Alívio de tensões por recozimento em aço e outros metais – temperatura, processo e aplicação

Wyżarzanie odprężające O alívio de tensões é um processo de tratamento térmico utilizado para reduzir as tensões residuais em um material após soldagem, fundição, forjamento, laminação, usinagem, endireitamento ou outros processos tecnológicos. Um alívio de tensões realizado corretamente melhora a estabilidade dimensional do componente e reduz o risco de deformação durante processamentos ou usos subsequentes.
O processo envolve o aquecimento do material a uma temperatura inferior àquela que induz as alterações estruturais fundamentais características de outros tipos de tratamento térmico, o aquecimento por um período adequado e, em seguida, o resfriamento controlado. Os parâmetros exatos dependem do tipo de material, de sua condição, das dimensões do componente, da tecnologia de fabricação anterior e do nível e distribuição de tensões residuais.
O recozimento para alívio de tensões é utilizado tanto em aços carbono quanto em aços ligados, bem como – com parâmetros adequados – em ferro fundido, ligas de alumínio, cobre, titânio e outros materiais metálicos. É particularmente importante para estruturas soldadas, peças forjadas e fundidas de grandes dimensões e componentes usinados com precisão, onde mesmo pequenas alterações dimensionais podem ter implicações operacionais.

O que é recozimento para alívio de tensões?

Tensões residuais podem permanecer em um material mesmo na ausência de forças externas. Elas surgem principalmente quando diferentes áreas de um componente sofrem deformações distintas, aquecem ou esfriam em taxas diferentes, ou passam por diferentes alterações estruturais.
Os processos típicos que causam tensões residuais incluem:

fundição e solidificação irregular do material,
soldagem e o aquecimento local e a contração da solda associados,
laminação, forjamento, estampagem, dobra e endireitamento,
trefilação e outros processos de conformação a frio,
usinagem, especialmente com grande remoção de material,
retificação e tratamento intensivo da superfície,
endurecimento e outros processos de tratamento térmico,
Aquecimento ou resfriamento desigual de elementos com diferentes seções transversais.

Durante o recozimento para alívio de tensões, o aumento da temperatura aumenta o potencial para processos de relaxamento de tensões. O material permanece a uma determinada temperatura por um período de tempo específico, permitindo que as tensões sejam significativamente reduzidas sem alterar completamente sua microestrutura.
Isso não significa, porém, que o recozimento sempre remova completamente as tensões. O grau de alívio de tensões depende de fatores como temperatura, tempo de permanência, tipo de liga, condição do material e histórico de processamento anterior.

Por que é realizado o recozimento para alívio de tensões?

O objetivo principal do processo é aumentar a estabilidade do componente durante a produção subsequente e o uso. Tensões residuais podem causar alterações na forma do componente após fresagem, torneamento, furação ou corte do material. Em casos extremos, também podem promover a formação de trincas.
O recozimento para alívio de tensões é utilizado, entre outras coisas, para:

Redução das tensões residuais após a soldagem,
limitar a deformação durante usinagem subsequente,
Aumentar a estabilidade dimensional de peças de precisão,
reduzir as tensões geradas durante a forjagem, laminação ou endireitamento,
estabilização de peças fundidas e forjadas de grandes dimensões,
preparação do produto semiacabado para operações tecnológicas subsequentes,
reduzir o risco de alterações descontroladas na forma do elemento final.

Recozimento para alívio de tensões - temperatura do processo

A temperatura é um dos parâmetros mais importantes para o alívio de tensões. Não existe uma temperatura universal adequada para todos os materiais. A faixa de temperatura deve ser selecionada com base na classe específica do material, sua microestrutura, condições de fornecimento e propriedades de pós-tratamento desejadas.
Os valores a seguir são indicativos e não devem substituir os parâmetros especificados para um tipo específico de material, norma, documentação tecnológica ou recomendações do fabricante.

