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O que a janela de avião nos ensina sobre metalurgia?

Entenda como uma simples janela de avião fala muito sobre a física, a metalurgia e a segurança quanto ao uso dos metais

Proporcionando uma bela vista aos passageiros durante os voos, as janelas de avião conseguem dar uma grande lição para nós. Afinal, já parou para pensar em toda a força exercida contra ela sempre que o avião está no ar?

Quer entender como a janela de avião envolve-se totalmente nos assuntos que a ISOFLAMA é especializada? Continue conferindo esse blog e tenha uma ótima leitura!

Janela de avião – Nada de cantos vivos

Com certeza você já notou que as janelas de avião têm um formato entre o oval e o retângulo, certo? Isso vai bem além de uma questão do design! Afinal, o formato dessas janelas foi desenvolvido especialmente para suportar a força atmosférica, causadora de alta pressão contra o espaço interno dos aviões.

A maior, e importantíssima responsabilidade dos cantos arredondados é não causar rachaduras e microfissuras na estrutura metálica do avião. Isso porque, se existissem cantos vivos, como em janelas retangulares ou quadradas, estas arestas seriam um ponto fraco, pois seriam concentradores e canalizadores de tensões, podendo ocorrer, inclusive, a formação de microfissuras e trincas que abalariam a estrutura e a segurança da aeronave.

Por menores que sejam, esses formatos retos interagem com a física, gerando resultados não tão agradáveis. Esse fator é tão importante, que afeta não só a metalurgia, mas também vários outros setores do mercado.

Havilland Comet – O avião que subestimou os detalhes

Muito conhecida em sua época, a Havilland foi uma fabricante de aviões que obteve grande destaque. Sua nova proposta era: o avião com turbinas a jato para transporte de passageiros. Nessa época (meados de 1950), os aviões dependiam de hélices para chegarem ao ar. Além disso, todos eram mais vagarosos e barulhentos.

Indo muito além, os aviões de turbina a jato ofereciam voos mais rápidos, menos barulhentos e com uma economia maior de combustível. Essa foi uma grande revolução, considerando que esses modelos eram de exclusividade militar até então.

Contudo, segundo a página Aventuras na História, 2 incidentes de explosões misteriosas fizeram com que a companhia perdesse a credibilidade. Logo, não eram mais vistos como algo seguro, encarando posteriormente a falência. Enfim, como isso se relaciona com a metalurgia?

Contando com investigações aprofundadas, e sendo considerado um dos primeiros casos de investigação de acidentes com foco também no setor metalúrgico, observou-se que as janelas e acessos de antenas tinham formato quadrado, algo comum para a época. Mas, foram notadas fissuras partindo dos cantos vivos, espalhando-se pela estrutura do avião, causando uma espécie de desintegração. Foi aí que percebeu-se como o formato das janelas e demais componentes poderiam ter significativo impacto na resistência da estrutura metálica dos aviões.

Da janela de avião ao tratamento térmico

Trazendo os cuidados com os cantos vivos para o nosso tempo, esse fator ainda é um empecilho quando está presente em peças enviadas para tratamento térmico.

Isso porque, em geral, cantos vivos estão localizados em regiões de transições de massas e/ou faces e, durante o tratamento térmico, cada uma destas massas se comporta diferentemente em termos de expansão e contração com a variação da temperatura, ou seja, nas regiões de transição de massas, por natureza, já há um acúmulo de tensões e a presença de canto vivo as potencializa. Por este motivo, todo canto vivo não deve existir, em seu lugar deve ser sempre adotado o maior raio possível de concordância, pois este evitará a concentração das tensões e permitirá que estas se dissipem.

Quando falamos em cantos vivos em transição de massas, é muito comum a associação a cantos vivos internos, porém, este tipo de fenômeno também ocorre com cantos vivos externos, como por exemplo nas junções das faces de um cubo. Nestas situações, há mais um agravante, já que cada face receberá calor durante o tratamento térmico e nas junções das faces (canto vivo) teremos uma superexposição ao calor, motivo pelo qual sempre recomenda-se ao menos chanfrar estas arestas.

Especialização ISOFLAMA até nos céus

Tratando adequadamente os mais variados metais com processos seguros e efetivos, a ISOFLAMA também realiza tratamentos térmicos para diversos componentes de aeronaves. Não fazemos parte no desenvolvimento da janela de avião, mas, aplicamos toda a nossa competência para o melhor desempenho e segurança nos céus e em todos os outros setores que necessitam de suporte especializado em tratamentos térmicos.

Enfim, viu só como um único detalhe como a janela de avião pode ensinar muito sobre a metalurgia? Se você ficou interessado e quer ver mais informativos como esse, não deixe de visitar o nosso INFOTEC. E se precisa falar diretamente com um de nossos especialistas, é só entrar em contato.

Nos vemos em breve!

As diferenças na realização e efeitos nas propriedades do aço na têmpera e na martêmpera

Entenda os efeitos da têmpera e martêmpera a vácuo no aço, suas diferenças e propriedades alcançadas nesses processos

Considerando a complexidade dos metais, suas estruturas e composições, é compreensível entender porque há tantos processos térmicos que alteram e exploram melhor suas características e capacidades mecânicas. Porém, nesse meio é fácil acabar confundindo alguns processos por suas semelhanças. E é por isso que viemos esclarecer as diferenças entre a têmpera e a martêmpera. Tanto em suas condições de realização, quanto nos resultados e propriedades que provêm ao aço.

Confira abaixo o detalhamento entre esses dois tratamentos termoquímicos e tenha uma ótima leitura!

Conheça a martêmpera

A martêmpera, também conhecida como têmpera interrompida, é um processo de tratamento térmico utilizado para austenitizar o aço. Ou seja, aquecê-lo até que sua estrutura cristalina transforme-se em austenita e, depois resfriá-lo de forma controlada para formar uma microestrutura martensítica, que é dura e resistente. O grande diferencial da martêmpera é uma pausa calculada em momento estratégico, durante o resfriamento. A qual visa diminuir a diferença de temperaturas entre o núcleo e a superfície de uma peça metálica. Minimizando assim as tensões internas que podem originar trincas e distorções. Após a pausa, a peça termina o seu resfriamento até a temperatura desejada, normalmente aproximada de 80°C.

Diferentemente da têmpera, esse processo auxilia em especial o tratamento para peças de grandes dimensões e consideráveis variações geométricas. Isso porque, quando um corpo fica exposto ao calor, sua superfície aquecerá mais rápido que o núcleo, o mesmo ocorrendo no resfriamento. Ou seja, sua superfície perderá calor muito mais rápido que o núcleo. Esta situação se agrava significativamente com o aumento das dimensões da peça. Mas, com a pausa estabelecida, essa diferença diminuirá, mitigando as tensões térmicas e tensões de transformação.

Reforçando a têmpera

Muito falada em nossos materiais informativos, a têmpera é um processo térmico cujo objetivo é o aumento da dureza e da resistência à tração. Consiste no aquecimento do aço até a temperatura de austenitização, manutenção em patamar até que toda a estrutura se transforme em austenita. Seguido de resfriamento rápido e controlado, gerando a fase martensítica, ou seja, a grande diferença entre a têmpera e a martêmpera mostra-se na pausa no resfriamento da martêmpera. Por isso, também é conhecida por têmpera interrompida.

Evitando tensões entre núcleo e superfície

Agora que já esclarecemos um pouco mais sobre esses dois processos, é nítido que a maior diferença entre estes é a pausa durante o resfriamento das peças metálicas. E, somada ao alívio de tensões adequado antes da têmpera, alcançamos bons resultados em tratamentos com menores riscos de trincas e distorções.

Mas não se engane! Essas diferenças não posicionam a têmpera como um processo inferior à martêmpera. Em teoria, quanto mais rápido o resfriamento, melhor. Porém, é necessário que a peça sobreviva ao processo, ou seja, que não trinque e nem se deforme em excesso, então o grande desafio está no cálculo da taxa de resfriamento ideal para cada material (sim, os aços possuem diferentes taxas de transferência de calor e isso interfere nos parâmetros de tratamento térmico) e, mais do que isso, deve levar em consideração ainda outros fatores, como criticidade geométrica, dimensões etc. Como a relação entre tempo e temperatura se distingue em cada caso, seus resultados também podem diferir.

Ainda sobre as propriedades dos metais, se você busca entender melhor sobre esse assunto, temos um Infotec exclusivo sobre a ductilidade, sua relação com a tenacidade, o uso dos metais e suas resistências contra desgastes.

E quanto a martêmpera a vácuo?

Mais uma vez, destacamos como os benefícios dos tratamentos térmicos a vácuo fazem diferença nos resultados alcançados.

