ao.Mesmo assim menor resistncia ao choque trmico do que os aos ao cromo.

No podem ser rapidamente resfriados com guadurante operao sem o risco de ruptura.

Aos do grupo H ao tungstnio

132


Quando usar ento?

Matrizes de aos ao tungstnio so usadas quando mxima resistnciaa quente e resistncia ao amolecimento a elevadas temperaturas so osprincipais requisitos, e a resistncia ao choque, ainda que importante, uma considerao secundria.

Assim:

Vrios tipos de aos H ao W oferecem vrias combinaes de resistncia ao desgaste e eroso a alta temperatura e tenacidade.

Tudo depende da quantidade de carbono e liga, bem como detratamento trmico.

23

133


Austenitizao e revenido

Ao AISI H21

Austenitizado em 3 temperaturas

Aumento da T austenitizaopromove: dureza na condio de como-temperada. pico de dureza no revenido Maior T que resiste ao amolecimento.

134


Aos do grupo H ao molibdnioOs aos do grupo H ao molibdnio foram desenvolvidos durante

a ltima grande guerra para suprir a escassez de tungstnio, sendo que apresentam propriedades intermedirias entre aquelesligados ao cromo e ao tungstnio. De todos os aos deste grupo j produzidos, o ao AISI H42 o nico ainda amplamente utilizado. A composio nominal deste ao 5%Mo, 6%W, 2%Ve 4%Cr, sendo disponvel com vrias concentraes de carbono.A presena de elementos de liga em quantidades importantes

garante a formao de uma grande frao volumtrica de carbonetos, o que controla a dureza e promove endurecimento secundrio durante o revenido.

135


Aos rpidos

- Mantm alta dureza a temperaturas elevadas: 52HRc a 540oC e 48HRc a 595oC.- High-speed steeel vem de High-speed cutting, isto ao rpido parausinagem em alta velocidade. - Principal propriedade dureza a quente = dureza ao rubro- Grande quantidade de carbonetos de liga na microestrutura tratada termicamente.- Endurecimento profundo com resfriamento ao ar calmo.- Pronunciado endurecimento secundrio no revenido-Grupos M ou T depende se o principal elemento de liga o Mo ou W

Caractersticas:

136


Aos rpidos

137


Caractersticas

- Aos M e T tm praticamente o mesmo desempenho- Questes econmicas os aos M so mais utilizados- Diferena de custo peso atmico do molibdnio aproximadamente ametade do tungstnio. Assim, em peso menos Mo necessrio para produzir desempenho equivalente.- Os tomos de Mo e W tm raios atmicos similares e formam praticamenteos mesmo tipos de carbonetos.- A substituio de 1,6 a 2,0% em peso de W por somente 1% em peso deMo produz microestruturas e propriedades marcadamente similares nos aosrpidos.- Aos do grupo M podem ser subdivididos Mo + tungstnio limitado

Mo + adies substanciais de WMo M1, M7 e M10Mo-W M2, M3 e M4

- M1, M2 e M10 e T1 similares em propriedades e desempenho em corte,podendo ser usados intercambeavelmente para muitas aplicaes. - Cada subgrupo M inclui Co mais Co Superduros (70HRC revenido)

138


Austenitizao

- Etapa crtica no tratamento trmico de aos rpidos - Temperatura muito alta, pouco abaixo do ponto de fuso do ao- Tempos de austenitizao muito curtos 2 a 5 minutos- Dois pr-aquecimentos minimizar choque trmico- Carbonetos primrios nunca de dissolvem- Temperaturas de austenitizao: Aos T 1290oC

Aos M 1220-1230oC- Funes da austenitizao: Determina a frao volumtrica de carbonetos

Controla a composio qumica da austenitaSer transformada para martensita

Aumenta a quantidade de carbono da matriz parauma quantidade adequada para supersaturar a martensita, bem como causar endurecimentosecundrio.

