Em primeiro lugar, a deformação por têmpera provoca alterações dimensionais e de forma.
A deformação por têmpera (distorção) apresenta dois tipos: alteração dimensional e alteração de forma (deformação). A chamada alteração dimensional é a mudança de dimensão causada pela expansão ou contração decorrente da mudança de fase durante a têmpera, referindo-se principalmente a deformações semelhantes, como alongamento, encurtamento, espessamento e afinamento. A deformação é causada principalmente pela flacidez decorrente do peso próprio das peças e pela distorção de forma causada pela tensão, como deformações não semelhantes, como empenamento, curvatura e torção. Naturalmente, se o tamanho muda, sua forma também muda, sendo comum haver confusão sobre se é uma alteração dimensional ou uma deformação, e os termos alteração dimensional e deformação frequentemente se sobrepõem. É mais apropriado expressá-la figurativamente usando o termo deformação por têmpera. A definição de deformação por têmpera em metalurgia é o estado em que a soma das tensões geradas pelas peças após o tratamento térmico tende a zero.
O surgimento da tensão de extinção envolve três estágios:
① Aquecimento (baseado na eliminação do estresse interno);
② Isolamento (cedimento devido ao próprio peso, ou seja, curvatura por deformação);
③ Resfriamento (baseado em resfriamento desigual e transformação de fase). Esses três estágios se sobrepõem e eventualmente levam à deformação por têmpera das peças.
Em segundo lugar, 6 perguntas sobre mudanças dimensionais.
1. Qual a causa da alteração dimensional? Geralmente, a alteração dimensional é causada por mudanças estruturais, ou seja, expansão e contração decorrentes da transformação de fase. A expansão ocorre quando o resfriamento rápido gera martensita, enquanto a contração ocorre quando a austenita residual é gerada, sendo a magnitude da contração proporcional à quantidade de austenita residual. Durante o revenido, geralmente ocorre contração, enquanto o aço-liga que foi revenido e endurecido múltiplas vezes apresenta expansão. Além disso, durante o tratamento térmico a frio, a martensita da austenita residual se expande, causando alterações dimensionais. O volume específico dessas estruturas aumenta com o aumento do teor de carbono. Quanto maior o teor de carbono, maior a alteração dimensional.
2. Alterações dimensionais e do material: A alteração dimensional (deformação por têmpera) causada pela têmpera varia de acordo com o material do aço. P, Mo, Cr, C e Mn têm grande influência na alteração dimensional, enquanto Si e Ni têm pouca influência. Os aços para ferramentas de corte e calibre SKS3 e SKS31 (aço ferramenta W-Cr-Mn) apresentam pequena deformação por têmpera e são até mesmo considerados aços que não sofrem deformação por têmpera. Em segundo lugar, a linha de fluxo plástico do aço tem grande influência na alteração dimensional por têmpera. Ao longo da direção da linha de fluxo plástico, ou seja, na direção longitudinal, a alteração dimensional é grande; na direção perpendicular à longitudinal, ou seja, na direção transversal, a alteração dimensional é pequena. Portanto, ao selecionar materiais, é necessário atentar para a consistência da direção da linha de fluxo plástico. Além disso, a segregação linear de carbonetos também afeta a alteração dimensional.
3. Têmpera e alteração dimensional
(1) Alteração dimensional causada apenas por mudança organizacional: Quando peças de aço são temperadas, ocorrem diversas mudanças organizacionais. Essas mudanças organizacionais causam alterações dimensionais. Quando a estrutura austenítica se transforma em estrutura martensítica (têmpera completa), a alteração dimensional (expansão) da peça é a maior; quando a estrutura austenítica se transforma em estrutura bainítica, a alteração dimensional é cerca de 1/3 da anterior; quando se transforma em estrutura perlítica (recozimento), é cerca de 1/4 da anterior. Além disso, a expansão causada pela martensita aumenta com o aumento do teor de carbono no aço.
(2) Influência da austenita retida: Devido ao efeito da têmpera, mesmo que uma pequena quantidade de austenita permaneça, a alteração dimensional causada pela expansão será reduzida correspondentemente. Portanto, a presença de uma pequena quantidade de austenita retida leva a uma redução na alteração dimensional. No entanto, a presença de austenita retida reduzirá a dureza de têmpera e causará deformação por envelhecimento quando colocada à temperatura ambiente.
(3) A influência dos carbonetos não dissolvidos: Durante o aquecimento de têmpera, quanto menos carbonetos forem dissolvidos na austenita; em outras palavras, quanto mais carbonetos forem retidos, menor será a mudança dimensional. As mudanças na morfologia e no tipo dos carbonetos retidos em si não causam mudanças de volume, portanto, não têm relação com as mudanças dimensionais.
(4) Efeito do tratamento a frio: Quando o tratamento a frio é realizado, a quantidade de austenita retida diminui e a quantidade de martensita aumenta, portanto ocorre uma mudança dimensional expansiva.
4. Têmpera e mudança dimensional
(1) Decomposição da martensita: A decomposição da martensita causada pelo revenido é a causa da alteração dimensional por contração. A magnitude da alteração dimensional varia com o teor de carbono da martensita. Quanto maior o teor de carbono da martensita, maior a alteração dimensional. No entanto, se o estado antes da têmpera for tomado como referência, a alteração dimensional total após a têmpera e o revenido ainda será expansiva.
(2) Efeito dos carbonetos não dissolvidos: Se houver carbonetos não dissolvidos, o teor de carbono da austenita diminui e os próprios carbonetos não afetam a mudança dimensional, portanto a mudança dimensional no primeiro estágio de revenido (revenido abaixo de 200) é contração.
(3) Efeito da austenita retida: Se houver austenita retida, a alteração dimensional causada pelo revenido é pequena; quando a temperatura de revenido é superior a 200 °C, a austenita retida transforma-se em bainita, causando alteração dimensional por expansão. Portanto, no estágio inicial do revenido (abaixo de 200 °C), a austenita retida causa contração dimensional. Acima dessa temperatura, a temperatura de revenido é aumentada e a decomposição da austenita retida causará alterações dimensionais induzidas por expansão.
5. Alterações dimensionais do aço-liga
Os carbonetos no aço-liga frequentemente dissolvem elementos específicos, mas seu volume específico permanece praticamente inalterado. Portanto, o método de tratamento do aço-liga é o mesmo descrito anteriormente. A diferença reside apenas na quantidade de austenita retida, que varia de acordo com o tipo e a quantidade de elementos de liga, assim como a quantidade de carbonetos. Consequentemente, é necessário considerar as variações dimensionais.
6. Como reduzir as alterações de tamanho
As alterações dimensionais são causadas por mudanças na estrutura após têmpera ou revenido. Portanto, é impossível eliminar completamente as alterações dimensionais. Elas só podem ser reduzidas por meio de métodos de tratamento térmico.
(1) A expansão é causada pela martensita: a contração é causada pela austenita retida, portanto, a quantidade de martensita e o teor de carbono dissolvido na martensita devem ser reduzidos, e a quantidade de austenita retida deve ser aumentada. No entanto, deve-se observar que o aumento da austenita retida causará deformação por envelhecimento.
(2) Aumentar a quantidade de carbonetos não dissolvidos (carbonetos residuais). (3) Utilizar outras estruturas além da martensita para endurecer o aço, sendo a bainita a melhor opção. O aço com 50% de bainita e 50% de martensita é duro e apresenta pequenas variações dimensionais, facilitando o controle das dimensões.
(4) Deve-se realizar o revenimento.
Data da publicação: 05/11/2024