Já alguma vez se interrogou sobre a forma como os metais se transformam de frágeis em maleáveis? Este artigo mergulha no fascinante mundo do recozimento e da normalização, dois processos essenciais de tratamento térmico. Ficará a saber como estas técnicas melhoram as propriedades dos metais, tornando-as cruciais no fabrico.
O recozimento é um processo de tratamento térmico crítico na metalurgia que envolve um ciclo térmico cuidadosamente controlado. O processo consiste em três fases principais: aquecimento lento do metal a uma temperatura específica (normalmente acima da sua temperatura de recristalização), manutenção desta temperatura durante um período pré-determinado (imersão) e, em seguida, arrefecimento a uma velocidade controlada.
Os principais objectivos do recozimento são multifacetados. Reduz a dureza e aumenta a ductilidade, melhorando assim a maquinabilidade e a formabilidade. Este processo é crucial para eliminar as tensões residuais que podem ter-se acumulado durante operações de fabrico anteriores, como a conformação ou a soldadura. O recozimento também desempenha um papel vital na estabilização dimensional, minimizando a deformação e reduzindo a tendência para fissuras no processamento subsequente ou durante o serviço.
Ao nível microestrutural, o recozimento refina a estrutura do grão através de mecanismos de recristalização e crescimento do grão. Ajusta a microestrutura do metal promovendo transformações de fase, homogeneizando a composição e eliminando defeitos estruturais, como deslocamentos e vacâncias. Estas alterações microestruturais influenciam significativamente as propriedades mecânicas, a resistência à corrosão e o desempenho geral do metal.
Os parâmetros específicos de recozimento, incluindo temperatura, tempo de imersão e taxa de arrefecimento, são adaptados ao metal ou liga em particular e às propriedades finais pretendidas. Por exemplo, o recozimento total, a normalização e o recozimento para alívio de tensões são variações do processo, cada uma concebida para obter resultados específicos em diferentes materiais e aplicações.
O recozimento é um processo de tratamento térmico crítico na metalurgia que envolve o aquecimento cuidadoso de um metal a uma temperatura específica, mantendo-a durante um período de tempo pré-determinado e, em seguida, arrefecendo-o a uma velocidade controlada. Esta taxa é normalmente lenta, mas pode ser regulada com precisão, dependendo do resultado desejado. O processo é fundamental para alterar a microestrutura e as propriedades dos metais e ligas.
Os principais objectivos do recozimento são multifacetados:
Existem vários tipos de processos de recozimento, cada um adaptado para alcançar resultados metalúrgicos específicos:
Na prática, o recozimento pode resolver desafios metalúrgicos específicos:
1) Para reduzir a dureza e melhorar a maquinabilidade, melhorando os processos de fabrico subsequentes e a vida útil das ferramentas;
2) Para atenuar as tensões residuais, estabilizar as dimensões e diminuir as tendências para a deformação e a fissuração, melhorando assim a integridade estrutural global e o desempenho do componente;
3) Para refinar as estruturas de grão, ajustar a microestrutura e eliminar defeitos estruturais, conduzindo a melhores propriedades mecânicas e homogeneidade do material.
Na produção industrial, os processos de recozimento são amplamente utilizados em várias aplicações metalúrgicas. A técnica específica de recozimento é selecionada com base nas propriedades desejadas do material e nos requisitos da peça de trabalho. As especificações comuns de recozimento incluem:
A escolha do processo de recozimento é fundamental para otimizar as propriedades do material para as operações de fabrico subsequentes e para o desempenho da utilização final.
A normalização, também conhecida como normalização, é um processo de tratamento térmico de metais em que a peça de trabalho é aquecida a uma temperatura 30 a 50°C acima de Ac3 ou Accm, mantida durante um determinado período e, em seguida, retirada do forno para arrefecer ao ar ou por pulverização de água, névoa ou sopro de ar.
O seu objetivo consiste em refinar o tamanho do grão e homogeneizar a distribuição dos carbonetos. A normalização difere do recozimento na medida em que a taxa de arrefecimento durante a normalização é ligeiramente mais rápida do que durante o recozimento, resultando numa estrutura de normalização mais fina e em propriedades mecânicas melhoradas.
