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O que é Recozimento Térmico – Definição

O termo recozimento térmico refere-se a um tratamento térmico no qual um material é exposto a uma temperatura elevada por um longo período de tempo e depois resfriado lentamente. Este processo altera as propriedades físicas e às vezes químicas de um material para aumentar sua ductilidade e reduzir sua dureza.

trabalho a quenteOs metais podem ser tratados termicamente para alterar as propriedades de resistênciaductilidadetenacidadedureza ou resistência à corrosão. Há uma série de fenômenos que ocorrem em metais e ligas em temperaturas elevadas. Por exemplo, a recristalização e a decomposição da austenita. Estes são eficazes na alteração das características mecânicas quando tratamentos térmicos ou processos térmicos apropriados são usados. De fato, o uso de tratamentos térmicos em ligas comerciais é uma prática extremamente comum. Os processos comuns de tratamento térmico incluem recozimento, endurecimento por precipitação, têmpera e revenido.

Recozimento Térmico

O termo recozimento térmico refere-se a um tratamento térmico no qual um material é exposto a uma temperatura elevada por um período de tempo prolongado e depois resfriado lentamente. Este processo altera as propriedades físicas e às vezes químicas de um material para aumentar sua ductilidade e reduzir sua dureza, tornando-o mais trabalhável. Nesse processo, os átomos migram na rede cristalina e o número de discordâncias diminui, levando a uma mudança na ductilidade e dureza. O metal se livra das tensões e torna a estrutura do grão grande e com bordas macias, de modo que, quando o metal é atingido ou estressado, ele amassa ou talvez entorta, em vez de quebrar. Normalmente, o recozimento é realizado para aliviar tensões, aumentar a maciez, a ductilidade e a tenacidade; e/ou produzir uma microestrutura específica.

Geralmente, em aços carbono simples, o recozimento produz uma microestrutura ferrita-perlita. Os aços podem ser recozidos para facilitar o trabalho ou usinagem a frio, para melhorar as propriedades mecânicas ou elétricas ou para promover a estabilidade dimensional. Os aços estruturais mais comuns produzidos possuem uma microestrutura mista ferrita-perlita. Suas aplicações incluem vigas para pontes e arranha-céus, placas para navios e barras de reforço para estradas. Esses aços são relativamente baratos e são produzidos em grandes tonelagens.

Qualquer ciclo de recozimento consiste em três estágios:

  • aquecimento à temperatura desejada,
  • segurando ou “embebendo” nessa temperatura,
  • resfriamento, geralmente à temperatura ambiente .

O tempo e a temperatura de recozimento são parâmetros importantes nesses procedimentos. Especialmente a temperatura alvo define o ciclo térmico de recozimento.

Ciclos Térmicos de Recozimento

recozimento térmicoNa prática, ciclos térmicos específicos de uma variedade quase infinita são usados ​​para atingir os vários objetivos do recozimento. Esses ciclos se enquadram em várias categorias amplas que podem ser classificadas de acordo com a temperatura na qual o aço é aquecido e o método de resfriamento usado.

