São Paulo, 27 de outubro de 2020

ARTIGOS

19 de maio de 2020

Tratamento Térmico: O que é, Procedimentos e Aplicações

Editoria Serrametal

Propriedades e características que devem ser levadas em conta quando o assunto é Tratamento Térmico no aço.

O que é Tratamento Térmico?

A definição de tratamento térmico é: Submeter o material a variações de temperatura, podendo ser em diferentes meios, para assim, obter diferentes propriedades dos materiais sem que se modifique o produto.
Tratamento térmico não é apenas realizado em aço ferramenta, mas em vários tipos de materiais, como cerâmicas e polímeros.

De imediato, temos a consciência que um processo de tratamento térmico baseia-se em aquecer um material e em seguida resfria-lo. Para cada material e cada propriedade desejada, se faz um tipo de tratamento.

Por exemplo: Para materiais poliméricos, como plásticos no geral, “derrete-se” o material, fazendo um líquido viscoso por uma rosca sem fim, vai até um molde de aço ferramenta, podendo ser em P20, H13, Toolox e outros tipos de aço, para serem resfriado e moldado na forma do produto desejado.

A evolução do tratamento térmico levou o desenvolvimento de ferramentas com propriedades mecânicas muito maiores, trazendo grandes mudanças em várias áreas da sociedade.

As primeiras ferramentas de ligas ferrosas passavam por tratamentos térmicos bruscos, com resfriamento em água. Isso proporcionou uma dureza muito elevada, deixando o material duro e quebradiço, pouco dúctil, mas com uma certa tenacidade [1].

O tratamento térmico no aço ferramenta exige várias etapas, como a têmpera, resfriamento, revenimento a tratamentos superficiais após o revenimento. Para cada caso, se fora uma ferramenta para trabalho a frio (como o D2, D6, Toolox, M2, etc.), as temperaturas do tratamento térmico fazem com que o aço apresente as características mais adequadas.

No projeto de uma ferramenta, o tratamento térmico no aço ferramenta é uma das principais etapas de fabricação, pois se for feito de maneira inadequada, pode-se diminuir drasticamente a vida útil da ferramenta. Sendo feito de maneira correta, evitam-se trincas e quebra do material.

Características principais que se buscam em uma ferramenta, obtida pelo tratamento térmico:

Resistência à trinca (evitar a trinca no aço), Dureza (principalmente aço para conformação, corte, dobra, repuxo), Resistência ao desgaste (para aços que trabalham com atrito, em que há desgaste abrasivo e adesivo), Tamanho de grão, e uma das principais características do aço é a Temperabilidade, que mostra a facilidade de temperar o aço [2, 3].

Quanto aos elementos de liga no aço, cada elemento atua para promover uma característica. Os que aumentam a sua temperabilidade são [3]:

  • C – Carbono;
  • Ni – Níquel;
  • Mo – Molibdênio;
  • W – Tungstênio;
  • V – Vanádio;

Claro que as ligas devem conter quantidades adequadas de elementos para que se obtenha um material com boa temperabilidade.

O grande ponto é: Como saber quais tipos de tratamento térmico, temperaturas e formas de resfriamento são os melhores para o aço ferramenta?

O ideal seria que, as temperaturas de aquecimento e resfriamento fossem fixas e totalmente controladas, sem que ocorra qualquer deformação no material. Entretanto, não será possível aplicar uma temperatura muito controlada, ou seja, os fornos e meios de aquecimento e resfriamento sempre deverão apresentar uma faixa de temperatura em que o material será imerso.

Como por exemplo, para o material AISI D2, a temperatura de têmpera é de 1000-1050°C. 

Para a obtenção das propriedades desejadas, e microestrutura do material deve ser modificada com o tratamento térmico. Em alguns casos o tratamento térmico não será para “endurecer” o material, mas sim para “amolecer”, como é chamado o recozimento.

 As figuras 1 e 2, a seguir, mostram o aço AISI D2 sem têmpera, da forma como foi entregue pela usina.