24

139


Microestruturas temperadas Ao T1

Austenitizadas as vrias T

a subaquecimento (870)Frao muito alta de

carbonetosb propriamente aquecida a

1260oCCarbonetos de liga residuais

dispersos na matriz martensticac-d superaquecidas a 1290 e 1320oC, respectivamente

c carbonetos coalescidos commartensita e muita austenitaretida.

d fuso parcial 140


Austenitizao Tamanho de groFerramentas propriamente

endurecidas

Gros finos

Ao AISI T6 austenitizadoem vrias temperaturas

(1260-1315oC)

T austenitizao maior groCarbonetos finos e bem distribudos

Boa matria-prima

Gros finos e uniformes

141


Transformaes no resfriamento e endurecimento

- Aos rpidos alta liga alta temperabilidadeEndurecem profundamente

- Embora enduream ao ar normalmente so temperados em salou martemperados na faixa de 540-650oC.

Isto promove a equalizao da temperatura ao longo da seo da pea, diminuindo o nvel de distoro e chancede fissurao.

- Objetivo do endurecimento formar martensita e preparar amatriz para o endurecimento secundrio.

- Microestrutura de como-temperado martensita + carbonetosprimrios + austenita retida.- Dureza do ao temperado depende da T de austenitizao

142


Revenido e dureza dos aos rpidos

- Condio de como-temperada martensita + carbonetos primrios + austenita retida

70%, 10% e 20% respectivamente normalmente- Principal modificao microestrutural do revenido


143


Revenido

Curvas de revenido para osaos M1 e T15

Picos de endurecimento secundrio que pode superara dureza inicial.

Isto no acontece paraoutros aos com menos liga

Endurecimento secundrio

Precipitao de carbonetosde liga

Incio 315oCPico 510-565oC

144


Revenido Efeito da T de austenitizao

Ao T1

T de austenitizao


Endurecimento secundrio Dureza para todas T de

revenido

25

145


Austenita retida

Em aos rpidos muito estvelPraticamente, no se transforma no

revenido.Transforma resfriamento da T de revenido para

martensita.

Precisa ser revenida

Por isso, usa-se duplo e triplo revenidos

Reduz a tenacidade do ao

146


Aos para moldes Grupo P

Requisitos essenciais: Usinabilidade preparar as cavidades internas dos moldes com alta produtividadee mnimo desgaste das ferramentas. Capacidade de polimento importante para matrizes usadas para a moldagem de plsticos transparentes, onde uma superfcie muito lisa no produto final mandatrio.Para estas aplicaes, o ao precisa ser livre de incluses, ter uniformidade qumica emicroestrutural e alta dureza superficial. Resistncia ao desgaste material que flui dentro da matriz ou molde pode causarsrio desgaste. necessria uma superfcie dura e resistente ao desgaste. Alta dureza superficial alm de capacidade de polimento e resistncia ao desgaste, alta dureza superficial necessria para resistir indentao. Alta resistncia do ncleo prevenir o afundamento da matriz com as tenses detrabalho. Tenacidade resistir a choques mecnicos e trmicos Mnima alterao dimensional no endurecimento prefere-se materiais para matrizes que precisem mnimo acabamento para ajuste do dimensional aps o ToTo. Resistncia corroso Alguns plsticos so altamente corrosivos. Resistncia perda de dureza no revenido temperaturas levemente altas estoenvolvidas na moldagem de alguns produtos. Matriz perde dureza sofre desgaste

147


Aos para moldes Grupo P

148


Trs grupos principais de aos do tipo P:

Aos ao carbono para cavidades produzidas por hubbingAo com carbono muito baixo (

26

151

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSFerros Fundidos

152

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSRelaes entre as fases

Diagrama Fe-C reao euttica envolve um lquido com 4,3%CPode envolver a formao de cementita ou

grafita:

L (4,3%C) = A (2,11%C) + Cementita (6,67%C)

L (4,3%C) = A (2,08%C) + Grafita (100%C)ou

Detalhe a forma e a morfologia da fase rica em carbono determinaa natureza de um dado FoFo.

Ferros fundidos podem ser: Hipoeutticos %C < composio do euttico Hipereuttico %C > composio do euttico Eutticos %C = composio do euttico

A estrutura euttica de austenita e cementita recebe o nome deLedeburita.

153


FosFos contm elementos quealteram significativamente oscontornos ou linhas dos camposde fase no diagrama Fe-C.

