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TRATAMENTO TÉRMICO

TRATAMENTO TÉRMICO DE ALÍVIO DE TENSÕES

Consiste em aquecer uniformemente a peça, de maneira que o limite de escoamento do material fique reduzido a valores inferiores as tensões residuais. Nesta condição, as tensões residuais provocam deformações plásticas locais diminuindo de intensidade.
Esse tratamento não causa mudanças metalúrgicas na peça, a temperatura é mantida abaixo da temperatura crítica e pode reduzir a tenacidade do metal de base.

Para baixar o conteúdo de Tratamento Térmico basta clicar na imagem, estou disponibilizando um gráfico, dois procedimentos e ainda o relatório de Tratamento Térmico.

Gostaria de agradecer ao Professor Luis Renato Bittencourt de Gomensoro (Professor da FBTS) por me passar esse material que estou postando aqui para ajudar outras pessoas da área.

METAIS DE BASE

Metais de Base

As especificações ASTM acerca de metais de base são normas técnicas que visam padronizar as características dos materiais.


SISTEMA DE IDENTIFICAÇÃO DAS NORMAS ASTM

A identificação das normas ASTM tem a seguinte forma:


ASTM X YYY - ZZ (Z’Z’Z’Z’) L
1º 2º 3º 4º 5º

1º - indica que o grupo pertence a norma, dentro das seguintes classes:

A – Metais ferrosos;
B – Metais não ferrosos;
C – Aglutinantes, cerâmica, concreto e materiais de alvenaria;
D – Materiais diversos;
E – Assuntos diversos;
F – Materiais para aplicações específicas;
G – Corrosão, deterioração e degradação de materiais;
E5 – Normas de última hora.

2º - indica a ordem cronológica de numeração das normas.
3º - indica o ano de emissão original ou de adoção como norma ou no caso de revisão, o ano da última revisão.
4º - são representados entre parênteses e indicam o ano da última aprovação.
5º - é representado por uma letra minúscula, e indica o número de revisões sofridas pela norma no ano de aprovação da mesma (a = 1ª revisão, b= 2ª revisão, c= 3ª revisão, e assim por diante). A letra T maiúscula, indica que o documento representa uma tentativa de norma técnica.

Exemplo:

A 516 - 74 a

A letra A indica metal ferroso, a numeração 516 indica número seqüencial, o numeral 74 indica o ano de aprovação da última revisão e a letra a indica que sofreu uma no ano de aprovação.


ESPECIFICAÇÕES ASTM ACERCA DE METAIS DE BASE

Podem ser reunidos em três grupos, a saber:

à Grupo I – agrupam os materiais de acordo com suas características, comportamento mecânico e utilização. Esse grupo indica o limite mínimo de resistência à tração, alongamento mínimo, faixa permissível de composição química, etc.

à Grupo II – definem requisitos para os produtos de acordo com sua forma e utilização. Indicam tolerâncias dimensionais e de peso, número de ensaios mecânicos a serem executados, modo de embalagem e identificação dos produtos, etc.

à Grupo III – definem procedimentos para os ensaios previstos nas especificações do grupo I. Definem procedimentos de ensaio como, por exemplo, dimensões dos corpos de prova, características necessárias as máquinas de ensaio, critérios de avaliação dos resultados dos ensaios, etc.


NOÇÕES SOBRE CLASSIFICAÇÃO AISI PARA AÇOS INOXIDÁVEIS


X YY a
1º 2º 3º


1º - indica se a micro-estrutura do aço, podendo ser:
2 ou 3 à aços inoxidáveis auteníticos;
4à aços inoxidáveis ferriticos ou martensíticos.

2º - composição química.
3º - representado por uma letra maiúscula ou pelo símbolo do elemento em questão.

