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O tratamento térmico de ligas de alumínio trabalháveis

Qual é o tempo de tratamento recomendado para a solubilização das ligas trabalháveis? Quais são as restrições para o retratamento térmico de produtos alclad? Quais são os tratamentos recomendados de recozimento (têmpera O) para as ligas de alumínio trabalháveis? O que é a fusão eutética e porosidade induzida? Essas dúvidas estão sendo esclarecidas na NBR 12315 de 05/2020 - Ligas de alumínio trabalháveis - Tratamento térmico – Requisitos.

27/05/2020 - Equipe Target

NBR 12315 de 05/2020 - Ligas de alumínio trabalháveis - Tratamento térmico - Requisitos

A NBR 12315 de 05/2020 - Ligas de alumínio trabalháveis - Tratamento térmico – Requisitos estabelece os requisitos para os tratamentos térmicos de recozimento, solubilização e envelhecimento de ligas de alumínio trabalháveis laminadas, extrudadas, trefiladas e forjadas para uso geral.

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Qual é o tempo de tratamento recomendado para a solubilização das ligas trabalháveis?

Quais são as restrições para o retratamento térmico de produtos alclad?

Quais são os tratamentos recomendados de recozimento (têmpera O) para as ligas de alumínio trabalháveis?

O que é a fusão eutética e porosidade induzida?

Quanto à resposta a tratamentos térmicos, as ligas de alumínio são classificadas em ligas de alumínio tratáveis termicamente, que são aquelas que podem ser endurecidas, isto é, apresentam aumento da resistência mecânica, por tratamento térmico a partir de ciclos controlados de aquecimento e resfriamento. Adicionalmente, estas ligas também podem ser endurecidas por trabalho a frio. Esta classificação abrange, tipicamente, as ligas trabalháveis de alumínio das séries 2xxx, 6xxx e 7xxx.

Igualmente, recebem a classificação de ligas de alumínio não tratáveis termicamente, que são aquelas que não são passíveis de sofrerem aumento da resistência mecânica a partir da realização de tratamentos térmicos, porém podem ser endurecidas por trabalho a frio. Apesar destas ligas serem classificadas como não tratáveis termicamente podem ser realizados tratamentos térmicos que não possuem como objetivo final o aumento da resistência mecânica, como o de recozimento. NOTA Esta classificação abrange, tipicamente, as ligas trabalháveis de alumínio das séries 1xxx, 3xxx, 4xxx, 5xxx e 8xxx.

As ligas de alumínio são tratadas termicamente em fornos de câmara a ar ou banhos de sais fundidos; entretanto, banhos de chumbo, banhos a óleo ou leitos fluidizados podem ser utilizados. O uso de aquecimento sem controle não é permitido. Qualquer que seja o meio de aquecimento empregado, uma avaliação é requerida para assegurar a efetividade do tratamento térmico e também para que não haja superaquecimento.

Os fornos com câmara de ar podem ser aquecidos a óleo, a gás ou por resistências elétricas. Os componentes do forno que são significantemente mais aquecidos do que o material a ser tratado devem possuir proteção metálica com espessura máxima de 6,35 mm para prevenir efeitos adversos de radiação. Fornos com câmara de ar utilizados para realizar tratamento térmico de solubilização devem ter atmosfera controlada, de forma a prevenir a ocorrência de porosidades no material intrínseca a este processo.

A adequabilidade da atmosfera destes fornos pode ser avaliada de acordo com a fusão eutética e porosidade induzida. A porosidade induzida pelo tratamento térmico de solubilização pode diminuir as propriedades mecânicas e ocasionar comumente bolhas na superfície do material. É mais comum ocorrer essa condição em fornos cujos produtos de combustão entram em contato com o material, particularmente se os gases contiverem elevado vapor de água ou compostos de enxofre.

Em geral, as ligas trabalháveis de alta resistência das séries 2xxx e 7xxx são mais suscetíveis à porosidade. Produtos alclad e ligas de baixa resistência mecânica são praticamente imunes a este tipo de dano. Filmes anódicos e revestimentos de tratamento térmico patenteados são também vantajosos na proteção contra a porosidade resultante do tratamento térmico de solubilização.

A descoloração superficial é um resultado normal deste tratamento térmico de solubilização e não pode ser interpretada como evidência de dano por superaquecimento ou como porosidade induzida pelo tratamento térmico. Os banhos de sal apresentam aquecimento rápido e uniforme do material, neste meio de aquecimento não ocorre oxidação do alumínio devido a altas temperaturas, as quais são controladas por meio de sensores.

Após estabelecido o padrão de temperatura recorrente ou o equilíbrio térmico na zona de trabalho, a temperatura do forno deve ser mantida dentro dos limites das variações estabelecidas abaixo em todos os controles e sensores do forno: variação de ± 8,5 °C para fornos usados somente para solubilização das ligas da série 6xxx, para as quais a tabela abaixo especifica uma variação de ± 8,5 °C ou mais; variação de ± 6 °C para fornos usados para outras solubilizações e qualquer tratamento de envelhecimento.

