Tratamento térmico em metais: tipos, objetivos e aplicações

O tratamento térmico em metais reúne processos de aquecimento e resfriamento controlados utilizados para modificar a microestrutura e, consequentemente, determinadas propriedades do material.

Dependendo do metal, da composição da liga e do processo escolhido, o tratamento pode ser utilizado para aumentar a dureza, melhorar a ductilidade, reduzir tensões residuais, facilitar a usinagem ou alcançar uma combinação específica de propriedades mecânicas.

Têmpera, revenimento, recozimento, normalização e alívio de tensões estão entre os processos mais conhecidos aplicados aos aços. Cada um possui objetivos e parâmetros diferentes.

É importante também diferenciar tratamento térmico de proteção anticorrosiva. Enquanto o tratamento térmico atua principalmente nas propriedades e na microestrutura do material, processos como a galvanização a fogo têm como objetivo principal proteger o aço contra a corrosão por meio de um revestimento de zinco.

O que é tratamento térmico?

Tratamento térmico é um processo no qual um metal ou liga passa por ciclos controlados de temperatura com o objetivo de alterar determinadas características do material.

De forma simplificada, muitos tratamentos envolvem três fatores principais:

• temperatura de aquecimento;
• tempo de permanência em determinada faixa de temperatura;
• forma e velocidade de resfriamento.

A combinação desses fatores influencia as transformações que ocorrem na microestrutura do metal.

Por isso, não existe uma única temperatura, um único tempo ou um único método de resfriamento adequado para qualquer peça metálica.

A especificação depende de fatores como:

• tipo de aço ou liga;
• composição química;
• geometria da peça;
• espessura;
• propriedades desejadas;
• processos de fabricação anteriores;
• aplicação final do componente.

Para que serve o tratamento térmico dos metais?

O objetivo depende do tratamento selecionado.

Uma engrenagem, por exemplo, pode precisar de elevada dureza e resistência ao desgaste. Já determinado componente que será posteriormente usinado ou conformado pode precisar de maior ductilidade ou menor dureza durante uma etapa de fabricação.

Entre os objetivos possíveis de um tratamento térmico estão:

• aumentar ou ajustar a dureza;
• alterar a resistência mecânica;
• melhorar a tenacidade;
• aumentar a ductilidade;
• reduzir tensões residuais;
• facilitar determinadas operações de usinagem;
• refinar ou modificar a microestrutura;
• preparar o material para outras etapas de fabricação.

Um mesmo objetivo não é necessariamente alcançado pelo mesmo tratamento em todos os materiais. A resposta depende da composição da liga e das condições de processamento.

Como funciona um tratamento térmico?

Embora cada tratamento tenha suas particularidades, muitos processos podem ser entendidos a partir de três etapas gerais.

1. Aquecimento

A peça é aquecida até uma faixa de temperatura definida de acordo com o material e com as transformações que se deseja promover.

A velocidade de aquecimento também precisa ser considerada, principalmente em peças de grande espessura ou geometria complexa, nas quais diferenças térmicas podem contribuir para tensões e distorções.

2. Permanência em temperatura

Depois de atingir a temperatura especificada, o material pode permanecer naquela condição durante um período determinado.

O tempo necessário depende do processo, do material, das dimensões da peça e do resultado pretendido.

3. Resfriamento

A forma como o metal é resfriado tem grande influência sobre o resultado.

Dependendo do tratamento, o resfriamento pode ocorrer de maneira relativamente rápida, ao ar, dentro do forno ou utilizando meios específicos.

É justamente essa combinação entre temperatura, tempo e resfriamento que ajuda a diferenciar processos como têmpera, normalização e recozimento.

Quais são os principais tipos de tratamento térmico?

Existem diversos processos de tratamento térmico. Entre os mais conhecidos para aços estão têmpera, revenimento, recozimento, normalização e alívio de tensões.

Têmpera

A têmpera é utilizada em determinados aços quando se deseja obter aumento significativo de dureza.

Em termos gerais, o material é aquecido até uma condição apropriada para sua composição e depois submetido a um resfriamento suficientemente rápido para produzir uma microestrutura endurecida.

Dependendo do aço e do processo, podem ser utilizados diferentes meios de resfriamento.

Entre eles estão:

• água;
• óleo;
• soluções aquosas;
• polímeros;
• gases;
• outros meios específicos de processo.

A escolha do meio de resfriamento não deve ser feita somente buscando a maior velocidade possível. Um resfriamento inadequado pode aumentar riscos de distorção, tensões residuais ou trincas.

Revenimento

O revenimento é normalmente utilizado depois da têmpera.

Uma peça recém-temperada pode apresentar elevada dureza, mas também possuir condições de fragilidade ou tensões que não são adequadas para sua aplicação final.