Exemplo:


304 %C < 0,08

304 L %C < 0,03
à L – indica “Low carbon” (baixo carbono).

ENSAIOS MECÂNICOS

Ensaios Mecânicos

Os ensaios mecânicos são considerados como ensaios destrutivos, pois na maioria das vezes provocam a ruptura ou a inutilização da peça ensaiada.
As propriedades mecânicas constituem uma das características mais importantes dos metais em suas várias aplicações na engenharia.
As propriedades mecânicas avaliam o comportamento de um material quando sujeito a esforços de natureza mecânica e correspondem às propriedades que, num determinado material, determinam a sua capacidade de transmitir e resistir aos esforços que lhe são aplicados, sem romper ou sem que produzam deformações instáveis.
A determinação das propriedades mecânicas dos metais, é obtida através de ensaios mecânicos, realizados em corpos de prova.
As propriedades da solda devem ser compatíveis com as propriedades mecânicas do metal de base.
Os resultados dos ensaios mecânicos desde que satisfatórios, asseguram a qualidade mínima da solda em termos de propriedades mecânicas, bem como servem de base para qualificações do metal de adição, do procedimento de soldagem, de soldadores e para verificar os testes de produção.
As propriedades mecânicas de um material deformado termomecanicamente podem variar conforme a direção de onde foram extraídos os corpos de prova para o ensaio. Este fenômeno é denominado de anisotropia. Então, deve-se verificar através das especificações do material qual a direção exata para se retirar o corpo de prova. Normalmente são utilizados os termos “ensaio longitudinal” (quando o eixo longitudinal do corpo de prova é paralelo à direção de laminação da amostra do material a ser ensaiado) e “ensaio transversal” (quando o eixo longitudinal do corpo de prova é ortogonal à direção de laminação da amostra do material a ser ensaiado).


ENSAIO DE DOBRAMENTO

O ensaio de dobramento fornece uma indicação qualitativa da dutilidade do material. É um ensaio de realização muito simples. Existem variações do ensaio que permitem avaliar certas propriedades mecânicas do material.
Quanto menor é o diâmetro do cutelo, mais severo é o ensaio e o dobramento sem o cutelo é conhecido como dobramento sobre si mesmo. O ângulo também determina a severidade de ensaio e é geralmente de 90º, 120º ou 180°.
A velocidade do ensaio não é um fator importante no dobramento, desde que o ensaio não seja realizado com uma velocidade extremamente alta.


ENSAIO DE DUREZA

Duzera é uma propriedade mecânica bastante utilizada na especificação de materiais, em pesquisas metalúrgicas e mecânicas e na comparação de diversos materiais.

- Dureza é a resistência à deformação plástica permanente;
- Dureza é a resistência ao risco ou a capacidade de riscar;
- Dureza de um metal é a resistência que ele oferece à penetração de um corpo duro.

Na soldagem, a dureza é influenciada pela composição química do metal de base, pela composição química do metal de adição, pelos efeitos metalúrgicos do processo de soldagem, pelo grau de encruamento do metal de base e pelo tratamento térmico.
Por ser um ensaio mecânico, o ensaio de dureza acha-se incluído entre os ensaios destrutivos, porém em vários casos não é um ensaio destrutivo, pois depende do método aplicado e da utilização posterior da peça ou equipamento.

Os principais métodos de ensaio são os métodos Brinell, Rockwell e Vickers.

Ensaio de Dureza Brinell

O ensaio de dureza Brinell consiste em comprimir lentamente, por meio de uma carga, uma esfera de aço, sobre uma superfície plana, de um corpo de prova ou peça, durante um certo intervalo de tempo.
Temos uma esfera, cujo diâmetro deve ser de 10mm, e o tempo de aplicação da carga normalmente é de 30 segundos.
O método Brinell é usado especialmente para metais não ferrosos, ferro fundido, aço, produtos siderúrgicos em geral e peças não temperadas. É largamente empregado pela facilidade de aplicação.

Ensaio de Dureza Rockwell

Baseia-se na medição da profundidade de penetração de um penetrador, subtraídas a recuperação elástica devida à retirada de uma carga maior e a profundidade causada pela aplicação de uma carga menor.

Ensaio de Dureza Vickers

É baseado na resistência que um material oferece à penetração de uma pirâmide de diamante de base quadrada e ângulo entre faces de 136º, sob uma determinada carga.

