Tratamento Térmico Explicado: Processos, Métodos e Benefícios

O Que É Tratamento Térmico?

O tratamento térmico é o processo de aquecimento e resfriamento de metais, usando métodos pré-determinados específicos para obter propriedades desejadas. Tanto metais ferrosos quanto não ferrosos passam por tratamento térmico antes de serem colocados em uso.

Ao longo do tempo, muitos métodos diferentes foram desenvolvidos. Mesmo hoje, metalurgistas estão constantemente trabalhando para melhorar os resultados e a eficiência de custo desses processos. Para isso, eles desenvolvem novos cronogramas ou ciclos para produzir uma variedade de graus. Cada cronograma refere-se a uma taxa diferente de aquecimento, manutenção e resfriamento do metal.

Estes métodos, quando seguidos meticulosamente, podem produzir metais de diferentes padrões com propriedades físicas e químicas notavelmente específicas.

Os Benefícios do Tratamento Térmico

Existem várias razões para realizar tratamento térmico. Alguns procedimentos tornam o metal macio, enquanto outros aumentam a dureza. Eles também podem afetar a condutividade elétrica e térmica destes materiais.

Alguns métodos de tratamento térmico aliviam tensões induzidas em processos anteriores de trabalho a frio. Outros desenvolvem propriedades químicas desejáveis nos metais. Escolher o método perfeito realmente se resume ao tipo de metal e às propriedades requeridas.

Em alguns casos, uma peça de metal pode passar por vários procedimentos de tratamento térmico. Por exemplo, algumas superligas usadas na indústria de fabricação de aeronaves podem passar por até seis etapas diferentes de tratamento térmico para otimizá-las para a aplicação.

Etapas do Processo de Tratamento Térmico

Em termos simples, o tratamento térmico é o processo de aquecer o metal, mantê-lo naquela temperatura e depois resfriá-lo de volta. Durante o processo, a peça de metal sofrerá mudanças em suas propriedades mecânicas. Isso ocorre porque a alta temperatura altera a microestrutura do metal. E a microestrutura desempenha um papel importante nas propriedades mecânicas de um material.

O resultado final depende de muitos fatores diferentes. Estes incluem o tempo de aquecimento, tempo de manter a peça de metal a uma certa temperatura, taxa de resfriamento, condições circundantes, etc. Os parâmetros dependem do método de tratamento térmico, tipo de metal e tamanho da peça.

Ao longo deste processo, as propriedades do metal mudarão. Entre essas propriedades estão resistência elétrica, magnetismo, dureza, tenacidade, ductilidade, fragilidade e resistência à corrosão.

1. Aquecimento

Como já discutimos, a microestrutura de ligas mudará durante o tratamento térmico. O aquecimento é realizado de acordo com um perfil térmico prescrito.

Uma liga pode existir em um de três estados diferentes quando aquecida. Pode ser uma mistura mecânica, uma solução sólida ou uma combinação de ambas.

Uma mistura mecânica é análoga a uma mistura de concreto onde o cimento liga areia e brita juntas. Areia e brita ainda são visíveis como partículas separadas. Com ligas metálicas, a mistura mecânica é mantida unida pelo metal base.

Por outro lado, em uma solução sólida, todos os componentes são misturados homogeneamente. Isso significa que não podem ser identificados individualmente mesmo sob microscópio.

Cada estado traz diferentes qualidades. É possível mudar o estado através do aquecimento de acordo com o diagrama de fases. O resfriamento, porém, determina o resultado final. É possível que a liga acabe em um dos três estados, dependendo exclusivamente do método.

2. Manutenção (Soaking)

Durante a etapa de manutenção ou imersão, o metal é mantido na temperatura atingida. A duração disso depende dos requisitos.

Por exemplo, a cementação apenas requer mudanças estruturais na superfície do metal para aumentar a dureza superficial. Ao mesmo tempo, outros métodos precisam de propriedades uniformes. Neste caso, o período de manutenção é mais longo.

O tempo de imersão também depende do tipo de material e tamanho da peça. Peças maiores precisam de mais tempo quando propriedades uniformes são o objetivo. Simplesmente leva mais tempo para o núcleo de uma peça grande atingir a temperatura requerida.

3. Resfriamento

Após a etapa de imersão estar completa, o metal deve ser resfriado de maneira prescrita. Nesta etapa também, ocorrem mudanças estruturais. Uma solução sólida no resfriamento pode permanecer a mesma, tornar-se uma mistura mecânica completa ou parcialmente, dependendo de vários fatores.

Diferentes meios como salmoura, água, óleo ou ar forçado controlam a taxa de resfriamento. A sequência de meios de resfriamento nomeados acima está em ordem decrescente de taxa efetiva de resfriamento. A salmoura absorve calor mais rápido, enquanto o ar é o mais lento.