Além disso, a normalização por arrefecimento fora do forno não ocupa equipamento, tendo assim uma taxa de produção mais elevada. Por conseguinte, a normalização é utilizada tanto quanto possível na produção para substituir o recozimento.
1) Para o aço com baixo teor de carbono, a dureza após a normalização é ligeiramente superior à do recozimento e a tenacidade também é melhor, tornando-o adequado como pré-tratamento para maquinagem.
2) Para o aço de médio teor de carbono, pode substituir a têmpera como tratamento térmico final e também servir como tratamento preparatório para endurecimento de superfícies conduzida por aquecimento indutivo.
3) Para aço para ferramentas, aço para rolamentose aço para cementação, pode reduzir ou suprimir a formação de carbonetos em rede, obtendo assim a estrutura ideal necessária para o recozimento esferoidizante.
4) Para peças de aço fundido, pode refinar a estrutura como fundido e melhorar a maquinabilidade.
5) Para peças forjadas de grandes dimensões, pode servir como tratamento térmico final, evitando assim uma elevada tendência para fissurar durante o endurecimento.
6) Para o ferro fundido dúctil, melhora a dureza, a força e a resistência ao desgaste, e é utilizado para o fabrico de componentes importantes como cambotas e bielas em automóveis, tractores e motores a diesel.
7) Para o aço hipereutectoide, a normalização antes do recozimento esferoidizante pode eliminar a cementita secundária da rede, garantindo a esferoidização completa da cementita durante o recozimento esferoidizante.
Estrutura pós-normalização: A estrutura do aço hipoeutectoide é F+S, a do aço eutectoide é S, e a do aço hipereutectoide é S + cementite secundária, e é descontínua.
O processo de tratamento térmico de metais envolve o aquecimento da peça de trabalho a uma temperatura adequada (Ac3 ou ACcm mais 30-50°C) (ver microestrutura do aço) e, em seguida, o arrefecimento ao ar após o isolamento. A normalização é utilizada principalmente para peças de aço.
O aço normalizado é semelhante ao aço recozido, mas arrefece ligeiramente mais rápido e tem uma estrutura mais fina. Alguns aços com uma estrutura muito pequena taxa de arrefecimento crítica pode transformar a austenite em martensite através do arrefecimento ao ar, mas este tratamento não é considerado normalização, sendo antes designado por têmpera por arrefecimento ao ar.
Pelo contrário, algumas peças de trabalho de grande secção feitas de aço com uma taxa de arrefecimento crítica mais elevada não podem obter martensite mesmo que sejam arrefecidos em água, e o efeito do arrefecimento é próximo da normalização.
O dureza do aço após a normalização é superior ao do recozimento.
Durante a normalização, não é necessário arrefecer a peça de trabalho com o forno como no recozimento, o que poupa tempo de forno, melhora a eficiência da produção e, por isso, é geralmente substituído pela normalização, tanto quanto possível, na produção.
Para o aço de baixo carbono com um teor de carbono inferior a 0,25%, a dureza obtida após a normalização é moderada, o que é mais propício ao corte do que o recozimento, e geralmente a normalização é utilizada para preparar o corte.
Para aço de carbono médio com um teor de carbono de 0,25-0,5%, também pode cumprir os requisitos de corte após a normalização.
Para peças ligeiras fabricadas com este material tipo de açoA normalização pode também servir como tratamento térmico final.
A normalização do aço para ferramentas e do aço para chumaceiras com elevado teor de carbono tem por objetivo eliminar os carbonetos de rede na estrutura e preparar a estrutura para o recozimento esferoidizante.
Processo de tratamento térmico de peças de aço - Normalização
O tratamento térmico do aço é classificado em dois tipos principais: tratamento térmico em massa e tratamento térmico de superfície.
Os tratamentos térmicos em massa englobam processos como recozimento, normalização, têmpera e revenimento, enquanto os tratamentos térmicos de superfície incluem têmpera de superfície e tratamentos termoquímicos.
