Você já se perguntou 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. Você aprenderá como essas técnicas melhoram as propriedades do metal, tornando-as cruciais na fabricação.
O recozimento é um processo crítico de tratamento térmico na metalurgia que envolve um ciclo térmico cuidadosamente controlado. O processo consiste em três estágios principais: aquecimento lento do metal até uma temperatura específica (normalmente acima da temperatura de recristalização), manutenção dessa temperatura por um período predeterminado (imersão) e resfriamento a uma taxa controlada.
Os principais objetivos do recozimento são multifacetados. Ele reduz a dureza e aumenta a ductilidade, melhorando, assim, a usinabilidade e a conformabilidade. Esse processo é fundamental para eliminar as tensões residuais que podem ter se acumulado durante as operações de fabricação anteriores, como a conformação ou a soldagem. O recozimento também desempenha um papel fundamental na estabilização dimensional, minimizando a deformação e reduzindo a tendência de rachaduras no processamento subsequente ou durante o serviço.
Em nível microestrutural, o recozimento refina a estrutura de grãos por meio de mecanismos de recristalização e crescimento de grãos. Ele ajusta a microestrutura do metal promovendo transformações de fase, homogeneizando a composição e eliminando defeitos estruturais, como deslocamentos e vacâncias. Essas 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 resfriamento, são adaptados ao metal ou liga em particular e às propriedades finais desejadas. Por exemplo, o recozimento total, a normalização e o recozimento para alívio de tensões são variações do processo, cada uma delas projetada para alcançar resultados específicos em diferentes materiais e aplicações.
O recozimento é um processo crítico de tratamento térmico em metalurgia que envolve o aquecimento cuidadoso de um metal a uma temperatura específica, mantendo-a por uma duração predeterminada e, em seguida, resfriando-o a uma taxa controlada. Normalmente, essa taxa é lenta, mas pode ser regulada com precisão, dependendo do resultado desejado. O processo é fundamental para alterar a microestrutura e as propriedades de metais e ligas.
Os principais objetivos do recozimento são multifacetados:
Existem vários tipos de processos de recozimento, cada um adaptado para obter resultados metalúrgicos específicos:
Na prática, o recozimento pode tratar de desafios metalúrgicos específicos:
1) Para reduzir a dureza e melhorar a usinabilidade, aprimorando os processos de fabricação subsequentes e a vida útil da ferramenta;
2) Para atenuar as tensões residuais, estabilizar as dimensões e diminuir as tendências de deformação e rachaduras, melhorando, assim, a integridade estrutural geral e o desempenho do componente;
3) Para refinar as estruturas de grãos, ajustar a microestrutura e eliminar defeitos estruturais, o que leva a melhores propriedades mecânicas e homogeneidade do material.
Na produção industrial, os processos de recozimento são amplamente utilizados em várias aplicações de metalurgia. 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 fabricação subsequentes e o desempenho do uso 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 de 30 a 50°C acima de Ac3 ou Accm, mantida por um determinado período e, em seguida, removida do forno para esfriar ao ar ou por meio de spray de água, névoa ou sopro de ar.
Sua finalidade é refinar o tamanho do grão e homogeneizar a distribuição de carboneto. A normalização difere do recozimento pelo fato de a taxa de resfriamento durante a normalização ser ligeiramente mais rápida do que durante o recozimento, resultando em uma estrutura de normalização mais fina e propriedades mecânicas aprimoradas.
Além disso, a normalização por meio do resfriamento fora do forno não ocupa o equipamento e, portanto, tem uma taxa de produção mais alta. Portanto, a normalização é usada tanto quanto possível na produção para substituir o recozimento.
1) Para o aço de baixo carbono, a dureza após a normalização é ligeiramente maior do que após o recozimento, e a resistência também é melhor, o que o torna adequado como pré-tratamento para usinagem.
2) Para aço de médio carbono, ele pode substituir a têmpera como tratamento térmico final e também servir como tratamento preparatório para endurecimento de superfícies conduzido por aquecimento indutivo.
