Já alguma vez se perguntou como é que o aço pode ser incrivelmente forte e flexível? Esta publicação do blogue irá revelar o fascinante mundo da têmpera, um processo de tratamento térmico crucial na engenharia mecânica. Ficará a conhecer vários métodos de têmpera e as suas aplicações únicas, proporcionando-lhe uma compreensão mais profunda da forma como as ferramentas e máquinas do dia a dia são criadas para um desempenho ótimo.
A têmpera é um processo de tratamento térmico crítico amplamente utilizado na metalurgia e na ciência dos materiais para melhorar as propriedades mecânicas de metais e ligas. No contexto do aço, a têmpera envolve um ciclo térmico controlado com precisão:
O principal objetivo da têmpera nos aços é formar martensite, uma solução sólida supersaturada de carbono no ferro com uma estrutura cristalina tetragonal centrada no corpo (BCT). Isto resulta num aumento significativo da dureza e da resistência. Em alguns casos, a têmpera pode ser concebida para produzir bainite através de tratamentos isotérmicos próximos da temperatura de início da martensite (Ms).
É importante notar que a têmpera não se limita às ligas ferrosas. O termo também engloba processos de tratamento térmico para outros materiais:
Os parâmetros específicos de têmpera, incluindo a temperatura de aquecimento, o tempo de retenção, a taxa de arrefecimento e a seleção do agente de têmpera, são cuidadosamente adaptados à composição do material e às propriedades finais pretendidas. Os processos de têmpera modernos utilizam frequentemente sistemas controlados por computador e agentes de têmpera avançados para otimizar o desempenho e minimizar a distorção.
A têmpera é um método de tratamento térmico que consiste em aquecer o aço acima da sua temperatura crítica, mantê-lo durante um determinado período e, em seguida, arrefecê-lo a uma velocidade superior à velocidade crítica de arrefecimento para obter uma estrutura desequilibrada predominantemente martensítica (embora também se possa obter bainite ou uma austenite monofásica, conforme necessário).
A têmpera é o método mais amplamente aplicado nos processos de tratamento térmico do aço.
Existem cerca de quatro processos básicos no tratamento térmico do aço: recozimento, normalização, têmpera e revenimento.
Recozimento
Isto envolve o aquecimento da peça de trabalho a uma temperatura adequada, mantendo-a durante um período de tempo dependente do material e do tamanho da peça de trabalho e, em seguida, arrefecendo-a lentamente (taxa de arrefecimento mais lenta). O objetivo é levar a estrutura interna do metal ao equilíbrio ou próximo dele, obtendo-se um bom desempenho do processo e da utilização, ou preparando a estrutura para uma posterior têmpera.
Normalização
Depois de aquecer a peça de trabalho a uma temperatura adequada, esta é arrefecida ao ar. O efeito da normalização é semelhante ao recozimentomas produz uma estrutura mais fina. É normalmente utilizado para melhorar o desempenho de corte dos materiais e, por vezes, é utilizado como tratamento térmico final para peças com requisitos menos exigentes.
Têmpera
Para reduzir a fragilidade das peças de aço, as que foram temperadas são mantidas a uma temperatura superior à temperatura ambiente, mas abaixo de 710 ℃ por um período prolongado antes do resfriamento. Este processo é conhecido como têmpera.
Resfriamento
Este é um processo de tratamento térmico que envolve o aquecimento da peça de trabalho para a austenitizar e, em seguida, o arrefecimento de uma forma adequada para obter uma estrutura de martensite ou bainite. Os métodos mais comuns incluem a têmpera em água, têmpera em óleoe têmpera ao ar.
O recozimento, a normalização, a têmpera e o revenido são os "quatro fogos" do tratamento térmico integral. Têmpera e revenimento estão intimamente relacionados, sendo frequentemente utilizados em conjunto, e ambos são indispensáveis.
Existem dez métodos de arrefecimento no processo de tratamento térmico, que são:
Neste processo, a peça de trabalho é aquecida até à temperatura de têmpera e, em seguida, é rapidamente arrefecida por imersão num meio de têmpera. Este é o método de têmpera mais simples e é normalmente utilizado para aço-carbono de forma simples e liga de aço peças de trabalho. A escolha do meio de têmpera baseia-se em factores como o coeficiente de transferência de calor, a temperabilidade, o tamanho e a forma das peças.
