Tratamento Térmico do Aço: Têmpera, Revenimento, Normalização e Recozimento | Processo de tratamento térmico de metais

O tratamento térmico é um processo de fabricação crítico usado para modificar a microestrutura e as propriedades mecânicas dos metais, incluindo aço, liga de alumínio, liga de cobre, liga de titânio e ferro dúctil. Os quatro principais métodos de tratamento térmico do aço são têmpera, revenido, normalização e recozimento.

1. Têmpera

O que é têmpera?

A têmpera é um processo de tratamento térmico de resfriamento rápido. Para aço: Aqueça o aço hipoeutetóide acima da temperatura Ac₃ ou o aço hipereutetóide acima da temperatura Ac₁. Mantenha a temperatura por tempo suficiente para a austenitização total ou parcial. Resfrie a peça a uma taxa superior à taxa crítica de resfriamento, resfriando rapidamente abaixo da temperatura Ms (ou resfriamento isotérmico próximo a Ms) para desencadear a transformação de martensita ou bainita.

O termo “têmpera” também abrange o tratamento de solução sólida com resfriamento rápido para alumínio, cobre, ligas de titânio e vidro temperado.

Objetivos de têmpera

• Melhore o desempenho mecânico dos componentes metálicos. Aumentar a dureza e a resistência ao desgaste de ferramentas de corte e rolamentos; aumentar o limite elástico das molas; melhorar propriedades mecânicas abrangentes das peças do eixo.
• Otimize as características químicas e dos materiais para tipos de aços especiais, como melhorar a resistência à corrosão do aço inoxidável e o magnetismo permanente do aço magnético.

Técnicas de têmpera comuns: têmpera com líquido único, têmpera com líquido duplo, têmpera graduada (têmpera graduada), têmpera isotérmica, têmpera local.

Características do aço após têmpera

1. Produzem microestruturas instáveis: martensita, bainita e austenita retida.
2. Gera alta tensão residual interna.
3. As propriedades mecânicas não podem atender aos requisitos finais do serviço.

Por esta razão, as peças de aço temperado quase sempre requerem revenimento posterior.

2. Temperamento

O que é têmpera?

O revenido é realizado imediatamente após a têmpera, normalmente a etapa final do tratamento térmico para peças de aço. Processo: Aqueça peças de metal temperadas até uma temperatura desejada, mantenha por um período definido e depois esfrie sob condições controladas. O processo combinado de têmpera e revenido em alta temperatura é conhecido como têmpera e revenido (Q&T).

Principais objetivos do temperamento

• Reduza o estresse interno e a fragilidade. Peças temperadas não temperadas são propensas a distorções e rachaduras.
• Ajuste as propriedades mecânicas: dureza, resistência, plasticidade e tenacidade para satisfazer diferentes requisitos de aplicação.
• Estabilize as dimensões da peça e a estrutura metalúrgica para evitar deformação durante o uso a longo prazo.
• Melhorar a usinabilidade de certos aços-liga.

Como funciona o temperamento

A temperatura elevada aumenta a mobilidade atômica. Ferro, carbono e elementos de liga difundem e reorganizam átomos, transformando microestruturas instáveis ​​e temperadas em estruturas de equilíbrio estáveis. A tensão interna é aliviada à medida que a resistência ao escoamento do metal cai em temperaturas mais altas.

Para a maioria dos aços: A dureza e a resistência diminuem enquanto a plasticidade aumenta com a temperatura de revenido mais alta. Alguns aços de alta liga apresentam endurecimento secundário: precipitados metálicos finos se formam dentro de uma faixa específica de temperatura, aumentando a resistência e a dureza.

Três categorias de têmpera por temperatura

• Revenimento a baixa temperatura (150–250°C) Menor redução de dureza, menor tensão residual e tenacidade ligeiramente melhorada. Aplicações: ferramentas de medição, facas de corte, rolamentos.
• Revenido em média temperatura (350–500°C) Oferece alta elasticidade, além de plasticidade e dureza equilibradas. Aplicações: molas, matrizes de forjamento.
• Revenido em alta temperatura (500–650°C) Excelentes propriedades mecânicas abrangentes (alta resistência + boa tenacidade). Aplicações: engrenagens, virabrequins.

Fragilidade do temperamento

• Fragilidade de revenimento de 1º tipo: O aço torna-se quebradiço em torno de 300°C. Evite temperar dentro desta faixa de temperatura.
• Fragilidade de revenido de 2º tipo: Certos aços estruturais de liga de médio carbono tornam-se quebradiços quando resfriados lentamente após revenido em alta temperatura. Adicione molibdênio ao aço ou use resfriamento com óleo/água após o revenido para evitar essa fragilidade. Pode ser eliminado reaquecendo até a temperatura original de revenido.

3. Normalizando

O que é normalização?

A normalização é um processo de tratamento térmico com resfriamento a ar para refinar os grãos e aumentar a tenacidade do aço. Aqueça os componentes de aço a 30–50°C acima da temperatura Ac₃, mantenha e depois esfrie livremente ao ar livre. Taxa de resfriamento: mais rápida que o recozimento, mais lenta que a têmpera. O resfriamento moderadamente rápido refina a estrutura do grão, melhora a resistência ao impacto (valor AKV) e reduz o risco de rachaduras. Fundições de aço de baixa liga, forjados e chapas laminadas a quente ganham melhores propriedades mecânicas e usinabilidade após a normalização.

