A tabela 8.3 apresenta os requisitos de tamanho de grão para placas, chapas e tiras de diferentes tipos de latões.

Tabela 8.3 – Tamanho de grão em função da liga.

Tabela 8.4 – Dureza Rockwell em função do tamanho de grão.

Tabela 8.4 – Dureza Rockwell em função do tamanho de grão.

Tratamento de Alívio de Tensões

As ligas de cobre trabalhadas a frio são suscetíveis à corrosão sob tensão mesmo em temperaturas e atmosferas/ambientes comuns. Esse tipo de degradação é acelerado em ambientes que contêm amônia e é mais comum em ligas que contêm mais de 10 % de zinco. O latão naval e o latão com alumínio são especialmente suscetíveis.

O alívio de tensões é obtido mediante aquecimento adequado ou flexão mecânica. Freqüentemente uma combinação de aquecimento e de ação mecânica é o método mais efetivo para aliviar tensões. O aquecimento para alívio de tensões é feito de maneira lenta e uniforme e em temperaturas inferiores à temperatura de recristalização da liga. A flexão mecânica é feita ao se submeter o material encruado ao endireitamento ou achatamento em máquinas que realizam esses tipos de operação em vergalhões, tubos, placas e chapas.

Homogeneização

Homogeneização é o tratamento térmico que consiste em aquecer um peça por longo tempo (horas) em temperaturas relativamente elevadas para eliminar ou minimizar a presença de segregação (de determinados elementos químicos ou fases) através da difusão de átomos.

Os latões comuns acima de 70 % de cobre não apresentam segregação significativa, porém os latões entre 58 e 70 % de cobre apresentam razoável quantidade de fases secundárias segregadas nos produtos fundidos. Os bronzes de estanho com teor de estanho de até 8 % apresentam considerável segregação, que se forma durante o resfriamento através do intervalo de temperaturas que corresponde à solidificação. Sendo assim, é necessário um rigoroso tratamento de homogeneização destas ligas por várias horas a 760 ºC antes de submeter estes materiais fundidos ao trabalho a frio, de modo que seja evitado o surgimento de trincas. Também é necessário homogeneizar cuproníqueis e alpacas, ligas também suscetíveis à segregação em produtos fundidos. Durante o trabalho a frio de latões comuns são necessários repetidos recozimentos até se chegar ao produto acabado. Estes recozimentos repetidos removem qualquer traço de segregação no produto final.

Solubilização e Endurecimento por Precipitação

Muito comum entre diversos tipos de ligas de alumínio, entre as ligas de cobre este tipo de tratamento praticamente se restringe às ligas cobre-berílio.

Padrões de Qualidade Superficial

O critério básico para o acabamento superficial do material resultante do tratamento térmico é a economia do acabamento do material. Por exemplo, uma chapa de metal com tamanho de grão de 0,050 mm apresentará efeito “casca de laranja”, que é a rugosidade resultante de tamanho de grão grosseiro semelhante a uma casca de laranja, a qual inviabiliza o uso da chapa em operações de estampagem e embutimento destinadas à produção de peças cujas aplicações exigem excelente acabamento superficial (superfície mais lisa possível). O mesmo tipo de chapa com tamanho de grão da ordem de 0,025 mm já não apresenta esse efeito indesejável, necessitando de menor trabalho de acabamento superficial para atingir a qualidade superficial desejada. Como a operação de acabamento geralmente é mais custosa do que a obtenção de grão mais fino, normalmente opta-se pela redução do tamanho de grão para uma faixa ideal.

Outro aspecto importante é a ausência de manchas, que podem exigir a realização de limpeza, a qual ataca ligeiramente a superfície do material, exigindo maior trabalho de polimento para atingir a qualidade superficial necessária para certas aplicações. Uma importante fonte causa do surgimento de manchas é o uso de lubrificantes durante as operações de conformação mecânica do material, os quais causam manchas durante o tratamento térmico posterior. Normalmente o custo final é menor quando se realiza uma operação de limpeza antes do tratamento térmico, ou mesmo uma limpeza adicional após o tratamento.

A presença de óxidos, em geral formados durante a fundição ou durante o tratamento térmico, também compromete a qualidade superficial do material, podendo resultar em diversos tipos de defeitos no produto final. Entretanto, a realização de operações de usinagem, como fresagem, por exemplo, evita, ou pelo menos minimiza a presença de defeitos oriundos da presença de óxidos.