Máquinas de Ensaio de Dureza

Os ensaios de dureza, realizados em laboratório, podem ser feitos em máquinas também chamadas de durômetros que, dependendo de sua aplicação, podem ser de dois tipos diferentes:

1º - Durômetros específicos: executam o ensaio apenas por um método de dureza;
2º - Durômetros universais: permitem a execução de ensaios pelos métodos Brinell, Rockwell e Vickers.

Os medidores portáteis de dureza, são também chamados de durômetros portáteis.


ENSAIOS MACROGRÁFICOS


A macrografia consiste no exame do aspecto de uma superfície de uma peça ou corpo de prova, segundo uma seção plana devidamente lixada que, em regra, é atacada previamente por um reativo apropriado. O aspecto, assim obitido, chama-se macro-estrutura. O ensaio é feito à vista desarmada ou com auxílio de uma lupa.
O reativo consiste de uma solução química, cuja finalidade é reagir com a superfície preparada revelando detalhes da macro-estrutura do material.

Objetivos do Ensaio

> verificar de que produto siderúrgico se trata e a homogeneidade ou heterogeneidade do produto;
> constatar a existência de descontinuidades inertes ao próprio metal;
> determinar a existência de soldas no material e do processo de fabricação de uma determinada peça;
> determinar as várias zonas, de uma solda e também suas características tais como número de passes, existência de goivagem e a forma do chanfro.

As heterogeneidades podem ser: cristalinas, químicas ou mecânicas.
Dentre os reativos usados, o mais usado é o Reativo Nital.

APRESENTAÇÃO SOBRE TIG

Baixe agora clicando na imagem ao lado uma apresentação feita no Power Point sobre o Processo de soldagem TIG.
Sabemos que o processo TIG é a Soldagem a arco elétrico com eletrodo não consumível de Tungstênio sob uma proteção gasosa de gás inerte ou misturas de gases inertes.

METALURGIA DA SOLDAGEM

Metalurgia da Soldagem

Os metais no estado sólido apresentam estrutura cristalina (organização dos átomos), isto é, os átomos que o constituem são dispostos de uma maneira organizada e periódica. Esta disposição chama-se célula unitária.
Os átomos são considerados como esferas. Os átomos vibram em torno de suas posições de equilíbrio, definidas pela célula unitária. A vibração dos átomos é função da temperatura e será tanto maior quanto maior for a temperatura do metal.

Sistema Cristalino Cúbico de Corpo Centrado (CCC) à possui 2 átomos por celular unitária.
Exemplos: ferro a temperatura ambiente, o titânio a alta temperatura e o cromo em qualquer temperatura.

Sistema Cristalino Cúbico de Face Centrada (CFC) à possui 4 átomos por célula unitária.
Exemplos: níquel, o alumínio e o cobre.
CFC possui maior tenacidade que os metais do sistema CCC.

Tenacidade à é a capacidade do material resistir aos forças, deformando-se plasticamente.

Sistema Cristalino Hexagonal Compacto (HC) à possui 6 átomos por célula unitária.
Exemplos: cobalto, o magnésio e o zinco.


Impurezas ou átomos de natureza diferente do metal puro, como por exemplo, carbono, hidrogênio e oxigênio com relação aos átomos de ferro, estes se dispõem na região intersticial dos átomos de ferro, constituindo o que se chama solução intersticial.
Átomos de natureza diferente forem de dimensões semelhantes aos átomos do metal puro, estes vão deslocar os átomos de metal puro de seus lugares originais, constituindo o que se chama solução sólida substitucional.
A conseqüência da introdução de átomos de natureza diferente na estrutura cristalina do metal puro é a distorção da estrutura cristalina.
Este é o principal mecanismo responsável pelo aumento da resistência do aço pela adição de elementos de liga.


DIFUSÃO

A difusão se dá no estado sólido e é o fenômeno de um átomo deslocar-se de sua posição inicial de equilíbrio.
Quanto maior a temperatura, maior a difusão.

