Dominando o Tratamento Térmico: Têmpera e Revenimento de Aço Ferramenta

Objetivo

Após concluir esta unidade, você deverá ser capaz de:

• Temperar corretamente uma peça de aço ferramenta e avaliar seu trabalho.
• Revenar corretamente a peça temperada e avaliar seu trabalho.
• Descrever os procedimentos adequados de tratamento térmico para outros aços ferramenta.

Segurança

Os seguintes procedimentos são sugeridos para uma operação segura de tratamento térmico:

1. Use roupa de proteção resistente ao calor, luvas, óculos de segurança e protetor facial para evitar exposição a óleos quentes, que queimam a pele.
2. Antes de acender o forno, verifique se chaves de ar, exaustores, válvulas de desligamento automático e outras precauções estão em vigor.
3. Certifique-se de que há refrigerante (coolant) suficiente para o trabalho. O refrigerante absorve o calor do metal ao resfriar; se insuficiente, o metal não resfriará na velocidade ideal.
4. Garanta ventilação suficiente nas áreas de têmpera para manter níveis desejados de névoa de óleo.
5. Ao acender o forno, obedeça às instruções do fabricante.
6. Durante a ignição de forno a óleo ou gás, NÃO fique diretamente em frente a ele.
7. Verifique se o óleo de têmpera não está contaminado por água. Explosões podem resultar da umidade em contato com o óleo.
8. Antes de retirar materiais do pote de cementação líquida, certifique-se de que as pinças não estão molhadas e são as corretas para o trabalho.
9. Certifique-se de que fungicida ou inibidor bacteriano adequado foi misturado ao líquido de têmpera.
10. Quando tanques de têmpera não estiverem em uso, mantenha-os sempre cobertos.
11. Use absorvente não inflamável para limpar vazamentos e derramamentos de óleo. Faça isso imediatamente.
12. Se possível, mantenha ferramentas, cestos, dispositivos e áreas de trabalho livres de contaminação por óleo.
13. Antes de pausas e antes de passar à próxima tarefa, lave bem as mãos.
14. Se houver qualquer problema de pele suspeito, reporte ao instrutor e busque ajuda médica.
15. Fumos do banho de sal de cementação fundido não devem ser inalados, pois monóxido de carbono é produto do processo.
16. Garanta boa ventilação na área de trabalho.
17. Fique atento a contaminação por pedaços de metal cementado.
18. Não leve roupas ou equipamentos encharcados de óleo para áreas com alimentos ou bebidas.
19. Não leve alimentos ou bebidas onde óleos estejam sendo usados ou armazenados.

Procedimento

A primeira coisa importante ao tratar termicamente um aço é conhecer sua temperatura de têmpera. Muitos aços, especialmente os aços ferramenta comuns, têm faixa de temperatura bem estabelecida. O aço O-1 tem temperatura de têmpera de 788–816 °C (1450–1500 °F).

Para iniciar o processo:

1. Segurança primeiro. Temperaturas de tratamento térmico são muito altas. Vista-se adequadamente e mantenha a área ao redor do forno limpa para evitar risco de escorregar ou tropeçar. Também pré-aqueça as pinças antes de segurar a peça aquecida.
2. Pré-aqueça o forno a 649 °C (1200 °F).
3. Quando o forno atingir 649 °C, coloque a peça no centro do forno para garantir aquecimento uniforme. Feche e aguarde.
4. Uma vez a peça no forno, aqueça-a a 816 °C (1500 °F). Ao atingir essa temperatura, inicie imediatamente a contagem do tempo de imersão (soak) de 15 minutos a 1 hora (o tempo varia conforme a espessura do aço).

Tabela 1: Tempo Aproximado de Imersão (Soaking) para Têmpera, Recozimento e Normalização de Aço

Espessura do Metal (polegadas)	Tempo de aquecimento à temperatura requerida (hr)	Tempo de imersão (hr)
até 1/8	0,06 a 0,12	0,12 a 0,25
1/8 a 1/4	0,12 a 0,25	0,12 a 0,25
1/4 a 1/2	0,25 a 0,50	0,25 a 0,50
1/2 a 3/4	0,50 a 0,75	0,25 a 0,50
3/4 a 1	0,75 a 1,25	0,50 a 0,75
1 a 2	1,25 a 1,75	0,50 a 0,75
2 a 3	1,75 a 2,25	0,75 a 1,0
3 a 4	2,25 a 2,75	1 a 1,25
4 a 5	2,75 a 3,50	1 a 1,25
5 a 8	3,50 a 3,75	1 a 1,50

Tempo de imersão (soak time) é o tempo que o aço permanece na temperatura desejada (neste caso 816 °C / 1500 °F).