Visão pelo microscópio de uma barra de aço D2Fig. 1 – Metalografia do aço AISI D2 sem tempera, com dureza aproximada de 250 HB. Ataque de Nital 3%. a) aumento de 5x; b) aumento de 10x. Fonte: Thiago Cortiz.


Micrografia de aço D2 50xFig. 2 – Foto micrografia do aço AISI D2 sem tempera, com dureza aproximada de 250 HB. Ataque de Nital 3%. Aumento de 50x. Fonte: Thiago Cortiz.

Procedimentos

Alívio de Tensões

Durante o processo de lingotamento, onde ocorre à solidificação do aço ferramenta, o material apresenta tensões internas, o que podem ocasionar trincas e não conformidades. Essas tensões também aparecem após a usinagem muito bruta ou após a solda. Por isso, muitas vezes é necessário recozer o material [7].

Para realizar o recozimento para o alívio de tensões, a peça é aquecida lentamente à temperatura aproximada de 570° a 670°C, por serem aço ferramenta.
A peça fica no forno a temperatura de recozimento por até três horas. O resfriamento ocorre dentro do forno, de maneira lenta [7].

Normalização:

Em temperatura elevada, bem acima da zona crítica, os grãos de austenita crescem, absorvendo os grãos vizinhos menos estáveis. Quanto mais elevado for à temperatura, mais rápido será esse crescimento. Se o aço permanecer muitas horas com temperatura acima da zona crítica (por exemplo, 780ºC), seus grãos também serão aumentados.

No resfriamento, os grãos de austenita transformam-se em grãos de perlita e de ferrita. Suas dimensões dependem, em parte, do tamanho dos grãos de austenita.

Uma granulação grosseira torna o material quebradiço, alterando suas propriedades mecânicas. As trincas também se propagam mais facilmente no interior dos grandes grãos. Por isso, os grãos mais finos (pequenos) possuem melhores propriedades mecânicas.

A normalização consiste em refinar (diminuir) a granulação grosseira da peça, de modo que os grãos ficam numa faixa de tamanho considerada normal.

No processo de normalização, a peça é levada ao forno com temperatura acima da zona crítica, na faixa de 750ºC a 950ºC. O material se transforma em austenita. Entre uma a três horas, o forno é desligado. A peça é retirada e colocada numa bancada, para se resfriar.

A estrutura final do aço passa a apresentar grãos finos, distribuídos de forma homogênea.

Recozimento pleno:

Quando uma peça sai do processo inicial de fabricação, fundição, prensagem, forjamento, laminação, terá de passar por outros processos mecânicos antes de ficar pronta. Um eixo, por exemplo, precisa ser usinado, desbastado num torno e perfurado.

O aço deve apresentar baixa dureza para ser trabalhado. Por meio do recozimento pleno do aço é possível diminuir sua dureza, aumentar a ductilidade, melhorar a usinabilidade e ajustar o tamanho do grão. Também são eliminadas as irregularidades resultantes de tratamento térmico ou mecânico, sofridas anteriormente.

O tratamento consiste em aquecer o aço num forno, numa temperatura acima da zona crítica. Após certo tempo, o forno é desligado e a peça é resfriada no seu interior.

Esferoidização:

Esferoidização significa dar forma de esfera à cementita. Trata-se de um processo indicado para aços de alto teor de carbono, que têm mais cementita do que os aços de médio e baixo carbono. A cementita assume forma de glóbulos (esferas) que permitem reduzir bastante à dureza do aço. Desse modo, pode-se economizar material durante a usinagem de aços com elevado teor de carbono.

O processo de esferoidização pode ocorrer de duas maneiras:

  • Aquecimento e resfriamento alternados entre temperaturas que estejam logo acima e logo abaixo da linha de transformação inferior da zona crítica.

  • Aquecimento por tempo prolongado em temperatura logo abaixo da zona crítica.