3) Para aço para ferramentas, aço para rolamentose aço para cementação, ele pode reduzir ou suprimir a formação de carbonetos de rede, obtendo assim a estrutura ideal necessária para o recozimento esferoidizante.
4) Para peças de aço fundido, ele pode refinar a estrutura como fundido e melhorar a usinabilidade.
5) Para peças forjadas grandes, pode servir como um tratamento térmico final, evitando assim uma alta tendência a rachaduras durante o endurecimento.
6) Para o ferro fundido dúctil, ele melhora a dureza, a força e a resistência ao desgaste e é usado na fabricação de componentes importantes, como virabrequins e bielas em automóveis, tratores e motores a diesel.
7) No caso do 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 + cementita secundária, e é descontínua.
O processo de tratamento térmico do metal envolve o aquecimento da peça de trabalho a uma temperatura adequada (Ac3 ou ACcm mais 30-50°C) (consulte a microestrutura do aço) e, em seguida, o resfriamento ao ar após o isolamento. A normalização é usada principalmente para peças de aço.
O aço normalizado é semelhante ao aço recozido, mas esfria um pouco mais rápido e tem uma estrutura mais fina. Alguns aços com uma estrutura muito pequena taxa de resfriamento crítica pode transformar a austenita em martensita por meio do resfriamento ao ar, mas esse tratamento não é considerado normalização, mas sim têmpera por resfriamento ao ar.
Por outro lado, algumas peças de seção grande feitas de aço com uma taxa de resfriamento crítica maior não conseguem obter martensita mesmo se forem resfriados em água, e o efeito do resfriamento está próximo da normalização.
O dureza do aço após a normalização é maior do que a do recozimento.
Durante a normalização, não é necessário resfriar a peça de trabalho com o forno, como no recozimento, o que economiza tempo no forno, melhora a eficiência da produção e, portanto, é geralmente substituído pela normalização o máximo possível na produção.
Para o aço de baixo carbono com 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 usada para preparar o corte.
Para aço carbono médio com uma teor de carbono de 0,25-0,5%, ele também pode atender aos requisitos de corte após a normalização.
Para peças para serviços leves feitas com esse material tipo de açoA normalização também pode servir como o tratamento térmico final.
A normalização do aço para ferramentas e do aço para rolamentos com alto teor de carbono tem como objetivo eliminar a rede de carbonetos 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 abrangem 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 de 30 a 50 °C acima do ponto crítico superior (Ac3 para aços hipoeutetoides ou Acm para aços hipereutetoides), mantidos nessa temperatura por um período especificado para garantir a austenização completa e, em seguida, resfriados em ar parado à temperatura ambiente.
Os principais objetivos da normalização são refinar a estrutura de grãos, homogeneizar a microestrutura, eliminar tensões internas e melhorar as propriedades mecânicas do aço. Esse processo visa obter uma microestrutura próxima do equilíbrio, geralmente composta de perlita fina e ferrita em aços hipoeutectoides ou perlita e cementita em aços hipereutectoides.
Em comparação com o recozimento, a normalização envolve uma taxa de resfriamento um pouco mais rápida, resultando em um ciclo geral de tratamento térmico mais curto. Esse resfriamento acelerado leva a uma estrutura de grãos mais finos e a uma resistência e dureza ligeiramente maiores em comparação com o aço recozido.
Devido à sua eficiência e às propriedades mecânicas favoráveis, a normalização é geralmente preferida ao recozimento quando ambos os processos podem atender às especificações de desempenho exigidas. Os aços de médio e baixo carbono, especialmente aqueles usados como matéria-prima para processamento posterior, geralmente passam por tratamento térmico de normalização.
Por outro lado, os blanks de aço de liga geral geralmente recebem tratamento de recozimento. A normalização desses aços-liga pode resultar em maior dureza devido à taxa de resfriamento mais rápida, o que pode impedir as operações de usinagem subsequentes. A escolha entre normalização e recozimento para aços-liga 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 dessa temperatura por um período de tempo e a remoção da peça do forno para resfriamento ao ar livre.
