Perguntas frequentes e como soldar ligas resistentes ao calor: Confissões de um Metalurgista

Marc Glasser – Rolledalloys; Temperance, Michigan, EUAA escolha e o processamento de ligas resistentes ao calor sempre levantam questões metalúrgicas. Vamos fornecer algumas respostas.

Como metalúrgico, muitas vezes me pedem assistência em questões metalúrgicas relacionadas a produtos e seleção de liga. Aqui estão as perguntas mais frequentes e um guia para responder a essas perguntas.

https://www.grefortec.com.br/equipamentos/servicos/pecas-de-reposicao/

 

Qual é a melhor liga para usar na minha nova aplicação?

A melhor escolha de liga depende de muitos fatores, incluindo temperatura máxima do metal, atmosfera, Severidade do ciclo térmico, processos pretendidos e Frequência esperada de uso.

Nas instalações de tratamento térmico, 871°C seria a primeira temperatura crítica. Operações como recozimento e endurecimento neutro de aços carbono são realizadas principalmente em temperaturas inferiores a 871°c. As atmosferas para esses processos incluem ar, gás inerte ou gás endotérmico de baixo potencial que corresponde ao teor de carbono na liga que está sendo tratada termicamente.

Para ambientes de ar e gás inerte, os aços inoxidáveis, incluindo 309, 310 e 253MA, seriam preferidos por causado custo relativamente baixo. No caso de endurecimento neutro em um ambiente endotérmico com baixo potencial de carbono, uma liga com pelo menos 35% de níquel seria preferida para resistir à cementação, uma vez que o teor de carbono da liga seria sensivelmente menor do que o aço que está sendo tratado termicamente. Os aços inoxidáveis não resistem à difusão de carbono e rapidamente se tornam quebradiços e quebram.

Fig.1: Tratamento mostrando dispositivos de carga com peças

 

Os aços inoxidáveis estão sujeitos a fragilização na fase sigma ao longo do tempo entre 594°c e 871°c. À temperatura ambiente, uma peça quebradiça pode se partir no impacto e uma empilhadeira. A têmpera líquida tem o potencial de causar rachaduras assim que a fase sigma se formar. Por esse motivo, uma liga com maior teor de níquel deve ser usada para dispositivos que entrarão em uma têmpera líquida. No caso da planicidade ser crítica, um material com maior resistência afluência ou fusão deve ser considerado.

A nitretação é realizada bem abaixo de 871°c. Apesar disso, os aços inoxidáveis não são adequados para nenhuma operação de nitretação, porque não resistem efetivamente à nitretação. Uma liga com pelo menos 35% de níquel seria necessária aqui. As opções mais comuns seriam RA330ou 600. As ligas 601 e X também podem ser usadas.

Em temperaturas de 871-982°c, a força de fluência e a resistência às atmosferas tornam-se os principais fatores. 309, 310 e RA330 exibem força de fluência utilizável a cerca de 982°c. O 253MA possui força de fluência utilizável bem acima de 982°c. As ligas de níquel 600, 601 RA333,602CA, HR120, Haynes 214 e peças fundidas resistentes ao calor têm resistência à fluência utilizável de até 982°c e, em alguns casos, além.

Todas essas ligas podem ser usadas em ambientes inertes ou a ar a 982°c. A cementação é tipicamente realizada entre 871 e927°c. É necessário um mínimo de 35% de níquel para resistência a cementação. RA330 e 600 são as ligas calandradas mais usadas. As ligas 601 e X são às vezes usadas em aplicações de cementação. As peças fundidas com alto níquel podem ser usadas para dispositivos quando a linearidade é crítica, mas expostas ao alto carbono, elas são quebradiças e suscetíveis a rachaduras, principalmente quando sujeitas a têmpera por água.

E quanto a temperaturas acima de 982°c?

Aços inoxidáveis e ligas de níquel são recozidos e aços Inoxidáveis são endurecidos acima de 982°c. Dispositivos e Os fornos para essas operações exigirão ligas com resistência à fluência utilizável acima de 982°c. Essas ligas incluem peças fundidas 601, RA333, 602CA e alto níquel (Fig. 1).

Ocasionalmente, ligas como HR120 e Haynes 214 também podem ser usadas. Todas essas graduações em níquel calandrado resistem à têmpera repetida em líquidos, embora seja esperado que eles mostrem alguma distorção. Todas essas ligas também devem apresentar resistência à cementação.