Aplicações

Tipos de têmpera:

O AISI (American Iron and Steel Institute) classifica os aços, entre outros fatores, devido a sua composição química e seu tratamento térmico [8]. Seguindo a seguinte tabela e seus símbolos:

Tabela 1. Principais tipos de aço ferramenta de acordo com o AISI [9].

Os fornos para tratamento térmico de aços para ferramentas incluem fornos de banho de sal revestidos a cerâmica, fornos a vácuo, fornos de atmosfera controlada e fornos de leito fluidizado.Tabela 1. Principais tipos de aço ferramenta de acordo com o AISI [9].

Forno com Atmosfera Controlada:

O forno com atmosfera controlada atua, ao longo do aquecimento, para que não ocorra a descarbonetação do aço. Uma atmosfera com amoníaco contendo 25% em volume de N2 e 75% em volume de H2 (classe 601 da American Gas Association, ou AGA) atende a esse requisito e tem a vantagem de ser suficientemente reduzida para evitar a oxidação de aços de alto cromo [10].

O forno de Atmosfera controlada se baseia em aplicar calor ao material, sem que elementos químicos possam reagir com a superfície do mesmo.

O material é submetido ao aquecimento em meio a gases inertes, modificando sua estrutura, mas não sua composição química. Isso implica em um processo mais limpo, sem criar resíduos e com a peça temperada limpa.

Gases como: Propano + Ar; Metanol; Metanol + Nitrogênio. Podem ser utilizados para criar um ambiente que exista a transferência de calor uniforme, fluxo constante do gás, e pressão que varia entre 1,06 KPa e 1,33 KPa. Após o aquecimento, a peça é resfriada em óleo, passando por um processo de limpeza [13].

A seguir um exemplo de forno de atmosfera controlada:

Fig. 3 – Exemplo de forno com atmosfera controlada [14]

Parâmetros como temperatura, pressão, agitação dos gases, teor de carbono na atmosfera e taxa de resfriamento devem ser levados em conta ao se utilizar esse processo. Cada projeto apresenta suas características quanto a estes parâmetros [14]. Esse tipo de processo é utilizado para aços ferramentas selecionado, tais como, AISI O1 (800°C) ou H13 (1010°C) [10].

Atmosferas de Base Exotérmica:

Gases exotérmicos (classe 100) apresentam baixo custo, apresentando duas classes [11]:

  1. Rica: Uma combinação de 10 a 21% de monóxido de carbono e hidrogênio; É um processo utilizado para aços de baixo carbono.

  1. Pobre: Uma combinação de 1 a 4% de monóxido de carbono e hidrogênio possuem uma capacidade redutora mínima [11].

Atmosferas de Base Endotérmica:

Utilizam ar e um gás hidrocarboneto como combustível. São gases comprimidos após passarem câmara contendo catalisador. São aplicadas em processos que requerem atmosfera redutora, ou em aplicações como cementação [11].

Atmosferas em Base de Nitrogênio Preparado:

Utilizada para aços de alto, médio e baixo carbono, onde se cria uma atmosfera sem oxigênio contaminante, impedindo a oxidação do material a ser tratado e sua descarbonetação.  Além de têmpera, também é utilizado para recozimento, esferoidização e normalização [4].

Atmosferas em Base de Nitrogênio Comercial:

Processo que apresenta três funções: Protetiva, Reativa e Controle de Carbono.

Protetiva: Tem como função impedir a oxidação do aço por contaminação, mesmo que mínima, de oxigênio. Além do Nitrogênio, cerca de 10% de hidrogênio é colocado junto para que este reaja com o oxigênio.

 Reativa: Possuem gases reativos para reduzir óxidos metálicos. Geralmente é utilizado hidrogênio ou monóxido de carbono [4].

Controle de Carbono: tem como objetivo alterar a quantidade de carbono na superfície do aço, dependendo de sua aplicação. É utilizada tipicamente em cementação, têmpera neutra ou mesmo recuperação de carbono em materiais trabalhados a quente ou forjados [4].

