Trabalho dos Metais
Neste artigo, o tratamento térmico e o trabalho dos metais serão discutidos. O trabalho dos metais pode ser considerado como processos metalúrgicos que alteram as propriedades dos metais.
Tratamento Térmico
O tratamento térmico de grandes componentes de aço carbono é realizado para explorar os defeitos cristalinos e seus efeitos, obtendo assim certas propriedades ou condições desejáveis.
Durante a fabricação, ao variar a taxa de resfriamento (têmpera) do metal, o tamanho e os padrões dos grãos são controlados. As características dos grãos são ajustadas para produzir diferentes níveis de dureza e resistência à tração. Geralmente, quanto mais rápido um metal é resfriado, menores serão os tamanhos dos grãos, tornando o metal mais duro. À medida que a dureza e a resistência à tração aumentam no aço tratado termicamente, a tenacidade e a ductilidade diminuem.
A taxa de resfriamento usada na têmpera depende do método de resfriamento e do tamanho do metal. O resfriamento uniforme é crucial para evitar distorções. Tipicamente, os componentes de aço são temperados em óleo, água ou uma emulsão dos dois.
A soldagem pode induzir tensões internas que permanecerão no material após a conclusão da soldagem. Em aços inoxidáveis, como o tipo 304, a rede cristalina é cúbica de face centrada (austenita). Durante a soldagem a alta temperatura, algum metal circundante pode ser aquecido para entre 500°F (260°C) e 1000°F (537°C). Nesta faixa de temperatura, a austenita é transformada em uma estrutura de rede cúbica de corpo centrado (bainita). Quando o metal esfria, as regiões ao redor da solda contêm alguma austenita original e alguma bainita recém-formada. Um problema surge porque o "fator de empacotamento" (PF = volume de átomos/volume da célula unitária) não é o mesmo para cristais FCC e BCC.
A bainita que foi formada ocupa mais espaço do que a rede de austenita original. Este alongamento do material causa tensões residuais compressivas e de tração no material. As tensões de soldagem podem ser minimizadas usando soldagem com dissipador de calor, que resulta em temperaturas mais baixas do metal, ou por recozimento.
O recozimento é outro processo comum de tratamento térmico para componentes de aço carbono. Durante o recozimento, o componente é aquecido lentamente a uma temperatura elevada e mantido lá por um longo período de tempo, depois resfriado. O processo de recozimento é realizado para obter os seguintes efeitos:
a. Para amolecer o aço e melhorar a ductilidade.
b. Para aliviar tensões internas causadas por processos anteriores, como tratamento térmico, soldagem ou usinagem.
c. Para refinar a estrutura dos grãos.
Trabalho a Frio e a Quente
A deformação plástica que é realizada em uma região de temperatura e durante um intervalo de tempo tal que o encruamento não é aliviado, é chamada de trabalho a frio. Considerável conhecimento sobre a estrutura do estado trabalhado a frio foi obtido. Nos estágios iniciais da deformação plástica, o deslizamento ocorre essencialmente em planos de deslizamento primários e as discordâncias formam arranjos coplanares. À medida que a deformação avança, ocorre deslizamento cruzado. A estrutura trabalhada a frio forma regiões de alta densidade de discordâncias que logo se desenvolvem em redes. O tamanho dos grãos diminui com a deformação em baixa deformação, mas logo atinge um tamanho fixo. O trabalho a frio diminui a ductilidade.
Trabalho a quente refere-se ao processo onde os metais são deformados acima de sua temperatura de recristalização e o encruamento não ocorre. O trabalho a quente é geralmente realizado em temperaturas elevadas. O chumbo, no entanto, é trabalhado a quente à temperatura ambiente devido à sua baixa temperatura de fusão. No outro extremo, o molibdênio é trabalhado a frio mesmo em temperaturas relativamente altas devido à sua alta temperatura de recristalização.
A resistência dos metais à deformação plástica geralmente reduz em temperaturas mais altas. Por esta razão, seções maciças maiores são sempre trabalhadas a quente por forjamento, laminação ou extrusão.
Resumo
As informações importantes nesta seção são resumidas abaixo:
Resumo dos Efeitos do Tratamento Térmico nas Propriedades dos Metais
- Têmpera
Variar a taxa de resfriamento (têmpera) do metal controla o tamanho e os padrões dos grãos.
As características dos grãos são ajustadas para produzir diferentes níveis de dureza e resistência à tração.
A dureza e a resistência à tração aumentam no aço tratado termicamente; a tenacidade e a ductilidade diminuem. - Soldagem
Produz tensões residuais compressivas e de tração.
As tensões são minimizadas usando soldagem com dissipador de calor e recozimento. - Recozimento
Amolece o aço e melhora a ductilidade.
Alivia tensões internas causadas por processos anteriores.
Refina a estrutura dos grãos.