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Diferentes materiais têm diferentes papéis no sector da engenharia e, por isso, requerem processos de propriedade para satisfazer as necessidades necessárias. Os engenheiros aplicam diferentes técnicas para adquirir as propriedades necessárias durante o processo de fabrico. Um dos processos amplamente aplicáveis é o tratamento térmico.

O papel do tratamento térmico no fabrico de engenharia consiste em alterar as propriedades mec?nicas e químicas da pe?a antes de a introduzir no processamento ou na montagem da pe?a. Através deste processo, o componente resultante torna-se mais útil e utilizável e é seguro para utiliza??o na oficina.

O tratamento térmico na engenharia de fabrico e na ciência dos materiais consiste em aquecer um material a uma determinada temperatura, mantê-lo a essa temperatura durante algum tempo e, em seguida, arrefecer o material num determinado padr?o. Altera a microestrutura dos materiais, obtendo propriedades mec?nicas como a resistência ao desgaste, a tenacidade e a dureza.

O tratamento térmico n?o se aplica apenas aos metais, mas também é necessário para o fabrico de moldes de plástico ou de matrizes. Por exemplo, assegura que os moldes utilizados em fundi??o injectada s?o constantemente estáveis do ponto de vista dimensional, resistindo à deforma??o e à fissura??o.

As indústrias transformadora, aeroespacial, da constru??o e automóvel s?o alguns dos sectores que utilizam constantemente o tratamento térmico para melhorar os seus produtos. Normalmente, os metais s?o tratados termicamente através de técnicas de recozimento, têmpera e revenido.

Processos de tratamento térmico de metais

Os três processos de tratamento térmico dos metais incluem o recozimento, a têmpera e o revenido.

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O recozimento é um processo de tratamento térmico aplicável que tem como objetivo restaurar um componente ao seu estado físico. A ductilidade é muito importante no fabrico de diferentes componentes de engenharia, como placas de metal, garantindo uma laminagem mais fácil em chapas mais finas. No entanto, por vezes, estes metais tornam-se duros. Em alguns casos, durante a maquinagem e o trabalho a frio dos veios metálicos ou durante a fundi??o, os materiais acumulam tens?es internas, o que pode resultar na sua fragilidade. O papel do recozimento é baixar os níveis de dureza e aliviar possíveis tens?es nesses materiais.

Durante o recozimento, os técnicos elevam a temperatura do metal um pouco acima da temperatura de recristaliza??o. No entanto, a temperatura de recozimento deve ser inferior à temperatura de fus?o dos materiais. As altas temperaturas fornecem energia suficiente para a migra??o dos átomos dentro da microestrutura do metal.

A alta energia também leva à forma??o de mais gr?os. O processo resulta na retifica??o da desloca??o. Além disso, os processos aliviam as tens?es internas do metal. Após o arrefecimento, o metal restaura a sua ductilidade de forma eficaz para uma fácil maquinabilidade.

Etapas do processo de recozimento

1. Aquecimento: O aquecimento do metal ocorre a temperaturas de recristaliza??o, que variam consoante o tipo de metal. Por exemplo, a temperatura de recristaliza??o do a?o é de 500-700⁰C. Este aquecimento conduz a uma temperatura uniforme nos materiais, levando a um rearranjo da microestrutura.

2. Tempo de imers?o/manuten??o: Quando o metal atinge a temperatura de recristaliza??o, os técnicos mantêm-no a essa temperatura durante algum tempo, chamado tempo de imers?o. Durante este tempo, ocorre a recristaliza??o, dando origem a novos gr?os na microestrutura do metal. Consequentemente, o processo leva ao amolecimento do metal. A composi??o e a espessura do material determinam o tempo de imers?o. As dura??es podem ser t?o curtas como alguns minutos ou várias horas.

3. Arrefecimento: O período de imers?o no arrefecimento do metal. Os técnicos asseguram que o arrefecimento é lento no ambiente controlado, quer no ar quer no forno. Através do arrefecimento lento, os técnicos evitam a forma??o de tens?es e de fases indesejáveis na microestrutura do metal. O arrefecimento rápido do material pode endurecer o metal.

Metais comuns

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Ao contrário do recozimento, que tem por objetivo eliminar a dureza do metal, a têmpera visa obter a dureza e a resistência do metal. Na têmpera, os técnicos aquecem o metal a uma determinada temperatura e arrefecem-no rapidamente até à temperatura ambiente ou inferior. O processo de arrefecimento rápido leva a um realinhamento estrutural e atómico na estrutura do metal. Esta transforma??o é a transforma??o martensítica, e o material resultante é duro.