A diferença entre a normalização e o recozimento é que a taxa de resfriamento da normalização é ligeiramente mais rápida do que a do recozimento, resultando em uma estrutura mais fina na normalização do que no recozimento, melhorando, assim, as propriedades mecânicas.
Além disso, a normalização do resfriamento fora do forno não ocupa o equipamento, resultando em uma taxa de produção mais alta. Portanto, a normalização é usada 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 aço de médio carbono, ele pode substituir o tratamento de têmpera como tratamento térmico final ou servir como tratamento preparatório antes do endurecimento da superfície usando aquecimento por indução.
3. Para aço ferramenta, aço para rolamentos e aço cementado, ele 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, ele pode refinar a estrutura como fundido e melhorar a usinabilidade.
5. No caso de peças forjadas grandes, ele pode servir como tratamento térmico final, evitando assim a maior tendência de rachaduras durante a têmpera.
6. Para o ferro dúctil, ele pode melhorar a dureza, a força e a resistência ao desgaste, tornando-o adequado para a fabricação de peças importantes de veículos, tratores e motores a diesel, como virabrequins e bielas.
A principal diferença entre o recozimento e a normalização está na taxa de resfriamento, sendo que a normalização tem uma taxa mais rápida, resultando em uma estrutura de perlita 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 se basear em situações específicas, geralmente considerando três aspectos:
1) Para melhorar a usinabilidade, o aço de baixo carbono deve ser normalizado. O aço de médio carbono com teor de carbono entre 0,25% e 0,45% pode ser recozido ou normalizado. Aço de alto carbono com teor de carbono entre 0,45% e 0,77% devem ser totalmente recozidos, enquanto o aço hipereutetóide deve ser submetido ao recozimento de esferoidização. (Aço estrutural de baixo e médio carbono - normalização, aço estrutural de médio e alto carbono - recozimento total, aço ferramenta de liga - recozimento esferoidizante)
2) Processabilidade do tratamento térmico; peças de formato complexo, de grande porte ou importantes devem ser recozidas. Como o recozimento esfria lentamente, estresse interno é minimizado, e a peça de trabalho tem menos probabilidade de se deformar ou rachar. A normalização pode ser usada para peças em geral.
3) Custo de processamento; a normalização é menos dispendiosa do que o recozimento. Para reduzir os custos e aumentar a eficiência da produção, a normalização deve ser usada o máximo possível, garantindo a qualidade.
Tabela de processos de recozimento e endurecimento
| Nome do processo | Objetivo | Escopo do aplicativo | Observação |
| Recozimento total | (1) Refinar a estrutura do grão. (2) Eliminar Widmanstätten e estruturas com faixas. (3) Reduzir a dureza e aumentar a plasticidade para melhorar a usinabilidade. (4) Reduzir o estresse interno. (5) Para peças fundidas, remova os grãos grossos para melhorar a resistência ao impacto, a plasticidade e a força. | (1) Para peças fundidas e forjadas de pequeno a médio porte e aço laminado a quente de aço hipoeutetóide. (2) Para o tratamento térmico preliminar de aço hipoeutectoide. | (1) O uso em aço hipereutetóide não é aconselhável, pois leva à formação de carbonetos em forma de malha, reduzindo assim a resistência do material. (2) Para peças fundidas e forjadas de grande porte, o recozimento total é empregado; no entanto, devido aos efeitos da tensão, podem ocorrer deformações e rachaduras, o que exige o alívio imediato da tensão. |
| Recozimento incompleto | (1) Diminuir a dureza, aumentar a plasticidade e melhorar a usinabilidade. (2) Eliminar o estresse interno. (3) Obter perlita esferoidizada. | (1) Os aços hipereutetóides, que apresentam uma estrutura de carboneto sem rede, raramente são usados para aços hipoeutetóides. (2) O tratamento pré-aquecido é empregado para aços com alto teor de carbono e aços para rolamentos. | Quando existem carbonetos de rede no aço hipereutetóide, ele deve ser normalizado primeiro e, em seguida, submetido a um recozimento incompleto. |
