Os tratamentos térmicos dos metais abrangem uma ampla faixa de temperaturas e tipos de processos, visando melhorias em propriedades mecânicas como dureza, resistência à tração, ductilidade, além de aprimorar a conformabilidade e usinabilidade. Os principais tratamentos são: Recozimento, Normalização, Tempera, Revenido, Solubilização e Precipitação
O recozimento envolve a transformação de fase a partir da austenita em aços, incluindo etapas de recuperação, recristalização e crescimento de grãos. O objetivo é reduzir a dureza do aço, aumentar a usinabilidade, facilitar o trabalho a frio e atingir a microestrutura e propriedades desejadas. Existem três tipos principais de recozimento:
Esse tipo consiste em austenitizar o aço acima da linha A3 para aços hipoeutetoides e acima da linha A1 para aços hipereutetoides, sem ultrapassar a linha Acm, evitando a mudança de fase e a dissolução da cementita na austenita. Temperaturas mais baixas geram uma austenita heterogênea, favorecendo a nucleação de carbonetos, enquanto temperaturas mais altas resultam em estrutura perlítica lamelar.
Observações:
O resfriamento pode ser realizado por transformação isotérmica, mantendo a temperatura e diminuindo gradativamente, ou por resfriamento contínuo, geralmente no interior do forno.
O aquecimento é feito abaixo da linha A1, visando melhorar a ductilidade do aço e reduzir tensões internas residuais. As temperaturas variam entre 595 a 675 °C, seguido de resfriamento ao ar. As principais transformações que ocorrem são recuperação e recristalização das fases encruadas, aliviando tensões residuais de peças soldadas, dobradas ou lixadas.
Esse tratamento é realizado entre a região crítica, acima ou abaixo da isoterma A1, podendo ocorrer austenitização parcial ou total. A austenita homogênea tende a formar perlita, enquanto a heterogênea forma ferrita e carbonetos esferoidizados.
Procedimento: Austenitizar totalmente ou parcialmente, manter a temperatura um tempo prolongado pouco abaixo da isoterma A1 e resfriar lentamente.
A normalização visa homogeneizar a estrutura do aço após forjamento ou tratamento térmico. Consiste na austenitização completa do aço, seguida do resfriamento ao ar. Não é aplicável a aços temperáveis ao ar.
Em aços hipoeutetoides, reduz o tamanho da ferrita proeutetoide e refina a perlita. Em hipereutetoides, reduz os carbonetos na rede, gerando uma distribuição mais uniforme.
A têmpera é o tratamento que obtém uma estrutura martensítica metaestável tetragonal de corpo centrado, a partir da ferrita supersaturada de carbono. Consiste em resfriar o aço após austenitização a uma velocidade suficientemente rápida para evitar a transformação em microconstituintes perlíticos e bainíticos.
Diferentes aços têm uma taxa de resfriamento crítica que varia. A adição de elementos de liga dificulta a mobilidade atômica, e a formação de martensita é complexa, especialmente para aços com maior teor de carbono.
Usa-se água pura, óleo, ar e outros meios como nitrogênio, hélio e gelo seco. O nitrogênio é utilizado em têmpera subzero, onde a austenita retida se transforma em martensita.
Durante o resfriamento, a nucleação da ferrita ocorre de forma heterogênea, levando a tensões internas que podem resultar em trincas. A expansão do núcleo martensítico pode causar fragilidade e fissuras se não for controlada.
O processo de martempera visa reduzir tensões de resfriamento. Consiste em resfriar o aço até uma temperatura ligeiramente superior a MI, mantendo por um tempo para equalizar as temperaturas, garantindo transformação simultânea.
Esse processo visa obter estrutura bainítica. O material é aquecido até o campo austenítico e resfriado em óleo até a temperatura de geração de bainita, permanecendo até a transformação total.
O aquecimento por indução eletromagnética provoca o aquecimento por efeito Joule, seguido de resfriamento, gerando uma superfície dura de martensita.
O revenido consiste em reaquecer a peça temperada até uma temperatura abaixo da zona crítica, seguido de resfriamento. Durante o processo, ocorre a reversão do reticulado TCC para o reticulado CCC, promovendo reajustes internos e precipitação de carbonetos.
Para o endurecimento por precipitação, é necessário dissolver todos os átomos de soluto, formando uma solução sólida monofásica. O tratamento consiste em aquecer a liga até uma temperatura em que os solutos se dissolvam. Após resfriamento rápido, forma-se uma única fase.
Após a solubilização, a solução sólida supersaturada é aquecida para permitir a formação de partículas finamente dispersas, um processo conhecido como envelhecimento, podendo ser natural ou artificial.
Em aços, após solubilização, nitretos, sulfetos e carbonetos são dissolvidos. Durante o tratamento termomecânico, precipitados se formam rapidamente devido ao aumento de discordâncias.
O endurecimento por precipitação é comum em ligas de alumínio de alta resistência, onde mecanismos de endurecimento são amplamente utilizados.