No vácuo, podemos realizar o resfriamento interrompido, interpretado como uma martêmpera. E, como os fornos a vácuo são controlados com funções automatizadas e programáveis, a interferência humana diminui, resultando em uma alta taxa de repetibilidade de bons resultados.

Os fornos à vácuo mais modernos possuem diversos recursos que asseguram uma maior precisão e controle dos parâmetros de processo, como monitoramento da temperatura por termopares de contato, que medem a temperatura real da peça (superfície e núcleo, quando possível) e não somente termopares de câmara, ou seja, uma vez estabelecidos os parâmetros de processo, o próprio forno monitora as diferenças de temperaturas entre a câmara do forno e, a superfície e o núcleo da peça processada, promovendo taxas de aquecimento e resfriamento controladas, de forma a minimizar as tensões, mitigando assim o risco de trincas e deformações.

Por fim, esperamos que esta explicação sobre as diferenças e propriedades de têmpera e martêmpera tenha sido satisfatória. Se você gostou desse assunto e quer ler mais informativos sobre tratamentos térmicos e termoquímicos, confira o INFOTEC e veja os materiais que disponibilizamos. Aproveite para nos seguir nas redes sociais ou entre em contato caso precise de uma ajuda especializada em tratamentos para as suas ferramentas e componentes.

Nos vemos em breve!

Ductilidade e tenacidade no comportamento dos materiais quanto à fratura

Conhece a importância da tenacidade no uso diário de uma ferramenta metálica? Entenda mais sobre esta propriedade e sua relação com a ductilidade

Tenacidade e ductilidade são frequentemente confundidas, mas, em geral, especialmente para aqueles que não estão diretamente envolvidos com engenharia ou ciência dos materiais, mas estão de alguma forma ligadas ao setor metalomecânico. Há uma percepção de que a tenacidade dos metais é uma característica que está associada à “força” ou “resistência” de um material, ou seja, de que metais tenazes são fortes, duráveis, e confiáveis, qualidades valorizadas em uma ampla variedade de aplicações do dia a dia. Já a ductilidade costuma ser relacionada a conceitos de flexibilidade e maleabilidade, ou seja, a capacidade de um metal ser moldado ou esticado sem se romper.

Isso reflete a importância da tenacidade e da ductilidade como características que contribuem para a segurança e longevidade dos produtos e estruturas que utilizamos. No entanto, essas percepções não capturam completamente os respectivos conceitos técnicos.

E, para que você entenda melhor sobre a tenacidade e ductilidade e seus comportamentos quanto à fratura, confira o material que desenvolvemos abaixo!

Como definir a propriedade de ductilidade?

A ductilidade é muitas vezes vista como uma variação de flexibilidade dos metais. Mas não pense na flexibilidade de objetos que permitem várias deformações, como em uma mola, por exemplo. A ductilidade dos metais é a capacidade de um material se deformar plasticamente sem se romper, permitindo que ele seja alongado ou moldado em diferentes formas, como fios ou chapas finas, sem sofrer fratura. Essa propriedade é essencial para diversos processos de fabricação e é uma medida da flexibilidade de um material sob esforço de tração.

Não confunda ductilidade com tenacidade!

A tenacidade nos metais é a capacidade de um material de absorver energia e resistir à fratura quando submetido a deformação ou impacto. Em termos simples, é uma medida da resistência do material à quebra ou à propagação de trincas sob condições de carga.

Basicamente existem 2 tipos de tenacidade:

Tenacidade ao impacto: medida em ensaios como Charpy ou Izod. Onde uma amostra do material é submetida a um golpe de alta velocidade e, para tal, é utilizado um corpo de provas sem entalhe.
Tenacidade à fratura: medida pela resistência à propagação de uma trinca ou falha em um material, mesmo na presença de defeitos. Seu método de ensaio é similar ao da tenacidade ao impacto. Porém, utiliza-se um corpo de provas com entalhe padronizado, que tem a finalidade de “simular” a presença de um defeito.

Portanto, para não confundir:

Tenacidade é medida principalmente por testes de impacto (Charpy, Izod) e testes de tenacidade à fratura, que avaliam a capacidade de um material absorver energia antes da falha.
Ductilidade é medida por testes de tração, que determinam o alongamento percentual e a redução de área, além de testes de dobras que avaliam a capacidade do material de deformar-se plasticamente sem fraturar.

O tratamento térmico pode interferir na tenacidade e ductilidade?

Sim, o tratamento térmico tem um impacto significativo tanto na tenacidade quanto na ductilidade dos aços, podendo aumentar ou diminuir essas propriedades dependendo dos parâmetros e processos utilizados.

A têmpera, por exemplo, aumenta a dureza do aço, mas pode diminuir a tenacidade e a ductilidade. O rápido resfriamento forma martensita bruta, uma estrutura muito dura, mas também mais frágil. O que pode levar a uma menor capacidade de absorver impacto e maior propensão a trincas e fraturas, ou seja, afeta a tenacidade. A martensita é menos dúctil do que a estrutura original do aço e essa redução da ductilidade torna o aço menos capaz de suportar deformações plásticas antes de se romper.

Por outro lado, o revenimento melhora a tenacidade do aço ao reduzir a fragilidade que pode resultar da têmpera. A formação de uma estrutura constituída de martensita revenida aumenta a capacidade do material de absorver energia antes da fratura. O revenimento também aumenta a ductilidade, tornando o aço mais capaz de se deformar plasticamente sem romper, devido à transformação de martensita bruta em martensita revenida, uma microestrutura mais tenaz e menos propensa a fraturas.

Cuidado com ductilidade e tenacidade demais!

Até agora, falamos sobre os benefícios da tenacidade e da ductilidade, porém, tudo em excesso tem seus malefícios. E nesse assunto, não é diferente.

Um material dúctil e tenaz demais não se mostra adequado para o uso contra forças e impactos constantes. Afinal, essas forças causariam deformações em pouco tempo, necessitando de troca frequente e um gasto maior com ferramentas.

Quando o material chega à indústria em um estado recozido, o seu nível de “flexibilidade” costuma ser alto. Ou seja, costuma apresentar alta tenacidade e ductilidade, mas pode não estar adequado ao uso à que se destina. Pense, por exemplo, em um punção ou uma broca – se estas ferramentas apresentarem alta tenacidade e ductilidade, mas não apresentarem a dureza e a resistência ao desgaste adequadas, não performarão em trabalho. O grande desafio neste caso é escolher o material que melhor equilibre tais propriedades (tendo-se em vista o uso a que se destina) e o tratamento térmico adequado, que realmente consiga extrair do material as melhores propriedades.

Enfim, até aqui ficou mais claro entender que, para um bom uso da ferramenta, precisamos saber o ponto certo de equilíbrio entre as principais propriedades do material, como:

Tenacidade;
Ductilidade;
Resistência ao desgaste;
Dureza;
Resistência à compressão.

Mesmo com tratamentos térmicos adequados, uma trinca apareceu. E agora?

O ponto de equilíbrio entre as propriedades do aço, como: tenacidade, ductilidade, resistência ao desgaste e dureza, é fundamental para o desempenho de uma peça ou estrutura em aplicações específicas.

Estas propriedades, muitas vezes estão em uma relação de compromisso, onde o aumento de uma pode resultar na diminuição de outra. Encontrar o ponto de equilíbrio ideal depende do uso pretendido do aço e dos requisitos da aplicação.

Ainda assim, encontrar o ponto de equilíbrio destas propriedades não significa que a ferramenta será indestrutível. Ou seja, com o tempo, problemas podem surgir por conta de fadigas, tensões etc.

Também é muito importante identificar o mecanismo de falha inicial. Muitas vezes, notamos o mecanismo de falha final, ou seja, a consequência de algo que aconteceu antes. Para exemplificar, vamos novamente imaginar um punção que tem a vida útil limitada por uma quebra. O pensamento natural seria: se está quebrando, precisamos de mais tenacidade. Então vamos baixar a dureza e/ou optar por um material com maior resistência à quebra e, após novo teste, o punção quebra ainda antes. O que poderia estar ocorrendo?

Muitas vezes a quebra é a consequência de algum outro problema. No caso do punção, poderia, por exemplo, estar havendo aderência do material processado na área de trabalho, formando o que chamamos de aresta postiça de corte. Este tipo de situação, eleva o nível de tensões, pois exige maiores esforços de corte. Estas tensões podem chegar a tal ponto de causar a quebra da ferramenta. Neste caso, a solução não é um material com maior tenacidade, mas sim um material com maior resistência ao desgaste adesivo e/ou um trabalho buscando uma condição superficial da ferramenta mais adequada, como aplicação de nitretação ou revestimentos, além de melhor acabamento superficial.

Atenção aos fatores além da trinca!

