Cesar Edil da Costa e Eleani Maria da Costa TRATAMENTO TÉRMICO POR SOLUÇÃO PRECIPITAÇÃO

Transcrição

1 O tratamento térmico de solubilização consiste em aquecer a liga até uma temperatura dentro do campo monofásico a e aguardar nessa temperatura até que toda a fase que possa ter estado presente seja completamente dissolvida (figura 2). Esse procedimento é seguido de resfriamento rápido, ou têmpera, até a temperatura T1, que para maioria das ligas é a temperatura ambiente, no sentido de que qualquer difusão e a conseqüente formação de qualquer fração da fase seja prevenida. Dessa forma, existe uma situação de ausência de equilíbrio, onde somente uma solução sólida na fase a supersaturada com elementos de liga está presente à temperatura ambiente (CALLISTER, 2002). A liga que tinha originalmente duas fases (a+) passa a ter apenas uma fase (a) (HED HILL, 1982). 1

2 2 Cesar Edil da Costa e Eleani Maria da Costa

3 O tratamento térmico de solubilização visa dissolver totalmente as fases microscópicas, presentes na matriz de uma liga. Para maioria das ligas, as taxas de difusão a temperatura T1 (temperatura ambiente) são extremamente baixas, de tal forma que a essa temperatura a fase a é mantida com exclusividade por longos períodos de tempo (CALLISTER, 2002). De maneira geral, todas as ligas cujos sistemas apresentam soluções sólidas terminais com razoável diferença nos limites de solubilidade entre a temperatura ambiente e o máximo de solubilidade nas isotermas, podem sofrer este tratamento. 3

4 ENVELHECIMENTO O tratamento térmico de envelhecimento ou precipitação consiste em aquecer a liga solubilizada até uma temperatura intermediária T2 (figura 2), localizada dentro da região bifásica a +, cuja temperatura as taxas de difusão se tornam apreciáveis. A fase precipitada começa a se formar na forma de partículas finamente dispersas com composição C, ou seja, enriquecidos por soluto. Após o tempo de envelhecimento apropriado à temperatura T2, a liga é resfriada até a temperatura ambiente. Normalmente essa taxa de resfriamento não é considerada importante. A natureza dessas partículas, e consequentemente, a resistência e a dureza da liga, dependem tanto da temperatura de precipitação T2 como do tempo de envelhecimento a essa temperatura. Para algumas ligas, o envelhecimento ocorre espontaneamente à temperatura ambiente ao longo de períodos de tempo prolongados. 4

5 ENVELHECIMENTO Diagrama esquemático mostrando a resistência e dureza como uma função do logaritmo do tempo de envelhecimento a uma temperatura constante, durante o tratamento térmico de precipitação 5

6 ENVELHECIMENTO Representação esquemática dos estágios de formação da fase precipitada (θ) de equilíbrio, no caso do Cu, para algumas ligas essa fase é chamada de β. (a) Uma solução sólida α supersaturada (solução sólida substitucional de Cu no Al), (b) uma fase precipitada θ `` de transição e (c) a fase θ de equilíbrio, dentro da fase α matriz 6

7 ENVELHECIMENTO Os efeitos de aumento de resistência e de endurecimento resultam das inumeráveis partículas dessas fases de transição metaestáveis. A resistência máxima coincide com a formação da fase β`` que pode ser preservada através do resfriamento da liga até a temperatura ambiente. O processo de aumento de resistência é acelerado à medida que a temperatura é aumentada. 7

8 líquido L + α θ + α α % α (solução sólida) Resfriamento lento Precipitados (fase θ) nos contornos de grão da fase α Composição % tempo 8

9 líquido L + α θ + α α solubilização tempera t precipitação 100% α (solução sólida) Fina dispersão (processo de envelhecimento) de precipitados tempo 9

