Fundamentos do Tratamento Térmico: Tipos, Métodos e Aplicações Explicados

Neste artigo, você aprende o que é o processo de tratamento térmico, seus métodos, tipos e a finalidade, procedimento, aplicação do tratamento térmico. O tratamento térmico é uma operação essencial na fabricação de peças e ferramentas de máquinas.

O que é Tratamento Térmico?

Tratamento térmico é definido como uma operação que envolve aquecimento e resfriamento de um metal ou liga no estado sólido para obter certas propriedades desejáveis sem alterar sua composição.

O processo visa alterar o tamanho de grão, modificar a estrutura do material e aliviar tensões internas geradas após trabalho a quente ou a frio.

• Melhorar a usinabilidade.
• Melhorar propriedades magnéticas e elétricas.
• Aumentar resistência ao desgaste, calor, corrosão, entre outros.

O tratamento térmico consiste em aquecer o metal próximo ou acima de sua temperatura crítica, manter por tempo determinado e finalmente resfriar em meio que pode ser ar, água, salmoura ou sais fundidos. Inclui recozimento, cementação, têmpera, normalização, nitretação, cementação cianídrica, etc.

Tipos de Processos de Tratamento Térmico

Principais tipos de processos de tratamento térmico:

1. Recozimento (Annealing)
2. Normalização (Normalizing)
3. Têmpera (Hardening)
4. Revenimento (Tempering)
5. Nitretação (Nitriding)
6. Cementação Cianídrica (Cyaniding)
7. Endurecimento por Indução (Induction Hardening)
8. Endurecimento por Chama (Flame Hardening)

Tipos de Tratamento Térmico (Detalhados)

1. Recozimento (Annealing)

Um dos processos mais importantes e amplamente usados no tratamento de ferro e aço. Definido como processo de amolecimento.

Aquecimento de 30–50°C acima da temperatura crítica superior e resfriamento muito lento no forno. Objetivo principal: tornar o aço mais dúctil e maleável, remover tensões internas. Torna o aço macio para fácil usinagem.

1.1 Finalidade do Recozimento

• Amolecer o aço e melhorar usinabilidade.
• Refinar granulação e remover gases.
• Remover tensões internas de processos anteriores.
• Obter ductilidade, maleabilidade e tenacidade desejadas.
• Modificar propriedades elétricas e magnéticas.

1.2 Procedimento do Recozimento

Dependendo do teor de carbono, aquece-se o aço a 50–55°C acima de sua faixa crítica. Mantém-se nessa temperatura por tempo definido (conforme forno e peça). Resfria-se lentamente dentro do forno.

1.3 Aplicação do Recozimento

Aplicado a fundidos e forjados.

2. Normalização (Normalizing)

Objetivo principal: remover tensões internas após trabalho a frio. Aquece-se o aço 30–50°C acima da temperatura crítica superior e resfria-se ao ar.

Melhora propriedades mecânicas e elétricas, usinabilidade e resistência à tração. Normalização restaura a estrutura à condição normal.

2.1 Finalidade da Normalização

• Promover uniformidade de estrutura.
• Refinar granulação.
• Promover mudanças desejáveis nas propriedades do aço.

2.2 Procedimento da Normalização

Aquece-se o aço a 40–50°C acima da crítica superior. Mantém-se por curto período. Resfria-se em ar parado à temperatura ambiente (têmpera ao ar).

2.3 Aplicação da Normalização

• Fundidos e forjados para refinar estrutura e aliviar tensões.
• Após trabalho a frio: laminação, estampagem, forjamento a martelo.

3. Têmpera (Hardening)

Objetivo: tornar o aço duro e tenaz. Aquece-se 30–40°C acima da crítica superior seguido de resfriamento contínuo até temperatura ambiente por têmpera em água ou óleo. Processo oposto ao recozimento.

3.1 Finalidade da Têmpera

• Aumentar dureza do aço.
• Resistir ao desgaste.
• Permitir que o aço corte outros metais.

3.2 Procedimento da Têmpera

Aquece-se acima da faixa crítica. Mantém-se por tempo definido. Resfria-se rapidamente em meio de têmpera.

Meio selecionado conforme dureza desejada: ar, água, salmoura, óleos, sais fundidos. Seções finas (lâminas de faca) resfriam ao ar. Água é comum, mas forma bolhas; salmoura evita isso. Óleo usado quando há risco de trinca/distorção, adequado para aços ligados. Sais fundidos para seções finas, produtos livres de trinca e resistentes a impacto.

3.3 Aplicação da Têmpera

Formões, marretas, martelos de mão, punções de centro, macho, matrizes, fresas, lâminas de faca, engrenagens.

4. Revenimento (Tempering)

Após têmpera, o aço fica frágil e com altas tensões residuais. Revenimento modifica propriedades do aço endurecido por têmpera para aumentar sua utilidade.