Uma outra possibilidade para a quebra poderia ser um “engordamento” do punção durante o trabalho, justamente por ser muito dúctil e não aguentar os esforços de compressão deste tipo de operação. Ou seja, o punção se deforma e com isso aumenta as tensões, que podem levar à quebra. A solução aqui costuma ser exatamente o oposto, ou seja, não é a busca de um material com maior tenacidade e ductilidade, mas sim a escolha de um material com maior dureza e maior resistência à compressão.

Portanto, o ponto de equilíbrio entre propriedades como: tenacidade, ductilidade, resistência ao desgaste e dureza no aço, é alcançado através da seleção de composições adequadas de liga, tratamentos térmicos, e processos de fabricação, sempre considerando as exigências da aplicação final. Entender e controlar esses compromissos é crucial para otimizar o desempenho do aço em usos específicos.

Por fim, espero que nossa explicação sobre tenacidade e ductilidade e a sua atuação nas ferramentas tenha sido satisfatória. Para ver mais conteúdo como este, acesse o nosso INFOTEC e confira os outros materiais que disponibilizamos no site. E se você precisa falar com um de nossos especialistas para tirar suas dúvidas, é só entrar em contato.

Obrigado pela companhia e até a próxima!

Como os elementos químicos na composição do aço influenciam suas propriedades?

Compreenda como a composição do aço, altera suas propriedades e possibilita novos usos

Para a maioria das pessoas, a composição química dos objetos não passa de um detalhe. Porém, para muitos profissionais, esse é um fator extremante importante para o manuseio, os processos de fabricação e os resultados finais de uma gama de produtos. E, nesse sentido, a composição do aço não é diferente.

Confira abaixo, como os elementos químicos influenciam as propriedades do aço e geram várias possibilidades na nossa realidade.

Antes da química, um pouco de história

Vamos voltar um pouquinho no tempo, há alguns milhares de anos atrás e imaginar o que o mundo oferecia aos nossos antepassados. Anteriormente, o homem precisava buscar formas de vencer inimigos muito mais fortes, que ameaçavam sua sobrevivência a todo o momento. Mas o homem tinha um grande diferencial, sua inteligência.

Assim, ele aprendeu que se tivesse uma pedra nas mãos, seu golpe teria mais força. Se essa pedra tiver um cabo (efeito alavanca), esta força aumentaria e, com uma extremidade afiada, sua capacidade de corte aumentava. Devido a isso, era preciso desbastar, polir e prender para fabricar, por exemplo, um machado. Isso aguçou sua curiosidade sobre o desenvolvimento das operações de desbaste, furação e corte e, sobre os diferentes tipos de materiais.

Entretanto, com a descoberta e desenvolvimento da cerâmica, o homem percebeu que poderia exercer controle sobre o material. Pois ele poderia moldá-lo, de acordo com suas necessidades.

A história da descoberta dos metais não é precisa por motivos óbvios. Mas, de maneira geral, temos que, por volta de 4.000 a.C. o homem percebeu que também podia fazer o mesmo com alguns metais. Porém, as experiências com este tipo de material começaram muito antes.

~8.000 a.C.

O ouro teria sido o primeiro metal a ser utilizado;

~7.000 a.C.

Aqui começa a utilização do cobre. Há relatos de que o homem fazia experiências com este material em um local chamado Anatólia (onde hoje fica a Turquia) e descobriu que o cobre endurecia quando martelado;

~6.000 a.C.

Conta-se que um caçador fez uma fogueira em seu acampamento e fundiu, sem querer, cobre e arsênico (que é extremamente tóxico), obtendo um material mais duro e resistente que o cobre puro. Mais tarde, substituímos o arsênico pelo estanho, dando origem ao bronze.

~3.500 a.C.

Começa o uso do ferro, que era conhecido como “Metal do céu” ou “Metal das estrelas”, provavelmente por vir de meteoritos. Contudo, existem indícios de sua utilização pelos antigos Sumérios e Egípcios. Os mais antigos artefatos de ferro que se têm notícia são dois objetos encontrados no Egito, um na Grande Pirâmide de Gizé, construída aproximadamente em 2.900 a.C., e outro na tumba de Abidos, construída aproximadamente em 2.600 a.C.

~1.200 a.C. (Idade do Ferro)

Há indícios de que foram construídos os primeiros fornos para redução de minério de ferro, para a produção ferro-carbono, que seria considerado um aço rudimentar.

~400 a.C.

A Índia ficou famosa pela produção do aço Wootz, que, para a época, era um aço de alta qualidade. Este processo de produção de aço envolvia a fusão de ferro com carbono em fornos de argila.

~200 a.C.

Na China, desenvolveram-se técnicas avançadas de fundição de ferro, incluindo a produção de ferro fundido e ferro forjado, contribuindo para o desenvolvimento de aço de melhor qualidade.

~Séculos III a XVII:

O aço de Damasco, famoso pela aplicação em lâminas de espadas, surge no Oriente Médio. Esse aço foi conhecido por sua resistência e capacidade de manter uma borda afiada, e foi fabricado a partir do aço Wootz importado da Índia.

Do passado para a composição do aço

Agora que levantamos alguns pontos sobre a origem do aço, podemos destacar como a composição química é fundamental em seu uso.

A junção aço + carbono revolucionou o uso de ferramentas e armas na antiguidade. Consequentemente, conforme a humanidade foi evoluindo e aumentando seus conhecimentos sobre o manuseio do ferro, as possibilidades no uso do aço também se expandiram.

Entendendo e explorando as possibilidades químicas, outros elementos foram incluídos na formulação de novos aços. E, em cada combinação, diferentes propriedades foram alcançadas, estudadas e adotadas.

A ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) define o aço como “uma liga ferrosa (Binária: dois elementos básicos, Ferro e Carbono) passível de deformação plástica que, em geral, apresenta teor de carbono entre 0,008% e 2,0% na sua forma combinada e, ou, dissolvida e que pode conter elementos de liga adicionados, ou residuais”.

E quais elementos se uniram à composição do aço?

Os elementos de liga mais comuns usados nos aços são: carbono (C), níquel (Ni), cromo (Cr), vanádio (V), tungstênio (W), molibdênio (Mo), manganês (Mn), cobalto (Co), entre outros. Cada um destes elementos interfere de maneira diferente nas propriedades físicas, mecânicas e químicas dos aços, conforme apresentado na tabela abaixo:

Elemento de liga

Carbono

Silício

Manganês (em aços aperlíticos)

Manganês (em aços austeníticos)

Cromo

Níquel (em aços perlíticos)

Níquel (em aços austeníticos Cr-Ni)

Alumínio

Tungstênio

Vanádio

Cobalto

Molibdênio

Cobre

Enxofre

Fósforo

Propriedades mecânicas

Dureza

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Resistência

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Limite de estiramento

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Alongamento

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Redução de área

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Resistência ao impacto

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Elasticidade

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Estabilidade a alta temperatura

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Resistência ao desgaste

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Forjabilidade

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Usinabilidade

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Nitretabilidade

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Resistência a corrosão

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Incremento

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Redução

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Não afeta

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Não caracterizado

Toda característica nova do aço é uma composição diferente?

Por mais que certas capacidades sejam possíveis com a inclusão de novos elementos na composição do aço, precisamos lembrar que formulação e microestruturas são fatores diferentes. Estas atuam de forma diferenciada nas propriedades dos materiais, mesmo que o objetivo seja o mesmo. Por exemplo, o aumento da resistência ao impacto.

Para aumentar a resistência ao impacto, pode-se adicionar, por exemplo, Vanádio e Molibdênio (alteração da composição química). Ou buscar rotas de fabricação que proporcionem uma microestrutura mais homogênea. Os dois métodos têm, em teoria, o mesmo objetivo, porém, com intensidades diferentes. É importante ainda, observar que, quando adicionamos um determinado elemento químico – vamos novamente utilizar o molibdênio como exemplo – podemos ter um efeito positivo na resistência ao impacto. Porém, há uma piora na usinabilidade do aço.

Ou seja, para criar um aço novo ou melhorar as propriedades de um material já existente, as usinas podem trabalhar em várias frentes, como na composição química, nos processos de fabricação (forjamento, laminação etc.), no tratamento térmico, entre outros.

O tratamento para todo tipo de aço é o mesmo?

Os elementos de liga interferem na temperabilidade dos aços, portanto diferentes combinações de elementos químicos (ou seja, diferentes aços) terão diferentes respostas ao tratamento térmico.

Quando uma usina desenvolve um aço quimicamente novo, faz-se toda uma série de testes e estudos para entender a sua reação com os tratamentos térmicos. Com base nestes resultados, são estabelecidos os parâmetros para as operações de tratamento e, são confeccionados os catálogos e fichas técnicas.