Fig. 1 Têmpera num único meio (água, óleo, ar)
No processo de tratamento térmico, a peça de trabalho que foi aquecida até à temperatura de têmpera é arrefecida rapidamente até ao ponto próximo do início da martensite (MS) num meio de arrefecimento forte. A peça de trabalho é depois arrefecida lentamente até à temperatura ambiente num meio de arrefecimento mais lento, o que cria uma gama de diferentes temperaturas de têmpera e taxas de arrefecimento ideais.
Este método é utilizado para peças com formas complexas ou peças de trabalho de grandes dimensões feitas de aço com elevado teor de carbono, aço-liga e aço-carbono para ferramentas. Os meios de arrefecimento comuns incluem água-óleo, água-nitrato, água-ar e óleo-ar. A água é normalmente utilizada como um meio de arrefecimento rápido, enquanto o óleo ou o ar são utilizados como um meio de arrefecimento mais lento. O ar é utilizado com menos frequência.
O aço é austenitizado e, em seguida, é imerso no meio líquido (banho de sal ou banho alcalino) com uma temperatura ligeiramente superior ou inferior ao ponto de martensite superior do aço durante um período de tempo específico. O aço é então retirado para arrefecimento ao ar, e o aço sub-arrefecido austenite transforma-se lentamente em martensite.
Este método é geralmente utilizado para pequenas peças de trabalho com formas complexas e requisitos de deformação rigorosos. As ferramentas e matrizes de aço de alta velocidade e de aço de alta liga também são normalmente temperadas com este método.
A peça de trabalho é arrefecida rapidamente no banho quando a temperatura do banho é inferior ao ponto MS (martensite start) e superior ao ponto MF (martensite finish). Isto resulta no mesmo resultado que a utilização de um tamanho de banho maior.
Este método é normalmente utilizado para peças de aço de baixa temperabilidade de grandes dimensões.
A peça de trabalho é temperada num banho com uma temperatura de bainite inferior para tratamento isotérmico, causando a formação de bainite inferior. Este processo é normalmente efectuado mantendo a peça de trabalho no banho durante 30 a 60 minutos.
O processo de arrefecimento isotérmico da bainite consiste em três etapas:
Este método é normalmente utilizado para peças de pequenas dimensões feitas de ligas de aço e de aço com elevado teor de carbono, bem como de aço dúctil peças fundidas de ferro.
A martensite com uma fração volumétrica de 10% a 30% é obtida por têmpera da peça de trabalho abaixo do ponto MS, seguida de um tratamento isotérmico na região de bainite inferior.
Este método é normalmente utilizado para peças de aço de liga para ferramentas.
Este método de arrefecimento é também designado por austemperização por etapas. O processo envolve primeiro o arrefecimento das peças num banho com uma temperatura mais baixa (acima de MS) e depois a sua transferência para um banho com uma temperatura mais elevada para sofrer a transformação isotérmica de austenite.
Este método é adequado para peças de aço com baixa temperabilidade ou de grandes dimensões, bem como para peças que têm de ser austemperadas.
No processo de têmpera isotérmica pré-arrefecida, as peças são pré-arrefecidas a uma temperatura ligeiramente superior a Ar3 ou Ar1 utilizando ar, água quente ou um banho de sal. Em seguida, é efectuada a têmpera de meio único.
Este método é frequentemente utilizado para peças com formas complexas, diferenças significativas de espessura e requisitos mínimos de deformação.
O processo de têmpera e autotêmpera envolve o aquecimento de todas as peças de trabalho, mas apenas a imersão das peças a serem endurecidas (geralmente as peças de trabalho) num líquido de têmpera para arrefecimento durante a têmpera.
Assim que o brilho das peças não imersas desaparece, o processo de arrefecimento é imediatamente removido para arrefecimento a ar.
Este método permite a transferência de calor do centro para a superfície para a temperar e é normalmente utilizado para ferramentas que têm de suportar impactos, como cinzéis, punções, martelos, etc.