Um aço inoxidável, 253MA, possui resistência à Oxidação até 1093°C e resistência a fluência utilizável até 1150°C. Diferentemente das ligas de níquel, o 253MA não apresenta resistência a cementação, e seu limite de oxidação diminui na presença de vapor de água. É adequado em ambientes apenas com ar a 1093°C em atmosferas inertes a 1150°C, todas as superfícies metálicas devem estar em Atmosferas inertes, não apenas nas superfícies internas.

Fig.2: Cesto típico de tratamento térmico fabricado com arame de barra.

Essas ligas de níquel caras são economicamente viáveis?   

Os custos relativos dos vários materiais de placa e chapa são Mostrados na Tabela 1(base Maio 2019). A Placa 316L de aço Inoxidável é usada como linha de base. Todas as outras ligas terão uma proporção que reflete seu preço em comparação com a chapa de 316L. O material com uma proporção de 3 é três vezes o custo da chapa de 316L. A tabela é apenas para comparação e estimativa.

Custos versos os benefícios devem ser considerados caso a caso. Um bom exemplo é decidir entre tubos radiantes fundidos ou calandrados. A experiência mostra que um tubo radiante de três pernas a partir de um tubo fundido com parede de 3/8 polegadas dura em média quatro anos. Por um custo aproximado de 40%, a mesma configuração de tubo pode ser fabricada a partir de uma folha de 602CA com parede com apenas 1/8 de polegada de espessura e dura quase nove anos.

Essa vida adicional mais do que compensa o custo inicial adicional do material calandrado. Além disso, a semana de tempo perdido para substituição de tubos pode valer muito mais em receita adicional. As economias gerais ao longo da vida útil do tubo são bastante significativas se uma organização puder esperar de 8 a 9 anos para realizar toda a economia. Um caso semelhante pode ser feito para a substituição de mufla de forno continuo por uma liga 602CA.

Outra aplicação significativa são os dispositivos soldados (Fig.2) em vez de fundidos. Algumas das grades em RA330 Distorcerão após uso prolongado e contínuo. As grades fundidas não entortam. Elas vão começar a rachar em algum Momento. Com base nos custos dos componentes, pode não haver justificativa para mudar para soldado. Se uma grade soldada mais leve puder ser usada e puder suportar uma peça extragrande ou mais de uma peça grande e ainda assim estiver dentro do limite de capacidade de forno, no entanto melhorias significativas na produtividade poderão ser feitas porque agora você está usando mais os BTUs do forno para aquecer mais peças em vez de dispositivos. Essas economias podem ser significativas.

Fig. 3 : Fluxo retido na solda a arco

Como soldo essas ligas entre si e com outras ligas?

Informações sobre soldagem podem ser encontradas nos sites dos fornecedores, produtores e distribuidores de metais especiais. Existem algumas combinações exclusivas de soldagem nas quais a orientação não é facilmente encontrada. Dois desses casos são a soldagem de ligas resistentes ao calor em aços carbono e soldagem de ligas resistentes ao calor em peças resistentes ao calor fundidas.

A soldagem de aço carbono a ligas de aço inoxidável e de níquel resistentes ao calor pode ser complicada para muitos soldadores, porque as técnicas usadas para produzir boas soldas em aços carbono são exatamente o que NÃO deve ser usado para produzir boas soldas em ligas resistentes ao calor. Nos aços carbono, a soldagem aquece o metal para líquido e a 35% de níquel seria necessária aqui. As opções mais comuns seriam RA330ou 600. As ligas 601 e X também podem ser usadas.

Em temperaturas de 871-982°c, a força de fluência e a resistência às atmosferas tornam-se os principais fatores. 309, 310 e RA330 exibem força de fluência utilizável a cerca de 982°c. O 253MA possui força de fluência utilizável bem acima de 982°c. As ligas de níquel 600, 601 RA333,602CA, HR120, Haynes 214 e peças fundidas resistentes ao calor têm resistência à fluência utilizável de até 982°c e, em alguns casos, além. Todas essas ligas podem ser usadas em ambientes inertes ou a ar a 982°c.

A cementação é tipicamente realizada entre 871 e927°c. É necessário um mínimo de 35% de níquel para resistência a cementação. RA330 e 600 são as ligas calandradas mais usadas. As ligas 601 e X são às vezes usadas em aplicações de cementação. As peças fundidas com alto níquel podem ser usadas para dispositivos quando a linearidade é crítica, mas expostas ao alto carbono, elas são quebradiças e suscetíveis a rachaduras, principalmente quando sujeitas a têmpera por água.

