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Têmpera
Definição:
É o aquecimento do aço acima da zona crítica, com permanência nesta temperatura o tempo necessário para completa homogenização da Austenita e seguido de um resfriamento rápido, em água, óleo ou salmoura. Representação gráfica:
Nos tratamentos citados anteriormente , os esfriamentos se davam relativamente lentos, mas no caso da tempera o esfriamento é rápido, não valendo então as estruturas ditadas pelo diagrama Ferro – carbono.
Convém frisar que a medida que aumentamos a velocidade de esfriamento, a estrutura vai se tornando cada vez mais refinada, ou seja, as lamelas (Fe (^) 3C + Ferrita) de perlita vão se tornando cada vez mais fina , a té que a uma certa velocidade, não ocorre a transformação em perlita mas sim, em uma estrutura denominada martensita, que pode ser, considerada como uma solução sólida super - saturada e metaestável de carbono em ferro alfa.
Observa-se ainda que a transformação da austenita em martensita é brusca e ocorre por escorregamento de planos cristalográficos, não havendo difusão dos átomos. Sendo então que a composição química da martensita é idêntica a da austenita que lhe deu origem.
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Finalidade da têmpera:
A principal finalidade da têmpera é aumentar a dureza do material conferida pela estrutura denominada de "martensita" que é o resultado do tratamento de têmpera. Para a obtenção da martensita a curva de resfriamento deve passar a esquerda do cotovelo da curva "C", evitando-se assim a transformação da austenita em perlita e ferrita.
Mi = temperatura de início de formação da martensita Mf = temperatura final de formação da martensita Obs.: entre Mi e Mf ocorre a transformação da Austenita em Martensita
O que é Estrutura Martensita?
A martensita é um produto da têmpera do aço e é formada da autenita supersatrada de carbono. A austenita (solução sólida de ferro gama + C) tem solubilidade maior que a ferrita (FeF 06 1 ). No resfriamento lento (recozimento e Normalização), o carbono segrega a medida que se forma a ferrita,. Entretanto, quando se esfria bruscamente o aço do estado Austenítico., o processo de difusão do carbono não ocorre, resultando numa estrutura tetragonal de corpo centrado, ligeiramente distorcida. Na transformação da austenita (CFC = cúbica de face centrada) a martensita (TCC = tetragonal de corpo centrado) temos um aumento de volume da ordem de 4 %. Devido ao aumento de volume, a estrutura martensita é altamente tencionada (tensão interna).
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- O volume do banho deve ser o maior possível, prevendo-se se necessário um sistema de refrigeração. Para a água também devemos fazer uma troca periódica.
- A agitação do banho por meio de um dispositivo conveniente ou da própria peça facilita a troca de calor, assegurando-se assim uma distribuição idêntica da líquido em toda a superfície da peça.
- O aumento do volume do banho limita evidentemente o aumento de sua temperatura, facilitando assim o arrefecimento.
- A saída do forno, mergulham-se as peças imediatamente no banho, devendo as peças longas preferencialmente serem temperadas na vertical, e as peças de seção irregular mergulhadas de modo a oferecer primeiro a parte de maior volume ao meio líquido.
Meio de resfriamento
Os meios de resfriamento para o tratamento de têmpera podem ser :
O meio de resfriamento a ser utilizado depende do tipo de aço , da espessura da peça, da geometria. Esse deve retirar o calor da peça no menor tempo possível para impedir a formação de outros constituintes que não sejam a martensita, como por exemplo a ferrita e a perlita.