Mudança do aço para o mundo

A evolução dos aços, seja através da composição química ou da melhoria em processos de fabricação, não diz respeito somente às alterações de suas propriedades. Sendo assim, essa inovação proporciona um avanço em diversos setores do mercado.

Todo o setor automotivo, tecnológico e, até mesmo o setor da saúde, são grandes exemplos de segmentos que se beneficiaram e cresceram com a evolução dos materiais.

A ISOFLAMA também acompanha essa melhoria!

Realizando estudos e processos cuidadosos antes de levar os tratamentos térmicos aos materiais dos nossos clientes, a ISOFLAMA atualmente atende a uma ampla gama de aços, com as mais diversas composições químicas, como aços para trabalho a quente, aços para trabalho a frio, aços inoxidáveis, aços rápidos, aços para o processamento de plásticos, entre outros.

Para cada tipo de aço, temos um tratamento térmico adequado, otimizando assim as propriedades desejadas do material, atendendo nossos clientes com soluções inteligentes e seguras.

Vale mencionar que a composição química de uma liga metálica não baliza os parâmetros utilizados no tratamento térmico sozinha. Ou seja, fatores como propriedades desejadas, dimensões, criticidade geométrica, composição de carga (inclusive o posicionamento dentro do forno), entre outros também estão em foco.

Nesse domínio de manusear bem os diferentes tipos de materiais, levando sempre em consideração os fatores mencionados acima, temos o reconhecimento do mercado com a nossa expertise.

Por fim, essas foram as nossas considerações sobre como os elementos químicos na composição do aço influenciam suas propriedades. Se você leu até aqui e precisa de ajuda para entender sobre algum processo térmico de um aço específico, entre em contato e fale com um de nossos especialistas. E, para se manter atualizado em nossas atividades, nos acompanhe pelas redes sociais e acesse a área Infotec em nosso site para conferir mais informativos.

Nos vemos em breve!

Níveis adequados de tenacidade por boas práticas na fabricação e tratamento térmico de ferramentas

A falta de tenacidade está sendo um problema? Entenda como o tratamento térmico pode solucionar problemas como trincas e lascamentos

Mesmo parecendo apenas uma característica dos metais, a tenacidade é um fator-chave quando destacamos o uso diário de uma peça metálica. Isso porque, com o esforço contínuo, a integridade do corpo original e a durabilidade de determinadas peças dependem diretamente da resistência que as suas estruturas podem suportar.

E é exatamente por isso que traremos neste material uma explicação abrangente sobre a importância da tenacidade para ferramentas. Também veremos sua relação com os tratamentos térmicos e como boas práticas auxiliam na vida útil dessas peças, na economia das empresas e na satisfação dos clientes.

Tenacidade: uma característica mecânica essencial

Para começar essa explicação, primeiramente, precisamos esclarecer um questionamento: o que podemos entender como tenacidade?

A tenacidade é uma propriedade mecânica dos materiais. Normalmente ela é associada à resistência de um material contra impactos e esforços cíclicos. Porém, uma definição técnica diz respeito à capacidade de um material absorver energia e deformar-se plasticamente sem fraturar. Ou seja, entende-se como a resistência de um material à fratura, quando ele é submetido a uma determinada carga.

Mas isso não é a dureza do material?

A dureza é a resistência de um material à deformação permanente (riscos, abrasão, penetração) e não à fratura.

Como a dureza e a tenacidade estão intimamente ligadas, é normal confundi-las. Mas, há diferenças entre elas que são extremamente importantes no uso dos metais.

Na verdade, há geralmente um compromisso entre dureza e tenacidade. Materiais muito duros tendem a ser mais frágeis (menos tenazes), pois a alta dureza pode resultar em baixa capacidade de absorver energia antes da fratura.

Precisamos entender a relação entre essas propriedades para selecionar materiais apropriados para diferentes aplicações e para realizar tratamentos térmicos que otimizem o desempenho mecânico dos componentes.

E quais são as boas práticas que aumentam os níveis de tenacidade?

Quando focamos nos fatores que melhoram a resistência dos metais contra impactos e a absorção de energias, a ISOFLAMA considera três práticas principais, sendo elas:

Matéria-prima de boa qualidade

As normas internacionais balizam a fabricação e as características dos mais diversos materiais, inclusive dos aços. Muitos acreditam que especificando uma norma internacional (como por exemplo, AISI D2, WNR 1.2344 etc.), haverá a garantia de um material de boa qualidade. Mas, infelizmente não é bem assim. As normas internacionais são relativamente “folgadas” não somente em termos de composições químicas, como também de microestruturas e cada usina/fabricante define uma faixa mais estreita dentro das tolerâncias estabelecidas em normas. Quanto mais estreitas forem as tolerâncias adotadas pelo fabricante, mais homogêneas e constantes serão as propriedades e respostas do material. E aqui estamos falando, também, de respostas mais homogêneas ao tratamento térmico, por exemplo.

Portanto, é muito importante certificar-se sobre a real origem do material, quem é o fabricante e qual a reputação que esta empresa tem. Lembre-se que, tolerâncias mais abertas permitem menores custos de fabricação, porém, em geral, pior qualidade.

Além disso, é importante analisar quais são as demandas da ferramenta em questão, tendo-se em vista o ponto de equilíbrio entre tenacidade e resistência ao desgaste que cada tipo de aplicação exige. Depois, com base nisso, definir qual seria o material mais adequado.

Estudar a geometria da peça

Representando bem mais do que uma questão estética, a geometria das peças é um fator que, se não for analisado com cuidado antes da confecção da ferramenta ou componente, pode ser o principal causador de problemas durante a vida útil do ferramental.

Normalmente, quando falamos em geometria da ferramenta, pensamos em seu formato final de acordo com a aplicação e/ou função a que se destina. Então é sabido, por exemplo, que devemos evitar cantos vivos, paredes finas, etc. Pois são características que fragilizam o componente.

Porém, a questão da geometria vai muito além disso. Devemos pensar, por exemplo, em geometrias que favoreçam uma rota de usinagem que gere menos tensões. Evitando-se a realização de eletroerosão, por exemplo, e mais, devemos pensar em uma geometria favorável ao tratamento térmico, que, além de mitigar o risco de trincas e deformações (com a adoção, por exemplo, de raios generosos, de transições de massas suaves, de escareamento de furos, de quebras de arestas cortantes etc.), permita também, o uso de maiores taxas de resfriamento. O que contribuirá positivamente para a tenacidade do material após as operações de têmpera e revenimento.

A geometria da ferramenta é essencial no tratamento térmico, pois afeta diretamente a distribuição de temperatura, a taxa de resfriamento, a formação de tensões residuais, a distorção e os ciclos de tratamento. Um design otimizado da geometria da ferramenta melhora a eficiência do tratamento térmico, garante melhor qualidade do material tratado e prolongar a vida útil da ferramenta.

Revenimento para uma tenacidade adequada

O revenimento é um processo de tratamento térmico que desempenha um papel crucial na modificação das propriedades mecânicas dos materiais, especialmente a tenacidade.

A têmpera aumenta a dureza do material, mas também pode torná-lo frágil devido à formação de austenita retida e martensita bruta, uma fase dura e quebradiça. Além disso, ocorre também, a introdução de tensões significativas na peça, devido ao rápido resfriamento e à transformação de fases.

O revenimento alivia estas tensões e reduz a fragilidade ao transformar a austenita retida e a martensita bruta em uma estrutura mais dúctil e tenaz, como a martensita revenida. Mas, esta transformação somente é efetiva se forem respeitadas as temperaturas, tempos e quantidades de revenimentos recomendados para cada tipo de material.

Quando falamos em aços ferramenta, normalmente são recomendados de 2 a 3 revenimentos, dependendo do tipo de material, dureza desejada e aplicação da ferramenta ou componente em questão. Isto ocorre porque, a cada revenimento realizado, uma parcela maior de austenita retida e martensita bruta é transformada em martensita revenida.

Do nosso conhecimento para a sua satisfação

Como falamos anteriormente, cada liga metálica apresenta suas próprias características por conta de suas composições químicas e processos de fabricação. Através da têmpera e outros tratamentos térmicos, a ISOFLAMA consegue otimizar e alcançar as propriedades desejadas para cada tipo de aplicação.

Inclusive, se as boas práticas na escolha de matérias-primas e em todo o processo de fabricação da ferramenta ou componente não forem respeitadas, o tratamento térmico poderá agir como agente revelador de não conformidades e não o causador.

Por fim, essas foram as nossas considerações sobre os níveis adequados de tenacidade por meio de boas práticas na fabricação e tratamento térmico de ferramentas. Leu este material e deseja entender mais sobre o assunto antes de investir em novas peças metálicas? Entre em contato com a nossa equipe para mais detalhes. Aproveite, também, para nos seguir nas redes sociais e confira outros informativos que preparamos em nosso infotec.

