A.S.D’Oliveira Seleção de Materiais Seleção pelos requisitos da superfície (solicitação na superfície é determinante) Resis tê ncia a corrosão Resi st ência ao desgaste Processament o de super fí cies Seleção pelas propriedades mecânicas: Resist ênci a est áti ca Tenacidade Rigidez Fadiga Fluência
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5/11/2018 Engenahria de Superficie 1 - slidepdf.com
Efeito sinérgico entre mecanismos de corrosão e de desgaste:
um processo amplia os efeitos do outro
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Abrasão:Remove revestimentos e a camada de óxido protetora e expõem a superfície do metal, podenso aindaremo ver particulas do metalForma entalhes microscópicos e identações favorecendo a corrosão eletroquimicaAumenta a área real exposta a corrosãoElimina camadas encruadas/jateadasPromove microtrincas nas materiais frágeis favorecendo o arrancamento de materialElevada deformação plástica encrua asuperfície e aumenta a susceptibilidade ao ataque quimico
CorrosãoProvoca pits que induzem microtrincasAs microtrincas nos pits favorecem o arrancamento do metal no impactoAumenta a rugosidade da superfície, reduzindo a energia necessária para remover o material porabrasãoPode originar hidrogênio, absorção e trincamento de açosAtaque selectivo dos contornos de grão e de fases menos nobres, fragilizando o material
Impacto:A deformação plástica torna alguns constituintes mais susceptiveis a corrosãoTrinca constituintes frágeis, rasga constituintes ducteis formando locais favoraveis para corrosão porfrestas e arrancamento de materialFornece energia cinética necessária para intensivar o mecanismo de abrasãoPressuriza o água incentivando mecanismos como cavitação, erosão e oxidação do metal protetorPressuriza água e gases aumentando temperatura, alteração de fases decomposição ou reação deprodutosAumentando os efeitos do processo corrosivo
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Tensões residuais: tempera superficial vs tempera plena
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NúcleoTenaz
Superfície expande devido àtransformação martensítica; para“manter “ a continuidade o núcleo
é tracionado para acompanhar asuperfície externa
O núcleo do componente que não foiaquecido, tende a “manter“ acontinuidade do material “puxando” asuperfície externa para as dimensõesiniciais, provocando assim uma tensãode compressão
Tempera superficial
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Tempera por ChamaAplicação direta de uma chama (combustão de uma mistura gasosacom oxigênio ou ar)sobre a superfície do componente.
A temperatura é elevada até a região da transformação da austenita. Atemperatura correta é determinada pela cor do aço, e depende daexperiência do operador.A profundidade de endurecimento pode ser aumentada pelo
prolongamento do tempo de aquecimento. Podem ser atingidasprofundidades de até 6,3 mm.
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Condições da superficie:interferência com o aquecimento e tempera:
superaquecimento localizado, inicio de trincas, dureza não uniforme.
Tempera por Chama
Condição da superfície Efeito após tempera
Costuras, dobras ou sobreposições de componentes
processados mecanicamente
Aquecimento localizado (podendo nos casos mais graves
ocorrer fusão superficial), com consequente crescimentode grão, fragilização, e elevada tendência a trincar
Poros de solidificação
Incrustações decorrentes de tratamentos anteriores Efeito isolante no aquecimento, resultando emaquecimento e tempera não uniforme. Pontos macios nasuperfície
Ferrugem
Descarbonetação Quando muito severo, o material não responde àtempera, não endurecendo
Soldagens de materiais dissimilares Região soldada e material de base reagem de formadiferente ao tratamento de tempera; solda pode quebrarexigindo operações de re-soldagem ou sucateamento docomponente
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Aços carbono: 0.37 a 0.5%C mais usados, seções de até 13mmpodem ser 100% temperadasos mais recomendados são 1042 e 1045, excepto:
- Aço 1045 não tempera com um dado meio de tempera.- Quando é necessária uma maior profundidade de tempera.- Aplicações onde a resistência ao desgaste é o principal item, é
aconselhável aumentar o teor de carbono para0.6%C ou mais.- Quando se necessita um meio de tempera mais severo paraatender as exigências de dureza superficial, resultando em trincassuperficiais, então deve-se selecionar um aço de maiortemperabilidade - maior teor de carbono ou elementos de liga.
