Resumo dos princípios básicos do tratamento térmico!

O tratamento térmico refere-se a um processo térmico de metais no qual o material é aquecido, mantido nessa temperatura e resfriado por meio de aquecimento no estado sólido, a fim de obter a organização e as propriedades desejadas.

I. Tratamento Térmico

1. Normalização: o aço ou as peças de aço são aquecidos até o ponto crítico de AC3 ou ACM acima da temperatura adequada e mantidos nessa temperatura por um determinado período de tempo após o resfriamento ao ar, para obter a estrutura perlítica resultante do processo de tratamento térmico.

2. Recozimento: a peça de aço eutético é aquecida a AC3 acima de 20-40 graus e, após um período de tempo, é resfriada lentamente no forno (ou enterrada em areia ou cal para resfriamento) até 500 graus abaixo do nível do ar, no processo de tratamento térmico.

3. Tratamento térmico de solução sólida: a liga é aquecida a uma região monofásica de alta temperatura, mantida a uma temperatura constante, de modo que o excesso de fase se dissolva completamente em solução sólida, e então resfriada rapidamente para obter um processo de tratamento térmico de solução sólida supersaturada.

4. Envelhecimento: Após o tratamento térmico de solubilização ou a deformação plástica a frio da liga, quando colocada à temperatura ambiente ou mantida a uma temperatura ligeiramente superior à ambiente, ocorre o fenômeno de alteração de suas propriedades com o tempo.

5. Tratamento de solução sólida: para que a liga em várias fases se dissolva completamente, fortalecendo a solução sólida e melhorando a tenacidade e a resistência à corrosão, eliminando tensões e amolecimento, a fim de continuar o processamento de moldagem.

6. Tratamento de envelhecimento: aquecimento e manutenção na temperatura de precipitação da fase de reforço, para que a fase de reforço precipite, endureça e melhore a resistência.

7. Têmpera: austenitização do aço após resfriamento a uma taxa de resfriamento adequada, de modo que a peça de trabalho na seção transversal, em toda ou em uma certa faixa, apresente estrutura organizacional instável, como a transformação martensítica, resultante do processo de tratamento térmico.

8. Revenimento: a peça temperada será aquecida até o ponto crítico AC1 abaixo da temperatura adequada por um determinado período de tempo e, em seguida, resfriada de acordo com os requisitos do método, a fim de obter a organização e as propriedades desejadas do processo de tratamento térmico.

9. Carbonitretação do aço: a carbonitretação consiste na infiltração simultânea de carbono e nitrogênio na camada superficial do aço. A carbonitretação convencional também é conhecida como carbonitretação com cianeto, sendo a carbonitretação gasosa a média temperatura e a carbonitretação gasosa a baixa temperatura (ou nitrocarbonetação gasosa) as mais comuns. O principal objetivo da carbonitretação gasosa a média temperatura é melhorar a dureza, a resistência ao desgaste e a resistência à fadiga do aço. A carbonitretação gasosa a baixa temperatura é baseada na nitretação e seu principal objetivo é melhorar a resistência ao desgaste e à corrosão do aço.

10. Tratamento de revenido (têmpera e revenido): o procedimento comum é a têmpera e o revenido em altas temperaturas, em combinação com o tratamento térmico conhecido como tratamento de revenido. O tratamento de revenido é amplamente utilizado em diversas peças estruturais importantes, especialmente aquelas que operam sob cargas alternadas, como bielas, parafusos, engrenagens e eixos. Após o tratamento de revenido, obtém-se a estrutura de aço sohnita revenido, cujas propriedades mecânicas são superiores às da estrutura de aço sohnita normalizada com a mesma dureza. Sua dureza depende da temperatura de revenido, da estabilidade do revenido do aço e da dimensão da seção transversal da peça, geralmente variando entre HB200 e HB350.

11. Brasagem: com o material de brasagem, dois tipos de peças serão unidos por meio de tratamento térmico de fusão e aquecimento.

II.Tas características do processo

O tratamento térmico de metais é um dos processos importantes na fabricação mecânica. Comparado a outros processos de usinagem, o tratamento térmico geralmente não altera a forma da peça nem sua composição química global, mas modifica a microestrutura interna ou a composição química da superfície da peça, conferindo-lhe ou melhorando suas propriedades de uso. Caracteriza-se por uma melhoria na qualidade intrínseca da peça, geralmente imperceptível a olho nu. Para produzir peças metálicas com as propriedades mecânicas, físicas e químicas desejadas, além da escolha criteriosa dos materiais e de diversos processos de moldagem, o tratamento térmico é frequentemente essencial. O aço é o material mais utilizado na indústria mecânica, e sua microestrutura complexa pode ser controlada pelo tratamento térmico, sendo, portanto, o principal foco do tratamento térmico de metais. Além disso, alumínio, cobre, magnésio, titânio e outras ligas também podem ser submetidas a tratamento térmico para alterar suas propriedades mecânicas, físicas e químicas, obtendo-se assim diferentes desempenhos.