O método de arrefecimento por pulverização de água sobre a peça de trabalho pode ser ajustado em termos de caudal de água, dependendo da profundidade de arrefecimento desejada. O arrefecimento por jato evita a formação de uma película de vapor na superfície da peça de trabalho, o que resulta numa camada endurecida mais profunda em comparação com o arrefecimento normal. arrefecimento com água.
Este método é utilizado principalmente para o arrefecimento localizado de superfícies.
O principal objetivo da têmpera é induzir uma transformação de fase no aço, convertendo a austenite sobrearrefecida em martensite ou bainite. Esta transformação resulta numa microestrutura que melhora significativamente as propriedades mecânicas do material. A têmpera, seguida de um revenido controlado a temperaturas específicas, permite uma adaptação precisa das propriedades do aço, incluindo maior dureza, resistência ao desgaste, resistência à fadiga e tenacidade. Esta versatilidade permite que os fabricantes satisfaçam os diversos requisitos de vários componentes mecânicos e ferramentas em todas as indústrias.
A têmpera é um processo de tratamento térmico crítico que envolve o aquecimento de uma peça metálica a uma temperatura de austenitização específica, mantendo-a durante um tempo predeterminado para garantir a transformação completa da fase e, em seguida, arrefecendo-a rapidamente num meio de têmpera. A escolha do meio de arrefecimento - como salmoura, água, soluções de polímeros, óleos minerais ou mesmo ar forçado - depende da taxa de arrefecimento desejada e da composição específica da liga. Cada meio oferece caraterísticas de arrefecimento diferentes, permitindo aos metalúrgicos controlar a evolução microestrutural e as propriedades resultantes.
O arrefecimento rápido durante a têmpera cria uma solução sólida supersaturada, aprisionando átomos de carbono na estrutura do ferro e formando a fase metaestável da martensite. Esta estrutura martensítica é caracterizada por uma dureza e resistência ao desgaste extremamente elevadas, mas pode ser frágil. Os processos de têmpera subsequentes são frequentemente utilizados para otimizar o equilíbrio entre resistência, tenacidade e ductilidade, adaptando as propriedades do material aos requisitos específicos da aplicação.
Para além da melhoria das propriedades mecânicas, a têmpera desempenha um papel crucial no desenvolvimento de propriedades físicas e químicas específicas em aços especiais. Por exemplo, pode melhorar significativamente as propriedades ferromagnéticas dos aços magnéticos permanentes, aumentar a resistência à corrosão dos aços inoxidáveis e modificar as propriedades eléctricas dos aços ao silício utilizados nos núcleos dos transformadores.
O processo de arrefecimento é particularmente crítico para os aços devido à sua natureza alotrópica e à capacidade de formar várias microestruturas com base nas taxas de arrefecimento. Quando o aço é aquecido acima da sua temperatura crítica (normalmente na gama de 723-912°C, dependendo da composição), a sua estrutura à temperatura ambiente transforma-se em austenite. O arrefecimento rápido subsequente impede a formação dependente da difusão de ferrite e perlite, forçando a austenite cúbica de face centrada (FCC) a transformar-se em martensite tetragonal de corpo centrado (BCT) através de um mecanismo de cisalhamento sem difusão.
No entanto, o arrefecimento rápido inerente à têmpera introduz tensões térmicas significativas na peça de trabalho. Estas tensões, se não forem corretamente geridas, podem levar à distorção, deformação ou mesmo fissuração do componente. Para mitigar estes riscos, os metalúrgicos empregam várias técnicas, como a têmpera interrompida, a têmpera selectiva ou a utilização de agentes de têmpera especializados com caraterísticas de arrefecimento controladas.
Os processos de arrefecimento podem ser classificados em termos gerais com base no método de arrefecimento utilizado:
A seleção do processo e dos parâmetros de têmpera adequados é crucial para obter a microestrutura e as propriedades desejadas, minimizando o risco de defeitos relacionados com a têmpera. As técnicas avançadas de têmpera, como a têmpera intensiva ou os tratamentos criogénicos, continuam a evoluir, oferecendo novas possibilidades para melhorar o desempenho dos materiais em aplicações exigentes.
