Influência do meio de resfriamento, tamanho e geometria da amostra

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Teoria

E aí, tudo bem?

Vocês lembram o que é o tratamento térmico? Nada mais é que o aquecimento ou resfriamento controlado dos metais feito com a finalidade de alterar suas propriedades físicas e mecânicas, sem alterar a forma do produto final.

Mas ta ligado que como tudo na vida, temos influências internas e externas né? Vamos ver quais são?

Meio de resfriamento

A faixa de temperatura utilizada no processo de têmpera varia conforme o teor de carbono. Os meios de resfriamento mais usados são: água, óleo, solução salina aquosa e solução aquosa de polímeros.

E dai a gente pensa, qual meio escolher? Ai que vem a grande sacada, os meios de resfriamento são escolhidos de acordo com as características finais das peças, do tipo de material e das propriedades que queremos obter.

Mas sempre temos aquele queridinho né?

As soluções aquosas com maior agitação são os meios preferidos, pois há troca de calor mais intensa entre o meio e a peça, porémmmm a peça terá que ter uma geometria simples, que não provoque empenamento ou trincas durante a têmpera (endurecibilidade).

É crucial a escolha do meio de resfriamento mais equilibrado para se obter a martensita e evitar as distorções que possam acontecer de vez em quando.

A Tabela abaixo apresenta os meios de resfriamento comparado com a água sem agitação como meio de resfriamento.

Mas ta ligado que tudo tem seu ônus e bônus né? Vamos ver as principais vantagens e desvantagens de cada meio? Bora lá!

  • Óleos
  • Vantagens: meio de resfriamento mais brando, o que é uma beleza para reduzir a diferença de temperatura entre a superfície e o centro da peça, e portanto diminui as chances de ocorrer alguma distorção na peça.

    Desvantagens: degradam conforme seu uso diminuindo o “poder” de resfriamento, são inflamáveis pois na sua formulação contém aditivos que tem como base os derivados do petróleo.

  • Água
  • Vantagens: baixo custo, não tóxica, possui grande disponibilidade e é não inflamável

    Desvantagens: poder de resfriamento da água decresce rapidamente com o aumento da temperatura.

  • Salmouras

Vantagens: elevada velocidade de resfriamento, recomendada para aços com baixa temperabilidade e de geometria simples.

Desvantagens: corrosivas, o que necessita de equipamentos para manuseio e armazenamento. Os sais mais utilizados são concentrações de NaCl 10% e NaOH 3%.

Tamanho do grão e Geometria da peça

O aço se ele apresentar uma granulometria grosseira, ele não terá boas propriedades quando comparado com um aço de uma granulometria mais fina, comparando ambos em temperatura ambiente. E sabe como podemos comparar a granulometria? Com ajuda de um microscópio :D.

E quanto a geometria da peça, o que isso pode interferir na têmpera do material? Os meios de resfriamento são escolhidos de acordo com as características finais das peças, do tipo de material e das propriedades que são pedidas pelo engenheiro no projeto. As soluções aquosas com maior agitação são os queridinhos, pois há troca de calor mais intensa entre o meio e a peça, desde que a peça possua geometria simples, para não gerar empenamento ou trincas durante a têmpera.

Exercícios Resolvidos

Exercício Resolvido #1

Determine as características que influenciam na taxa de resfriamento.

Passo 1

Vamos lembrar então quais são os fatores que influenciam a taxa de resfriamento.

O primeiro, e talvez mais importante, é a quantidade de energia térmica, ou seja, a severidade da temperatura.

Passo 2

Outro fator importantíssimo também é o meio onde se faz o resfriamento. Esse meio pode ser o ar, a água, óleo ou até mesmo uma solução salina, cada um desses meios impacta nas propriedades finais da liga de alguma forma. Por exemplo, em relação à dureza final da peça, quando se utiliza o ar a peça tende a ser menos dura e quando se utiliza a água a peça apresentará alta dureza.

Passo 3

Por fim, podemos citar também as dimensões da peça, ou seja, seu tamanho e geometria. A relação superfície/volume impacta bastante a taxa de resfriamento, quanto maior essa relação, maior será a taxa de resfriamento e mais dura será a peça após o resfriamento. É muito importante escolher o meio correto para cada geometria de peça para não causar empenamentos e corrosões na peça.

Resposta

Quantidade de energia térmica, meio de resfriamento, tamanho e geometria da peça.

Exercício Resolvido #2

Determine quais são os principais meios de resfriamento:

  1. Água, óleo e tenso ativos
  2. Óleo, salmoura e solvente
  3. Água, óleo e ar

Passo 1

Bom, a questão está perguntando qual das opções mostra os principais meios de resfriamento, então vamos listar todos aqui e ver quem é e quem não é:

  • Água
  • Óleo
  • Tenso Ativos
  • Salmoura
  • Solvente
  • Ar

Água é o meio de resfriamento mais usado por promover uma troca térmica super rápida e eficiente!