Fatores que afetam o Tratamento Térmico

O primeiro requisito é a uniformidade da têmpera. Já foi mencionado que o tamanho de grão é a grandeza padrão para determinar a têmpera. Outro aspecto a ser considerado é o acabamento superficial, que determina o tipo de forno, combustível, atmosfera protetora e limpeza a ser realizada antes e após o aquecimento. A temperatura especificada determina o tipo de forno, se de construção leve ou pesada, o tipo de combustível e o tipo de controles necessários. A temperatura também afeta o acabamento. Lubrificantes usados no processamento do metal podem ser queimados em temperaturas elevadas, deixando um depósito que adere à superfície, enquanto baixas temperaturas não permitem a queima completa dos óleos, exigindo a limpeza do metal antes do tratamento térmico. O recozimento em baixa temperatura se constitui em uma ajuda considerável ao recozimento limpo de ligas contendo zinco.

O tempo durante o qual o material é mantido no forno é determinado pela massa a ser aquecida e pelo método de carregamento. De um modo geral quanto menos tempo o material permanece no forno, mais limpo ele estará ao término do aquecimento. O uso de ventiladores, que promovem a circulação forçada de ar em câmeras de aquecimento e de resfriamento, pode reduzir o tempo dessas operações em até 30 %.

Atmosferas Protetoras

Atmosferas protetoras para o recozimento limpo são utilizadas no forno para evitar/minimizar a oxidação do material recozido durante os ciclos de aquecimento e resfriamento. Cobre comercialmente puro e ligas de cobre que não contêm zinco podem ser facilmente recozidas de modo limpo (sem deixar manchas).

Devido ao fato de que o cobre e suas ligas não são facilmente oxidados por vapor d’ água nem por CO2, têm sido usadas atmosferas protetoras de vapor, de gás parcialmente queimado e de carvão de lenha parcialmente queimado por muitos anos.
Ligas de cobre e zinco necessitam de decapagem mesmo após o uso de atmosferas protetoras, porque o zinco difunde para a superfície, causando descoloração e um depósito que aumenta o desgaste da ferramenta em operações de conformação subseqüentes. Essa dificuldade é aumentada pelo alto teor de zinco, pelas altas temperaturas de recozimento e por longos períodos de aquecimento e de resfriamento. O latão para cartuchos apresenta grande dificuldade para ser recozido sem deixar manchas.

É prática usual hoje em dia fazer um recozimento sem manchas de cobre, cuproníquel, bronze fosforoso ou outra liga que não contém zinco sem posterior decapagem e limpeza. A alpaca contendo 20 % de zinco é uma exceção e pode ser recozida sem manchas em fornos contínuos nos quais os ciclos de aquecimento e resfriamento são de curta duração.

O enxofre provoca o surgimento de manchas nessas ligas e portanto deve ser mantido em teores muito baixos. Se o material apresentar uma superfície suja como decorrência de oxidação prévia, decapagem insuficiente ou queima de lubrificantes, certamente também apresentará uma superfície suja após o recozimento. Os melhores resultados são obtidos quando o material é submetido a uma limpeza antes do recozimento. Cloretos provocam o surgimento de manchas e embora não sejam encontrados usualmente, podem aparecer como resultado do uso de algumas soluções de limpeza usadas antes ou depois do recozimento. O material deve ser inserido no forno a uma taxa constante e razoável de modo a assegurar que os produtos de combustão sejam suficientes para carrear todo o ar não queimado. Geradores de atmosferas protetoras para suplementar gases dos queimadores do forno constituem-se em uma expressiva ajuda à operação desse tipo de forno, particularmente durante o carregamento ou esvaziamento do forno.

De um modo geral, a maneira pela qual o material deve ser aquecido depende da liga, da forma, da quantidade, da uniformidade e do acabamento requeridos para o produto e do tipo de forno no qual o mesmo é aquecido.

Critérios para a Seleção de Novos Fornos, Equipamentos e Combustíveis

Na escolha do tipo de forno mais adequado ao tratamento térmico das ligas de cobre o fator mais importante de todos é o tipo de combustível a ser utilizado, pois envolve economia, disponibilidade, controle automático e teor de enxofre. Ligas com alto teor de cobre são manchadas pelo contato com o enxofre proveniente do combustível. Em geral o óleo apresenta maior disponibilidade do que o gás, mas, por outro lado, acarreta problemas relacionados à presença de enxofre. É um combustível insatisfatório para fornos com controle automático, porque os queimadores são mais suscetíveis a problemas, necessitando de atenção e manutenção constantes. Para temperaturas inferiores a 600 ºC é complicado manter um controle de chama quando se usa esse tipo de combustível, sendo a fumaça resultante uma autêntica fonte de perturbações.