O processo de arrefecimento inclui três fases: aquecimento, manutenção e arrefecimento. Aqui, são introduzidos os princípios para a seleção dos parâmetros do processo para estas três fases, utilizando a têmpera do aço como exemplo.
Temperatura de aquecimento de arrefecimento
Com base no ponto crítico de transformação de fase no aço, o aquecimento durante a têmpera tem como objetivo formar grãos austeníticos finos e uniformes, obtendo uma estrutura martensítica fina após a têmpera.
A gama de temperaturas de aquecimento de têmpera para o aço-carbono é apresentada na figura "Temperatura de aquecimento de têmpera". O princípio para selecionar a temperatura de têmpera mostrada nesta figura também se aplica à maioria dos aços de liga, especialmente aços de baixa liga. A temperatura de aquecimento para o aço hipoeutectoide é 30-50 ℃ acima da temperatura Ac3.
| Grau chinês | Ponto crítico /℃ | Temperatura de arrefecimento /℃ | |
| Ael | Aes(Acm) | ||
| 20 | 735 | 855 | 890~910 |
| 45 | 724 | 780 | 830~860 |
| 60 | 727 | 760 | 780~830 |
| T8 | 730 | 750 | 760~800 |
| T12 | 730 | 820 | 770~810 |
| 40Cr | 743 | 782 | 830~860 |
| 60Si2Mn | 755 | 810 | 860~880 |
| 9CrSi | 770 | 870 | 850~870 |
| 5CrNiMo | 710 | 760 | 830~860 |
| 3Cr2W8V | 810 | 1100 | 1070~1130 |
| GCr15 | 745 | 900 | 820~850 |
| Cr12MoV | 810 | / | 980~1150 |
| W6Mo5Cr4V2 | 830 | / | 1225~1235 |
A partir da figura "Temperatura de aquecimento de têmpera", podemos ver que o estado do aço a alta temperatura se encontra na região da austenite monofásica (A), pelo que se designa por têmpera completa. Se a temperatura de aquecimento do aço hipoeutectoide for superior à temperatura Ac1 e inferior à temperatura Ac3, então a austenite monofásica existente ferrite proeutectoide não é completamente transformado em austenita em alta temperatura, que é a têmpera incompleta (ou subcrítica). A temperatura de têmpera do aço hipereutectoide é 30-50 ℃ acima da temperatura Ac1, esta faixa de temperatura está na região de fase dupla de austenita e cementita (A + C).
Por conseguinte, a têmpera normal do aço hipereutectoide ainda pertence à têmpera incompleta, e a estrutura obtida após a têmpera é a martensite distribuída na matriz de cementite. Esta estrutura tem elevada dureza e elevada resistência ao desgaste. No caso do aço hipereutectoide, se a temperatura de aquecimento for demasiado elevada, a cementite proeutectoide dissolve-se em demasia, ou mesmo completamente, e os grãos de austenite crescem, e a teor de carbono de austenite também aumenta.
Após a têmpera, a grande estrutura de martensite aumenta a tensão interna nas micro-regiões do aço temperado, aumenta o número de microfissuras e aumenta a tendência da peça para se deformar e fissurar. Como a concentração de carbono na austenite é elevada, o ponto de martensite diminui, a quantidade de austenite retida aumenta e a dureza e a resistência ao desgaste da peça de trabalho diminuem. A temperatura de têmpera dos aços mais utilizados é mostrada na figura "Temperatura de aquecimento de têmpera", e a tabela mostra a temperatura de aquecimento de têmpera dos aços mais utilizados.
Na produção efectiva, a escolha da temperatura de aquecimento tem de ser ajustada de acordo com condições específicas. Por exemplo, quando o teor de carbono no aço hipoeutectoide está no limite inferior, quando a carga do forno é grande e quando se pretende aumentar a profundidade da camada de endurecimento por têmpera da peça, pode ser escolhida a temperatura limite superior; se a forma da peça for complicada e os requisitos de deformação forem rigorosos, deve ser adoptada a temperatura limite inferior.
Suporte de arrefecimento
O tempo de espera da têmpera é determinado por vários factores, como o modo de aquecimento do equipamento, a dimensão da peça, a composição do aço, a quantidade de carga do forno e a potência do equipamento. No caso do endurecimento por penetração, o objetivo da retenção é fazer convergir uniformemente a temperatura interna da peça de trabalho.
