O tratamento térmico de metais tem uma história que remonta a milhares de anos. A descoberta dos processos de tratamento térmico sem dúvida ajudou a inaugurar um período significativo de avanço tecnológico. Além disso, hoje diversos processos de usinagem e metalurgia utilizam tecnologias de ponta para produzir peças mais precisas e de maior qualidade graças a este processo.
Você descobrirá que vários métodos de tratamento térmico são usados em muitas indústrias hoje. Esses processos de tratamento térmico ajudam a alterar as propriedades físicas e às vezes químicas dos metais para diversos fins.
Aqui você descobrirá tudo o que precisa saber sobre os processos de tratamento térmico, suas vantagens e os tipos de tratamento térmico do aço.
O que é tratamento térmico?
Em grande medida, o tratamento térmico é um dos componentes mais importantes do processo de fabricação de metal. Inclui um grupo de técnicas de processamento térmico e metálico que alteram as propriedades dos metais.
Mais especificamente, o tratamento térmico por aquecimento e resfriamento altera as propriedades físicas, mecânicas e, às vezes, químicas dos metais. Essas propriedades incluem ductilidade, dureza, resistência à temperatura, conformabilidade, usinabilidade, resistência, etc.
Os métodos de tratamento térmico variam dependendo do tipo de material metálico e das propriedades específicas exigidas. É importante que os fabricantes conheçam o método de tratamento térmico adequado que atenda às suas necessidades específicas.
Quais metais estão disponíveis para tratamento térmico?
Em particular, é necessário estudar cada material para selecionar o método de tratamento térmico correto que atingirá as propriedades exigidas. Isso ocorre porque nem todos os materiais metálicos são adequados para todos os tipos de tratamento térmico.
Você descobrirá que os metais ferrosos constituem a maioria dos materiais tratados termicamente. Portanto, diferentes tipos de aço representam cerca de 80% dos metais tratados termicamente. No entanto, alguns metais não ferrosos também são adequados para tratamento térmico.
Ligas metálicas como cobre, alumínio, níquel, latão, magnésio e titânio são tratadas termicamente. Abaixo estão alguns dos metais disponíveis para tratamento térmico e os tipos apropriados de tratamento térmico:
1. Ferro fundido, aço carbono, aço inoxidável martensítico e aço ferramenta
Métodos de tratamento térmico – endurecimento, recozimento, normalização, alívio de tensões, endurecimento, nitretação e revenido.
2. Cobre e ligas de cobre
Métodos de tratamento térmico – recozimento, envelhecimento e têmpera.
3. Alumínio
Métodos de tratamento térmico – recozimento, tratamento térmico em solução, envelhecimento natural e artificial.
Etapas do tratamento térmico do metal
Em geral, existem cinco processos básicos de tratamento térmico de metais. Esses processos são endurecimento, endurecimento, normalização, recozimento e revenimento. Você descobrirá que cada processo produz propriedades metálicas diferentes.
Separadamente, deve-se notar que o tratamento térmico de metais consiste em três fases principais. Essas fases são aquecimento, imersão e resfriamento. Confira as etapas individuais abaixo:
1. A fase de aquecimento
Este é o primeiro passo em qualquer processo de tratamento térmico de metais. Muitas ligas sofrem alterações estruturais quando aquecidas a uma temperatura específica, até 1200°C, dependendo do tipo de metal. Além disso, a estrutura das ligas ocorre à temperatura ambiente como uma mistura mecânica, uma solução sólida ou uma combinação de ambas as formas.
Portanto, seria útil se você fosse sempre extremamente cuidadoso durante esta fase. Porque um movimento incorreto durante o aquecimento pode causar rachaduras ou deformação do metal. Portanto, seu principal objetivo é garantir que o metal aqueça uniformemente durante a fase de aquecimento. Além disso, vários fatores desempenham um papel na determinação da taxa de aquecimento a ser utilizada. Confira abaixo:
- O tamanho e a seção transversal do metal.
- A condição do metal.
- A condutividade térmica do material metálico.
2. A fase de imersão
Nesta fase, a peça metálica aquecida é mantida na temperatura na qual ocorrem as alterações desejadas na estrutura metálica. Além disso, o metal deve permanecer nesta temperatura até que toda a peça seja aquecida uniformemente.
