Como a têmpera endurece o aço na indústria metalúrgica

A têmpera é uma maneira rápida de trazer o metal de volta à temperatura ambiente após tratamento térmico para impedir que o processo de resfriamento altere drasticamente a microestrutura do metal. Os metalúrgicos fazem isso colocando o metal quente em um líquido ou, às vezes, em ar forçado. A escolha do líquido ou do ar forçado é chamada de meio.

Os meios comuns de têmpera incluem polímeros para fins especiais, convecção de ar forçado, água doce, água salgada e óleo. A água é um meio eficaz quando o objetivo é fazer com que o aço atinja a dureza máxima. No entanto, o uso de água pode causar rachaduras ou distorção do metal.

Se a dureza extrema não for necessária, óleo mineral, óleo de baleia ou óleo de semente de algodão podem ser usados ​​no processo de resfriamento. O processo de extinção pode parecer dramático para quem não está familiarizado. À medida que os metalúrgicos transferem o metal quente para o meio escolhido, o vapor sobe do metal em grande volume.

Taxas de têmpera mais lentas proporcionam às forças termodinâmicas uma oportunidade maior de alterar a microestrutura, e isso geralmente pode ser ruim se essa alteração na microestrutura enfraquecer o metal. Às vezes, esse resultado é o preferido, e é por isso que diferentes mídias são usadas para executar a têmpera. O petróleo, por exemplo, tem uma taxa de têmpera muito menor que a água. A têmpera em meio líquido requer agitação do líquido em torno do pedaço de metal para reduzir o vapor da superfície. Bolsas de vapor podem contrariar o processo de têmpera, por isso é necessário evitá-las.

Geralmente usado para endurecer os aços, a têmpera da água a uma temperatura acima da austenítico a temperatura fará com que o carbono fique preso dentro do ripado austenítico. Isso leva ao estágio martensítico duro e quebradiço. Austenita refere-se a ligas de ferro com uma base de ferro gama, e a martensita é um tipo duro de estrutura cristalina de aço.

A martensita de aço temperado é muito quebradiça e estressada. Como resultado, o aço temperado geralmente passa por um processo de têmpera. Isso envolve o reaquecimento do metal a uma temperatura abaixo de um ponto crítico, permitindo que ele esfrie no ar.

Tipicamente, aço serão temperados posteriormente em óleo, sal, banho de chumbo ou fornos com ar circulado pelos ventiladores para restaurar algumas das ductilidade (capacidade de suportar tensão de tração) e dureza perdido pela conversão em martensita. Depois que o metal é temperado, ele é resfriado rapidamente, devagar ou de maneira alguma, dependendo das circunstâncias, principalmente se o metal em questão é vulnerável à fragilidade pós-temperamento.

Além das temperaturas de martensita e austenita, o tratamento térmico do metal envolve as temperaturas de ferrita, perlita, cimento e bainita. A transformação de ferrita delta ocorre quando o ferro é aquecido para uma forma de ferro de alta temperatura. De acordo com Instituto de Soldagem na Grã-Bretanha, ele se forma "ao resfriar baixas concentrações de carbono nas ligas ferro-carbono do estado líquido antes de se transformar em austenita".

A Pearlita é criada durante o lento processo de resfriamento das ligas de ferro. Bainita vem em duas formas: bainita superior e inferior. É produzido a taxas de resfriamento mais lentas que a formação de martensita, mas a uma taxa de resfriamento mais rápida que a ferrita e a perlita.

A têmpera evita que o aço se decomponha da austenita em ferrita e cimento. O objetivo é que o aço atinja a fase martensítica.

Cada meio disponível para o processo de têmpera tem seus próprios benefícios e desvantagens, e cabe aos metalúrgicos decidir o que é melhor com base em um trabalho específico. Estas são algumas das opções:

Estes envolvem água, diferentes concentrações de água salgada e refrigerante. Essas são as maneiras mais rápidas de resfriar metais durante o processo de têmpera. Além de possivelmente entortar o metal, também devem ser tomadas precauções de segurança ao usar refrigerantes cáusticos, pois podem ser prejudiciais à pele ou aos olhos.

Esse costuma ser o método mais popular porque alguns óleos ainda conseguem resfriar metais rapidamente, mas sem o mesmo risco que a água ou outros produtos cáusticos. Os óleos têm riscos, porque são inflamáveis. Portanto, é importante que os metalúrgicos conheçam os limites dos óleos com os quais trabalham em termos de temperatura e pesos de carga, a fim de evitar incêndios.

Embora o ar forçado seja comum, o nitrogênio é outra opção popular. Os gases geralmente são usados ​​para metais acabados, como ferramentas. Ajustar a pressão e a exposição aos gases pode controlar a taxa de resfriamento.