Veja o poder do metal: Um Guia Simples para Tratamento Térmico e Aquecimento

Já alguma vez pensaste no que torna uma espada forte mas não fácil de partir? Ou como é que um pedaço de aço normal se pode transformar numa broca muito dura? O segredo é um conjunto de passos chamado tratamento térmico. Trata-se de uma forma de utilizar o aquecimento e o arrefecimento para melhorar um metal. Este artigo é o seu guia fácil para aprender como funciona o tratamento térmico. Irá descobrir como podemos tornar um metal mais duro, mais macio ou mais resistente, apenas gerindo o calor. Continue a ler para aprender os segredos que transformam metais simples em materiais fantásticos.

O que é o tratamento térmico e porque é que é importante para o metal?

O tratamento térmico é um conjunto de passos utilizados para alterar o aspeto e o comportamento de um material. O material mais comum para tratamento térmico é um metal ou uma liga. O método utiliza um aquecimento e arrefecimento cuidadosos. Observando cuidadosamente a temperatura a que o metal fica, o tempo que permanece quente e a rapidez com que arrefece, podemos alterar as suas caraterísticas. Podemos torná-lo mais forte, mais resistente ou mais macio para realizar um determinado trabalho.

Pode pensar-se nisto como fazer um bolo. Começa-se com ingredientes simples. Mas a temperatura do forno e o tempo de cozedura fazem toda a diferença. O mesmo se aplica ao aço e a outros tipos de metal. O processo de tratamento térmico correto pode transformar uma peça normal de aço-carbono numa peça que funciona muito bem. É por isso que o tratamento térmico é muito importante para o fabrico de ferramentas, peças de automóvel e quase tudo o que é feito de metal. Permite-nos decidir o resultado final do produto.

Como é que a aplicação de calor altera as propriedades dos metais?

Quando se vê um pedaço de metal, ele parece sólido. Mas a um nível muito pequeno, é feito de pequenos cristais. Chamamos a isto a microestrutura. A forma como estes minúsculos cristais estão reunidos confere ao metal as suas qualidades, como a sua dureza ou a sua ductilidade (que é a sua capacidade de se dobrar e não partir). As etapas de aquecimento e arrefecimento alteram esta microestrutura.

O aquecimento do metal dá aos pequenos fragmentos no seu interior a energia necessária para se moverem e formarem novas formas cristalinas. Depois, a velocidade de arrefecimento, ou a taxa de arrefecimento, decide qual será a forma final. Um arrefecimento muito rápido, a que se dá o nome de têmpera, pode fixar os pequenos fragmentos no seu lugar. Isto cria uma forma muito dura, mas também quebradiça. Um arrefecimento muito lento permite que os pequenos pedaços se fixem numa forma suave e mais flexível. Assim, ao gerir os passos de aquecimento e arrefecimento, um tratamento térmico pode alterar cuidadosamente as propriedades do metal.

Quais são os tipos mais comuns de tratamento térmico?

Existem muitos processos diferentes de tratamento térmico. A maior parte deles pode ser classificada em alguns grupos principais. Cada um deles é efectuado por uma razão diferente. Conhecer estes tipos básicos de tratamento térmico ajuda-o a saber o que pode fazer com um metal ou liga.

Segue-se uma tabela simples com as opções de tratamento mais comuns:

Estes tratamentos térmicos comuns, como o recozimento, o endurecimento e a têmpera, são as ideias básicas para trabalhar com metal atualmente. Muitos métodos de tratamento térmico são apenas formas ligeiramente diferentes de fazer estas coisas principais.

Como é que se endurece o aço com um processo de tratamento térmico?

Para endurecer o aço, é necessário alterar a sua microestrutura para uma forma que seja muito dura. Este tratamento térmico consiste em aquecer o aço a uma temperatura muito elevada. A temperatura exacta varia em função do tipo de aço e do seu teor de carbono. O aço é aquecido a um ponto superior à sua temperatura crítica superior. Isto permite que os pedaços de carbono se misturem no aço.