Necessidade isotermas ternrias ou sees verticais precisam ser usadas para aproximaras relaes de fases.

Silcio elemento qumico fundamental em FosFos.

Relaes entre as fases

Seo vertical do sistema Fe-C-Sia 2,00% de silcio.

As composies do eutetide e euttico soalteradas para menores teores de carbono ecampos de trs fases existem para uma faixa temperaturas. 154

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSRelaes entre as fases

Figura mostra carbono na formade cementita.

Contudo Si promove a formaode grafita, assim como o Al, B (0,25%) tendem a reduziro potencial de grafitizao em FosFos.

155

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSEfeito do Si e C

Faixas de C e Si associadas com aos e os vrios tipos de FosFos.Os FosFos cinzento e nodular, que solidificam direto para grafita e austenitatm maiores teores de Si e C do que osFosFos branco e malevel, que solidificamcomo austenita e cementita.Figura anterior Si diminui a %C do

lquido euttico. Este efeito avaliadoquantitativamente pelo carbonoequivalente (C.E.):

ou

3%%%.. PSiCEC ++=

SiCEC %3/1%.. +=

Quando existe uma % alta de P 156

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSEfeito do Si e C

C.E. = 4,3 indica que uma liga de composio euttica, como o caso para uma liga Fe-4,3%C ouqualquer liga em que a soma de Fe,Si e P d 4,3, de acordo com asequaes anteriores.

A taxa de resfriamento tambm afeta a solidificao, de forma queum resfriamento mais lento ou mais

rpido favorece a formao de grafita ou cementita, respectivamente.

Valores de C.E. maiores ou menoresdo que 4,3, produzem ligas hiper ehipoeutticas, respectivamente.

Detalhe um mesmo FoFo pode formar grafita em sees espessas e de resfriamento lento e cementita em sees finas de rpido resfriamento.

27

157

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSComposio qumica

Faixas de composio qumica para FosFos no ligados.Consideraes: S em soluo slida promove a formao de matriz ferrtica S em soluo slida ou Mn acima do necessrio para combinar com o S promove a formao de matriz perltica. P >0,2% forma estrutura euttica de baixo ponto de fuso, conhecida comosteadita, que consiste de fosfeto de ferro e ferrita ou fosfeto de ferro, cementita e ferrita. Este constituinte se forma no ltimo lquido a se solidificar, promovendofluidez, sendo uma microestrutura dura e relativamente frgil de FosFos cinzentos. Outros elementos adicionados por razes especficas.

158

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSFoFo Branco

Solidificao produz microestruturas de carbonetos e Duros e frgeis. Produzem uma superfcie de fratura

plana e refletiva, que d o nome aos FosFos brancos.

Condies favorveis: Teores relativamente baixos de C e Si Resfriamento rpido Sees transversais de pequenas dimenses

159


Propriedades mecnicas:FoFo Branco

Dureza muito alta (50HRc ou maior)Depende da frao volumtrica de

carbonetos e da microestrutura da matriz.Virtualmente, no usinveis (acabamento por

retfica).Detalhe apesar da alta dureza, a microestrutura do FoFo branco

indesejvel em FosFos cinzentos.

Contudo algumas vezes, esta microestrutura incorporadaem rea do cinzento que requerem alta resistncia ao desgaste.

Como? uso de chills (coquilhadores) nos moldes de fundio.Insertos metlicos ou de grafite nos moldes que

causam transferncia de calor rpida e localizada. Com isso, obtm-se microestruturas com carbonetos ao invs de grafita.

160


Propriedades mecnicas:Apesar da baixa tenacidade estas ligas so empregadas

em aplicaes que requerem alta resistncia ao desgaste, bemcomo resistncia corroso e oxidao.

Si, Ni e Cr garantem proteo contra a corroso e resistncia ao calor e a oxidao.

