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Por que o metal endurece? Explore o misterioso processo de tratamento térmico!
A dureza do metal está muitas vezes intimamente relacionada com o cenário em que é utilizado. Quer se trate de construção, fabrico ou ferramentas práticas diárias, a dureza é uma das principais propriedades físicas. Mas você sabia que a dureza do metal pode ser ajustada através de uma série de processos de tratamento térmico? O tratamento térmico não apenas endurece o metal, mas também afeta outras propriedades importantes, como resistência, tenacidade, ductilidade, etc. Neste artigo exploraremos os princípios básicos do tratamento térmico e seu importante papel no processo de endurecimento de metais.
Conceitos básicos de tratamento térmico
O tratamento térmico é um conjunto de processos industriais, térmicos e de processamento de metais projetados para alterar as propriedades físicas e, em alguns casos, químicas dos materiais. As principais aplicações do tratamento térmico estão concentradas no campo metalúrgico. Os métodos de tratamento comuns incluem têmpera, endurecimento superficial, reforço por precipitação, etc.
Processo físico: mudanças na microestrutura
A microestrutura dos materiais metálicos consiste em pequenas partículas chamadas “grãos” ou cristais. As propriedades dos grãos (como tamanho e composição dos grãos) são um dos fatores efetivos que determinam o comportamento mecânico dos metais. O tratamento térmico pode controlar efetivamente a taxa de difusão e a taxa de resfriamento dos grãos, manipulando assim as propriedades do metal.
O tratamento térmico pode alterar as propriedades mecânicas das ligas metálicas, como dureza, resistência, tenacidade, ductilidade e elasticidade.
Mecanismo de tratamento térmico
Durante o tratamento térmico, os metais são aquecidos ou resfriados, muitas vezes a temperaturas extremas, para alcançar as alterações de propriedade desejadas. Essas mudanças de temperatura fazem com que a estrutura cristalina do metal mude, fazendo com que a dureza aumente ou diminua. Dois mecanismos principais incluem a formação de martensita e mecanismos de difusão, os quais podem alterar significativamente as propriedades da liga.
Quando um metal é resfriado rapidamente, pode não haver tempo para que os átomos não dissolvidos migrem para fora da solução, resultando em uma mudança estrutural conhecida como "transformação sem difusão".
A influência da composição da liga
A composição específica do sistema de liga pode ter um impacto significativo nos resultados do tratamento térmico. Quando a percentagem de cada componente na liga está dentro da faixa apropriada, a liga formará uma única microestrutura contínua; se os componentes estiverem desequilibrados, múltiplas microestruturas diferentes podem ser formadas ao mesmo tempo; Por exemplo, ligas com menos de 0,77% de carbono são chamadas de ligas subeutéticas, enquanto aquelas acima disso são chamadas de ligas hipereutéticas.
Método de tratamento térmico
Há uma variedade de técnicas de tratamento térmico disponíveis, os métodos mais comuns incluem:
- Recozimento: Aquecimento a uma temperatura específica e resfriamento lento para produzir uma microestrutura fina.
- Normalização: visa uniformizar o tamanho e a composição dos grãos, geralmente adequado para ligas ferrosas.
- Alívio de tensões: redução ou remoção de tensões internas no metal.
- Envelhecimento: O pré-tratamento de componentes metálicos afeta suas propriedades mecânicas.
- Quenching: Resfriamento rápido do metal para promover a transformação martensítica, geralmente usado para ligas ferrosas.
Processos comuns de tratamento térmico
Tomando as ligas de aço como exemplo, quantidades variadas de componentes da liga são aquecidas até o estágio de austenita e depois temperadas para implementar a rápida transformação da estrutura da martensita. Este processo pode aumentar a dureza da liga, mas reduzir a sua plasticidade. Por exemplo, o aço contendo uma proporção específica de carbono produzirá diferentes microestruturas na faixa de temperatura correta.
Fim: A importância de pensar
O processo de tratamento térmico não envolve apenas mudanças físicas, mas também grãos, composição da liga e as diferentes microestruturas formadas. O domínio desse conhecimento permitirá que os engenheiros tomem decisões mais eficazes no processamento de metais. No seu ambiente diário, você já percebeu que existem tantos mistérios científicos escondidos por trás de objetos metálicos aparentemente comuns?
