Metal Archives - Isoflama

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!

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!

Processos que podem substituir a oxidação negra

Conheça a alternativa altamente eficiente da ISOFLAMA e veja os benefícios que nossos serviços podem trazer para o desempenho do seu componente

Primeiramente é importante sabermos que oxidação e corrosão são fenômenos distintos:

Oxidação: reação química na qual um elemento químico se une ao Oxigênio, formando um novo composto (Óxido). Nem toda oxidação resulta em corrosão.
Corrosão: termo geralmente empregado para se referir à destruição gradativa dos metais e também em “concreto” e polímeros.

Todos os metais sofrem corrosão, com exceção apenas do ouro e da platina. No entanto, no caso de alguns metais, essa corrosão apresenta uma ação desacelerada porque os compostos formados funcionam como uma espécie de proteção. O metal Cobre, por exemplo, produz o “Azinhavre”, mistura tóxica de Hidróxido de Cobre I e Carbonato de Cobre, que o protege contra a corrosão. De maneira parecida, aços inoxidáveis e o alumínio criam um filme passivo em sua superfície, que funciona como uma barreira à ação de agentes externos corrosivos.

A corrosão dos metais, portanto, é um processo que ocorre espontaneamente e causa grandes prejuízos para a indústria (caso de ferramentas, por exemplo) e civilização em geral (caso de pontes e estruturas metálicas, veículos etc), sendo assim, o desenvolvimento de tecnologias para minimizar estes efeitos deletérios é algo comum e necessário, principalmente com os avanços atuais.

Uma prática muito comum neste sentido, visa a proteção superficial de metais e produtos que possuem em sua base, ou seja, o processo de oxidação negra, adotado como estética. Mas também objetivando aumentar a durabilidade do produto, garantindo mais qualidade e resistência à corrosão.

Entretanto, como sabemos que o avanço é algo constante, novas tecnologias e métodos surgiram como alternativa para esse processo. A oxidação utilizando-se processos termoquímicos conduzidos em reatores de plasma, por exemplo, é uma metodologia de tratamento de superfície de metais utilizada – assim como a oxidação negra – para melhorar a resistência à corrosão e o aspecto estético de peças.

Pode parecer confuso de início, mas os especialistas da ISOFLAMA separaram as melhores dicas, informações e soluções para você conhecer a fundo esses processos. Confira!

O que é a oxidação negra?

A oxidação negra é um método químico de conversão de superfície, geralmente aplicado em aços carbono e ligas ferrosas. O processo de formação da oxidação negra realiza-se em baixas temperaturas, com a imersão da peça em óleo quente, banho de sal especial ou mesmo a frio (soluções especiais), os quais podem conter ácidos, óxidos metálicos e outros aditivos. A reação química resultante converte a superfície do metal em uma camada de óxido, comumente Magnetita (Fe₃O₄) ou Óxido de Ferro (FeO).

Assim, o resultado é a formação de um acabamento escuro, muito próximo do preto, e uniforme de óxido ferroso sobre a superfície do metal. Esse acabamento não apenas proporciona um aspecto decorativo negro como também aumenta a resistência das peças à corrosão.

A oxidação negra é amplamente utilizada em diversos setores da indústria mecânica devido à sua simplicidade, custo-benefício e segurança. Desta forma, uma ampla gama de aplicações é possível, abrangendo molas, corpos de válvulas, suportes de ferramentas, fixadores, moldes, componentes automotivos e diversas outras utilizações.

Vantagens da oxidação negra para a indústria

Proporciona uma camada de proteção contra corrosão, reduzindo a probabilidade de oxidação;
Melhora a aderência de lubrificantes e agentes de deslizamento;
Oferece um acabamento estético escuro, atraente para algumas aplicações.

Processo ISOX®: uma solução ISOFLAMA para a sua empresa

O processo ISOX® é uma inovação desenvolvida pela ISOFLAMA, que combina características dos processos de oxidação negra e oxidação com plasma. Desse modo, utilizamos uma solução especial contendo compostos químicos que, quando expostos a um plasma gerado por um arco elétrico, formam uma camada protetiva de coloração grafite.

Este processo baseia-se na utilização de um reator de nitretação iônica por plasma para desenvolver uma superfície oxidada em peças de ligas metálicas, como o aço por exemplo. Este processo, envolve aquecer as peças à temperaturas na ordem de 500ºC em um ambiente de baixa pressão com plasma formado pela mistura de H₂ e N₂. Em seguida, é adicionado gás N₂O e mantido por um determinado tempo para formação da camada de espessura e composição desejável.

Durante esse processo, ocorre a formação de uma camada de óxidos na superfície do material. Os principais óxidos formados são a Hematita (Fe₂O₃), e também a Magnetita (Fe₃O₄). A espessura total da camada de óxidos é em torno de 0,003 a 0,004 mm, sendo importante notar que camadas de espessuras maiores podem ser obtidas, dependendo das condições de processo.

Assim, é possível constatar que o processo de oxidação por plasma permite a formação controlada de uma camada de óxidos na superfície do aço. Desse modo, proporcionando melhorias nas propriedades de resistência à corrosão das peças metálicas.

Vantagens:

Excelente ancoragem da camada oxidada à superfície metálica, proporcionando maior durabilidade e resistência à corrosão;
Controle preciso sobre as propriedades da camada oxidada, permitindo ajustes na espessura e composição química conforme necessário, além de elevado índice de repetibilidade de resultados;
A camada oxidada promove uma espécie de barreira contra a interação de agentes externos com o metal da ferramenta ou componente. No caso de moldes para injeção de alumínio, por exemplo, ela evita a interação química do alumínio com a superfície do molde, aumentando a vida útil da ferramenta.

Quer saber mais sobre esse processo e como ele pode ajudar a sua empresa a alcançar mais resistência e qualidade em peças metálicas? Entre em contato com nosso time agora mesmo e confira todos os detalhes!

Não esqueça de continuar acompanhando o Infotec da ISOFLAMA, para ter acesso a mais dicas, informações e conhecer os melhores processos. Para não perder nossas novidades, você pode seguir a ISOFLAMA nas redes sociais!