III.To processo

O processo de tratamento térmico geralmente inclui três etapas: aquecimento, manutenção da temperatura e resfriamento, e, em alguns casos, apenas duas etapas: aquecimento e resfriamento. Essas etapas são interligadas e não podem ser interrompidas.

O aquecimento é um dos processos importantes do tratamento térmico. O tratamento térmico de metais envolve muitos métodos de aquecimento, sendo o mais antigo o uso de carvão vegetal e mineral como fonte de calor, e mais recentemente a aplicação de combustíveis líquidos e gasosos. A utilização da eletricidade facilita o controle do aquecimento e não causa poluição ambiental. O uso dessas fontes de calor permite o aquecimento direto, mas também o aquecimento indireto por meio de sais fundidos ou partículas metálicas em suspensão.

Durante o aquecimento de metais, a peça fica exposta ao ar, sofrendo oxidação e descarbonetação (ou seja, redução do teor de carbono na superfície do aço), o que impacta negativamente as propriedades superficiais das peças tratadas termicamente. Portanto, o tratamento térmico deve ser realizado, geralmente, em atmosfera controlada ou protetora, com sais fundidos ou a vácuo, além de utilizar revestimentos ou embalagens que protejam o metal durante o aquecimento.

A temperatura de aquecimento é um dos parâmetros importantes do processo de tratamento térmico. A seleção e o controle dessa temperatura são fundamentais para garantir a qualidade do tratamento. A temperatura de aquecimento varia de acordo com o material metálico tratado e a finalidade do tratamento térmico, mas geralmente é aquecida acima da temperatura de transição de fase para obter uma organização de alta temperatura. Além disso, a transformação requer um certo tempo; portanto, quando a superfície da peça metálica atinge a temperatura de aquecimento necessária, também precisa ser mantida nessa temperatura por um determinado período, para que as temperaturas interna e externa se igualem e a transformação da microestrutura seja completa. Esse período é conhecido como tempo de manutenção. No tratamento térmico superficial com aquecimento de alta densidade energética, a taxa de aquecimento é extremamente rápida, geralmente não havendo tempo de manutenção, enquanto no tratamento térmico químico o tempo de manutenção costuma ser maior.

O resfriamento também é uma etapa indispensável no processo de tratamento térmico. Os métodos de resfriamento variam de acordo com o processo, principalmente para controlar a taxa de resfriamento. De modo geral, a taxa de resfriamento no recozimento é a mais lenta, enquanto na normalização é mais rápida, assim como na têmpera. No entanto, devido aos diferentes tipos de aço e suas necessidades específicas, a taxa de resfriamento varia. Por exemplo, o aço temperado ao ar pode ser temperado com a mesma taxa de resfriamento da normalização.

IV.Pclassificação de processos

O processo de tratamento térmico de metais pode ser dividido, de forma geral, em três categorias: tratamento térmico total, tratamento térmico superficial e tratamento térmico químico. De acordo com o meio de aquecimento, a temperatura de aquecimento e o método de resfriamento, cada categoria pode ser classificada em diversos processos de tratamento térmico distintos. O mesmo metal, quando submetido a diferentes processos de tratamento térmico, pode apresentar estruturas diferentes e, consequentemente, propriedades distintas. O ferro e o aço são os metais mais utilizados na indústria, e a microestrutura do aço é também a mais complexa, o que explica a existência de uma variedade de processos de tratamento térmico para o aço.

O tratamento térmico global consiste no aquecimento uniforme da peça, seguido de resfriamento a uma taxa adequada, para obter a organização metalúrgica desejada e alterar suas propriedades mecânicas. O tratamento térmico global do aço compreende, basicamente, quatro processos: recozimento, normalização, têmpera e revenido.

Processo significa:

O recozimento consiste em aquecer a peça até uma temperatura adequada, variando o tempo de permanência de acordo com o material e o tamanho da peça, e depois resfriá-la lentamente. O objetivo é fazer com que a organização interna do metal atinja ou se aproxime do estado de equilíbrio, para obter um bom desempenho e rendimento do processo, ou para posterior têmpera como preparação.

A normalização consiste em aquecer a peça de trabalho até a temperatura adequada após resfriá-la ao ar. O efeito da normalização é semelhante ao do recozimento, porém resulta em uma estrutura mais fina. É frequentemente utilizada para melhorar o desempenho de corte do material, mas também, em alguns casos, como tratamento térmico final para peças menos exigentes.

A têmpera consiste em aquecer e isolar a peça em água, óleo ou outros sais inorgânicos, soluções aquosas orgânicas ou outros meios de têmpera para resfriamento rápido. Após a têmpera, as peças de aço tornam-se duras, mas também quebradiças. Para eliminar essa fragilidade, geralmente é necessário realizar um revenimento oportuno.