E quanto a temperaturas acima de 982°c?

Aços inoxidáveis e ligas de níquel são recozidos e aços Inoxidáveis são endurecidos acima de 982°c. Dispositivos e Os fornos para essas operações exigirão ligas com resistência à fluência utilizável acima de 982°c. Essas ligas incluem peças fundidas 601, RA333, 602CA e alto níquel (Fig. 1).

Ocasionalmente, ligas como HR120 e Haynes 214 também podem ser usadas. Todas essas graduações em níquel calandrado resistem à têmpera repetida em líquidos, embora seja esperado que eles mostrem alguma distorção. Todas essas ligas também devem apresentar resistência à cementação.

Um aço inoxidável, 253MA, possui resistência à Oxidação até 1093°C e resistência a fluência utilizável até 1150°C. Diferentemente das ligas de níquel, o 253MA não apresenta resistência a cementação, e seu limite de oxidação diminui na presença de vapor de água. É adequado em ambientes apenas com ar a 1093°C em atmosferas inertes a 1150°C, todas as superfícies metálicas devem estar em Atmosferas inertes, não apenas nas superfícies internas.

Essas ligas de níquel caras são economicamente viáveis?   

Os custos relativos dos vários materiais de placa e chapa são Mostrados na Tabela 1(base Maio 2019). A Placa 316L de aço Inoxidável é usada como linha de base. Todas as outras ligas terão uma proporção que reflete seu preço em comparação com a chapa de 316L. O material com uma proporção de 3 é três vezes o custo da chapa de 316L. A tabela é apenas para comparação e estimativa.

Custos versos os benefícios devem ser considerados caso a caso. Um bom exemplo é decidir entre tubos radiantes fundidos ou calandrados. A experiência mostra que um tubo radiante de três pernas a partir de um tubo fundido com parede de 3/8 polegadas dura em média quatro anos. Por um custo aproximado de 40%, a mesma configuração de tubo pode ser fabricada a partir de uma folha de 602CA com parede com apenas 1/8 de polegada de espessura e dura quase nove anos.

Essa vida adicional mais do que compensa o custo inicial adicional do material calandrado. Além disso, a semana de tempo perdido para substituição de tubos pode valer muito mais em receita adicional. As economias gerais ao longo da vida útil do tubo são bastante significativas se uma organização puder esperar de 8 a 9 anos para realizar toda a economia. Um caso semelhante pode ser feito para a substituição de mufla de forno continuo por uma liga 602CA.

Outra aplicação significativa são os dispositivos soldados (Fig.2) em vez de fundidos. Algumas das grades em RA330 Distorcerão após uso prolongado e contínuo. As grades fundidas não entortam. Elas vão começar a rachar em algum Momento. Com base nos custos dos componentes, pode não haver justificativa para mudar para soldado. Se uma grade soldada mais leve puder ser usada e puder suportar uma peça extragrande ou mais de uma peça grande e ainda assim estiver dentro do limite de capacidade de forno, no entanto melhorias significativas na produtividade poderão ser feitas porque agora você está usando mais os BTUs do forno para aquecer mais peças em vez de dispositivos. Essas economias podem ser significativas.

Como soldo essas ligas entre si e com outras ligas?

Informações sobre soldagem podem ser encontradas nos sites dos fornecedores, produtores e distribuidores de metais especiais. Existem algumas combinações exclusivas de soldagem nas quais a orientação não é facilmente encontrada. Dois desses casos são a soldagem de ligas resistentes ao calor em aços carbono e soldagem de ligas resistentes ao calor em peças resistentes ao calor fundidas.

A soldagem de aço carbono a ligas de aço inoxidável e de níquel resistentes ao calor pode ser complicada para muitos soldadores, porque as técnicas usadas para produzir boas soldas em aços carbono são exatamente o que NÃO deve ser usado para produzir boas soldas em ligas resistentes ao calor. Nos aços carbono, a soldagem aquece o metal para líquido e a solidificação e o sub sequente resfriamento são análogos ao resfriamento e revenimento. O resfriamento rápido forma uma fase quebradiça, conhecida como martensita, que deve ser revenida para evitar a auto-rachadura.