Nos vemos na próxima!

Cantos vivos e fatores que influenciam na qualidade do tratamento térmico e na vida útil da ferramenta

Compreenda a influência dos cantos vivos e de outros fatores geométricos para os tratamentos térmicos e a vida útil das ferramentas metálicas

Uma ocorrência que surge nos corpos metálicos, quando recorremos aos tratamentos térmicos, são as deformações e distorções. Isso porque, para sorte da civilização, o elemento Ferro tem a capacidade de sofrer alterações volumétricas na estrutura cristalina no estado sólido quando alcançadas determinadas temperaturas. É exatamente esta capacidade que permite ao aço alcançar durezas maiores quando aquecido e resfriado rapidamente (têmpera), ou seja, de forma geral, durante o processo de tratamento térmico, o aço experimenta expansão e contração. Contudo, é aí que os cantos vivos e outros fatores geométricos pesam em consequências inesperadas e negativas às ferramentas.

Em casos comuns, onde não são feitos estudos aplicados sobre o tipo de aço e da geometria da peça a ser tratada termicamente, podem ocorrer o surgimento de trincas, distorções e deformações. E, se você quer entender mais sobre esses comportamentos, suas causas, consequências e ações para mitigar os riscos de ocorrência, o nosso informativo trará os principais destaques para ajudar na compreensão destes fenômenos.

O tratamento térmico é sempre o culpado por trincas e deformações durante o processamento das peças?

Caso você ainda não saiba o que é, os cantos vivos são quinas (externas ou internas) presentes nas peças. No caso de peças metálicas, essas quinas e ângulos secos demais são um dos maiores causadores de trincas durante os tratamentos térmicos. Isso porque, quanto maior a diferença de massa entre as partes da peça que estão ligadas por essa quina, maior será a tensão entre elas, por esquentarem e esfriarem em ritmos diferentes.

Sendo assim, com a presença de uma geometria não adequada, é grande a chance de a vida útil da peça ser encerrada já durante o tratamento térmico e, neste caso, o tratamento térmico não será o agente causador da falência, mas sim o revelador de uma não conformidade.

Mas, como evitamos este tipo de fenômeno?

Ao projetar uma peça que será submetida a tratamento térmico, especialmente têmpera e revenimento, é importante considerar várias características geométricas para mitigar os riscos de trincas, deformações e distorções e, garantir a qualidade do tratamento térmico. Aqui estão alguns pontos críticos que devem ser evitados:

1. Cantos Vivos

Evitar: Cantos vivos, pois, como comentado anteriormente, eles são pontos concentradores de tensões, aumentando o risco de trincas e deformações durante a têmpera.

Solução: Utilize cantos arredondados (com os maiores raios possíveis) ou chanfrados para distribuir as tensões de forma mais uniforme. Isto é válido tanto para cantos internos, como também externos.

2. Mudanças Abruptas de Seção

Evitar: Transições abruptas entre seções de diferentes espessuras ou formas, como de uma seção fina para uma seção espessa.

Solução: Projete transições suaves, utilizando os maiores raios possíveis, entre seções para reduzir o risco de deformações e garantir um resfriamento mais uniforme. Em determinados casos é interessante fazer um escalonamento entre a região de maior e a de menor massa, evitando sempre riscos de usinagem.

3. Geometrias Complexas e Irregulares

Evitar: Formas complexas com reentrâncias, filetes pequenos ou áreas difíceis de alcançar, pois essas regiões podem esfriar a taxas diferentes, causando tensões internas e deformações.

Solução: Simplifique o design da peça e, se possível, evite detalhes complexos em áreas críticas. Adicione raios maiores em filetes e reentrâncias.

4. Secções Muito Finas ou Muito Espessas

Evitar: Secções extremamente finas ou espessas em uma mesma peça, pois estas esfriam a taxas muito diferentes, resultando em tensões internas desiguais.

Solução: Mantenha a espessura da peça o mais uniforme possível e, se necessário, adicione elementos de suporte ou reforço em áreas mais frágeis.

5. Furos ou Cavidades Internas

Evitar: Cavidades internas ou furos profundos e finos que podem acumular calor, resfriar mais lentamente, e causar deformações ou trincas.

Solução: Se furos forem necessários, projete-os com diâmetros e profundidades que não criem diferenças significativas nas taxas de resfriamento. É muito importante evitar paredes finas entre furos ou furos muito próximos das laterais da peça. Além disso é fundamental que os furos sejam escareados.

6. Soldas ou Juntas Improvisadas

Evitar: Soldas ou juntas improvisadas, pois essas áreas podem reagir de forma imprevisível durante o tratamento térmico.

Solução: Em peças que passarão por têmpera e revenimento a solda deve ser entendida sempre como uma solução paliativa e que deve ser evitada. Se a soldagem for realmente necessária, use técnicas de preparação adequadas, eletrodos compatíveis com a composição química do aço a ser soldado, pré aqueça a peça a ser soldada e utilize técnicas de pós-tratamento apropriadas para reduzir a concentração de tensões e garantir uma microestrutura homogênea.

7. Componentes Assimétricos

Evitar: Designs assimétricos, onde uma parte da peça pode esfriar muito mais rápido do que outra, levando a deformações.

Solução: Tente projetar a peça de maneira simétrica ou, se isso não for possível, preveja o sobremetal adequado para corrigir deformações.

8. Arestas e Pontos Afiados

Evitar: Arestas afiadas ou pontos agudos, que podem atuar como iniciadores de trincas durante o resfriamento.

Solução: Arredonde arestas e suavize quaisquer pontos agudos na geometria da peça.

9. Peças acabadas

Não enviar: Peças na dimensão final, pois a variação dimensional, como informado anteriormente, é intrínseca às operações de tratamento térmico.

Solução: Sempre prever sobremetal adequado às dimensões da peça, buscando, inclusive, o balanceamento de massas.

Evitar: usinagem grosseira, pois toda aresta que, ao passar o dedo desprotegido, traga o risco de ferimento, deve ser retrabalhada, pois além de representar um risco aos operadores, é também um ponto concentrador de tensões.

Solução: Não permitir a presença de rebarbas, principalmente nas áreas de alteração de forma/massa e furos.

Cuidado com o resfriamento inadequado!

É um grande engano se até aqui você pensou que apenas os formatos são os únicos responsáveis pelas formações de trincas, deformações dos aços e baixa performance das ferramentas.

Normalmente, pensando-se unicamente na microestrutura do material, quanto mais rápido for o resfriamento da têmpera, melhor, porém, a têmpera, sem o acompanhamento preciso de profissionais, também pode se transformar em um risco para integridade das ferramentas. Isso porque, o resfriamento drástico demais traz tensões internas, além de uma alta instabilidade térmica.

De outro lado, um resfriamento muito lento, visando evitar a ocorrência de trincas e deformações, pode trazer efeitos negativos para a microestrutura do material, que poderá afetar propriedades como tenacidade, resistência à compressão, polibilidade, etc.

Ou seja, o projetista, a ferramentaria e o tratador térmico devem trabalhar em conjunto, no sentido de se prever a geometria e o acabamento de tal forma a permitir a utilização de taxas de resfriamento adequadas durante as operações de tratamento térmico.

Unindo a geometria ao tratamento térmico ideal

As táticas para aumentar a vida útil de uma ferramenta, como já dito antes, começam logo pelo projeto das ferramentas.

Quando os estudos se alinham corretamente para uma geometria que aceite soluções térmicas com segurança, toda a perspectiva desta peça muda. Sendo assim, a geometria favorável ao tratamento térmico leva ao menor risco de trincas e deformações e, permite a utilização de taxas de resfriamento adequadas, resultando em melhor tenacidade e, por fim, uma MAIOR vida útil da ferramenta.

Boas práticas para têmpera

Primeiramente, como a têmpera é uma solução que também diz respeito à tenacidade, dureza, mudanças volumétricas e ajuste de aspectos mecânicos do aço, esta também tem boas práticas para ser realizada, proporcionando uma execução mais segura e uma maior vida útil das ferramentas.

Os principais cuidados giram em torno de:

– Informar o tipo de aço/liga enviado para tratamento térmico e, se possível, o fabricante ou distribuidor do mesmo, pois assim, saberemos exatamente onde buscar as informações para o correto tratamento térmico;

– Realizar o melhor projeto de usinagem: rota de usinagem (desbaste, acabamento, retífica etc.) e geometria, visando a introdução da menor quantidade possível de tensões e o melhor acabamento possível;

– O alívio de tensões antes da têmpera tem o objetivo de mitigar os riscos, mas é importante frisar que não os elimina por completo.