Aços liga- Elevada resistência do núcleo de componente, obtida por
tratamento térmico antes da tempera por chama- O peso e geometria das peças, possibilidade de distorção e de
trinca, exclui os aços carbono- Alguns aços ligados são adquiridos com maior facilidade do que
alguns aços carbono(ex: aço com elevado teor de carbono e
manganês)
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Seleção do material:Ferros Fundidos:- Ferros fundidos cinzentos, ducteis, e maleáveis perlíticos, com teores de carbono
combinado entre 0.35% e 0.8%, terão a mesma resposta que os aços.- Abaixo de 0.35% de carbono combinado os ferros fundidos não repondem ao tratamento
devido à falta de capacidade da austenita para dissolver a grafita durante os curtos temposde aquecimentos envolvidos no processo de tempera superficial (por isso o FF maleável
com todo o C na forma de grafita não é utilizavel).- Acima de 0.8% de carbono combinado, apresenta fragilidade e susceptibilidade para
trincar quando aquecido e temperado rápidamente.
O fator mais importante na resposta dos FF é a sua microestrutura antes da temperapor chama:
- FF sem ferrita na sua microestrutura exigem curtos tempos de austenitização, para seobter a tempera final.
- Quantidades moderadas de ferrita, exigem elevados tempos de austenitização, paraque após resfriamento se obtenha a dureza necessária.- Matrix de perlita fina, apresenta uma resposta muito rápida à tempera superficial, comexcelente suporte do núcleo à camada endurecida.
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O aço é aquecido por um campo magnético gerado por uma correntealternada de alta frequência que passa através de um indutor ( bobina decobre resfriada a água).Campo gerado depende da resistência da corrente e do n. voltas dabobina
Anulamento de campo
Colocar próximo da peça a tratar, maior n. delinhas de fluxo, melhor o aquecimento
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elétricaResistividade elétrica e aspropriedades magnéticas dos metaisvariam com a temperatura.
temperatura aumenta =>,permeabilidade magnética diminui (até seatingir a temperatura de Curie)
A diminuição da permeabilidade magnéticacom a temperatura significa a perda daspropriedades ferromagnéticas e da facilidadedestes aços serem aquecidos por indução.
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A peça é colocada no interior de uma bobina submetida à passagem de corrente
alternada. O campo energiza a peça, provocando seu aquecimento. Dependendo dafrequência e da corrente, a taxa e a profundidade de aquecimento podem sercontroladas.
Têmpera por indução
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varredura
estacionário
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Possíveis problemas:• Pontos macios: resulta de bolsas de vapor que se formamna superfície da peça evitando o seu rápido resfriamento
• Trincas de tempera: podem ocorrer devido a severidade detempera excessiva, tempera não uniforme, rugosidade superficial.
• Distorção do componente: ocorre em consequência doalivio de tensões residuais, aquecimento desigual tempera nãouniforme ou geometria do próprio componente.
Tempera por Indução
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Tempera a LASERFonte de luz com a qual se pode aplicar quantidade de energia pré-determinadas em regiões especificas de um componente.Variando a potência do laser, a profundidade de absorção do calorpode ser controlada.
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Controlo rigoroso da potência utilizada e aplicada ao materialElevada densidade de potência em áreas selecionadas, minimiza a energiatotal introduzida e consequentemente a distorção dimensional,
Capacidade de alcançar áreas de difícil acesso.Não requer vácuo ou atmosfera controlada, permite que a distância à peçaseja grandePossibilidade de processar peças de geometria complexa e irregular
Principais desvantagens:profundidade tratada limitada a 2.5mm ou menosinvestimento inicial muito grande.
Tempera a LASER
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S l ã d M t i i
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Requer densidades de potênciasmais elevadas que a tempera.