Para reduzir a fragilidade das peças de aço, estas são temperadas a uma temperatura adequada, superior à temperatura ambiente e inferior a 650 °C, durante um longo período de isolamento, e posteriormente resfriadas. Esse processo é chamado de revenimento. Recozimento, normalização, têmpera e revenimento constituem o conjunto de tratamentos térmicos conhecidos como "quatro etapas", sendo a têmpera e o revenimento intimamente relacionados, frequentemente utilizados em conjunto e indispensáveis. Cada etapa dos "quatro etapas" apresenta diferentes temperaturas de aquecimento e modos de resfriamento, resultando em processos de tratamento térmico distintos. Para obter um determinado grau de resistência e tenacidade, a têmpera e o revenimento são combinados em altas temperaturas, processo conhecido como revenimento. Após a têmpera de certas ligas para formar uma solução sólida supersaturada, elas são mantidas à temperatura ambiente ou a uma temperatura ligeiramente superior, apropriada, por um período de tempo mais longo, a fim de melhorar a dureza, a resistência ou o magnetismo elétrico da liga. Esse processo de tratamento térmico é chamado de envelhecimento.

A deformação por pressão e o tratamento térmico são combinados de forma eficaz e estreita, permitindo que a peça obtenha excelente resistência e tenacidade. Esse método é conhecido como tratamento térmico por deformação. Já o tratamento térmico em atmosfera de pressão negativa ou vácuo, conhecido como tratamento térmico a vácuo, não só impede a oxidação e a descarbonetação da peça, preservando sua superfície após o tratamento e melhorando seu desempenho, como também permite o tratamento térmico químico por meio de agentes osmóticos.

O tratamento térmico superficial consiste no aquecimento apenas da camada superficial da peça para alterar suas propriedades mecânicas. Para aquecer somente a camada superficial da peça, sem transferência excessiva de calor para o interior, a fonte de calor utilizada deve ter alta densidade energética, ou seja, fornecer uma grande quantidade de energia térmica por unidade de área da peça. Dessa forma, a camada superficial da peça, ou áreas localizadas, podem atingir altas temperaturas em um curto período de tempo ou instantaneamente. Os principais métodos de tratamento térmico superficial são a têmpera por chama e o tratamento por indução, sendo as fontes de calor comumente utilizadas chamas de oxiacetileno ou oxipropano, corrente de indução, laser e feixe de elétrons.

O tratamento térmico químico é um processo de tratamento térmico de metais que altera a composição química, a organização e as propriedades da camada superficial da peça. O tratamento térmico químico difere do tratamento térmico superficial por alterar a composição química da camada superficial da peça. No tratamento térmico químico, a peça é submetida a um meio (gasoso, líquido ou sólido) contendo carbono, sais ou outros elementos de liga, sendo aquecida e mantida nesse meio por um longo período de tempo. Isso permite a infiltração de carbono, nitrogênio, boro, cromo e outros elementos na camada superficial da peça. Após a infiltração desses elementos, outros processos de tratamento térmico, como têmpera e revenido, podem ser aplicados. Os principais métodos de tratamento térmico químico são a cementação, a nitretação e a penetração de metais.

O tratamento térmico é um dos processos importantes na fabricação de peças mecânicas e moldes. De modo geral, ele pode garantir e melhorar diversas propriedades da peça, como resistência ao desgaste e à corrosão. Também pode melhorar a organização da peça bruta e o estado de tensão, facilitando diversos processos de usinagem a frio e a quente.

Por exemplo: o ferro fundido branco, após um longo período de recozimento, pode se tornar ferro fundido maleável, melhorando sua plasticidade; engrenagens, com o processo correto de tratamento térmico, podem ter uma vida útil dezenas de vezes maior do que engrenagens sem tratamento térmico; além disso, o aço carbono de baixo custo, por meio da infiltração de certos elementos de liga, apresenta algumas das propriedades de aços-liga mais caros, podendo substituir alguns aços resistentes ao calor e aços inoxidáveis; moldes e matrizes, em sua maioria, necessitam de tratamento térmico para serem utilizados somente após esse processo.

Meios suplementares

I. Tipos de recozimento

O recozimento é um processo de tratamento térmico no qual a peça de trabalho é aquecida a uma temperatura adequada, mantida nessa temperatura por um determinado período de tempo e, em seguida, resfriada lentamente.

Existem muitos tipos de processos de recozimento do aço, que, de acordo com a temperatura de aquecimento, podem ser divididos em duas categorias: uma é o recozimento acima da temperatura crítica (Ac1 ou Ac3), também conhecido como recozimento de recristalização por mudança de fase, incluindo recozimento completo, recozimento incompleto, recozimento esferoidal e recozimento por difusão (recozimento de homogeneização), etc.; a outra é o recozimento abaixo da temperatura crítica, incluindo recozimento de recristalização e recozimento de alívio de tensões, etc. De acordo com o método de resfriamento, o recozimento pode ser dividido em recozimento isotérmico e recozimento com resfriamento contínuo.

