Muitas peças falham precocemente ou desgastam-se porque o aço é demasiado macio ou quebradiço. Isto pode levar a avarias, problemas de segurança ou perda de dinheiro. O tratamento térmico altera a forma como o aço actua, ajustando a sua estrutura interna. Pode tornar o aço mais duro, mais rígido ou mais flexível, consoante as suas necessidades. Mas algumas pessoas não sabem o que é realmente o aço tratado termicamente, como é feito ou porque é que tantas indústrias o utilizam.
Se trabalha com metal ou compra peças de aço, deve saber porque é que o aço tratado termicamente faz a diferença. Vamos analisar o que o tratamento térmico faz e onde é importante.
O que é aço tratado termicamente？
O aço tratado termicamente é um aço que foi aquecido e arrefecido de uma forma específica para alterar a sua estrutura interna. Funciona alterando a microestrutura do aço, que é constituída por grãos que se formam durante a solidificação e o arrefecimento. O objetivo é controlar a forma como estes grãos se formam e se alteram.
O processo não acrescenta nada ao aço. Em vez disso, reorganiza os átomos no interior do metal, fazendo-o atuar de forma diferente sob tensão ou calor. Pode também melhorar a forma como o aço se desgasta ou resiste ao impacto.
Existem muitos tipos de tratamento térmico, cada um afectando o aço de forma diferente. Alguns tornam-no muito duro, enquanto outros o tornam mais flexível ou mais fácil de cortar.
Como funciona o tratamento térmico?
O tratamento térmico altera o comportamento do aço através do controlo do seu aquecimento e arrefecimento. Seguem-se os principais passos e métodos para o tratamento térmico do aço:
Aquecimento do metal
O aço é primeiro aquecido a uma temperatura específica - normalmente entre 750°C e 950°C (cerca de 1380°F a 1740°F), dependendo do tipo de aço e do objetivo do tratamento.
A estas temperaturas, a estrutura interna do aço transforma-se. Os átomos vibram mais e movem-se livremente, e o aço entra numa fase chamada austeniteque é macio e não magnético.
Embeber (manter a temperatura)
Uma vez atingida a temperatura pretendida, o aço é mantido durante um período de tempo específico para permitir que a estrutura se altere completamente. Este tempo de imersão depende do tamanho e da espessura da peça.
- Uma regra comum é 1 hora por cada 25 mm (1 polegada) de espessura.
- Para uma placa de aço com 12 mm de espessura, um tempo de imersão de cerca de 30 minutos é normalmente suficiente.
Se o tempo de imersão for demasiado curto, a transformação é incompleta, dando origem a núcleos moles ou a uma dureza irregular. No entanto, o crescimento do grão ocorre se o tempo for demasiado longo, o que pode reduzir a tenacidade e tornar o aço frágil.
Arrefecimento do metal
O arrefecimento é a fase mais crítica. Controla a forma como a estrutura do aço se reforma, afectando diretamente as propriedades mecânicas finais.
- A têmpera (arrefecimento rápido) em água ou óleo pode arrefecer o aço de 850°C para 100°C em menos de 10 segundos, criando uma estrutura de martensite complexa.
- O recozimento (arrefecimento lento num forno) pode demorar várias horas. Permite que a estrutura se torne perlita ou ferriteque são mais macios e mais dúcteis.
Aços diferentes requerem métodos de arrefecimento diferentes:
- A têmpera em água é frequentemente utilizada para aços ao carbono simples, mas pode causar fissuras em aços de alta liga.
- A têmpera em óleo é mais lenta e melhor para ligas de aço como 4140 ou 4340.
- O arrefecimento por ar é utilizado para aços endurecidos por ar, como o aço para ferramentas A2.
Mudanças estruturais no sector do aço
O tratamento térmico altera as caraterísticas do aço microestrutura, que controla o seu comportamento durante a utilização.
Eis algumas das principais estruturas:
| Estrutura | Formado quando | Propriedades |
|---|---|---|
| Austenite | Aquecido acima de 723°C | Suave, flexível, não magnético |
| Martensite | Esfriado rapidamente | Muito dura, quebradiça, elevada resistência ao desgaste |
| Pearlite | Arrefecimento lento | Dureza média, boa tenacidade |
| Bainite | Arrefecido a uma velocidade média | Mais duro do que a perlite, menos frágil do que a martensite |
Etapas pós-tratamento
Após o tratamento térmico, o aço pode ainda necessitar de ajustamentos em função da sua utilização final.
- A têmpera é efectuada após o revenido para reduzir a fragilidade. Por exemplo, um aço para ferramentas endurecido a 62 HRC pode ser temperado a 58 HRC, ganhando mais resistência ao choque.
Tipos de processos de tratamento térmico
O tratamento térmico altera o comportamento do aço. Cada método utiliza um método diferente de aquecimento e arrefecimento para alcançar o resultado pretendido.
anelamento
O recozimento amolece o aço e torna-o mais fácil de processar. Durante este tratamento, o aço é lentamente aquecido a uma temperatura tipicamente entre 500°C e 700°C (ou mesmo superior, dependendo do material) e depois arrefecido muito lentamente dentro do forno.