161


Tipos: No ligado ou baixa liga microestrutura: cementita + perlita,sendo muito frgeis. Maior tenacidade adio de moderadas quantidades de Ni eCr (por exemplo: 4%Ni e 2,5%Cr) microestrutura: carbonetos+ martensita maior resistncia mecnica e resistncia corroso e oxidao. Alta liga contm de 15 a 30% de Cr, sendo usados em operaes de triturao de minrio e em outras operaes severasem meios corrosivos microestrutura: carbonetos + matriz (podevariar de perlita para misturas de austenita e martensita, o quedepende da composio qumica e taxa de resfriamento.

162

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSFoFo Branco - Tipos

No ligado Hipoeuttico < 4,3%C Euttico = 4,3%C Hipereuttico > 4,3%C

28

163


No ligado Euttico:

Pequenos glbulos de perlita em um fundo de cementita (ledeburita). 164


No ligado Hipoeuttico:

Dendritas de perlita, reaspontilhadas de ledeburita ereas brancas de cementita.

165


No ligado Hipereuttico:

Longos cristais de cementita em um fundo de ledeburita.166

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSFoFo Cinzento

Solidificao formao de grafita com morfologia de flocos, veios ou lamelas.

Fratura grafita na superfcie produz uma aparncia cinza que dao cinzento o seu nome.

No atacado

Atacado (matriz perltica)

167


Superfcie de fratura:

Grafita

Tendncia de fratura secundria ao longo da interfaceveio de grafita/matriz. 168


Variantes dos veios de grafita:Funo da taxa de resfriamento e composio qumica!

5 tipos de grafita de acordocom as especificaes AFS-ASTM.Estas so imagens reduzidas, masna norma esto disponveis a 100X.

29

169


Propriedades mecnicas diretamente relacionadas a sua microestrutura.

Veios de grafita praticamente, sem resistncia mecnicaResultado Resistncia fratura sob cargas de

trao ou flexo.

Alguns dados: Resistncia trao = 152MPa Ductilidade < 1,0% FoFo cinzento de matriz

ferrtica.Contudo a resistncia trao e dureza podem aumentar

com a transformao da matriz para perlita ao invs de ferrita ou mesmo produzindo uma distribuio da grafita que reduza caminhos contnuos e preferenciais de fratura atravs da microestrutura.

170

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSFormao dos Ferros Fundidos

171


Propriedades mecnicas:Alta resistncia compresso + excelente capacidade de

amortecimento de vibraes tornam estas ligas muito adequadaspara equipamentos pesados e fundaes de mquinas-ferramenta.Detalhe o processo de fundio pode produzir formas

complicadas de uma variedade de tamanhos, que seriam difceisou mesmo impossveis de serem produzidas por conformao.

Alm disso muitos fundidos recebem uma usinagem deacabamento, o que fcil devido a alta usinabilidade destas ligas.

172


Alvio de tenses aliviar tenses internas produzidas por umresfriamento no uniforme dos fundidos com forma irregular. Recozimento aumentar a usinabilidade

Aquecimento subcrtico para ambos TosTos

550-650oC aliviar tenses internas sem reduzirsignificativamente a resistncia e a dureza.

700-760oC reduzir a dureza para aumentar a usinabilidade atravs da esferoidizao da matriz perltica.

900-955oC campo de fases austenita-carbonetos-grafita usadas para transformar carbonetos massivos e duros em grafita.Detalhe microestruturas com carbonetos massivos (FoFo branco) podem se

formar em sees finas de FosFos cinzentos. Estas so praticamente impossveisde serem usinadas e, sempre que possvel, devem ser evitadas.

FoFo CinzentoTratamentos trmicos:

173

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSFoFo Nodular

FoFo nodular tambm conhecido como FoFo dctilSolidificao formao de grafita com morfologia esfrica

Crescimento das esferas de grafita causado pela inoculao de crio ou magnsio no metal fundido.

No atacado

Atacado (matriz ferrtico-perltica)

Olho-de-boi 174


Superfcie de fratura:

Grafita

30

175


Matriz a transformao da austenita para ferrita, perlita ou ambas uma funo dos elementos de liga presentes e da taxa de resfriamento.

Cinzento ou nodular solidificado austenita + grafitaReduzindo a temperatura diminui a solubilidade de C na

Consequentemente precipitao adicional de grafita naforma de veios ou ndulos.