1. Recozimento completo e recozimento isotérmico

O recozimento completo, também conhecido como recozimento de recristalização, ou simplesmente recozimento, consiste no aquecimento do aço a uma temperatura acima de 20 a 30 °C (Ac3), mantendo-o nessa temperatura por tempo suficiente para que o material se austenitize completamente após um resfriamento lento, a fim de obter uma estrutura próxima ao equilíbrio térmico. Este recozimento é utilizado principalmente para a conformação subeutética de diversos aços carbono e aços-liga fundidos, forjados e perfis laminados a quente, e, por vezes, também para estruturas soldadas. Geralmente, é aplicado como tratamento térmico final em peças de pequeno porte ou como pré-tratamento térmico em algumas peças.

2, recozimento de bolas

O recozimento esferoidal é usado principalmente em aços carbono e aços-liga para ferramentas com teor de eutético elevado (como na fabricação de ferramentas de corte, calibradores, moldes e matrizes). Seu principal objetivo é reduzir a dureza, melhorar a usinabilidade e preparar o material para têmpera futura.

3, recozimento para alívio de tensões

O recozimento para alívio de tensões, também conhecido como recozimento a baixa temperatura (ou revenido a alta temperatura), é utilizado principalmente para eliminar tensões residuais em peças fundidas, forjadas, soldadas, laminadas a quente, trefiladas a frio e outras. Se essas tensões não forem eliminadas, o aço poderá sofrer deformações ou fissuras após um certo período de tempo ou durante o processo de usinagem subsequente.

4. O recozimento incompleto consiste em aquecer o aço até Ac1 ~ Ac3 (aço subeutético) ou Ac1 ~ ACcm (aço supereutético) entre a manutenção da temperatura e o resfriamento lento para obter uma organização quase equilibrada do processo de tratamento térmico.

II.No processo de têmpera, os meios de resfriamento mais comumente utilizados são salmoura, água e óleo.

O resfriamento da peça em água salgada facilita a obtenção de alta dureza e superfície lisa, sem a tendência de gerar pontos fracos devido à baixa dureza. No entanto, é mais suscetível a deformações severas e até mesmo trincas na peça. O uso de óleo como meio de têmpera é adequado apenas para aços-liga com alta estabilidade da austenita super-resfriada ou para peças de aço-carbono de pequenas dimensões.

III.o objetivo da têmpera do aço

1. Reduzir a fragilidade, eliminar ou reduzir a tensão interna: o resfriamento brusco do aço gera muita tensão interna e fragilidade, e a falta de revenimento adequado pode causar deformação ou até mesmo fissuras no aço.

2. Para obter as propriedades mecânicas desejadas da peça, após a têmpera, a peça apresenta alta dureza e fragilidade. Para atender aos requisitos das diferentes propriedades de uma variedade de peças, pode-se ajustar a dureza por meio de um revenimento adequado, reduzindo a fragilidade e obtendo-se a tenacidade e plasticidade necessárias.

3. Estabilizar as dimensões da peça de trabalho

4. Para o amolecimento de certos aços-liga por recozimento, é comum o uso de têmpera (ou normalização) após o revenimento em alta temperatura, para que haja uma agregação adequada de carbonetos no aço, reduzindo a dureza e facilitando o corte e o processamento.

Conceitos suplementares

1. Recozimento: refere-se ao processo de tratamento térmico em que materiais metálicos são aquecidos a uma temperatura adequada, mantidos nessa temperatura por um determinado período de tempo e, em seguida, resfriados lentamente. Os processos de recozimento mais comuns são: recozimento de recristalização, recozimento de alívio de tensões, recozimento esferoidal, recozimento completo, etc. O objetivo do recozimento é principalmente reduzir a dureza dos materiais metálicos, melhorar a plasticidade, facilitar o corte ou a usinagem por compressão, reduzir as tensões residuais, melhorar a organização e a homogeneização da composição ou, posteriormente, preparar o material para um tratamento térmico subsequente.

2. Normalização: refere-se ao processo de tratamento térmico em aço aquecido a uma temperatura igual ou superior a 30 ~ 50 ℃ (temperatura crítica do aço), mantido nessa temperatura por um período adequado e resfriado em ar parado. O objetivo da normalização é principalmente melhorar as propriedades mecânicas do aço de baixo carbono, melhorar a usinabilidade e o corte, refinar os grãos, eliminar defeitos estruturais e preparar a estrutura para o tratamento térmico subsequente.

3. Têmpera: refere-se ao aquecimento do aço a Ac3 ou Ac1 (aço abaixo da temperatura crítica) acima de uma determinada temperatura, mantido por um certo período e, em seguida, resfriado a uma taxa adequada, para obter a estrutura martensítica (ou bainítica) do processo de tratamento térmico. Os processos de têmpera comuns são: têmpera em meio único, têmpera em meio duplo, têmpera martensítica, têmpera isotérmica bainítica, têmpera superficial e têmpera localizada. O objetivo da têmpera é fazer com que as peças de aço obtenham a estrutura martensítica desejada, melhorando a dureza, a resistência mecânica e a resistência à abrasão da peça, preparando-a adequadamente para o tratamento térmico posterior.