Endurecimento de ligas que não
podem ser temperadas ex.: ferrosfundidos maleável ferriticos, a fusãoaumenta a difusão do carbono,após um resfriamento rápido obtém-se uma região endurecida
Fusão superficial por LASER
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Cementação a gás : método mais usado. Aatmosfera rica em carbono resulta de um gás
endotérmico enriquecido com metano ou propano. Atempera posterior é feita em óleo; muitos componentescementados são submetidos a martempera que ocorre atemperaturas mais elevadas.
Cementação em caixa : componentes sãocolocados em uma mistura a base de carvão com
ativadores em uma caixa fechada que posteriormente éaquecida.
Cementação em vácuo e por plasma :ambos os processos usam uma câmara de vácuo comcom gás de hidrocarbonetos como fonte de C. A principalvantagem deste processo é a ausência de oxigênio daatmosfera do forno.
Cementação em banhos de sais : sais decianetos, cianatos ou misturas de carbono e carbonatos.Adequados para produzir finas camadas cementadaspois o tempo de tratamento pode ser rigorosamentecontrolado.
CementaçãoSeleção de Materiais
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•Excelente “aderência” da camada tratada, emconsequência do suave gradiente de C (de microestruturae propriedades) entre a superfície e o interior da peça. Deum modo geral quanto mais profunda a camada tratadamenos acentuado o gradiente de C.
•Facilidade de controlar a espessura tratada•A microestrutura produzida é formada por martensita•A austenita retida aumenta com o teor de C, e doselementos de liga e com a diminuição da velocidade detempera.•Estruturas compostas de martensita e carbonetosprimários grosseiros, ou rede de carbonetos ou com umafina dispersão de carbonetos também podem serproduzidas
Cementação
Seleção de Materiais
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Os aços para cementação incluem-se entre os aços para construção mecânica,caracterizam-se por um baixo teor de carbono, geralmente até 0,25% e podemconter ou não elementos de liga.
Os aços para cementação são comumente empregados em peças que, além das
solicitações mecânicas comuns de tração, flexão, torção, etc., estão ainda sujeitasa impactos bem como um forte desgaste na camada periférica, tais comoengrenagens, coroas, pinhões, pinos, buchas e peças diversas de veículos emáquinas em geral. Para satisfazerem a esses requisitos, as peças devemapresentar uma camada periférica dura, suportada por um núcleo tenaz eresistente.
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cementaçãoReduz a ocorrência de austenita retida. É o ciclo que possibilita o maiorrefino de grãos do núcleo de da camada cementada.
Requer dois aquecimentos adicionais até as temperaturas de têmperaem meio que proteja a peça contra descarbonetação. Favorece aocorrência de deformações pelas sucessivas sequências deaquecimento e resfriamento.
Têmpera simples da camada cementada com resfriamentolento após a cementaçãoAlém de conferir a camada cementada a dureza desejada, permite a
obtenção de núcleos com diferentes teores de resistência e tenacidade,segundo a temperatura de têmpera adotada. Temperaturas de têmperamais elevadas produzirão núcleos mais resistentes e menos tenazes.
Requer um aquecimento adicional até a temperatura de têmpera em meioque proteja a peça contra descarbonetação. Favorece a ocorrência dedeformações, acentuando-se essa tendência para temperaturas maiselevadas.
Têmpera diretaSimplicidade. Não requer aquecimentos subsequentes nem proteção
contra descarbonetação.Tendência a apresentar austenita retida no caso dos aços ligados. Onúcleo fica totalmente endurecido
Ciclos de cementação
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N difunde na peça para formar nitretos com Al, Ti, Mo, etc.
Realizada na faixa de temperatura de400-600ºC, na presença da fase ferriticanos aços (pode ser realizada em aços austeniticos que contenham formadores denitretos)Para aços com 0.4%C que tenham sido tratados termicamente antes danitretaçãoIdeal para aços que possam ser revenidos nas T de nitretação
Dureza obtida pode ser mantida até 500C (T superior a T d decomposião damartensita)Produz tensões residuais compressivas
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