Normalização do aço – Processo, temperatura, microestrutura e aplicação

Aço normalizador é um dos processos básicos tratamento térmico do açoSeu principal objetivo é obter uma microestrutura mais uniforme e de grãos finos, reduzir os efeitos de processos tecnológicos anteriores e preparar o material para tratamentos térmicos ou mecânicos subsequentes. A normalização pode afetar a resistência, a dureza, a resistência ao impacto, a ductilidade e a usinabilidade do aço, mas a extensão dessas alterações depende principalmente do teor de carbono, dos elementos de liga e da estrutura inicial do material.
O processo envolve aquecer o aço a uma temperatura que assegure o grau adequado de austenitização, manter o material aquecido a essa temperatura e, em seguida, resfriá-lo ao ar livre. O método de resfriamento é uma das diferenças fundamentais entre a normalização e o recozimento completo. O resfriamento ao ar é mais rápido do que o resfriamento em forno, o que afeta o tamanho do grão e a microestrutura resultante.
A normalização é utilizada principalmente em aços não ligados e de baixa liga. Pode ser realizada como tratamento térmico final de um componente ou como um processo intermediário que precede outras operações, como têmpera, tratamento térmico ou usinagem.

O que é o processo de normalização do aço?

Durante a normalização, o aço é aquecido até a faixa austenítica adequada à sua composição química. Durante o processo de aquecimento, ocorrem transformações que levam à formação de austenita e à homogeneização da estrutura. O componente é então retirado do forno e resfriado ao ar.
Durante o resfriamento, a austenita sofre transformações que levam – dependendo da composição do aço e da taxa de resfriamento – principalmente à formação de estruturas ferríticas-perlíticas ou perlíticas. Em aços-liga, o processo de transformação pode ser mais complexo, uma vez que os elementos de liga influenciam a temperabilidade e a cinética das transformações de fase.
A normalização é particularmente útil após processos que podem resultar em uma estrutura não homogênea ou de grãos grosseiros, como forjamento, laminação a quente ou fundição.

O objetivo da normalização do aço

A normalização pode servir a diversos propósitos tecnológicos. A finalidade precisa do processo depende da classe do aço, da condição do material e de sua aplicação pretendida.
Os objetivos mais importantes da padronização incluem:

• refinamento de grãos – A austenitização realizada corretamente e o resfriamento subsequente permitem obter uma estrutura de grãos mais finos.
• homogeneização da microestrutura – especialmente após processos de forjamento, laminação, fundição e outros processos de alta temperatura,
• melhoria das propriedades mecânicas – A normalização pode aumentar a resistência e a dureza em comparação com o estado totalmente recozido, mantendo ao mesmo tempo a ductilidade e a resistência ao impacto úteis.
• limitar os efeitos adversos do tratamento anterior – incluindo heterogeneidades estruturais e crescimento excessivo de grãos,
• Preparação do aço para tratamento térmico posterior. – por exemplo, endurecimento ou melhoria térmica,
• preparação de material para usinagem – Em alguns aços, a estrutura adequada após a normalização pode melhorar as condições para processamento posterior.
• obtendo propriedades mais uniformes na seção transversal do elemento – especialmente importante no caso de peças forjadas, fundidas e produtos semiacabados após processamento a quente.

Fatores que influenciam o efeito da normalização do aço

As propriedades finais do aço após a normalização dependem de todo o ciclo de tratamento térmico. Mesmo à mesma temperatura, dois tipos de aço podem desenvolver microestruturas e propriedades diferentes após o resfriamento ao ar.

Temperatura de normalização do aço

A temperatura de normalização não é uma constante única para todos os tipos de aço. Ela é selecionada com base na composição química do material e nas temperaturas críticas associadas às transformações de fase.
Para aços hipoeutetóides, ou seja, aços com menor teor de carbono do que a composição eutetóide, a normalização geralmente é realizada acima da temperatura crítica. Ac3Na prática, a temperatura do processo costuma ser suficientemente superior a Ac3 para garantir a austenitização adequada do material.
No caso dos aços hipereutetóides, as regras de seleção de temperatura exigem que se leve em consideração a linha mca e a microestrutura esperada. Portanto, especificar uma única faixa, por exemplo, 800–950 °C, para todos os aços é apenas uma simplificação grosseira.
A temperatura de normalização ideal deve ser determinada para um tipo específico de aço com base nas características do material, na norma pertinente, na documentação tecnológica ou nas recomendações do fabricante.