Depois de o metal ser aquecido e esta alteração estar concluída, tem de ser arrefecido muito rapidamente. A isto chama-se arrefecimento. O aço é frequentemente mergulhado em água, óleo ou num líquido especial. Este arrefecimento rápido fixa os pedaços de carbono no seu lugar. Isto cria uma estrutura muito dura, mas também muito quebradiça. Este método é ótimo para aumentar a dureza de artigos como o aço para ferramentas ou facas. O objetivo deste tratamento térmico é obter uma dureza muito elevada.

O que significa recozer um metal?

Recozinhar um metal significa torná-lo mais macio e mais fácil de trabalhar. O processo de recozimento é como o inverso do endurecimento. Em vez de uma têmpera rápida, o recozimento utiliza um método de arrefecimento muito lento. Este método de tratamento térmico é utilizado para aliviar a tensão no interior, amolecer o metal e torná-lo mais fácil de dobrar e mais forte. Normalmente, é efectuado depois de um metal ter sido trabalhado a frio, o que pode torná-lo duro e fácil de partir.

Existem diferentes formas de recozer. Num processo de recozimento completo, o metal é aquecido a uma determinada temperatura elevada. Em seguida, é arrefecido lentamente a uma velocidade definida. Isto é frequentemente feito deixando-o no forno para arrefecer. O processo de recozimento permite que a microestrutura volte a um estado mais estável e macio. Outros tipos de tratamento térmico, como o recozimento parcial ou o recozimento de recristalização, utilizam diferentes temperaturas de aquecimento e velocidades de arrefecimento para obter resultados diferentes. O recozimento é utilizado para preparar um metal para ser trabalhado.

Porque é que é importante temperar o aço depois de o endurecer?

Quando se endurece o aço com uma têmpera, obtém-se uma dureza espantosa. Mas isso também causa um grande problema: o aço torna-se muito frágil. Um material frágil pode partir-se facilmente como vidro se lhe batermos. Isto não é bom para a maioria das ferramentas ou peças. É por isso que o processo de têmpera é tão útil. A têmpera é um tratamento térmico que é efectuado após endurecimento para reduzir a fragilidade.

O processo é efectuado através do aquecimento do aço endurecido a uma temperatura muito mais baixa. É mantido a esta temperatura durante um determinado período de tempo. Depois, deixa-se arrefecer, muitas vezes ao ar, à temperatura ambiente. Este aquecimento suave permite que algumas das partes bloqueadas na microestrutura se movam um pouco. Diminui um pouco a dureza, mas melhora muito a tenacidade. Quanto mais elevada for a temperatura utilizada para a têmpera, menos duro e mais resistente será o aço. Isto permite-nos fazer pequenas alterações no funcionamento das peças de aço finais.

O que é o Case Hardening e qual é a sua diferença?

Por vezes, não é necessário que toda a peça seja dura. Pode querer uma peça que tenha uma superfície muito dura que não se desgaste facilmente. Mas pode querer que o meio seja mais macio e mais duro. É por isso que utilizamos o endurecimento por cementação. O endurecimento por cementação é um tipo de tratamento térmico que endurece apenas a camada exterior, ou "cementação", de uma peça metálica. Isto cria uma superfície endurecida enquanto o interior da peça permanece mais fácil de dobrar.

Existem algumas formas de o fazer. Dois processos comuns de tratamento térmico para endurecimento são a cementação e a nitretação.

• A cementação é feita através do aquecimento do aço num local com muito carbono. Os pedaços de carbono penetram na superfície do aço. Isto aumenta o seu teor de carbono. Depois, a peça pode passar por uma etapa normal de endurecimento e têmpera. Mas apenas a superfície com alto teor de carbono ficará muito dura.
• A nitruração é um processo semelhante, mas utiliza azoto e não carbono. É um tratamento de superfície efectuado a uma temperatura mais baixa. Produz uma dureza superficial muito dura e duradoura. Este método de tratamento térmico é muito bom para engrenagens e peças para motores.

