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O conjunto de operações de aquecimento do aço
sob controladas temperaturas, tempo, atmosfera e velocidade de resfriamento
é chamado de tratamento térmico. Os diferentes tipos
de tratamento têm como objetivo alterar as propriedades do
aço ou conferir determinadas características ao metal.
Enquanto os aços de baixo e médio carbono, geralmente,
são utilizados após serem forjados ou laminados, os
aços de alto carbono e com elementos de liga necessitam ser
submetidos a tratamentos térmicos antes da respectiva aplicação.
Recozimento, normalização, têmpera, revenimento
e coalescimento são os tipos de tratamento térmico
mais comuns. O processo de têmpera será o foco dessa
edição.
O objetivo da têmpera está na obtenção
de uma microestrutura que proporcione ao aço propriedades
elevadas de dureza e resistência mecânica. O processo
consiste no aquecimento até a temperatura de austenitização,
ou seja, entre 815 °C e 870 °C. O controle da temperatura
durante o aquecimento, nos fornos, é feito por pirômetros.
Nas forjas o mecânico identifica a temperatura pela cor do
material aquecido (ver quadro).
É importante ressaltar que o aquecimento deve ser lento
no início, a fim de não provocar defeitos no metal.
A manutenção da temperatura varia de acordo com a
forma da peça e o tempo nessa fase deve ser bem controlado.
Em seguida, o aço é submetido a um resfriamento rápido,
provocando a obtenção de uma estrutura martensítica.
O processo provoca algumas deficiências no aço, como
a redução da ductilidade e da tenacidade, além
de tensões internas que podem ocasionar deformação,
empenamento e fissuração. Por conta disso, é
recomendável que o aço temperado seja submetido ao
revenimento.
DIFERENTES VARIAÇÕES
Os meios líquidos e gasosos são os mais utilizados
para o resfriamento do aço. Entre os líquidos estão
a água, água com sal ou aditivos cáusticos,
óleo ou soluções aquosas de polímeros.
Entre os gasosos estão o próprio ar e os gases inertes,
como nitrogênio, hélio e argônio. Os meios e
as velocidades de resfriamento resultam em diferentes variações
de têmpera.
Têmpera direta: processo mais utilizado, consiste no resfriamento
rápido, direto da temperatura de austenitização;
Têmpera em tempo variável: a velocidade de resfriamento
é alterada durante o processo, de acordo com o resultado
esperado. Normalmente, utilizam-se dois meios diferentes de resfriamento;
Têmpera diferencial: apenas algumas áreas da peça
de aço são temperadas, as demais recebem isolamento.
Utiliza-se para peças que necessitem de regiões duras
e algumas áreas moles.
Têmpera da camada cementada: restrita à camada periférica
da peça cementada.Utiliza-se para peças nas quais
o núcleo deve apresentar durezas baixas;
Têmpera direta de cementação: para peça
cementada diretamente da temperatura de cementação
sem resfriamento intermediário;
Têmpera do núcleo; Utiliza-se para peças cementadas,
nas quais o núcleo deve apresentar durezas médias;
Têmpera dupla: realizada em duas etapas. A primeira a partir
da temperatura de têmpera do material do núcleo e a
segunda a partir da temperatura da têmpera do material da
camada cementada. Utiliza-se para peças com camadas profundas
de cementação, com a finalidade de aumentar-se a tenacidade
do núcleo.
TÊMPERA SUPERFICIAL
Quando o objetivo é criar apenas uma superfície
dura, resistente à abrasão, é mais conveniente
optar pela têmpera superficial. Esse método, que substitui
a têmpera normal, é aplicado principalmente em peças
de máquinas. Existem várias razões para que
o endurecimento superficial seja escolhido, e não o endurecimento
total. São elas:
- Dificuldade de tratar peças de grandes dimensões
em fornos convencionais;
- Possibilidade de endurecer apenas as áreas críticas,
como dentes de engrenagens, grandes cilindros, etc;
- Possibilidade de melhorar a precisão dimensional de
peças planas, grandes ou delgadas;
- Possibilidade de utilizar aços mais econômicos,
como aço carbono;
- Diminuição dos riscos de aparecimento de fissuras
originadas no resfriamento, após o aquecimento. Com a opção
pela têmpera superficial é possível obter
superfícies de alta dureza e resistência do desgaste,
boa resistência à fadiga por dobramento, boa capacidade
para resistir cargas de contato e resistência satisfatória
ao empenamento.
As temperaturas de aquecimento devem proporcionar a autenitização
do aço, pois só assim é possível obterá
martensita no resfriamento posterior. As temperaturas, os meios
de resfriamento e as durezas resultantes para aços carbono
são:
0,30%C - 900-975 °C – água – 50 RC
0,35%C – 900 °C – água – 52 RC
0,40%C – 870-900 °C – água – 55 RC
0,45%C – 870-900 ºC – água – 58 RC
0,50%C – 870 °C – água – 60 RC
0,60%C – 850-875 °C – água – 64 RC
- óleo – 62 RC
Tabela:
Fontes:
Ciaverini, Vicente - Aços e Ferros Fundidos – 7ª
edição – 2002
InfoMet – www.infomet.com.br
Senai – Departamento Regional do Espírito Santo |