O óleo é usado quando o resfriamento não pode ser feito tão rápido quanto a água, mas ainda assim é um meio bastante usado!

Tenso ativos, solventes e salmouras não são meios muito utilizados pois não fazem uma troca térmica eficiente e/ou podem ser abrasivos para os materiais!

O ar também é um dos meios mais usados, apesar de promover um resfriamento lento, ele é o meio mais barato de todos.

Resposta

Alternativa 3

Exercício Resolvido #3

Os meios de resfriamento são escolhidos de acordo com as características finais das peças, do tipo de material e das propriedades requeridas. Assim escolha a alternativa mais apropriada:

  1. As soluções aquosas com menor agitação
  2. As soluções aquosas com maior agitação
  3. As soluções oleosas com maior agitação

Passo 1

As soluções aquosas com maior agitação são os meios preferidos, pois há troca de calor mais intensa entre o meio e a peça, desde que a peça possua geometria simples

Resposta

Alternativa b

Exercício Resolvido #4

Os óleos convencionais são um meio de resfriamento mais brando que a água ou salmouras, o que diminui o gradiente de temperatura entre a superfície e o centro da peça Assim escolha a alternativa mais apropriada:

  1. Os aditivos também melhoram a resistência a oxidação, diminuem a formação de espuma e melhoram as características da curva de resfriamento
  2. A vantagem do uso do óleo é que ele pode ser usado diversas vezes, favorecendo a eficácia de resfriamento da peça
  3. Os óleos de resfriamento rápido, aumentam a taxa de resfriamento, chegando próximo ao resfriamento da água, sem a necessidade de adições

Passo 1

Os aditivos também melhoram a resistência a oxidação, diminuem a formação de espuma e melhoram as características da curva de resfriamento, sendo incluído junto ao óleo para um resfriamento mais rápido.

Passo 2

Os óleos se degradam conforme seu uso, o que afeta muito sua eficácia em poder resfriar a peça, ou seja, óleos oxidados com o uso demoram mais para resfriar a peça,

Resposta

Alternativa a

Exercício Resolvido #5

As salmouras são soluções aquosas de cloreto de sódio ou cálcio. Sobre esse meio de resfriamento escolha a alternativa mais apropriada:

  1. Os sais mais utilizados são concentrações de NaCl 10% e NaOH 3%
  2. Devido à baixa velocidade de resfriamento a salmoura é recomendada para aços com alta temperabilidade e de geometria complexa
  3. A velocidade de resfriamento dessas soluções é menor que a da água pois, os minúsculos cristais de sal presentes na salmoura reduzem a velocidade de resfriamento.

Passo 1

Os sais mais utilizados são concentrações de NaCl 10% e NaOH 3%

Passo 2

Devido à alta velocidade de resfriamento a salmoura é recomendada para aços com baixa temperabilidade e de geometria simples

Passo 3

A velocidade de resfriamento dessas soluções é maior que a da água pois, os minúsculos cristais de sal presentes na salmoura que entram em contato com a peça, fragmentam-se violentamente, causando mais agitação.

Resposta

Alternativa A

Exercício Resolvido #6

As soluções de polímeros são comuns de serem usadas como meio de resfriamento. Sobre esse meio escolha a alternativa mais apropriada:

  1. As características de velocidade de resfriamento não são influenciadas pelo tipo de polímero e sua concentração na solução
  2. As soluções de polímeros mais utilizadas são as com base nos polímeros poliaquilieno glicol (PAG) e polivinil pirrolidone (PVP).
  3. Aumentam o risco de incêndio e fumaça.

Passo 1

As características de velocidade de resfriamento são influenciadas pelo tipo de polímero e sua concentração na solução

Passo 2

As soluções de polímeros mais utilizadas são as com base nos polímeros poliaquilieno glicol (PAG) e polivinil pirrolidone (PVP).

Passo 3

Reduzirem o risco de incêndio e fumaça, problemas que podem acontecer com o uso dos óleos

Resposta

Alternativa B

Exercício Resolvido #7

Explique a influência do tamanho de grão nas propriedades mecânicas finais do aço.

Passo 1

O tamanho do grão é um fator importante para avaliar as propriedades mecânicas de um material policristalino, em especial a dureza, a resistência a corrosão e o limite de escoamento. O aço se ele apresentar uma granulometria grosseira, ele não terá boas propriedades quando comparado a um aço de granulometria mais fina.

Resposta

Passo 1.

Exercício Resolvido #8

Explique sucintamente a importância do resfriamentos das amostras.

Passo 1

Formar diferentes microestruturas e por consequência, gerar diferentes valores de dureza na superfície e no centro das amostras. Parâmetros como meio de resfriamento e severidade de resfriamento são analisados para verificar a influência.

Resposta

Formar diferentes microestruturas e por consequência, gerar diferentes valores de dureza na superfície e no centro das amostras.

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