Como é que um tratamento térmico alivia a tensão no metal?

Quando uma peça metálica é fabricada, por exemplo, através de soldadura, corte ou dobragem, pode acumular-se tensão no seu interior. Não é possível ver esta tensão. Mas pode fazer com que a peça se dobre ou até parta com o tempo. Um tratamento térmico especial, designado por alívio de tensões, pode ajudar a resolver este problema. O objetivo deste processo térmico é aliviar estas forças que se acumulam. Fá-lo sem alterar as caraterísticas principais do metal.

Para aliviar as tensões, a peça é suavemente aquecida a uma temperatura inferior ao seu ponto de mudança. Esta temperatura é mantida durante um período de tempo suficiente para que a microestrutura interna do metal se estabilize. Isto também permite que as tensões internas se distribuam uniformemente. Depois disso, o metal é arrefecido muito lentamente. Este arrefecimento lento é muito importante. Garante que não se criam novas tensões. Este tratamento térmico é um passo muito importante para garantir que as peças são fortes e fiáveis.

Existem diferentes programas de tratamento térmico para o aço?

Sim, de certeza. Um programa de tratamento térmico é como uma receita que se segue para um tratamento térmico. Dá-lhe as temperaturas, tempos e velocidades de arrefecimento exactos a utilizar para um determinado tipo de liga. Diferentes tipos de aço, como o aço-carbono, os aços-liga ou o aço inoxidável, necessitam dos seus próprios programas especiais de tratamento térmico para obter as caraterísticas pretendidas.

Por exemplo, um aço para ferramentas com elevado teor de carbono terá uma programação muito diferente de um aço com baixo teor de carbono para construção. Mesmo uma pequena alteração no tempo de aquecimento ou na taxa de arrefecimento pode fazer uma grande diferença na dureza e tenacidade finais. É por esta razão que os especialistas que efectuam tratamentos térmicos seguem estes planos muito de perto. Utilizam ferramentas especiais para gerir os passos de aquecimento e arrefecimento. Isto ajuda a garantir que cada peça recebe o tratamento térmico correto.

Quais são os processos de tratamento térmico mais comuns a conhecer?

Aprendemos agora sobre os quatro grandes: endurecimento, recozimento, têmpera e cementação. Estas são as partes mais importantes do tratamento térmico. Ajudam-nos a tornar as coisas mais fortes, a amolecer os materiais, a reduzir a fragilidade e a criar uma superfície dura. Estes processos térmicos comuns são utilizados em todos os tipos de trabalhos que envolvem metal.

Dentro destes grupos, existem muitos tipos especiais de tratamento térmico. Por exemplo, um processo chamado normalização é um tipo de tratamento térmico de recozimento. É utilizado em aço fundido para criar uma microestrutura mais uniforme no interior. O processo de arrefecimento também tem muitos tipos diferentes. Estes variam desde a utilização de água simples até óleos ou líquidos especiais que gerem a taxa de arrefecimento. Se se tratar de peças inoxidáveis ou de uma liga simples, é efectuado um tratamento térmico para que funcione da melhor forma. O mundo do aquecimento de um metal ou liga para alterar as suas caraterísticas é muito vasto. Mas são estas ideias principais que fazem com que tudo aconteça.

Principais conclusões para lembrar

• O tratamento térmico utiliza um aquecimento e arrefecimento cuidadosos para alterar as caraterísticas de um metal.
• O principal objetivo é alterar a estrutura minúscula no interior do metal ou da liga.
• A têmpera torna o aço muito duro. Mas também o torna frágil devido a um arrefecimento rápido.
• O recozimento utiliza um arrefecimento lento. Isto torna o metal mais macio e mais simples de trabalhar.
• A têmpera é um tratamento térmico efectuado após o endurecimento. Acrescenta resistência ao aço.
• O endurecimento por cementação é uma forma de endurecimento da superfície. Produz uma camada exterior dura e uma camada intermédia resistente.
• Cada tratamento térmico segue um plano claro de temperatura, tempo e taxa de arrefecimento.