Quais processos de tratamento térmico são necessários após usinar superligas?
O tratamento térmico de componentes de superligas após a usinagem é uma etapa crítica e inegociável para atingir as propriedades mecânicas desejadas, estabilidade dimensional e vida útil necessária para ambientes extremos. Diferente de ligas mais simples, superligas como Inconel, Waspaloy e ligas Haynes são projetadas para alto desempenho, e sua microestrutura deve ser controlada com precisão através de ciclos térmicos específicos. Os processos exigidos dependem da condição inicial do material e dos requisitos finais de desempenho da peça.
Tratamentos Térmicos Pós-Uso Essenciais
As superligas geralmente são fornecidas em condição "annealed" ou "solution treated" para permitir a usinagem. Após a peça ser conformada via Usinagem CNC, os seguintes processos são comumente empregados para liberar todo o seu potencial.
1. Solubilização / Tratamento Térmico de Solução
Objetivo: Dissolver fases secundárias (como precipitados gamma prime [γ'] ou gamma double prime [γ'']) de volta à solução sólida, criando uma estrutura homogênea de fase única. Recristaliza a estrutura do grão e alivia todas as tensões internas oriundas da usinagem.
Processo: A peça é aquecida a altas temperaturas (tipicamente entre 925°C e 1175°C, dependendo da liga, ex.: Inconel 718 ~955°C) por um tempo específico, seguido de resfriamento rápido, geralmente por têmpera em água ou ar forçado.
Quando usar: Etapa intermediária após desbaste significativo ou antes da têmpera de envelhecimento, ou como tratamento final para componentes que exigem máxima ductilidade e resistência à corrosão com alta força.
2. Endurecimento por Precipitação (Age Hardening)
Objetivo: Formar uma dispersão uniforme de precipitados extremamente finos e coerentes (γ' ou γ'') na matriz. Estas partículas impedem o movimento de discordâncias, aumentando significativamente a resistência ao escoamento, resistência à tração e à fluência em altas temperaturas.
Processo: A peça é aquecida a temperatura intermediária (700°C a 815°C) e mantida por longos períodos, frequentemente 8 a 18 horas, às vezes em múltiplas etapas. Por exemplo, o Inconel 718 passa por dois estágios de envelhecimento a 732°C e 621°C.
Quando usar: Como tratamento térmico final para praticamente todos os componentes de superliga de alta resistência em indústrias de Aeronáutica e Aviação e Geração de Energia. Realizado após a solubilização e todas as operações de usinagem.
3. Alívio de Tensões
Objetivo: Reduzir tensões residuais induzidas durante a usinagem sem alterar significativamente a microestrutura ou propriedades mecânicas. Essencial para prevenir distorções durante o serviço ou processamentos subsequentes.
Processo: Aquecimento a uma temperatura abaixo da faixa de solução (geralmente 600°C a 870°C) por algumas horas, seguido de resfriamento lento.
Quando usar: Como etapa intermediária entre operações de desbaste e acabamento em componentes complexos e de parede fina, permitindo que tensões relaxem antes da usinagem final. Também pode ser o tratamento final para peças que não necessitam de envelhecimento completo, mas exigem estabilidade dimensional.
Sequência Típica e Considerações de Engenharia
Um fluxo padrão para um componente de alta integridade, como uma pá de turbina ou suporte crítico de motor, seria:
Desbaste: Usinagem até cerca de 1-2 mm das dimensões finais a partir do estoque annealed.
(Opcional) Alívio de Tensões: Para minimizar distorções de cortes de desbaste.
Solubilização: Homogeneizar a estrutura e dissolver precipitados.
Acabamento Final: Usando Serviço de Usinagem de Precisão para atingir dimensões finais e acabamento superficial.
Endurecimento por Precipitação (Age): Passo final para alcançar a resistência requerida. Nota: o envelhecimento causa mínima alteração dimensional, permitindo ser aplicado após a usinagem final.
Notas de Engenharia Cruciais:
Integridade Superficial: Superligas são altamente suscetíveis à contaminação durante o tratamento térmico. Elementos como enxofre, chumbo ou zinco de marcações podem causar fragilização severa. As peças devem ser cuidadosamente limpas e o tratamento realizado em forno limpo e bem mantido, muitas vezes com atmosfera protetora ou vácuo.
Têmpera: A têmpera rápida após a solubilização é necessária para manter a solução sólida supersaturada, mas pode introduzir novas tensões. Para geometrias complexas, taxas de têmpera controladas são essenciais para evitar trincas.
Especificações da Indústria: Todos os tratamentos devem seguir rigorosamente normas e especificações de clientes (ex.: AMS, MIL-H, especificações proprietárias de fabricantes de motores). Parâmetros de tempo e temperatura específicos são sagrados para alcançar as propriedades desejadas em componentes de alto valor.
