3 etapas do processo de tratamento térmico | Básico de tratamento térmico

2024. június 21. Roberto Magalhães

O tratamento térmico é o método pelo qual o metal é aquecido e resfriado em uma série de operações específicas, sem derretê-lo. O objetivo do tratamento térmico é tornar um metal mais útil, alterando ou restaurando suas propriedades mecânicas. Por meio do tratamento térmico, um metal pode se tornar mais duro, mais forte e mais resistente ao impacto. Além disso, o tratamento térmico pode tornar um metal mais macio e dúctil. Algumas propriedades são melhoradas em detrimento de outras; por exemplo, endurecer um metal pode torná-lo quebradiço e difícil de usinar.

TEORIA DO TRATAMENTO TÉRMICO

Os vários tipos de processos de tratamento térmico são um tanto semelhantes porque todos envolvem aquecimento e resfriamento; eles diferem nas temperaturas de aquecimento e nas taxas de resfriamento utilizadas e nos resultados finais. Os métodos usuais de tratamento térmico de metais ferrosos (metais com ferro) são recozimento, normalização, endurecimento e revenido. A maioria dos metais não ferrosos pode ser recozida, mas nunca revenida, normalizada ou endurecida.

O tratamento térmico bem-sucedido requer um controle rigoroso sobre todos os fatores que afetam o aquecimento e o resfriamento de um metal. Esse controle só é possível quando o equipamento adequado estiver disponível. O forno deve ser de tamanho e tipo adequados e controlado, para que as temperaturas sejam mantidas dentro dos limites prescritos para cada operação. Até mesmo a atmosfera do forno afeta a condição do metal que está sendo tratado termicamente. A atmosfera do forno consiste nos gases que circulam pela câmara de aquecimento e circundam o metal, à medida que ele é aquecido. Em um forno elétrico, a atmosfera é ar ou uma mistura controlada de gases. Em um forno a combustível, a atmosfera é uma mistura de gases proveniente da combinação do ar e dos gases liberados pelo combustível durante a combustão. Esses gases contêm várias proporções de monóxido de carbono, dióxido de carbono, hidrogênio, nitrogênio, oxigênio, vapor de água e outros hidrocarbonetos diversos. Fornos movidos a combustível podem fornecer três atmosferas distintas quando você varia as proporções de ar e combustível.

Eles são chamados de oxidantes, redutores e neutros

ESTÁGIOS DO TRATAMENTO TÉRMICO

O tratamento térmico é realizado em três grandes etapas:

Etapa 1 – Aquecer o metal lentamente para garantir uma temperatura uniforme

Estágio 2 – Imersão (manutenção) do metal em uma determinada temperatura por um determinado tempo e resfriamento do metal até a temperatura ambiente

Etapa 3 – Resfriar o metal à temperatura ambiente

ESTÁGIO DE AQUECIMENTO

O objetivo principal na etapa de aquecimento é manter temperaturas uniformes. Se ocorrer um aquecimento desigual, uma seção de uma peça pode se expandir mais rapidamente do que outra e resultar em distorção ou rachaduras. Temperaturas uniformes são alcançadas por aquecimento lento. A taxa de aquecimento de uma peça depende de vários fatores. Um fator importante é a condutividade térmica do metal. Um metal com alta condutividade térmica aquece mais rapidamente do que outro com baixa condutividade. Além disso, a condição do metal determina a taxa na qual ele pode ser aquecido. A taxa de aquecimento para ferramentas e peças endurecidas deve ser mais lenta do que para metais não tensionados ou não tratados. Finalmente, o tamanho e a seção transversal figuram na taxa de aquecimento. Peças com seção transversal grande requerem taxas de aquecimento mais lentas para permitir que a temperatura interna permaneça próxima da temperatura da superfície, evitando empenamentos ou rachaduras. Peças com seções transversais irregulares sofrem aquecimento desigual; no entanto, essas peças são menos propensas a rachar ou deformar excessivamente quando a taxa de aquecimento é mantida lenta.

ESTÁGIO DE IMERSÃO

Depois que o metal é aquecido até a temperatura adequada, ele é mantido nessa temperatura até que ocorram as mudanças estruturais internas desejadas. Este processo é denominado IMERSÃO. O período de tempo mantido na temperatura adequada é denominado PERÍODO DE IMPULSÃO, que depende da análise química do metal e da massa da peça. Quando as peças de aço têm seção transversal irregular, o período de imersão é determinado pela seção maior. Durante o estágio de imersão, a temperatura do metal raramente é trazida da temperatura ambiente até a temperatura final em uma operação; em vez disso, o metal é aquecido lentamente a uma temperatura logo abaixo do ponto em que ocorre a mudança e então é mantido nessa temperatura até que o calor seja equalizado em todo o metal. Este processo é denominado PRÉ-AQUECIMENTO. Após o pré-aquecimento, o metal é rapidamente aquecido até a temperatura final desejada. Quando separado tem um design complexo, pode ser necessário pré-aquecer em mais de uma temperatura para evitar rachaduras e empenamento excessivo. Por exemplo, suponha que uma peça complexa precise ser aquecida a 815°C (1500°F) para endurecer. Esta parte pode ser aquecida lentamente até 316°C (600°F), embebida nesta temperatura, depois aquecida lentamente até 649°C (1200°F) e depois embebida nessa temperatura. Após o pré-aquecimento final, a peça deve ser aquecida rapidamente até a temperatura de endurecimento de 815°C (1500°F).

ESTÁGIO DE RESFRIAMENTO

Após o metal ter sido embebido, ele deve retornar à temperatura ambiente para completar o processo de tratamento térmico. Para resfriar o metal, ele pode ser colocado em contato direto com um MEIO DE RESFRIAMENTO, seja gás ou líquido, ou sólido ou qualquer combinação destes. A taxa de resfriamento depende do metal e das propriedades finais. A taxa de resfriamento também depende do meio de resfriamento; portanto, a escolha de um meio de resfriamento tem uma influência importante nas propriedades finais. A têmpera é o procedimento usado para resfriar rapidamente o metal em óleo, água, salmoura ou outro meio. Como a maioria dos metais são resfriados rapidamente durante o processo de endurecimento, a têmpera geralmente está associada ao endurecimento; entretanto, a têmpera nem sempre resulta em aumento da dureza; por exemplo, para recozer o cobre, geralmente é temperado em água. Outros metais, como os aços endurecidos ao ar, são resfriados a uma taxa relativamente lenta para o endurecimento. Alguns metais quebram ou deformam facilmente durante a têmpera, enquanto outros não sofrem nenhum efeito; portanto, o meio de têmpera deve ser escolhido de acordo com o metal. Salmoura ou água são usadas para metais que requerem uma taxa de resfriamento rápida, e misturas de óleo são mais adequadas para metais que precisam de uma taxa de resfriamento mais lenta. Geralmente, os aços carbono são endurecidos em água e os aços-liga são endurecidos em óleo. Os metais não ferrosos são normalmente temperados em água.