Aplicações e benefícios da normalização

• Aço hipoeutetóide: Remove grãos grossos superaquecidos, estrutura Widmanstätten e estrutura em faixas em peças fundidas, forjadas e soldadas. Refinar grãos; usado como pré-tratamento térmico antes da têmpera.
• Aço hipereutetóide: Elimina a cementita secundária da rede e refina a perlita. Melhore o desempenho mecânico e prepare o material para posterior recozimento de esferoidização.
• Chapa de aço para estampagem profunda com baixo teor de carbono: Remova a cementita livre nos limites dos grãos para melhorar a estampabilidade profunda.
• Aço de baixo carbono/baixa liga: Produz perlita lamelar fina, aumenta a dureza para HB 140–190, evita aresta postiça (faca presa) durante a usinagem. Mais econômico do que o recozimento para aço de médio carbono quando qualquer um dos processos funciona.
• Aço estrutural de médio carbono: Substitua Q&T para cenários de baixa exigência mecânica, operação mais simples e estrutura e dimensões estáveis.
• Normalização em alta temperatura (150–200°C acima de Ac₃): Reduz a segregação química em peças fundidas e forjadas. Grãos grossos da normalização em alta temperatura podem ser refinados pela normalização secundária em baixa temperatura.
• Aço de liga de baixo/médio carbono para caldeiras e turbinas: Gera microestrutura de bainita seguida de revenimento em alta temperatura, oferecendo boa resistência à fluência em 400–550°C.
• Ferro dúctil: Amplamente aplicado para obter matriz perlita e aumentar a resistência à tração.

Os resultados de normalização são afetados pela temperatura ambiente, método de empilhamento, fluxo de ar e tamanho da peça. Os aços-liga podem ser classificados por microestrutura após normalização (amostra de 25 mm aquecida a 900°C e depois resfriada a ar): aço perlítico, aço bainítico, aço martensítico e aço austenítico.

4. Recozimento

O que é recozimento?

O recozimento é um tratamento térmico suavizante. Aqueça o metal lentamente até a temperatura desejada, mantenha por tempo suficiente e depois esfrie a uma taxa baixa e controlada. Tipos de recozimento comuns: recozimento completo, recozimento esferoidizante, recozimento isotérmico, recozimento de recristalização, recozimento de grafitização, recozimento de difusão, recozimento de alívio de tensão. As propriedades mecânicas podem ser verificadas por teste de tração ou teste de dureza. Muitos produtos de aço são fornecidos recozidos. O testador de dureza Rockwell e o testador de superfície Rockwell (HRT) são usados ​​para inspeção de dureza.

Finalidades do Recozimento

• Elimine defeitos estruturais e tensões residuais geradas durante fundição, forjamento, laminação e soldagem para evitar distorção e rachaduras na peça.
• Amolecimento da matéria-prima para facilitar a usinagem.
• Refine os grãos e otimize a microestrutura para melhorar o desempenho mecânico.
• Prepare a estrutura metalúrgica ideal para posterior tratamento térmico final (têmpera e revenido).

Processos Comuns de Recozimento

• Recozimento completo Refina a microestrutura grossa superaquecida em peças fundidas, forjadas e soldadas de aço de baixo e médio carbono. Aqueça até 30–50°C acima da temperatura total de transformação de ferrita em austenita, mantenha e depois resfrie lentamente o forno. A austenita se retransforma durante o resfriamento para refinar os grãos de aço.
• Recozimento por esferoidização Reduz a alta dureza do aço para ferramentas forjado e do aço para rolamentos. Aquecer 20–40°C acima da temperatura de iniciação da austenita, manter e esfriar lentamente. A cementita lamelar dentro da perlita torna-se esférica, diminuindo a dureza.
• Recozimento Isotérmico Menor dureza do aço estrutural com alta liga de Ni-Cr para usinagem. Resfrie rapidamente até a temperatura instável da austenita, mantenha até que a austenita se transforme em troostita ou sorbita.
• Recristalização Recozimento Remove o endurecimento por trabalho (maior dureza, menor plasticidade) em fios trefilados a frio e folhas finas laminadas a frio. Aqueça 50–150°C abaixo da temperatura inicial da austenita para recuperar a plasticidade do metal.
• Recozimento de Grafitização Converte ferro fundido com alto teor de cementita em ferro fundido maleável com boa ductilidade. Aqueça a fundição a ~950°C, mantenha e esfrie adequadamente para decompor a cementita em grafite floculenta.
• Recozimento por difusão (recozimento por homogeneização) Homogeneizar a composição química de peças fundidas de liga. Aquecer próximo ao ponto de fusão sem derreter, longo tempo de imersão para difusão do elemento e, em seguida, resfriamento lento.
• Recozimento com alívio de tensão Remova a tensão residual em peças fundidas e soldagens de aço. Aqueça as peças de aço 100–200°C abaixo da temperatura inicial da austenita e mantenha-as resfriadas ao ar para liberar a tensão interna.

Perguntas frequentes

P: Qual é a diferença entre recozimento e normalização?

R: O recozimento usa resfriamento lento do forno, enquanto a normalização usa resfriamento a ar. A normalização tem taxa de resfriamento mais rápida, grãos mais finos e maior dureza em comparação ao recozimento.

P: Para que é usado o têmpera e o revenido?

R: Têmpera e revenido (Q&T) oferecem resistência e tenacidade equilibradas, amplamente utilizadas para engrenagens, virabrequins e componentes mecânicos de carga pesada.

P: O que é recozimento para alívio de tensão?

R: O recozimento para alívio de tensões é um processo de tratamento térmico para eliminar as tensões residuais geradas na fundição, forjamento e soldagem, evitando deformações e rachaduras nas peças.