O que é Endurecimento por Precipitação – Endurecimento por Idade – Definição

Endurecimento de Metais

Na ciência dos materiais, a dureza é a capacidade de resistir à indentação da superfície (deformação plástica localizada) e arranhões. A dureza é provavelmente a propriedade do material menos definida porque pode indicar resistência a arranhões, resistência à abrasão, resistência à indentação ou mesmo resistência à modelagem ou deformação plástica localizada. A dureza é importante do ponto de vista da engenharia porque a resistência ao desgaste por fricção ou erosão por vapor, óleo e água geralmente aumenta com a dureza.

Endurecimento é um processo metalúrgico de usinagem usado para aumentar a dureza de um metal. A dureza de um metal é diretamente proporcional à tensão de escoamento uniaxial no local da deformação imposta. Para melhorar a dureza de um metal puro, podemos usar diferentes maneiras, que incluem:

• Método Hall-Petch
• Endurecimento por Solução Sólida (liga)
• Endurecimento por Trabalho (Trabalho a Frio)
• endurecimento por precipitação
• Fortalecimento da transformação
• Endurecimento por Dispersão
• Endurecimento de Superfície

Endurecimento por Precipitação – Endurecimento por Idade

Endurecimento por precipitação, também chamado de endurecimento por idade ou endurecimento de partículas, é uma técnica de tratamento térmico baseada na formação de partículas extremamente pequenas e uniformemente dispersas (precipitados) de uma segunda fase dentro da matriz de fase original para aumentar a resistência e a dureza de algumas ligas metálicas. Partículas de segunda fase apresentam outros tipos de obstáculos para o movimento de deslocamento, embora as partículas não sejam necessariamente átomos únicos. A presença de uma partícula de segunda fase representa uma distorção na rede da matriz. Portanto, os obstáculos que impedem o movimento da discordância são o campo de deformação em torno das partículas de segunda fase ou as próprias partículas de segunda fase ou ambos. O endurecimento por precipitação é usado para aumentar a resistência ao escoamento de materiais maleáveis, incluindo a maioria das ligas estruturais de alumínio, magnésio, níquel, titânio e alguns aços e aços inoxidáveis. Em superligas, é conhecido por causar anomalia no limite de escoamento, proporcionando excelente resistência em altas temperaturas.

As superligas à base de níquel incluem ligas reforçadas com solução sólida e ligas endurecíveis por envelhecimento. As ligas endurecíveis por envelhecimento consistem em uma matriz austenítica (fcc) dispersa com precipitação coerente de um intermetálico Ni₃ (Al,Ti) com uma estrutura fcc. As superligas à base de Ni são ligas com níquel como elemento primário de liga e são preferidas como material de lâmina nas aplicações discutidas anteriormente, em vez de superligas à base de Co ou Fe. O que é significativo para as superligas à base de Ni é sua alta resistência, fluência e resistência à corrosão em altas temperaturas. É comum fundir pás de turbina em forma solidificada direcional ou em forma de cristal único.

No caso de ligas de alumínio, o reforço por precipitação pode aumentar a resistência ao escoamento do alumínio de cerca de cinco vezes até cerca de quinze vezes em relação ao alumínio não ligado. Especialmente a série 2xxx, que é ligada com cobre, pode ser endurecida por precipitação para resistências comparáveis ​​ao aço. Em termos de endurecimento por envelhecimento, as ligas de alumínio-cobre recozidas em solução podem ser envelhecidas naturalmente à temperatura ambiente por quatro dias ou mais para obter propriedades máximas, como dureza e resistência. Este processo é conhecido como envelhecimento natural. O processo de envelhecimento também pode ser acelerado em questão de horas após o tratamento da solução e têmpera pelo aquecimento da liga supersaturada a uma temperatura específica e mantida nessa temperatura por um tempo especificado. Este processo é chamado envelhecimento artificial. Normalmente, a liga de alumínio 6061 é tratada termicamente a 533°C (990°F) por um período de tempo suficiente, seguido de têmpera em água. O processo de endurecimento por precipitação pode ser realizado a 160°C (320°F) por 18 h, seguido de resfriamento ao ar. Este processo é novamente repetido a 177°C (350°F) por 8 h seguido de resfriamento ao ar.

No caso do cobre-berílio, a alta resistência desta liga é obtida também pelo endurecimento por precipitação. O endurecimento por precipitação resulta da precipitação de uma fase contendo berílio de uma solução sólida supersaturada de cobre puro. O cobre berílio é o mais duro e forte de qualquer liga de cobre (UTS até 1400 MPa), na condição totalmente tratada termicamente e trabalhada a frio. Combina alta resistência com qualidades não magnéticas e não faiscantes e é semelhante em propriedades mecânicas a muitos aços de liga de alta resistência, mas, em comparação com os aços, tem melhor resistência à corrosão.

Aço inoxidável 17-4PH

Por exemplo, o aço inoxidável endurecido por precipitação 17-4 PH (AISI 630) tem uma microestrutura inicial de austenita ou martensita. Os graus austeníticos são convertidos em graus martensíticos por meio de tratamento térmico (por exemplo, através de tratamento térmico a cerca de 1040 °C seguido de têmpera) antes que o endurecimento por precipitação possa ser feito. O tratamento de envelhecimento subsequente a cerca de 475 °C precipita  fases ricas em Nb e Cu que aumentam a resistência acima de 1000 MPa. Em todos os tratamentos térmicos realizados a microestrutura predominante é a ripa martensita. Ao contrário das ligas austeníticas, no entanto, o tratamento térmico fortalece os aços PH a níveis mais altos do que as ligas martensíticas. Os aços inoxidáveis ​​endurecidos por precipitação são designados pela série AISI 600. De todos os tipos de inoxidáveis ​​disponíveis, eles geralmente oferecem a maior combinação de alta resistência aliada a excelente tenacidade e resistência à corrosão. Eles são tão resistentes à corrosão quanto os graus austeníticos. Os usos comuns são na indústria aeroespacial e em algumas outras indústrias de alta tecnologia.

Exemplo – Ligas de Alumínio – Liga 6061

Em geral,  as ligas de alumínio da série 6000 são ligadas com magnésio e silício. A liga 6061 é uma das ligas mais utilizadas na série 6000. Tem boas propriedades mecânicas, é fácil de usinar, é soldável e pode ser endurecido por precipitação, mas não às altas resistências que 2000 e 7000 podem atingir. Tem muito boa resistência à corrosão e muito boa soldabilidade, embora resistência reduzida na zona de solda. As propriedades mecânicas do 6061 dependem muito da têmpera ou tratamento térmico do material. Em comparação com a liga 2024, a liga 6061 é mais facilmente trabalhada e permanece resistente à corrosão mesmo quando a superfície é desgastada.

Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 e 2. Janeiro de 1993.
Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 e 2. Janeiro de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução 9ª Edição, Wiley; 9 edição (4 de dezembro de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por que as coisas quebram: entendendo o mundo pela maneira como ele se desfaz. Harmonia. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introdução à Termodinâmica dos Materiais (4ª ed.). Editora Taylor e Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Uma Introdução à Ciência dos Materiais. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiais: engenharia, ciência, processamento e design (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introdução à Engenharia Nuclear, 3ª ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

Veja acima:
Indústria metalmecânica