Normalização, Têmpera e Revenimento

A normalização refere-se ao tratamento de solubilização para o aço a uma temperatura de pelo menos 55°C acima da temperatura crítica superior, seguido por resfriamento ao ar. A temperatura de normalização depende da concentração de carbono. O objetivo deste tratamento pode ser refinar a estrutura do grão, endurecer ligeiramente o aço, ou reduzir a segregação de carbono que pode ter ocorrido durante a solidificação, dissolvendo fases secundárias como carbonetos, produzindo uma estrutura homogênea. Após um tempo suficiente para que a liga se transforme completamente em Austenita (procedimento chamado Austenitização), o tratamento é encerrado pelo resfriamento ao ar.

Fundidos normalizados devem ser colocados em bandejas de forma a que o ar circule livremente em torno de cada peça da carga enquanto ocorre o resfriamento. Se o fluxo de ar é restrito, a operação será mais como um recozimento. O resfriamento acelerado por ventiladores ou fluxo de ar forçado pode produzir um resultado mais como têmpera .

A microestrutura que resulta da normalização é uma mistura de ferrita e perlita, geralmente resultando em baixas tensões residuais e quase nenhuma distorção. Algumas peças fundidas são revenidas após a normalização para adquirir um leve amolecimento adicional e alívio de tensões. A normalização e revenimento é usada para atender uma série de especificações de fundidos.

Limites de resistência de até 655 Mpa podem ser obtidos através da normalização de aços baixa liga contendo acima de 0,30% carbono. A usinabilidade de peças fundidas geralmente é boa devido à uniformidade das estruturas obtidas.

O custo da normalização torna atraente este tratamento térmico, pois requer menos tempo de forno do que o recozimento, e o ciclo de resfriamento é menos

custoso do que o de têmpera. Além disso, são encontrados problemas mínimos com distorção.

Na têmpera, a peça é austenitizada a temperaturas acima da temperatura crítica superior e depois arrefecida rapidamente para evitar a formação de ferrita e perlita. Pelo endurecimento por têmpera, é possível acelerar o resfriamento partindo da temperatura de austenitização, e controlar a transformação da austenita para bainita e martensita com o propósito de atingir maiores resistências e durezas que podem ser obtidas com tratamentos de normalização e recozimento.

A dureza máxima alcançável de um aço temperado é quase exclusivamente controlada pela concentração de carbono e é obtida pelo resfriamento a uma taxa igual ou maior do que a taxa de resfriamento crítica para a liga . Meios de têmpera incluem água, soluções de salmoura, óleo , soluções de água e polímero, e em alguns casos um gás inerte.

Água e óleo são os meios mais comumente usados para temperar fundidos de aço. Utiliza-se água sempre que possível, mas aços alto carbono e profundamente temperáveis exigem têmpera a óleo. Algumas formas complexas também requerem têmpera a óleo para minimizar trincas. Sob quase todas as condições, o óleo resfria o aço um pouco mais lentamente do que a água. Certos polímeros orgânicos podem ser adicionados à água para proporcionar uma solução que se assemelha ao óleo nas suas características de remoção de calor. A principal vantagem dessas soluções é que removem o calor mais lentamente do que a água, sem riscos de incêndio associados ao óleo. Sua maior desvantagem é que exigem cuidadoso controle de concentração, temperatura e agitação a fim de alcançar um comportamento de têmpera consistente. A severidade de têmpera promovida por estes banhos pode variar largamente com o tipo de polímero, concentração, temperatura do banho e agitação durante a têmpera. O controle adequado do líquido de resfriamento é necessário, e eventualmente mais difícil do que o previsto.

O revenido é o processo de aquecimento de um aço endurecido até uma temperatura abaixo da temperatura crítica inferior, de modo a conseguir algum amolecimento, e em seguida resfriá-lo até à temperatura ambiente. O objetivo de um tratamento de revenido é o de reduzir a dureza e aliviar algumas das tensões, a fim de obter uma maior dutilidade do que as disponíveis em peças somente temperadas. O revenimento altera ligeiramente a estrutura da martensita, e esta mudança pode

ser usada para ajustar a resistência, dureza, tenacidade e outras propriedades mecânicas aos níveis especificados.

Aços carbono e baixa liga fundidos são geralmente revenidos na faixa de 175°C a 700°C. O tempo de manutenção a temperatura pode variar de 30 minutos a várias horas. Um maior tempo de revenido a uma determinada temperatura, ou uma temperatura mais elevada para um dado tempo, aumenta o nível do revenimento. A martensita amolece mais do que a perlita a uma dada temperatura de revenido, e a composição do aço afeta a taxa do revenimento. Alguns efeitos da temperatura e do tempo estão ilustrados na Figura 2.2, onde a dureza é utilizada para medir a resposta ao revenido. Em geral, a presença de elementos de formação de carbonetos faz com que o aço seja mais resistente ao revenimento (ASM, 1995).

O revenido de alguns aços pode resultar em uma redução na tenacidade medida por ensaios de impacto. Ocorre quando o revenido é realizado entre 200°C e 400°C (chamada “fragilidade da Martensita revenida” ou “fragilidade a 350°C”), de forma que usualmente esta faixa é evitada. A fragilização também pode ocorrer a uma temperatura acima de 575°C, seguido por um resfriamento lento até a temperatura ambiente (chamada “fragilidade ao revenido”). Foi determinado que as ligas de aço suscetíveis à fragilização por revenido contém concentrações apreciáveis dos elementos manganês, níquel ou cromo e, adicionalmente um ou mais entre os elementos antimônio, fósforo, arsênio e estanho, na forma de impurezas em concentrações relativamente baixas. Observou-se que a propagação de trincas nesses materiais é intergranular, e que os elementos de liga e as impurezas se segregam, preferencialmente, nestas regiões. A fragilização por revenido pode ser evitada por um controle da composição química e/ou aplicando o revenido acima de 575°C, seguido por têmpera até a temperatura ambiente. Ainda, a tenacidade dos aços afetados pela “fragilidade ao revenido” pode ser significativamente melhorada pelo aquecimento até 600°C, seguido por um resfriamento rápido abaixo de 300°C (CALLISTER, 2007). Quando altas temperaturas são usadas, as peças podem ser esfriadas rapidamente (“temperadas”), para minimizar o tempo na zona de temperatura fragilizante.

Figura 2.2 – Efeito do tempo em quatro temperaturas de revenido sobre a dureza a temperatura ambiente de aço 0,82% C temperado. Observar as linhas aproximadamente retas em escala de tempo logarítmica.

Fonte: ASM (1995)