4. Revenimento: refere-se ao processo de tratamento térmico em que o aço é endurecido, aquecido a uma temperatura abaixo de Ac1, mantido nessa temperatura por um determinado período e, em seguida, resfriado à temperatura ambiente. Os processos de revenimento mais comuns são: revenimento a baixa temperatura, revenimento a média temperatura, revenimento a alta temperatura e revenimento múltiplo.

Objetivo do revenimento: principalmente eliminar a tensão produzida pelo aço durante o resfriamento brusco, de modo que o aço apresente alta dureza e resistência ao desgaste, além da plasticidade e tenacidade necessárias.

5. Revenimento: refere-se ao aço ou aço para têmpera e revenimento em alta temperatura do processo de tratamento térmico composto. Utilizado no tratamento de revenimento do aço, este é denominado aço revenido. Geralmente se refere ao aço estrutural de médio carbono e ao aço estrutural de liga de médio carbono.

6. Cementação: A cementação é o processo de penetração de átomos de carbono na camada superficial do aço. Consiste em fazer com que a peça de aço de baixo carbono apresente uma camada superficial de aço de alto carbono, que posteriormente é temperada e revenida a baixa temperatura. Dessa forma, a camada superficial da peça adquire alta dureza e resistência ao desgaste, enquanto a parte central da peça mantém a tenacidade e a plasticidade do aço de baixo carbono.

Método de vácuo

Como as operações de aquecimento e resfriamento de peças metálicas exigem dezenas de etapas para serem concluídas, e essas etapas são realizadas dentro do forno de tratamento térmico a vácuo, sem a presença do operador, é necessário um alto grau de automação para o forno. Além disso, algumas etapas, como o aquecimento e a manutenção da temperatura no final do processo de têmpera da peça metálica, exigem seis ou sete etapas e devem ser concluídas em 15 segundos. Essa necessidade de agilidade para a execução de tantas etapas pode facilmente causar nervosismo no operador e levar a erros operacionais. Portanto, somente um alto grau de automação permite uma coordenação precisa e oportuna, em conformidade com o programa.

O tratamento térmico a vácuo de peças metálicas é realizado em um forno a vácuo fechado, sendo a vedação a vácuo rigorosa um requisito fundamental. Portanto, obter e manter a taxa de vazamento de ar original do forno, garantindo o vácuo de trabalho e, consequentemente, a qualidade do tratamento térmico a vácuo das peças, é crucial. Assim, um aspecto fundamental do forno de tratamento térmico a vácuo é possuir uma estrutura de vedação a vácuo confiável. Para garantir o desempenho do vácuo no forno, o projeto da estrutura deve seguir um princípio básico: o corpo do forno deve ser soldado hermeticamente, minimizando ao máximo as aberturas e evitando o uso de estruturas de vedação dinâmica, a fim de reduzir as chances de vazamento de vácuo. Os componentes e acessórios instalados no corpo do forno a vácuo, como eletrodos refrigerados a água e dispositivos de saída de termopares, também devem ser projetados com uma estrutura de vedação adequada.

A maioria dos materiais de aquecimento e isolamento só pode ser usada em vácuo. O aquecimento e o revestimento isolante térmico em fornos de tratamento térmico a vácuo operam em condições de vácuo e alta temperatura, portanto, esses materiais apresentam requisitos de alta resistência à temperatura, eficiência de radiação e condutividade térmica. Os requisitos de resistência à oxidação não são tão elevados. Por isso, em fornos de tratamento térmico a vácuo, tântalo, tungstênio, molibdênio e grafite são amplamente utilizados como materiais de aquecimento e isolamento térmico. Esses materiais oxidam-se com muita facilidade em contato com a atmosfera, portanto, fornos de tratamento térmico comuns não podem utilizá-los.

Dispositivo de refrigeração a água: o revestimento do forno de tratamento térmico a vácuo, a tampa do forno, os elementos de aquecimento elétrico, os eletrodos refrigerados a água, a porta de isolamento térmico a vácuo intermediária e outros componentes, encontram-se em vácuo, sob condições de trabalho térmico. Trabalhando sob essas condições extremamente desfavoráveis, é fundamental garantir que a estrutura de cada componente não seja deformada ou danificada, e que a vedação a vácuo não superaqueça ou queime. Portanto, cada componente deve ser equipado com dispositivos de refrigeração a água específicos para cada situação, assegurando que o forno de tratamento térmico a vácuo opere normalmente e tenha uma vida útil suficiente.

O uso de baixa tensão e alta corrente em recipientes a vácuo, quando o grau de vácuo atinge alguns 1 x 10⁻¹ torr, resulta em descargas luminosas no condutor energizado dentro do recipiente, produzindo um fenômeno de arco voltaico. Em fornos de tratamento térmico a vácuo, uma descarga de arco intensa pode queimar o elemento de aquecimento elétrico e a camada isolante, causando acidentes e prejuízos graves. Portanto, a tensão de operação do elemento de aquecimento elétrico em fornos de tratamento térmico a vácuo geralmente não ultrapassa 80 a 100 volts. Além disso, no projeto da estrutura do elemento de aquecimento elétrico, devem ser tomadas medidas eficazes, como evitar pontas salientes e garantir que o espaçamento entre os eletrodos não seja muito pequeno, a fim de prevenir a geração de descargas luminosas ou arcos voltaicos.