Tensões internas provenientes do tratamento térmico de têmpera
Pelo que foi exposto sobre a natureza da estrutura Martensita, conclui-se que a mesma se caracteriza por excessiva dureza e por apresentar tensões internas consideráveis (aumento do volume CFC--TCC 4"~). Simultaneamente a essas tensões, por assim dizer estruturais, o aço temperado caracteriza-se por apresentar apreciáveis tensões térmicas. Estas são ocasionadas pelo fato de que materiais resfriados rapidamente, esfriam de maneira não uniforme, visto que a sua superfície atinge a temperatura ambiente mais rapidamente do que as regiões centrais, ocasionando mudanças volumétricas não uniformes, com as camadas superficiais contraindo mais rapidamente do que as regiões internas. Em última análise, pois. após temperado, o aço apresenta-se no estado de apreciáveis tensões internas. Quando estas tensões internas ultrapassam o limite de escoamento do aço, ocorre sua de - formação plástica e as peças apresentar-se-ão empenadas, se entre- tanto, as tensões
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internas excederem o limite de resistência ã tração do material, então ocorrerão inevitáveis fissuras e as peças estarão perdidas. Essas tensões internas não podem ser totalmente evitadas, podem contudo, ser reduzidas (minimizadas), mediante a vários artifícios práticos e de vários tratamentos térmicos (revenido). Os inconvenientes apontados, excessiva dureza da martensita e o estado de tensões internas. são atenuadas pelo reaquecimento do aço temperado ã temperaturas determinadas. t óbvio que tal operação torna-se desnecessária se as tensões internas originadas tiverem provocado trincas (fissuras).
Revenimento: (tempering)
Definição:
É o aquecimento do aço temperado até uma temperatura conveniente, abaixo da zona crítica durante um determinado tempo para obtenção das propriedades desejadas seguido de um determinado tempo para obtenção das propriedades desejadas seguido de um resfriamento qualquer. Devemos fazer o revenimento pois, depois da têmpera, o aço fica extremamente duro e frágil, não podendo de modo nenhum servir às utilizações a que se destina.
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b) 230 a 280 oC A dureza diminui ligeiramente no início, podendo ocorrer acréscimo depois, devido à transformação da austenita retida.
c) 260 a 360 oC Neste estágio a dureza cai acentuadamente.
d) 400 a 650 oC Revenidos nestas temperaturas são para “beneficiamento”, isto é, têmpera seguida de revenimento a alta temperatura. A estrutura resultante é a “martensita revenida” (antigamente denominada sorbita). A martensita deixa o formato de agulhas e passa a globulares.
e) Acima de 650 oC Surge uma estrutura denominada de “esferoidita”, que é constituída de glóbulos de cementita (Fe (^) 3C) numa matriz de ferrita.
Pelo que acabamos de expor, percebe-se que a temperatura de revenido pode ser escolhida de acordo com a combinação de propriedades mecânicas que se deseja no aço temperado.
Têmpera superficial
Introdução:
O endurecimento superficial dos aços, em grande número de aplicações de peças de máquinas é, freqüentemente, mais conveniente que seu endurecimento total pela têmpera normal, visto que, nessas aplicações, objetiva-se apenas a criação de uma superfície dura e de grande resistência ao desgaste e à abrasão. O endurecimento superficial pode ser produzido por vários métodos, a saber:
a) Tratamento Mecânico da superfície, mediante a qual se obtém uma superfície encruada, com resistência e dureza crescentes, em função da sua intensidade; b) Tratamento químico da superfície, mediante métodos como cromeação dura, metalização, cerâmica e outros; c) Tratamento termo - químicos, tais como cementação, nitretação, boretação e outros; d) Têmpera superficial:
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Os tratamentos “a” e “b” não possuem nada em comum com os tratamentos térmicos, motivo pelo qual não serão abordados no estudo. A têmpera superficial consiste em produzir-se uma têmpera localizada apenas na superfície do aço, que assim possuirão as propriedades e características típicas da estrutura Martensita. Vários são os motivos que determinam a preferencia da tempera superficial em relação a têmpera normal (ou total ).
Obtenção de superfícies duras e resistentes ao desgaste em peças de aço, devido as suas dimensões ou as tolerâncias dimensionais exigidas seria impossível endurecer convenientemente e através de toda a seção.
Obtenção de propriedades superficiais que não seriam indica - das para a seção inteira das peças.
Finalmente, obtenção de combinação de altas resistências ao desgaste e dureza superficial com suficiente ductilidade e tenacidade no núcleo da peça.
