Tratamento Térmico para Peças Usinadas CNC: Aumentando Resistência, Dureza e Desempenho

Existem muitas maneiras de alterar as propriedades dos metais e sua resposta à usinagem de precisão. Um desses métodos é o tratamento térmico. O tratamento térmico afeta muitos aspectos diferentes dos metais, incluindo resistência, dureza, tenacidade, trabalhabilidade, conformabilidade, ductilidade e elasticidade. Também afeta as propriedades físicas e mecânicas do metal, alterando assim o uso do metal ou alterando o trabalho futuro do metal. Essas mudanças ocorrem devido a mudanças na microestrutura e, às vezes, na composição química do material.

Aqui, estudamos cuidadosamente os tratamentos térmicos mais comumente usados relacionados a ligas metálicas na usinagem CNC e como esses tratamentos térmicos afetam as peças na usinagem de precisão.

O que é Tratamento Térmico?

Muitas instalações de produção CNC padrão usam tratamento térmico. Os fabricantes podem alterar a resistência, plasticidade e resistência à corrosão de componentes acabados ao escolher incluir processos de tratamento térmico.

Esses tratamentos envolvem aquecer a liga metálica a uma temperatura (geralmente) extrema e então resfriar sob condições controladas para alterar o estado físico ou propriedades mecânicas do material. A temperatura à qual o material é aquecido, o tempo para manter esta temperatura e a taxa de resfriamento afetam grandemente as propriedades físicas finais da liga metálica.

Parte do processo de design e engenharia é determinar quais propriedades físicas são necessárias para a peça, e selecionar o melhor metal para atender a esses requisitos. O tratamento térmico de ligas metálicas antes ou depois do processamento pode melhorar muito as principais propriedades físicas. O tratamento térmico aumenta a dureza, resistência ou trabalhabilidade do metal.

Tipos de Tratamento Térmico

Recozimento (Annealing)

Recozimento é um processo de tratamento térmico através do qual o material é aquecido a uma temperatura crítica e então resfriado lentamente. O processo de recozimento altera a estrutura física do material, tornando-o mais macio e mais dúctil.

Recozimento é um método de tratamento térmico no qual um metal como alumínio, cobre, aço, prata ou latão é aquecido a uma temperatura específica e mantido nessa temperatura por um período de tempo para sofrer transformação, e então resfriado ao ar. Este processo aumenta a ductilidade do metal e reduz a dureza, tornando o metal mais fácil de processar. Cobre, prata e latão podem ser resfriados rápida ou lentamente, enquanto metais ferrosos como aço devem sempre ser resfriados gradualmente para que o recozimento ocorra.

Recozimento é geralmente realizado após todas as ligas metálicas serem formadas e antes de processamento adicional para amolecê-las e melhorar sua trabalhabilidade, para que materiais mais duros não rachem ou quebrem facilmente. Se nenhum outro tratamento térmico for especificado, a maioria das peças usinadas CNC terá propriedades de material no estado recozido.

Revenimento (Tempering)

Revenimento também aquece peças a uma temperatura mais baixa que o recozimento, geralmente após têmpera de aço doce (1045 e A36) e aço liga (4140 e 4240). Revenimento pode ser usado para alterar a dureza, ductilidade e resistência dos metais, que geralmente os torna mais fáceis de processar. O metal será aquecido a uma temperatura abaixo do ponto crítico porque a temperatura mais baixa reduz a fragilidade mantendo a dureza.

Alívio de Tensão (Stress Relieving)

Alívio de tensão envolve aquecer a peça a uma alta temperatura (mas mais baixa que o recozimento), e então resfriar lentamente a peça. Geralmente é usado após usinagem CNC para eliminar a tensão residual gerada durante o processo de manufatura. Dessa forma, peças com propriedades mecânicas mais consistentes podem ser produzidas.

A eliminação de tensão é uma condição necessária para eliminar a tensão interna do material no processo de manufatura anterior. Se não houver alívio de tensão, as peças trincarão ou perderão tolerância durante o uso, o que eventualmente levará a danos nas peças.

