Tratamento térmico em lâminas

Posted on May 25, 2021 at 08:21 AM

Tratamento térmico é o conjunto de operações de aquecimento e resfriamento a que são submetidos os aços, sob condições controladas de temperatura, tempo, atmosfera e velocidade de resfriamento, com o objetivo de alterar as suas propriedades ou conferir-lhes características determinados. As propriedades dos aços dependem, em princípio, da sua estrutura.

Os tratamentos térmicos modificam, em maior ou menor escala, a estrutura dos aços, resultando, em conseqüência na alteração mais ou menos pronunciada, de suas propriedades. Cada uma das estruturas obtidas apresentam seus característicos próprios, que se transferem ao aço, conforme a estrutura ou combinação de estrutura ou combinação de estruturas presentes.

Com isso, vemos a importância dos tratamentos térmicos, sobretudo nos aços de alto carbono e nos que apresentam também elementos de liga. De fato, se geralmente muitos aços de baixo e médio carbono são usados nas condições típicas do trabalho a quente, isto é, nos estados forjado e laminado, quase todos os aços de alto carbono ou com elementos de liga, são obrigatoriamente submetidos a tratamentos térmicos antes de serem colocados em serviço.

Os principais objetivos dos tratamentos térmicos são os seguintes :

Remoção de tensões internas (oriundas de esfriamento desigual, trabalho mecânico ou outra causa) ;
Aumento ou diminuição da dureza;
Aumento da resistência mecânica;
Melhora da ductilidade;
Melhora da usinabilidade ;
Melhora da resistência ao desgaste;
Melhora das propriedades de corte;
melhora da resistência à corrosão;
Melhora da resistência ao calor;
Modificação das propriedades elétricas e magnéticas.

A maioria deles se aplicam às nossas facas. Vamos ver os quatro processos que devemos realizar.

Recozimento

É o tratamento térmico realizado com o fim de alcançar um ou vários dos seguintes objetivos: remover tensões devidas ao tratamentos mecânico a frio ou a quente, diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade do aço, alterar as propriedades mecânicas como resistência, ductilidade etc., modificar os característicos elétricos e magnéticos, ajustar o tamanho de grão, regularizar a textura bruta, remover gases, produzir uma microestrutura definida, eliminar enfim os efeitos de quaisquer tratamento térmicos ou mecânicos a que o aço tiver sido anteriormente submetido.

Para cuteleiros que usam sucata para fazer suas facas (disco de arado - aço 1070, 1080), molas automotivas - aço 5160, capas de rolamento aço 52100, etc) ou até mesmo aços virgem, recozer ajuda muito a diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade do aço como dito acima.

Como fazer? Consiste basicamente no aquecimento do aço à temperatura de austenitização (800º C e 950º C, dependendo do tipo de aço), seguido de resfriamento lento.

Para resfriar lentamente pode-se esquentar o aço na temperatura desejada dentro da faixa citada acima (sem um termômetro, use um imã: quando deixar de ser magnético, deixa mais um tempo e "pode" ser a temperatura desejada) e:

desligar a forja a gás ou desligar o ar forçado em forja a carvão e deixar a peça dentro ou no meio das brasas até esfriar completamente;
colocar a peça dentro de um material isolante como vermiculita ou cinzas e deixar esfriar.

O processo acima também é chamado de recozimento total ou pleno.

Existe outros tipos de recozimento, mas o mais usado para facas é o pleno.

Normalização

A normalização é também um processo de recozimento. O objetivo da normalização é deixar o material em um estado normal, ou seja, com a ausência de tensões internas e até mesmo distribuição de carbono. Para esse processo, altas temperaturas são mantidas até a transformação completa da austenita com refrigeração a ar. É usado geralmente como um pós-tratamento depois de forjar, e pré-tratamento para têmpera e revenido.

A normalização visa refinar a granulação grosseira do aço e produzir uma estrutura mais uniforme. Em resumo aquece-se a peça à faixa de temperatura citada acima e esfria-se deixando exposta no ar (sobre uma bancada, pendurada, etc).

Têmpera

Para se fazer a têmpera de forma correta devemos saber qual o aço que estamos trabalhando.

Cada aço vai ter uma temperatura para a realização do processo. No final deste artigo coloco um arquivo em pdf com as temperaturas ideais, testadas por cuteleiros.

Sabendo se a temperatura do aço, aquece-se até essa temperatura (aqui vale a ideia de usar um imã: quando não for mais magnético, estará na temperatura correta, mas não superior a essa) e faz-se o resfriamento rápido do aço em um meio como óleo (queimado, hidráulico ou diesel), água, salmoura ou mesmo no próprio ar (pouco usual). A solução deve ser previamente aquecida com um pedaço de metal quente mergulhado nela.