Para todos os tipos de têmpera, o tempo de retenção depende, em última análise, da obtenção de uma boa estrutura de aquecimento de têmpera na área de têmpera necessária. O aquecimento e a manutenção são passos importantes que afectam a qualidade da têmpera. O estado da estrutura obtida pela austenitização afecta diretamente o desempenho após a têmpera. O tamanho do grão de austenite das peças de aço em geral é controlado em 5-8 níveis.
| Grau de aço | Temperatura isotérmica /℃ | Tempo isotérmico /min | Grau | Temperatura isotérmica /℃ | Tempo isotérmico /min |
| 65 | 280-350 | 10-20 | GCr9 | 210~230 | 25-45 |
| 65Mn | 270-350 | 10-20 | 9SiCr | 260-280 | 30-45 |
| 55Si2 | 300-360 | 10-20 | Cr12MoV | 260-280 | 30-60 |
| 60Si2 | 270-340 | 20-30 | 3Cr2W8 | 280-300 | 30-40 |
| T12 | 210~220 | 25-45 |
Arrefecimento por arrefecimento
Para que a fase de alta temperatura do aço - austenite - se transforme na fase metaestável de baixa temperatura - martensite - durante o processo de arrefecimento, a velocidade de arrefecimento deve ser superior à velocidade crítica de arrefecimento do aço. Durante o processo de arrefecimento da peça de trabalho, existe uma certa diferença entre a velocidade de arrefecimento da superfície e do núcleo. Se esta diferença for suficientemente grande, pode fazer com que a peça com uma velocidade de arrefecimento superior à taxa de arrefecimento crítica para se transformar em martensite, enquanto o núcleo que é inferior à taxa de arrefecimento crítica não pode transformar-se em martensite.
Para garantir que toda a secção transversal se transforma em martensite, é necessário selecionar um meio de têmpera com capacidade de arrefecimento suficiente para garantir que o núcleo da peça de trabalho tem uma velocidade de arrefecimento suficientemente elevada. No entanto, se a velocidade de arrefecimento for elevada, a tensão interna causada pela expansão e contração térmicas irregulares no interior da peça de trabalho pode provocar a deformação ou fissuração da peça de trabalho. Por conseguinte, tendo em conta os dois factores contraditórios acima referidos, é importante escolher razoavelmente o meio de têmpera e o método de arrefecimento.
A fase de arrefecimento não tem apenas a ver com a obtenção de uma estrutura razoável para as peças, atingindo o desempenho necessário, mas também com a manutenção da precisão do tamanho e da forma das peças. É um elo fundamental no processo de arrefecimento.
Dureza da peça de trabalho
A dureza da peça de trabalho temperada afecta o efeito da têmpera. A dureza da peça de trabalho temperada é geralmente determinada pelo seu valor HRC medido por um aparelho de teste de dureza Rockwell. O valor HRA pode ser medido para placas de aço duro finas e peças de trabalho temperadas à superfície, enquanto que para placas de aço temperadas com uma espessura inferior a 0,8 mm, peças de trabalho temperadas à superfície com uma camada superficial e peças de trabalho temperadas barras de aço com um diâmetro inferior a 5 mm, pode ser utilizado um medidor de dureza Rockwell superficial para medir os seus valores HRC.
Quando soldadura de aço-carbono e certos aços-liga, a têmpera pode ocorrer na zona afetada pelo calor e tornar-se dura, o que é propenso a fissuração a frio. Isto é algo a evitar durante o processo de soldadura.
Devido à dureza e fragilidade do metal após a têmpera, a tensão residual gerada na superfície pode causar fissuras frias. A têmpera pode ser utilizada como um dos métodos para eliminar as fissuras a frio sem afetar a dureza.
A têmpera é mais adequada para utilização em peças de pequena espessura e diâmetro. Para peças maiores, a profundidade de têmpera não é suficiente, e a cementação tem o mesmo problema. Nesta altura, considere adicionar ligas como o crómio ao aço para aumentar a resistência.
