Processos de Tratamento Térmico: Aumentando Resistência e Desempenho do Metal

Tratamento térmico é definido como processo combinado de aquecimento e resfriamento de metal para alterar propriedades físicas e mecânicas de um material. Usado para homogeneizar liga fundida para melhorar sua trabalhabilidade em altíssima temperatura, alterar microestrutura de modo a alcançar propriedades mecânicas desejadas. Para realizar tratamento térmico, segurança é prioridade para quem lida com ele, pois grande quantidade de calor é liberada, e se algo der errado pode resultar em problemas graves. Processo realizado em fornos onde temperatura varia conforme requisito e metal no processo, além disso gases usados para controlar atmosfera para processo particular. Quando metal entra em contato com atmosfera, pode reagir e envolver-se em reação química. Na atmosfera, gases e umidade presentes podem afetar processo, por isso atmosfera do espaço deve ser mantida. Reduz efeito de oxidação nos componentes tratados.

Tratamento térmico está associado ao aumento da resistência do material, mas não apenas isso. Também altera aspectos de manufatura como melhorar usinabilidade, conformabilidade, e quando operação termina material restaura sua ductilidade no resfriamento.

Objetivos do processo de tratamento térmico:

• Refinar tamanho do grão.
• Aumentar usinabilidade do material.
• Eliminar tensões residuais internas.
• Eliminar gases que fragilizam o aço.
• Alterar composição da superfície por difusão.
• Alcançar propriedades mecânicas, físicas ou químicas desejadas.
• Reamolecer aço endurecido.

Parâmetros que afetam composição e propriedades do metal:

1. Atmosfera
2. Revestimento superficial
3. Difusão superficial
4. Resfriamento
5. Aquecimento
6. Trabalho de entrada
7. Tempo

Classificação do Processo de Tratamento Térmico:

Tratamento térmico pode ser classificado nos seguintes tipos.

Processos Comuns de Tratamento Térmico:

1. Homogeneização
2. Recozimento (Annealing)
3. Normalização

Tratamentos para alterar propriedades superficiais (química):

1. Cementação (Carburização)
2. Nitretação
3. Carbonitretação
4. Nitrocarbonitretação

Tratamentos para alterar estrutura de fase:

1. Endurecimento (Hardening)
2. Revenimento (Tempering)
3. Endurecimento por indução.

Processo de tratamento especial:

1. Sinterização

Introdução básica de todos estes processos é dada abaixo.

Processos Comuns de Tratamento Térmico:

1. Homogeneização

Homogeneização é tratamento geral quando material vai para operação, antes do tratamento real começa, homogeneização realizada para manter temperatura igual em todo material tratado. Também realizada para reduzir efeito de coring causado por composição química não uniforme.

2. Recozimento (Annealing).

Material aquecido a temperatura muito alta e depois resfriado lentamente. É um dos processos usado para aumentar ductilidade e reduzir dureza. Quando dureza e ductilidade mudam, resulta em redução de discordâncias na estrutura cristalina. Material aquecido a temperatura pré-fixada, mantido por certo tempo, então resfriado lentamente à temperatura ambiente. Se material é aço, realizado aquecendo aço logo acima da temperatura crítica (727°C) e resfriando lentamente.

Estágios do processo de recozimento:

1. Estágio de recuperação
2. Estágio de recristalização
3. Estágio de crescimento de grão.

3. Normalização:

Processo no qual material aquecido acima de 910°C para completar austenitização. Uma vez atingido estágio, resfriado na presença de ar para obter perlita fina, com boa dureza e ductilidade. Normalização usada para material ferroso para melhorar propriedades mecânicas.

Química de Superfície:

1. Cementação (Carburização)

Processo de tratamento térmico superficial para aumentar dureza e resistência ao desgaste do metal. Como nome implica, adição de carbono na superfície do metal, especialmente aço baixo carbono, a temperatura predeterminada. Também chamado processo de endurecimento de caixa (case hardening) onde parte de material com baixo teor de carbono é aquecida a altas temperaturas em presença de atmosfera rica em carbono. Quando material aquecido em ambiente alto carbono permite difusão de átomos de carbono diretamente na superfície da parte. Quantidade de carbono difundido depende do potencial de carbono da atmosfera, temperatura de aquecimento e tempo de exposição. Para endurecer tanto caixa quanto núcleo, têmpera rápida necessária. Após têmpera, parte cementada revenida para atingir requisitos. Aumenta dramaticamente ductilidade e tenacidade.

