Tratamento térmico de ligas. Tipos de tratamento térmico

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 10:38

O tratamento térmico de ligas é parte integrante do processo produtivo da metalurgia ferrosa e não ferrosa. Como resultado deste procedimento, os metais são capazes de alterar suas características para os valores requeridos. Neste artigo, consideraremos os principais tipos de tratamento térmico usados na indústria moderna.

Essência do tratamento térmico

Durante a produção de produtos semiacabados, as peças metálicas são tratadas termicamente para lhes conferir as propriedades desejadas (resistência, resistência à corrosão e ao desgaste, etc.). O tratamento térmico de ligas é um conjunto de processos criados artificialmente durante os quais ocorrem mudanças estruturais e físicas e mecânicas nas ligas sob a influência de altas temperaturas, mas a composição química da substância é preservada.

Finalidade do tratamento térmico

Produtos metálicos que são utilizados diariamente em todos os setores da economia nacional devem atender a altos requisitos de resistência ao desgaste. O metal, como matéria-prima, precisa ser reforçado com as propriedades de desempenho necessárias, que podem serser exposto a altas temperaturas. O tratamento térmico de ligas com altas temperaturas altera a estrutura inicial de uma substância, redistribui seus componentes constituintes, transforma o tamanho e a forma dos cristais. Tudo isso leva à minimização do estresse interno do metal e, assim, aumenta suas propriedades físicas e mecânicas.

Tipos de tratamento térmico

O tratamento térmico de ligas metálicas se resume a três processos simples: aquecer a matéria-prima (produto semi-acabado) até a temperatura desejada, mantê-la nas condições especificadas pelo tempo necessário e resfriamento rápido. Na produção moderna, vários tipos de tratamento térmico são usados, que diferem em alguns recursos tecnológicos, mas o algoritmo do processo em geral permanece o mesmo em todos os lugares.

De acordo com o método de realização do tratamento térmico, existem os seguintes tipos:

• Térmico (endurecimento, revenimento, recozimento, envelhecimento, tratamento criogênico).
• O tratamento termo-mecânico envolve tratamento de alta temperatura combinado com ação mecânica sobre a liga.
• Químico-térmico envolve o tratamento térmico do metal, seguido do enriquecimento da superfície do produto com elementos químicos (carbono, nitrogênio, cromo, etc.).

Recozimento

Recozimento é um processo de fabricação em que metais e ligas são aquecidos a uma temperatura predeterminada e, em seguida, juntamente com o forno em que o procedimento ocorreu, resfriam muito lentamente naturalmente. Como resultado do recozimento, é possível eliminar as não homogeneidades da composição químicasubstâncias, aliviar o estresse interno, obter uma estrutura granular e melhorá-la como tal, além de reduzir a dureza da liga para facilitar seu processamento posterior. Existem dois tipos de recozimento: recozimento de primeiro e segundo tipo.

O recozimento de primeira classe implica em tratamento térmico, pelo que há pouca ou nenhuma mudança no estado de fase da liga. Também possui variedades próprias: homogeneizado - a temperatura de recozimento é 1100-1200, nessas condições as ligas são mantidas por 8-15 horas, a recristalização (em t 100-200) é usada para aço rebitado, ou seja, já deformado sendo frio.

O recozimento do segundo tipo leva a mudanças significativas de fase na liga. Também tem várias variedades:

• Recozimento total - aquecimento da liga 30-50 acima da marca de temperatura crítica característica desta substância e resfriamento na taxa especificada (200/hora - aços carbono, 100/hora e 50/hora - baixa liga e alta -aços de liga, respectivamente).
• Incompleto - aquecimento até um ponto crítico e resfriamento lento.
• Difusão - temperatura de recozimento 1100-1200.
• Isotérmico - o aquecimento ocorre da mesma forma que no recozimento total, porém, depois disso, o resfriamento rápido é realizado a uma temperatura um pouco abaixo da crítica e deixado resfriar ao ar.
• Normalizado - recozimento completo com posterior resfriamento do metal ao ar, e não em forno.