Como na têmpera o constituinte final desejado é a martensita, o objetivo dessa operação, sob o ponto de vista de propriedades mecânicas e o que desejamos para nossas facas ou lâmina, é o aumento da dureza.

Mas do processo de tempera resultam também redução da ductilidade (baixos valores de alongamento e estricção), da tenacidade e o aparecimento de apreciáveis tensões internas. Tais incovenientes são atenuados ou eliminados pelo revenido.

Para que a têmpera seja bem sucedida vários fatores devem ser levados em conta. Inicialmente, a velocidade de esfriamento deve ser tal que impeça a transformação da austenita nas temperaturas mais elevadas, em qualquer parte da peça que se deseja endurecer. E aquele show de fogos que vemos em vídeos e na TV de colocar a peça no óleo e tirar quase que instantaneamente não condiz com a realidade: deve deixar tempo suficiente a peça em mergulho para que o resfriamento se consolide ou não teremos uma faca temperada!

Ao tirar do óleo ou outra solução, sempre teste a faca com uma lima nova ou bem boa. Ela deve escorregar sem atrito algum. "Se pegar" em algum ponto, o processo deve ser refeito até no máximo três vezes. Acima disso, não é aconselhado. Veja aqui do que estou falando.

Revenido ou Revenimento

O revenido é o tratamento térmico que normalmente sempre acompanha a têmpera, pois elimina a maioria dos inconvenientes produzidos por esta; além de aliviar o remover as tensões internas, corrige a excessiva dureza e fragilidade do material, aumentando sua ductibilidade e resistência ao choque.

O aquecimento na martensita permite a reversão do reticulado instável ao reticulado estável cúbico centrado, produz reajustamentos internos que aliviam as tensões e, além disso, uma precipitação de partículas de carbonetos que crescem e se aglomeram de acordo com a temperatura e o tempo. Conforme a temperatura de revenido, verificam-se as seguintes transformações:

Entre 25º e 100ºC, ocorre segregação e uma redistribuição do carbono em direção a discordância; essa pequena precipitação localizada do carbono pouco afeta a dureza. O fenômeno é predominante em aços de alto carbono;
Entre 100º a 250ºC, às vezes chamado primeiro estágios do revenido - ocorre precipitação de carboneto de ferro do tipo epsilon, de fórmula Fe2-3C, e reticulado hexagonal; este carboneto pode estar ausente em aços de baixo carbono e de baixo teor em liga; a dureza Rockwell começa a cair, podendo chegar a 60. É nessa faixa que fazemos o revenido ou revenimento das facas
Entre 200º a 300ºC, as vezes chamado de segundo estágio do revenido - ocorre transformação de austenita retida em bainita; a transformação ocorre somente em aços-carbono de médio e alto teor de carbono; a dureza Rockwell continua a cair ;
Entre 250º a 350ºC, as vezes é chamado de terceiro estágio do revenido - forma-se um carboneto metaestável, de fórmula Fe5C2 ; quando ocorre esta transformação, verifica-se em aços de alto carbono; a estrutura do aço torna-se visível ao microscópio.

Para se revenir a faca, faz-se a limpeza da mesma após a têmpera e coloca num forno com possibilidade de medir sua temperatura (forno caseiro elétrico por exemplo). Deixa-se a faca por uma hora e depois esfria-se ao ar ambiente. O processo pode ser repetido se quiser menor grau de dureza da faca pelo mesmo tempo.

Veja ao lado alguma das cores que o aço pode ter ao ser revenido. Alguns cuteleiros dizem que somente a cor "palha" é que daria um bom revenido, mas não é verdade. Alguns aços podem ficar em outras cores, se escolher outra temperatura que esteja fora da que normalmente é usada (+- 200º C).

Têmpera superficial ou seletiva

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.

A têmpera superficial consiste em produzir-se uma têmpera localizada apenas na superfície das peças de aço, que assim adquirirá as propriedades e característicos típicos da estrutura martensítica.

Vários são os motivos que determinam a preferência do endurecimento superficial em relação ao endurecimento total, e no caso das facas, se o uso for intenso, para golpear como por exemplo um facão, ele servirá melhor se apenas o fio, a área da lâmina seja endurecida e o resto fique mais "maleável" previnindo quebras.

Para se fazer, mas aquecer a peça como em uma tempera normal e mergular apenas o fio ou a parte que se quer endurecer. Também pode se usar barro ou argila para tal fim, deixando apenas a parte a ser endurecida exposta e assim mergulhar toda a peça no óleo ou água.

Se quiser, pode baixar aqui um pdf para impressão e futura consultas das temperaturas usadas em alguns aços para o tratamento térmico. Os créditos do arquivo estão no próprio arquivo

Fontes:

http://www.spectru.com.br/Metalurgia/diversos/tratamento.pdf

https://www.ghinduction.com/process/annealing-and-normalising/

Têmpera de Facas