NUCLEAÇÃO E CRESCIMENTO DE GRÃOS

O crescimento de cada núcleo individualmente gera partículas sólidas chamadas de grãos.
Todos os grãos têm a mesma estrutura cristalina e o mesmo espaçamento atômico.
Os contornos de grãos são regiões onde a ordenação dos átomos é abruptamente desfeita. Como conseqüência da desordem dos átomos, os metais comportam frequentemente de modo diferente nos contornos de grão. Nestas regiões os átomos não estão ordenados, existindo vazios que permitem mais facilmente a movimentação atômica, devido a isto, a difusão ocorre, em geral, mais rapidamente nos contornos que no centro dos grãos.
Um dos efeitos do tamanho do grão é influenciar na resistência dos materiais. Na temperatura ambiente, quanto menor o tamanho de grão maior a resistência dos materiais, e, em altas temperaturas quanto menor o tamanho de grão, menor a resistência. Disto resulta que materiais de granulação fina comportam-se melhor em baixa temperatura e materiais de granulação grosseira em altas temperaturas.

Em alta temperatura os grãos devem ser grossos e em baixas temperaturas os grãos devem ser finos.


ENERGIA DE SOLDAGEM

Define-se a energia de soldagem como a razão entre a quantidade de energia dispendida na soldagem e a velocidade de avanço da poça de fusão.
A energia de soldagem é característica do processo de soldagem empregado.

CICLO TÉRMICO E REPARTIÇÃO TÉRMICA

A variação de temperatura em função do tempo num determinado ponto da junta soldada é o ciclo térmico.
É possível se obter as temperaturas máximas atingidas em função da distância ao centro da solda. Esta função é a repartição térmica.
Com as duas funções, torna-se viável o estudo das transformações metalúrgicas no estado sólido ocorrente numa junta soldada. O ciclo térmico possibilita a interpretação ou previsão das transformações, enquanto que a repartição térmica permite determinar a extensão das zonas onde se passam tais fenômenos.
A medida que o ponto considerando se afasta da solda, as temperaturas máximas são decrescentes e atingidas com um certo atraso. O tempo de permanência acima de uma certa temperatura decresce no mesmo sentido.


FATORES DO CICLO TÉRMICO

à a temperatura máxima atingida e a velocidade de resfriamento dependem das propriedades físicas do material que está sendo soldado;
à a temperatura máxima atingida varia diretamente com a energia de soldagem. Um pré-aquecimento aumenta a energia;
à a temperatura máxima atingida varia inversamente com a distância ao centro da solda (quanto mais afastado da solda estiver o ponto considerado, menor será a temperatura máxima atingida);
à a velocidade de resfriamento varia inversamente com a temperatura inicial da peça que está sendo soldada (quanto maior a temperatura inicial da peça, menor a velocidade de resfriamento, e, a influência da temperatura inicial é mais significativa em peças de pequena espessura);
à a velocidade de resfriamento varia diretamente com a espessura da peça que está sendo soldada (quanto maior a espessura, maior a velocidade de resfriamento);
à a velocidade de resfriamento varia inversamente com a energia de soldagem (quanto menor é a energia de soldagem, maior a velocidade de resfriamento, e, a influência da energia de soldagem na velocidade de resfriamento é maior em espessuras finas);
à a velocidade de resfriamento varia com a forma geométrica das peças;
à o processo de soldagem define a energia de soldagem e, portanto, influencia tanto a temperatura máxima como a velocidade de resfriamento.

Quanto maior é a temperatura máxima atingida, maior é a extensão da ZTA e quanto menor é a velocidade de resfriamento, menor é a possibilidade de têmpera (martensita).


ZONA FUNDIDA, TRANSFORMAÇÕES ASSOCIADAS À FUSÃO

Chama-se de fusão para um determinado metal, a sua passagem do estado sólido para o estado líquido. Essa transformação se dá com aumento de calor ou energia térmica.


DILUIÇÃO

Indica a participação do metal de base na zona fundida.
A diluição é função do processo e do procedimento de soldagem.
Na soldagem de metais dissimilares, a diluição é um dado indispensável para a previsão dos constituintes e propriedades da solda.


PRÉ-AQUECIMENTO

É o aquecimento da junta numa etapa anterior à soldagem. Tem como principal efeito reduzir a velocidade de resfriamento da junta soldada.
Principais objetivos: evitar a têmpera (martensita) diminuindo a velocidade de resfriamento e aumenta a velocidade de difusão do hidrogênio na junta soldada.
A desvantagem do pré-aquecimento é a de aumentar a extensão da ZTA. Ele é muito usado em aços-liga.