A ASTM (American Societey for Testing and Materials) especifica um limite máximo de teor de enxofre de 0,50 % para óleos destinados ao uso como combustíveis em fornos para aquecimento de tarugos e barras, e de 0,20 % para óleos usados como combustíveis em fornos utilizados para recozimento final.

O gás é um combustível mais satisfatório que o óleo, por causa da menor necessidade de manutenção de queimadores e do melhor controle automático, especialmente para temperaturas mais baixas. O tratamento de alívio de tensões de ligas de cobre é realizado freqüentemente em temperaturas tão baixas como 200 ºC.
O enxofre também acarreta problemas quando presente no gás manufaturado, e quanto menor o teor de enxofre, melhor o acabamento superficial. Acredita-se que o enxofre, quando completamente queimado num forno aberto, não manche o cobre e suas ligas. Muitos fornos utilizam chama aberta em suas câmeras. O propano e o butano liqüefeito podem ser usados com resultados relativamente satisfatórios.
Queimadores com tubos radiantes podem ser usados em fornos cujo combustível é o gás, porém é necessária a convecção forçada para garantir a uniformidade do aquecimento. O custo pode ser inferior ao da energia elétrica e praticamente o mesmo dos fornos que utilizam gás diretamente queimado.

A eletricidade é usada no aquecimento de modo muito satisfatório, porém a um custo em geral mais elevado do que o do óleo e o do gás. Apresenta como inegável vantagem a inexistência dos problemas relacionados à presença de enxofre. No caso do forno aquecido por energia elétrica é essencial o uso de ventiladores para garantir a convecção forçada necessária para assegurar a uniformidade do aquecimento. O calor em geral é fornecido por barras (resistores) colocadas no interior do forno.
Há vários sistemas de aquecimento que utilizam o próprio tubo ou arame fino de latão para promover o aquecimento destes materiais, usando a própria resistência elétrica dos mesmos. Porém o aquecimento por indução de cobre e latões é geralmente limitado a algumas aplicações específicas, como a brasagem e a soldagem de estruturas.

Determinação do Tratamento Térmico para Usos Específicos

Só há um modo seguro para determinar o tempo, a temperatura e o volume de carga necessários para garantir uniformidade de tratamento, que é o registro dos intervalos de tempo e de temperaturas relacionadas entre a superfície e o interior das peças aquecidas. Para qualquer temperatura final ocorre pouco crescimento de grão após a primeira hora de aquecimento. Pequenos objetos apresentam pouca diferença de temperatura entre a superfície e o interior, de modo que a uniformidade de aquecimento pode ser obtida ao ser manter a temperatura por períodos relativamente curtos.

Variações devido a composição, impurezas, lubrificantes, emissividade térmica superficial, bitola, balanço térmico no forno e outros fatores, são todas causas de não uniformidade quando o tempo de aquecimento é curto. Evidentemente ciclos térmicos mais longos, minimizam esses efeitos.

A uniformidade do tratamento térmico deve ser considerada conjuntamente com o custo necessário para mantê-la. Os tratamentos térmicos de menor custo são realizados com altos gradientes térmicos, cargas pesadas e ciclos curtos. Esse tipo de tratamento requer menor investimento na capacidade do forno por unidade de massa de material tratado, produzindo maior rotatividade de material. Entretanto, é esperado que o custo da uniformidade de tratamento e da qualidade superficial sejam compensados pela economia alcançada durante as operações de conformação e de acabamento [3].

Recristalização e Controle do Tamanho de Grão no Cobre e suas Ligas

A rugosidade da superfície do material aumenta com o crescimento do grão. Outra propriedade afetada pelo tamanho de grão é a resistência à fluência (deformação eme elevadas temperaturas), que aumenta com o aumento do tamanho de grão. A resistência à fadiga e à corrosão sob tensão também são afetadas pelo tamanho de grão.