Continuando o resfriamento pode formar ferrita e grafita, com agrafita adicional crescendo nos veios ou ndulos existentes.

Este processo favorecido pela presena de Si, Al e pequenas quantidade de Ti. Alm disso, visto que depende da difuso de C,ocorre mais facilmente para menores taxas de resfriamento.

Continuando o resfriamento tambm pode se transformar emperlita. Este processo ocorre quando uma maior taxa de resfriamento imposta e na presena de elementos de liga, como o Mn, Cr e Mo.

176

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSMatriz Efeito dos elementos de liga

Resultado dependendo da composio qumica e das condies deprocessamento, a microestrutura da matriz de FosFos cinzentos e nodulares pode ser inteiramente ferrtica, perltica ou uma mistura.

177

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSFormao dos Ferros Fundidos

178


Propriedades mecnicas:Partculas esfricas de grafita promovem um aumento importante

de resistncia trao, ductilidade e tenacidade.

Exemplo FoFo nodular de matriz ferrtica tem uma resistncia trao de 414 MPa e um alongamento de 18%.

resistncia e ductilidade atravs de aumento da resistnciada matriz.

Resistncia fratura muito mais dependente da microestrutura damatriz do que para os FosFos cinzentos, com a sua rede interconectadade veios de grafita.

Concluso importante devido benfica disperso de grafita, fundidos de FoFo nodular competem com peas forjadas de ao.

179


No somente alvio de tenses e recozimento, mas tambm aqueles TosTos aplicados aos aos.Microestrutura mais dctil matriz completamente ferrticaToTo de ferritizao austenitizao a 900oC, seguido por

manuteno a 700oC, a fim de transformar completamente a austenita em ferrita e grafita.Normalizao + revenido produz uma matriz perltica de

maior resistncia mecnica e resistncia ao desgaste.Tmpera + revenido produz a microestrutura de maior

resistncia mecnica.Austmpera tem sido cada vez mais empregada, mas precisa

atender requisitos especiais, que sero descritos em detalhe emseguida.

FoFo NodularTratamentos trmicos:

180

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSFoFo nodular austemperado

Solidificao FoFo nodularToTo de austmpera

Austenitizao + transformao isotrmica

BainitaPropriedades mecnicas:

Maior resistncia mecnica com boa ductilidade e tenacidadese comparados ao FosFos nodulares temperados e revenidos.

Importante adio de Mn, Ni e Mo para adquirir mnimatemperabilidade e evitar a formao de perlita no resfriamento ata temperatura de transformao isotrmica.

Com perlita reduziria a tenacidade

31

181


Propriedades mecnicas:

182


Austenita transformao em 2 estgios durante a transformao isotrmica. 1 estgio formao de placas de ferrita e rejeio de C paraa austenita adjacente. A austenita de alto C muito estvel, sendoum componente da estrutura do FoFo nodular austemperado quetem alta resistncia e tenacidade. Bainita mistura de ferrita e austenita diferente da clssica

estrutura baintica de ferrita e carboneto, produzida em aos baixaliga e mdio carbono.Sem cementita conseqncia do alto Si em FosFos nodulares

austemperados.Efeito do Si tem solubilidade muito baixa na estrutura cristalina da

cementita, de forma que precisa ser rejeitado de reas de crescimentoda cementita. Como resultado, a formao de cementita retardada devido necessria difuso do Si.

183


Austenita transformao em 2 estgios durante a transformao isotrmica. 2 estgio decomposio da austenita que fica entre as placas deferrita para ferrita e carbonetos. S ocorre aps longos tempos, de forma que torna possvel a difuso do Si a partir da cementita que cresce. A formao desta microestrutura (ferrita + carbonetos) reduz aductilidade e a tenacidade dos FosFos austemperados. Portanto, a transformao isotrmica deve ser interrompida antes deste estgio.

184


(ALTO CARBONO)

(ALTO CARBONO)

+ (ALTO CARBONO)

ToTo de austmpera

185


Microestrutura:FoFo nodular austemperado 3,72%C, 2,32%Si, 0,42%Mn e

0,05% Mg, austenitizado a 900oC por 1h e austemperado em sal a 370oC por 1h.

