Tratamento térmico dos aços


Generalidades

Há  muitos  séculos  atrás  o  homem  descobriu  que  com aquecimento  e  resfriamento podia modificar  as  propriedades mecânicas de um aço, isto é, torná-los mais duro, mais mole, mais maleável, etc. Mais  tarde,  descobriu  também que  a  rapidez  com  que  o  aço era resfriado e a quantidade de  carbono que possuía influíam decisivamente nessas modificações. O processo de aquecer e resfriar um aço, visando modificar as sua  propriedades,  denomina-se TRATAMENTO  TÉRMICO. 





Um tratamento térmico é feito em três fases distintas:
1 -  aquecimento
2 -  manutenção da temperatura
3 -  resfriamento



Tipos de tratamentos térmicos:

Existem duas classes de tratamentos térmicos:

1) -  Os  tratamentos  que  por  simples  aquecimento  e resfriamento, modificam as propriedades de toda a massa do aço, tais como:
a -  Têmpera
b -  Revenimento
c -  Recozimento

2) -  Os  tratamentos  que  modificam  as  propriedades  somente numa fina camada superficial da peça. Esses tratamentos térmicos  nos  quais  a  peça  é  aquecida  juntamente com produtos químicos e posteriormente resfriado são:
a -  Cementação
b -  Nitretação

Têmpera:

É  o  tratamento  térmico  aplicado  aos  aços  com  porcentagem igual ou maior do que 0,4% de carbono. O efeito principal da têmpera num aço é o aumento de dureza.

Fases da têmpera.
1ª Fase:
– Aquecimento – A peça é aquecida em forno ou forja, até uma temperatura recomendada. (Por volta de 800ºC para os aços ao carbono).


2ª Fase:
–  Manutenção  da  temperatura  –  Atingida  a  temperatura desejada  esta  deve  ser  mantida  por  algum  tempo  afim  de uniformizar o aquecimento em toda a peça.

3ª Fase:
–  Resfriamento  –  A  peça  uniformemente  aquecida  na temperatura desejada é resfriada em água, óleo ou jato de ar.


Efeitos da Têmpera
1) -  Aumento considerável da dureza do aço.
2) -  Aumento da fragilidade em virtude do aumento de dureza. (O aço torna-se muito quebradiço). Reduz-se  a  fragilidade  de  um  aço  temperado  com  um  outro tratamento térmico denominado revenimento.

Observações:
1) -  A  temperatura  de  aquecimento  e  o  meio  de  resfriamento são dados em tabelas:




2) -  O  controle  da  temperatura  durante  o  aquecimento,  nos fornos, é feito por aparelhos denominados pirômetros. Nas  forjas  o  mecânico  identifica  a  temperatura  pela  cor  do material aquecido.
3) -  De início o aquecimento deve ser lento, (pré-aquecimento), afim de não provocar defeitos na peça.
4) -  A  manutenção  da  temperatura  varia  de  acordo  com  a forma da peça; o tempo nesta fase não deve ser além do necessário.

Revenimento:
É  o  tratamento  térmico  que  se  faz  nos  aços  já  temperados, com a finalidade de diminuir a sua fragilidade, isto é, torná-lo menos quebradiço. O  revenimento  é  feito  aquecendo-se  a peça  temperada  até uma  certa  temperatura  resfriando-a  em  seguida.  As temperaturas de  revenimento  são  encontradas  em  tabelas  e para os aços ao carbono variam entre 210ºC e 320ºC.

Fases do Revenimento
1ª Fase:
–  Aquecimento  –  Feito geralmente em fornos controlando-se a temperatura com pirômetro. Nos  pequenos  trabalhos  os  aquecimento  pode  ser  feito 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 uma coloração que varia à medida que a  temperatura  aumenta.  Essas  cores,  que  possibilitam identificar a temperatura da peça, são denominadas  cores de revenimento. 

Tabela de cores do Revenimento

2ª Fase:
–  Manutenção  da  Temperatura  –  Possível  quando  o aquecimento é feito em fornos.
3ª Fase:
– Resfriamento – O resfriamento da peça pode ser:
– Lento – deixando-a esfriar naturalmente.
– Rápido – mergulhando-a em água ou óleo.

Efeitos do revenimento
Diminui  um  pouco  a  dureza  da  peça  temperada,  porém aumenta consideravelmente a sua resistência aos choques. Geralmente, toda peça temperada passa por um revenimento, sendo até comum dizer-se “peça temperada” ao invés de “peça temperada e revenida”.

