O alívio de tensão é o tratamento de um metal ou liga por aquecimento a uma temperatura predeterminada abaixo de sua temperatura de transformação (temperatura crítica), seguido de resfriamento a ar.
O objetivo principal é aliviar as tensões que foram absorvidas pelo metal de processos como conformação, usinagem ou laminação. Abaixo você entende tudo sobre o assunto!
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O que é alívio de tensão?
Alívio de tensão (alívio de estresse ou recozimento subcrítico), geralmente, envolve o aquecimento de uma peça metálica a uma temperatura na qual a resistência ao escoamento é suficientemente baixa ao ponto em que as tensões internas podem se aliviar.
Temperaturas mais altas e tempos mais longos são benéficos e produzirão uma peça com menor estresse interno. Entretanto, as temperaturas devem estar sempre abaixo do ponto em que há uma mudança de fase no aço (conhecida como temperatura crítica).
Ao contrário da normalização ou do recozimento, esse processo não altera as propriedades químicas e mecânicas do metal.
Tipos de estresse que podem afetar o metal
Métodos de processamento de aço, como corte, usinagem e soldagem, causam estresse no metal. As tensões são encontradas mais frequentemente em aços de alta liga, peças bastante espessas e metais submetidos a fadiga.
Os principais tipos de tensão que afetam metais, como o aço, estão abaixo.
Tensão residual
Os processos de fabricação geralmente são responsáveis por criar tensão residual no metal. Ela pode influenciar como o material será afetado pela corrosão ou fadiga. A tensão residual também pode comprometer a resistência à ruptura de uma peça metálica.
Tensão estrutural
Refere-se ao desempenho da resistência à tração de uma estrutura sob uma variedade de forças e condições aplicadas.
Estresse térmico
Tensões relacionadas à mudança de temperatura. O metal se expande em temperaturas mais altas e se contrai à medida que as temperaturas diminuem. Restringir a expansão ou contração de um metal causa estresse térmico.
Benefícios
Como visto, a usinagem e o corte, bem como a deformação plástica, causam acúmulo de tensões em um material.
Essas tensões podem ocasionar alterações de dimensão indesejadas se liberadas descontroladamente, por exemplo, durante um tratamento térmico subsequente. Para minimizar as tensões após a usinagem e o risco de empeno e alterações dimensionais, o componente pode passar pelo tratamento de alívio de tensões.
O alívio de tensão é normalmente feito após a usinagem de desbaste, mas antes do acabamento final, como polimento ou retificação.
As peças que têm tolerâncias dimensionais apertadas e serão processadas posteriormente, por exemplo, por nitretação, devem ser aliviadas de tensão.
As estruturas soldadas também se beneficiam desse tratamento.
Assim, de modo geral, o alívio de estresse ajuda a aumentar a ductilidade, a diminuir a dureza (da zona fundida e da zona termicamente afetada), a aumentar a resistência à fadiga e a resistência à corrosão.
Aplicações e materiais
O alívio de tensões pode ser realizado em metais ferrosos e não ferrosos sem alterar a estrutura do material ou afetar significativamente sua dureza.
As peças temperadas e revenidas devem ser tratadas a uma temperatura em torno de 50°C abaixo da temperatura utilizada no revenimento anterior para evitar impacto na dureza.
O alívio de tensão antes da nitretação deve ser executado em temperaturas menores que 600°C.
Componentes de cobre e latão também podem ser aliviados da tensão. A temperatura para peças de cobre é, dependendo da liga, 150-275°C e para componentes de latão 250-500°C.
Para aços inoxidáveis, normalmente é necessário um tratamento térmico de solução de alta temperatura. Já para os aços carbono, é eficaz apenas quando o tratamento é realizado em temperaturas acima de 500º C.
Além disso, não faz sentido realizar alívio de tensão em temperaturas mais baixas que 400° C, já que a esta temperatura o limite de escoamento dos metais ainda é alto.