Reduz fragilidade e remove tensões internas da têmpera. O aço deve ser revenido após têmpera.

Dividido em três categorias conforme utilidade requerida:

• Revenimento em baixa temperatura.
• Revenimento em média temperatura.
• Revenimento em alta temperatura.

4.1 Finalidade do Revenimento

• Aliviar tensões internas causadas pela têmpera.
• Reduzir fragilidade.
• Melhorar ductilidade, resistência e tenacidade.
• Aumentar resistência ao desgaste.
• Obter propriedades mecânicas desejadas.

4.2 Procedimento do Revenimento

O aço após têmpera é reaquecido a temperatura ligeiramente acima da temperatura de uso, mas abaixo da crítica inferior (100°C a 700°C).

Reaquecimento em banho de óleo, chumbo fundido ou sais fundidos. Peça mantida até atingir temperatura uniformemente (tempo depende de composição e qualidade desejada). Retira-se do banho e resfria-se lentamente em ar parado.

4.3 Aplicação do Revenimento

Ferramentas de corte, ferramentas e engrenagens endurecidas por têmpera.

5. Nitretação (Nitriding)

Processo de cementação ou endurecimento superficial usando gás nitrogênio para obter pele dura no metal. Aquece-se o aço em atmosfera de amônia.

Átomos de nitrogênio depositam-se e endurecem o material. Endurecimento por indução e chama usam chama oxi-acetilênica.

5.1 Finalidade da Nitretação

• Endurecer superfície do aço a certa profundidade.
• Aumentar resistência ao desgaste e fadiga.
• Aumentar resistência à corrosão.

5.2 Procedimento da Nitretação

Forno elétrico a 450–510°C. Peça bem usinada e acabada em recipiente hermético com tubos de entrada/saída para circulação de gás amônia. Recipiente no forno; amônia passa enquanto forno aquece.

Durante aquecimento, nitrogênio liberado da amônia (nitrogênio atômico) reage com superfície da peça, formando nitreto de ferro. Profundidade depende do tempo na temperatura de nitretação. Peça retirada; não requer têmpera nem outro tratamento térmico.

5.3 Aplicação da Nitretação

• Endurecimento superficial de aços ligados de médio carbono.

6. Cementação Cianídrica (Cyaniding)

Aquece-se o aço em ambiente de cianeto de sódio. Átomos de carbono e nitrogênio depositam-se na superfície, endurecendo-a.

6.1 Finalidade da Cementação Cianídrica

• Efetiva para aumentar limite de fadiga de peças médias/pequenas (engrenagens, eixos, pinos de pulso).
• Aumentar dureza superficial.
• Aumentar resistência ao desgaste.
• Dar aparência limpa, brilhante e agradável à superfície endurecida.

6.2 Procedimento da Cementação Cianídrica

Peças imersas em banho de sal cianídrico fundido a 950°C. Sais: cloreto de sódio, carbonato de sódio, cianeto de sódio, cinza de sódio.

Peça permanece 15–20 min a 950°C. Decomposição do cianeto de sódio libera nitrogênio e carbono (do monóxido de carbono), que difundem na superfície endurecendo-a. Peça retirada e temperada em água ou óleo.

6.3 Aplicação da Cementação Cianídrica

• Artigos pequenos: engrenagens, buchas, parafusos, pinos, ferramentas manuais pequenas, que requerem superfície fina, dura e resistente ao desgaste.

7. Cementação (Carburising)

Aquece-se o aço em ambiente de carbono. Átomos de carbono depositam-se na superfície, endurecendo-a.

8. Cementação de Caixa / Endurecimento Superficial (Case Hardening / Surface Hardening)

Objetivo: tornar apenas a superfície externa dura e o núcleo interno macio. Processo de cementação — saturar camada superficial com carbono — ou outro processo que endureça a "caixa" (case) mantendo o núcleo macio.

8.1 Finalidade da Cementação de Caixa

• Obter dureza e resistência ao desgaste em peças de máquina.
• Obter núcleo tenaz.
• Obter maior limite de fadiga e altas propriedades mecânicas no núcleo.

Finalidade do Tratamento Térmico do Aço

Principais finalidades:

• Melhorar propriedades mecânicas: resistência à tração, dureza, ductilidade, resistência a choque, resistência à corrosão.
• Melhorar usinabilidade.
• Aliviar tensões internas induzidas por trabalho a frio ou a quente.
• Alterar ou refinar tamanho de grão.
• Melhorar propriedades magnéticas e elétricas.
• Aumentar resistência ao desgaste e corrosão.
• Aumentar dureza superficial.

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Conclusão

Esperamos ter esclarecido suas dúvidas sobre Processo de Tratamento Térmico. Se ainda tiver dúvidas sobre Processo de Tratamento Térmico ou métodos, tipos, aplicações, pergunte nos comentários.

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