O tempo de imersão, também chamado de tempo de retenção, refere-se a quanto tempo você mantém o metal na temperatura adequada. Você pode determinar o tempo de retenção por análise química, massa e espessura do metal – de modo geral, quanto maior a massa do metal, maior será o tempo de imersão. Porém, o tempo de imersão varia dependendo do material metálico, mas geralmente é de 2 horas.
3. A fase de resfriamento
Depois de molhar o metal, o próximo passo é resfriá-lo. O principal objetivo da fase de resfriamento é reduzir a temperatura do metal de volta à temperatura ambiente. No entanto, a fase de resfriamento determina as propriedades resultantes do metal tratado.
Também aqui a composição do metal pode mudar nesta fase, permanecer a mesma ou regressar à sua forma original. Observe que isso depende do tipo de metal, taxa de resfriamento e meio de resfriamento. Portanto, a fase de resfriamento continua sendo crucial para dar ao seu metal certas estruturas e propriedades.
Fatores que afetam o processo de tratamento térmico de metais
Vários fatores influenciam o processo de tratamento térmico de metais. Verifique os seguintes fatores:
1. Influência do tempo e da temperatura
Talvez os fatores mais importantes no tratamento térmico de metais sejam o tempo e a temperatura. Mais importante ainda, eles desempenham um papel no tratamento térmico de metais nas fases de aquecimento, imersão e resfriamento.
Além disso, estudos mostraram que o tempo e a temperatura desempenham um papel crucial na alteração das propriedades mecânicas e da microestrutura durante o tratamento térmico. Por exemplo, se a taxa de resfriamento do aço (têmpera) for aumentada em 1000 °C por minuto, uma nova microestrutura, a martensita, será criada.
2. Extensão da deformação
Na maioria dos casos, diferentes processos de tratamento térmico resultam em diferentes deformações e alterações nas dimensões das peças. Além disso, a extensão da deformação depende de:
- A estrutura do material metálico antes do tratamento térmico.
- Método de tratamento térmico, colocação no forno.
- A distribuição de tensões.
Assim, o grau de deformação é influenciado pelo processo de tratamento térmico dos metais.
3. Efeito da composição
Os elementos de liga também afetam o tratamento térmico dos metais. Nomeadamente, eles tendem a retardar a difusão dos átomos através da rede de ferro e, assim, atrasar as transformações alotrópicas.
Além disso, elementos de liga como manganês, molibdênio, níquel e boro aumentam a dureza. Da mesma forma, estes elementos também permitem o revenido a temperaturas mais elevadas para alcançar uma melhor ductilidade. Portanto, a composição metálica afeta o processo de tratamento térmico.
Tipos de tratamento térmico para aço
Existem quatro tipos básicos de tratamento térmico pelos quais o aço é submetido durante o processamento industrial. Confira abaixo:
1. Endurecimento
Este tipo de tratamento térmico melhora a dureza e a resistência do aço, aumentando a resistência da estrutura treliçada. Durante o endurecimento, o metal é aquecido até a temperatura necessária entre 800 e 900 °C e depois resfriado rapidamente. O tipo de aço é normalmente resfriado pela imersão do metal quente em um meio de têmpera, como óleo, água ou salmoura.
No entanto, para classes de aço com alto teor de elementos de liga, as temperaturas de aquecimento necessárias estão entre 980 e 1110 °C. A maioria dos materiais de aço precisa ser resfriado rapidamente porque a fase de resfriamento afeta o grau de dureza.
No entanto, você descobrirá que o endurecimento não traz benefícios. Enquanto o endurecimento do aço aumenta durante o tratamento térmico, a ductilidade diminui ao mesmo tempo. Isso torna o material de aço mais frágil.
2. Temperamento
Freqüentemente, você descobrirá que, após o endurecimento do aço, ele fica mais rígido do que o necessário e muito frágil para os processos de fabricação. Isto se deve às fortes tensões internas que surgem durante o resfriamento rápido durante o tratamento térmico do aço. Portanto, o revenido alivia as tensões internas e reduz a fragilidade do aço após o endurecimento.