  • Processo de Recozimento. O recozimento de processo é um tratamento térmico específico que restaura parte da ductilidade de um produto que está sendo trabalhado a frio, para que possa ser trabalhado a frio ainda mais sem quebrar. É comumente usado durante procedimentos de fabricação que requerem extensa deformação plástica, para permitir a continuação da deformação sem fratura ou consumo excessivo de energia. A faixa de temperatura para recozimento do processo varia de 260 °C a 760 °C, dependendo da liga em questão. Este processo é adequado principalmente para aços de baixo teor de carbono. Isso é realizado principalmente em aço laminado a frio, como aço trefilado, tubo de ferro dúctil fundido centrifugamente, etc.
  • Recozimento para alívio de tensões. O recozimento de alívio de tensão é usado para aliviar as tensões do trabalho a frio. Ao contrário do processo de recozimento, esse tratamento térmico geralmente é realizado após a fabricação do produto. Deve-se tomar cuidado para garantir um resfriamento uniforme, principalmente quando um componente é composto de tamanhos de seção variáveis. Se a taxa de resfriamento não for constante e uniforme, novas tensões residuais podem resultar iguais ou maiores do que aquelas que o processo de tratamento térmico pretendia aliviar. A temperatura de recozimento é tipicamente relativamente baixa, de modo que os efeitos resultantes do trabalho a frio e outros tratamentos térmicos não são afetados. O tratamento térmico de alívio de tensão pode reduzir a distorção e as altas tensões da soldagem que podem afetar o desempenho do serviço.
  • Recristalização Recozimento. O recozimento por recristalização de aços trabalhados a frio (teor de carbono de até 0,5%) pode produzir uma nova estrutura de grão sem induzir uma mudança de fase. O metal é aquecido a uma temperatura na qual o endurecimento causado pelo trabalho a frio anterior é removido. Durante a recristalização, as ligações internas entre os átomos mudam, a rede cristalina não muda. As temperaturas de recozimento estão entre 550-700 °C e a resistência é de cerca de 1 hora ou mais, resfriando ao ar. É usado como um recozimento interoperacional na conformação a frio, especialmente para peças de baixo teor de carbono.
  • Recozimento Completo. O recozimento completo produz uma microestrutura que é mais macia e mais passível de outros processos, como conformação ou usinagem. As temperaturas para recozimento total são tipicamente 50 °C acima da temperatura crítica superior (A 3 ) para aços hipoeutéticos e a temperatura crítica inferior (A 1) para aços hipereutetóides. É referido como recozimento completo porque atinge austenitização completa de aços hipoeutetóides. A liga é então resfriada no forno. Isso significa que o forno de tratamento térmico é desligado e tanto o forno quanto o aço resfriam até a temperatura ambiente na mesma taxa, o que leva várias horas. A taxa de resfriamento do aço deve ser suficientemente lenta para não deixar a austenita se transformar em bainita ou martensita, mas sim transformá-la completamente em perlita e ferrita ou cementita. Um recozimento completo normalmente resulta no segundo estado mais dúctil que um metal pode assumir para uma liga metálica. O metal atinge níveis relativamente baixos de dureza, resistência ao escoamento e resistência máxima com alta plasticidade e tenacidade. O recozimento completo é frequentemente usado em aços de baixo e médio teor de carbono que serão usinados ou sofrerão extensa deformação plástica durante uma operação de conformação. Aços inoxidáveis ​​e de alta liga podem ser austenitizados (totalmente recozidos) e temperados para minimizar a presença de carbonetos nos contornos de grão ou para melhorar a distribuição da ferrita.
  • Normalizando. A normalização é um processo de recozimento aplicado a ligas ferrosas para refinar o tamanho do grão, tornar sua estrutura mais uniforme, torná-la mais responsiva ao endurecimento e melhorar a usinabilidade. A normalização é realizada em aços que foram deformados plasticamente, por exemplo, por uma operação de laminação. Esses aços trabalhados a frio consistem em grãos de perlita, que são de forma irregular e relativamente grandes e variam substancialmente em tamanho. A normalização é um ciclo de aquecimento de austenitização seguido de resfriamento em ar parado ou levemente agitado. Normalmente, as temperaturas para normalização são aproximadamente 55 °C acima da linha crítica superior. A temperatura de normalização é maior que a temperatura de recozimento completo, por outro lado o resfriamento é mais intenso. A normalização melhora a usinabilidade de um componente e fornece estabilidade dimensional se submetido a outros processos de tratamento térmico. A principal diferença entrerecozimento e normalização é que o recozimento permite que o material esfrie a uma taxa controlada em um forno. A normalização permite que o material esfrie, colocando-o em um ambiente de temperatura ambiente e expondo-o ao ar desse ambiente.

Recozimento de vaso de pressão do reator

materiais para vaso de pressão do reatorO corpo do vaso do reator é construído em aço carbono de baixa liga de alta qualidade e todas as superfícies que entram em contato com o refrigerante do reator são revestidas com um mínimo de cerca de 3 a 10 mm de aço inoxidável austenítico para minimizar a corrosão.

Durante a operação de uma usina nuclear, o material do vaso de pressão do reator e o material de outros componentes internos do reator são expostos à radiação de nêutrons (especialmente a nêutrons rápidos > 0,5 MeV), o que resulta em fragilização localizada do aço e soldas no área do núcleo do reator. Esse fenômeno, conhecido como fragilização por irradiação, resulta em:

  • Aumente constantemente o DBTT. Não é provável que o DBTT se aproxime da temperatura operacional normal do aço. No entanto, existe a possibilidade de que, quando o reator estiver sendo desligado ou durante um resfriamento anormal, a temperatura caia abaixo do valor DBTT enquanto a pressão interna ainda estiver alta.
  • Queda na energia de fratura da prateleira superior. Os efeitos da radiação também se manifestam por uma queda na energia de fratura da prateleira superior e diminuição da tenacidade à fratura.