Endurecimento

Temperamento é manipulaçãocom uma liga, cujo objetivo é obter uma transformação martensítica do metal, o que reduz a ductilidade do produto e aumenta sua resistência. A têmpera, assim como o recozimento, envolve o aquecimento do metal em um forno acima da temperatura crítica para a temperatura de têmpera, a diferença está na maior taxa de resfriamento que ocorre no banho líquido. Dependendo do metal e até da sua forma, são utilizados diferentes tipos de endurecimento:

• Endurecimento no mesmo ambiente, ou seja, no mesmo banho com líquido (água para peças grandes, óleo para peças pequenas).
• Endurecimento intermitente - o resfriamento ocorre em duas etapas sucessivas: primeiro em um líquido (um refrigerante mais forte) a uma temperatura de aproximadamente 300 ºC, depois no ar ou em outro banho de óleo.
• Passado - quando o produto atinge a temperatura de endurecimento, é resfriado por algum tempo em sais fundidos, seguido de resfriamento ao ar.
• Isotérmica - a tecnologia é muito semelhante ao endurecimento escalonado, difere apenas no tempo de retenção do produto na temperatura de transformação martensítica.
• O endurecimento auto-revenido difere de outros tipos, pois o metal aquecido não é completamente resfriado, deixando uma área quente no meio da peça. Como resultado dessa manipulação, o produto adquire as propriedades de maior resistência na superfície e alta viscosidade no meio. Esta combinação é essencial para instrumentos de percussão (martelos, cinzéis, etc.)

Férias

Revenimento é a etapa final do tratamento térmico das ligas, que determinaa estrutura final do metal. O principal objetivo da têmpera é reduzir a fragilidade de um produto metálico. O princípio é aquecer a peça a uma temperatura abaixo da temperatura crítica e resfriá-la. Como os modos de tratamento térmico e a taxa de resfriamento de produtos metálicos para diversos fins podem diferir, existem três tipos de têmpera:

• Alta - a temperatura de aquecimento é de 350-600 a um valor abaixo do crítico. Este procedimento é mais utilizado para estruturas metálicas.
• Médio - tratamento térmico em t 350-500, comum para produtos de molas e molas.
• Baixa - a temperatura de aquecimento do produto não é superior a 250, o que permite obter alta resistência e resistência ao desgaste das peças.

Envelhecimento

Envelhecimento é o tratamento térmico de ligas, provocando os processos de decomposição de um metal supersaturado após a têmpera. O resultado do envelhecimento é um aumento nos limites de dureza, rendimento e resistência do produto acabado. Não só o ferro fundido está sujeito ao envelhecimento, mas também os metais não ferrosos, incluindo ligas de alumínio facilmente deformáveis. Se um produto metálico submetido ao endurecimento é mantido à temperatura normal, ocorrem processos que levam a um aumento espontâneo da resistência e à diminuição da ductilidade. Isso é chamado de envelhecimento natural do metal. Se a mesma manipulação for feita em temperaturas elevadas, será chamado de envelhecimento artificial.

Tratamento Criogênico

Mudanças na estrutura das ligas,o que significa que suas propriedades podem ser alcançadas não apenas por altas, mas também por temperaturas extremamente baixas. O tratamento térmico de ligas em t abaixo de zero é chamado de criogênico. Essa tecnologia é amplamente utilizada em diversos setores da economia nacional como complemento aos tratamentos térmicos de alta temperatura, pois pode reduzir significativamente o custo dos processos de endurecimento térmico.

O tratamento criogênico de ligas é realizado em t -196 em um processador criogênico especial. Essa tecnologia pode aumentar significativamente a vida útil da peça usinada e as propriedades anticorrosivas, além de eliminar a necessidade de retratamentos.

Tratamento termomecânico

Um novo método de processamento de ligas combina o processamento de metais em altas temperaturas com a deformação mecânica de produtos que estão em estado plástico. O tratamento termomecânico (TMT) de acordo com o método de acabamento pode ser de três tipos:

• TMT de baixa temperatura consiste em duas etapas: deformação plástica seguida de têmpera e revenimento da peça. A principal diferença de outros tipos de TMT é a temperatura de aquecimento para o estado austenítico da liga.
• TMT de alta temperatura envolve o aquecimento de uma liga a um estado martensítico em combinação com deformação plástica.
• Preliminar - a deformação é realizada em t 20, seguida do endurecimento e revenimento do metal.