PÓS-AQUECIMENTO

Possui o principal objetivo de aumentar a difusão do hidrogênio na solda. O pós-aquecimento deve ser executado tão logo a soldagem termine, de forma a não permitir o resfriamento da junta soldada.
Não é considerado um tratamento térmico.


REPARTIÇÃO TÉRMICA E PLASTIFICAÇÃO

O nível de tensões depende do grau de restrição da estrutura, na maioria dos casos, a restrição é total na direção longitudinal do cordão de solda. Nessa direção as tensões são muito próximas do limite de escoamento.
Não dispondo de rigidez suficiente, as peças se deformam tendendo a aliviar as tensões residuais. As deformações são proporcionais a extensão da zona plastificada.

à o pré-aquecimento em temperaturas inferiores a aproximadamente 150°C, para os aços carbono, praticamente não reduz o nível de tensões residuais. O pré-aquecimento total da peça em temperaturas nas quais o limite de escoamento se anula, previne o aparecimento das tensões residuais. Entretanto, o pré-aquecimento local não reduz o nível de tensões.
à repartições térmicas mais estreitas (soldagem com baixa energia) reduzem a zona plastificada, diminuindo as deformações.
à a contração de solidificação não tenciona a peça soldada.
à as deformações podem ser evitadas, com a utilização de dispositivos de montagem, entretanto, deve-se considerar que, quanto maior o grau de restrição, mais elevadas são as tensões residuais de soldagem.


TRATAMENTOS TÉRMICOS

Possuem o objetivo de alterar ou conferir características determinadas à junta soldada.


TRATAMENTO TÉRMICO DE ALÍVIO DE TENSÕES

Consiste em aquecer uniformemente a peça, de maneira que o limite de escoamento do material fique reduzido a valores inferiores as tensões residuais. Nesta condição, as tensões residuais provocam deformações plásticas locais diminuindo de intensidade.
Esse tratamento não causa mudanças metalúrgicas na peça, a temperatura é mantida abaixo da temperatura crítica e pode reduzir a tenacidade do metal de base.


NORMALIZAÇÃO

Tem o objetivo de a obtenção de uma microestrutura mais fina e uniforme, ou seja, diminui o tamanho de grãos (refino de grãos). Este tratamento é feito acima da temperatura crítica.

RECOZIMENTO

É o aquecimento da peça acima da zona crítica seguido de um resfriamento muito lento onde a microestrutura obtida nos aços carbono é a perlita grossa e ferrita.

TÊMPERA E REVENIMENTO

Consiste no aquecimento da peça acima da zona crítica seguido de um resfriamento rápido. O revenimento tem como objetivo a diminuição da dureza e o aumento da tenacidade da peça. A estrutura resultante chama-se de martensita revenida.


CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS CARBONO

à aços de baixo carbono - C≤0,18% e Mn ≤0,90%, aços não acalmados ou semi-acalmados e são materiais fáceis de serem trabalhados a frio e muito fáceis de serem soldados.
à aços de médio carbono – 0,18% < C ≤0,28% e Mn ≤1,00%, aços acalmados ou semi-acalmados, de grãos grossos, fáceis de serem soldados, mas não tão fáceis de serem trabalhados a frio.
à aços para baixa temperatura – C ≤0,23% e Mn ≤1,10%, aços acalmados ao Si e algumas vezes acalmados ao Al, a baixas temperaturas neste aço é usual a execução de tratamento térmico de normalização (grão fino);
à aços de qualidade estrutural – têm alto carbono sendo por este motivo difíceis de serem soldados.
à aços carbono de alta resistência – possui a composição química semelhante à dos aços de baixo carbono, com quantidade de manganês mais alta, materiais submetidos a tratamentos térmicos de têmpera e revenido, elevados valores de limite de resistência e a solda é muito fácil de ser executada.

CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS-LIGA

à aços de baixa liga – até 5% de elementos de liga;
à aços de média liga – de 5% a 10% de elementos de liga;
à aços de alta liga – mais de 10% de elementos de liga.