Forno a vácuo:

Consiste no tratamento térmico de metais em gabinetes aquecidos que são evacuados para pressões parciais compatíveis com os metais e processos específicos. O vácuo substitui as atmosferas de gás de proteção mais usadas durante parte ou todo o tratamento térmico.

O equipamento do forno usado no tratamento térmico a vácuo varia muito em tamanho, forma, construção e método de carregamento. Ou seja, no forno a vácuo pode-se eliminar elementos oxidantes e impurezas ao longo do processo de têmpera. Com isso, temos que os fornos a vácuo [4]:

  • Evita reações na superfície, como oxidação ou descarbonetação, nas peças, mantendo assim uma superfície limpa intacta;
  • Remove contaminantes da superfície, como filmes de óxido e vestígios residuais de lubrificantes resultantes de operações de fabricação;
  • Adicione uma substância às camadas superficiais do trabalho (por meio de carburação, por exemplo);
  • Remove as substâncias contaminantes dissolvidas dos metais por meio do efeito de desgaseificação de um vácuo (Remoção de H2 do titânio, por exemplo);

  • Retira O2 difundido em superfícies metálicas por meio de técnicas de erosão a vácuo;

  • Une metais por brasagem ou ligação por difusão.

    Fornos a vácuo apresentam pressão baixa, em torno de 26 Pa (0,0002566 atm). Os fornos a vácuo possuem uma unidade de aquecimento dentro de uma câmara de vácuo com construção de parede dupla. Entre as duas paredes, água ou o líquido de refrigerante circula para um resfriamento da câmara de vácuo, permitindo uma operação em alta temperatura [10].

Nos fornos a vácuo, os elementos de aquecimento estão localizados dentro da retorta. Os elementos de aquecimento podem ser feitos de um metal refratário, como tungstênio, molibdênio ou tântalo ou grafite [10].

Os elementos de aquecimento são cercados por defletores de metal refratários que fornecem isolamento e reflexão radiante direta. Centrado ou posicionado dentro do forno é uma lareira de metal refratária na qual uma carga de trabalho fixa ou em cesto pode ser posicionada.

Forno de Câmara Única:

É um forno a vácuo simples que consiste em uma câmara na qual a peça de trabalho é aquecida e resfriada. O resfriamento (têmpera) é realizado preenchendo ou soprando gás inerte pelas peças de trabalho.

A figura 4 exemplifica como é este tipo de forno:

Fig. 4 – Diagrama esquemático de um forno de vácuo de têmpera por pressão de tipo câmara de lote único [10].

Para extinguir com rapidez suficiente para obter a microestrutura desejada do aço para ferramentas, é necessário aumentar a pressão do gás de expiração (geralmente nitrogênio). Isso é conseguido por sopradores de alta pressão e alta velocidade que relataram pressões de gás de resfriamento de até 60 KPa. A taxa de resfriamento necessária varia, dependendo do tipo de aço usado e do tamanho e formato da peça de trabalho [4, 10].

Forno a vácuo de várias câmaras (fornos de resfriamento integrados):

São projetados para melhorar o rendimento ou aumentar a taxa de resfriamento.

Enquanto os fornos a vácuo normalmente têm termopares disponíveis em vários locais do forno, bem como na superfície da carga ou dentro dos limites da própria carga, os fornos de múltiplas câmaras (Fig.5-6) permitem o endurecimento quase contínuo dos componentes. Em tais sistemas, existem três câmaras de módulos:

  • Uma purga (câmara de carregamento);

  • Uma câmara de aquecimento de múltiplas zonas;

  • Uma câmara de resfriamento;

A figura 5 apresenta um esquema de como são estes fornos e a figura 6 é uma foto de um equipamento comercial:

Fig. 5 – Esquema de um forno a vácuo típico de múltiplas câmaras em linha [10].


Fig. 6 – Um forno a vácuo típico de múltiplas câmaras [15].