Alívio de tensões: tratamento térmico de metais
Este processo também é chamado de recozimento subcrítico porque as temperaturas utilizadas estão próximas ao ponto em que a austenita começa a se formar. Nesse sentido, o alívio de tensão no aço é sempre feito em temperaturas abaixo da faixa de formação da fase austenita.
A temperatura de alívio de estresse é normalmente entre 550 e 650°C para peças de aço. O tempo de imersão é de cerca de uma a duas horas. Depois, os componentes devem ser resfriados lentamente no forno ou a ar. Uma velocidade de resfriamento lenta é importante para evitar tensões causadas por diferenças de temperatura no material. Isso é especialmente importante ao aliviar o estresse de componentes maiores.
Ao buscar as tensões internas mais baixas possíveis, é importante que o alívio de tensão do metal seja concluído em temperaturas próximas a 704º C.
Se necessário, esse processo pode ser realizado em um forno com gás protetor, para proteger as superfícies da oxidação.
O alívio do estresse do metal em um forno a fogo aberto causa oxidação da superfície, que varia de descoloração em temperaturas mais baixas a uma escala fina em temperaturas subcríticas.
Se o acabamento superficial final for uma preocupação, a oxidação pode ser evitada usando uma atmosfera de nitrogênio ou aliviando o estresse no vácuo.
Há uma diferença substancial no custo desses processos. Portanto, é aconselhável comunicar essas preocupações antes dos serviços de tratamento térmico industrial.
Alívio de tensão por vibração
Este tratamento é utilizado após a soldagem e antes do processo de usinagem. Ele garante ao metal estabilidade dimensional e previne trincas.
O alívio de tensão por vibração é realizado através da ressonância, induzindo ondas mecânicas de baixa frequência, mas amplitude alta no metal. Isso remove as tensões residuais ocasionadas pela soldagem, fundição e usinagem.
Alívio de tensão após solda
Pós-soldagem, esse processo reduz as tensões residuais presentes em uma peça. Essas tensões residuais podem causar distorção ou falha prematura da junta se não forem tratadas!
Aqui, a peça de trabalho ou área localizada ao redor de uma solda é aquecida a uma temperatura específica, mantida por tempo suficiente para reduzir as tensões presentes no material. Em seguida, a peça é resfriada a uma taxa suficientemente lenta para não permitir que as tensões se desenvolvam. Outra maneira de pensar nesse processo é que você está essencialmente recozendo a área soldada.
O alívio de tensão também pode ser feito usando um método de pré-aquecimento antes da soldagem. Isso garante que as superfícies a serem soldadas estejam na mesma temperatura.
A partida das peças em uma temperatura mais alta reduz a diferença de temperatura entre as áreas soldadas e não soldadas, criando menos tensão interna na solda.
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Recozimento para alívio de tensões
Além disso, é possível utilizar outros tratamentos para aliviar tensões em metais, como é o caso do recozimento. Porém, é preciso lembrar que o recozimento altera as propriedades físicas e, às vezes, químicas de um material para aumentar sua ductilidade e torná-lo mais viável.
Este tratamento envolve o aquecimento de um material acima de sua temperatura de recristalização, mantendo uma temperatura adequada e depois resfriando.
Ele pode induzir a ductilidade, amolecer o material, aliviar tensões internas, refinar a estrutura tornando-a homogênea e melhorar as propriedades de trabalho a frio.
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Alívio de tensão e normalização: diferenças
Ambos são tratamentos usados para aliviar tensões numa peça metálica. A principal diferença entre esses dois tratamentos é que, enquanto o alívio de tensões é executado abaixo da temperatura crítica, a normalização é realizada em temperaturas acima dessa faixa de transformação do metal. Em seguida, é feito o controle bem abaixo da temperatura crítica.
Outra diferença é que o alívio de estresse não altera as propriedades do metal e a normalização sim.
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