No revenimento, a peça é novamente aquecida em condições controladas para ajustar suas propriedades.

O objetivo pode incluir a obtenção de uma relação mais adequada entre dureza, resistência e tenacidade.

Portanto, têmpera e revenimento não devem ser vistos necessariamente como processos concorrentes.

Em muitos casos, fazem parte de uma mesma sequência de tratamento.

Recozimento

O termo recozimento engloba diferentes tratamentos térmicos, e o resultado desejado depende do material e do tipo de recozimento utilizado.

De maneira geral, esses processos podem ser empregados para:

• reduzir a dureza;
• aumentar a ductilidade;
• melhorar determinadas condições de usinabilidade;
• reduzir tensões;
• modificar ou homogeneizar determinadas características da microestrutura.

Em muitos processos de recozimento, o resfriamento ocorre de forma mais lenta e controlada do que em uma têmpera.

Normalização

A normalização é um tratamento bastante utilizado em aços.

De forma geral, o material é aquecido acima de uma faixa de transformação apropriada e posteriormente resfriado ao ar.

O processo pode ser utilizado para modificar e refinar a microestrutura e produzir determinadas combinações de propriedades.

A normalização pode ser aplicada em produtos como:

• peças fundidas;
• forjados;
• barras;
• produtos tubulares;
• componentes de aço que necessitem de uma condição microestrutural específica.

Alívio de tensões

Processos de fabricação podem introduzir tensões residuais no material.

Isso pode ocorrer, por exemplo, depois de:

• soldagem;
• usinagem;
• conformação;
• determinados processos térmicos;
• operações que provoquem distribuição não uniforme de tensões.

Em determinadas situações, um tratamento de alívio de tensões pode ser aplicado para reduzir essas tensões sem buscar necessariamente o mesmo nível de endurecimento associado a uma têmpera.

Esse tipo de tratamento pode ser importante quando estabilidade dimensional e comportamento da peça em etapas posteriores são fatores relevantes.

Qual é a diferença entre têmpera, revenimento, recozimento e normalização?

A tabela abaixo apresenta uma comparação simplificada entre os principais processos.

Tratamento	Objetivo geral	Característica do processo
Têmpera	Aumentar a dureza em aços adequados	Resfriamento relativamente rápido após aquecimento apropriado
Revenimento	Ajustar propriedades após a têmpera	Reaquecimento controlado da peça temperada
Recozimento	Reduzir dureza, aumentar ductilidade ou modificar a microestrutura, conforme o processo	Aquecimento e resfriamento controlados, frequentemente mais lentos
Normalização	Modificar e refinar a microestrutura	Aquecimento apropriado seguido geralmente de resfriamento ao ar
Alívio de tensões	Reduzir tensões residuais	Aquecimento e resfriamento controlados sem objetivo principal de endurecimento

Essa comparação é apenas uma visão geral. Temperaturas, tempos, meios de resfriamento e resultados variam de acordo com o material e a especificação técnica.

Qual é a diferença entre tratamento térmico e tratamento termoquímico?

Os conceitos são relacionados, mas não são exatamente iguais.

Em um tratamento térmico, as propriedades são modificadas principalmente por meio de ciclos controlados de aquecimento e resfriamento.

Já nos tratamentos termoquímicos também ocorre alteração controlada da composição química de uma região superficial do material.

Entre os exemplos estão:

• cementação;
• nitretação;
• carbonitretação;
• outros processos de enriquecimento superficial.

Esses tratamentos são utilizados quando o projeto necessita obter propriedades específicas na superfície sem necessariamente modificar da mesma forma todo o volume da peça.

Galvanização é um tratamento térmico?

Não no sentido tradicional utilizado na metalurgia.

Embora a galvanização a fogo envolva temperatura elevada, seu principal objetivo não é utilizar um ciclo térmico para obter propriedades como dureza ou ductilidade.

O objetivo é criar um revestimento de zinco sobre o aço para protegê-lo contra a corrosão.

Durante a galvanização por imersão a quente, a peça preparada é imersa em zinco fundido, normalmente em temperatura próxima de 450 °C.

Durante a imersão ocorre uma reação metalúrgica entre o ferro e o zinco, formando camadas de liga aderidas ao aço e uma região externa rica em zinco.

Portanto, os dois processos têm objetivos diferentes:

Tratamento térmico	Galvanização a fogo
Modifica propriedades e microestrutura do material	Forma um revestimento protetor de zinco
Pode alterar dureza, ductilidade, tenacidade e tensões	Tem como principal objetivo a proteção contra corrosão
Possui ciclos de temperatura definidos conforme o material	Envolve preparação e imersão da peça em zinco fundido
Não substitui um sistema anticorrosivo quando ele é necessário	Não substitui um tratamento térmico exigido pelo projeto

Tratamento térmico protege o metal contra corrosão?