O pré-aquecimento e o pós-aquecimento diminuem o resfriamento o suficiente para impedir a formação de martensita ou revenir suficientemente qualquer martensita formada. Na soldagem de liga de níquel resistente ao calor, o material é sempre uma fase única: austenita. Não há transformação de fase e, portanto, nenhum endurecimento. Em vez disso, esses materiais precisam ser rapidamente resfriados através da faixa de temperatura em que a liga solidifica.

Essa é a chave para impedir que essas soldas se quebrem. A seleção de ligas é fundamental para produzir uma solda sem rachaduras. Para aços inoxidáveis a aços carbono, o fio 309 é a liga de sua escolha. Para ligas de níquel e aço carbono, o fio 82 é a liga usada com mais frequência.

Sondagem de metais resistentes ao calor

Outras opções de ligas de níquel para aço carbono incluem RA330-04 e RA333. Ao soldar novas peças fundidas em liga de níquel resistente ao calor, 309 e 82 são as ligas mais comuns de escolha. OS RA330-04, RA333 E RA602CA também foram utilizados, dependendo da química da fundição.

A soldagem de reparo de peças fundidas usadas é muito mais complicada. As peças fundidas tornam-se fragilizadas pelo serviço contínuo. Simplesmente verificar como o produto fundido é magnético pode ajudar determinar se o reparo da solda é viável.{1} Ligas altamente magnéticas são quebradiças e propensas a trincas.

Quando há apenas magnetismo leve ou apenas um leve puxão, as chances de reparo bem-sucedido da solda aumentam. O processo de arco metálico protegido é o método preferido para reparo de soldagem.

A soldagem a arco GMAW (Gas Metal Arc. Welding) ou gás-metal (geralmente chamada de MIG) e a soldagem a arco GTAW (GasTungsten Arc. Welding) ou gás de tungstênio (muitas vezes referida como TIG) são os métodos preferidos para soldar ligas resistentes ao calor. Ambos os processos de arco empregam consumíveis de metal nu e requerem blindagem de gás inerte.

A soldagem com fio desencapado é preferida para a fabricação de ligas resistentes ao calor. No entanto, a soldagem de arco ou vareta de metal blindado é preferida para soldagem de reparo, onde a proteção é fornecida pelo fluxo e pelos gases do revestimento do fluxo. A soldagem a arco de núcleo de fluxo é outro processo de soldagem no qual os fluxos e os gases de proteção fornecem proteção.

A soldagem a arco com arames tubulares e fluxo no núcleo é um processo produtivo capaz de funcionar em alta velocidade. Essas velocidades rápidas são suficientes para prender as partículas de escória na solda (Fig. 3) antes que elas possam subir à superfície. A escória se torna um defeito nesses casos. Embora não seja tão prevalente, o aprisionamento de escória também pode ocorrer em processos de arco metálico protegido. Por esses motivos, qualquer método de solda que cria escória é menos preferido, exceto na soldagem de reparo, onde o processo de aderência pode produzir os melhores resultados e o mínimo de trincas.

Figura 4 : Distorção devido a gradientes térmicos

Quando devo usar material calandrado/soldado e quando devo usar uma peça fundida?

Existem razões convincentes para justificar o uso de materiais trabalhados e fundidos em aplicações resistentes ao calor. As principais vantagens das peças fundidas incluem: maior resistência à fluência devido ao maior carbono, custos unitários mais baratos quando podem ser produzidos em massa; a capacidade de projetar e fabricar formas complexas: e a capacidade de fundir químicas mais complexas com porcentagem mais altas de elementos de liga benéficos, como cromo (Cr) e alumínio (Al).

As vantagens dos materiais trabalhados incluem: menor custo para quantidades menores, melhores estoques de materiais forjados, facilidade de fabricação, melhor soldabilidade (principalmente para trabalhos de reparo), disponibilidade de tamanho individual menor e prazos de entrega tipicamente mais curtos para pedidos de menor quantidade.

Outra consideração é quando o mais leve é melhor. Um tubo radiante fundido, com maior resistência à fluência do que um tubo calandrado e soldado, parece ser a melhor opção. No entanto, um tratador térmico comercial usava um tubo radiante calandrado de 602CA e parede de 1/8 de polegada, que durava um pouco mais do que o dobro do tempo de um tubo fundido de parede de 3/8 de polegada no mesmo forno. Como o tubo trabalhado pesava 1/3 do tamanho do tubo fundido e tinha apenas que suportar seu próprio peso, as propriedades, com alta ductilidade à temperatura, compensavam mais a resistência à fluência do produto fundido.