Os engenheiros podem realizar a têmpera através de água, óleo, ar e fluidos especializados. O método a utilizar depende dos resultados do metal a arrefecer.

Etapas do processo de arrefecimento de metais

1. Prepara??o do metal: Com base nas propriedades do material, os técnicos selecionam o tipo de metal para a têmpera. O metal é ent?o limpo para remover sujidade ou detritos, que podem interferir com o processo de têmpera.

2. Aquecimento de metais: O metal é aquecido a temperaturas críticas num forno de tratamento térmico. A temperaturas críticas, os metais tornam-se n?o magnéticos. O aquecimento é uniforme para garantir que a dureza resultante seja uniforme.

3. Sele??o do meio de arrefecimento: Existe uma vasta gama de meios de têmpera. A sele??o de certos meios depende dos materiais e da finalidade dos produtos resultantes. Por exemplo, os técnicos selecionam a água como meio de têmpera se o material for a?o-carbono.

4. Têmpera de metais: Baixar cuidadosamente o metal quente para o meio de arrefecimento. Os técnicos utilizam tanques de têmpera para obter uniformidade, e a imers?o total do metal leva a um arrefecimento uniforme. 

5. Controlo da taxa de arrefecimento: A taxa de arrefecimento afecta significativamente as propriedades do produto final. Utilize taxas de arrefecimento mais rápidas para obter uma maior dureza, enquanto que taxas de arrefecimento mais lentas conduzem a materiais mais macios.

Sele??o de meios de arrefecimento

Diferentes meios de arrefecimento têm diferentes aplica??es no processo de arrefecimento. Por exemplo, a utiliza??o de água pode levar a uma taxa de arrefecimento muito rápida. Com a sua elevada capacidade de arrefecimento, a água atinge a dureza no mais curto espa?o de tempo possível. Na maioria dos casos, os engenheiros utilizam a têmpera em água para formar a?o martensítico. No entanto, as elevadas taxas de arrefecimento podem, por vezes, deformar e fissurar. As aplica??es da têmpera em água incluem a?os de carbono e ligas que requerem elevada dureza para ferramentas de corte.

A têmpera em óleo é aplicável a taxas de arrefecimento moderadas. Os metais arrefecem moderadamente devagar quando s?o submetidos a têmpera em óleo para evitar deforma??es e fissuras. Os engenheiros utilizam a têmpera em óleo para alcan?ar um equilíbrio entre a dureza e a tenacidade. No entanto, a têmpera em óleo é arriscada, uma vez que é inflamável. Além disso, os óleos s?o difíceis de manusear. O produto resultante pode n?o ter a dureza máxima.

A têmpera ao ar é essencial para uma taxa de arrefecimento lenta. A taxa de arrefecimento gradual é vital para as ligas que podem distorcer e fissurar com um arrefecimento mais rápido. No entanto, a têmpera ao ar pode n?o conduzir à dureza máxima.

TEMPERAMENTO

A têmpera segue-se normalmente ao revenido para reduzir a fragilidade do metal e restaurar a sua ductilidade. Durante a têmpera, os técnicos reaquecem o metal do processo de arrefecimento até determinados níveis e mantêm-no abaixo do ponto crítico (normalmente 150-700C) durante algum tempo. Segue-se o arrefecimento em ar parado até à temperatura ambiente.

Passos

1. Aquecimento: Aquecer o metal a uma temperatura de têmpera, que se situa entre a temperatura ambiente e as temperaturas críticas. Controlar a taxa de aquecimento. Um aquecimento demasiado rápido pode provocar fissuras. Metais diferentes têm temperaturas de têmpera diferentes. O aquecimento ajuda a libertar a tens?o do processo de têmpera, mantendo a dureza.

2. Tempo de espera: Manter o metal à temperatura de têmpera. O tempo de permanência varia entre 30 minutos e horas, consoante a utiliza??o do produto resultante e a espessura dos materiais. Este tempo de espera leva ao amolecimento, diminuindo os níveis de fragilidade e mantendo a dureza dos materiais.

3. Arrefecimento: Após o tempo de espera, arrefecer o metal com ar. O ar garante uma taxa de arrefecimento lenta, o que ajuda a evitar a forma??o de novas tens?es.

Métodos de tratamento térmico para moldes de plástico e de fundi??o injectada

A durabilidade e o desempenho dos moldes de fundi??o dependem da sele??o dos materiais. Os engenheiros de moldes s?o responsáveis pela sele??o dos materiais tendo em conta as fun??es e a estrutura. Para cumprir as fun??es e a estrutura corretas, os materiais dos moldes de fundi??o s?o submetidos a tratamento térmico e refor?o da superfície para garantir a durabilidade e a qualidade.