Durante este tratamento térmico, o aço é aquecido até a temperatura necessária entre 125 e 700 °C e depois resfriado em ar calmo. Portanto, a temperatura de revenido utilizada no tratamento térmico do aço é sempre inferior à temperatura de endurecimento. A taxa de resfriamento durante o revenido também normalmente não tem influência na estrutura metálica. Quanto maior a temperatura de revenido utilizada, mais macio se torna o aço. No entanto, o aço rápido continua a ser uma exceção, pois tende a tornar-se mais duro em vez de mais macio após o revenido.
3. Brilho
Devido à sua baixa resistência e suavidade, o recozimento é mais adequado para aços com baixo teor de carbono. Este método de tratamento térmico confere ao metal propriedades opostas às do endurecimento. O recozimento de metais ajuda a reduzir tensões internas, aumentar a flexibilidade, suavizar o metal e refinar sua estrutura de grãos.
Além disso, o recozimento do aço inclui três etapas principais:
- Aquecimento do material de aço até a temperatura necessária na faixa de 260 – 760 °C, dependendo do tipo de aço.
- Segurando a classe de aço para manter a temperatura pelo tempo necessário.
- Em seguida, deixe esfriar lentamente até a temperatura ambiente.
Contudo, a taxa de resfriamento da temperatura de recozimento varia dependendo do metal. Em contraste com o endurecimento, o recozimento envolve o resfriamento lento do aço para criar suavidade.
A peça de metal é resfriada lentamente enterrando a peça de aço quente em cinzas, areia ou outros materiais que não conduzem bem o calor. Este processo é chamado de embalagem. O resfriamento da temperatura de recozimento também é realizado desligando o forno e permitindo que o forno e a peça de aço esfriem juntos. Este processo é denominado resfriamento do forno.
4. Normalizar
A normalização envolve a remoção das tensões internas dos metais ferrosos produzidos por vários processos. Isto inclui tratamento térmico, usinagem, soldagem, forjamento, fundição ou moldagem. No entanto, os aços normalizados são mais duros e resistentes que os aços recozidos. Portanto, a normalização geralmente é realizada em peças de aço sujeitas a impacto. Além disso, este método de tratamento térmico também é utilizado para peças que requerem máxima tenacidade e resistência a tensões externas.
A normalização do aço inclui o seguinte:
- Aquecimento do material de aço a uma temperatura específica entre 810 e 930 °C, dependendo do tipo de aço.
- Mergulhe o metal para um aquecimento uniforme.
- Em seguida, deixe esfriar ao ar livre.
- Tenha em mente que a normalização utiliza temperaturas mais altas para tratar termicamente o aço do que os processos de endurecimento e recozimento.
Benefícios do tratamento térmico para metais
O tratamento térmico de materiais metálicos pode alterar suas propriedades para que possam ser usados em vários processos de fabricação de metal. Abaixo estão alguns dos benefícios do tratamento térmico de metais:
- Aumenta a dureza na superfície ou em toda a peça.
- O tratamento térmico torna os metais mais flexíveis e viáveis.
- Ajuda a melhorar a resistência ao desgaste e a fragilidade dos metais.
- O tratamento térmico de metais pode melhorar suas propriedades elétricas e magnéticas. Isto aumenta a sua compatibilidade com outros materiais.
Diploma
Os processos de tratamento térmico tornaram-se parte integrante de vários processos de fabricação. Antes do tratamento térmico de metais, os fabricantes devem decidir sobre um metal adequado. Além disso, as diferentes propriedades devem ser avaliadas com base nos requisitos do projeto. Depois de considerar todos os fatores, um serviço de tratamento térmico de metais de qualidade é essencial.
Perguntas frequentes
Quais metais são adequados para tratamento térmico?
Em princípio, tanto os metais ferrosos como os não ferrosos são adequados para tratamento térmico. No entanto, diferentes tipos de aço constituem a maioria dos metais tratados termicamente.
Qual é a diferença entre Recozimento e Normalização?
Primeiramente, a normalização se aplica apenas a metais ferrosos como o aço. Além disso, a normalização utiliza uma temperatura mais alta e resfriamento de ar após o metal ser removido do forno. O recozimento utiliza uma temperatura mais baixa e é resfriado por embalagem ou resfriamento em forno.
Você pode tratar termicamente o aço inoxidável?
Devido ao seu alto teor de níquel, o aço inoxidável austenítico é difícil de tratar termicamente.
No entanto, o aço inoxidável martensítico é endurecido por têmpera e austenitização. As temperaturas de austenitização estão entre 980 e 1110 °C.