Existem várias considerações para fundido versus trabalhado no que se refere a grades. É a experiência de muitos tratadores térmicos que as grades fundidas permanecem retas, enquanto as grades soldadas se deformam e entortam. Por outro lado, as grades fundidas frequentemente quebram nas juntas ao longo do tempo. Não há tempo de inatividade real associado à substituição de uma grade quebrada, a menos que a grade quebre durante o tratamento térmico e as peças sejam perdidas; nesse caso, pode haver um tempo de inatividade significativo. As grades fundidas também podem pesar significativamente mais do que a grade soldada.

Isso significa que mais peças podem entrar em uma grade soldada antes que a capacidade do forno seja atingida. Uma grade soldada mais leve também permite que mais BTUs sejam usados para aquecer peças em vez de acessórios, reduzindo os custos unitários do tratamento térmico.

Por que Alguns Equipamentos Racham ou Entortam, Mesmo Quando Operam Abaixo dos Limites de Temperatura Percebidos?

Um fator que muitas vezes é ignorado pelos projetistas de componentes de alta temperatura é a expansão térmica e os gradientes térmicos. O coeficiente de expansão térmica é uma propriedade intrínseca de liga especifica que aumenta com a temperatura. O uso de diferentes materiais com diferentes coeficientes de expansão térmica faz com que um componente cresça mais que outro a temperaturas elevadas.

Componentes grandes podem estar sujeitos a gradientes térmicos quando algumas peças estão na área mais quente do forno e outras são blindadas. As áreas quentes desejam expandir, enquanto as áreas mais frias e protegidas impedem essa expansão. Quando o componente não pode se mover, crescer ou contrair livremente, isso cria tensões no componente e a área restrita pode dobrar ou rachar (Fig. 4).

Os métodos para minimizar o impacto dos gradientes térmicos incluem uma folga planejada, juntas de expansão e uso de materiais mais finos em áreas críticas. Os projetistas precisam observar que os reforços, que são ótimas ferramentas para empregar em temperatura ambiente, têm efeitos opostos em altas temperaturas. Eles impedem o crescimento de outros componentes, o que força a deformação.

Esta liga é usinável ?

Assim como existem sites para ajudar na seleção do fio de solda, existem alguns sites com informações muito específicas sobre números de usinagem e usinabilidade relativa.{3,4}

A maioria das ligas possui um número de usinabilidade relativo que é a porcentagem da velocidade de usinagem da liga em questão em comparação com a velocidade de usinagem da liga em questão em comparação com a velocidade de usinagem da usinagem livre B1112.{3,4} A usinabilidade relativa das ligas comuns resistentes ao calor é mostrada na Tabela 2.

Considere uma empresa que usa 316L regularmente e que agora precisa usinar um componente do RA330. A tabela mostra que o 316L tem uma usinabilidade relativa de 44, enquanto o RA330 tem uma usinabilidade relativa de 24.

Usando esses dados, a velocidade inicial do RA330 deve ser (24/44), ou 55% da velocidade usada para 316. A partir daí, pequenos ajustes podem precisar ser feitos.

Observe que esses números são baseados em ferramentas de aço de alta velocidade. Hoje, essas ligas são geralmente usinadas com ferramentas de metal duro em vez de aços de alta velocidade. As ferramentas de metal duro permitem velocidades mais rápidas, mas na maioria das vezes a usinabilidade relativa não muda.

*RA330 e RA333 são marcas registradas da Rolled Alloys.

*253MA é uma marca registrada da Outokumpu.

*602CA é uma marca registrada da VDM.

*HR120 e Haynes 214 são marcas registradas da Haynes Internacional.

 

A revisão da tradução deste artigo foi gentilmente feita por Luiz Roberto Hirschheimer da Hirschheimer serviços Ltda.

Fonte: Revista Industrial Healing

Tratamento Térmico – Perfil da camada Temperada pós Indução

As vantagens da utilização das simulações baseadas no MEF se devem aos elevados custos e dificuldades técnicas envolvidas nos tratamentos térmicos. Os tratamentos térmicos demandam mão de obra qualificada para operação, grandes quantidades de energia para aquecimento, utilização de matéria prima e uma grande quantidade de horas de trabalho o que em conjunto elevam o custo do processo. Esses custos são ainda mais elevados quando é necessária a implementação de um novo processo ou peça e também quando é necessária a solução de um problema.