coisas	Faixa de temperatura aproximada	Uwagi
Vila velha e de baixa liga	aproximadamente 500–650°C	O alcance depende da espécie, da condição do material e do processamento prévio.
Niredzewne velho	dependendo da espécie	Os parâmetros devem ser selecionados com especial cuidado devido à influência da temperatura na microestrutura e na resistência à corrosão.
Aços resistentes ao calor e à fluência	dependendo da espécie	A temperatura é selecionada de acordo com a composição da liga, as condições do tratamento térmico e as propriedades desejadas.
Ferro fundido cinzento e dúctil	aproximadamente 500–650°C	O processo é utilizado, entre outras coisas, para estabilizar peças fundidas grandes e de precisão.
Ligas de alumínio	dependendo da liga e das condições	Deve-se levar em consideração a possibilidade de a temperatura afetar o estado de endurecimento da liga.
Ligas de cobre	dependendo da liga	Os parâmetros dependem, entre outras coisas, do tipo de liga e do grau de endurecimento prévio.

Na prática industrial, a temperatura de alívio de tensões deve ser considerada em conjunto com o tempo de permanência nessa temperatura. O aumento da temperatura normalmente acelera o processo de relaxamento de tensões, mas temperaturas excessivas podem causar alterações indesejáveis na microestrutura e nas propriedades do material.

Tempo de imersão durante o recozimento

O tempo de aquecimento depende do tipo de material, da temperatura do processo, das dimensões do componente, da espessura da seção transversal e do peso do lote. O momento da medição do tempo de aquecimento também é crucial – o componente deve atingir a temperatura adequada na área da seção transversal necessária.
Componentes pequenos e de paredes finas podem exigir um tempo de aquecimento relativamente curto, enquanto peças forjadas, fundidas ou estruturas soldadas de grande porte requerem um tempo muito maior para a equalização da temperatura e o relaxamento eficaz das tensões.
Por essa razão, regras simples como "uma hora para uma determinada espessura" devem ser consideradas apenas como diretrizes tecnológicas. Na produção de componentes críticos, os parâmetros devem ser derivados de uma tecnologia de tratamento térmico adequada.

Aquecendo o elemento

O aquecimento controlado é particularmente importante para componentes grandes, formatos complexos e variações significativas na espessura da seção transversal. O aquecimento muito rápido pode causar diferenças de temperatura consideráveis entre a superfície e o núcleo, introduzindo assim tensões térmicas adicionais.
Quanto maior o componente e mais variada for sua seção transversal, mais importante se torna a distribuição uniforme do calor. Para peças forjadas, fundidas e estruturas soldadas de grande porte, o processo de aquecimento deve fazer parte da tecnologia de processo desenvolvida.

Resfriamento após recozimento para alívio de tensões

O controle do resfriamento é tão importante quanto o próprio processo de aquecimento e manutenção da temperatura. Se o componente aliviado de tensões for resfriado muito rapidamente ou de forma irregular, as diferenças de temperatura entre as áreas individuais podem reintroduzir tensões.
Dependendo do material e das dimensões do componente, podem ser utilizados o resfriamento em forno até uma temperatura específica, o resfriamento controlado em forno ou o resfriamento adicional ao ar livre. O método de resfriamento deve levar em consideração tanto o grau de redução de tensão necessário quanto o potencial de alterações estruturais.

Etapas do recozimento para alívio de tensões

Preparando o elemento – Determinar o tipo de material, seu estado, dimensões e a causa das tensões.
Aquecimento controlado – Levar o elemento à temperatura necessária, limitando ao mesmo tempo os gradientes térmicos excessivos.
Equalização de temperatura – obter a temperatura adequada na área da seção transversal necessária do elemento.
Imersão – manter o material a uma determinada temperatura durante um período de tempo que permita a redução adequada da tensão.
Resfriamento controlado – baixar a temperatura de forma a limitar a possibilidade de formação de novas tensões.

O efeito do recozimento para alívio de tensões nas propriedades do material

Um recozimento para alívio de tensões realizado corretamente deve reduzir principalmente as tensões residuais, minimizando o impacto nas propriedades básicas do material. No entanto, isso não significa que as propriedades mecânicas permaneçam sempre completamente inalteradas.