Essa não é a principal finalidade da maior parte dos tratamentos térmicos convencionais.

Uma peça pode possuir elevada dureza, resistência mecânica adequada e microestrutura controlada e continuar suscetível à corrosão quando exposta ao ambiente.

Da mesma forma, uma peça galvanizada pode possuir proteção contra corrosão e ainda depender de propriedades mecânicas específicas definidas pela engenharia do material.

São necessidades diferentes:

• tratamento térmico: controla determinadas propriedades e condições do material;
• galvanização a fogo: fornece uma camada de zinco destinada principalmente à proteção contra corrosão.

Em aplicações que precisam atender às duas necessidades, os processos podem fazer parte da mesma cadeia de fabricação.

É possível galvanizar uma peça após tratamento térmico?

Em diversas aplicações, uma peça pode passar por tratamento térmico e também receber posteriormente um sistema de proteção contra corrosão.

Porém, a compatibilidade não deve ser presumida para qualquer aço ou componente.

Antes da galvanização, precisam ser avaliados fatores como:

• tipo e composição do aço;
• resistência mecânica do material;
• histórico de fabricação;
• tratamentos térmicos realizados anteriormente;
• presença de soldas;
• tensões residuais;
• geometria da peça;
• tolerâncias dimensionais;
• requisitos técnicos e normativos do projeto.

A exposição à temperatura do banho de zinco também precisa ser considerada em componentes sensíveis a variações dimensionais ou que possuam requisitos metalúrgicos específicos.

Por isso, o ideal é que a etapa de proteção superficial seja considerada antes de finalizar o projeto e a rota de fabricação.

Para aprofundar esse planejamento, veja

como projetar estruturas metálicas pensando na galvanização desde o início
.

A composição do aço interfere na galvanização?

Sim. A composição química do aço pode influenciar a reação entre ferro e zinco durante a galvanização.

Elementos presentes no material podem alterar a velocidade dessa reação e, consequentemente, características do revestimento formado.

Por esse motivo, conhecer previamente o material utilizado no projeto ajuda a melhorar a previsibilidade do processo.

Essa análise é especialmente relevante quando a peça já passou por diferentes processos de fabricação antes de chegar à galvanização.

Tratamento térmico e galvanização podem ser complementares?

Sim, desde que cada processo esteja atendendo a uma necessidade real do projeto e a compatibilidade tenha sido avaliada tecnicamente.

Imagine um componente que precisa apresentar simultaneamente:

1. determinadas propriedades mecânicas para suportar sua operação;
2. proteção contra corrosão para resistir ao ambiente de instalação.

Um tratamento térmico pode participar da obtenção das propriedades desejadas para o material.

A galvanização pode posteriormente ser considerada para fornecer proteção anticorrosiva.

Isso demonstra por que a rota de fabricação deve ser analisada como um conjunto, e não como várias etapas independentes.

Qual deve ser a sequência de fabricação de uma peça metálica?

Não existe uma sequência universal aplicável a qualquer projeto, mas o planejamento normalmente precisa considerar etapas como:

1. seleção da matéria-prima;
2. corte e conformação;
3. usinagem;
4. soldagem;
5. tratamentos térmicos quando necessários;
6. preparação final da peça;
7. proteção contra corrosão;
8. inspeção;
9. transporte e montagem.

A ordem efetiva deve ser definida pela engenharia responsável.

O ponto principal é evitar que a galvanização seja lembrada somente depois que a estrutura estiver completamente fabricada.

Furos, regiões fechadas, sobreposições e geometrias inadequadas podem exigir alterações posteriores quando o projeto não considera o processo de imersão desde o início.

Como o projeto da peça influencia a galvanização?

A galvanização por imersão exige que as soluções utilizadas no preparo e o zinco fundido consigam entrar e sair adequadamente das regiões da peça.

Por isso, componentes tubulares ou com cavidades precisam de atenção especial quanto a ventilação e drenagem.

O projeto também pode influenciar:

• escoamento do zinco;
• qualidade do revestimento;
• segurança durante o processo;
• possibilidade de inspeção;
• risco de retenção de líquidos;
• necessidade de retrabalho antes da galvanização.

Integrar o processo à fase de desenvolvimento reduz a necessidade de alterações depois que a estrutura já está pronta.

Tratamento térmico ou galvanização: qual escolher?

Na maioria dos casos, essa pergunta parte de uma comparação entre processos que resolvem problemas diferentes.