Têmpera (Quenching)

Têmpera envolve aquecer o metal a uma temperatura muito alta e então realizar uma etapa de resfriamento rápido. Geralmente o material é imerso em óleo ou água ou exposto a um fluxo de ar frio. No entanto, dependendo das propriedades mecânicas finais requeridas pela peça, polímeros ou sais são às vezes usados. O resfriamento rápido "trava" as mudanças microestruturais que o material sofre quando aquecido, resultando em dureza muito alta da peça.

Peças são geralmente temperadas após usinagem CNC como a última etapa no processo de manufatura para atingir alta dureza superficial. O processo de revenimento pode então ser usado para controlar a dureza resultante. Por exemplo, a dureza do aço para ferramentas A2 após têmpera é 63-65 HRC, mas pode ser revenida para uma dureza entre 42 e 62 HRC. Revenimento pode reduzir a fragilidade das peças, estendendo assim a vida útil das peças (a dureza de 56-58 HRC é melhor para resultados).

Cementação/Endurecimento de Superfície (Case Hardening)

Endurecimento de superfície é uma série de tratamentos térmicos que podem resultar em alta dureza superficial das peças enquanto mantêm maciez dentro do material. Isso é geralmente melhor do que adicionar dureza a todo o volume da peça (por exemplo, por têmpera), porque peças mais duras também são mais frágeis.

Cementação é o tratamento térmico de endurecimento de superfície mais comum. Para metais com baixo teor de carbono (como aço), carbono adicional deve ser injetado na superfície, e então a peça é temperada para travar o carbono na matriz do metal, o que aumenta a dureza superficial do aço de maneira semelhante à forma como a anodização aumenta a dureza superficial de ligas de alumínio.

Endurecimento de superfície é um processo geralmente usado como a última etapa após a peça ter sido usinada. Combina alto calor com outros elementos e químicos para produzir uma camada externa endurecida. Como o endurecimento torna os metais mais frágeis, o endurecimento de superfície é útil para aplicações que requerem metais flexíveis com camadas de desgaste duráveis.

Quando os Tratamentos Térmicos São Aplicados?

A liga metálica pode ser tratada termicamente durante todo o processo de manufatura. Para peças usinadas CNC, os seguintes tratamentos térmicos são geralmente usados:

Antes da usinagem CNC: Se for necessário fornecer um grau padronizado de liga metálica, o provedor de serviços CNC processará diretamente as peças do material de estoque. Esta é geralmente a melhor opção para reduzir o tempo de entrega.

Após usinagem CNC: Certos tratamentos térmicos podem aumentar significativamente a dureza do material, ou usados como etapa de acabamento após a conformação. Nesses casos, a alta dureza reduzirá a usinabilidade do material, então o tratamento térmico é realizado após a usinagem CNC. Por exemplo, esta é a prática padrão ao usinar peças de aço para ferramentas CNC.

Como Especificar um Tratamento Térmico no Seu Pedido

Ao fazer um pedido CNC, existem três maneiras de solicitar tratamento térmico:

Dar uma referência a padrões de fabricação:

Muitos tratamentos térmicos foram padronizados e amplamente usados. Por exemplo, o indicador T6 em ligas de alumínio (6061-T6, 7075-T6, etc.) indica que o material foi endurecido por precipitação.

Especificar a dureza requerida:

Este é um método comum para especificar tratamento térmico e endurecimento de superfície de aços para ferramentas. Isso indicará ao fabricante qual tratamento térmico ele precisa realizar após usinagem CNC. Por exemplo, para aço para ferramentas D2, a dureza é geralmente 56-58 HRC.

Especificar ciclo de tratamento térmico:

Isso requer conhecimento metalúrgico avançado. Se você entende como diferentes tratamentos térmicos afetam os metais, pode especificar o processo de tratamento térmico necessário para que possa modificar especificamente as propriedades do material da aplicação.