Também é possível usar fornos no processo de resfriamento. O ambiente controlado permite alta precisão quando resfriamento lento é necessário.

Métodos de Tratamento Térmico

Existem várias técnicas de tratamento térmico para escolher. Cada uma traz certas qualidades.

Os métodos mais comuns de tratamento térmico incluem:

• Recozimento
• Normalização
• Endurecimento
• Envelhecimento
• Alívio de tensões
• Revenimento
• Cementação

1. Recozimento

No recozimento, o metal é aquecido além da temperatura crítica superior e depois resfriado a uma taxa lenta.

O recozimento é realizado para amolecer o metal. Torna o metal mais adequado para trabalho a frio e conformação. Também melhora a usinabilidade, ductilidade e tenacidade do metal.

O recozimento também é útil no alívio de tensões na peça causadas por processos anteriores de trabalho a frio. As deformações plásticas presentes são removidas durante a recristalização quando a temperatura do metal cruza a temperatura crítica superior.

Metais podem passar por uma infinidade de técnicas de recozimento, como recozimento de recristalização, recozimento completo, recozimento parcial e recozimento final.

2. Normalização

A normalização é um processo de tratamento térmico usado para aliviar tensões internas causadas por processos como soldagem, fundição ou têmpera.

Neste processo, o metal é aquecido a uma temperatura que é 40°C acima de sua temperatura crítica superior.

Esta temperatura é mais alta que a usada para endurecimento ou recozimento. Após mantê-lo a esta temperatura por um período designado, é resfriado ao ar. A normalização cria um tamanho de grão e composição uniformes em toda a peça.

Aços normalizados são mais duros e fortes que aço recozido. Na verdade, em sua forma normalizada, o aço é mais tenaz do que em qualquer outra condição. É por isso que peças que requerem resistência ao impacto ou precisam suportar cargas externas massivas quase sempre serão normalizadas.

3. Endurecimento

O processo de tratamento térmico mais comum de todos, o endurecimento é usado para aumentar a dureza de um metal. Em alguns casos, apenas a superfície pode ser endurecida.

Uma peça de trabalho é endurecida aquecendo-a à temperatura especificada, depois resfriando-a rapidamente submergindo-a em um meio de resfriamento. Óleo, salmoura ou água podem ser usados. A peça resultante terá dureza e resistência aumentadas, mas a fragilidade aumenta simultaneamente também.

A cementação de caixa é um tipo de processo de endurecimento no qual apenas a camada externa da peça de trabalho é endurecida. O processo usado é o mesmo, mas como uma fina camada externa é submetida ao processo, a peça de trabalho resultante tem uma camada externa dura, mas um núcleo mais macio.

Isso é comum para eixos. Uma camada externa dura protege contra desgaste de material. Ao montar um rolamento em um eixo, pode danificar a superfície e deslocar algumas partículas que então aceleram o processo de desgaste. Uma superfície endurecida fornece proteção contra isso e o núcleo ainda tem as propriedades necessárias para lidar com tensões de fadiga.

4. Envelhecimento

Envelhecimento ou endurecimento por precipitação é um método de tratamento térmico usado principalmente para aumentar a resistência ao escoamento de metais maleáveis. O processo produz partículas dispersas uniformemente dentro da estrutura de grão de um metal, que trazem mudanças nas propriedades.

O endurecimento por precipitação geralmente vem após outro processo de tratamento térmico que atinge temperaturas mais altas. O envelhecimento, no entanto, apenas eleva a temperatura a níveis médios e a reduz rapidamente novamente.

Alguns materiais podem envelhecer naturalmente (à temperatura ambiente), enquanto outros apenas envelhecem artificialmente, ou seja, a temperaturas elevadas. Para materiais de envelhecimento natural, pode ser conveniente armazená-los a temperaturas mais baixas.

5. Alívio de Tensões

O alívio de tensões é especialmente comum para peças de caldeiras, garrafas de ar, acumuladores, etc. Este método leva o metal a uma temperatura logo abaixo de seu limite crítico inferior. O processo de resfriamento é lento e, portanto, uniforme.

Isso é feito para aliviar tensões que se acumularam nas peças devido a processos anteriores como conformação, usinagem, laminação ou endireitamento.

6. Revenimento

O revenimento é o processo de reduzir dureza excessiva e, portanto, fragilidade, induzida durante o processo de endurecimento. Tensões internas também são aliviadas. Passar por este processo pode tornar um metal adequado para muitas aplicações que precisam de tais propriedades.

As temperaturas são geralmente muito mais baixas que as temperaturas de endurecimento. Quanto maior a temperatura usada, mais macia a peça final se torna. A taxa de resfriamento não afeta a estrutura do metal durante o revenimento e geralmente o metal resfria em ar parado.