Todos esses efeitos devem ser monitorados pelos operadores da planta. Portanto, os reguladores nucleares exigem que um programa de vigilância do material do vaso do reator seja conduzido em reatores de potência refrigerados a água.

Uma vez que um material de RPV é degradado por fragilização por radiação (por exemplo, aumento significativo na temperatura de transição dúctil-frágil Charpy ou redução da tenacidade à fratura), o recozimento térmico do RPV é a única maneira de recuperar as propriedades de tenacidade do material RPV.

De acordo com 10 CFR 50.66 – Requisitos para recozimento térmico do vaso de pressão do reator:

“Para os reatores de energia nuclear de água leve onde a radiação de nêutrons reduziu a tenacidade à fratura dos materiais do vaso do reator, um recozimento térmico pode ser aplicado ao vaso do reator para recuperar a tenacidade à fratura do material.”

 O recozimento térmico (método “seco”) do vaso de pressão do reator é um método pelo qual o vaso de pressão (com todos os internos do reator removidos) é aquecido até uma certa temperatura (geralmente entre 420 – 460 °C) pelo uso de uma fonte de calor externa ( aquecedores elétricos, ar quente), mantidos por um determinado período (por exemplo, 100 – 200 horas) e depois resfriados lentamente. O equipamento de recozimento é geralmente um forno em forma de anel com elementos de aquecimento em sua superfície externa. A potência de saída dos aquecedores instalados pode atingir até 1 MWe. Foi demonstrado que, para os materiais especialmente fabricados, a prateleira superior recuperou 100% após 24 horas de recozimento e mais rapidamente do que a temperatura de transição. O recozimento por 168 horas recuperou 90% da mudança de temperatura de transição.

Recozimento úmido

Existe também a possibilidade do chamado método de recozimento “úmido” que foi aplicado nos EUA e na Bélgica. O recozimento nessa temperatura ~340 °C foi alcançado sem aquecimento externo, mas pelo aumento da temperatura do líquido de arrefecimento obtido pela energia das bombas de circulação do circuito primário. Este tipo de recozimento proporciona apenas uma recuperação parcial do material devido à limitação da temperatura máxima.

Referência Especial: Recozimento e re-fragilização de materiais de vasos de pressão do reator. relatório AMES N.19; ISSN 1018-5593. Comunidades Européias, 2008.

Outros processos

  • Recozimento. O termo recozimento refere-se a um tratamento térmico no qual um material é exposto a uma temperatura elevada por um longo período de tempo e depois resfriado lentamente. Nesse processo, o metal se livra das tensões e torna a estrutura do grão grande e com bordas macias, de modo que, quando o metal é atingido ou estressado, ele amassa ou talvez entorta, em vez de quebrar; também é mais fácil lixar, retificar ou cortar metal recozido.
  • Têmpera. O termo têmpera refere-se a um tratamento térmico no qual um material é rapidamente resfriado em água, óleo ou ar para obter certas propriedades do material, especialmente dureza. Na metalurgia, a têmpera é mais comumente usada para endurecer o aço pela introdução de martensita. Existe um equilíbrio entre dureza e tenacidade em qualquer aço; quanto mais duro o aço, menos duro ou resistente a impactos ele é, e quanto mais resistente a impactos, menos duro ele é.
  • Temperar. O termo revenido refere-se a um tratamento térmico que é usado para aumentar a tenacidade de ligas à base de ferro. A têmpera geralmente é realizada após o endurecimento, para reduzir parte do excesso de dureza, e é feita aquecendo o metal a uma temperatura abaixo do ponto crítico por um determinado período de tempo, deixando-o esfriar ao ar parado. A têmpera torna o metal menos duro, tornando-o mais capaz de suportar impactos sem quebrar. O revenido fará com que os elementos de liga dissolvidos precipitem ou, no caso de aços temperados, melhorem a resistência ao impacto e as propriedades dúcteis.
  • Envelhecimento. O endurecimento por idade, também chamado de endurecimento por precipitação ou endurecimento de partículas, é uma técnica de tratamento térmico baseada na formação de partículas extremamente pequenas e uniformemente dispersas de uma segunda fase dentro da matriz de fase original para aumentar a resistência e a dureza de algumas ligas metálicas. 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.

Referências:
Ciência dos Materiais:

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:
Tratamento Térmico

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