Enfim, agora que você já sabe mais sobre cantos vivos, deformações, os efeitos da têmpera e como todos esses fatores influenciam o aço para uma vida útil maior nas ferramentas, que tal visitar o nosso site para conferir mais infotecs? Aproveite, também, para nos acompanhar nas redes sociais e esteja atento às novidades da ISOFLAMA.

Nos vemos na próxima!

Empenamento e distorção do aço após o processo de têmpera: porque ocorre e como minimizar

Fenômenos complexos estão ligados às mudanças volumétricas que ocorrem no aço, durante o aquecimento e o resfriamento

Embora o processo de têmpera seja essencial para as propriedades mecânicas desejadas às peças de aço, há a chance de vir acompanhado de resultados indesejados como deformações e o empenamento. E, em casos mais extremos, até mesmo trincas das peças.

São fenômenos que podem comprometer a precisão dimensional e a integridade estrutural das peças, impactando na sua funcionalidade e desempenho. Sendo assim, é preciso implementar estratégias para mitigar o risco de empenamentos e distorções durante os processos térmicos, especialmente na têmpera.

Confira as principais causas do empenamento e da distorção durante o processo de têmpera, bem como, práticas recomendadas para minimizar esses problemas.

O que configura empenamento?

Trata-se de um fenômeno indesejado que pode ocorrer em peças de aço durante os tratamentos térmicos, principalmente durante a têmpera. Esse fenômeno diz respeito a alterações dimensionais, ou seja, mudanças nas dimensões da peça, como curvaturas ou torções, que não estavam presentes na peça antes do tratamento térmico.

Normalmente, as deformações se traduzem em contratempos significantes nas peças. Especialmente quando a precisão dimensional é crucial — em ferramentas, moldes ou peças de máquinas, por exemplo.

A boa notícia é que as deformações costumam ser evitáveis e normalmente estão relacionadas à geometria da peça enviada para o tratamento térmico, variação brusca de forma ou volume, condição de montagem da peça na carga do forno, severidade do resfriamento (água, polímero, óleo, pressão de gás etc.).

O que configura Distorção?

Normalmente, também se refere às variações dimensionais ocorridas durante as operações de tratamento térmico. Porém, neste caso, relacionada a alteração de volume da estrutura cristalina do material, sendo, portanto, inerente às operações de tratamento térmico, ou seja, inevitável.

Empenamento e distorções: como ocorrem?

Primeiramente, é importante saber que o Ferro – para a sorte da civilização – é um cristal imperfeito com defeitos que se tornam virtudes devido a sua capacidade de sofrer alterações volumétricas na estrutura cristalina (alotropia) no estado sólido, quando alcançadas determinadas temperaturas.

Sendo prático, é exatamente a capacidade de sofrer alterações volumétricas na estrutura cristalina que o permite alcançar durezas maiores quando aquecido e resfriado rapidamente (têmpera). Durante este processo, o aço experimenta:

Aquecimento: expansão até ~700°C, quando inicia leve contração até ~750°C, seguida de nova expansão;

Resfriamento rápido (têmpera): forte contração até ~210°C, seguida de expansão até que alcance a temperatura ambiente, normalmente crescendo um pouco em relação ao ponto de partida.

No processo de têmpera, ocorre a alteração da estrutura cristalina do material de CFC – Cúbica de Face Centrada (Austenita) para TCC – Tetragonal de Corpo Centrado (Martensita), podendo ocorrer uma expansão na ordem de 4%. Portanto, estamos falando aqui do fenômeno da distorção.

Além disso, podem ocorrer deformações durante o processo de tratamento térmico do aço devido às tensões residuais presentes na peça.

Essas tensões podem fazer com que a peça se curve, por exemplo.

As variações dimensionais podem, ainda, estar ligadas a outros fatores, como:

Homogeneidade da microestrutura do aço no estado recozido;
Orientação dos grãos;
Tensões inseridas durante a usinagem;
Parâmetros de processo utilizados na têmpera etc.

Quando se constata que uma peça não sofreu deformações e/ou distorções após a têmpera, confirma-se que a somatória de tensões foi igual a “zero”. Uma segunda peça exatamente igual e com têmpera nas mesmas condições, pode não responder da mesma forma e apresentar significativa alteração dimensional.

Evitando empenamento e distorção na têmpera

Visando a preservação dimensional e estrutural das peças de aço, é preciso aderir a algumas práticas para mitigar os riscos de variações durante a têmpera. Dentre elas, recomenda-se atenção especial aos seguintes aspectos:

Projeto adequado da peça

Como pudemos ver, a operação de tratamento térmico tem riscos inerentes ao processo.

A qualidade do aço e as condições de fabricação da peça contribuem para tornar o tratamento térmico um agente revelador (e não o causador) de não-conformidades. Sendo assim, damos especial atenção à:

a) Qualidade do aço:

Quanto mais homogênea a microestrutura do material, maior a estabilidade dimensional durante as operações de tratamento térmico. Tomar cuidado com peças grandes ou que foram retiradas de blocos grandes, pela normalidade de diferenças nas microestruturas entre a superfície e o núcleo destes. Buscar uma matéria-prima adequada e de boa qualidade é o primeiro passo para o sucesso de uma ferramenta.

b) Geometria da peça enviada para o tratamento térmico:

Quando falamos em geometria de uma peça, focamos na forma que esta deverá ter para atender a função a que se destina. Porém, é importante saber que a geometria da peça enviada para o tratamento térmico está diretamente ligada ao sucesso da operação, podendo, inclusive, influenciar na performance e vida útil da ferramenta, pois de modo geral:

· Seções grossas tendem a “inchar”. Por exemplo, um cubo se tornará uma “esfera”;

· Áreas de “grandes vales” (canais) tendem a abrir (alargar);

· Furos tendem a “fechar”.

c) Sobremetal:

Sempre prever sobremetal adequado no projeto da peça a ser enviada para tratamento térmico, compensando eventuais alterações dimensionais durante a têmpera. Alguns fabricantes de aços, para peças comuns, recomendam um sobremetal mínimo de 0,30% para cada medida. Se a peça possuir geometria complexa (grandes diferenças de massas, peças finas e cumpridas etc.), este percentual aumenta consideravelmente.

Tratamento térmico

Comentamos anteriormente que o tratamento térmico muitas vezes é o agente revelador e não o causador de não-conformidades. Porém, de forma alguma podemos subestimá-lo.

Esta etapa da fabricação de uma ferramenta demanda cuidados especiais, conhecimento, precisão e controle. Caso contrário, a performance do componente em questão fica drasticamente afetada.

Controle de temperatura durante a têmpera

O processo de aquecimento e de resfriamento de uma peça dentro do forno ocorre da superfície em direção ao núcleo. Ou seja, há diferenças de temperatura entre a câmara do forno, a superfície da peça e seu núcleo. Este fenômeno eleva o nível de tensões. Portanto, devemos buscar um aquecimento e um resfriamento o mais uniforme possível da peça, os quais estão diretamente ligados a alguns fatores que veremos logo abaixo.

Equipamento

Termopares que medem apenas a temperatura da câmara do forno, não necessariamente medem a real temperatura da superfície da peça, não garantindo assim, homogeneidade de temperatura. Sendo dessa forma, é muito importante se utilizar também termopares de contato, monitorando as temperaturas de superfície e núcleo da peça.

Preparação e montagem da carga

A forma como as peças ficam no forno pode fazer toda a diferença no resultado final. Normalmente processando peças com as mais diversas geometrias e tamanhos e, não há uma fórmula para isso. Esta operação é totalmente dependente da experiência e conhecimento das pessoas envolvidas neste processo. Porém, considerando-se fornos a vácuo, precisamos que em uma mesma carga sejam colocadas apenas peças com geometrias/dimensões compatíveis, pois peças menores aquecem e resfriam mais rapidamente do que peças grandes.

Tempo em temperatura

Como comentado acima, peças pequenas aquecem e resfriam mais rapidamente que peças grandes, portanto, tendo-se em vista os critérios de montagem da carga com peças com geometrias compatíveis, deve-se escolher os corretos tempos em temperatura para cada situação. Se, por exemplo, uma carga possuir peças grandes e pequenas e o balizamento do tempo for feito em função da menor peça, aquela grande não ficará o tempo necessário para que ocorra a correta transformação de sua microestrutura.

Por outro lado, se o tempo for definido em função da peça maior, aquela menor ficará mais tempo que o ideal, o que pode trazer consequências graves para a microestrutura do material, como o fenômeno chamado de “marcação de grãos”, que leva à fragilização. Se for feita uma média do tempo, as duas situações ocorrerão, ou seja, a peça pequena ficará um pouco mais de tempo que o ideal e a peça grande não ficará o tempo necessário.