Normalização do aço – fluxograma do processo

O processo de normalização pode ser dividido em três etapas básicas: aquecimento, recozimento e resfriamento.

1. Aquecimento

O componente é aquecido até a temperatura de normalização adequada para a classe de aço em questão. A taxa de aquecimento deve levar em consideração o tamanho, a geometria, a espessura da seção transversal e a condutividade térmica do material. Para peças grandes ou complexas, o aquecimento muito rápido pode causar gradientes de temperatura significativos e tensões térmicas associadas.

2. Aquecimento

Uma vez atingida a temperatura desejada, o material é aquecido por um período de tempo suficiente para permitir que a temperatura se equalize em toda a seção transversal e para que ocorram as transformações estruturais necessárias. O tempo de aquecimento depende das dimensões do componente, da massa, da classe do aço, do método de aquecimento e do tipo de forno.
A relação simples entre tempo e milímetros de espessura não deve ser considerada uma regra universal para todos os componentes. Em tecnologia industrial, os parâmetros devem ser definidos para materiais e peças específicos.

3. Resfriamento a ar

Após o recozimento, o componente é resfriado ao ar. O resfriamento é mais rápido do que durante um recozimento completo típico, no qual o material resfria lentamente com o forno. Essa diferença na taxa de resfriamento influencia a transformação da austenita e a microestrutura final do material.
As condições de resfriamento também desempenham um papel importante. O tamanho do componente, a temperatura ambiente, a circulação do ar e a orientação do componente podem influenciar a taxa real de dissipação de calor.

Microestrutura do aço após normalização

Um dos efeitos mais importantes da normalização é a modificação da microestrutura do aço. Em aços hipoeutetóides típicos, um processo conduzido adequadamente produz uma estrutura contendo ferrita e perlita. À medida que o teor de carbono aumenta, o teor de perlita também aumenta.
Em comparação com o resfriamento lento durante o recozimento completo, a estrutura obtida durante a normalização é tipicamente mais fina. Uma estrutura perlítica mais fina e um tamanho de grão adequado podem levar a um aumento da resistência e da dureza do material.
No entanto, a microestrutura final depende não apenas da temperatura de normalização, mas também de:

• teor de carbono,
• tipo e teor de elementos de liga,
• tamanho do grão de austenita,
• tempo de aquecimento,
• dimensões do elemento,
• taxas de resfriamento,
• Microestrutura do material antes da normalização.

O efeito da normalização nas propriedades mecânicas do aço

A normalização pode afetar significativamente as propriedades mecânicas do aço, mas a magnitude dessas alterações depende de sua composição e condição inicial. O processo não deve ser considerado um método universal que produz resultados idênticos em todas as classes de aço.

Resistência à tracção

A microestrutura mais refinada obtida após a normalização pode levar a um aumento na resistência à tração em comparação com o aço totalmente recozido. O efeito depende, entre outros fatores, do teor de carbono e dos elementos de liga.

Granica plastyczności

Alterações na microestrutura e refinamento de grãos também podem afetar a resistência ao escoamento. Essa propriedade é particularmente importante para aços estruturais destinados a componentes que suportam carga.

Dureza

O aço normalizado é geralmente mais duro do que o aço totalmente recozido, porque um resfriamento mais rápido promove o desenvolvimento de uma estrutura mais fina. No entanto, a normalização não atinge a dureza característica do aço martensítico devidamente temperado.

resistência ao impacto e ductilidade

O refinamento de grãos e a homogeneização estrutural podem impactar positivamente a resistência ao impacto e o comportamento do material sob carga. No entanto, o efeito específico não pode ser determinado sem considerar a classe do aço e os parâmetros do processo.