O arrefecimento lento permite que os átomos no interior do aço se desloquem para uma posição mais relaxada. Isto reduz as tensões internas que se podem ter formado durante o corte, a dobragem ou a soldadura anteriores. Também ajuda a desenvolver grãos maiores na estrutura do aço, tornando o material menos complicado e mais dúctil.
Como resultado, o aço recozido é mais fácil de dobrar, perfurar, ou máquina. No entanto, perde alguma força e resistência ao desgaste. Este método é normalmente utilizado antes de se proceder à moldagem ou ao corte. É frequentemente aplicado ao aço laminado a frio, às chapas de aço inoxidável e ao aço utilizado em desenho profundo ou operações de estampagem.
Normalização
A normalização é semelhante ao recozimento, mas com um arrefecimento mais rápido. O aço é aquecido a uma temperatura mais elevada - normalmente cerca de 750°C a 950°C, acima do ponto de transformação em que a estrutura do grão muda para austenite. Em seguida, é arrefecido ao ar livre, e não dentro de um forno.
Este arrefecimento mais rápido cria grãos mais finos no aço. Uma estrutura de grão fino melhora a resistência, a tenacidade e as propriedades mecânicas uniformes. Também ajuda a eliminar os efeitos do aquecimento irregular ou do endurecimento por trabalho de processos anteriores.
O aço normalizado é mais forte do que o aço recozido, mas ainda mantém alguma flexibilidade. É frequentemente utilizado para peças que enfrentam cargas ou vibrações constantes, tais como veios de motores, bielas ou componentes de aço fundido.
Endurecimento
A têmpera é utilizada quando o aço precisa de ser extremamente duro e forte. Este processo envolve o aquecimento do aço a uma temperatura elevada - normalmente entre 800°C e 900°C, dependendo do tipo de aço. O objetivo é transformar a estrutura interna em austenite.
Uma vez aquecido, o aço é rapidamente arrefecido, ou "temperado", em água, óleo ou outro fluido de arrefecimento. Esta queda súbita de temperatura transforma a estrutura em martensite, que é muito dura e forte. No entanto, a martensite também é frágil e pode rachar sob impacto.
A têmpera é utilizada principalmente para ferramentas, facas, matrizes, punções ou peças que necessitem de resistir a um desgaste intenso. Mas como torna o aço frágil, é quase sempre seguida de uma têmpera.
Temperamento
A têmpera é uma etapa posterior ao endurecimento. Reduz a fragilidade causada pela martensite. Neste processo, o aço endurecido é reaquecido a uma temperatura mais baixa - normalmente entre 150°C e 650°C - e depois arrefecido novamente a uma velocidade controlada.
Este passo permite que algumas das tensões internas relaxem. Reduz ligeiramente a dureza, mas aumenta a capacidade do aço para absorver choques ou suportar forças súbitas sem quebrar. A temperatura e o tempo exactos dependem do grau de dureza ou resistência necessário.
O aço temperado atinge um equilíbrio entre a dureza e a tenacidade. É utilizado para molas, suportes estruturais, ferramentas e peças de máquinas que têm de suportar o impacto sem rachar.
Efeitos do tratamento térmico nas propriedades do aço
O tratamento térmico altera a forma como o aço se comporta na utilização no mundo real. Funciona alterando a estrutura interna do metal, o que afecta a sua resistência, flexibilidade e tempo de vida.
Resistência e dureza
O tratamento térmico pode tornar o aço mais forte e mais duro. Métodos como o endurecimento e a têmpera aumentam a sua capacidade de lidar com a pressão e resistir ao desgaste.
O aço mais forte mantém melhor a sua forma durante uma utilização intensa, o que o torna útil para ferramentas de corte, matrizes e peças de máquinas de carga elevada.
Mas se o aço se tornar demasiado duro, pode também tornar-se frágil. É por isso que a têmpera é frequentemente seguida de revenimento. Este passo ajuda a restaurar alguma flexibilidade, mantendo a resistência.
Ductilidade e tenacidade
A ductilidade é a capacidade que o aço tem de se dobrar ou esticar antes de se partir. A dureza é a capacidade de suportar golpes ou forças súbitas.
Processos como o recozimento e a normalização ajudam a melhorar ambos. Estes passos amolecem o aço e tornam-no menos suscetível de rachar.
A resistência é essencial para peças como molduras, colchetesou suportes. Estas peças lidam frequentemente com choques ou abanões. Sem resistência suficiente, o aço pode partir-se sob tensão súbita.
Resistência ao desgaste e à corrosão
O aço mais duro desgasta-se normalmente mais devagar. É por isso que as peças tratadas termicamente, como ferramentas ou matrizes, duram muitas vezes mais do que as não tratadas.
O tratamento térmico também pode ajudar a melhorar a resistência à ferrugem, especialmente quando associado a outros revestimentos de proteção. Não se trata de uma solução completa para a corrosão, mas torna o aço mais estável em ambientes agressivos.
