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Tratamento Térmico e suas propriedades
Ederson Pereira dos Santos
Edirlane Costa S. Santos
Francisco Carvalho Nasc.
Jefferson Soares de Barros
RESUMO
Este artigo visa mostrar o processo do Tratamento Térmico do aço carbono e suas propriedades num conjunto de operações realizadas no estado sólido que compreendem num aquecimento temporario em determinadas temperaturas,em seguida um resfriamento realizado com a finalidade de conferir ao material determinadas características.
INTRODUÇÃO
O conhecimento das propriedades mecânicas dos materiais é de suma importância para as questões de projetos. Em várias situações, determinados componentes de máquinas, estruturas metálicas etc., se encontram com propriedades mecanicamente solicitados, e a análise dessas solicitações permite a obtenção de condições de trabalho desejadas. Para que determinadas estruturas mecânicas dos materiais sejam modificadas, é necessário fazer a análise da microestrutura dos mesmos, a fim de que o procedimento para a obtenção de determinada característica possa ser obtido. Dentre esses procedimentos, destacamos os tratamentos térmicos realizados nos
aços, pois estes conferem aos mesmos importtes
modificações na microestrutura e, consequentemente, em propriedades como dureza, resistência ao desgaste, tenacidade etc., conforme a aplicação do aço num projeto. Será apresentada, no decorrer deste artigo, a influência dos tratamentos térmicos nas propriedades dos aços, e o método de sua realização.
Palavra Chave: Recozimento, Cementação, Têmpera, Revenimento e Nitretação
OS TRATAMENTOS TÉRMICOS
A princípio e realizado o Recozimento, um tratamento térmico que tem por finalidade eliminar a dureza de uma peça temperada e normalizar materiais com tensões internas resultantes de um forjamento ou laminação, trefilação etc. A peça é aquecida a uma temperatura que varia entre 500°C a 900°C de acordo com o material a ser recozido. Essa temperatura é obtida por uma tabela especifica, onde estão todos os dados dos materiais a serem recozido.
A peça deve permanecer aquecida por algum tempo na temperatura recomenda para que as modificações atinjam toda a massa da mesma.
Já o resfriamento deve ser feito lentamente, e nos casos de um aço com alto teor de carbono o resfriamento é mais lento, isso é para se obter uma estrutura bem maleável. No resfriamento para o recozimento adotam-se os seguintes processos
1º Exposição da peça aquecida ao ar livre, deixando-a que se esfrie por si só, (Esse processo é pouco usado).
2° Colocação das peças em caixas contendo: cal, cinza ou areia, porém, esses matérias devem estar insetos de qualquer umidade.
3° Ao se conseguir o aquecimento desejado, dentro do próprio forno controla- se o resfriamento do material deixando-o esfriar-se lentamente.
Nota: No recozimento do cobre e latão o resfriamento deve ser o mais rápido possível.
Terminado o Recozimento o aço torna-se mais homogêneo, melhorando sua ductilidade tornando-o mesmo facilmente usinável.
E os materiais com baixo teor de carbono depois de usinados passam pelo processo de Cementação, processo a fim de conferir à peça propriedades particular. A Cementação do aço pelo carbono é um Tratamento Termoquímico, que consiste
em se induzir carbono na superfície do aço de baixo teor de carbono, com objetivo de
se aumentar a dureza superficial do material, depois de convenientemente temperado. Dessa maneira a peça fica resistente ao desgaste.Tem uso em engrenagens, rosca sem fim, parafusos, eixos, fieiras, etc... A cementação pode ser realizada por quatro processos: Por via sólida, Por via líquida, Por via gasosa, e Por plasma
Cementação Sólida ou em Caixa: Neste processo, as peças de aço são colocadas em caixas metálicas (aço-liga resistente ao calor), ficando separadas umas das outras pelo carbonetante, exemplo: carvão vegetal, mais ativadores (Carbonato de Bário, ou Sódio, ou Potássio) e óleo de linhaça (5-10%) ou óleo comum como aglomerante. Também, pode-se adicionar 20% de coque para aumentar a velocidade de transferência de calor. A cementação sólida é muito rudimentar e a camada cementadas fica muito irregular. Portanto, não é recomendada para a obtenção de camadas muito finas. A cementação sólida é realizada a temperaturas entre 850º- 950ºC
Cementação Líquida: O meio carbonizante é composto de sais fundidos NaCN, Ba(CN) (^) 2, KCN, como ativador: BaC (^) 2, MnO2, NaF e outros. Também faz parte do banho grafite de baixo teor de Silício para a cobertura do banho. A cementação líquida é realizada a temperaturas entre 840º- 950ºC, a profundidade da camada
austenita nas temperaturas mais elevadas, em qualquer parte da que deseja endurecer.
