Tratamento térmico nos aços em geral

Posted on May 25, 2021 at 09:06 AM

O endurecimento do metal (conhecido como têmpera ou quenching ou tempering) resultará em uma melhora das propriedades mecânicas, bem como no aumento do nível de dureza, produzindo um item mais resistente e durável. As ligas são aquecidas acima da temperatura crítica de transformação do material e, em seguida, resfriadas rapidamente o suficiente para fazer com que o material inicial macio se transforme em uma estrutura muito mais dura e mais forte.

Este artigo é mais técnico e veremos em outro artigo como fazer o processo em lâminas em geral, de forma mais direta.

O endurecimento e têmpera de aços de engenharia são executados para fornecer componentes com propriedades mecânicas adequadas para o serviço a que se destinam. Os aços são aquecidos à temperatura de endurecimento apropriada (geralmente entre 800 - 900 ° C), mantidos na temperatura e então "temperados" (resfriados rapidamente), geralmente em óleo ou água. Isso é seguido pelo revenimento ou revenido (uma solução líquida a uma temperatura mais baixa ou forno apropriado) que desenvolve as propriedades mecânicas finais e alivia as tensões. As condições reais usadas para todas as três etapas são determinadas pela composição do aço, tamanho do componente e as propriedades necessárias.

O endurecimento e o revenimento podem ser realizados em fornos "abertos" (no ar ou produtos de combustão), ou em um ambiente protetor (atmosfera gasosa, sal fundido ou vácuo) se uma superfície livre de incrustações e descarburação (perda de carbono) for necessária (" endurecimento neutro ", também conhecido como" endurecimento limpo ").

Duas opções de têmpera especializadas podem ser aplicadas em circunstâncias especiais:

Martempering (também conhecido como "marquenching") usa uma têmpera a temperatura elevada (em sal fundido ou óleo quente) que pode reduzir substancialmente a distorção do componente. Este processo é limitado a aços contendo liga selecionados e tamanhos de seção adequados.

A austêmpera pode ser aplicada a seções finas de certos aços de médio ou alto carbono ou a aços contendo liga de seção mais espessa. Requer uma têmpera em alta temperatura e retenção, geralmente em sal fundido, e resulta em baixa distorção combinada com uma estrutura resistente que não requer revenimento. É amplamente utilizado para pequenas molas e presslngs.

Quais são os benefícios?

O endurecimento e o revenimento desenvolvem a combinação ideal de dureza, resistência e tenacidade em um aço de engenharia e oferecem ao projetista de componentes uma rota para economia de peso e material. Os componentes podem ser usinados ou moldados em um estado macio e então endurecidos e revenidos para um alto nível de propriedades mecânicas.

O endurecimento em fornos abertos é frequentemente empregado para produtos como barras e forjados que devem ser totalmente usinados em componentes posteriormente. O endurecimento neutro limpo é aplicado aos componentes que exigem a manutenção da integridade da superfície; exemplos incluem porcas, parafusos, molas, rolamentos e muitas peças automotivas. O endurecimento neutro limpo é executado sob condições rigidamente controladas para produzir um componente de precisão que necessita o mínimo de acabamento final.

Que tipo de aço pode ser tratado?

Quase todos os aços de engenharia contendo mais de 0,3% de carbono responderão ao endurecimento e revenimento. Na cutelaria, os aços mais usados são os de alto carbono e/ou ligados (com a mistura de outros componentes além do ferro e carbono) como o 5160, 6160, 1070, 1090, 52100, 15N20 (usado muito em aços damasco), etc e os aços inoxidáveis AISI 420, 440C, DIN 14116, etc. Nem citei o aço 1020 e 1045 por serem inúteis à culetaria, não sendo temperáveis e não devendo ser usados para lâminas (talvez como acessórios como cabos, pinos, bolster, guarda, etc). Iremos ver em outro artigo sobre cada um deles.

Quais são as limitações?

Resposta de endurecimento

A resposta de um componente de aço ao endurecimento e revenimento depende da composição do aço, do tamanho do componente e do método de tratamento. A orientação é fornecida em BS970 e BS EN 1 0083-1 e -2 sobre as propriedades mecânicas obtidas em aços com diferentes tamanhos de seção usando parâmetros de tratamento recomendados. Use-os como um guia para a seleção do aço.

Todo aço tem um tamanho de seção "limite" ("seção guia") acima do qual o endurecimento total não pode ser alcançado. Um grau superior de aço será necessário para garantir propriedades ideais em uma seção maior.

Pode ser possível endurecer componentes maiores em aços de baixa qualidade usando tratamentos não padronizados, como taxas de têmpera mais rápidas ou revenimentos de baixa temperatura. Taxas de têmpera mais rápidas sempre aumentam o risco de distorção ou rachaduras (como o caso de têmpera feita na água), e os revenimentos de baixa temperatura podem prejudicar seriamente as propriedades mecânicas, como a tenacidade. Deve-se considerar seriamente esses fatos antes de solicitar a realização de tratamentos não padronizados.