O tamanho de grão pode ser determinado por diferentes métodos de metalografia quantitativa. Um deles é o método comparativo, pelo qual uma imagem micrográfica da amostra é comparada com um padrão estabelecido pela ASTM. Outro método utilizado com a mesma finalidade é o dos interceptos, no qual o tamanho de grão é definido a partir do número de interseções que os contornos dos grãos fazem com uma linha horizontal com comprimento definido na norma relativa a esse tipo de ensaio. Embora seja um método mais lento, costuma ser mais preciso do que o método comparativo. Além disso, atualmente, com o avanço dos sistemas de processamento digital de imagens, o uso de programas computacionais específicos permite ainda melhorar essa precisão simultaneamente com uma redução acentuada do tempo de determinação do tamanho de grão.

Os valores nominais dos tamanhos de grãos no cobre monofásico (alfa) usualmente variam entre 0,015 e 0,120 mm, porém em geral o tamanho de grão máximo de uma mesma amostra atinge cerca de duas vezes o tamanho de grão mínimo.

Tamanho de Grão dos Latões (Ligas Cobre-Zinco)

De um modo geral entre os latões a dutilidade sempre aumenta com o aumento do tamanho de grão, porém esse efeito é ainda mais intenso nas ligas com maior teor de zinco, ao contrário do cobre comercialmente puro, que não mostra esse aumento de dutilidade com o tamanho de grão, podendo até mesmo apresentar decréscimo de dutilidade para valores mais altos de tamanho de grão.

A resistência á fadiga e a razão entre resistência à fadiga e resistência à tração aumentam com o decréscimo do tamanho de grão. Entretanto, para níveis de deformação da ordem de reduções de espessura em laminação entre 37 e 60 % a razão entre resistência à fadiga e resistência à tração praticamente não varia com o tamanho de grão prévio.

Os latões com maior teor de zinco são suscetíveis à corrosão sob tensão e essa susceptibilidade varia com o tamanho de grão, sendo maior quando o tamanho de grão é menor.

A condutividade elétrica das ligas de cobre monofásicas recozidas praticamente não é afetada pelo tamanho de grão e conseqüentemente pela temperatura de recozimento, porém o mesmo não corre com cobres comercialmente puros, como o eletrolítico e em geral cobres contendo oxigênio: a condutividade ótima é obtida ao se realizar o recozimento numa determinada faixa restrita de temperaturas. A condutividade elétrica do cobre recozido aumenta com a temperatura de recozimento até aproximadamente 500 ºC e em seguida diminui. Isso não é exatamente um efeito do tamanho d grão, mas sim da variabilidade da solubilidade do oxigênio e de impurezas em geral no cobre.

Ao contrário dos latões, para outras ligas de cobre, como os bronzes ao estanho e fosforosos, não há tanta necessidade de rigoroso controle do tamanho de grão. Estas ligas á base de cobre e estanho são usadas freqüentemente na condição de trabalhadas a frio. Não importando o teor de estanho do bronze, quanto maior o tamanho de grão, no intervalo de 0,015 a 0,050 mm, menor a resistência á tração e maior o alongamento (medida de dutilidade).

Entre os cobres comercialmente puros, o eletrolítico (ETP ou C110) é o que apresenta a mais baixa temperatura de recristalização, o que é esperado devido ao alto grau de pureza e o efeito do oxigênio sobre outras impurezas. A presença de prata, mesmo residual, provoca aumento na temperatura de amolecimento. O cobre OFHC (C102, de alta condutividade e sem oxigênio) apresenta maior temperatura de amolecimento do que o ETP, devido ao fato de que, na ausência de oxigênio, as impurezas residuais, mesmo desprezíveis no que concerne às aplicações do material, causam um pequeno efeito de endurecimento por solução sólida, elevando a temperatura de amolecimento. Este efeito é ainda mais pronunciado nos cobres que contêm fósforo, como o DLP e o DHP (C 120 e C122). Em geral os cobres comercialmente puros sofrem recristalização completa em temperaturas relativamente baixas, porém a taxa de crescimento de grão com o aumento da temperatura de recozimento é baixa. Em temperaturas intermediárias é comum aparecerem grãos com diferentes tamanhos misturados. Isso torna o controle de tamanho de grão dos cobres comercialmente puros bem mais complicado do que o dos latões, nos quais o crescimento de grão é mais consistente em todo o intervalo de temperaturas de recozimento. Quanto maior o grau de deformação, mais alta será a temperatura na qual ocorrerá o crescimento rápido de grão. O cobre de elevada pureza que é submetido a um grau de deformação muito elevado (95 a 97,5 % de redução em espessura) recristaliza à temperatura ambiente após longo tempo. Por exemplo, o cobre eletrolítico trefilado 84 % recristaliza em cerca de 50 % após aproximadamente 6000 horas a 150 ºC e recristaliza completamente a 200 ºC em poucas horas. O cobre sem oxigênio severamente deformado apresenta características muito semelhantes às do cobre eletrolítico no que diz respeito à recristalização e às características de amolecimento (ao contrário do mesmo cobre recozido), devido à variabilidade das pequenas porém importantes quantidades de impurezas nesse tipo de cobre. O cobre com fósforo severamente deformado apresenta características de recristalização e amolecimento intermediárias entre às do cobre com arsênico e os cobres eletrolítico e sem oxigênio.