Aços para trabalho a frio como o AISI D2 ou D6 podem ser temperados a vácuo, com o AISI D2 apresentando um comportamento melhor, com menor deformação. Mas também materiais como AISI H13 podem ser temperados a vácuo. Já aços como o AISI M2, nem sempre é recomendado a este tipo de tratamento.

Após o aquecimento, gases ou ar são utilizados para o resfriamento, criando a estrutura martensítica no aço. No caso de ar, são utilizados “ventiladores”, criando o que se chama de “ar forçado”. Também podem ser utilizados os gases nitrogênio, argônio, hélio e hidrogênio, com hidrogênio e hélio os mais utilizados pelos seus coeficientes de calor específico, tornando a transferência de calor no resfriamento ideal [16].

Banho de sal:

Os sais fundidos podem apresentar composições, cada uma adaptada para determinadas operações no tratamento térmico de aços para ferramentas. O aquecimento por banho de sal é o método predominante para temperar os aços de ferramentas no geral, proporcionando excelentes resultados para ferramentas que não podem ser retificadas após a têmpera ou que requerem uma excelente condição de superfície e bordas afiadas [10].

Com condições operacionais corretas, as ferramentas podem ser tratadas termicamente sem descarbonetação ou descamação. A superfície ficará totalmente dura com um mínimo de distorção. Três tipos de banhos de sal são geralmente usados:

  • Pré-aquecimento: minimiza o choque térmico, equaliza a temperatura e minimiza a quantidade de tempo necessária no estágio de alta temperatura;
  • Alta temperatura: serve para colocar o material a temperatura de austenitização;
  • Resfriamento: equaliza a temperatura e garante uma superfície limpa após o tratamento térmico;

A maioria das ferramentas tratadas em banhos de sal é totalmente dura desde a superfície até o núcleo, independentemente da espessura da peça. A deformação e o estresse residual são minimizados devido à uniformidade da temperatura.

O tratamento térmico em banhos de sal é realizado por condução, com o sal fundido fornecendo calor, conforme necessário. Embora os aços entrem em contato com o calor através das superfícies da ferramenta, o núcleo de uma ferramenta aumenta a temperatura aproximadamente na mesma taxa que sua superfície. O calor é rapidamente atraído para o núcleo a partir da superfície.

O banho de sal fornece calor a uma taxa igual à taxa de absorção de calor da ferramenta total. Os métodos de aquecimento por convecção ou radiação são incapazes de manter a taxa de aquecimento necessária para alcançar o equilíbrio com a taxa de absorção de calor.

A capacidade de um banho de sal de fornecer calor a uma taxa rápida aumenta a uniformidade das propriedades e a qualidade resultante da ferramenta. Os tempos de tratamento térmico também são reduzidos.

Os aços para ferramentas tratados termicamente em banhos de sal geralmente são processados ​​em fornos revestidos de cerâmica com eletrodos submersos ou imersos contendo sais à base de cloreto [11].

A tabela a seguir apresenta a composição de alguns sais e temperatura do banho:

Tabela 2. Composições típicas e faixas de temperatura de trabalho recomendadas para misturas de sal usadas no tratamento térmico de aços para ferramentas [9]

A tabela a seguir mostra alguns exemplos de aços para componentes de máquina que podem ser temperados em banho de sal:

Tabela 3. Temperatura de têmpera e martêmpera de alguns aços temperados em banho de sal.

Este processo, para alguns aços, é essencial, já para materiais como o Toolox 33, não é necessário esse tipo de tratamento. Tratamentos superficiais podem ser afetados caso não seja realizada a limpeza adequada da peça após esse processo [12].

Alguns exemplos de aços ferramenta que podem ser temperados em banho de sal: AISIM2 (Principal meio), D6, D2, O1, H13, SAE 52100.     
     

Leito Fluidizado:

Os fornos de leito fluidizado usam um sólido, em vez de um líquido ou gás, para a transferência de calor. Em geral, o forno é composto de uma camada de pequenas partículas móveis de um refratário inerte (por exemplo, óxido de alumínio ou areia de sílica) em um recipiente que é aquecido e fluidizado por uma corrente de gás.

