Guia Completo de Tratamentos Térmicos e Termoquímicos

Tratamentos térmicos: são todos os processos metalúrgicos que visam a regeneração ou a modificação da estrutura cristalina por aquecimento e resfriamento, onde as temperaturas e os tempos são estritamente controlados.

Recozimento

O recozimento consiste em aquecer o metal a temperaturas acima de qualquer zona crítica e, então, resfriá-lo lentamente. Isso elimina a tensão interna e regenera sua estrutura (ambos produzidos por uma má refrigeração anterior), mas deixa o material muito macio e dúctil. Por isso, existem diversos tipos de tratamento térmico:

Regeneração ou Austenitização Completa

Usa um aquecimento lento e uniforme que leva o aço para a área da austenita, onde ele permanece nessa temperatura até que toda a estrutura seja austenitizada. Este recozimento é realizado para amaciar o aço e uniformizar a sua estrutura.

Recozimento Subcrítico

É usado quando se pretende eliminar o estresse interno e aumentar a ductilidade; envolve o aquecimento do aço a temperaturas próximas, porém abaixo, do seu ponto crítico. Podemos distinguir três formas:

• Amolecimento: visa dar as melhores condições para a usinagem do aço.
• Contra encruamento: aumenta a ductilidade do aço para proporcionar tratamentos posteriores.
• Globulares: usado para diminuir a dureza do aço, conferindo uma configuração semelhante à globular.

Austenitização Globular ou Incompleta

Envolve o aquecimento do aço a uma temperatura intermediária entre os pontos críticos inferior e superior, até chegar à estrutura de cementita globular (que caracteriza este recozimento).

Anelamento Duplo

Consiste em executar uma austenitização completa seguida de um recozimento subcrítico, sem deixar o metal esfriar completamente. Sua finalidade é a obtenção de valores de dureza muito baixos.

Normalização

Este tratamento térmico é muito similar ao recozimento de austenitização plena, diferindo apenas porque a taxa de resfriamento é um pouco maior, assim como a temperatura de aquecimento.

Têmpera

Para obter uma têmpera propriamente dita, deve-se ter toda a massa da estrutura austenítica. Para atingir este estado, o aço é aquecido uniformemente, com um controle rigoroso para evitar tensões internas, e então resfriado em diferentes velocidades para obter várias estruturas: troostita, sorbita e martensita.

Fatores que influenciam a têmpera:

1. Tipo de aço e sua taxa de resfriamento ideal, que normalmente diminui com o aumento de elementos de liga.
2. A condição da estrutura em relação à velocidade crítica: quanto maior o tamanho do grão, menor a velocidade crítica.
3. Condutividade térmica e tamanho das peças: diferentes distâncias de profundidade terão taxas de resfriamento distintas, limitando a extensão e uniformidade da têmpera.

Meios de resfriamento para têmpera:

O estudo do processo de resfriamento nos leva a distinguir três fases:

• Período de perda de calor por condução e radiação da massa gasosa, que depende da condutividade térmica do vapor.
• Resfriamento por transporte de vapor, que varia dependendo da viscosidade do banho e do estado de agitação.
• Resfriamento por condução e convecção no líquido, onde a condutividade térmica e a agitação são os fatores predominantes.

Portanto, em cada meio refrigerante deve-se considerar:

• Água: devido ao seu baixo ponto de ebulição, estende os efeitos da primeira fase, reduzindo a velocidade de processamento.
• Óleo: deve-se observar seu ponto de volatilização (para evitar perda de propriedades), inflamação e combustão (para prevenir a ignição do banho).
• Mercúrio: seu emprego é muito limitado pelo custo elevado; justifica-se apenas na têmpera de peças especiais que exigem grande dureza.
• Chumbo e sais fundidos: a temperatura do banho promove a transformação estrutural a temperatura constante (processo isotérmico), beneficiando a qualidade do aço.

Patenteamento

É usado para conferir alta resistência a fios trefilados de sorbita. É uma transformação isotérmica que envolve o aquecimento do fio para completar a austenitização e, em seguida, o resfriamento em um banho de chumbo fundido para atingir a transformação total da austenita em granulação fina.

Austêmpera

Aquece-se o aço até a temperatura de austenitização adequada e, em seguida, resfria-se em um banho de sal derretido até que ele seja transformado em bainita. Esta nova estrutura apresenta resistência superior, aumentando a tenacidade, dureza e resistência à dobra.

Martêmpera

Com este tratamento, busca-se eliminar o estresse interno e as possíveis rachaduras de processamento, garantindo que a transformação seja uniforme.

Revenimento

O revenimento é um recozimento subcrítico realizado após a têmpera. Seu objetivo é eliminar as tensões internas e melhorar a ductilidade e tenacidade, que foram afetadas no processo de obtenção da martensita. A melhoria dessas propriedades depende da temperatura e da duração do tratamento.

Tratamentos Termoquímicos

Estes tratamentos são amplamente utilizados na fabricação de peças de máquinas, conferindo tenacidade e dureza superficial.

A dureza superficial é aplicada em aços de baixo teor de carbono, enquanto a resistência ao desgaste e dureza podem ser obtidas com alta porcentagem de carbono ou ligas. A coexistência de diferentes propriedades em uma única peça é possível através de:

• Cementação: consiste em aumentar o teor de carbono na superfície, submetendo o metal a temperaturas elevadas em contato com substâncias carbonetantes (sais fundidos, gasosos ou sólidos).
• Carbonitretação: similar à cementação, mas envolve a absorção simultânea de carbono e nitrogênio. O nitrogênio diminui a velocidade crítica e a temperatura de transformação martensítica, oferecendo uma melhor estrutura.
• Sulfinização: confere às superfícies tratadas melhores condições de resistência ao desgaste sem necessariamente aumentar a dureza, utilizando misturas de sais com enxofre.