Leia mais

Tratamento Térmico pode melhorar as propriedades de aços feitos em impressão 3D

A manufatura aditiva do aço, também conhecida como impressão 3D, é vista como uma alternativa promissora para a indústria aeroespacial, pois permite criar peças customizadas em formatos complexos. Entretanto, sua aplicação prática ainda é desafiadora, pois a microestrutura do aço obtido por essa tecnologia é diferente daquela resultante da fabricação tradicional, o que pode comprometer as propriedades mecânicas do material.

Em artigo publicado no periódico Additive Manufacturing, pesquisadores brasileiros mostraram ser possível manipular as propriedades de um tipo de aço produzido por manufatura aditiva com tratamentos térmicos. O estudo, apoiado pela FAPESP, foi conduzido no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), em Campinas.

O aço

O aço investigado no projeto foi o maraging grau 300, material ultrarresistente obtido a partir do envelhecimento da matriz martensitica – que, por sua vez, é um produto da austenita. Além da resistência mecânica, ele é dúctil, isto é, capaz de absorver deformações. Essa característica é importante em materiais submetidos a cargas intensas e ciclos de fadiga, como uma turbina de avião ou um trem de pouso, por exemplo.

“Percebemos na literatura que, quando o aço maraging é fabricado por manufatura aditiva, atinge a resistência desejada, mas a ductilidade é menor”, disse Julian Arnaldo Avila Diaz, professor dos cursos de Engenharia Eletrônica e de Telecomunicações e de Engenharia Aeronáutica da Universidade Estadual Paulista (Unesp), em São João da Boa Vista, à Agência FAPESP.

Durante o envelhecimento do aço maraging, os diferentes elementos que formam sua microestrutura se agrupam. São esses grupos que determinam resistência e ductilidade do material e sua organização depende de fatores como tempo e temperatura.

Entretanto, devido à heterogeneidade da precipitação desses elementos de liga na matriz durante a manufatura aditiva, o envelhecimento tradicional – tratamento térmico em temperatura que varia conforme a liga utilizada, mas que geralmente é feito na faixa de 500 ºC por um período de até quatro horas – não traz o efeito esperado na microestrutura do aço maraging.

Os pesquisadores tentaram, então, alterar os agrupamentos de elementos com temperaturas diferentes das usuais. O objetivo era aumentar a quantidade de austenita na matriz martensítica, que tem ductilidade maior do que a martensita.

“Buscamos uma faixa de temperatura e de tempo de exposição em que parte da martensita se dissolvesse o suficiente para formar austenita e ficasse estável, ou seja, não voltasse à forma original”, disse Diaz.

Luz síncrotron

As peças de aço maraging usadas foram construídas por fusão a laser seletiva e homogeneizadas a 820 °C. Depois de fabricadas, as amostras foram submetidas a revenimento – tratamento térmico no campo bifásico – em três temperaturas, 610 °C, 650 °C e 690 °C, por cerca de 30 minutos.

Nas duas primeiras, houve transformação gradual e significativa da martensita em austenita, com alta estabilidade térmica, que seria o cenário ideal para promover a ductilidade. Já aos 690 °C, houve formação excessiva da fase austenita e conversão indesejada do material em martensita durante o resfriamento.

A determinação da quantidade de austenita e martensita medida experimentalmente foi comparada com simulações termodinâmicas. O estudo foi feito na estação experimental XTMS, associada à linha de luz XRD1 de difração de raios X do LNLS. Esse tipo de raios X consegue analisar porções bem específicas de materiais, em níveis microscópicos, e transmitir informações em tempo real sobre o comportamento da peça.

“Graças à luz síncrotron, observamos pela primeira vez ao vivo todas as fases do processo neste tipo de aço, algo que só víamos em imagens estáticas na literatura”, disse Diaz. Outra vantagem foi conseguir definir exato, nos diferentes patamares de temperatura testados, necessário para atingir esse efeito – chamado de TRIP (plasticidade induzida por transformação, na sigla em inglês).

Para Diaz, a luz síncrotron é uma ferramenta fundamental em pesquisas da área metalúrgica que podem levar a novos materiais e peças para todas as indústrias brasileiras. esta pesquisa estamos estudando manufatura aditiva de aços, mas todos os processos de fabricação e transformação de metais podem ser analisados de maneira in situ no síncrotron. Basta vincular as empresas conosco os pesquisadores para encarar os desafios.”