A têmpera é um dos meios básicos para reforçar os materiais de aço. A martensite no aço é a fase mais dura das estruturas de solução sólida à base de ferro, pelo que as peças de aço podem obter elevada dureza e elevada resistência por têmpera. No entanto, a martensite é muito frágil e existe uma grande tensão interna de têmpera no interior do aço após a têmpera, pelo que não é adequada para aplicação direta e tem de ser temperada.
Têmpera de meio único: A peça de trabalho é arrefecida num meio, como água ou óleo. As vantagens são a operação simples, a mecanização fácil e a aplicação alargada. A desvantagem é que o arrefecimento em água provoca grandes tensões, tornando a peça de trabalho propensa a deformações e fissuras; o arrefecimento em óleo tem uma taxa de arrefecimento lenta, um diâmetro de arrefecimento pequeno e é difícil arrefecer peças de trabalho grandes.
Dupla têmpera média: A peça de trabalho é primeiro arrefecida até cerca de 300℃ num meio com forte capacidade de arrefecimento, e depois arrefecida num meio com capacidade de arrefecimento mais fraca. Este método pode efetivamente reduzir o estresse interno devido à transformação martensítica e reduzir a tendência de deformação e rachaduras da peça de trabalho.
Têmpera em fase: A peça é temperada num banho de sal ou num banho alcalino a baixa temperatura, com uma temperatura próxima do ponto Ms. A peça de trabalho permanece a esta temperatura durante 2-5 minutos e depois é arrefecida ao ar.
Têmpera isotérmica: A peça de trabalho é temperada num banho de sal isotérmico, a temperatura do banho de sal está na parte inferior da zona de bainite (ligeiramente superior à Ms). A peça de trabalho permanece à mesma temperatura durante um longo período de tempo até que a transformação da bainite esteja completa, e depois é arrefecida ao ar.
Têmpera de superfície: A têmpera superficial é um método de têmpera parcial da camada superficial de uma peça de aço até uma determinada profundidade, enquanto o núcleo permanece sem têmpera.
Endurecimento por indução: O aquecimento por indução utiliza a indução electromagnética para gerar correntes de Foucault na peça a aquecer.
Têmpera criogénica: Isto envolve a imersão numa solução de água gelada com forte capacidade de arrefecimento como meio de arrefecimento.
Têmpera parcial: Isto envolve a têmpera apenas das partes da peça de trabalho que precisam de ser endurecidas.
Arrefecimento por arrefecimento a gás: Refere-se especificamente ao aquecimento no vácuo e ao arrefecimento num gás neutro e inerte de alta pressão ou de pressão normal ou de alta pressão que circula a alta velocidade.
Têmpera por arrefecimento a ar: Isto envolve a utilização de ar de fluxo forçado ou ar comprimido como meio de arrefecimento para a têmpera.
Têmpera em salmoura: Isto implica a utilização de uma solução de água salgada como meio de arrefecimento para a têmpera.
Dissipação de calor em solução orgânica: Isto envolve a utilização de uma solução aquosa de polímero orgânico como meio de arrefecimento para arrefecimento.
Resfriamento por pulverização: Isto implica a utilização de um fluxo de jato de líquido como meio de arrefecimento para a têmpera.
Banho quente Arrefecimento: Isto envolve o arrefecimento da peça de trabalho num banho quente, como sal fundido, álcali fundido, metal fundido ou óleo a alta temperatura.
Têmpera de duplo líquido: Após o aquecimento da peça de trabalho para formar austenite, esta é primeiro imersa num meio com forte capacidade de arrefecimento e, quando a organização está prestes a sofrer uma transformação martensítica, é imediatamente transferida para um meio com fraca capacidade de arrefecimento para arrefecimento.
Têmpera pressurizada: Depois de aquecer a peça de trabalho para formar austenite, esta é temperada sob condições de fixação específicas fixaçãocom o objetivo de reduzir a distorção do arrefecimento por têmpera.
Através do endurecimento: Isto implica a têmpera da peça de trabalho desde a superfície até ao centro.
Têmpera isotérmica: A peça de trabalho é rapidamente arrefecida até ao intervalo de temperatura de transformação da bainite para manter a isotermalidade após o aquecimento para formar austenite, permitindo que a austenite se transforme em bainite.