Resfriamento

Esta é uma das etapas mais importantes do processo e a que possui o maior risco de ocorrência de não conformidades, pois temos situações similares às expostas acima, porém de forma agravada. Em um forno a vácuo, por exemplo, se tivermos peças grandes e pequenas em uma mesma carga, a peça grande demandará mais tempo para resfriar do que a peça pequena, ou seja, não será possível se utilizar a taxa de resfriamento adequada para as duas situações. Além disso, a peça grande pode fazer o que chamamos de “sombra” na peça pequena, fazendo com que a taxa de resfriamento na peça pequena não seja adequada.

Outro ponto de atenção é com relação ao correto posicionamento e espaçamento entre as peças, de forma que o gás, durante o resfriamento, possa circular da maneira correta. Ainda deve ser avaliada a criticidade geométrica de cada peça, já que peças com geometria complexa demandam taxas mais brandas de resfriamento e isso, conforme comentado anteriormente, pode interferir negativamente na tenacidade do material depois de temperado e revenido. Com base nestes critérios, deve ser definida a correta composição de carga e as respectivas taxas de resfriamento para cada situação.

Monitoramento e controle do processo térmico

Atentando-se cuidadosamente aos parâmetros do processo, como: temperatura, tempo de tratamento e velocidade de resfriamento. Isso requer ajustes precisos nos parâmetros conforme necessário, visando resultados consistentes e controlados.

Revenimento após a têmpera

Processo que visa aliviar as tensões residuais e estabilizar a estrutura do aço, melhorando a tenacidade. Nesta etapa, a definição dos tempos e temperaturas corretas, além do posicionamento adequado das peças no forno, também contribuem para a redução da susceptibilidade ao empenamento e distorção.

Destacamos que, seguir essas práticas e técnicas reduz significativamente o risco de empenamento e distorção durante o processo de têmpera, objetivando a qualidade e integridade das peças de aço tratadas termicamente. Porém, é importante reforçar que não se pode garantir que o empenamento e a distorção sejam completamente eliminados durante o processo de tratamento térmico.

Na verdade, a adoção de práticas corretas e a aplicação de parâmetros adequados minimizam o risco desses problemas ocorrerem. Afinal, como descrito ao longo deste texto, diversas variáveis contribuem para a presença ou não desses fenômenos, inclusive fatores externos ao processo térmico, a exemplo da geometria da peça e da qualidade do aço.

Têmpera a vácuo ISOFLAMA

A ISOFLAMA é uma empresa líder em processos térmicos, usando alta tecnologia aliada a rígidos critérios na montagem de carga e parametrização dos ciclos térmicos, otimizando assim, os seus resultados. Um dos principais tratamentos térmicos realizados pela ISOFLAMA é a têmpera a vácuo, um processo altamente eficiente e preciso que oferece diversas vantagens em relação aos métodos convencionais. Nosso compromisso com inovação e excelência proporciona aos nossos clientes resultados superiores e consistentes em todas as etapas da produção. Conheça mais sobre como trabalhamos em nosso site.

Referência

Isoflama. (s.d.). Haikai 俳句 Técnico: Empenamento e distorção: incansável discussão. Indaiatuba, SP. Ano II, nº 007, p. 11. Disponível em: https://www.isoflama.com.br/assets/pdf/haikai/1468264142.pdf.

J.C. Vendramim; J. Vatavuk. O Empenamento no tratamento térmico, Isoflama Indústria e Comércio de Equipamentos Ltda, Informativo Técnico. Indaiatuba, SP. 2006. Disponível em: https://www.isoflama.com.br/assets/pdf/inTec/1468266498.pdf

Processos térmicos para aumentar a vida útil de ferramentas confeccionadas em Aço Rápido

Aço Rápido é o material usado, principalmente, na fabricação de ferramentas de usinagem

Em geral, a composição do Aço Rápido contém tungstênio, cromo, vanádio, carbono e ferro, sendo usado, principalmente, na fabricação de ferramentas de usinagem, as quais trabalham com altas velocidades de corte. Sua relevância é histórica, por ser um importante ator na Segunda Revolução Industrial, ao contribuir para um salto de produtividade nas indústrias da época.

Até hoje é um material fundamental para a metalurgia mundial, por conta de suas propriedades mecânicas de alta resistência ao calor e à abrasão. Nesta matéria, você entenderá mais sobre esse aço e como melhorar as suas propriedades por meio de tratamento térmico.

Entrando em detalhes: o que é o Aço Rápido?

Este é um material com uma história interessante, tendo sido desenvolvido por várias pessoas ao longo do tempo. Mas, sua criação é frequentemente atribuída a dois engenheiros americanos, Frederick Winslow Taylor e Maunsel White. Ambos trabalhavam em uma aciaria chamada Bethlehem Steel, na virada do século, durante a Segunda Revolução Industrial.

Conhecido em inglês por High Speed Steel (HSS), “aço de alta velocidade” em tradução literal para o português, o material foi um importante ator no salto produtivo das indústrias da época. Suas características convenientes à aceleração dos processos – como a alta resistência à abrasão e à temperatura – aumentou drasticamente a velocidade de corte das ferramentas de usinagem.

Como comentado, os Aços Rápidos são assim chamados devido a capacidade de usinarem metais com velocidades de corte superiores às possíveis com outros tipos de aços (como os aços ferramenta, por exemplo). Isso porque, conseguem manter a alta resistência da aresta de trabalho mesmo em temperaturas na ordem de 500°C, desde que não sofram choques térmicos constantes.

Comumente, são utilizados para a fabricação de ferramentas de usinagem, desde as usadas domesticamente – como brocas – até as industriais para corte de outros metais, como fresas e bits, por exemplo.

Principais propriedades do aço rápido

São três as principais propriedades do aço rápido, as quais viabilizam o seu uso em ferramentas de usinagem.

• Dureza à quentura: os Aços Rápidos mantêm sua dureza mesmo em altas temperaturas de operação (~500°C), o que os torna adequados para usinar materiais duros (inclusive metálicos) a altas velocidades de corte.

• Resistência ao desgaste abrasivo: o que contribui para retardar o desgaste da aresta de corte da ferramenta sob condições de trabalho intensas. Essa propriedade, além de permitir uma boa vida útil, também garante que a ferramenta não perderá o fio de corte na área de trabalho.

• Resistência à compressão e à deformação térmica: eles mantêm sua forma e resistem à deformação mesmo em temperaturas elevadas, garantindo uma usinagem precisa.

• Tenacidade: apesar de sua alta dureza, os Aços Rápidos também possuem certa tenacidade, o que os torna menos propensos a quebras e lascamentos durante a aplicação, especialmente onde ocorre o que chamamos de “corte interrompido”, como em dentes de fresas, onde hora o dente está em contato com o material a ser usinado e hora não, gerando microimpactos e acúmulo de tensões durante a operação.

Principais aplicações

Dentre suas principais aplicações, podemos citar as seguinte ferramentas:

Fresas, brocas, machos, etc – corte rotativo;
Brocas, guilhotinas, etc – corte linear;
Punções, pentes e rolos laminadores, etc – trabalho a frio.

Exemplos de Aços Rápidos

Existem diversas formas de se classificar os Aços Rápidos, sendo as mais comuns de acordo com a composição química (material com ou sem cobalto, por exemplo) e de acordo com o processo de fabricação (aços convencionais, aços refundidos e aços sinterizados).

AISI M2: no Brasil, é o aço de entrada na linha de Aços Rápidos. Apresenta boa resistência ao desgaste, podendo chegar a durezas na ordem de 63/65 HRC.
AISI M35: é praticamente um AISI M2 com adição de ~5% de cobalto, o que confere uma resistência ao desgaste ainda maior, com leve perda de tenacidade.
AISI M4: encontrado no mercado brasileiro em sua versão sinterizada (metalurgia do pó), o que lhe confere maior tenacidade e maior resistência ao desgaste se comparado aos dois materiais citados anteriormente.

Existem diversas modificações e evoluções destes materiais disponíveis no mercado, principalmente quando falamos em aços sinterizados, onde, por exemplo, é possível encontrar materiais com teores de cobalto acima de 10%, podendo, inclusive, alcançar durezas na ordem de 70 HRC.

Tratamento térmico do aço rápido

O tratamento térmico para ferramentas confeccionadas em Aços Rápidos pode melhorar suas propriedades, conforme a funcionalidade, contribuindo para o prolongamento de sua vida útil.

De modo geral, a temperatura de austenitização (têmpera) dos Aços Rápidos é acima dos 1.150°C, sendo o mais comum a faixa entre 1.180 e 1.200°C.

Além disso, embora a temperatura de austenitização dos Aços Rápidos seja bem superior à dos aços ferramenta, o tempo em temperatura de austenitização é menor. Ou seja, demanda equipamentos com um bom grau de precisão e controle. Caso contrário, facilmente poderá haver fragilização do material durante o tratamento térmico, mesmo que a dureza esteja dentro da faixa especificada.