A precisão do sistema de medição de temperatura deve ser verificada semanalmente sob condições de operação. Esta verificação deve ser feita a partir da inserção de um segundo sensor de temperatura calibrado próximo ao sensor de temperatura do forno. A leitura deste segundo sensor deve ser realizada com potenciômetro de ensaio calibrado. Quando o forno for equipado com sistemas de potenciômetro de medição dupla, que são verificados diariamente um com o outro, esta verificação pode ser realizada a cada três meses, em vez de semanalmente.

O sensor de temperatura, o potenciômetro e a combinação da compensação da conexão fria devem ter sido calibrados por instituição acreditada com exatidão de ± 1,1 °C nos últimos três meses. Deve ser realizado levantamento de uniformidade de temperatura em fornos e banhos de sal para assegurar a concordância com os requisitos especificados nessa norma. Um novo levantamento de uniformidade de temperatura deve ser feito após qualquer modificação, reparo, ajuste (por exemplo, nos controladores de energia ou defletores) ou reconfiguração que altere as características da uniformidade de temperatura do forno ou banho de sal, e também caso sejam constatadas alterações na efetividade do tratamento térmico a partir do acompanhamento do material.

O levantamento inicial de temperatura deve ser feito nas temperaturas máximas e mínimas dos tratamentos de solubilização e de envelhecimento para cada forno a ser utilizado. Deve haver no mínimo nove posições de ensaio, sendo uma em cada canto do forno e uma no centro, considerando-se que haja ao menos uma posição de ensaio para cada 0,69 m3 de volume de ar, não devendo ser ultrapassado o máximo de 40 posições de ensaio. Para banhos de sal, uma posição de ensaio é requerida para cada 1,1 m³ de volume.

Após o levantamento inicial, cada forno deve ser analisado mensalmente, exceto como estabelecido em 5.3.8 e 5.3.9. As análises mensais devem ser feitas nas temperaturas de operação para solubilização e para envelhecimento. Durante os levantamentos de uniformidade de temperatura do forno, devem ser utilizados sensores de ensaio móveis para determinar a uniformidade e distribuição reais de temperatura. Os sensores de controle da zona de trabalho devem ser utilizados para determinar a temperatura de ensaio.

Deve haver pelo menos um sensor de temperatura para cada 1,1 m³ de volume de carga, com um mínimo de nove sensores de temperatura, sendo um em cada canto do forno e um no centro. Para fornos de até 0,28 m³, o levantamento de uniformidade de temperatura pode ser feito com o mínimo de três sensores de temperatura, sendo posicionados na frente, centro e fundo do forno, ou no topo, centro e base. É recomendado o uso de um termopar de carga em fornos pequenos.

Os levantamentos de uniformidade de temperatura devem refletir as características normais de operação do forno. Se o forno for carregado após ser estabilizado na temperatura de operação preestabelecida, os sensores de temperatura devem ser carregados nas mesmas condições. Se o forno for carregado frio, os sensores de temperatura devem ser carregados frios. Após a inserção dos sensores de temperatura, leituras devem ser tiradas frequentemente para determinar quando a temperatura da região mais quente do forno se aproxima da faixa inferior de temperatura estabelecida.

A partir deste momento até que o equilíbrio térmico seja alcançado, a temperatura em todos os locais deve ser determinada com intervalo máximo de 2 min, para detectar qualquer superaquecimento. Após o equilíbrio térmico ser atingido, leituras devem ser feitas em intervalos de 5 min, por 30 min no mínimo, para determinar o padrão de temperatura recorrente.

Os resultados destes levantamentos devem demonstrar que a variação máxima de temperatura (da leitura mais fria para a mais quente) entre todos os sensores de temperatura e os sensores de controle do forno está dentro da faixa de uniformidade de temperatura aplicável estabelecida em 5.2; todas as leituras dos sensores de temperatura estão dentro da faixa de temperatura do tratamento térmico especificado que está sendo analisado. O tipo de levantamento, e os procedimentos para se realizar as análises em fornos contínuos, devem ser estabelecidos para cada forno envolvido em particular.

Os tipos de fornos de tratamento térmico contínuo variam consideravelmente, dependendo da forma e dimensões dos produtos. Em determinados casos convém realizar a análise do forno a partir de estudo das propriedades mecânicas do produto tratado termicamente, os quais devem estar de acordo com a tabela abaixo. Análises de uniformidade de temperatura do forno devem ser realizadas mensalmente, usando-se um mínimo de dois sensores de temperatura fixados ao material que está sendo tratado.