A normalização é um processo de tratamento térmico crítico em que os componentes de aço são aquecidos a uma temperatura 30-50°C acima do seu ponto crítico superior (Ac3 para os aços hipoeutectoides ou Acm para os aços hipereutectoides), mantidos a esta temperatura durante um período de tempo especificado para garantir a austenização completa e, em seguida, arrefecidos ao ar à temperatura ambiente.
Os principais objectivos da normalização são refinar a estrutura do grão, homogeneizar a microestrutura, eliminar as tensões internas e melhorar as propriedades mecânicas do aço. Este processo visa obter uma microestrutura próxima do equilíbrio, normalmente constituída por perlite fina e ferrite nos aços hipoeutectoides ou perlite e cementite nos aços hipereutectoides.
Em comparação com o recozimento, a normalização envolve uma taxa de arrefecimento ligeiramente mais rápida, resultando num ciclo de tratamento térmico global mais curto. Este arrefecimento acelerado conduz a uma estrutura de grão mais fino e a uma resistência e dureza ligeiramente superiores em comparação com o aço recozido.
Devido à sua eficiência e propriedades mecânicas favoráveis, a normalização é frequentemente preferida ao recozimento quando ambos os processos podem cumprir as especificações de desempenho exigidas. Os aços de médio e baixo carbono, particularmente os utilizados como matérias-primas para processamento posterior, são normalmente submetidos a tratamento térmico de normalização.
Em contraste, as peças em bruto de aço de liga geral recebem frequentemente um tratamento de recozimento. A normalização destes aços-liga pode resultar numa dureza mais elevada devido à taxa de arrefecimento mais rápida, o que pode impedir as operações de maquinagem subsequentes. A escolha entre normalização e recozimento para ligas de aço depende da composição específica da liga, da microestrutura desejada e da aplicação pretendida para o produto final.
O processo de tratamento térmico envolve o aquecimento da peça de trabalho a uma temperatura adequada, a manutenção desta temperatura durante um período de tempo e, em seguida, a sua remoção do forno para arrefecimento ao ar livre.
A diferença entre a normalização e o recozimento é que a taxa de arrefecimento da normalização é ligeiramente mais rápida do que a do recozimento, resultando numa estrutura mais fina na normalização do que no recozimento, melhorando assim as propriedades mecânicas.
Além disso, a normalização do arrefecimento fora do forno não ocupa equipamento, resultando numa taxa de produção mais elevada. Por conseguinte, a normalização é utilizada tanto quanto possível na produção para substituir o recozimento. As principais aplicações da normalização incluem:
1. Para o aço de baixo carbono, a dureza após a normalização é ligeiramente superior à do recozimento, com melhor tenacidade, servindo como pré-tratamento para o corte.
2. Para o aço de médio carbono, pode substituir o tratamento de têmpera como tratamento térmico final, ou servir como tratamento preparatório antes do endurecimento da superfície utilizando o aquecimento por indução.
3. Para o aço ferramenta, o aço para rolamentos e o aço cementado, pode reduzir ou inibir a formação de carbonetos líquidos, obtendo assim a boa estrutura necessária para o recozimento esferoidizante.
4. Para peças de aço fundido, pode refinar a estrutura como fundido e melhorar a maquinabilidade.
5. Para peças forjadas de grandes dimensões, pode servir como tratamento térmico final, evitando assim a maior tendência para a fissuração durante a têmpera.
6. Para o ferro dúctil, pode melhorar a dureza, a força e a resistência ao desgaste, tornando-o adequado para o fabrico de peças importantes de veículos, tractores, motores diesel, como cambotas e bielas.
A principal diferença entre o recozimento e a normalização reside na taxa de arrefecimento, com a normalização a ter uma taxa mais rápida, resultando numa estrutura de perlite mais fina. Assim, para o mesmo aço, a normalização produz maior resistência e dureza do que o recozimento.