Além dessas considerações acima, a têmpera superficial apresenta ""' outras vantagens, tais como:
- não exige fornos de aquecimento;
- é mais rápida que a têmpera comum;
- pode ser realizada em qualquer lugar da oficina;
- não produz apreciável oxidação ou descarbonetacão do aço;
- permite o emprego de aços de custo mais baixo;
- não é poluente, etc.
Os processos usuais de têmpera superficial são divididos em função da fonte de resfriamento:
- têmpera por chama;
- têmpera por indução.
Têmpera por chama:
Neste processo aquece-se rapidamente, acima da zona crítica, a superfície a ser endurecida, por intermédio de uma chama de OXIACETILENO, seguindo-se um jato de água, a produzir uma camada endurecida até a profundidade desejada.
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quadrado (cm 2 ) de aço a 815 oC a uma profundidade de 3,2 mm, para alguns gases combustíveis queimados com oxigênio.
Gás Proporção de O 2 p/ gás combustível
Tempo de aquec. to^ em segundos
Consumo de gás (m 3 ) por cm^2
Consumo de O (^2) (m 3 ) por cm^2
Acetileno 1,1 10 0,0011 0, Metana: CH 4 1,75 20 0,00215 0, Propana: C3H 8 4,00 20 0,00215 0,
Têmpera por indução:
O calor para aquecer uma peça pode ser gerado na própria peça por indução eletromagnética. Assim, se uma corrente alternada (CA) flui através de um indutor ou bobina de trabalho, estabelece-se nesta um campo magnético altamente concentrado, o qual induz um potencial elétrico na peça a ser aquecida e envolvida pela bobina e, como a peça representa um circuito fechado, a voltagem induzida provoca um fluxo de corrente. O controle da profundidade de aquecimento é conseguido, jogando-se com as seguintes variáveis: a) forma da bobina b) distância ou espaçamento entre a bobina e peça c) freqüência d) tempo de aquecimento
Material da bobina
Para tais bobinas, usam-se tubos de cobre comercial com dimensões tais que permitam um fluxo de água adequado para seu resfriamento. “A tubulação pode apresentar diâmetros pequenos - da ordem de 1/8” para máquinas de potência muito pequena (baixa), mas para unidades de 20 a 50 KW, o diâmetro da tubulação varia de 3/16” a 1/4".
Entre os vários processos para aplicar-se o aquecimento superficial por indução, pode se citar os seguintes:
a) Têmpera simultânea:
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A peça a ser temperada é feita girar dentro da bobina, uma vez atingido o tempo necessário para o aquecimento, a força é desligada e a peça imediatamente é resfriada por um jato de água (chuveiro).
b) Têmpera contínua
A peça ao mesmo tempo que gira no interior da bobina de indução, move-se ao longo do seu eixo, de modo a se ter uma aplicação progressiva de calor. O dispositivo de resfriamento está montado ã certa distância da bobina.
Revenido dos aços temperados superficialmente
Após a têmpera superficial, as peças são geralmente submetidas a um revenido, visto que a necessidade de se revenir a Martensita é a mesma, qualquer que tenha sido o tratamento térmico adotado para produzi-la. Geralmente é realizado a temperaturas baixas, principalmente para alívio das tensões originadas no processo de têmpera.
Aços recomendados na têmpera superficial
Os aços - carbono comuns, na faixa de 0,40 a 0,55%C, são os mais usa- dos nas aplicações de têmpera superficial. Eventualmente, usam-se aços - liga, quando se deseja maior resistência no núcleo e porque os aços - carbono não são adequados para a obtenção dessa resistência em determinadas seções, ou ainda, por - que, devido ao peso e ã forma da peça e possibilidade de empenamento ou fissuraçãc não ê recomendado o uso de aço - carbono resfriado em água. Finalmente, os aços de granulação fina devem ser preferidos, visto que a granulação grosseira é mais suscetível de fissuração, durante o resfriamento posterior.
Bibliografia:
1- CHIAVERINI, Vicente – Tecnologia Mecânica. 2 o^ edição São Paulo – Ed. McGraw-Hill
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