Temperagem

De acordo com os diferentes requisitos de desempenho da peça, e conforme suas diferentes temperaturas de revenimento, os processos de revenimento podem ser divididos nos seguintes tipos:

(a) têmpera a baixa temperatura (150-250 graus)

O revenido a baixa temperatura da martensita revenida resultante tem como objetivo manter a alta dureza e a alta resistência ao desgaste do aço temperado, reduzindo a tensão interna e a fragilidade decorrentes da têmpera, de forma a evitar lascamento ou danos prematuros durante o uso. É utilizado principalmente em diversas ferramentas de corte de alto carbono, calibradores, matrizes de trefilação a frio, rolamentos e peças cementadas, etc., resultando em uma dureza geralmente entre HRC 58 e 64 após o revenido.

(ii) têmpera em temperatura média (250-500 graus)

Processo de têmpera a média temperatura para corpos de quartzo temperado. Seu objetivo é obter alta resistência ao escoamento, limite elástico e alta tenacidade. Portanto, é utilizado principalmente em diversos processos de fabricação de molas e moldes para trabalho a quente, resultando em uma dureza geralmente entre HRC35 e HRC50.

(C) têmpera em alta temperatura (500-650 graus)

O tratamento térmico de têmpera em alta temperatura para a fabricação de aço sohnita temperado é conhecido como tratamento de têmpera. A combinação do tratamento térmico convencional de têmpera e revenido em alta temperatura tem como objetivo obter melhores propriedades mecânicas, como resistência, dureza, plasticidade e tenacidade. Por isso, é amplamente utilizado em automóveis, tratores, máquinas-ferramenta e outras peças estruturais importantes, como bielas, parafusos, engrenagens e eixos. A dureza após o revenido geralmente varia de HB200 a HB330.

Prevenção de deformações

As causas da deformação de moldes complexos de precisão são frequentemente complexas, mas ao dominarmos as leis da deformação, analisarmos suas causas e utilizarmos diferentes métodos de prevenção, podemos reduzir e até mesmo controlar a deformação do molde. De modo geral, o tratamento térmico para prevenir a deformação de moldes complexos de precisão pode adotar os seguintes métodos.

(1) Seleção adequada de materiais. Moldes complexos de precisão devem ser feitos com aço para moldes com boa microdeformação (como o aço temperado ao ar). Aços para moldes com alta segregação de carbonetos devem ser submetidos a tratamento térmico de forjamento e revenimento adequado. Aços para moldes com segregação de carbonetos maiores ou que não podem ser forjados podem ser submetidos a tratamento térmico de dupla solubilização.

(2) O projeto da estrutura do molde deve ser razoável, a espessura não deve ser muito discrepante, a forma deve ser simétrica, para a deformação do molde maior dominar a lei de deformação, reservando tolerância de processamento, para moldes grandes, precisos e complexos podem ser usadas em uma combinação de estruturas.

(3) Os moldes de precisão e complexos devem ser submetidos a tratamento térmico prévio para eliminar a tensão residual gerada no processo de usinagem.

(4) Escolha razoável da temperatura de aquecimento, controle da velocidade de aquecimento, para moldes complexos de precisão podem ser utilizados aquecimento lento, pré-aquecimento e outros métodos de aquecimento equilibrado para reduzir a deformação do tratamento térmico do molde.

(5) Sob a premissa de garantir a dureza do molde, tente usar o processo de pré-resfriamento, resfriamento gradual ou têmpera por temperatura.

(6) Para moldes de precisão e complexos, quando as condições o permitirem, tente usar têmpera por aquecimento a vácuo e tratamento de resfriamento profundo após a têmpera.

(7) Para alguns moldes de precisão e complexos podem ser utilizados tratamento térmico prévio, tratamento térmico de envelhecimento, tratamento térmico de têmpera e nitretação para controlar a precisão do molde.

(8) No reparo de furos de areia de molde, porosidade, desgaste e outros defeitos, o uso de máquina de soldagem a frio e outros equipamentos de reparo de impacto térmico para evitar deformação no processo de reparo.

Além disso, a operação correta do processo de tratamento térmico (como o preenchimento de furos, a fixação de furos, a fixação mecânica, os métodos de aquecimento adequados, a escolha correta da direção de resfriamento do molde e a direção do movimento no meio de resfriamento, etc.) e um processo de tratamento térmico de revenimento adequado são medidas eficazes para reduzir a deformação de moldes de precisão e complexos.