O endurecimento superficial dos aços, em grande número de aplicações de máquinas é frequentemente , mais conveniente que seu endurecimento total pela têmpera normal, visto que nessas aplicações objetiva-se apenas a criação de uma de uma superfície dura de grande resistência e à abrasão.
O endurecimento superficial pode ser produzido por vários métodos, a saber:
a) Tratamento mecânico da superfície mediante qual se obtém uma superfície encruada, com resistência e dureza crescente, em função da sua intensidade;
b) Tratamento químico da superfície do aço, mediante como cromeação dura, siliconização e outros;
c) tratamento termo-químicos, tais como cementação, nitretação e carbonitretação.
Vários são os motivos que determinam a preferência do endurecimento superficial em relação ao endurecimento total:
dificuldade prática e econômico, de tratar- se de peças de grandes dimensões nos fornos de tratamento térmico convencional;
. possibilidade de endurecer-se apenas nas áreas críticas de determinadas peças como, dentes de grandes engrenagens, guias de máquinas operatrizes, grandes cilindros, etc.
Por outro lado as propriedades resultantes da têmpera superficial são: superfícies de
alta dureza e resistência ao desgaste, boa resistência à fadiga por dobramento, boa capacidade para resistir cargas de contato e resistência satisfatória ao empenamento.
Algumas recomendações são necessárias para obtenção dos melhores resultados.
Procurar obter camadas endurecidas pouco profundas, de fato, profundidades maiores, desnecessárias podem provocar o empenamento ou fissuras de têmpera ou desenvolver tensões residuais excessivamente altas, sob a camada endurecida.
Levar em conta que a espessura da camada endurecida depende de cada caso específico, tendo em vista as resistência ao desgaste e à fadiga desejadas, a carga de serviço de peças, as dimensões destas e, inclusive o equipamento disponível; como exemplo deve-se lembrar que a camada endurecida corresponder a uma fração significativa da espessura da peça, podem resultar tensões residuais de compressão de pequeno valor nessa camada endurecida, de modo a ter-se melhora insignificante na resistência à fadiga.
Depois de realizar a Têmpera é feito o Revenimento pois muitas vezes a têmpera não dá uma dureza homogênea ou conveniente à peça. Deixando-a com dureza excessiva sujeita a trincar-se facilmente. O Revenimento tem a finalidade de aumenta a tenacidade e a resistência da peça.
Logo após a têmpera a peça ainda guarda um calor interno que, conforme volta à superfície, vai mudando-a de coloração,
que vai desde o amarelo claro (210°C) ao cinza esverdeado (320°C)
Também pode ser realizado em fornos controlando-se a temperatura com pirômetro.
Nos pequenos trabalhos os aquecimentos podem ser feitos apoiando-se a peça polida em um bloco de aço aquecido ao rubro.
O forte calor que desprende do bloco, aquece lentamente a peça, produzindo nesta a coloração que varia á medida que a temperatura aumenta. Essas cores possibilitam identificar a temperatura da peça, são denominadas cores de revenimento.
Amarelo oscila entre 200º a 240ºC, vermelho púrpura em 270º a 280ºC e o azul ao cinza esverdeado 300º a 340ºC
O resfriamento é feito das seguintes maneiras: em água, óleo ou em ar, como é feito na têmpera.
Seu efeito é diminuir um pouco a dureza da peça temperada, porém aumenta a sua resistência aos choques.
Geralmente, toda a peça temperada passa por um revenimento sendo comum dizer que a peça foi Temperada ao invés de dizer peça Temperada foi Revenida. É muito comum essa interpretação incorreta.
E concluindo temos a Nitretação, tratamento termoquímico, em que se
promove em aços, enriquecimento superficial com nitrogênio.
Quando o nitrogênio é difundido na camada superficial em temperaturas abaixo da formação de austenita, em geral na faixa de 495 a 575°C, temos um processo chamado nitretação. O resultado desse processo, é a formação de nitretos complexos de alta dureza, pela combinação do nitrogênio com elementos de liga de aço.
A camada de nitreto apresenta dureza maior que a dos aços para ferramentas e aços cementados.Os mais usados para nitretação são aços-ligas contendo cromo e molibdênio.
Valores típicos de dureza estão na faixa de 55 a 70HRC em camadas de 0,15 a 0,5mm.Além do aumento da dureza e, por conseqüência, da resistência ao desgaste as peças submetidas à nitretação apresentam melhoras das resistências à corrosão e à fadiga. Esta última ocorre em razão das tensões residuais de compressão da camada.
Devido à menor temperatura, as peças têm menos deformação que as cementadas. Não há necessidade de tratamento térmico posterior.
Aplicação:
É indicada para peças que necessitam de alta resistência à fadiga de contato, alta