Se a necessidade está relacionada principalmente a:

• dureza;
• tenacidade;
• ductilidade;
• microestrutura;
• tensões residuais;
• usinabilidade;

deve-se avaliar qual tratamento térmico é tecnicamente adequado ao material.

Se o objetivo é proteger uma estrutura de aço contra fatores como:

• chuva;
• umidade;
• exposição externa;
• atmosferas industriais;
• ambientes corrosivos;

será necessário avaliar um sistema de proteção anticorrosiva.

A galvanização a fogo é uma das alternativas utilizadas para esse objetivo.

Para aplicações estruturais, conheça também o serviço de galvanização a fogo para estruturas metálicas.

Qual é a diferença entre galvanização e outros tratamentos de metais?

O termo “tratamento de metais” pode englobar processos com funções muito diferentes.

Alguns modificam propriedades mecânicas. Outros alteram características da superfície. Outros adicionam revestimentos destinados à proteção contra corrosão.

Mesmo entre processos que utilizam zinco existem diferenças importantes.

Para compreender melhor essas alternativas, veja também o conteúdo sobre diferenças entre zincagem e galvanização.

Principais cuidados antes de galvanizar uma peça tratada

Quando um componente passou por processos anteriores de fabricação ou tratamento, algumas informações devem estar disponíveis antes da galvanização.

Entre elas:

• especificação do aço;
• composição química quando disponível;
• tratamentos térmicos realizados;
• processos de soldagem utilizados;
• requisitos dimensionais críticos;
• resistência mecânica especificada;
• normas aplicáveis;
• eventuais restrições do projeto.

Essas informações ajudam a avaliar se o componente está adequado à rota de processamento definida.

Em projetos críticos, essa análise deve envolver os responsáveis pela engenharia do componente e pelo processo de proteção superficial.

Resumo: tratamento térmico x galvanização a fogo

Característica	Tratamento térmico	Galvanização a fogo
Objetivo principal	Modificar propriedades do material	Proteger contra corrosão
Atuação	Microestrutura e propriedades do metal	Superfície revestida com zinco
Exemplos	Têmpera, revenimento, recozimento, normalização e alívio de tensões	Galvanização por imersão a quente
Proteção anticorrosiva	Não é a finalidade principal dos tratamentos térmicos convencionais	É a finalidade principal
Podem ser utilizados no mesmo projeto?	Sim, desde que material, sequência de fabricação e requisitos técnicos sejam compatíveis.

Perguntas frequentes sobre tratamento térmico em metais

Quais são os principais tipos de tratamento térmico?

Entre os tratamentos aplicados aos aços estão têmpera, revenimento, recozimento, normalização e alívio de tensões. Existem ainda outros processos específicos, cuja escolha depende do material e das propriedades desejadas.

Qual é a diferença entre têmpera e revenimento?

A têmpera busca produzir endurecimento em aços adequados por meio de aquecimento e resfriamento rápido. O revenimento normalmente ocorre depois da têmpera para ajustar propriedades como dureza e tenacidade.

Qual é a diferença entre recozimento e normalização?

Ambos envolvem aquecimento e resfriamento controlados, mas utilizam condições diferentes. Na normalização de aços, o resfriamento normalmente ocorre ao ar. O recozimento engloba diferentes ciclos e frequentemente utiliza condições de resfriamento mais lentas.

Galvanização a fogo é tratamento térmico?

Não no sentido tradicional. Embora exista exposição a temperatura elevada durante a imersão em zinco fundido, a finalidade principal da galvanização é criar um revestimento protetor contra corrosão.

Uma peça tratada termicamente pode ser galvanizada?

Pode ser possível, mas a decisão depende do aço, da resistência mecânica, da geometria, do histórico de fabricação e das exigências do projeto. A compatibilidade deve ser avaliada antes da galvanização.

Conclusão

O tratamento térmico é uma etapa importante na engenharia de materiais porque permite ajustar determinadas propriedades do metal de acordo com sua aplicação.

Têmpera, revenimento, recozimento, normalização e alívio de tensões possuem objetivos diferentes e não devem ser tratados como processos equivalentes.

Também é importante separar tratamento térmico de proteção anticorrosiva.

Enquanto os tratamentos térmicos atuam principalmente sobre as propriedades e a microestrutura do material, a galvanização a fogo forma um revestimento de zinco destinado a proteger o aço contra corrosão.

Em determinados projetos, os dois processos podem fazer parte da mesma rota de fabricação. Nesse cenário, composição do aço, histórico térmico, soldagem, geometria e requisitos dimensionais devem ser avaliados antes da galvanização.

Para estruturas que posteriormente receberão proteção com zinco, considerar o processo desde a etapa de projeto ajuda a reduzir retrabalhos e tornar a fabricação mais previsível.