| Recozimento de esferoidização | (1) Obter perlita esferoidizada e eliminar estruturas de rede leves no aço hipereutetóide. (2) Reduzir a dureza, aumentar a plasticidade e a resistência. (3) Melhorar a usinabilidade. (4) Servir como tratamento térmico preparatório antes da têmpera. | Esse processo é empregado para melhorar a estrutura de aço carbono para ferramentas, aço liga para ferramentas e aço para rolamentos com um ωc maior que 0,65%. Ele aumenta a usinabilidade 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 uso do recozimento isotérmico resulta em uma estrutura uniforme de perlita devido à decomposição em temperatura constante de austenitaespecialmente para peças com uma grande seção transversal. Isso resulta em propriedades mecânicas consistentes. (2) O recozimento isotérmico permite que o aço, que é difícil de ser transformado em perlita por meio de métodos convencionais de recozimento, atinja uma estrutura de perlita. Isso facilita a usinagem e reduz o ciclo de produção. | (1) O recozimento isotérmico, amplamente adotado na produção devido à sua finalidade, é especialmente utilizado para aço hipoeutectoide e aço eutectoide. (2) O recozimento de ligas de aço é quase totalmente substituído pelo recozimento isotérmico, em oposição ao recozimento completo tradicionalmente usado. | O tamanho do grão e a dureza obtidos em diferentes temperaturas isotérmicas variam. Em temperaturas isotérmicas mais altas, o grão é mais grosso e a dureza é menor. Por outro lado, em temperaturas mais baixas, o grão é mais fino e a dureza é maior. |
| 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 usinagem. | (1) Usado principalmente para fundir 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 a usinagem 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 passam por esse processo. |
| Recristalização Recozimento | (1) Os metais submetidos à deformação a frio podem ser aliviados do endurecimento por trabalho por meio do recozimento de recristalização. Esse processo elimina a tensão interna, reduz a dureza e aumenta a ductilidade, facilitando assim o processamento mecânico posterior. (2) Após o processamento a quente, devido ao resfriamento rápido, a recristalização não é completa, o que resulta em alta tensão interna e dureza, exigindo o recozimento da recristalização. | (1) Utilizado para restaurar a estrutura e o desempenho antes da deformação a frio (por exemplo, laminação a frio, trefilação a frio e perfuração a frio de peças), eliminando o estresse interno. (2) Implementado como uma operação intermediária na deformação a frio para facilitar o processamento posterior. | Quando as peças de aço sofrem deformação a frio irregular ou são submetidas a quantidades críticas de deformação aproximadamente entre 5% e 15%, a realização do recozimento de recristalização pode facilmente resultar em uma estrutura de granulação grossa. |
| Recozimento para alívio de estresse | (1) Eliminar a tensão interna e estabilizar as dimensões para reduzir a deformação durante a usinagem e o uso. (2) Dureza mais baixa para facilitar o corte e a usinagem. | (1) Usado para peças fundidas e forjadas, como estruturas de camas, blocos de motor e carcaças de transmissão. (2) Usado para aço de alta liga, principalmente para reduzir a dureza e melhorar a usinabilidade. (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 grandes e quando a carga do forno for substancial, é apropriado estender o tempo de isolamento adequadamente. (2) Ao aliviar a tensão de peças fundidas padrão, para evitar a redução da resistência devido à grafitização secundária, a temperatura de aquecimento não deve exceder 600 ℃. |
| Recozimento em alta temperatura | Elimina a boca branca e a cementita livre, decompõe a cementita para melhorar a usinabilidade e aumenta a plasticidade e a resistência. | Usado para peças de ferro cinzento e ferro dúctil (quando ocorre boca branca). | Em geral, o ferro fundido maleável não é usado. |
