Por que as peças de superliga geralmente precisam de tratamento térmico após usinagem?
O tratamento térmico após a usinagem é uma etapa crítica e inegociável para a maioria das peças de superligas de alto desempenho, não sendo apenas um processo opcional. Ele constitui o procedimento definitivo que transforma uma forma mecanicamente conformada em um componente pronto para serviços extremos. A necessidade decorre da natureza fundamental das superligas e dos efeitos disruptivos do próprio processo de usinagem.
Razões Fundamentais para o Tratamento Térmico Pós-Usinagem
1. Aliviar Esforços Induzidos pela Usinagem e Prevenir Deformação
A usinagem, especialmente operações agressivas de desbaste, deforma plasticamente o material e gera calor localizado intenso, introduzindo significativos esforços residuais no componente. Para materiais como Inconel 718, esses esforços podem ser substanciais. Se não tratados, esses esforços podem se redistribuir com o tempo ou quando expostos às temperaturas de serviço, resultando em deformação da peça, perda de estabilidade dimensional e falha em atender às tolerâncias geométricas. Um Tratamento Térmico de Alívio de Tensões é aplicado para eliminar esses esforços, garantindo que a peça permaneça estável geometricamente em serviço.
2. Restaurar a Microestrutura Ótima e as Propriedades Mecânicas
Superligas são normalmente fornecidas em condição “annealed” ou “over-aged” (amolecida) para facilitar a usinagem. As propriedades finais de classe mundial — resistência à tração excepcional, resistência ao creep e vida útil à fadiga — não estão presentes no estado como-usinado. Elas são ativadas e fixadas através de uma sequência precisa de tratamentos térmicos:
Tratamento de Solução (Solution Treatment): Aquecer a liga a uma temperatura elevada para dissolver todas as fases secundárias de reforço (como gamma prime γ') em uma solução sólida uniforme, redefinindo efetivamente a microestrutura.
Endurecimento por Precipitação (Aging): Aquecer a peça a uma temperatura intermediária específica por um período prolongado, promovendo a dispersão uniforme de precipitados nanoscale (γ' ou γ'') na matriz. Este passo proporciona o aumento dramático de resistência e a capacidade em altas temperaturas.
Evita-se usinagem após o passo final de envelhecimento, pois o material torna-se extremamente duro e abrasivo, dificultando o corte e aumentando o risco de micro-trincas.
3. Reparar Danos Induzidos pela Usinagem e Melhorar a Integridade da Superfície
O processo de corte pode causar danos microestruturais na superfície, como:
Deformação Plástica e Endurecimento por Trabalho: Criação de uma camada superficial frágil e instável.
Micro-trincas: Pequenas fissuras que podem atuar como pontos de iniciação para falha por fadiga.
Alteração da Química de Fase: Na superfície imediata devido ao aquecimento localizado extremo.
O tratamento térmico pós-usinagem ajuda a recuperar a microestrutura nessa zona afetada, melhorando a integridade da superfície e a resistência da peça à fadiga e ao cracking por corrosão sob tensão, crítico para componentes nas indústrias de Aeroespacial e Geração de Energia.
Sequência Típica para um Componente Crítico
Usinar a partir do Material Annealed: Desbaste e semi-acabamento, deixando uma pequena sobra de material.
Alívio de Tensões Intermediário: Relaxar esforços provenientes do desbaste para prevenir deformações durante a usinagem final.
Usinagem Final: Obter dimensões e acabamento superficial finais.
Tratamento de Solução e Envelhecimento: Realizar o ciclo final de tratamento térmico para atingir as propriedades mecânicas desejadas.
Em resumo, o tratamento térmico pós-usinagem é essencial para garantir estabilidade dimensional, ativar as propriedades mecânicas projetadas e assegurar a integridade estrutural de longo prazo de componentes de superligas que operam sob cargas térmicas e mecânicas extremas. Ele transforma uma forma usinada em uma peça de engenharia confiável e de alto desempenho.
