Os primeiros registros da existência do tratamento térmico apontam a sua descoberta em torno de 1.000 a.C, por meio da constatação que o processo de aquecer e resfriar metais os modificava de diferentes maneiras. Com o passar dos anos, os estudos foram evidenciando a conquista de mais dureza para o aço ao passar pelo processo. Posteriormente, descobriu-se a principal diferença entre aço e ferro baseada na presença de carbono. Do mesmo modo, ao evoluir para materiais de qualidade superior, chegou-se a conclusão de que essa não é uma atividade facilmente controlada.

Portanto, o tratamento térmico envolve o aquecimento e resfriamento de ligas metálicas e leva em conta condições controladas de temperatura, atmosfera, duração e velocidade de resfriamento. Tudo isso resulta na alteração das propriedades ou de características físicas e mecânicas. Contudo as adequações podem ser feitas conforme a destinação da peça ou do produto final, podendo ressaltar as qualidades ou amenizar defeitos.

Além disso, um grande passo para o tratamento térmico ocorreu com o desenvolvimento dos fornos de indução, vantagens para a era de consciência ambiental e redução de custos. Nesse ínterim, o aquecimento por indução eletromagnética resulta em geração de calor superficial e na superfície, mais velocidade no aquecimento e alta eficiência térmica.

Objetivos do tratamento térmico

Conforme citamos, o tratamento térmico é um ciclo de aquecimento e resfriamento realizado nos metais. Tem o objetivo de modificar as propriedades físicas e mecânicas do produto sem interferir na sua forma. As vezes esse efeito pode ser provocado sem intenção, consequência de um processo de fabricação que utiliza aquecimento ou resfriamento de metal, a exemplo da soldagem e forjamento.

No entanto, o principal foco do tratamento térmico é o aumento da resistência do material. Apesar disso, pode ser aplicado para a melhoria da usinabilidade, conformidades e para restaurar a ductilidade após uma operação a frio. Por isso, o tratamento térmico pode ser utilizado para auxiliar outras etapas da manufatura ou melhorar o desempenho dos produtos, ampliando a resistência ou alterando as características.

Respostas dos diferentes metais ao tratamento térmico

De antemão, os diferentes metais que passam por tratamento térmico respondem de maneira individualizada as variações de temperatura. Isso se explica porque cada metal possui uma composição química específica. Do mesmo modo as propriedades físicas e estruturais acontecem em diferentes temperaturas críticas. Ainda assim pequenos percentuais de elementos na composição do metal, a exemplo do carbono, definem temperatura, duração, método e taxa de resfriamento.

Nesse sentido, a característica do tratamento térmico utilizado interfere no resultado da estrutura do átomo ou microestrutura do material. Todavia podem interferir fatores como movimento de deslocações, aumento ou redução na solubilidade de átomos, aumento no tamanho do grão, formação de novos grãos na mesma ou em diferentes fases, alteração na estrutura de cristalização, entre outros mecanismos.

Ferros fundidos cinzentos

Acima de tudo, o tratamento térmico para ferros fundidos cinzentos é realizado com a finalidade de melhorar as propriedades do material. Nesse sentido, o comportamento desse material, quando submetido ao processo, é semelhante ao aço, diferenciando-se pela presença de carbono livre.

O alívio de tensões ou envelhecimento artificial é o processo de tratamento térmico mais utilizado para o ferro fundido cinzento. As resfriar a partir do estado líquido, as peças com esse material ficam sujeitas a tensões internas, provocadas pelos diferentes tempos de resfriamento em diversas seções. O ferro fundido está sujeito a mudanças estruturais, como variações de volumes sem uniformidade.

O processo de tratamento térmico do ferro pode sofrer interferências de diferentes fenômenos na etapa de resfriamento. As variáveis podem estar ligadas diretamente ao processo ou sofrer interferência da temperatura do próprio ambiente.

Os motivos do tratamento do aço

Os aços são um dos materiais mais adequados para o processo de tratamento térmico. Respondem satisfatoriamente aos tratamentos para o alcance das características desejadas. Além disso, a busca comercial é superior a outros materiais.

O tratamento térmico modifica o comportamento dos aços de maneira benéfica, visando maximizar a vida útil dos produtos ou as propriedades de resistência ou outra propriedade que o mercado possa requerer.

Norma CQI-9 para tratamento térmico

A Norma CQI-9 foi criada diante da necessidade do mercado de minimizar riscos de qualidade no tratamento térmico e padronizar as práticas dentro da indústria. O objetivo da regulamentação é desenvolver um sistema de gerenciamento de tratamento térmico focado na melhoria contínua, prevenção de defeitos e redução de perdas.

O CQI-9 foi criado para o mercado brasileiro com base nos sistemas internacionais de gerenciamento de processos e requisitos específicos de clientes, estabelecendo requisitos básicos para o gerenciamento do sistema de tratamento térmico. A regulamentação estabelece um alinhamento global dos conceitos ligados ao mercado automotivo em todos os níveis da cadeia.

Os processos de tratamento térmico das indústrias aprovadas pelo CQI-9 passam por avaliação anual, incluindo revisão do sistema. Além disso, os postos de trabalho são auditados, considerando diferenciadas peças de diferentes clientes do segmento automotivo.

Os avanços da manufatura aditiva

A busca pelo desenvolvimento de peças mais complexas, trouxe soluções da manufatura aditiva do aço, conhecida como impressão 3D, para o mercado de tratamento térmico. A novidade atende, por exemplo, o exigente mercado aeroespacial. Apesar da evolução, colocar os novos conceitos em prática tem os seus desafios. Isso porque, microestrutura do aço para esse processo difere do tradicional, o que pode interferir nas propriedades mecânicas do material.

O periódico Additive Manufacturing, recentemente publicou artigo sobre o tema com base em estudo feito por pesquisadores brasileiros com o apoio da Fapesc. A pesquisa conduzida no Laboratório Nacional de Luz Sincrotron (INLS) do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) demonstrou ser possível manipular as propriedades de um tipo de aço por manufatura aditiva.

O aço estudado foi o maraging grau 300, de ultra resistência mecânica, dúctil e capaz de absorver deformações. As características desse aço são fundamentais em materiais submetidos a cargas intensas e ciclos de fadiga, como os utilizados em uma turbina de avião ou um trem de pouso.

Onde entra a Internet das Coisas

A IoT (Internet das Coisas) está revolucionando a indústria com dados captados nas linhas de produção e transmitidos por sensores, tudo integrado ao sistema de gestão, acessível em qualquer aparelho móvel. Dentro desse cenário o mundo do tratamento térmico também caminha para essa transformação. Os movimentos mais fortes podem ser vistos nas indústrias que usam tecnologias mais avançadas como o automotivo. De qualquer maneira os avanços para a nova fase da indústria são para todos os segmentos.

A IoT e a análise inteligente de dados em empresas de tratamento térmico que já tem ou estão estruturando a estratégia de analytics só tem a ganhar. A tecnologia permite extrair insights de seus dados para serem usados em tempo real nos negócios terão mais vantagem competitiva.

À medida que um número maior de máquinas estiver interconectado, os benefícios de rede ficam mais evidentes. A chave para as indústrias, incluindo as de tratamento térmico, é tirar o máximo proveito da quantidade de dados disponível, utilizando os números como informações valiosas para as estratégias da organização.

Fontes: Agência Fapesp (Chloé Pinheiro) – Portal CIMM – Foundry Gate – Infomet – Industrial Heating – Mecanica Industrial – Unirv

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