A escolha entre recozimento e normalização deve ser baseada em situações específicas, considerando geralmente três aspectos:
1) Para melhorar a maquinabilidade, o aço de baixo carbono deve ser normalizado. O aço de médio carbono com um teor de carbono entre 0,25% e 0,45% pode ser recozido ou normalizado. Aço de alto carbono com um teor de carbono entre 0,45% e 0,77% devem ser totalmente recozidos, enquanto os aços hipereutectoides devem ser submetidos a um recozimento de esferoidização. (Aço estrutural de baixo e médio carbono - normalização, aço estrutural de médio e alto carbono - recozimento total, aço ferramenta ligado - recozimento esferoidizante)
2) Processabilidade do tratamento térmico; as peças de forma complexa, de grandes dimensões ou importantes devem ser recozidas. Uma vez que o recozimento arrefece lentamente, tensão interna é minimizado, e a peça de trabalho tem menos probabilidade de se deformar ou rachar. A normalização pode ser utilizada para peças em geral.
3) Custo de processamento; a normalização é menos dispendiosa do que o recozimento. Para reduzir os custos e melhorar a eficiência da produção, a normalização deve ser utilizada tanto quanto possível, garantindo a qualidade.
Tabela de processos de recozimento e endurecimento
| Nome do processo | Objetivo | Âmbito de aplicação | Nota |
| Recozimento total | (1) Aperfeiçoar a estrutura do grão. (2) Eliminar as Widmanstätten e as estruturas em banda. (3) Reduzir a dureza e aumentar a plasticidade para melhorar a maquinabilidade. (4) Atenuar as tensões internas. (5) No caso das peças fundidas, remover os grãos grosseiros para melhorar a resistência ao impacto, a plasticidade e a resistência. | (1) Para peças fundidas de pequena a média dimensão, peças forjadas e aço laminado a quente de aço hipoeutectoide. (2) Para o tratamento térmico preliminar do aço hipoeutectoide. | (1) A utilização em aço hiper-eutectoide não é aconselhável, uma vez que conduz à formação de carbonetos em forma de malha, reduzindo assim a tenacidade do material. (2) Para peças fundidas e forjadas de grandes dimensões, é utilizado o recozimento completo; no entanto, devido aos efeitos da tensão, podem ocorrer deformações e fissuras, o que exige um alívio imediato da tensão. |
| Recozimento incompleto | (1) Diminuir a dureza, aumentar a plasticidade e melhorar a maquinabilidade. (2) Eliminar as tensões internas. (3) Obter uma perlite esferoidizada. | (1) Os aços hiper-eutectoides, que apresentam uma estrutura de carbonetos não ligados em rede, são raramente utilizados para os aços hipo-eutectoides. (2) O tratamento pré-aquecimento é utilizado para os aços com elevado teor de carbono e para os aços para rolamentos. | Quando existem carbonetos de rede no aço hipereutectoide, este deve ser primeiro normalizado e depois sujeito a um recozimento incompleto. |
| Recozimento de esferoidização | (1) Obter perlite esferoidizada e eliminar estruturas de rede ligeiras no aço hipereutectoide. (2) Reduzir a dureza, aumentar a plasticidade e a tenacidade. (3) Melhorar a maquinabilidade. (4) Servir como tratamento térmico preparatório antes da têmpera. | Este processo é utilizado para melhorar a estrutura do aço-carbono para ferramentas, do aço-liga para ferramentas e do aço para rolamentos com um ωc superior a 0,65%. Melhora a sua maquinabilidade e prepara a estrutura para o tratamento térmico final, garantindo assim um desempenho superior. | O recozimento esferoidizante é um caso específico e uma progressão do recozimento incompleto. |