7. Cementação

Neste processo de tratamento térmico, o metal é aquecido na presença de outro material que libera carbono na decomposição.

O carbono liberado é absorvido na superfície do metal. O teor de carbono da superfície aumenta, tornando-a mais dura que o núcleo interno.

Quais Metais São Adequados Para Tratamento Térmico?

Embora metais ferrosos representem a maioria dos materiais tratados termicamente, ligas de cobre, magnésio, alumínio, níquel, latão e titânio também podem ser tratados termicamente.

Cerca de 80% dos metais tratados termicamente são diferentes graus de aço. Metais ferrosos que podem ser tratados termicamente incluem ferro fundido, aço inoxidável e vários graus de aço ferramenta.

Processos como endurecimento, recozimento, normalização, alívio de tensões, cementação de caixa, nitretação e revenimento são geralmente feitos em metais ferrosos.

Cobre e ligas de cobre são submetidos a métodos de tratamento térmico como recozimento, envelhecimento e têmpera.

Alumínio é adequado para métodos de tratamento térmico como recozimento, tratamento térmico de solução, envelhecimento natural e artificial. O tratamento térmico para alumínio é um processo de precisão. O escopo do processo deve ser estabelecido e deve ser controlado cuidadosamente em cada etapa para as características desejadas.

Evidentemente, nem todos os materiais são adequados para as formas de tratamento térmico. Da mesma forma, um único material não necessariamente se beneficiará de cada método. Portanto, cada material deve ser estudado separadamente para alcançar o resultado desejado. Usar diagramas de fases e informações disponíveis sobre o efeito dos métodos mencionados é o ponto de partida.

Perguntas Frequentes

O Que É Tratamento Térmico?

O tratamento térmico é o processo de aquecer metal sem deixá-lo atingir seu estágio fundido ou de fusão, e depois resfriar o metal de forma controlada para selecionar propriedades mecânicas desejadas. O tratamento térmico é usado para tornar o metal mais forte ou mais maleável, mais resistente à abrasão ou mais dúctil.

Quais São Exemplos de Tratamento Térmico?

Por exemplo, fundições automotivas de liga de alumínio são tratadas termicamente para melhorar dureza e resistência; itens de latão e bronze são tratados termicamente para aumentar resistência e prevenir trincas; estruturas de liga de titânio são tratadas termicamente para melhorar resistência a altas temperaturas.

Quais São os Dois Tipos de Tratamento Térmico?

A seguir estão os diferentes tipos de processos de tratamento térmico:

• Recozimento.
• Normalização.
• Endurecimento.
• Revenimento.
• Nitretação.
• Cianetação.
• Endurecimento por Indução.
• Endurecimento por Chama.

Por Que Fazemos Tratamento Térmico?

Existem muitas vantagens do tratamento térmico, incluindo: pode mudar as propriedades físicas (mecânicas) de um material e auxilia em outras etapas de fabricação. Alivia tensão, tornando a peça mais fácil de usinar ou soldar. Aumenta a resistência, tornando o material dúctil ou mais flexível.

Quantos Tipos de Tratamento Térmico Existem?

Neste post, cobriremos os quatro tipos básicos de tratamento térmico que o aço passa hoje: recozimento, normalização, endurecimento e revenimento.

Quais São as 3 Etapas do Processo de Tratamento Térmico?

Etapas do Tratamento Térmico

• A Etapa de Aquecimento.
• A Etapa de Imersão (Soaking).
• A Etapa de Resfriamento.

Quais São os Cinco Processos Básicos de Tratamento Térmico?

Técnicas de tratamento térmico incluem recozimento, cementação de caixa, fortalecimento por precipitação, revenimento, cementação, normalização e têmpera.

Como Funciona o Tratamento Térmico?

Em termos simples, o tratamento térmico é o processo de aquecer o metal, mantê-lo naquela temperatura e depois resfriá-lo de volta. Durante o processo, a peça de metal sofrerá mudanças em suas propriedades mecânicas. Isso ocorre porque a alta temperatura altera a microestrutura do metal.

O Que É Têmpera e Revenimento?

Têmpera e revenimento são processos que fortalecem materiais como aço e outras ligas à base de ferro. Estes processos fortalecem as ligas aquecendo o material enquanto simultaneamente resfria em água, óleo, ar forçado ou gases como nitrogênio.

O Que É Aço e Liga De?

Fundamentalmente, o aço é uma liga de ferro com baixas quantidades de carbono. Existem milhares de diferentes tipos de aço criados para atender diferentes tipos de aplicações. Estes se enquadram amplamente em 4 tipos – aço carbono, aço ferramenta, aço inoxidável e aço liga.

O Que É Recozimento No Tratamento Térmico?

recozimento, tratamento de um metal ou liga por aquecimento a uma temperatura predeterminada, mantendo por um certo tempo e depois resfriando à temperatura ambiente para melhorar ductilidade e reduzir fragilidade.