Dureza

Em muitos aços, o alívio de tensões adequadamente selecionado causa apenas uma ligeira alteração na dureza. No entanto, o efeito do processo depende da temperatura e da condição prévia do material. Em materiais endurecidos a frio ou tratados termicamente, o aumento da temperatura pode levar à perda parcial do efeito de endurecimento ou a alterações microestruturais.

Limite de escoamento e resistência à tração

As alterações na resistência ao escoamento e na resistência à tração dependem do material e dos parâmetros do processo. O objetivo do alívio de tensões não é aumentar a resistência, mas principalmente reduzir as tensões residuais. No entanto, temperaturas excessivamente altas ou tempos de aquecimento excessivamente longos podem afetar as propriedades mecânicas, especialmente em materiais previamente endurecidos.

Stabilność wymiarowa

Um dos efeitos práticos mais importantes do alívio de tensões é o aumento da estabilidade dimensional. Isso é crucial na produção de estruturas de máquinas, moldes, matrizes, eixos, placas, peças forjadas de grandes dimensões e outros componentes usinados com precisão.
Se um produto semiacabado apresentar tensões residuais significativas, a remoção de material durante a fresagem ou torneamento pode perturbar o equilíbrio dessas tensões e levar ao empenamento ou torção da peça usinada. O alívio de tensões realizado na etapa apropriada do processo tecnológico pode reduzir esse fenômeno.

Recozimento para alívio de tensões pós-soldagem

As soldas estão entre as aplicações mais importantes do tratamento de alívio de tensões. Durante a soldagem, uma pequena área do material é intensamente aquecida, enquanto o restante da estrutura permanece significativamente mais frio. O resfriamento subsequente e a contração do material causam o desenvolvimento de tensões residuais.
Em materiais e aplicações adequados, o tratamento térmico pós-soldagem pode reduzir as tensões de soldagem e estabilizar a estrutura. No entanto, os parâmetros desse processo não devem ser selecionados com base apenas na faixa de temperatura geral; eles devem levar em consideração a classe do material, a espessura do componente, o tipo de junta e os requisitos das normas e documentação do processo pertinentes.

Recozimento para alívio de tensões após usinagem

O alívio de tensões também pode ser usado entre as etapas de usinagem. É particularmente útil na produção de peças grandes ou de precisão que exigem remoção significativa de material durante o desbaste.
Um processo típico pode envolver desbaste, alívio de tensões e, em seguida, acabamento. Isso permite que qualquer distorção resultante da redistribuição de tensões ocorra antes que a superfície e as dimensões finais sejam alcançadas.

Aplicação de recozimento para alívio de tensões

Estruturas soldadas

O processo pode ser utilizado em estruturas de grandes dimensões, carrocerias, tanques, estruturas de máquinas e outros componentes soldados onde a estabilidade dimensional e a redução das tensões pós-soldagem são importantes.

Peças forjadas e componentes forjados

Peças forjadas de grandes dimensões podem conter tensões resultantes tanto da deformação plástica quanto do resfriamento irregular. Um tratamento térmico adequado pode ser uma etapa na preparação do material para usinagem posterior.

Castings

Durante a solidificação e o resfriamento, podem surgir tensões em peças fundidas, principalmente em componentes com espessuras de parede variáveis. O alívio de tensões é utilizado, entre outras aplicações, para aumentar a estabilidade dimensional de peças fundidas e outros componentes de grandes dimensões.

Moldes, matrizes e ferramentas

No caso de moldes e matrizes, a estabilidade dimensional impacta diretamente a precisão das peças fabricadas. O alívio de tensões entre as etapas de usinagem pode reduzir a deformação que ocorre após fresagem intensiva ou outras operações mecânicas.

Indústria de energia e máquinas

O processo também é utilizado na produção e reparação de componentes de instalações industriais, carcaças, eixos, tubulações e outros componentes, desde que a tecnologia de um determinado material permita a redução de tensões por meio de tratamento térmico.

Recozimento para alívio de tensões e outros tipos de recozimento

O recozimento para alívio de tensões não deve ser confundido com o recozimento de normalização, amolecimento, recristalização, homogeneização ou esferoidização. Cada processo é realizado em diferentes faixas de temperatura e visa alcançar efeitos tecnológicos distintos.
No caso do alívio do estresse, a principal tarefa é Redução das tensões residuais com a menor alteração possível na estrutura e nas propriedades do material.Em outros processos de recozimento, no entanto, a alteração da microestrutura pode ser o objetivo principal do tratamento.
Uma comparação dos processos individuais é apresentada com mais detalhes no site. comparação de métodos de tratamento térmico do aço.