| Recozimento de maleabilização | Ao provocar a decomposição da cementita, obtém-se grafite em flocos, o que aumenta significativamente a resistência e a plasticidade. | Usado para converter ferro fundido branco em ferro fundido maleável. | Durante o processo de resfriamento de recozimento, se o resfriamento a ar ocorrer antes de atingir 650°C, o material manterá uma boa tenacidade. No entanto, pode ocorrer fragilidade durante o resfriamento do forno. |
| Recozimento de grafitização em alta temperatura | Eliminar a cementita livre na estrutura como fundido, melhorar a usinabilidade, reduzir a fragilidade e melhorar as propriedades mecânicas. | Comumente usado para ferro dúctil (quando uma certa quantidade de cementita livre causa boca branca). | Durante o resfriamento, a fragilidade aparece se a temperatura for reduzida gradualmente na faixa de 600 a 400 graus Celsius. Portanto, depois que a temperatura de recozimento for mantida, o forno deve ser resfriado a aproximadamente 600 graus Celsius e imediatamente removido para resfriamento ao ar. |
| Recozimento de grafitização em baixa temperatura | Para obter ferro dúctil com uma matriz ferrítica de alta tenacidade. | Frequentemente usado para ferro dúctil (quando apenas a perlita aparece na estrutura fundida, sem cementita livre). | Quando a presença de perlita não é permitida na estrutura de base, a duração da preservação do calor deve ser estendida adequadamente; caso contrário, pode ser ligeiramente reduzida. |
| Recozimento em baixa temperatura | Reduzem a fragilidade das peças fundidas, aprimoram a usinabilidade e melhoram a resistência. | Comumente usado para ferro fundido cinzento e ferro dúctil (quando não há cementita, apenas perlita está presente). | Se houver cementita livre na estrutura fundida, o recozimento em alta temperatura é usado em vez desse processo de recozimento. |
| Normalização | (1) Aumentar a dureza do aço de baixo carbono para melhorar sua usinabilidade. (2) Refinar a estrutura de grãos (como eliminar a estrutura Widmanstätten, faixas, grandes grãos de ferrita e carbonetos em rede) para preparar o tratamento térmico final. (3) Aliviar o estresse interno, aumentando o desempenho do aço de baixo carbono como pré-requisito para o tratamento térmico final. | (1) Usado principalmente para aço de baixo carbono, aço de médio carbono e aço de baixa liga. Aço de alto carbono e aço de alta liga liga de aço carbono não são comumente utilizados, exceto quando há carbonetos reticulados, pois esses materiais sofrem transformação martensítica após a normalização. (2) Empregada para resfriamento de peças de reparo, essa técnica atenua a tensão interna e refina a estrutura para evitar deformação e rachaduras durante o resfriamento. | Em comparação com o recozimento, a normalização tem um ciclo de produção mais curto e maior utilização do equipamento. Além disso, ela pode melhorar a propriedades mecânicas do aço. Portanto, dependendo do material e dos requisitos técnicos, a normalização pode ser usada como substituto do recozimento em determinadas situações. |
| Normalização em alta temperatura | Aprimorando a uniformidade dentro da estrutura, melhorando a usinabilidade, aumentando a força, a dureza e a resistência ao desgaste, ou eliminando a boca branca e os carbonetos livres. | Usado principalmente para peças de ferro dúctil que exigem alta resistência e excelente resistência ao desgaste. | Quando houver cementita livre na estrutura fundida, a temperatura de recozimento deve ser definida no limite superior. As peças fundidas com alto teor de silício devem ser resfriadas em um ritmo mais rápido para evitar a grafitização. |
| Normalização em baixa temperatura | Com excelente resistência, tenacidade e ductilidade. | Usado principalmente para componentes de ferro dúctil em que são necessárias alta resistência e tenacidade, mas a demanda por resistência ao desgaste não é particularmente alta. | Durante o processo de utilização do ferro-gusa local para fundir ferro dúctil, é um desafio garantir a plasticidade e a tenacidade adequadas devido ao alto teor de enxofre e fósforo. O emprego de um recozimento de baixa temperatura pode compensar de forma eficaz a falta de plasticidade e resistência induzida por esse problema. |
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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