O que é têmpera e como funciona?

O revenimento é um processo de tratamento térmico que garante o desempenho de diversos componentes de aço. Esse processo é aplicado a componentes de motores automotivos e peças estruturais de máquinas de construção de grande porte. Por exemplo, as engrenagens de transmissão automotivas podem transmitir potência com precisão, garantindo o funcionamento suave da caixa de câmbio após a têmpera e o revenimento. Este artigo abordará os princípios básicos do revenimento.

Visão geral of Temperamento

O revenimento é um processo de tratamento térmico que consiste em aquecer uma peça endurecida a uma temperatura específica abaixo do ponto Ac1, mantê-la nessa temperatura por um determinado período e, em seguida, resfriá-la até a temperatura ambiente. O revenimento permite que a peça atinja as propriedades de serviço necessárias.

O aço raramente é utilizado imediatamente após a têmpera, pois a microestrutura resultante consiste em martensita e austenita retida, acompanhada de tensões internas significativas. Embora a martensita possua alta resistência e dureza, apresenta baixa plasticidade e alta fragilidade, tornando o componente suscetível a deformações e fissuras sob tensões internas. Além disso, a estrutura temperada é instável e pode se decompor lentamente à temperatura ambiente, causando alterações volumétricas e distorção da peça. Portanto, as peças temperadas devem ser revenidas antes de serem colocadas em serviço.

Função da têmpera

Os objetivos da têmpera são:

Redução do Estresse Interno

Materiais metálicos temperados contêm tensões internas substanciais que podem levar à deformação da peça ou mesmo ao seu aparecimento de fissuras. O revenimento proporciona um meio eficaz de liberar e equilibrar essas tensões internas.

Por exemplo, em moldes e matrizes de grande porte temperados, se as tensões internas não forem aliviadas prontamente após a têmpera, o molde pode sofrer deformações severas durante o uso, comprometendo a precisão e a qualidade do produto. O revenimento garante uma distribuição de tensão mais uniforme dentro do molde, assegurando assim sua estabilidade estrutural.

Ajuste de dureza

Embora os materiais metálicos temperados possuam alta dureza, eles costumam ser excessivamente quebradiços, o que os torna inadequados para muitas aplicações práticas. O revenimento permite que a dureza seja ajustada com precisão a uma faixa apropriada, com base nos requisitos da aplicação.

Para componentes mecânicos sujeitos a cargas de impacto, como cabeças de martelo ou caçambas de escavadeira, o revenimento pode reduzir moderadamente a dureza, ao mesmo tempo que aumenta a tenacidade. Essa maior tenacidade permite que a peça suporte melhor as forças de impacto durante a operação, sem fraturar facilmente.

Estabilização da Microestrutura

A microestrutura de materiais metálicos temperados encontra-se em um estado metaestável. O revenimento permite que a microestrutura se transforme em uma forma mais estável.

Tomando o aço como exemplo, a estrutura martensítica após têmpera se decompõe durante o revenido para formar estruturas mais estáveis, como martensita revenida, troostita revenida ou sorbita revenida. Essas estruturas exibem excelentes propriedades mecânicas abrangentes, garantindo a estabilidade do desempenho do material a longo prazo durante serviço prolongado. Por exemplo, na fabricação de virabrequins de motores automotivos, a estrutura estável obtida por meio do revenido garante a operação estável e de longo prazo do virabrequim sob condições de alta temperatura, alta velocidade e alta carga, evitando a degradação do desempenho ou falhas devido à instabilidade microestrutural.

Melhoria de resistência

A tenacidade de um material metálico é uma medida de sua resistência à fratura quando submetido a impacto ou deformação plástica severa. O tratamento térmico de têmpera aumenta significativamente a tenacidade dos materiais metálicos.

Para peças de paredes finas ou componentes com geometrias complexas, a tenacidade insuficiente após a têmpera pode facilmente levar à falha durante o uso. O revenimento melhora a tenacidade dessas peças, permitindo que se adaptem melhor a diversas condições de trabalho complexas. Em componentes aeroespaciais críticos, por exemplo, é necessária uma tenacidade extremamente alta para garantir a segurança de voo, tornando o processo de revenimento uma etapa indispensável em sua fabricação.