Objetos a serem tratados termicamente são imersos diretamente no leito de partículas [10].

Um leito fluido resulta quando um gás é passado para cima através de um leito de pequenas partículas sólidas a uma taxa rápida o suficiente para levantar essas partículas e criar turbulência.

Quando o gás é forçado para cima através de pequenos orifícios em uma placa de suporte, duas forças se encontram para elevar as partículas: a flutuabilidade do gás e a força de retardo conhecida como arrasto aerodinâmico. Neste tipo de equipamento são utilizadas, normalmente, temperaturas abaixo de 1095 °C.

Os principais parâmetros avaliados no processo são [4]:

  • Partículas e suas propriedades (tamanho, forma, densidade aparente e densidade absoluta);
  • Propriedades do Gás usado para fluidizar o leito (densidade, viscosidade, capacidade de calor e condutividade térmica);
  • Propriedades do Sistema (fluxo de gás através do leito, peso total das partículas em um determinado leito, seção transversal e forma do recipiente da retorta ou do leito e tipo de placa permeável usada para suportar as partículas).

O modo como fornos de leito fluidizado atuam apresentam qualidade semelhante a dos fornos de banho de sal fundido. Devido aos parâmetros que podem ser ajustados neste processo, muitas propriedades no material podem ser obtidas [4. 10].

A figura 7 apresenta um esquema de um forno com este funcionamento:

Fig. 7 – Esquema de um forno de tratamento térmico de leito fluidizado aquecido indiretamente. O gás entra no forno a partir da linha de suprimento no canto inferior esquerdo [17].

Óleo:

A têmpera a óleo é utilizada principalmente no aço AISI O1 (mais usual na indústria brasileira). Os aços da série O devem ser tratados com óleo [1,3,4].

O resfriamento em óleo é um processo menos brusco que o resfriamento em água, onde o material é submetido a uma taxa de resfriamento menor a taxa de resfriamento em água [18].

Os aços temperados a óleo devem ser temperados no óleo de têmpera comercial circulado que foi aquecido a 37-51°C. Em ambos os casos, o banho de têmpera deve conter volume suficiente para impedir que o banho exceda as temperaturas apropriadas do banho.

  • Começamos com austenitização total do aço na faixa de temperatura de 815-900°C, dependendo da classe do aço. É mantido nessa temperatura por um tempo proporcional à seção transversal da peça.
  • O processo inicial de austenitização é normalmente realizado sob uma atmosfera protetora controlada por carbono. Essa atmosfera evita a formação excessiva de incrustações na superfície forjada.
  • Uma vez na temperatura de austenitização pelo período de tempo apropriado, as peças são temperadas com óleo agitado. Isso produz uma microestrutura martensítica totalmente endurecida, cuja profundidade depende da classe da liga e da espessura da seção.
  • Nesse ponto, as peças são temperadas até a faixa de dureza especificada para melhorar a resistência.

Para os materiais temperados a óleo, existe a necessidade de verificar qual o tipo de óleo utilizado. A classificação dos óleos é definida pela taxa de resfriamento [19]. Os mais comuns estão listados abaixo:

  • Convencionais (não acelerados) ou óleos frios;
  • Acelerados;
  • Óleos de martêmpera ou óleos quentes.

Os óleos convencionais são de origem mineral, com aditivos que reduzem a oxidação térmica ao longo do processo, sem aumentar a taxa de resfriamento. Os aditivos são colocados para impedir que ocorra a oxidação e intensificar a molhabilidade. Muitos desses óleos têm viscosidade de aproximadamente 20 mm2/s a 40°C, embora alguns apresentem valores acima dos 40 mm2/s na mesma temperatura [20].

O tipo de óleo mais comum são os parafínicos altamente refinados, que apresentam uma viscosidade de 20 mm2/s a 40°C [21].