Recozimento
O recozimento é o tratamento térmico que tem por finalidade eliminar  a  dureza  de  uma peça  temperada  ou  normalizar materiais  com  tensões  internas  resultantes  do forjamento,  da laminação, trefilação etc..



Tipos de recozimento
1) -  Recozimento  para  eliminar  a  dureza  de  uma  peça temperada.


2) -  Recozimento  para  normalizar  a  estrutura  de  um  material. 



Fases do recozimento:

1ª Fase:
Aquecimento  –  A  peça  é  aquecida  a  uma  temperatura  que varia de acordo com o material a ser recozido. (Entre 500ºC e 900ºC).A  escolha  da  temperatura  de  recozimento  é  feita  mediante consulta a uma tabela. 

Exemplo de tabela:


2ª Fase:
Manutenção  da  temperatura  –  A  peça  deve  permanecer aquecida por algum tempo na temperatura recomendada para que as modificações atinjam toda a massa da mesma.
3ª Fase:
Resfriamento –  O resfriamento deve ser feito lentamente, tanto mais lento quanto maior for a porcentagem de carbono do aço. No  resfriamento  para  recozimento  adotam-se  os  seguintes processos:
1) -  Exposição da peça aquecida ao ar livre. (Processo pouco usado).
2) -  Colocação  da  peça  em  caixas  contendo  cal,  cinza,  areia ou outros materiais. 

Observação  –  O  material  para  resfriamento  da  peça  deve estar bem seco.

3) -  Interrompendo-se o aquecimento, deixando a peça esfriar dentro do próprio forno.
Nota  –  No recozimento do cobre e latão o resfriamento deve ser o mais rápido possível.

Efeitos do recozimento no aço
1) Elimina  a  dureza  de  uma  peça  temperada  anteriormente, fazendo-se voltar a sua dureza normal.
2)  Torna  o  aço  mais  homogêneo,  melhora  sua  ductilidade tornando-o facilmente usinável.

Cementação
Muitas  peças  de  mecânica  necessitam  ter  elevada  dureza externa para resistirem ao desgaste; entretanto, internamente precisam permanecer “moles”, para suportarem solavancos.


Essas peças geralmente são em aço de baixa porcentagem de carbono  e  recebem  um  tratamento  denominado CEMENTAÇÃO.

Cementação:

A  cementação  é  um tratamento que consiste  em  aumentar a porcentagem de carbono numa fina camada externa da peça.Após  a  cementação  tempera-se  a  peça;  as  partes externas adquirem  elevada  dureza  enquanto  as  partes  internas permanecem sem alterações. A  cementação  é feita  aquecendo-se  a  peça  de  aço  de  baixo teor  de  carbono, junto  com  um  material  rico  em  carbono (carburante). Quando a peça atinge alta temperatura (750ºC a 1.000ºC) passa a absorver parte do carbono do carburante. Quanto mais  tempo  a  peça  permanecer  aquecida  com  o carburante, mais espessa se tornará a camada.


Os carburantes podem ser sólidos, (grãos ou pós), líquidos ou gasosos.  A  qualidade  do carburantes  influi  na  rapidez  com que se forma a camada.

Fases da cementação
1ª Fase:
Aquecimento
1) Cementação em caixa:
As  peças  são  colocadas  em  caixas  juntamente  com  o carburante,  fechadas hermeticamente  e  aquecidas  até  a temperatura recomendada.


2) Cementação em banho:
As  peças  são  mergulhadas  no  carburante  líquido  aquecido, através de cestas ou ganchos.



2ª Fase:
Manutenção da temperatura  –  O tempo de duração desta fase varia de acordo com a espessura da camada que se deseja e da  qualidade  do  carburante  utilizado.  (0,1mm 0,2mm  por hora).
3ª Fase:
Resfriamento – A peça é esfriada lentamente dentro da própria caixa. Após a cementação as peças são temperadas.

Nitretação
É  um  processo  semelhante  à  cementação,  que  se  faz aquecendo  o  aço  a  uma temperatura  de  500ºC  a  525ºC  na presença  de  um  gás  denominado  Nitrogênio.  Após algum tempo,  obtém-se  uma  fina  camada,  extremamente  dura,  não havendo necessidade de se temperar a peça. 
Nitretação a Plasma

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