Qual a finalidade do tempo de permanência na temperatura de tratamento? Como pode ser calculado?
Passo 1
O enunciado pergunta qual é a finalidade de manter a peça a uma dada temperatura de tratamento por um certo tempo (“tempo de permanência”) e como esse tempo pode ser estimado. O conteúdo envolve transferência de calor (para que toda a seção atinja a temperatura desejada) e, se houver transformações por difusão (como austenitização, solubilização de elementos ou cementação), também envolve difusão de massa.
Passo 2
A principal finalidade do tempo de permanência é garantir que:
- toda a seção da peça esteja efetivamente à temperatura de tratamento (homogeneização térmica);
- tenham ocorrido completamente as transformações metalúrgicas desejadas (por exemplo, dissolução de carbonetos na austenita ou formação de fases);
- haja uniformidade de propriedades mecânicas e microestruturais do núcleo à superfície.
Passo 3
Para dimensionar o tempo necessário à uniformização térmica, usamos a difusividade térmica
da liga e uma característica geométrica
(meia-espessura da placa, raio do cilindro, etc.). Introduzimos o número de Fourier
e escolhemos um
mínimo que assegure a diferença de temperatura interna desejada (por exemplo,
para 99 % de homogeneidade). Assim:
Passo 4
Se além do aquecimento for necessária uma transformação por difusão (como cementação ou solubilização de carbono), estima-se o tempo a partir do coeficiente de difusão
e da profundidade característica
. Para difusão unidimensional em regime estacionário aproximado, vale:
ou, em soluções mais rigorosas, aparecem fatores como
no denominador (conforme a condição de contorno e geometria).
Resposta
O tempo de permanência serve para uniformizar a temperatura em toda a peça e completar as transformações metalúrgicas desejadas. Pode-se calculá-lo por:
para homogeneização térmica, e
quando o processo depende de difusão de massa.