Têmpera em fase: Depois de aquecer a peça de trabalho para formar austenite, é imersa num banho alcalino ou num banho de sal com uma temperatura ligeiramente superior ou inferior ao ponto M1 durante um certo tempo e, depois de toda a peça de trabalho atingir a temperatura média, é retirada para arrefecimento ao ar para obter martensite.
Têmpera a baixa temperatura: As peças de aço hipoeutectoide são temperadas depois de serem austenitizadas na gama de temperaturas Ac1-Ac3 para obter estruturas de martensite e ferrite.
Têmpera direta: Isto envolve a têmpera direta da peça de trabalho após a cementação.
Duplo arrefecimento: Após a cementação da peça de trabalho, esta é primeiro austenitizada a uma temperatura superior a Ac3 e depois temperada para refinar a estrutura do núcleo. Em seguida, é austenitizada a uma temperatura ligeiramente superior a Ac3 para refinar a estrutura da camada cementada.
Têmpera por arrefecimento automático: Depois de a peça de trabalho ser rapidamente aquecida para austenitizar localmente ou na superfície, o calor da área de aquecimento espalha-se sozinho para a área não aquecida, fazendo com que a área austenitizada arrefeça rapidamente.
A têmpera é um processo crítico de tratamento térmico amplamente utilizado no fabrico mecânico moderno. Praticamente todos os componentes cruciais da maquinaria, particularmente as peças de aço utilizadas em automóveis, aviões e aplicações aeroespaciais, são submetidos a têmpera para melhorar as suas propriedades mecânicas. Para satisfazer os diversos requisitos técnicos de vários componentes, foram desenvolvidos numerosos processos de têmpera especializados.
Os métodos de arrefecimento podem ser classificados com base em vários factores:
1. Zona de tratamento:
2. Transformação de fases durante o aquecimento:
3. Transformação de fases durante o arrefecimento:
Cada método de têmpera tem caraterísticas e limitações específicas, tornando-os adequados para aplicações particulares. Entre estes, a têmpera superficial por aquecimento por indução e a têmpera por chama são os mais utilizados. Os métodos emergentes de extinção por aquecimento de alta densidade de energia, como o aquecimento por feixe de laser e feixe de electrões, estão a ganhar rapidamente atenção devido às suas capacidades únicas e controlo de precisão.
A têmpera superficial é amplamente aplicada em componentes de máquinas fabricados em aço temperado de médio carbono ou ferro dúctil. Este processo é particularmente eficaz para o aço temperado de médio carbono, uma vez que permite a manutenção de elevadas propriedades mecânicas globais no núcleo, ao mesmo tempo que se obtém uma dureza superficial superior (>HRC 50) e resistência ao desgaste. As aplicações comuns incluem fusos de máquinas-ferramentas, engrenagens, cambotas de motores diesel e árvores de cames.
O princípio da têmpera superficial também pode ser aplicado a vários materiais à base de ferro com composições semelhantes ao aço de médio carbono, tais como:
Entre estes, o ferro fundido dúctil apresenta o melhor desempenho de processo e elevadas propriedades mecânicas globais, tornando-o o material mais utilizado para aplicações de têmpera superficial.
Para os aços com elevado teor de carbono, a têmpera superficial melhora significativamente a dureza da superfície e a resistência ao desgaste. No entanto, a plasticidade e a tenacidade do núcleo permanecem relativamente baixas. Consequentemente, a têmpera superficial do aço com elevado teor de carbono é utilizada principalmente para ferramentas, instrumentos de medição e rolos elevados endurecidos a frio que sofrem um impacto mínimo e cargas alternadas.
Os aços com baixo teor de carbono, por outro lado, apresentam efeitos de reforço mínimos após a têmpera superficial, pelo que raramente são submetidos a este tratamento.
A seleção de um método e material de têmpera adequados depende dos requisitos específicos do componente, incluindo propriedades mecânicas, resistência ao desgaste e condições de funcionamento. Os avanços nas tecnologias de têmpera continuam a alargar as possibilidades de melhorar as propriedades dos materiais em várias aplicações industriais.
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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