Skrawalność

O efeito da normalização na usinabilidade não é o mesmo para todos os aços. Em aços de baixo carbono, um certo aumento na dureza pode melhorar a formação de cavacos e reduzir a ductilidade excessiva do material. Em outros casos, o recozimento de amolecimento ou o recozimento de esferoidização antes da usinagem podem ser mais benéficos.

Normalização vs. Recozimento

A normalização e o recozimento são processos que envolvem o aquecimento e o resfriamento controlado do aço, mas diferem principalmente nas condições de resfriamento e na microestrutura resultante.
Após a normalização, o aço é geralmente resfriado ao ar, enquanto que durante o recozimento completo, o resfriamento é muito mais lento e geralmente ocorre em conjunto com o forno. Como resultado, o aço normalizado tipicamente apresenta uma estrutura mais fina e maior dureza e resistência do que o material totalmente recozido correspondente.
Se o objetivo principal é reduzir as tensões residuais sem alterar fundamentalmente a estrutura do material, recozimento para alívio de tensões.

Normalização e endurecimento

Endurecimento do aço Diferencia-se da normalização principalmente na taxa de resfriamento e no efeito estrutural desejado. Durante o endurecimento, o objetivo é resfriar a austenita para obter uma estrutura de alta dureza, geralmente com um teor significativo de martensita.
A normalização utiliza um resfriamento ao ar mais lento e não é usada para criar uma estrutura martensítica em aços carbono típicos. No entanto, pode ser uma etapa na preparação do material para têmpera ou tratamento térmico subsequente.

Normalizar versus deixar ir

Odpuszczanie É um processo geralmente realizado após o endurecimento. Seu objetivo é modificar a estrutura do aço endurecido e alcançar a combinação desejada de dureza, resistência e ductilidade.
A normalização, por outro lado, pode ser um tratamento térmico independente ou uma etapa de preparação do material para processos subsequentes. Portanto, ambos os processos têm objetivos tecnológicos diferentes.

Recozimento de normalização e alívio de tensões

A normalização leva à austenitização do aço e à subsequente formação de uma nova microestrutura durante o resfriamento. O recozimento para alívio de tensões, por outro lado, é realizado a uma temperatura mais baixa e tem como objetivo principal reduzir as tensões residuais, minimizando o impacto na microestrutura e nas propriedades básicas do material.

Normalização e outros métodos de tratamento térmico do aço

Os processos de normalização, recozimento, têmpera e revenimento diferem em temperatura, método de resfriamento e efeito desejado. A tabela abaixo resume as principais diferenças entre esses processos.

Normalização de diferentes tipos de aço

Aços estruturais não ligados

A normalização é amplamente utilizada em aços estruturais não ligados. O processo pode ser empregado após a laminação, forjamento ou fundição para refinar e homogeneizar a estrutura e atingir as propriedades mecânicas desejadas.

Vila velha

Nos aços carbono, o efeito normalizador está fortemente relacionado ao teor de carbono. À medida que o teor de carbono aumenta, o teor de perlita também aumenta, e a dureza, a resistência e a ductilidade do material se alteram. O grupo de aços com teor de carbono elevado inclui os aços para molas C55S, C67S, C75S, C85S e C100S.

Aços de baixa liga

No caso dos aços de baixa liga, a influência do cromo, molibdênio, níquel, manganês e outros elementos nas transformações que ocorrem durante o resfriamento deve ser levada em consideração. A maior temperabilidade de algumas classes de aço significa que seu comportamento durante o resfriamento ao ar pode diferir significativamente do comportamento do aço carbono comum.

Aços de alta liga

O conceito de normalização não deve ser aplicado automaticamente a todos os aços de alta liga. Para aços inoxidáveis, aços resistentes ao calor, aços-ferramenta e outros aços especiais, aplicam-se tratamentos térmicos adequados ao grupo e à classe específicos. Os parâmetros devem sempre ser baseados na microestrutura e nas propriedades do material desejadas.

