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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!

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

Têmpera em banho de sais, mufla ou a vácuo: os diferentes meios de tratamento térmico

Conheça as diferenças e a importância da têmpera em banho de sais, forno tipo mufla ou em forno a vácuo, na vida útil das ligas metálicas

Sinônimo de trabalho pesado, diversas peças metálicas são usadas em processos que exigem uma alta resistência e força mecânica. Porém, muitos metais possuem uma estrutura que, por si só, não suportariam tal pressão diária. É nesse ponto que entra em destaque a têmpera!

Esse é um processo que utiliza o aquecimento e resfriamento controlado para mudar a estrutura cristalográfica de um determinado material. Assim, estabilizando o carbono presente em sua composição e aumentando a dureza conforme a necessidade de quem busca esse processo térmico.

Confira abaixo mais algumas informações sobre a têmpera, suas diferentes formas de serem feitas e entenda o assunto com quem é especialista!

Têmpera: um processo cuidadosamente controlado

Em termos gerais, a têmpera opera com três etapas principais:

Aquecimento: onde a peça metálica começa a absorver calor;
Patamar: onde a temperatura já atingiu o o ponto ideal para que aconteça a mudança estrutural do metal em questão;
Resfriamento: onde, controladamente, o calor é extraído do material. Esta é uma das etapas mais críticas, pois, normalmente, o resfriamento deve ser o mais rápido possível, para que não haja tempo de a microestrutura voltar ao estado original. Entretanto, esta operação gera muitas tensões.

Temperar é modificar a estrutura de um material, onde há uma solubilização do carbono e demais elementos de liga presentes na composição química do mesmo. Essa característica eleva a dureza das peças metálicas e a sua ductilidade, possibilitando um uso melhor e mais duradouro nas indústrias.

Banho de sais, forno tipo mufla e forno a vácuo: quais são as diferenças?

Conforme a tecnologia e a aplicação de boas práticas foram avançando no setor metalúrgico, a modalidade a vácuo mostrou maiores vantagens quando falamos em têmpera. Porém, abaixo falaremos individualmente de cada forma de aplicação.

Banho de sais

Funcionando como um processo de imersão em uma espécie de poço cheio de sais apropriados, os quais conduzirão o calor para as peças metálicas. A temperatura e o tempo de permanência são calculados em função do tipo de material e a geometria da peça, a qual é submersa e emergida nesse banho.

A imersão da peça fria diretamente no banho de sais já aquecido gera choque térmico e muitas tensões. Motivo pelo qual, quem utiliza essa modalidade deve fazer uso de fornos auxiliares, para etapas de pré-aquecimento. Estes, vão aquecendo aos poucos o produto, minimizando assim as tensões.

O resfriamento é feito por imersão em outro equipamento, como por exemplo, em tanque de óleo, água, banho de sais com temperatura mais baixa etc. Ou seja, há a necessidade de se movimentar peças quentes.

Forno de Mufla

Normalmente, nos fornos tipo mufla a peça é aquecida junto com o forno, até chegar na temperatura ideal. Aqui, o princípio é semelhante ao de um forno convencional, como o que temos em casa.

Assim como no banho de sais, este processo não possui um sistema próprio de resfriamento. Ou seja, também há a necessidade de movimentação de peças quentes e, sem a adoção de uma forma de resfriamento segura, os aços podem sofrer tensões e trincas.

Forno a vácuo

É o que há de mais moderno em tratamento térmico, pois além de apresentar alta homogeneidade de temperatura em toda a câmara e um sistema de gerenciamento totalmente informatizado, a atmosfera sob vácuo protege a superfície das peças, eliminando a formação de carepas e/ou descarbonetação.

Além disso, o fato de ser equipamento totalmente informatizado, permite um maior nível de controle tanto do aquecimento quanto do resfriamento, tornando-os mais homogêneos entre a superfície e o núcleo da peça, minimizando assim as tensões.

Um outro diferencial é que o resfriamento ocorre no mesmo equipamento, ou seja, não há a necessidade de movimentação de peças quentes, o que traz mais segurança para a operação e também para as peças.

Outro ponto essencial é a repetibilidade de processos. Como os outros meios de tratamento térmico dependem do manuseio e da variável humana, um único minuto a mais em determinada temperatura pode ocasionar resultados diferentes nos materiais.

Além de tudo isso, o tratamento térmico em fornos a vácuo é ambientalmente correto, já que não há a emissão de poluentes e nem utilização de insumos nocivos ao meio ambiente e à saúde.

Sendo superior, por que não se usa apenas a têmpera a vácuo?

Mesmo com maiores vantagens sobre as outras formas de têmpera, há duas questões que impedem o uso absoluto do forno a vácuo:

Maior custo;
Ligas metálicas incompatíveis com esse tipo de forno.

Dependendo do tipo de liga ou aço que uma empresa utiliza e a verba disponível para a realização da têmpera, o banho de sal e o forno de mufla ainda podem ser mais viáveis. Contudo, não devemos ignorar seus riscos operacionais, a qualidade final e vida útil das peças e as questões ambientais, apenas pelo custo e economia.

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Após essa explicação sobre os diferentes meios de tratamento térmico, suas maiores vantagens e desvantagens, fica mais fácil entender qual processo térmico é ideal para as suas necessidades.

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Até a próxima!