O tratamento térmico dos moldes de fundi??o injetada envolve quatro etapas principais.

Pré-aquecimento e pós-aquecimento

Este passo é essencial no tratamento térmico, uma vez que ajuda o molde a resistir a choques térmicos. Durante as opera??es, os moldes de fundi??o injectada sofrem choques térmicos devido a mudan?as rápidas que podem resultar em fissuras e deforma??es. Durante o pré-aquecimento, os engenheiros de moldes aquecem os moldes a temperaturas de funcionamento antes do início da moldagem. Este processo evita falhas prematuras. O pré-aquecimento também prolonga a vida útil do molde e assegura a estabilidade dimensional durante as opera??es de moldagem.

Após o processo de moldagem, os engenheiros de moldes s?o submetidos a um pós-aquecimento em condi??es de arrefecimento controladas. Este processo reduz a forma??o de tens?es internas que podem levar a deforma??es.

Alívio do stress

Este processo é fundamental nos moldes de fundi??o injectada. ? semelhante ao recozimento em metais, mas neste caso ocorre a temperaturas relativamente mais baixas. Além disso, nos moldes de fundi??o injetada, o alívio de tens?es visa relaxar as tens?es acumuladas em vez de amolecer os materiais do molde.

Nitreta??o para a dureza do molde

Este processo ajuda a endurecer a superfície do a?o do molde sem afetar a superfície interna dos materiais do molde. A nitreta??o leva a uma melhor resistência ao desgaste e aumenta a vida útil do molde.

A nitrura??o envolve o aquecimento do molde num ambiente rico em azoto. Neste processo, o azoto difunde-se para a superfície do a?o, criando uma superfície dura de nitreto.

O objetivo do processo é semelhante ao da têmpera. No entanto, as temperaturas para a nitrura??o s?o de 500-550C, relativamente mais baixas do que a temperatura de têmpera. Enquanto a têmpera demora pouco tempo, a nitrura??o requer um tempo relativamente mais longo, várias horas.

No entanto, a camada de nitreto resultante é excelente e n?o necessita de pós-tratamento.

Tratamento térmico sob vácuo

Este processo ocorre em vácuo para evitar a oxida??o e a contamina??o da superfície do molde. A oxida??o pode levar a um mau acabamento da superfície e enfraquecer o molde. O tratamento térmico no vácuo é semelhante a outros tratamentos térmicos de metais, incluindo o recozimento. A diferen?a é que ocorre no vácuo. ? dispendioso, mas útil em moldes de precis?o nos sectores dos dispositivos médicos e aeroespacial.

Compara??o entre o tratamento térmico de metais e o tratamento térmico de moldes

Conclus?o

O papel do tratamento térmico no fabrico de engenharia consiste em alterar as propriedades mec?nicas e químicas da pe?a antes de a introduzir no processamento ou na montagem da pe?a. Através deste processo, o componente resultante torna-se mais útil e utilizável e é seguro para utiliza??o na oficina. Os três processos de tratamento térmico dos metais incluem o recozimento, a têmpera e o revenido.

Ao contrário do recozimento, que tem como objetivo remover a dureza do metal, a têmpera tem como objetivo atingir a dureza e a resistência do metal. Diferentes meios de arrefecimento têm diferentes aplica??es no processo de arrefecimento. Por exemplo, a utiliza??o de água pode conduzir a uma taxa de arrefecimento muito rápida. A têmpera em óleo é aplicável a taxas de arrefecimento moderadas. Os metais arrefecem moderadamente devagar quando s?o arrefecidos com óleo para evitar deforma??es e fissuras. A têmpera segue-se normalmente ao arrefecimento para reduzir a fragilidade do metal e restaurar a sua ductilidade.

O tratamento térmico dos moldes de fundi??o injetada envolve quatro etapas principais: pré-aquecimento e pós-aquecimento, alívio de tens?es, nitreta??o para a dureza do molde e tratamento térmico a vácuo. Durante o pré-aquecimento, os engenheiros de moldes aquecem os moldes a temperaturas de funcionamento antes do início da moldagem. Após o processo de moldagem, os engenheiros de moldes efectuam o pós-aquecimento em condi??es de arrefecimento controladas. O processo reduz a forma??o de tens?es internas que podem levar a deforma??es.

Este processo ajuda a endurecer a superfície do a?o do molde sem afetar a superfície interna dos materiais do molde. O tratamento térmico em vácuo é semelhante a outros tratamentos térmicos de metais, incluindo o recozimento. A diferen?a é que ocorre no vácuo. ? dispendioso, mas útil em moldes de precis?o nos sectores dos dispositivos médicos e aeroespacial.