Tensões térmicas geradas por resfriamento severo podem gerar que tipos de inconvenientes às peças tratadas? Quais as condições para que os inconvenientes ocorram?
Passo 1
Beleza, a questão tá perguntando sobre o que pode dar errado numa peça quando ela é resfriada muito rápido (tensões térmicas) e sob quais situações isso acontece. O conteúdo é de tratamento térmico e resistência dos materiais. Pra resolver, a gente vai precisar entender como surgem tensões quando há diferenças grandes de temperatura dentro da peça e relacionar isso com propriedades como módulo de elasticidade, coeficiente de dilatação e limite de escoamento.
Passo 2
Pra sacar os “inconvenientes” que surgem, é bom lembrar da teoria de tensão térmica:
- Quando uma parte da peça esfria bem rápido e outra fica quente, cria-se um gradiente de temperatura ΔT.
- Esse ΔT gera tensões internas segundo a relação aproximada
onde
•é o módulo de elasticidade,
•é o coeficiente de expansão térmica,
•é a diferença de temperatura local.
- Sesuperar o limite de escoamento ou a resistência à fratura do material, surgem problemas.
Os principais “inconvenientes” são:
- Trincas térmicas (caso a tensão ultrapasse a resistência ao fraturamento);
- Distorções e perda de precisão dimensional (a peça empena ou dobra);
- Residual stresses (tensões internas permanentes que comprometem a fadiga);
- Microfissuras (pequenas rachaduras que reduzem tenacidade e podem virar trinca maior).
Passo 3
Agora, quais condições fazem esses inconvenientes aparecerem?
- Elevado gradiente térmico: resfriamento severo (banho de água fria, spray, nitrogênio líquido) faz
grande. - Peças de geometria complexa ou seções grossas: áreas internas esfriam mais devagar que a superfície, aumentando o gradiente.
- Baixa condutividade térmica do material: dificulta igualar temperatura interna e externa.
- Material com baixa ductilidade ou tenacidade a frio: não aguenta bem as tensões geradas e trinca.
- Taxa de resfriamento muito rápida: maior que a taxa crítica para o aço (varia conforme liga) faz aparecer martensita dura e frágil, agravando as tensões.
Resposta
Tensões térmicas elevadas por resfriamento severo podem causar trincas, microfissuras, distorções dimensionais e tensões residuais, bastando para isso um gradiente térmico grande (ΔT alto), geometria desfavorável (seção grossa ou complexa), condutividade térmica baixa, material pouco dúctil e uma taxa de resfriamento maior que a crítica do aço.