O tratamento térmico de têmpera e revenido superficial geralmente é realizado por aquecimento por indução ou por chama. Os principais parâmetros técnicos são a dureza superficial, a dureza localizada e a profundidade da camada endurecida efetiva. O teste de dureza pode ser feito com um durômetro Vickers, ou com um durômetro Rockwell ou Rockwell superficial. A escolha da força de teste (escala) está relacionada à profundidade da camada endurecida efetiva e à dureza superficial da peça. Existem três tipos de durômetros envolvidos neste processo.

Primeiramente, o durômetro Vickers é um importante instrumento para testar a dureza superficial de peças tratadas termicamente. Ele permite selecionar uma força de teste de 0,5 a 100 kg, testar camadas de endurecimento superficial com espessura de até 0,05 mm e possui altíssima precisão, sendo capaz de distinguir pequenas diferenças na dureza superficial das peças tratadas termicamente. Além disso, o durômetro Vickers também permite determinar a profundidade da camada endurecida efetiva. Portanto, para processos de tratamento térmico superficial ou para grandes volumes de peças tratadas termicamente, é essencial possuir um durômetro Vickers.

Em segundo lugar, o durômetro Rockwell de superfície também é muito adequado para testar a dureza de peças tratadas superficialmente. Ele possui três escalas selecionáveis ​​e pode testar a profundidade efetiva de têmpera de mais de 0,1 mm em diversas peças tratadas superficialmente. Embora a precisão do durômetro Rockwell de superfície não seja tão alta quanto a do durômetro Vickers, ele atende aos requisitos de controle de qualidade e inspeção em plantas de tratamento térmico. Além disso, é simples de operar, fácil de usar, tem baixo custo, realiza medições rápidas e permite a leitura direta do valor de dureza e outras características. O uso do durômetro Rockwell de superfície possibilita testes rápidos e não destrutivos em lotes de peças tratadas superficialmente, peça por peça. Isso é importante para usinas de processamento de metais e fábricas de máquinas.

Terceiro, quando a camada endurecida por tratamento térmico superficial for mais espessa, também é possível utilizar um durômetro Rockwell. Quando a espessura da camada endurecida por tratamento térmico for de 0,4 a 0,8 mm, pode-se utilizar a escala HRA; quando a espessura da camada endurecida for superior a 0,8 mm, pode-se utilizar a escala HRC.

Os valores de dureza Vickers, Rockwell e Rockwell superficial podem ser facilmente convertidos entre si, de acordo com padrões, desenhos ou conforme a necessidade do usuário. As tabelas de conversão correspondentes são fornecidas nas normas internacionais ISO, nas normas americanas ASTM e nas normas chinesas GB/T.

Endurecimento localizado

Se as peças apresentarem requisitos de dureza local mais elevados, podem ser utilizados métodos como aquecimento por indução e têmpera localizada. Nesses casos, geralmente é necessário marcar a localização da têmpera localizada e o valor da dureza local nos desenhos técnicos. O teste de dureza das peças deve ser realizado na área designada. Para o teste de dureza, pode-se utilizar um durômetro Rockwell, que mede o valor de dureza HRC, ou um durômetro Rockwell superficial, que mede o valor de dureza HRN, caso a camada de endurecimento por tratamento térmico seja superficial.

tratamento térmico químico

O tratamento térmico químico consiste na infiltração de um ou mais elementos químicos na superfície da peça, alterando assim a composição química, a organização e o desempenho da sua superfície. Após têmpera e revenido a baixa temperatura, a superfície da peça apresenta alta dureza, resistência ao desgaste e à fadiga por contato, enquanto o núcleo da peça mantém alta tenacidade.

Conforme exposto acima, a detecção e o registro da temperatura no processo de tratamento térmico são de suma importância, e o controle inadequado da temperatura impacta significativamente o produto. Portanto, a detecção da temperatura é crucial, assim como o acompanhamento de sua tendência ao longo de todo o processo. Consequentemente, o registro das variações de temperatura durante o tratamento térmico é imprescindível, facilitando análises futuras e permitindo identificar momentos em que a temperatura não atende aos requisitos. Isso desempenhará um papel fundamental no aprimoramento do tratamento térmico no futuro.

Procedimentos operacionais

1. Limpe o local de operação, verifique se a fonte de alimentação, os instrumentos de medição e os diversos interruptores estão funcionando normalmente e se o fornecimento de água está estável.

2. Os operadores devem usar equipamentos de proteção individual adequados, caso contrário, será perigoso.

3. Abra a chave de transferência universal de energia de controle, de acordo com os requisitos técnicos das seções graduadas do equipamento para aumento e diminuição da temperatura, a fim de prolongar a vida útil do equipamento e mantê-lo intacto.

4. Prestar atenção à temperatura do forno de tratamento térmico e à regulação da velocidade da esteira transportadora, dominar os padrões de temperatura exigidos para diferentes materiais, garantir a dureza da peça, a retidão da superfície e a ausência de camada de oxidação, e realizar um trabalho de segurança de forma adequada.

5. Preste atenção à temperatura do forno de revenimento e à velocidade da esteira transportadora, abra a saída de ar, para que a peça após o revenimento atenda aos requisitos de qualidade.