10 Alumínio Alumínio - Designação das Têmperas... Conforme a Norma Técnica ABNT NBR 6835/1981, existem designações de têmpera para cada tipo de tratamento térmico aplicado ao metal, quando isso se faz necessário, padronizando os termos e facilidando a comunicação e trabalho dos técnicos. Veja abaixo quais são as designações básicas dos Tratamentos Térmicos do Alumínio. Tipo F - Como fabricado Esta designação aplica-se aos produtos que sofreram conformação mecânica (como por exemplo, Laminação, Forjamento, Extrusão, dentre outros), onde não houve nenhum tipo de controle das caraterísticas térmicas e de encruamento. Ou seja, como o processo produtivo liberar as peças, as mesmas seguem adiante sem alterações, pois não possuem especificações para controle dos limites mínimos e máximos de propriedades mecânicas. Tipo O - Recozido Esta designação aplica-se aos produtos que devem apresentar os menores valores de resistência mecânica. 10

11 Alumínio Tipo H - Encruado Aplica-se aos produtos nos quais a resistência mecânica aumentou devido a deformação plástica a frio sofrida no processo produtivo. O processo de laminação é um exemplo de onde ocorre encruamento. Desejando podese realizar o recozimento do material para torná-lo novamente trabalhável ou para estabilizar as características mecânicas do mesmo. Normalmente é utilizado para as ligas não tratáveis. O H é seguido de dois ou três números (dígitos). Primeiro número: H 1 - apenas encruado. Peças com deformação plástica a frio, sem recozimento complementar. O segundo número indica o grau de encruamento. H 2 - deformado plasticamente a frio e parciamente recozido. O segundo número indica o grau de encruamento após recozimento. H 3 - deformado plasticamente a frio e estabilizado. O segundo número indica o grau de encruamento antes da estabilização. Segundo número: Indica o grau de encruamento em ordem crescente, sendo: Grau 1-1/8 duro (12,5%) Grau 2-1/4 duro (25,0%) Grau 4-1/2 duro (50,0%) Grau 6-3/4 duro (75,0%) Grau 8 - duro (100,0%) Grau 9 - extra duro Terceiro número: Indica uma variação de uma têmpera de dois dígitos. 11

12 Alumínio Tipo W - Solubilizado Aplica-se em ligas de alumínio que tem a propriedade de envelhecer naturalmente em temperatura ambiente, alterando as características mecânicas das peças produzidas, ou seja, sem a necessidade de algum processo térmico artificial para tal. Normalmente esta alteração das caraterísticas mecânica mencionada dificulta o processo metal-mecânico ou térmico posterior, podendo prejudicar o mesmo. Um exemplo das ligas de alumínio que possuem esta característica de envelhecimento natural, são as ligas do grupo 2XXX (Alumínio-Cobre), tais como 2014 e 2011, por exemplo. 12

13 Alumínio Tipo T - Tratadas Termicamente Aplica-se as peças que sofreram algum tipo de tratamento térmico, no intuito de estabilizar o material e que não se enquadram nas designações anteriores, sendo: T1 - Resfriado bruscamente após conformação a uma temperatura elevada e envelhecida naturalmente até uma condição estável. T2 - Resfriado bruscamente após conformação a uma temperatura elevada, encruado e envelhecido naturalmente até uma condição estável. T3 - Solubilizado, encruado e envelhecido naturalmente até uma condição estável. T4 - Solubilizado e envelhecido naturalmente até uma condição estável. T5 - Resfriado após conformação a uma temperatura elevada e depois envelhecido artificialmente. T6 - Solubilizado e depois envelhecido artificialmente. T7 - Solubilizado e sobre envelhecido. T8 - Solubilizado, encruado e depois envelhecido artificialmente. T9 - Solubilizado, envelhecido artificialmente e depois encruado. T10- Resfriado bruscamente após conformação a uma temperatura elevada, encruado e depois envelhecido artificialmente. 13

14 Alumínio Tipo T - Tratadas Termicamente Outros números (dígitos) adicionais para as têmperas T: T51 - Alívio de tensões por estiramento. Perfis, barras e tubos extrusados com deformação de 1 a 3%. Tubos trefilados com deformação de 0,5 a 3%. T510 - Para os itens acima que não são endireitados após o estiramento. T511 - Para produtos que podem ser ligeiramente endireitados após o estiramento, com o intuito de atingir as tolerâncias determinadas. T52 - Alívio de tensões por compressão. Produz deformação de 1 a 5%. T54 - Alívio de tensão por uma combinação de estiramento e compressão. Aplicados aos produtos forjados. 14