O tratamento térmico pós-fundição consiste no aquecimento e arrefecimento controlados de uma peça fundida após a sua solidificação, com o objetivo de alterar a microestrutura e, consequentemente, as propriedades mecânicas. A mesma liga pode apresentar comportamentos muito diferentes antes e depois do tratamento: o recozimento amolece, a normalização refina, a têmpera endurece, o revenimento restaura a tenacidade e o envelhecimento reforça o alumínio. Tanto para as fundições como para os compradores, é através deste tratamento que a peça fundida é adaptada às especificações do desenho.
A escolha do tratamento depende do material, da espessura da secção, da dureza pretendida e do orçamento previsto. Este guia aborda o que é o tratamento térmico, por que razão as peças fundidas o necessitam, os principais processos, como estes alteram a estrutura, quais os metais que respondem a esse tratamento e onde são utilizadas as peças fundidas tratadas.
O tratamento térmico pós-fundição ocorre normalmente entre a remoção de resíduos e a maquinagem. A peça fundida é submetida a uma limpeza preliminar, tratada no forno e, em seguida, maquinada e inspecionada; por isso, o desenho deve indicar o estado de tempera ou a dureza exigidos antes do início da maquinagem.
O que é o tratamento térmico?
O tratamento térmico é uma sequência controlada de aquecimento, manutenção da temperatura e arrefecimento aplicada a um metal para alterar a sua microestrutura e, consequentemente, as suas propriedades. O tipos de tratamento térmico partilham o mesmo princípio: o perfil de temperatura determina quais as fases que se formam, o grau de finura dos grãos e a forma como o metal reage à carga, ao desgaste e à maquinagem.
No caso das peças fundidas, o tratamento ocorre após a solidificação, razão pela qual se denomina tratamento térmico pós-fundição. As peças fundidas que saem do molde com estruturas grosseiras ou mistas são refinadas no forno antes da maquinagem ou da colocação em serviço.
Por que razão o tratamento térmico é importante?
- Resistência e dureza. O temple e o envelhecimento aumentam o limite de escoamento, a resistência à tração e a dureza superficial das peças sujeitas a cargas.
- Usinabilidade. O recozimento amolece a peça fundida, o que prolonga a vida útil das ferramentas e mantém as tolerâncias dentro dos limites.
- Estabilidade dimensional. O alívio de tensões e o arrefecimento controlado reduzem as tensões residuais e a deformação que provocam defeitos de fundição.
- Resistência. O revenimento restaura a ductilidade e a resistência ao impacto perdidas durante o endurecimento.
- Vida útil. As superfícies endurecidas resistem à abrasão e prolongam a vida útil em aplicações exigentes.
Tipos de processos de tratamento térmico
Cada processo utiliza uma temperatura e um perfil de arrefecimento diferentes para produzir uma estrutura diferente.
Recozimento
O recozimento consiste em aquecer a peça fundida, mantê-la à temperatura desejada e arrefecê-la lentamente, de modo a amolecer o metal e eliminar as tensões internas. Melhora a usinabilidade e é um processo comum antes da usinagem de peças fundidas de ferro cinzento e ferro dúctil. No caso de secções complexas, o recozimento também reduz o risco de deformação.
Normalização
A normalização consiste em aquecer o material acima da zona de transformação e arrefecê-lo em ar parado, de modo a refinar o grão e produzir uma estrutura mais uniforme. Aumenta a resistência e a consistência sem atingir a dureza total da têmpera, sendo frequentemente escolhida quando secções de espessuras diferentes têm de apresentar um comportamento semelhante.
Têmpera e revenimento
O têmpera arrefece rapidamente a peça fundida para formar microestruturas duras; em seguida, o revenimento reaquece-a a uma temperatura mais baixa para restaurar a tenacidade. Esta combinação proporciona uma elevada resistência com ductilidade controlada, sendo o processo padrão para engrenagens, eixos e peças sujeitas a desgaste.
Endurecimento por precipitação
O endurecimento por precipitação dissolve os elementos de liga a altas temperaturas e faz com que estes se precipitem novamente sob a forma de partículas finas que bloqueiam o movimento das deslocações. Uma vez que as partículas imobilizam a estrutura, este tratamento proporciona uma elevada resistência sem necessidade de ligas pesadas, sendo o método padrão para peças fundidas de alumínio de alta resistência.
Envelhecimento
O envelhecimento é a etapa a baixa temperatura que se segue ao tratamento em solução, quer naturalmente à temperatura ambiente, quer artificialmente num forno. O envelhecimento artificial decorre a uma temperatura controlada durante um período de tempo definido; o envelhecimento natural ocorre lentamente à temperatura ambiente. Em ambos os casos, esta etapa determina a resistência final dos estados T4, T5 e T6 utilizados nas peças fundidas de alumínio.
Estes processos atuam alterando o que acontece ao nível dos grãos. O arrefecimento lento permite que o carbono se difunda e forme estruturas mais macias; o arrefecimento rápido retém-no em fases mais duras; o reaquecimento faz com que parte dessa dureza dê lugar à tenacidade. O mesmo teor de carbono pode produzir peças fundidas macias, tenazes ou duras, dependendo do perfil, e métodos de inspeção de fundição de metais tais como ensaios de dureza e metalografia, comprovam que a estrutura pretendida foi alcançada.
Aplicações das peças fundidas submetidas a tratamento térmico
As peças fundidas tratadas são utilizadas em todas as aplicações em que a resistência, a resistência ao desgaste ou a consistência determinam a vida útil, e o material determina o ciclo: o ferro cinzento é normalmente submetido a um tratamento de alívio de tensões ou recozimento antes da maquinagem; as peças fundidas de aço passam por normalização, têmpera e revenimento; as peças fundidas de alumínio são submetidas a tratamento de solução e envelhecimento; e as ligas de aço inoxidável seguem os seus próprios ciclos. O valor depende também de se trabalhar com um fornecedor de fundição que controla todo o ciclo de tratamento térmico.
- Automóvel e maquinaria: engrenagens, virabrequins, componentes de travões e caixas que exigem resistência e durabilidade à fadiga.
- Bombas e válvulas: corpos sob pressão, tampas e impulsores em que a ductilidade e a resistência ao impacto são fundamentais.
- Componentes sujeitos a desgaste: meios de moagem, placas de desgaste e peças resistentes à abrasão que beneficiam de superfícies endurecidas.
- Componentes estruturais e energéticos: estruturas de máquinas, componentes eólicos e energéticos e peças fundidas pesadas que requerem propriedades mecânicas consistentes.
Ferro fundido nodular – Fabricante de peças fundidas de ferro fundido
Envie o desenho da peça, as condições de utilização e a dureza ou temperamento pretendidos para os nossos engenheiros, e deixar que confirmem o tipo de aço e o ciclo de tratamento térmico antes de se avançar com a produção das ferramentas. Definir corretamente o ciclo antes da produção é mais económico do que ter de retrabalhar uma peça fundida que não cumpra as especificações.