Possibilidades para o futuro

Em linhas gerais, a pesquisa constrói as bases para um novo tipo de aço feito por impressão 3D, com ductilidade elevada. “Conseguimos criar uma matriz que aparenta ser resistente, embora não ao ponto do aço maraging tradicional, mas com ductilidade considerável”, disse Diaz.

Os próximos passos envolvem mais análises cristalográficas, em diferentes faixas de temperatura, e, depois, submeter o material a testes mecânicos, que irão comprovar se a hipótese do grupo (de que a ductilidade pode ser melhorada) é válida na prática.

Por enquanto, a manufatura aditiva do aço só é usada em protótipos, justamente por conta da imprevisibilidade de sua microestrutura. Espera-se que, com este trabalho e os próximos que virão, seja mais fácil viabilizar seu uso efetivo em indústrias críticas. “A partir disso, poderemos criar tecnologias que mudarão a vida de várias maneiras”, disse Diaz.

O artigo Austenite reversion kinetics and stability during tempering of an additively manufactured maraging 300 steel, de F.F. Conde, J.D. Escobar, J.P. Oliveira, A.L. Jardini, W.W. Bose Filho e J.A. Avila, pode ser lido em:

www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214860418308030?via%3Dihub.

Tratamento térmico: tudo que você precisa saber

Tratamento térmico é um conjunto de processos que visa melhorar as propriedades dos metais. Pode agir de forma total (em toda a peça) ou de forma localizada (apenas em uma parte de peça).

O princípio básico é a reorganização estrutural dos átomos, visando adequar os parâmetros para o melhor aproveitamento da peça metálica. Isto ocorre quando a peça passa por aquecimento e resfriamento de forma controlada, proporcionando:

  1. Aumento de sua vida útil quando em uso;
  2. Melhoria das propriedades mecânicas;
  3. Maior proteção contra oxidações.

Tratamento térmico: como é realizado e quanto tempo dura na peça?

Dependendo do tipo de processo metalúrgico de tratamento térmico aplicado à peça, ele durará até o final da vida útil da peça tratada, desde que utilizada adequadamente.

No processo de tratamento térmico da peça metálica, diversos parâmetros são controlados, mas basicamente são 5 grandes variáveis técnicas:

1) Temperaturas:

É a temperatura de aquecimento e resfriamento, fator primordial para se obter o que se deseja.

2) Tempos:

Os tempos, em temperatura, são importantes para que se tenha homogeneidade em toda a seção da peça.

3) Velocidades:

Aquecimento ou resfriamento lento, moderado ou rápido para que se alterem as propriedades da peça.

4) Atmosfera:

Trata-se do produto que envolve a peça dentro do forno quando está sendo tratada. Esta pode ser sólida (como carvão), líquida (banho de sais) ou gasosa (gases especiais).

5) Material:

É a liga metálica envolvida. Milhares de ligas metálicas estão disponíveis para uso regular e comercial. Cada uma requer um determinado tipo de tratamento térmico para se obter os melhores resultados.

O controle adequado dessas variáveis dos processos de tratamento térmico é de extrema importância para garantir a sua eficácia.

Mas, afinal, para que serve o tratamento térmico?

O tratamento térmico serve para melhorar as propriedades de peças metálicas quando em uso ou utilização. Pode-se “amolecer” ou “endurecer” uma peça de acordo com o que se quer fazer. Tudo está atrelado a aplicação e o destino onde a peça será utilizada. Os tratamentos térmicos são processos metalúrgicos que objetivam melhorar as propriedades metalmecânicas de peças, elevar sua resistência, vida útil e durabilidade quando em uso.

O tratamento térmico também ajuda nos seguintes aspectos:

a) No aumento da resistência mecânica da peça metálica;

b) Auxilia na usinabilidade da peça;

c) Reduz o desgaste;

d) Elimina tensões evitando quebras;

e) Melhora as características e aumenta a vida útil de uma peça metálica.

 

No processo de fundição se formam muitas tensões na peça quando ocorre a mudança do estado físico do líquido para o sólido. Estas tensões normalmente ocasionam pontos frágeis, pontos demasiadamente tensionados, deformações e/ou falhas dimensionais, que é algo indesejado, pois pode comprometer a peça como um todo. O processo de tratamento térmico irá reorganizar os átomos e deixar a peça mais adequada para uso. Isso gera consequências, tais como:

  1. Aliviar tensões;
  2. Melhorar e/ou padronizar da estrutura metalúrgica;
  3. Elevar a resistência, homogeneizando a coisa como um todo, ou seja, preparando a peça para a etapa seguinte, que pode ser, por exemplo, a usinagem da peça.