Vantagens do recozimento para alívio de tensões

redução das tensões residuais,
melhorar a estabilidade dimensional dos elementos,
limitar a deformação durante usinagem subsequente,
reduzir o risco de deformação após soldagem, forjamento ou fundição,
a capacidade de estabilizar elementos grandes e complexos,
Preparação do produto semiacabado para acabamento preciso.

Limitações do recozimento para alívio de tensões

Temperaturas incorretas podem alterar a microestrutura ou as propriedades do material.
O processo nem sempre leva à remoção completa das tensões residuais.
Componentes de grande porte requerem um ciclo longo e controlado de aquecimento e resfriamento.
Os parâmetros adequados para um tipo de aço não precisam necessariamente ser adequados para outro.
Em algumas ligas, o efeito da temperatura na resistência à corrosão, no estado de endurecimento ou no tratamento térmico prévio deve ser levado em consideração.

Wyżarzanie odprężające É um importante processo de tratamento térmico utilizado para reduzir as tensões residuais geradas durante a soldagem, fundição, forjamento, laminação, endireitamento, usinagem e outros processos de fabricação. A seleção adequada de temperatura, tempo de permanência e métodos de aquecimento e resfriamento aumenta a estabilidade dimensional do componente e reduz o risco de deformação subsequente.
Os parâmetros de alívio de tensões devem sempre ser selecionados com base na classe e condição específicas do material. Aços de alta liga, aços previamente tratados termicamente e ligas não ferrosas exigem cuidados especiais, pois temperaturas excessivamente altas podem causar alterações nas propriedades que vão além do objetivo principal do processo.

Métodos de tratamento térmico e termoquímico do aço

O amolecimento é apenas um dos grupos de processos utilizados para modificar a microestrutura e as propriedades do aço. Dependendo do efeito desejado, também são utilizados processos como normalização, alívio de tensões, têmpera, revenimento e processos termoquímicos, como cementação e nitretação.

Métodos de tratamento térmico do aço

Aço normalizador – Refinamento de grãos e unificação da microestrutura.
Wyżarzanie odprężające – redução das tensões residuais.
Amolecimento do aço – reduzindo a dureza e melhorando a suscetibilidade a processamentos posteriores.
Recozimento completo – austenitização e resfriamento lento.
Recozimento isotérmico – transformação realizada enquanto mantida a uma temperatura adequadamente selecionada.
Recozimento por esferoidização – alteração na morfologia da cementita ou de outros carbonetos.
recozimento de recristalização – Eliminação dos efeitos do esmagamento e restauração da plasticidade.
recozimento de homogeneização – reduzir a segregação e homogeneizar a composição do material.
Endurecimento e tratamento térmico – moldando a microestrutura e as propriedades por meio de têmpera e revenido.
Aço temperado – Modificação controlada das propriedades do aço após o endurecimento.
Endurecimento por indução – Aquecimento por indução de superfície e resfriamento rápido.
endurecimento por chama – Endurecimento superficial após aquecimento localizado com chama.
Supersaturação – Obtenção de uma solução sólida supersaturada por meio de um ciclo térmico apropriado.
Envelhecimento – Separação de fases controlada que leva ao fortalecimento do material.

Métodos de tratamento termoquímico do aço

Nitretação do aço – enriquecimento difusional da camada superficial com nitrogênio.
Aço cementado – enriquecimento difusional da superfície com carbono.
Carbonitretação – enriquecimento simultâneo da camada superficial com carbono e nitrogênio.
Nitrocarbonetação / nitrocarbonetação – enriquecimento da camada principalmente com nitrogênio e carbono.
Perfuração – saturação por difusão da superfície com boro.
Cromagem por difusão – enriquecimento da camada com cromo por difusão.
aluminização por difusão – enriquecimento por difusão da camada em alumínio.