Existem alguns fatores que influenciam no processo de têmpera, tais como:

  1. Agitação: Utilizada para obter maior uniformidade da têmpera. Caso não seja utilizada, é possível temperar sem agitação, entretanto a agitação proporciona uma taxa de resfriamento maior, isso impede que ocorra a quebra do filme de vapor envolta da peça. Por outro lado, uma agitação excessiva pode aumentar muito a taxa de resfriamento, criando o risco de trinca na peça [19, 22, 23, 24].

  1. Temperatura do banho: Cada tipo de aço possui sua própria temperatura de banho. Para isso, deve se consultar as especificações do aço. Se utilizar uma temperatura de banho inadequada, podem ocorrer grandes distorções na peça ou mesmo trincas.

  1. Degradação do Óleo de Têmpera: Conforme o uso do óleo, suas propriedades. Uma das características da degradação do óleo é a oxidação, reduzindo o filme de vapor e aumentando a taxa de resfriamento, podendo ocorrer trincas e deformações [22].

  1. Contaminação: A contaminação no óleo também pode implicar em uma taxa muito maior de resfriamento, ocasionando trincas no material. Um óleo convencional, cuja taxa máxima de resfriamento era de 60°c/s, a contaminação com 2,5% de água levou essa taxa máxima para 75°C/s [25].

Alguns cuidados devem ser tomados ao utilizar o método de têmpera a óleo para que não ocorra problemas, como descarbonetação do aço. Isso implica principalmente em baixa dureza superficial. Baixa temperatura do forno, ou pouco tempo de exposição ao calor também podem apresentar a baixa dureza.

Água:

Normalmente, aços com teores de carbono e de outros elementos de liga relativamente baixos só temperam em água [4].

Como classe, os aços para ferramentas de endurecimento por água têm uma capacidade de endurecimento relativamente baixa, embora sejam arbitrariamente classificados e disponíveis nos tipos de endurecimento superficial, endurecimento médio e endurecimento.

Sua baixa temperabilidade é frequentemente uma vantagem, pois permite propriedades de núcleo difíceis em combinação com alta dureza superficial. Baixo custo e adaptabilidade ao tratamento térmico simples são vantagens adicionais oferecidas por esses aços [4].

Os aços para ferramentas que endurecem a água são denominados porque são geralmente temperados em meio aquoso. Aços que possuem alta temperabilidade podem trincar e apresentar grande distorção caso sejam temperados em água, isso, pois a dureza aumenta muito, assim como as tensões internas, e sua tenacidade diminui significativamente.

O processo de têmpera de água envolve, de maneira muito simplificada, aquecer o material a temperatura de austenitização, seguido de um resfriamento em água ou salmoura.

Alguns aços também podem ser temperados em água com polímero, ou seja, um polímero é diluído em água com objetivo de minimizar o choque térmico. Isso só é possível em aços com temperabilidade boa. Os seguintes elementos aumentam a temperabilidade dos aços: carbono, manganês, cromo e molibdênio. Por isso, aços com alto carbono podem apresentar boa temperabilidade.

O processo de têmpera em água pode ser como exemplo, realizado da seguinte maneira: Aquecer em forno de mufla até a temperatura de austenitização (depende de cada aço), e deixar em um tempo determinado pela geometria da peça e seu tamanho. Em seguida, é retirado do forno e colocado no tanque com água. A água pode ser salmoura, com certa concentração de sal diluído na água, ou com uma solução polimérica, com uma porcentagem baixa de polímero diluído na água.

As concentrações de sal e polímero são muito relevantes no processo de têmpera, pois atuam alterando a condutividade térmica da solução de têmpera, assim como a interação entre a peça e o meio.

Alguns cuidados devem ser tomados para que não ocorram trincas na peça. Por esse, e outros motivos, esta é uma prática pouco usada nos aços ferramenta.

 

Este conteúdo não pode ser publicado ou redistribuído sem prévia autorização.