Os latão monofásico (alfa) com 67 % de cobre e 33 % de zinco ao ser laminado em diferentes graus de deformação, de 13 a 75 %, não amolece abaixo de 200 ºC. A aproximadamente 200 ºC o mesmo material laminado com redução de espessura de 75 % apresenta um certo amolecimento. Para uma redução de 56 % o amolecimento inicial ocorre a 250 ºC. As curvas individuais de amolecimento coincidem a cerca de 330 ºC e mantêm essa mesma relação em temperaturas mais elevadas, concluindo-se assim que a condição final resultante do recozimento é independente da deformação prévia.

Quando o latão 70-30 laminado em 50 % e recozido por 20 minutos a 800 ºC e então laminado em vários graus diferentes e recozido por 30 minutos num certo intervalo de temperaturas, verifica-se que a recristalização pode ser constatada em temperaturas cada vez mais baixas à medida que o grau de deformação aumenta, sendo que os grãos primeiramente recristalizados tornam-se cada vez menores. O tamanho de grão em temperaturas mais baixas diminui à medida que o grau de deformação a frio prévio aumenta. Em temperaturas mais altas este efeito desaparece.

No latão 68-32 ocorre significativa dispersão nos valores finais de tamanho de grão resultantes de temperaturas de recozimento mais baixas. No intervalo mais baixo o tamanho de grão final aumenta com o aumento do tamanho de grão inicial, dificultando a obtenção de grãos finos ao final do processo quando os grãos iniciais são muito grandes.

Outro fator importante para o resultado final de tamanho de grão é a taxa de aquecimento. O tamanho de grão do latão aumenta com o aumento do tempo de recozimento, porém a temperatura final atingida no recozimento é de maior importância do que o tempo de manutenção da temperatura. O tamanho de grão médio pode ser aproximadamente dobrado por um aumento de 25 vezes no tempo de recozimento numa dada temperatura.

A temperatura para início de recristalização ou amolecimento de uma ampla variedade de latões contendo de 5 a 35 % de zinco apresenta pouca variação para diferentes condições de processamento. Entretanto, a temperatura de amolecimento de ligas contendo de 0 a 40 % de zinco aumenta até atingir um valor máximo para 5 % de zinco e depois cai suavemente com o aumento do teor de zinco. A temperatura necessária para produzir um dado tamanho de grão aumenta com o teor de cobre até 90 %.

Efeito das Impurezas no Recozimento do Latão

A solubilidade, no estado sólido, do ferro no latão é pequena, porém varia muito para um dado intervalo de temperaturas: 0,05 % a 500 ºC, 0,15 % a 600 ºC e 0,3 % a 700 ºC. O efeito do ferro no tamanho de grão do latão depende essencialmente da condição em que este elemento se encontra: em solução sólida ou formando uma segunda fase (partícula intermetálica) que restringe o crescimento de grão. Até um teor de ferro de no máximo cerca de 0,012 % esse efeito de restrição não ocorre no latão 70-30. Acima desse limite ocorre uma acentuada restrição no tamanho de grão, principalmente quando a temperatura de recozimento é inferior a aproximadamente 650 ºC.