Justamente devido a estas características, a montagem da carga (peças) que será tratada é de suma importância. Na verdade, é o fator geométrico um critério a ser levado em consideração de forma rigorosa. Em outras palavras, em um tratamento térmico em forno a vácuo, por exemplo, não se pode colocar peças com fator geométrico muito diferentes em uma mesma carga. Afinal, uma peça menor aquecerá e resfriará mais rápido do que uma peça grande, além de demandar tempos em temperatura de austenitização diferenciados. Se, por exemplo, o tempo for baseado na peça grande, estes poucos minutos a mais que o ideal, em que a peça pequena ficará exposta à temperatura de austenitização, poderá comprometer sua microestrutura de forma definitiva, afetando propriedades, principalmente, como tenacidade e resistência ao desgaste.

Obtendo a melhor resposta dos componentes

Sendo assim, conseguimos obter a melhor resposta dos componentes em Aço Rápido a partir da utilização de fornos precisos, calibrados e aferidos. Mas também, precisamos ter o máximo controle e seleção adequada dos parâmetros de processo durante a têmpera e os revenimentos.

A realização da têmpera em forno a vácuo também contribui para garantir um melhor resultado do tratamento. Isso porque, além de oferecer proteção contra a descarbonetação, permite o controle preciso de temperatura e atmosfera em seu interior. Assim, contribui para a repetibilidade dos bons resultados.

A qualidade que você confia, agora para aço rápido

A ISOFLAMA já processa Aços Rápidos há muito tempo, porém, sempre em “carga fechada”, ou seja, tratamentos dedicados exclusivamente para determinados clientes. No entanto, recentemente, aumentamos nosso catálogo de serviços oferecidos, com o lançamento do tratamento térmico para Aços Rápidos em cargas compartilhadas, respeitando-se com afinco o critério geométrico. Isso significa que agora, as ferramentas confeccionadas nesse tipo de material poderão receber os serviços com a excelência já atestada em mais de 18 anos de experiência.

Nossos processos são realizados em equipamentos de alta tecnologia. No caso do tratamento térmico, como têmpera e revenimento, contamos com fornos a vácuo. Essa tecnologia possibilitam um maior controle de temperatura e pressão, proporcionando um resultado mais eficiente e com alto índice de repetibilidade de bons resultados.

Além da alta tecnologia, a Isoflama compreende os processos térmicos como uma arte. Sabemos que o fator que diferencia um tratamento térmico de excelência dos demais, é mais do que o conhecimento técnico. Na verdade, envolve experiência, capacidade de repetibilidade, prudência no manejo das peças tratadas e habilidades na operação dos equipamentos.

Saiba mais sobre nossos serviços e descubra como podemos contribuir para o aumento da vida útil dos componentes em aço rápido da sua indústria. Fale conosco.

Conheça o processo de têmpera para aço inox martensítico: indicações e como é realizado

Com elevado teor de carbono, o aço inox martensítico é adequado para a têmpera quando se deseja elevar a sua dureza

O aço inox martensítico apresenta elevado teor de carbono, quando comparado aos demais integrantes da família dos inoxidáveis. Ele é adequado para o processo térmico de têmpera, especialmente quando o objetivo do tratamento é aumentar a dureza do componente.

Breve definição sobre o aço inox martensítico

Antes de nos aprofundarmos no assunto da têmpera para o aço inox martensítico, precisamos compreender brevemente a definição deste material.

Sendo assim, são considerados aços inoxidáveis martensíticos os aços inoxidáveis com alto teor de carbono, geralmente de 0,1% e até um pouco mais de 1%. Além de ferro e carbono, os aços dessa família também contêm principalmente cromo e níquel em sua composição, o que confere a eles considerável resistência à corrosão, além de alta resistência mecânica e ductilidade.

Trata-se de um material adequado ao tratamento térmico, incluindo a têmpera, porque suas propriedades, como dureza e tenacidade, podem ser ajustadas a partir o manejo da temperatura.

As propriedades podem se diversificar?

Neste sentido, vale fazermos uma observação importante. As propriedades de cada aço inox martensítico podem ser diferentes dependendo do fornecedor. Isso porque, cada marca pode apresentar ligeiras alterações nas composições químicas, diminuindo ou reforçando determinadas propriedades. Este é um fator com alto impacto no resultado do tratamento térmico.

Um exemplo comum é o aço AISI 420, conhecido popularmente por aço 420. Embora seja um material muito popular, cada fornecedor apresenta o produto com composição e características um tanto quanto diferentes, além de também, costumeiramente, terem nomenclaturas distintas – informações fundamentais para os profissionais do tratamento térmico.

Assim, quem deseja contratar serviços de tratamento térmico para peças de AISI 420 ou quaisquer outros aços inoxidáveis martensíticos, deve revelar ao tratador as informações técnicas do material.

A omissão desta informação pode levar a consequências graves que envolvem não apenas o insucesso dos processos térmicos, como também a não-conformidades, como o surgimento de trincas durante a manipulação da peça.

Indicações para a têmpera de aço inox martensítico

Contendo uma taxa mais elevada de carbono do que as outras categorias de aço inoxidável, o martensítico apresenta resposta para os processos térmicos semelhantes aos aços carbono. Por isso, de modo geral, podemos afirmar que os aços inox martensíticos (410, 420, 420 mod e 420 S) são compatíveis com a têmpera.

Assim, o aço inox martensítico atinge as suas propriedades desejadas a partir do correto tratamento térmico. Contudo, existem alguns pontos que devem ser averiguados para definirmos se a melhor escolha de processo térmico é a tempera ou uma segunda, e até terceira, opção.

Nesse sentido, vale pensar no principal objetivo da ferramenta: dureza, tenacidade, baixa tensão residual etc. Sugere-se elencar as propriedades mais necessárias para a sua funcionalidade.

Isso porque, geralmente, mesmo após o tratamento térmico, o material não adquire uma combinação de propriedades como: baixa tensão residual com alta tenacidade ou alta resistência à corrosão com a baixa dureza.

Alternativas à têmpera

Fora a têmpera, existem outras duas alternativas para tratar ferramentas em aço martensítico. São elas: o tratamento a frio (subzero e criogenia) – seguidos de revenimentos – e a Isotenaz.

O subzero e a criogenia são processos de intenso resfriamento, chegando a temperaturas inferiores a -190°C. Apesar de serem soluções viáveis para o incremento da dureza, a escolha deve ser anualizada. Afinal, elas apresentam riscos elevados de propiciar trincas na peça.

A chamada “Isotenaz” é uma técnica da Isoflama. Ela preserva a resistência e a corrosão, e melhora a tenacidade. No caso dos componentes que exigem boa dureza e alta tenacidade, esse processo apresenta resultados importantes.

Como é realizada a têmpera do aço inoxidável martensítico?

Para aço inoxidável martensítico, geralmente realizamos a tempera antes da finalização da construção da ferramenta, quando o material está em seu estado recozido, ou seja, com baixa dureza. Sendo assim, o objetivo principal deste processo é aumentar a dureza da ferramenta.

De maneira geral, na têmpera dessa categoria de aço, elevamos a temperatura até a sua austerizarão, mantemos em patamar por determinado período – fatores que variam conforme a dimensão da peça e fornecedor do aço – para seguirmos com o rápido resfriamento. Ao final, geralmente forma-se uma camada de sobremetal de cerca de 2,00 mm.

Esse processo pode resultar em uma deformação inevitável e imprevisível. Porém, podemos diminuir as chances da ocorrência dessa adversidade com a realização prévia de um alívio de tensões. O alívio de tensão torna-se mandatório, não só por isso, mas porque também contribui para a redução do risco de trincas.

Como ocorre nos tratamentos de outras categorias de metais, após a têmpera realiza-se o processo de revenimento. Logo, em se tratando especificamente do revenimento, existem diversos aspectos que devem ser analisados, especialmente em relação à temperatura. Detalhes que merecem uma matéria própria.

Tratamento térmico para aço inox martensítico na Isoflama

A Isoflama tem profundo conhecimento e longa experiência no tratamento de aço inox martensítico. Em se tratando da têmpera, a realizamos em fornos a vácuo de alta tecnologia, que nos permite superior controle de temperatura e atmosfera, apresentando resultados ainda mais eficientes do que os processos tradicionais. Além disso, por meio do software do equipamento, obtemos uma maior capacidade de repetibilidade dos bons resultados.

Nossos métodos apresentam ainda mais benefícios. Por isso, te convido a conhecer como trabalhamos. As principais informações sobre os nossos serviços estão aqui mesmo neste site. Confira!