Os levantamentos devem refletir as características preestabelecidas de operação do forno. Os resultados destes levantamentos devem demonstrar que a variação máxima de temperatura (da leitura mais fria para a mais quente) entre todos os sensores de temperatura e de controle está dentro da faixa de uniformidade de temperatura aplicáveis estabelecida em 5.2; todas as leituras dos sensores de temperatura estão dentro da faixa especificada para o tratamento térmico analisado.

A uniformidade de temperatura em um banho de sal pode ser determinada utilizando-se um sensor de temperatura envolto por um tubo de proteção. O sensor de temperatura deve ser colocado em uma posição até que o equilíbrio térmico tenha sido alcançado e feito uma leitura. O sensor de temperatura deve então ser colocado em um novo local e o procedimento repetido. Estas operações devem ser repetidas até que a distribuição de temperatura em todas as partes do banho tenha sido determinada.

Os resultados destes levantamentos devem demonstrar que a variação máxima de temperatura (da leitura mais fria para a mais quente) está dentro da faixa de uniformidade de temperatura aplicáveis estabelecida em 5.2; todas as leituras dos sensores de temperatura estão dentro da faixa de especificada para o tratamento térmico analisado. A periodicidade requerida para os levantamentos torna-se semestral após realizados seis levantamentos mensais consecutivos, incluindo o levantamento inicial conforme 5.3.2, desde que sejam atendidas todas as seguintes condições: os levantamentos prévios de uniformidade de temperatura apresentam histórico de desempenho dentro dos parâmetros preestabelecidos por um período de seis meses consecutivamente; em adição a cada sensor de controle da zona de trabalho, o forno ou banho de sal deve ser equipado com instrumento multiponto de registro permanente, com pelo menos um sensor adicional de monitoramento de temperatura em cada zona ou com um ou mais sensores de monitoramento da carga para medir a temperatura real do metal em cada zona.

Os sensores de controle da zona de trabalho e os sensores de monitoramento da carga devem ser instalados de forma a registrar a temperatura dos meios aquecidos (ar, banho de sal, dentre outros) e as temperaturas reais do metal. A frequência do levantamento para fornos utilizados exclusivamente para envelhecimento pode ser semestral após a conclusão de seis levantamentos mensais consecutivos, incluindo o levantamento inicial conforme 5.3.2, desde que sejam atendidas as seguintes condições: o forno utiliza registro multiponto contínuo dos dados de temperatura; ou um ou mais sensores de monitoramento de carga são empregados para medir e registrar as temperaturas reais do metal.

Os instrumentos utilizados para controlar, monitorar e registrar a temperatura do forno devem ser calibrados anualmente e também antes do primeiro uso. A calibração deve ser realizada com um instrumento que tenha sido calibrado dentro do período de 12 meses por instituição acreditada com precisão de ± 1,1 °C. A calibração dos instrumentos de controle, monitoramento ou registro deve ser realizada conforme instruções do fabricante ou, se as instruções do fabricante não forem utilizadas com um mínimo de três dados de sensores simulados nos pontos mínimo, médio e máximo da faixa de temperatura de operação qualificada do forno.

A calibração dos instrumentos de controle, monitoramento ou registro pode ser realizada em uma carga de processo (para uma simples faixa de temperatura), se a temperatura do forno permanecer dentro da tolerância de processamento e for registrada para indicar a ocorrência de calibração. Os limites de calibração são de ± 1,1 °C ou 0,3 % da temperatura máxima do levantamento do equipamento (utilizar o maior resultado).

O arranjo da carga de produto deve assegurar que o aquecimento e o resfriamento tenha acesso a todas as superfícies para cada peça da carga. O carregamento em banho de sal em cestos contendo produtos de pequenos tamanhos, como rebites ou forjados, deve ser controlado pela limitação da profundidade da carga em cada camada e pela manutenção do espaçamento mínimo entre as camadas, a fim de garantir a uniformidade térmica da carga. O ensaio periódico do produto (ver tabela abaixo) deve ser realizado para assegurar que produtos de pequenos tamanhos resfriados em cestos não apresentem maior suscetibilidade à corrosão intergranular do que produtos resfriados individualmente sem cestos.

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Convém que os ensaios sejam efetuados uma vez por mês ou mais frequentemente, quando acordado entre fabricante e cliente. A determinação das propriedades mecânicas, por exemplo, é tipicamente um ensaio de liberação. Recomenda-se ensaiar uma carga por forno por mês. Se a carga de trabalho incluir mensalmente lâminas e chapas tanto quanto outros tipos de materiais, convém que sejam ensaiadas, de acordo com a tabela acima, uma carga de lâminas e outra de chapas. Se este tipo de produto não for tratado termicamente durante o mês, convém que a carga de ensaio seja aquela correspondente ao maior número de ensaios determinado pela tabela acima.

FONTE: Equipe Target

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