 


Referências:

[1] TOTTEN, G. E. Steel heat treatment: metalurgy and technologies. 2 ed. Portland: Portland University. 2007. 833p.

[2] CHIAVERINI, V. Aços e ferros fundidos. 7 ed. São Paulo: Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais – ABM, 2005. 599p.

[3] SILVA, A. L. V. C.; MEI, P. R. Aços e ligas especiais. 3 ed. São Paulo: Edgard Blücher, 2010. 648p.

[4] ASM HANDBOOK. HEAT TREATING. VOL. 4 . ASM INTERNATIONAL. METALS PARK, OHIO, 1998;

[5] http://www.arandanet.com.br/revista/ccm/materia/2017/03/06/influencia_do_revenimento.html

[6] https://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/6373-procedimentos-para-tratamentos-termicos-de-endurecimento-dos-acos-ferramenta#.XjQXkWhKjIU

[7] R.E. Reed-Hill, Physical Metallurgy Principles, Van-Nostrand, Princetown, NJ, 1964.

[8] Steel Products Manual: Tool Steels, Iron and Steel Society, 1988 

[9]  Tool Steels, Heat Treater’s Guide: Practices and Procedures for Irons and Steels, H. Chandler, Ed., ASM International, 1995, p 517-669 

[10] Roberts, G.; Krauss, G.; Kennedy, R. Tool Steels: 5th EditionDOI:10.1361/toos1998p109

[11]  Salt Bath Equipment, Heat Treating, Vol 4, ASM Handbook, ASM International, 1991.

[12] YOSHIDA, S.; Comparativo de processos de tratamentos térmicos de moldes e ferramentas. Brasimet Comércio e Indústria S/A, 2004.

[13] B. I. da Maia et al, Revista Eletrônica de Materiais e Processos, v. 14, n. 2 (2019) 66-72

[14]  Carvalho, I. Metodologia experimental para determinação do tempo mínimo de austenitização para aços baixa liga /Italo de carvalho Italo. – 2016. 133f.

[15] https://www.industrialheating.com/articles/92915-multiple-chamber-vacuum-furnaces-provide-vacuum-advantages-with-energy-savings

[16] Vendramim JC. Introdução ao processo térmico – parte I – têmpera a vácuo. Revista Industrial Heating; 2013:68-72

[17] J.E. Japka, Fluidized-Bed Furnace Heat Treating Applications for the Die Casting Industry, Die Cast. Eng.,May-June 1983, p 22-26

[18]  R. K. Dube, ‘Ferrous Arrowheads and Their Oil Quench Hardening: Some Early Indian Evidence’, JOM: The Journal of The Minerals, Metals & Materials Society, 60.5 (May 2008), 25-31.

[19] LASDAY, A.H.; MARTENS, E.W. Fate of oil and effects on marine life. Journal of Petroleum Technology, v. 28, p. 1285–1288, 1976.

[20] TOTTEN, G. E., BATES, C. E., and CLlNTON, N. A. Handbook of quenchants and quenching technology. Cap: Introduction to Heat Treating of Steel, ASM Intemational, 1993.

[21] DICKEN, T.W. Modem quenching olis: na overview. Heat Treatment of Metais, vo1.13, 1986.

[22] BERGEN, R. T. von. The eftects of quenchant media selection and control on the distortion of engineered steel parts. MateriaIs Science Forum, Vols. 163-165, 1994.

[23] BERGMANN, H. R. Importance of agitation for optimum quenching. MetaIs Engineering Quartely, May 1971.

[24] HASSON, J. Quench system design factors. Advanced Materiais & Processes, vol. 148, n. 3, September 1995.

[25] CANALE, L. de C. F., CRNKOVIC, O. R., GROESSLER, J. B., e CURI, N. S. de M. Curvas e taxas de resfriamento no controle do tratamento térmico de têmpera. 11I CONGRESSO IBEROAMERICANO DE INGENERíA MECÁNICA, Havana, Cuba, Septiembre 1997.