Endurecimento (metalurgia)

Da Wikipédia, a enciclopédia livre
Ir para a navegação Saltar para pesquisar

O endurecimento é um processo metalúrgico de metalurgia usado para aumentar a dureza de um metal. A dureza de um metal é diretamente proporcional à tensão de escoamento uniaxial no local da deformação imposta. Um metal mais duro terá uma maior resistência à deformação plástica do que um metal menos duro.

Processos

Os cinco processos de endurecimento são:

  • O método Hall-Petch , ou reforço do contorno de grão, é obter grãos pequenos. Grãos menores aumentam a probabilidade de discordâncias atingirem os contornos de grãos após distâncias mais curtas, que são barreiras de discordância muito fortes. Em geral, um tamanho de grão menor tornará o material mais duro. Quando o tamanho do grão se aproxima de tamanhos submicrométricos, alguns materiais podem, no entanto, tornar-se mais macios. Isto é simplesmente um efeito de outro mecanismo de deformação que se torna mais fácil, isto é, o deslizamento do contorno de grão. Neste ponto, todos os mecanismos de endurecimento relacionados ao deslocamento tornam-se irrelevantes.
  • No encruamento (também conhecido como encruamento), o material é deformado além do limite de escoamento, por exemplo, por trabalho a frio . O metal dúctil torna-se mais duro e mais forte à medida que é fisicamente deformado. A deformação plástica gera novos deslocamentos. À medida que a densidade das discordâncias aumenta, o movimento das discordâncias se torna mais difícil, pois elas se atrapalham, o que significa que a dureza do material aumenta.
  • No fortalecimento de solução sólida, um elemento de liga solúvel é adicionado ao material a ser reforçado e juntos eles formam uma “solução sólida”. Uma solução sólida pode ser considerada apenas como uma solução líquida "normal", por exemplo, sal em água, exceto que é sólida. Dependendo do tamanho do íon do elemento de liga dissolvido em comparação com o do metal da matriz, ele é dissolvido substitucionalmente (grande elemento de liga substituindo um átomo no cristal) ou intersticialmente (pequeno elemento de liga tomando um lugar entre os átomos no cristal) rede). Em ambos os casos, a diferença de tamanho dos elementos estranhos faz com que eles ajam como grãos de areia na lixa, resistindo a deslocamentos que tentam escorregar, resultando em maior resistência do material. No endurecimento por solução, o elemento de liga não precipita da solução.
  • Endurecimento por precipitação (também chamado de endurecimento por idade) é um processo em que uma segunda fase que começa em solução sólida com o metal da matriz é precipitada da solução com o metal à medida que é resfriado, deixando partículas dessa fase distribuídas por toda parte para causar resistência a deslocamentos de deslizamento. Isso é conseguido primeiro aquecendo o metal a uma temperatura em que os elementos que formam as partículas são solúveis e, em seguida, extinguindo-o, prendendo-os em uma solução sólida. Se fosse uma solução líquida, os elementos formariam precipitados, assim como a água salgada supersaturada precipitaria pequenos cristais de sal, mas a difusão atômica em um sólido é muito lenta à temperatura ambiente. Um segundo tratamento térmico a uma temperatura adequada é então necessário para envelhecer o material. A temperatura elevada permite que os elementos dissolvidos se difundam muito mais rapidamente e formem as partículas precipitadas desejadas. A têmpera é necessária uma vez que o material de outra forma iniciaria a precipitação já durante o resfriamento lento. Este tipo de precipitação resulta em poucas partículas grandes em vez da profusão geralmente desejada de pequenos precipitados. O endurecimento por precipitação é uma das técnicas mais utilizadas para o endurecimento de ligas metálicas.
  • A transformação martensítica , mais comumente conhecida como têmpera e revenimento , é um mecanismo de endurecimento específico para aço. O aço deve ser aquecido a uma temperatura onde a fase de ferro muda de ferrita para austenita, ou seja, muda a estrutura cristalina de CCC ( cúbica de corpo centrado ) para FCC ( cúbica de face centrada). Na forma austenítica, o aço pode dissolver muito mais carbono. Uma vez que o carbono foi dissolvido, o material é então extinto. É importante temperar com uma alta taxa de resfriamento para que o carbono não tenha tempo de formar precipitados de carbonetos. Quando a temperatura é baixa o suficiente, o aço tenta retornar à estrutura cristalina de baixa temperatura BCC. Essa mudança é muito rápida, pois não depende de difusão e é chamada de transformação martensítica. Por causa da supersaturação extrema do carbono em solução sólida, a rede cristalina se torna BCT ( tetragonal de corpo centrado ). Esta fase é chamada de martensita, e é extremamente dura devido a um efeito combinado da estrutura cristalina distorcida e do fortalecimento extremo da solução sólida, ambos mecanismos que resistem ao deslocamento por deslizamento.

Todos os mecanismos de endurecimento introduzem defeitos na rede cristalina que atuam como barreiras ao deslizamento de discordâncias.

Aplicativos

O endurecimento do material é necessário para muitas aplicações:

  • As ferramentas de corte de máquinas (brocas, machos, ferramentas de torno) precisam ser muito mais duras do que o material em que estão operando para serem eficazes.
  • Lâminas de faca – uma lâmina de alta dureza mantém uma borda afiada.
  • Rolamentos – necessário ter uma superfície muito dura que irá resistir a tensões contínuas.
  • Blindagem - A alta resistência é extremamente importante tanto para placas à prova de balas quanto para contêineres pesados ​​para mineração e construção.
  • Anti-fadiga - A cementação martensítica pode melhorar drasticamente a vida útil de componentes mecânicos com carga/descarga repetida, como eixos e rodas dentadas.

Referências