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| A diferença de temperaturas entre superfície e núcleo atinge o máximo no tempo “w”, da ordem de 550°C, gerando uma contração térmica linear de 0,6%, correspondendo a uma tensão de intensidade aproximada de 1200 MPA. No tempo “w” a superfície fica submetida a uma tensão de tração de máxima intensidade “a”, enquanto o núcleo atinge o valor “b”. A resultante deste estado de tensões diferenciado entre superfície e núcleo é representada na curva C, indicando no mesmo tempo “w”, a tensão compressiva “c”. |
| A curva inferior direita indica a evolução das tensões residuais entre núcleo (C) e a superfície (S) resultantes do resfriamento. Note que, de fato, o núcleo fica submetido a tensões de tração, enquanto que a superfície fica à compressão. Este é um fato importante, pois, se consideradas apenas estas condições (desconsiderando as tensões que surgem devido às transformações de natureza metalúrgica), tensões de compressão na superfície são uma dádiva, pois não induzirão propagação de trincas. |
| Um ponto interessante a notar na curva inferior esquerda é o ponto correspondente ao tempo “u”. Note que há um equilíbrio entre as tensões, “zerando” a resultante. Significa, então, que existe uma combinação tempo/temperatura tal que as tensões residuais têm valor zero, o que seria extremamente conveniente do ponto de vista do fabricante das peças que vão ser temperadas. Bastaria que o profissional de tratamentos térmicos soubesse, sempre, qual seria esta combinação tempo/temperatura, e a aplicasse, interrompendo o tratamento térmico nesse ponto. |
| Infelizmente essa prática não é possível devido a: |
| a. O resfriamento continua além do ponto “u”. Mesmo que houvesse a interrupção do tratamento em si neste ponto, em algum momento a peça teria de continuar o seu resfriamento até a temperatura ambiente, portanto gerando novas tensões residuais, as quais poderiam ter sua intensidade reduzida, bastando para isso aplicar uma baixíssima velocidade de resfriamento; |
| b. Os gráficos acima não consideram as transformações de natureza metalúrgica, as quais, atuando em sentido contrário ao efeito térmico (expansão durante o resfriamento), tem grande efeito nas tensões resultantes alterando o resultado final; |
| c. A determinação do tempo “u” é extremamente dificultada devido à geometria dos componentes mecânicos na prática. Lembrando que a curva foi levantada medindo-se a temperatura na superfície e no núcleo, não seria possível determinar uma única curva para peças com diferenças de massa (por menores que sejam), nem tampouco encontrar um único tempo para todas as regiões da peça. |
| Conclui-se nesse ponto que a própria geometria da peça é uma variável fundamental para a questão das distorções dimensionais inevitáveis. |
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| Efeito do Meio de Resfriamento na Têmpera |
| A relação entre a tensão residual que surge durante ciclos térmicos aplicados a peças metálicas obedece à seguinte equação: |
| st = E . a . DT |
Onde:
st = tensão térmica
E = módulo de elasticidade (Young)
a = coeficiente de dilatação térmico linear
DT = variação da temperatura em K. |
| Ou seja, há uma relação direta entre o gradiente de temperaturas (DT) e a intensidade da tensão residual. O gradiente de temperatura, particularmente considerando a diferença entre superfície e núcleo, é fortemente influenciada, no resfriamento, pelo MEIO utilizado para resfriamento. Grossman [1] determinou um fator, denominado H, que define a Severidade de Têmpera, calculando-a para diferentes meios de resfriamento, dentre os mais utilizados na indústria do tratamento térmico. A Tabela 4 traz estes valores para a Salmoura (solução de água e sais), água, óleo e sais fundidos, e ar. Quanto maior o fator H, mais a velocidade de extração de calor, e portanto, maior a intensidade das tensões residuais e, consequentemente, da distorção inevitável final. |
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