| Recozimento isotérmico | (1) O recozimento isotérmico resulta numa estrutura uniforme de perlite devido à decomposição a temperatura constante de austeniteespecialmente para peças com uma grande secção transversal. Isto conduz a propriedades mecânicas consistentes. (2) O recozimento isotérmico permite que o aço, que é difícil de transformar em perlite através dos métodos de recozimento convencionais, atinja uma estrutura perlítica. Este facto facilita a maquinagem e encurta o ciclo de produção. | (1) O recozimento isotérmico, amplamente adotado na produção devido à sua finalidade, é especialmente utilizado para o aço hipoeutectoide e o aço eutectoide. (2) O recozimento de ligas de aço é quase inteiramente substituído pelo recozimento isotérmico, por oposição ao recozimento completo tradicionalmente utilizado. | O tamanho do grão e a dureza obtidos a diferentes temperaturas isotérmicas variam. A temperaturas isotérmicas mais elevadas, o grão é mais grosseiro e a dureza é menor. Inversamente, a temperaturas mais baixas, o grão é mais fino e a dureza é mais elevada. |
| Recozimento por difusão | Eliminar a segregação dendrítica em lingotes e peças fundidas para unificar a composição e a estrutura, melhorando assim o desempenho e facilitando as operações de maquinagem. | (1) Utilizado principalmente para a fundição de lingotes e peças fundidas em grande escala. (2) Para peças forjadas de aço de alta liga, o recozimento por difusão é implementado para preparar a microestrutura para o tratamento térmico e maquinagem subsequentes. | Devido ao longo ciclo de produção e ao consumo substancial de eletricidade ou combustível no recozimento por difusão, as peças com requisitos menos rigorosos geralmente não são submetidas a este processo. |
| Recristalização Recozimento | (1) Os metais sujeitos a deformação a frio podem ser aliviados do endurecimento por trabalho através do recozimento de recristalização. Este processo elimina as tensões internas, reduz a dureza e aumenta a ductilidade, facilitando assim o processamento mecânico posterior. (2) Após o processamento a quente, devido ao arrefecimento rápido, a recristalização não está completa, resultando em tensão interna e dureza elevadas, necessitando de recozimento de recristalização. | (1) Utilizado para restaurar a estrutura e o desempenho antes da deformação a frio (por exemplo, laminagem a frio, estiramento a frio e perfuração a frio de peças), eliminando as tensões internas. (2) Implementado como uma operação intermédia na deformação a frio para facilitar o processamento posterior. | Quando as peças de aço sofrem deformações a frio irregulares ou são sujeitas a quantidades críticas de deformação aproximadamente entre 5% e 15%, a realização do recozimento de recristalização pode facilmente resultar numa estrutura de grão grosseiro. |
| Recozimento para alívio de tensões | (1) Eliminar as tensões internas e estabilizar as dimensões para reduzir a deformação durante a maquinagem e a utilização. (2) Dureza inferior para facilitar o corte e a maquinagem. | (1) Utilizado para peças fundidas e forjadas, tais como estruturas de camas, blocos de motor e caixas de transmissão. (2) Utilizado para aço de alta liga, principalmente para reduzir a dureza e melhorar a maquinabilidade. (3) Para peças de alta precisão, a fim de eliminar o estresse após a usinagem e estabilizar as dimensões, uma temperatura mais baixa (200-400 ℃) é mantida por um período prolongado. | (1) Para peças de grandes dimensões e quando a carga do forno é substancial, é conveniente prolongar o tempo de isolamento em conformidade. (2) Ao aliviar o estresse de peças fundidas padrão, para evitar uma redução na resistência devido à grafitização secundária, a temperatura de aquecimento não deve exceder 600 ℃. |
| Recozimento a alta temperatura | Elimina a boca branca e a cementite livre, decompõe a cementite para melhorar a maquinabilidade e aumenta a plasticidade e a tenacidade. | Utilizado para peças de ferro cinzento e ferro fundido dúctil (quando ocorre boca branca). | Geralmente, o ferro fundido maleável não é utilizado. |
| Recozimento de maleabilização | Ao provocar a decomposição da cementita, obtém-se grafite em flocos, o que aumenta significativamente a resistência e a plasticidade. | Utilizado para transformar ferro fundido branco em ferro fundido maleável. | Durante o processo de arrefecimento do recozimento, se o arrefecimento com ar ocorrer antes de atingir os 650°C, o material mantém uma boa tenacidade. No entanto, pode ocorrer fragilidade durante o arrefecimento do forno. |
