O que é têmpera de metais – Definição

Os metais podem ser tratados termicamente para alterar as propriedades de resistência, ductilidade, tenacidade, dureza 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.

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. Em ligas ferrosas, a têmpera é mais comumente usada para endurecer o aço pela introdução de martensita, enquanto as ligas não ferrosas geralmente se tornam mais macias do que o normal. Acima desta temperatura crítica, um metal é parcialmente ou totalmente austenitizado, a taxa de resfriamento do aço deve ser rápida para permitir que a austenita se transforme em bainita ou martensita metaestável.

A seleção de um meio de têmpera depende da temperabilidade da liga em particular, da espessura e forma da seção envolvida e das taxas de resfriamento necessárias para atingir a microestrutura desejada.

A martensita é uma estrutura metaestável muito dura com uma estrutura cristalina tetragonal de corpo centrado (BCT). A martensita é formada nos aços quando a taxa de resfriamento da austenita é tão alta que os átomos de carbono não têm tempo de se difundir para fora da estrutura cristalina em quantidades suficientes para formar a cementita (Fe₃C). Portanto, é um produto de transformação sem difusão. Qualquer difusão resulta na formação de fases de ferrita e cementita. É nomeado após o metalúrgico alemão Adolf Martens (1850-1914).

A microestrutura da martensita nos aços tem diferentes morfologias e pode aparecer como martensita lath ou martensita plana. Para o aço com 0–0,6% de carbono, a martensita tem a aparência de ripas e é chamada de martensita de ripas. Para aço com mais de 1% de carbono, formará uma estrutura semelhante a uma placa chamada martensita de placa. A martensita de placa, como o nome indica, forma-se como cristais lenticulares (em forma de lente) com um padrão em zigue-zague de placas menores. Entre essas duas porcentagens, a aparência física dos grãos é uma mistura das duas. A resistência da martensita é reduzida à medida que a quantidade de austenita retida aumenta.

Transformação Martensítica

O endurecimento por transformação, também conhecido como endurecimento por transformação martensítica, é um dos métodos mais comuns de endurecimento, que é usado principalmente para aços (isto é, aços carbono e aços inoxidáveis). A transformação martensítica não é, entretanto, exclusiva das ligas ferro-carbono. É encontrado em outros sistemas e é caracterizado, em parte, pela transformação sem difusão.

Os aços martensíticos usam predominantemente níveis mais altos de C e Mn, juntamente com tratamento térmico para aumentar a resistência. O produto acabado terá uma microestrutura duplex de ferrita com vários níveis de martensita degenerada. Isso permite vários níveis de força. 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.

A martensita é produzida a partir da austenita como resultado da têmpera ou outra forma de resfriamento rápido. A austenita em ligas de ferro-carbono geralmente está presente apenas acima da temperatura eutetóide crítica (723°C) e abaixo de 1500°C, dependendo do teor de carbono. No caso de taxas normais de resfriamento, conforme a austenita esfria, o carbono se difunde para fora da austenita e forma carboneto de ferro rico em carbono (cementita) e deixa para trás a ferrita pobre em carbono. Dependendo da composição da liga, uma camada de ferrita e cementita, chamada perlita, pode se formar. Mas no caso de resfriamento rápido, o carbono não tem tempo suficiente para se difundir e se transforma em uma forma tetragonal de corpo centrado altamente deformada chamada martensita que é supersaturada com carbono. Todos os átomos de carbono permanecem como impurezas intersticiais na martensita.

Endurecimento de superfície baseado em têmpera

O endurecimento da caixa ou endurecimento da superfície é o processo no qual a dureza da superfície (caixa) de um objeto é aprimorada, enquanto o núcleo interno do objeto permanece elástico e resistente. O endurecimento por tratamento de superfície pode ser classificado ainda como tratamentos de difusão ou tratamentos de aquecimento localizado. Métodos de aquecimento localizado para cementação incluem:

• Endurecimento por chama. O endurecimento por chama é uma técnica de endurecimento de superfície que usa uma única tocha com uma cabeça especialmente projetada para fornecer um meio muito rápido de aquecer o metal, que é então resfriado rapidamente, geralmente usando água. Isso cria uma “caixa” de martensita na superfície, enquanto o núcleo interno do objeto permanece elástico e resistente. É uma técnica semelhante ao endurecimento por indução. Um teor de carbono de 0,3–0,6% em peso C é necessário para este tipo de endurecimento.
• Endurecimento por indução. O endurecimento por indução é uma técnica de endurecimento de superfície que usa bobinas de indução para fornecer um meio muito rápido de aquecer o metal, que é então resfriado rapidamente, geralmente usando água. Isso cria uma “caixa” de martensita na superfície. Um teor de carbono de 0,3–0,6% em peso C é necessário para este tipo de endurecimento.
• Endurecimento a laser. O endurecimento a laser é uma técnica de endurecimento de superfície que usa um feixe de laser para fornecer um meio muito rápido de aquecimento do metal, que é então resfriado rapidamente (geralmente por auto-têmpera). Isso cria uma “caixa” de martensita na superfície, enquanto o núcleo interno do objeto permanece elástico e resistente.

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.

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Veja acima:
Tratamento Térmico