Tratamento químico-térmico

Alterar a estrutura e as propriedades das ligastambém é possível com a ajuda do tratamento químico-térmico, que combina efeitos térmicos e químicos nos metais. O objetivo final deste procedimento, além de conferir maior resistência, dureza e resistência ao desgaste ao produto, é também conferir resistência a ácidos e resistência ao fogo à peça. Este grupo inclui os seguintes tipos de tratamento térmico:

• A cimentação é realizada para dar resistência adicional à superfície do produto. A essência do procedimento é saturar o metal com carbono. A cementação pode ser feita de duas maneiras: cementação sólida e gasosa. No primeiro caso, o material processado, juntamente com o carvão e seu ativador, é colocado em uma fornalha e aquecido a uma determinada temperatura, seguido de sua retenção neste ambiente e resfriamento. No caso da cementação a gás, o produto é aquecido em estufa até 900ºC sob fluxo contínuo de gás carbônico.
• Nitretação é um tratamento químico-térmico de produtos metálicos saturando sua superfície em ambientes de nitrogênio. O resultado deste procedimento é um aumento na resistência à tração da peça e um aumento na sua resistência à corrosão.
• Cianidação é a saturação do metal com nitrogênio e carbono ao mesmo tempo. O meio pode ser líquido (sais contendo carbono e nitrogênio fundidos) e gasoso.
• O chapeamento por difusão é um método moderno de conferir resistência ao calor, resistência a ácidos e resistência ao desgaste a produtos metálicos. A superfície de tais ligas é saturada com vários metais (alumínio, cromo) e metalóides (silício, boro).

Recursostratamento térmico de ferro fundido

As ligas de ferro fundido são submetidas a tratamento térmico usando uma tecnologia ligeiramente diferente das ligas de metais não ferrosos. O ferro fundido (cinza, de alta resistência, ligado) sofre os seguintes tipos de tratamento térmico: recozimento (em t 500-650), normalização, endurecimento (contínuo, isotérmico, superficial), revenimento, nitretação (ferros fundidos cinzentos), aluminização (ferros fundidos perlíticos), cromagem. Como resultado, todos esses procedimentos melhoram significativamente as propriedades dos produtos finais de ferro fundido: aumentam a vida útil, eliminam a probabilidade de rachaduras durante o uso do produto, aumentam a resistência e a resistência ao calor do ferro fundido.

Tratamento térmico de ligas não ferrosas

Metais não ferrosos e ligas possuem propriedades diferentes entre si, portanto, são processados por métodos diferentes. Assim, as ligas de cobre são submetidas ao recozimento de recristalização para equalizar a composição química. Para latão, a tecnologia de recozimento de baixa temperatura (200-300) é fornecida, uma vez que esta liga é propensa a rachaduras espontâneas em um ambiente úmido. O bronze é submetido a homogeneização e recozimento em t até 550. O magnésio é recozido, temperado e submetido a envelhecimento artificial (o envelhecimento natural não ocorre para o magnésio temperado). O alumínio, como o magnésio, passa por três métodos de tratamento térmico: recozimento, endurecimento e envelhecimento, após o qual as ligas de alumínio forjado aumentam significativamente sua resistência. O processamento de ligas de titânio inclui: recozimento por recristalização, endurecimento, envelhecimento, nitretação e cementação.

CV

O tratamento térmico de metais e ligas é o principal processo tecnológico na metalurgia ferrosa e não ferrosa. As tecnologias modernas possuem uma variedade de métodos de tratamento térmico para atingir as propriedades desejadas de cada tipo de liga processada. Cada metal tem sua própria temperatura crítica, o que significa que o tratamento térmico deve ser realizado levando em consideração as características estruturais e físico-químicas da substância. Em última análise, isso não apenas alcançará os resultados desejados, mas também agilizará significativamente os processos de produção.