Determine, para um eixo maciço, escalonado, com diâmetros de 20 \mathrm{~mm}, 50 \mathrm{~mm} e 30 mm de aço carbono ( 0,90 \% \mathrm{C} ) os seguintes parâmetros de tratamento térmico: ( 1.0 ponto)
a) A temperatura em { }^{\circ} \mathrm{C} recomendada para recozimento pleno;
b) O tempo recomendado na temperatura de recozimento.

Passo 1

O enunciado dá e pede o seguinte (tudo o que vem a seguir foi retirado do enunciado):
  • Material: aço carbono com teor de carbono \,0{,}90\%.
  • Peça: eixo maciço, escalonado, com diâmetros \,20\\ \mathrm{mm},\\\ 50\\ \mathrm{mm} e \,30\\ \mathrm{mm}.
  • O que se pede:
    a) A temperatura recomendada (em ^\circ\mathrm{C}) para o recozimento pleno (full annealing).
    b) O tempo recomendado de permanência (tempo de soak) nessa temperatura.

Passo 2

O que é recozimento pleno e quais princípios devemos usar (aula curta):
  • Recozimento pleno (full anneal) é um aquecimento controlado do aço até a região totalmente austenítica, seguido de um resfriamento lento (normalmente em fornalha) para produzir uma estrutura macia e uniforme (perlita grosseira + possivelmente cementita em aços hipereutetóides).
  • Para atingir a região austenítica é preciso aquecer acima da linha crítica superior:
    • em aços com \%C < 0{,}77\% (hipo-eutetóides) a linha crítica é chamada de A_3;
    • em aços com \%C > 0{,}77\% (hipereutetóides, como o nosso caso \,0{,}90\%) a linha crítica superior é chamada de A_{cm}, porque existe cementita que precisa ser dissolvida para formar austenita.
  • Regra prática industrial para recozimento pleno: aquecer até uma temperatura entre \,A_3 (ou \,A_{cm} para hipereutetóides) mais \,30^\circ\mathrm{C} a \,50^\circ\mathrm{C}. Ou seja, temperatura de recozimento = \,A_{crit} + (30 a 50)^\circ\mathrm{C}. Depois manter o tempo suficiente para que a temperatura seja homogênea através da seção e para completa austenitização, e então resfriar lentamente (fornalha) para evitar endurecimento.

Passo 3

Aplicando isso ao nosso aço com \,0{,}90\% C (interpretação e aproximação prática):
  • Como \,0{,}90\% C >\,0{,}77\%, o aço é hipereutetóide e devemos considerar \,A_{cm} (a linha onde a cementita se dissolve).
  • Valores práticos encontrados em referências de tratamento térmico para aços carbono mostram que, para teores em torno de \,0{,}9\% C, a temperatura crítica superior \,A_{cm} fica aproximadamente na faixa de \,740^\circ\mathrm{C} a \,760^\circ\mathrm{C} (essa é uma aproximação típica usada na prática; curvas de equilíbrio dão valores próximos).
  • Aplicando a regra prática (aumentar \,30^\circ\mathrm{C} a \,50^\circ\mathrm{C} sobre \,A_{cm}), obtém-se uma faixa de recozimento pleno aproximada: A_{cm} + 30^\circ\mathrm{C}\\ \text{a}\\ A_{cm} + 50^\circ\mathrm{C}
\Rightarrow\\ \text{faixa aproximada } 770^\circ\mathrm{C}\\ \text{a}\\\ 810^\circ\mathrm{C}.
  • Para recomendações práticas e seguras (evitar sub-austenitização e também evitar superaquecimento que favoreça crescimento de grão), escolhe-se um valor intermediário dentro dessa faixa. Vou adotar como recomendação prática e usual: \text{temperatura de recozimento pleno recomendada: } 780^\circ\mathrm{C}.Comentário: é um valor comumente usado para aços carbono de \approx0{,}9\% C quando se quer completa austenitização sem excessivo superaquecimento.

Passo 4

Como determinar o tempo de permanência (soak time) — regra prática e cálculo:
  • Em peças maciças, o tempo de soak é definido pela necessidade de que o calor penetre e a temperatura se torne homogênea na seção mais espessa. Uma regra-prática simples, muito usada em oficinas e manuais de tratamento térmico para recozimento, é: \text{tempo de soak} \approx 1\\ \text{hora por }25\\ \mathrm{mm}\\ \text{de seção máxima.}çãá(ou seja, 1\\ \mathrm{h}/25\\ \mathrm{mm} como aproximação; para seções muito grandes recomenda-se consultar normas/fornos).
  • Aqui a seção máxima do eixo é o diâmetro \,50\\ \mathrm{mm}. Aplicando a regra: \text{tempo} = \frac{50\\ \mathrm{mm}}{25\\ \mathrm{mm/h}} = 2\\ \mathrm{h}.
  • Observações práticas: alguns procedimentos adicionam 15–30 minutos extras para permitir homogeneização inicial ou consideram 1 h/25 mm mais 30 min de margem; mas a estimativa direta e suficiente para prova será 2\\ \mathrm{h} (baseada na seção máxima). Se o processo for crítico, usar um tempo ligeiramente maior (por ex. 2{,}5\\ \mathrm{h}) ou um termopar na peça para confirmar.

Passo 5

Sequência completa de operação recomendada (passos práticos para executar o recozimento pleno na peça):
  1. Aquecer uniformemente até 780^\circ\mathrm{C} (taxa de aquecimento moderada, evitando choque térmico).
  2. Manter a peça a 780^\circ\mathrm{C} por 2\\ \mathrm{h} (tempo calculado pela maior seção \,50\\ \mathrm{mm}).
  3. Resfriamento: resfriamento muito lento em fornalha — reduzir a temperatura gradualmente junto com a fornalha até cerca de 500^\circ\mathrm{C} a 600^\circ\mathrm{C}, depois retirar e resfriar ao ar. O resfriamento lento é essencial para obter perlita grosseira e evitar endurecimento ou tensões.
  4. Atmosfera e proteção: para evitar oxidação/escala excessiva, usar proteção adequada (forno com atmosfera controlada ou forrar com caixas/poeira protetora quando necessário).
  5. Controle: se houver requisitos mecânicos/metalográficos específicos, confirmar microestrutura com ensaio (micrografia) ou dureza nominal.

Resposta

a) 780^\circ\mathrm{C}
b) 2\\ \mathrm{h}

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