Matriz

Ferrita baintica + Forma de placasEntre as placas (branca 37%)

186

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSFoFo Malevel

Distribuio e morfologia da grafita similar ao FoFo nodularResultado fundidos com ductilidade e tenacidade,

recebendo o nome de malevel.Contudo processo de produo muito diferente daquele

empregado para produzir FosFos nodulares.

Primeiramente produo da pea em FoFo branco.Seguido ToTo para transformar os carbonetos em grafita

Detalhe os FosFos maleveis tm teores de C e Si reduzidosse comparados aos FosFos cinzentos e nodulares, a fim de promovera formao de carbonetos no resfriamento. Contudo, uma mnimaquantidade de C necessria para manter boa fluidez e uma taxarazovel de grafitizao durante o ToTo.

32

187


ToTo de maleabilizao produz grafita que grosseiramenteesfrica, mas muito mais irregular do que os ndulos de grafitaencontrados nos FosFos nodulares.

Atacado (matriz ferrtica)

Resistncia trao = 275MPa Alongamento = 5%

188

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSToTo de maleabilizao

Maleabilizao: FoFo branco FoFo malevelCiclo de recozimento de 2 estgios:

1. Aquecimento no campo de fases -Fe3C (950oC).A grafita nucleia nas interfaces -Fe3C e cresce por difuso

de C das partculas de carboneto que se dissolvem.

Eventualmente: Estrutura metaestvel -Fe3C

Estrutura estvel -grafitaObservaes:

O primeiro estgio de grafitizao (dependente de difuso) ocorredentro de um tempo de 3 a 20h, dependendo da composio qumica edo espaamento dos ncleos de grafita. Altos teores de C e Si promovema grafitizao, mas elementos como o Cr, que estabilizam carbonetos,reduzem as taxas de grafitizao.

189

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSToTo de maleabilizao

Maleabilizao: FoFo branco FoFo malevelCiclo de recozimento de 2 estgios:

2. Para malevel ferrtico transformar toda a austenitapara ferrita e grafita.

Isto acontece empregando-se taxas de resfriamentomoderadas da temperatura de recozimento do primeiro estgio ataproximadamente 750oC, seguido por resfriamento muito lento de 3 a 11oC por hora.

Detalhe Converso da austenita para uma matriz perltica apso primeiro estgio de grafitizao alcanada por resfriamento ao ardos fundidos de aproximadamente 870oC.

190


Tratamentos trmicos:Podem ser tratados termicamente para essencialmente as

mesmas microestruturas dos FosFos nodulares.

Alm disso devido favorvel distribuio de partculasdispersas de grafita, FosFos maleveis podem ser empregados emaplicaes que requerem maior resistncia trao, ductilidade etenacidade do que para o caso dos FosFos cinzentos.

Observao final o tamanho das peas e o longo ToTo de maleabilizao devem ser considerados, caso exista a possibilidade dese obter grafita nodular diretamente na solidificao, sem ToTo.

191

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSTribologia

Simulador multirotacional de desgaste de quadril da MTS

192

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSTRIBOLOGIA

Introduo:Movimento de uma superfcie slida sobre outra importante

para o funcionamento de muitos tipos de mecanismos, ambos artificiais e naturais.

Este movimento gera frico ou atrito DesgasteNecessidade de reposio de componentesTotal perda de funcionalidade

Engenheiro precisa eliminar ou atenuar o desgastePara tanto Entender de tribologia

Do Grego (esfregar, atritar), que a cincia e tecnologia da interao de superfcies emmovimento relativo, sendo que esta incorpora o estudo da frico,lubrificao e desgaste

Ponto importante Para combater o desgaste, preciso estudar fricoe lubrificao!

33

193

Prof. Carlos FortisLamef - UFRGSTRIBOLOGIA

Importncia:

A palavra tribologia foi, primeiramente, apresentada em 1966 porum comit do governo do Reino Unido, ainda que frico, lubrificao e desgaste tenham sido estudados por muitos anos antes disso. O comit tambm fez uma estimativa da economia que poderia ser alcanada pela indstria do Reino Unido se princpios tribolgicos conh

tratamento tÉrmico 2

Documents