| Recozimento de grafitização a alta temperatura | Eliminar a cementita livre na estrutura fundida, melhorar a maquinabilidade, reduzir a fragilidade e melhorar as propriedades mecânicas. | Normalmente utilizado para ferro fundido dúctil (quando uma certa quantidade de cementita livre provoca boca branca). | Durante o arrefecimento, a fragilidade aparece se a temperatura for gradualmente reduzida no intervalo de 600 a 400 graus Celsius. Por conseguinte, após a manutenção da temperatura de recozimento, o forno deve ser arrefecido até cerca de 600 graus Celsius e imediatamente removido para arrefecimento ao ar. |
| Recozimento de grafitização a baixa temperatura | Obter ferro dúctil com uma matriz ferrítica de elevada dureza. | Frequentemente utilizado para o ferro dúctil (quando apenas a perlite aparece na estrutura fundida, sem cementite livre). | Quando a presença de perlite não é permitida na estrutura de base, a duração da conservação do calor deve ser adequadamente alargada; caso contrário, pode ser ligeiramente reduzida. |
| Recozimento a baixa temperatura | Reduzem a fragilidade das peças fundidas, aumentam a maquinabilidade e melhoram a tenacidade. | Normalmente utilizado para ferro fundido cinzento e ferro dúctil (quando não aparece cementita, apenas perlita está presente). | Se a cementite livre estiver presente na estrutura fundida, o recozimento a alta temperatura é utilizado em vez deste processo de recozimento. |
| Normalização | (1) Aumentar a dureza do aço de baixo carbono para melhorar a sua maquinabilidade. (2) Aperfeiçoar a estrutura do grão (por exemplo, eliminar a estrutura Widmanstätten, as bandas, os grãos de ferrite de grandes dimensões e os carbonetos em rede) para preparar o tratamento térmico final. (3) Aliviar as tensões internas, melhorando o desempenho do aço de baixo carbono como pré-requisito para o tratamento térmico final. | (1) Utilizado principalmente para aço de baixo carbono, aço de médio carbono e aço de baixa liga. Aço de elevado teor de carbono e aço de elevada liga aço de liga de carbono não são normalmente utilizados, exceto quando existem carbonetos reticulados, uma vez que estes materiais sofrem transformação martensítica após a normalização. (2) Utilizada para a têmpera de peças de reparação, esta técnica atenua as tensões internas e afina a estrutura para evitar a deformação e a fissuração durante a reaquecimento. | Em comparação com o recozimento, a normalização tem um ciclo de produção mais curto e uma maior utilização do equipamento. Além disso, pode melhorar a propriedades mecânicas do aço. Por conseguinte, dependendo do material e dos requisitos técnicos, a normalização pode ser utilizada como substituto do recozimento em determinadas situações. |
| Normalização a alta temperatura | Melhorar a uniformidade dentro da estrutura, melhorar a maquinabilidade, aumentar a força, a dureza e a resistência ao desgaste, ou eliminar a boca branca e os carbonetos livres. | Utilizado principalmente para peças de ferro fundido dúctil que requerem elevada resistência e excelente resistência ao desgaste. | Quando a cementite livre está presente na estrutura fundida, a temperatura de recozimento deve ser fixada no limite superior. As peças fundidas com elevado teor de silício devem ser arrefecidas a um ritmo mais rápido para evitar a grafitização. |
| Normalização a baixa temperatura | Obtendo excelente resistência, tenacidade e ductilidade. | Utilizado principalmente para componentes de ferro fundido dúctil em que são necessárias elevada resistência e tenacidade, mas a exigência de resistência ao desgaste não é particularmente elevada. | Durante o processo de utilização de ferro-gusa local para fundir ferro dúctil, é difícil assegurar uma plasticidade e tenacidade adequadas devido ao elevado teor de enxofre e fósforo. A utilização de um recozimento a baixa temperatura pode compensar eficazmente a falta de plasticidade e tenacidade induzida por este problema. |
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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