Quais são os tipos de tratamento térmico mais utilizados?

No tratamento térmico, os processos mais utilizados são:

Recozimento:

Consiste em aquecer a peça a uma temperatura adequada, seguindo-se de um resfriamento lento. O objetivo deste tratamento é de conferir uma dureza baixa e uma ductilidade alta.

Normalização:

Consiste em aquecer a peça a uma temperatura adequada com resfriamento lento normalmente ao ar. Visa obter dureza baixa, boa ductibilidade e eliminar estruturas provenientes de tratamentos anteriores.

Austêmpera:

Consiste em aquecer a peça a uma temperatura adequada, seguido de um resfriamento em um meio brando, normalmente em banho de sal, visando uma estrutura especial chamada baianítica que é dúctil e tenaz.

Martêmpera:

Consiste em aquecer a peça a uma temperatura adequada seguido de um resfriamento em meio brando, normalmente em banho de sal, visando uma estrutura chamada martensítica que é dura e frágil.

Têmpera:

Consiste em aquecer a peça a uma temperatura adequada seguida de um resfriamento rápido, normalmente em água ou óleo visando aumentar a sua dureza.

Revenido:

Tratamento térmico posterior à têmpera. A peça é reaquecida a uma faixa normalmente entre 150°C e 600°C e visa aliviar as tensões e ajustar a dureza.

Cementação:

É um processo termoquímico de endurecimento superficial. Consiste em aquecer a peça em meio rico em carbono fazendo com que este se difunda para o exterior da peça com o objetivo de obter-se uma camada superficial mais dura.

Carbonitretação:

Processo similar a cementação, porém com adição de nitrogênio e que após temperado apresenta camada com elevada dureza.

Nitretação:

Processo de endurecimento superficial normalmente em temperatura de 495°C a 575°C. Consiste na introdução de nitrogênio na superfície do aço conferindo-lhe uma camada dura resistente do desgaste, corrosões e fadiga.

A Indução é um tratamento térmico superficial: o que isso significa?

Em alguns casos existe a necessidade ou apenas a possibilidade de realizar tratamento térmico de forma localizada, ou seja, em apenas uma parte da peça, seja pela sua complexidade, utilização, tamanho, geometria ou aplicação. O processo de tratamento térmico por indução eletromagnética é uma forma de fazer isto de maneira controlada, trazendo enormes benefícios práticos e econômicos. O tratamento térmico ocorre deforma localizada, ele não abrange toda a peça, atua apenas em uma região específica.

Quais os produtos que sofrem o processo de tratamento térmico?

Inúmeras e infinitas são as possibilidades, tudo dependerá daquilo que se deseja realizar na peça e a sua aplicação no momento. Ele é utilizado em vários itens com os quais lidamos no nosso dia a dia, tais como:

– Cintos de segurança;

– Alicates de unha;

– Peças de navio, carro, caminhão, trator, máquinas e equipamentos;

– Salto de sapato;

– Facas;

–  Instrumentos cirúrgicos;

– Moldes e matrizes para diversas aplicações industriais.

Tratamento térmico: quais os materiais envolvidos no processo?

Temos três grandes grupos que são:

1)Ferrosos:

São aqueles que em sua base majoritariamente apresentam ferro. Um exemplo é o aço cuja mistura é de dois elementos fundamentais, o ferro + carbono. Aço baixo carbono, médio e auto carbono, aços inoxidáveis, aços ferramenta, ferro fundido são exemplos de materiais ferrosos. Nesse caso podem apresentar outros elementos químicos além do carbono na sua composição química.

2)São ferrosos:

São aqueles que apresentam outros elementos químicos fundamentais em sua base que não é o ferro. O alumínio, cobre, magnésio e suas ligas são um bom exemplo disso.

3)Superligas:

São uma composição ou conjunção de elementos metálicos fundamentais que não se encaixam em nenhum dos casos acima.

 

Link: Quer conhecer mais sobre tratamento térmico? Assista ao vídeo do Telecurso 2000, que auxilia no entendimento deste processo de transformação!

https://www.youtube.com/watch?v=dBjwz15UVDU