Tipos de Têmpera

De acordo com a temperatura de têmpera, pode ser dividido em 3 tipos:

Revenimento a baixa temperatura (abaixo de 250°C)

O revenido a baixa temperatura produz uma microestrutura de martensita revenida. O objetivo é reduzir as tensões de têmpera e a fragilidade. A martensita revenida resultante apresenta alta dureza (tipicamente 58–64 HRC), alta resistência e excelente resistência ao desgaste. Portanto, o revenido a baixa temperatura é particularmente adequado para componentes que exigem alta dureza e resistência ao desgaste, como ferramentas de corte, instrumentos de medição, rolamentos, peças cementadas e superfícies endurecidas por indução.

Revenimento de média temperatura (250°C - 500°C)

O revenido a temperatura média produz uma microestrutura de troostita revenida. Isso confere ao aço um alto limite elástico, resistência e dureza relativamente altas (tipicamente 35–50 HRC), além de boa plasticidade e tenacidade. O revenido a temperatura média é utilizado principalmente para diversos componentes elásticos e matrizes para trabalho a quente.

Revenimento de alta temperatura (500°C - 650°C)

O revenido em alta temperatura produz uma microestrutura de sorbita revenida. O processo combinado de tratamento térmico de têmpera e revenido em alta temperatura é conhecido como têmpera e revenido, ou "condicionamento". Após o condicionamento, o aço apresenta excelentes propriedades mecânicas (tipicamente uma dureza de 220–230 HBS). O revenido em alta temperatura é aplicado principalmente a componentes críticos de máquinas feitos de aço estrutural de médio carbono ou baixa liga, como virabrequins, bielas, parafusos, eixos automotivos, fusos de máquinas-ferramenta e engrenagens.

Temperamento fragilidade

Geralmente, quando o aço temperado é revenido, sua resistência e dureza diminuem, enquanto sua plasticidade e tenacidade aumentam com a elevação da temperatura de revenido. No entanto, quando o revenido é realizado dentro de certas faixas de temperatura, a tenacidade ao impacto do aço pode diminuir significativamente. Esse fenômeno de fragilização, no qual o aço temperado é revenido dentro de faixas de temperatura específicas ou resfriado lentamente através dessas faixas a partir da temperatura de revenido, é chamado de fragilidade de revenido. A fragilidade de revenido é dividida em Tipo 1 e Tipo 2.

Fragilidade por têmpera tipo 1

Este tipo de fragilidade é uma fragilidade de revenido irreversível. A fragilização ocorre quando o aço temperado é revenido a cerca de 300 °C e é conhecida como Tipo 1 ou fragilidade de revenido irreversível. Quase todos os aços apresentam esse tipo de fragilidade. Ela é atribuída à precipitação de carbonetos descontínuos, com formato de casca fina, ao longo dos contornos das lamelas ou placas de martensita durante o revenido, o que reduz substancialmente a resistência à fratura dos contornos de grão. Consequentemente, as peças geralmente não são revenidas na faixa de 250 °C a 350 °C.

Fragilidade por têmpera tipo 2

Este tipo de fragilidade é uma fragilidade de revenido reversível. A fragilidade afeta aços-liga que contêm elementos como Cr, Mn e Ni. Ocorre quando esses aços são revenidos na faixa de temperatura de fragilização de 400 °C a 550 °C, ou quando são resfriados lentamente nessa faixa após revenimento a uma temperatura mais alta. Esse tipo de fragilidade é chamado de fragilidade de revenido reversível porque pode ser eliminado por meio de revenimento acima da temperatura de fragilização e resfriamento rápido. Se o aço for posteriormente revenido na faixa de fragilização ou resfriado lentamente através dela, a fragilidade reaparece.

A causa geralmente reside na segregação de elementos de impureza, como Sb, Sn e P, nos contornos de grão da austenita prévia. Elementos de liga, como Ni e Cr, promovem essa segregação de impurezas e também segregam nos próprios contornos de grão, aumentando assim a suscetibilidade à fragilidade de revenido.

Os métodos de prevenção incluem:

• Minimizar o teor de elementos de impureza no aço.
• A adição de elementos como o molibdênio (Mo) pode inibir a segregação nos contornos de grão.
• Para peças de trabalho de pequeno a médio porte, esse tipo de fragilidade após o revenimento pode ser suprimido por meio de resfriamento rápido após a têmpera.