No latão 65-35 ocorre diminuição do tamanho de grão até um teor de ferro de 0,05 %. Entretanto, deste valor até 0,08 % ocorre uma substancial recuperação do tamanho de grão e um acentuado decréscimo do tamanho de grão para teores de ferro mais elevados, a não ser que o recozimento seja efetuado em temperaturas muito altas. A acentuada restrição ao crescimento de grão, que ocorre nas temperaturas mais baixas se deve ao efeito das partículas que contêm ferro e atuam como obstáculos ao movimento dos contornos de grãos e a inexistência deste efeito em temperaturas mais altas se deve à dissolução dessas partículas (solubilização do ferro) nestas temperaturas mais elevadas. Deste modo, com o aumento da temperatura reduz-se o efeito do ferro como inibidor do crescimento de grão do latão. O material destinado ao embutimento ou estampagem deve apresentar teor de ferro de no máximo 0,02 %, uma vez que teores da ordem de 0,03 % já são suficientes para inibir fortemente o crescimento do grão.

O cromo é pouco solúvel no cobre e nas ligas de cobre no estado sólido e assim apresenta um pronunciado efeito de inibir o crescimento do grão de latão, principalmente em teores inferiores a 0,01 %.

O fósforo também é outro inibidor do crescimento de grão nos latões, porém acima de 770 ºC esse efeito pode ser reduzido, mesmo quando o teor de fósforo é elevado. No latão 70-30 um teor de fósforo de 0,005 % já reduz o tamanho de grão de 0,100 para 0,060 mm.

O alumínio em teores de até 0,13 % quase não influi no tamanho de grão, no amolecimento ou na recristalização. Acima de 0,13 % o alumínio já passa a atuar como inibidor do crescimento de grão no latão.

O chumbo pouco afeta o amolecimento inicial, porém retarda consideravelmente o crescimento de grão dos latões, mesmo para teores tão baixos como 0,06 %. Como o limite de solubilidade do chumbo no latão é muito baixo em diferentes temperaturas, inferior a 0,02 %, a restrição ao crescimento de grão se deve às partículas de chumbo que atuam como obstáculos ao movimento dos contornos de grãos.

O manganês, quando presente em teores de até 0,13 %, apresenta um efeito insignificante no amolecimento inicial e na recristalização. Quando o grão é maior, esse efeito é menos insignificante.

O níquel também em teores de até 0,13 % não apresenta nenhum efeito no amolecimento inicial, na recristalização nem no crescimento de grão subseqüente.
O silício, mesmo em teores tão baixos como 0,017 % apresenta um acentuado efeito de retardamento do amolecimento inicial e da recristalização dos latões. O grau de retardamento desse amolecimento inicial parece ser diretamente proporcional ao teor de silício, embora acima da temperatura de recristalização completa não haja efeito significativo.

O estanho, quando presente em teores de até 0,096 % não apresenta efeito no amolecimento e no crescimento de grão em temperaturas baixas e moderadas. A 610 ºC é perceptível um efeito de retardamento, porém modesto e não significativo, com o aumento do teor de estanho.

Quando o ferro e o fósforo estão presentes em teores significativos nos latões, os efeitos de retardamento do amolecimento, da recristalização e do crescimento de grão são ainda mais acentuados dos que ocorrem com cada elemento isoladamente. Isso se deve à formação de compostos químicos pelos elementos (impurezas) como o Fe2P. A solubilidade deste fosfeto de ferro é muito pequena em muitas temperaturas, entre as quais as temperaturas de recozimento dos latões. O crescimento de grão já sofre uma considerável restrição para teores tão baixos como 0,01 % Fe e 0,03 % P. Acima de 0,018 % Fe e 0,05 % P não ocorre aumento do efeito de inibir o crescimento de grão com o aumento do teor dessas impurezas. A combinação Fe-P, embora pouco afete o amolecimento, retarda significativamente a conclusão da recristalização. O fósforo é adicionado intencionalmente a alguns latões de alto teor de cobre, como o 90-10, por exemplo, para melhorar a qualidade dos produtos fundidos, mas isso simultaneamente introduz dificuldades no recozimento do mesmo material trabalhado a frio. O efeito restritivo ao crescimento de grão torna-se pronunciado à medida que o teor de ferro cresce acima de 0,004 % para a temperatura de recozimento de 566 ºC. A 649 ºC o efeito restritivo é menor, porém se desenvolve uma microestrutura de grãos mistos quando o teor de ferro é de 0,05 % e o de fósforo de 0,02 %, devido à parcial solubilização do ferro e do fósforo. Outras ligas de cobre também apresentam não uniformidade de tamanho de grão devido à presença de ferro e fósforo.