Normalização de peças forjadas

A normalização é particularmente importante na produção de peças forjadas. Durante o forjamento, o aço é submetido a altas temperaturas e significativa deformação plástica, podendo resultar em uma estrutura não uniforme.
A normalização, quando selecionada corretamente, refina o grão e uniformiza a microestrutura da peça forjada. Dependendo do tipo de material, pode ser a etapa final do tratamento térmico ou uma preparação para têmpera e revenido.

Normalização de peças fundidas de aço

Em peças fundidas de aço, a normalização pode ser usada para modificar a estrutura formada durante a solidificação e o resfriamento. As peças fundidas, especialmente aquelas com grandes seções transversais, podem apresentar heterogeneidade microestrutural e de tamanho de grão significativa.
A normalização permite uma estrutura mais uniforme nas classes apropriadas e prepara a peça fundida para processos tecnológicos subsequentes.

Normalização após forjamento e laminação

As condições durante a fase final de forjamento ou laminação têm um impacto significativo na microestrutura do produto semiacabado. Se a temperatura for alta ou o material for resfriado de forma descontrolada, podem ocorrer crescimento excessivo de grãos ou heterogeneidade estrutural.
A normalização pode, nesses casos, servir como um tratamento preparatório, resultando em uma estrutura mais previsível antes de qualquer tratamento térmico ou mecânico subsequente.

Aplicação da normalização do aço

A normalização é utilizada principalmente quando é necessário homogeneizar a microestrutura, refinar o grão ou preparar o material para as etapas subsequentes de produção.
Digite zastosowania obejmują:

• peças forjadas e elementos forjados,
• fundidos de aço,
• eixos e eixos,
• elementos de máquinas e dispositivos,
• partes estruturais,
• Produtos semiacabados após laminação a quente,
• elementos preparados para têmpera e revenimento,
• peças submetidas a usinagem adicional.

Vantagens da normalização do aço

• possibilidade de esmagamento de grãos,
• homogeneização da microestrutura,
• melhoria de propriedades mecânicas selecionadas,
• a capacidade de preparar o material para processos subsequentes de tratamento térmico,
• um método relativamente simples de resfriamento a ar,
• Pode ser utilizado após forjamento, laminação e fundição.
• Obtém-se maior dureza e resistência do que após o recozimento completo típico em muitos aços carbono.

Desvantagens e limitações da normalização

• O processo não é adequado para todos os tipos de aço.
• O resfriamento a ar pode causar diferenças nas taxas de resfriamento em elementos com seções transversais grandes ou variáveis.
• A deformação de elementos com geometria complexa é possível.
• A normalização não proporciona a dureza característica do endurecimento.
• Não é um processo destinado principalmente à remoção máxima de tensões residuais,
• Em aços com maior temperabilidade, o resfriamento ao ar pode levar a estruturas diferentes daquelas observadas em aços carbono típicos.
• Temperaturas incorretas podem levar ao crescimento excessivo de grãos e à deterioração das propriedades do material.

De que depende o efeito de normalização correto?

A eficácia da normalização depende da seleção correta de todo o ciclo tecnológico, e não apenas da temperatura máxima. É preciso levar em consideração o tipo de aço, sua composição química, estrutura inicial, dimensões e geometria do componente, taxa de aquecimento, temperatura e tempo de austenitização e as condições reais de resfriamento.
É particularmente importante evitar temperaturas excessivamente altas ou tempos de permanência excessivamente longos, pois estes podem levar ao crescimento dos grãos de austenita. Por outro lado, temperaturas insuficientes ou tempos de permanência muito curtos podem impedir a obtenção da uniformidade estrutural necessária.
Aço normalizador É um processo de tratamento térmico que envolve o aquecimento do material até a faixa de temperatura de austenitização adequada, seguido de recozimento e resfriamento ao ar. O processo é utilizado principalmente para refinar o grão, homogeneizar a microestrutura e obter propriedades adequadas para processamento ou uso posterior.
Em comparação com o recozimento completo, a normalização utiliza um resfriamento mais rápido, o que resulta em uma estrutura mais fina e maior dureza e resistência em muitos aços carbono. No entanto, ela não substitui o endurecimento, o revenimento ou o recozimento para alívio de tensões — cada um desses processos busca um objetivo tecnológico diferente.

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.