Quais São as Vantagens do Revenimento?

O revenimento ajuda a aliviar tensão, tornando o metal mais fácil de soldar ou usinar. Aumenta a resistência enquanto torna o material mais flexível e dúctil. Aumenta a dureza e introduz propriedades resistentes ao desgaste na superfície ou através de todo o metal.

Quais São os Tipos de Recozimento?

Alguns dos Diferentes Tipos de Processo de Recozimento:

• Recozimento Completo. Com este método, peças de aço são aquecidas até ficarem aproximadamente 30°C mais quentes que sua temperatura crítica de transformação.
• Recozimento Isotérmico.
• Recozimento Esferoidizante.
• Recozimento de Recristalização.
• Recozimento de Difusão.

Você Normaliza Antes do Tratamento Térmico?

Visão Geral do Processo de Normalização. O tratamento térmico de normalização ajuda a remover impurezas e melhorar ductilidade e tenacidade. Durante o processo de normalização, o material é aquecido entre 750-980 °C (1320-1796 °F).

Qual É o Principal Propósito do Recozimento?

As principais vantagens do recozimento estão em como o processo melhora a trabalhabilidade do material, aumentando a tenacidade, reduzindo a dureza e aumentando a ductilidade e usinabilidade de um metal.

O Que É Tempo de Imersão No Tratamento Térmico?

Tempo de imersão é a quantidade de tempo que o aço é mantido na temperatura desejada, que neste caso é 815°C (1500°F). Quando o tempo de imersão está completo, retire a amostra com pinças muito rapidamente, mas com cuidado.

Qual É o Propósito do Endurecimento?

Endurecimento é um processo metalúrgico de trabalho de metal usado para aumentar a dureza de um metal. A dureza de um metal é diretamente proporcional à tensão de escoamento uniaxial no local da tensão imposta.

O Aquecimento Do Metal O Enfraquece?

Este ato simples, se aquecido a uma faixa de temperatura exata, pode criar um metal mais puro e duro. É frequentemente usado para criar aço mais forte que o recozimento do metal, mas também cria um produto menos dúctil. Então, o calor pode de fato tornar o metal mais fraco.

Qual É a Diferença Entre Revenimento e Endurecimento?

Endurecimento ou têmpera é o processo de aumentar a dureza de um metal. Revenimento é o processo de aquecer uma substância a uma temperatura abaixo de sua faixa crítica, manter e depois resfriar.

O Que Acontece Se Você Revenir Demais O Aço?

Com temperatura alta o suficiente e tempo longo o suficiente, o aço será mais macio do que se você não o tivesse têmperado e apenas o deixasse esfriar lentamente. Então, dependendo do seu objetivo, você pode absolutamente super-revenir uma lâmina. Isso tornará a lâmina mais macia, mas também menos frágil.

Por Que O Processo De Revenimento É Obrigatório Após A Têmpera?

É obrigatório revenir o aço após ter sido endurecido. Isso é simplesmente porque uma nova fase foi criada, que é a martensita. Lembre-se que é necessário progredir para a fase austenita antes que a martensita possa ser criada.

Por Que O Revenimento É Necessário Após A Têmpera?

Após ser têmperado, o metal está em um estado muito duro, mas é frágil. O aço é revenido para reduzir parte da dureza e aumentar a ductilidade. É aquecido por um período definido a uma temperatura entre 200°C e 600°C (400°F e 1105°F).

O Que É Latão Liga De?

latão, uma liga de cobre e zinco, de importância histórica e duradoura por causa de sua dureza e trabalhabilidade.

Qual É o Processo de Endurecimento?

O processo de endurecimento consiste em aquecer os componentes acima da temperatura crítica (normalização), manter a esta temperatura por uma hora por polegada de espessura, resfriar a uma taxa rápida o suficiente para permitir que o material se transforme em uma estrutura muito mais dura e forte, e depois revenimento.

Por Que O Endurecimento Por Indução É Necessário?

O endurecimento por indução é um processo de tratamento térmico realizado para melhorar as propriedades mecânicas em uma área localizada de um componente ferroso. A área endurecida resultante melhora a resistência ao desgaste e fadiga junto com características de resistência.

Que Materiais Podem Ser Endurecidos Por Chama?

O endurecimento por chama é realizado em peças feitas de aço doce, aços liga, aços de médio carbono e ferro fundido. Como o nome sugere, o endurecimento por chama usa calor direto de chamas oxi-gás.

Como Você Faz O Processo De Revenimento?

O revenimento é geralmente realizado após o endurecimento, para reduzir parte do excesso de dureza, e é feito aquecendo o metal a alguma temperatura abaixo do ponto crítico por um certo período de tempo, depois permitindo que esfrie em ar parado.