O efeito negativo do alumínio

Aços de carbono simples sem liga, e alguns aços de baixa liga, podem conter quantidades excessivas de alumínio que podem ter um efeito prejudicial na resposta de endurecimento (dureza menor do que o esperado). A folha de dados do CHT A "Antecipando a resposta ao endurecimento de aços de carbono liso com alumínio" fornece orientações sobre como evitar esse problema sério. É importante garantir que os teores de alumínio e nitrogênio estejam listados no certificado da fábrica do fornecedor do aço.

Condição de aço

Os aços adquiridos após tratamentos abertos (por exemplo, 'barra preta') podem ter perdido algum carbono das camadas superficiais (descarbonetação). As camadas descarburadas devem ser totalmente removidas por usinagem de todas as superfícies antes que os componentes sejam endurecidos, caso contrário, distorção excessiva ou mesmo rachaduras são prováveis.

Aços comprados em condições de trabalho a frio, como 'barra brilhante', contêm tensões residuais. Essas tensões podem contribuir para a distorção durante a usinagem e no endurecimento. Recomenda-se que os blanks usinados em bruto tenham essas tensões removidas, por norrnalização ou recozimento suave antes do endurecimento, a fim de reduzir o risco de distorção excessiva.

Tamanho e forma do componente

O tamanho e a forma de um componente que pode ser endurecido e revenido depende do tipo de equipamento operado pelo tratador térmico. No geral, os itens que podem ser manuseados no setor de tratamento térmico por contrato variam de alguns gramas a componentes pesando várias toneladas cada. Para componentes grandes, verifique a disponibilidade de instalações de tamanho adequado em um estágio inicial.

Que problemas podem surgir?

Distorção ou rachadura

Mudanças no tamanho ou forma podem surgir em componentes endurecidos por uma variedade de causas, algumas inerentes ao processo de alta temperatura / resfriamento rápido, algumas atribuíveis a deficiências de projeto de componentes e outras relacionadas a etapas de fabricação anteriores (por exemplo, alívio térmico de tensões introduzidas).

Onde as dimensões finais são críticas, retificação ou usinagem de acabamento serão necessárias e devem ser planejadas. Componentes endurecidos e revenidos em altos níveis de propriedades mecânicas geralmente são impossíveis de endireitar posteriormente.

Em circunstâncias extremas, as tensões geradas pela têmpera podem até ser altas o suficiente para quebrar os componentes. É necessário que o fabricante tome todas as medidas razoáveis para minimizar o risco através de um projeto cuidadoso do componente (por exemplo, evite recursos de aumento de tensão, como mudanças repentinas na seção, fendas profundas, recortes) e seleção de aço.

É sempre útil considerar possíveis problemas de têmpera e revenimento no estágio de projeto.

Dimensionamento e descarbonetação

Se o tratamento de forno aberto for selecionado, é provável que haja incrustação e descarbonetação. Componentes grandes passam mais tempo em altas temperaturas e sofrem mais. Deve-se permitir a remoção das camadas afetadas após o tratamento. A alternativa é o endurecimento limpo / neutro em um ambiente protetor que evita incrustações e descarbonetação.

Quais são os tratamentos?

Todos os aços para ferramentas e matrizes devem ser tratados para desenvolver propriedades ideais em termos de dureza, resistência, tenacidade e resistência ao desgaste. Quase todos são endurecidos e temperados.

O endurecimento envolve aquecimento controlado a uma temperatura crítica ditada pelo tipo de aço (na faixa de 760-1300º C) seguido por resfriamento controlado. Dependendo do tipo de material, as taxas de resfriamento apropriadas variam de muito rápido (jatos ou mergulho de água) a muito lento (resfriamento de ar).

O revenimento envolve o reaquecimento da ferramenta / matriz endurecida a uma temperatura entre 150-657º C, dependendo do tipo de aço. Um processo que controla as propriedades finais enquanto alivia as tensões após o endurecimento, o revenido pode ser complexo; alguns aços devem ser submetidos a múltiplas operações de revenimento.

Em alguns casos, um tratamento sub-zero pode ser incorporado ao ciclo de endurecimento e revenimento, a fim de desenvolver a máxima dureza e otimizar a estabilidade dimensional e metalurgica.

Como citado no início, este é um artigo mais técnico e veremos como esses tratamentos são aplicados a cutelaria em outro post.

Fontes:

https://www.metlabheattreat.com/metal-hardening-metal-quenching-metal-tempering.html

https://www.wallworkht.co.uk/content/harden_and_temper/