O níquel e o fósforo juntos, do mesmo modo que ocorre com o ferro e o fósforo, podem ser adicionados a ligas de cobre com o propósito de obter o efeito de endurecimento por precipitação, sendo que a solubilidade desses elementos em temperaturas de recozimento moderadas é baixa. Nos latões o crescimento e grão é significativamente retardado pela presença simultânea desses dois elementos., sendo esse efeito mais pronunciado do que o causado pela presença do fósforo somente, principalmente em temperaturas mais baixas, e os resultados são semelhantes aos alcançados com a presença de ferro e fósforo nos latões.

Embora a presença do níquel sozinho não acarrete nenhum efeito de restrição ao crescimento de grão nos latões, quando adicionalmente o silício está presente (em teores de até 0,07 % conjuntamente com teor de níquel da ordem de 0,014 %), ocorre significativo retardamento do amolecimento e do crescimento de grão. Esse efeito pode ser atribuído á formação de uma segunda fase do tipo siliceto de níquel, que se dissolveria em temperaturas acima de 650 ºC. Entretanto, o recozimento a 540 ºC produz uma microestrutura com tamanhos de grãos mistos.

A presença simultânea do berílio (0,041 %) e do ferro (0,062 %) afeta o amolecimento, aumenta a temperatura de recristalização e restringe acentuadamente o crescimento de grão. Como o teor de ferro da ordem de 0,062 % não é suficiente para aumentar a temperatura de recristalização significativamente, e seu efeito de restrição ao crescimento de grão é apenas moderado, o efeito observado quando ambos os elementos estão presentes nestes teores pode ser atribuído tanto à presença do berílio somente como também à combinação berílio-ferro.

Prática Comercial de Recozimento das Ligas de Cobre

Os fornos normalmente utilizados no recozimento das ligas de cobre são classificados como fornos de batelada, semicontínuos e contínuos. A energia térmica é fornecida a esses fornos por meio de eletricidade ou combustão de gás ou óleo. Este último combustível é mais usado para o recozimento de metais nas etapas iniciais do processamento. Atualmente a maior parte dos recozimentos é feita com controle de atmosfera, de modo a se obter superfícies com excelente acabamento, do tipo brilhante, semibrilhante ou “limpo”, sendo muito pequena a necessidade de decapagem. Materiais como cobre e cuproníquel podem ser recozidos para se obter acabamento brilhante sem necessidade de limpeza ou decapagem. Já os latões com maiores teores de zinco são mais freqüentemente acabados com superfície semibrilhante ou “limpa”, necessitando de uma leve etapa de decapagem.

O recozimento “brilhante” do cobre contendo oxigênio (C110 = ETP, por exemplo) é realizado em temperatura igual ou inferior a 480 ºC. Esta restrição de temperatura é necessária para evitar a fragilização por hidrogênio desse tipo de cobre, que ocorre em temperaturas mais altas devido á presença de hidrogênio na atmosfera redutora do forno.

O tempo necessário para aquecer uma peça metálica num ciclo de recozimento varia consideravelmente de acordo com o tipo de forno e do seu modo de operação, podendo variar de alguns poucos minutos no caso de fornos contínuos a várias horas no caso de alguns fornos de batelada. Além desses limites estão os poucos segundos necessários para o aquecimento por resistência elétrica de tubos condensadores individuais de latão e a curta imersão de alguns tipos de materiais em banhos de sais fundidos.

A taxa de aquecimento nos equipamentos comerciais comuns não é de grande importância para atingir um determinado tamanho de grão final, mas deve ser tomado cuidado para garantir um aquecimento o mais uniforme possível. A transferência de calor é facilitada, particularmente em baixas temperaturas, pelo uso de ventiladores e sopradores. Muitas das peças tratadas não atingem a temperatura nominal do forno, principalmente em fornos contínuos, e essa diferença entre temperatura do forno e temperatura máxima do metal varia de acordo com as condições do forno, porém é controlada. Para um efetivo controle do tamanho de grão é essencial que o forno de tratamento térmico esteja suficientemente calibrado, ou seja, que a temperatura nominal do forno, o tipo e o peso da carga, o tempo de aquecimento , a liga e o tamanho de grão estejam correlacionados.

A tabela 8.5 apresenta valores de temperaturas de recozimento para as ligas de cobre mais utilizadas na prática industrial.

Tabela 8.5 – Temperaturas de Recozimento de Ligas de Cobre