Diferentes métodos de cementação:
Cementação em caixa
Cementação a gás
Cementação a vácuo
Cementação líquida

Vantagens da cementação:

• Pode ser realizada em peças simples e complexas.
• Aumenta dureza superficial do material.
• Aumenta resistência ao desgaste e resistência à fadiga.

2. Nitretação:

Também processo de tratamento térmico, como nome implica, nitrogênio adicionado à superfície do material, especialmente aço. Dois métodos: processo gasoso e processo plasma. No processo, peça aquecida a 600°C em presença de gás e amônia dissociada, dureza alcançada por formação de nitretos na superfície. No processo gasoso, amônia dissociada atua como fonte; no plasma, íons de nitrogênio difundem na superfície. Na nitretação gasosa, têmpera não requerida, desenvolve caixa dura em peça a baixas temperaturas. Na nitretação a plasma, penetração em furos cegos não possível, processo muito restrito.

Vantagens da nitretação:

• Aumenta vida à fadiga.
• Aumenta resistência ao desgaste e corrosão.
• Alta dureza pode ser alcançada maior que cementação.
• Não necessita têmpera.
• Distorção mínima da peça.

3. Carbonitretação:

Processo realizado na superfície para produzir caixa dura e resistente ao desgaste. Como nome implica, tanto carbono quanto nitrogênio envolvidos. Difusão de carbono e nitrogênio aumenta endurecibilidade do material, mais dura que cementação. Para carbonitretação, temperatura menor que cementação requerida, reduzindo distorção. 0,5-0,8% carbono e 0,2-0,4% nitrogênio adicionados à superfície. Após difusão, componentes têmperados diretamente em óleo para evitar trincas.

Vantagens:

• Alta dureza superficial e resistência ao desgaste.
• Aumenta vida à fadiga em 30-100%.
• Devido a temperatura menor, distorção reduzida.
• Bom para aplicações de alta temperatura.
• Aumenta resistência à tração e ponto de escoamento.

4. Nitrocarbonitretação Ferrítica:

Também processo de endurecimento de caixa para produzir superfície dura e resistente ao desgaste em aços de baixo grau. Difunde nitrogênio e carbono na caixa da peça abaixo da temperatura crítica 650°C. Nesta temperatura microestrutura não converte em fase austenítica, permanece em fase ferrítica, por isso chamada ferrítica nitrocarbonitretação.

Tratamentos para Alterar Estrutura de Fase:

1. Endurecimento
2. Revenimento
3. Endurecimento por indução.

1. Endurecimento (Hardening)

Usado basicamente para metal ferroso. Metal aquecido a temperatura predeterminada e resfriado rapidamente colocando metal aquecido em tanque com água. Também pode ser resfriado em ar para endurecer. Aumenta dureza e resistência mas ao mesmo tempo aumenta fragilidade.

2. Revenimento (Tempering)

Quando aço aquecido, propriedades mudam como dureza e fragilidade aumentam, importante para aplicação prática. Quando metal aquecido expande e no resfriamento forma encolhe. Durante resfriamento, tensões internas estabelecidas. Metal revenido após endurecimento na superfície para aliviar tensões internas e reduzir fragilidade. No revenimento, metal aquecido a temperatura especificada e resfriado em ar parado. Temperatura de revenimento menor que de endurecimento.

3. Endurecimento por Indução

Processo de tratamento superficial para endurecer superfície de aço e componentes de liga. Peças colocadas dentro de bobina de cobre refrigerada a água. Bobina conectada a corrente alternada. Corrente fornecida à bobina e peça aquecida acima da temperatura de transformação. Neste processo, parte do núcleo permanece inafetada ao calor. Peça mantida na bobina até profundidade de dureza desejada alcançada. Após dureza, têmpera em óleo ou outra mídia dependendo do material e dureza requerida.

Processo de Tratamento Especial

1. Sinterização

Sinterização é processo de tratamento térmico aplicado a compacto de pó para conferir resistência e integridade ao material. Metal aquecido abaixo da temperatura de fusão evitando liquefação. Processo reduz porosidade no material e melhora propriedades como resistência, dureza, condutividade térmica etc.

Esta é introdução básica dos processos de tratamento térmico. Se tiver dúvidas, comente. Se gostou, compartilhe nas redes sociais. Assine nosso site para mais artigos informativos. Obrigado pela leitura.