Alterações na microestrutura
A alteração mais significativa ocorre no interior do aço. O tratamento térmico ajusta a estrutura do grão do metal.
Diferentes formas, como a martensite, a perlite ou a bainite, conferem ao aço diferentes qualidades. Estas alterações controlam o grau de resistência, flexibilidade ou resistência do aço.
Aplicações industriais do aço tratado termicamente
O aço tratado termicamente é utilizado em muitas indústrias onde a força, a durabilidade e a resistência ao desgaste são importantes. O processo ajuda a satisfazer as necessidades de desempenho sem acrescentar peso ou custos adicionais.
Componentes Automotivos
Muitas peças automóveis são submetidas a tratamento térmico para lidar com o stress, o impacto e o calor. Exemplos comuns incluem:
- Engrenagens
- Eixos
- Virabrequins
- Peças de suspensão
O endurecimento confere a estas peças a força necessária para resistir ao desgaste, e a têmpera ajuda-as a absorver os choques sem rachar. O resultado é uma vida útil mais longa e um melhor desempenho na estrada.
Aeroespacial e aviação
As peças de aeronaves devem ser resistentes mas também leves. O aço tratado termicamente é utilizado para:
- Trem de pouso
- Peças do motor
- Fixadores e suportes
Estas peças estão expostas a pressões extremas, vibrações e mudanças de temperatura. O tratamento térmico confere-lhes a dureza e a estabilidade de que necessitam para se manterem seguras durante o voo.
Construção e equipamento pesado
O aço estrutural, as estruturas de máquinas e as peças de suporte de carga beneficiam todos do tratamento térmico. Melhora a resistência à carga e reduz as falhas:
- Gruas
- Escavadoras
- Suportes de construção
- Estruturas de soldadura
O aço resistente e fiável permite que estas máquinas trabalhem durante mais tempo e suportem mais esforço sem sofrer danos.
Fabrico de ferramentas e moldes
As ferramentas de corte, as matrizes e os moldes são submetidos a um processo de endurecimento para manterem a sua forma durante a utilização repetida. Os exemplos incluem:
- Brocas
- Punções
- Moldes de injeção
- Ferramentas de prensagem
O aço tratado termicamente mantém as arestas afiadas durante mais tempo e evita a fissuração sob força. Isto prolonga a vida útil das ferramentas e mantém a produção sem problemas.
Comparação entre aço tratado termicamente e aço não tratado termicamente
A escolha entre aço tratado termicamente e aço não tratado termicamente depende da utilização prevista para a peça. Cada opção tem compensações em termos de resistência, custo e durabilidade.
Desempenho em ambientes agressivos
O aço tratado termicamente tem um melhor desempenho em condições adversas. Pode suportar:
- Cargas elevadas
- Atrito
- Impacto
- Calor
O aço não tratado termicamente pode dobrar-se, desgastar-se ou rachar sob tensão. Não é ideal para peças que enfrentam movimentos constantes ou temperaturas extremas. O tratamento térmico confere ao aço a resistência e a estabilidade necessárias para durar nestes ambientes.
Custo e longevidade
O aço tratado termicamente tem um custo inicial mais elevado, uma vez que o processo implica tempo, mão de obra e equipamento, mas compensa ao longo do tempo.
As peças tratadas duram mais tempo, falham menos e reduzem a necessidade de substituições ou reparações. Isto reduz os custos a longo prazo, especialmente para peças de máquinas, veículos ou ferramentas.
Embora o aço sem tratamento térmico possa ser mais barato, desgasta-se mais rapidamente. A falha de peças críticas pode levar a períodos de inatividade ou danos.
Rácios peso/força
O tratamento térmico melhora a resistência do aço sem aumentar o peso. Isto permite aos engenheiros utilizar peças mais finas ou mais pequenas que satisfaçam os objectivos de resistência.
Isto é útil em indústrias como a automóvel ou a aeroespacial, onde a redução de peso melhora a utilização de combustível e o desempenho.
O aço não tratado termicamente necessita de mais volume para corresponder a essa resistência, o que aumenta o peso e ocupa mais espaço.
Conclusão
O aço tratado termicamente é mais forte, mais complexo e mais fiável do que o aço não tratado. Tem um melhor desempenho sob tensão, dura mais tempo e adapta-se a várias utilizações industriais. Desde a indústria automóvel e aeroespacial à maquinaria e ferramentas pesadas, o tratamento térmico ajuda o aço a satisfazer as exigências das condições do mundo real.
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Olá, chamo-me Kevin Lee
Nos últimos 10 anos, tenho estado imerso em várias formas de fabrico de chapas metálicas, partilhando aqui ideias interessantes a partir das minhas experiências em diversas oficinas.
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Kevin Lee
Tenho mais de dez anos de experiência profissional no fabrico de chapas metálicas, especializando-me em corte a laser, dobragem, soldadura e técnicas de tratamento de superfícies. Como Diretor Técnico da Shengen, estou empenhado em resolver desafios complexos de fabrico e em promover a inovação e a qualidade em cada projeto.