6. No trabalho, deve-se manter o foco no posto.

7. Configurar os equipamentos de combate a incêndio necessários e estar familiarizado com os métodos de uso e manutenção.

8. Ao parar a máquina, devemos verificar se todas as chaves de controle estão na posição desligada e, em seguida, fechar a chave de transferência universal.

Superaquecimento

Na superfície rugosa dos componentes de rolamentos, após o processo de têmpera, é possível observar o superaquecimento da microestrutura. No entanto, para determinar o grau exato de superaquecimento, é necessário observar a microestrutura. Se, no aço GCr15, aparecerem agulhas de martensita grosseiras após a têmpera, trata-se de um superaquecimento. A formação dessas agulhas pode ser causada por uma temperatura de têmpera muito alta ou por um tempo de aquecimento e manutenção muito longo, resultando em superaquecimento generalizado. Outra causa pode ser a presença de carbonetos em bandas na estrutura original, que formam agulhas de martensita espessas e localizadas entre as bandas de baixo carbono, resultando em superaquecimento localizado. O aumento da austenita residual na estrutura superaquecida leva à diminuição da estabilidade dimensional. Devido ao superaquecimento, os cristais de aço tornam-se grosseiros, o que reduz a tenacidade das peças, a resistência ao impacto e a vida útil do rolamento. O superaquecimento severo pode até causar trincas de têmpera.

Subaquecimento

Temperaturas de têmpera baixas ou resfriamento inadequado produzem uma organização de torrenite maior do que o padrão na microestrutura, conhecida como organização de subaquecimento, o que causa queda na dureza, redução acentuada da resistência ao desgaste e afeta a vida útil dos componentes do rolamento.

Resfriamento de rachaduras

Durante o processo de têmpera e resfriamento, as peças de rolamentos podem apresentar trincas, chamadas trincas de têmpera, devido às tensões internas. As causas dessas trincas são: temperatura de têmpera muito alta ou resfriamento muito rápido, resultando em tensões térmicas e variações de volume na estrutura metálica que superam a resistência à fratura do aço; defeitos preexistentes na superfície da peça (como trincas ou arranhões) ou defeitos internos no aço (como escória, inclusões não metálicas significativas, manchas brancas, resíduos de contração, etc.) que levam à concentração de tensões durante a têmpera; descarbonetação superficial severa e segregação de carbonetos; têmpera insuficiente ou revenido em tempo indeterminado; tensões excessivas causadas por processos anteriores, como dobras na forja, cortes profundos de torneamento, ranhuras de lubrificação com arestas vivas, entre outros. Em resumo, a causa das trincas de têmpera pode ser um ou mais dos fatores acima, sendo a presença de tensões internas a principal razão para sua formação. Trincas de têmpera são profundas e estreitas, com fratura reta e sem coloração oxidada na superfície fraturada. Frequentemente, apresentam-se como trincas longitudinais planas ou em forma de anel no colar do rolamento; na esfera de aço do rolamento, o formato é em S, T ou anel. A característica principal das trincas de têmpera é a ausência de descarbonetação em ambos os lados da trinca, sendo claramente distinguíveis de trincas de forjamento e trincas do material.

deformação por tratamento térmico

Durante o tratamento térmico das peças de rolamentos NACHI, existem tensões térmicas e tensões internas. Essas tensões internas podem se sobrepor ou se compensar parcialmente, sendo complexas e variáveis, pois podem ser alteradas pela temperatura de aquecimento, taxa de aquecimento, modo de resfriamento, taxa de resfriamento, forma e tamanho das peças. Portanto, a deformação durante o tratamento térmico é inevitável. Reconhecer e dominar as regras que regem esse processo permite controlar a deformação das peças de rolamento (como ovalização do colar, aumento de tamanho, etc.), favorecendo a produção. É claro que o impacto mecânico durante o tratamento térmico também causa deformações nas peças, mas essas deformações podem ser utilizadas para melhorar a operação, minimizando ou evitando danos.

descarbonetação superficial

Em componentes de rolamentos e acessórios para rolos, durante o processo de tratamento térmico, se aquecidos em um meio oxidante, a superfície será oxidada, reduzindo a fração de massa de carbono na superfície e resultando na descarbonetação superficial. Se a profundidade da camada de descarbonetação superficial exceder a quantidade de material retido no processamento final, as peças serão descartadas. A determinação da profundidade da camada de descarbonetação superficial pode ser feita por meio de exame metalográfico, utilizando métodos disponíveis, como o método metalográfico e o método de microdureza. A curva de distribuição de microdureza da camada superficial, baseada no método de medição, pode ser usada como critério de arbitragem.

Ponto fraco

Devido ao aquecimento insuficiente, resfriamento inadequado e têmpera insuficiente, a dureza superficial inadequada das peças do rolamento causa um fenômeno conhecido como ponto fraco de têmpera. Semelhante à descarbonetação superficial, esse fenômeno pode causar uma queda significativa na resistência ao desgaste e na resistência à fadiga da superfície.