5. Quando o tempo de imersão terminar, retire a peça rapidamente, mas com cuidado com pinças. Coloque-a no tanque de óleo para têmpera. Movimente a peça o máximo possível enquanto têmpera.
6. Uma vez que a peça tenha resfriado até cerca de 52 °C (125 °F), inicie o revenimento (tempering). Para revenar, coloque a peça no forno a 191 °C (375 °F). Deixe imersa por 2 horas, depois retire e deixe esfriar à temperatura ambiente. A peça deve estar agora com dureza aproximada de 60 HRC.

Tratamentos Térmicos Adicionais (Aço 1045 como Exemplo)

Austenitização e Resfriamento ao Ar (Normalização)

1. Geralmente feito pelo fabricante, resultando na condição "como recebido" (as-received).
2. Para atingir esse estado, faz-se a normalização (histórico térmico). Normalização do aço 1045:
   1. Austenitização: Coloque o aço no forno a 850 °C (1562 °F) na faixa austenítica, mantenha por 1 hora até equilíbrio térmico e estrutura de solução sólida correspondente.
   2. Resfriamento ao ar: Retire do forno e deixe resfriar ao ar até temperatura ambiente.

Austenitização e Resfriamento no Forno (Recozimento/Annealing)

1. Também chamado de recozimento. O aço passa pelo seguinte histórico térmico:
   1. Austenitização: Forno a 850 °C (1562 °F) por 1 hora até equilíbrio.
   2. Resfriamento no forno: Resfrie lentamente no forno. Deixe a temperatura cair de 850 °C a 700 °C (1292 °F) ao longo de 10 horas.
   3. Resfriamento ao ar: Retire do forno e deixe resfriar ao ar até temperatura ambiente.

Austenitização e Têmpera (Quench)

1. Austenitização: Forno a 850 °C (1562 °F) por 1 hora até equilíbrio.
2. Têmpera: Retire rapidamente do forno, mergulhe em grande recipiente com água à temperatura ambiente e agite vigorosamente. Para aço 1045, água em temperatura ambiente é o meio de têmpera.

Têmpera: Rapidamente remova o material do forno, mergulhe em grande reservatório de água à temperatura ambiente e agite vigorosamente.

Para aço 1045, o meio de têmpera é água à temperatura ambiente (para outros aços, outros meios como óleo ou salmoura são usados).

Austenitização, Têmpera e Revenimento

1. Austenitização: Forno a 850 °C (1562 °F) por 1 hora até equilíbrio.
2. Têmpera: Retire rapidamente, mergulhe em água à temperatura ambiente e agite vigorosamente.
3. Revenimento:
   1. Leve o aço à temperatura de revenimento e mantenha por cerca de 2 horas.
   2. Há uma faixa de temperaturas de revenimento. Para aço 1045, a faixa é de 200 a 500 °C (392 a 932 °F).
   3. Temperaturas diferentes levam a diferentes propriedades mecânicas.
   4. Temperaturas mais baixas dão maior limite de escoamento (yield strength) mas menor tenacidade e ductilidade.
   5. Temperaturas mais altas dão menor resistência mas aumentam tenacidade e ductilidade.
4. Resfriamento ao ar: Retire do forno e deixe resfriar ao ar até temperatura ambiente.

Teste da Unidade

1. Liste cinco regras de segurança para tratamento térmico.
2. Qual a primeira coisa importante a saber ao tratar termicamente um aço?
3. Qual o tempo de imersão (soak time) para espessura de 1 a 2 polegadas?
4. Explique o que é "soak time" (tempo de imersão).
5. Após o tempo de imersão completo, qual o próximo passo?
6. Para revenar a peça, ela deve ser colocada no forno a que temperatura?
7. Explique "Austenitização e Têmpera".
8. O que é "Resfriamento ao ar" (Air-cool)?
9. Explique o Método Rockwell.
10. Explique o Teste de Dureza Brinell.

Atribuição do Capítulo

Este capítulo foi derivado das seguintes fontes.

• Tratamento Térmico (Heat Treating) derivado de Heat Treatment of Plain Carbon and Low Alloy Steels pelo Massachusetts Institute of Technology, CC:BY-NC-SA 4.0.
• Equação do Teste de Dureza Brinell derivado de Brinell Hardness por CORE-Materials Resource Finder, CC:BY.