Óleos aromáticos envelhecem rapidamente, tendo uma pequena resistência à oxidação. Apesar das boas propriedades de molhamento, raramente são utilizados como óleos de têmpera. Os óleos naftênicos apresentam moderada estabilidade ao envelhecimento e uma melhor relação de viscosidade/temperatura em relação aos óleos aromáticos. Por outro lado os óleos parafínicos exibem propriedades de resfriamento menos favoráveis, porém, são mais resistentes à oxidação e mostram boa relação viscosidade/temperatura. Assim esses óleos altamente refinados formam a base necessária para muitas formulações de óleos de têmpera modernos.

Os óleos de têmpera são, geralmente, classificados por sua velocidade de resfriamento, viscosidade e temperatura de uso. Os três principais tipos de óleos de tempera são:

· Óleos convencionais (não acelerados) ou óleos frios;
· Óleos acelerados;
· Óleos de martêmpera ou quentes.

Os óleos de têmpera convencionais contém aditivos para reduzir a oxidação térmica sem nenhuma função de aumentar a taxa de resfriamento.

Os óleos de tempera acelerados geralmente contém mais de um aditivo, inibidores de oxidação e aditivos para aumentar a molhabilidade peça/óleo. Podem ser adicionados na fase vapor, convecção ou ambas com o objetivo de tornar o óleo mais rápido. Na fase vapor o aditivo reduz o tempo de duração da mesma aumentando a severidade de têmpera.

Nos últimos anos, porém, foram desenvolvidos óleos chamados de alto rendimento com qualidades superior aos óleos acelerados, contendo outros aditivos, tais como: inibidores de oxidação, detergentes, inibidores de borra, antiespumantes, dispersantes e aditivo acelerador na fase vapor. Evita-se adicionar aditivo acelerador na fase convecção em virtude de favorecer o empenamento e trincas.

Na prática quando são utilizados óleos convencionais (lentos) ou rápidos, o banho é aquecido entre 50 a 90°C, com o objetivo de diminuir a viscosidade, facilitar a agitação e reduzir as perdas por arraste. No caso dos óleos rápidos, exceder a 90°C, o mesmo tende a perder lentamente o aditivo acelerador.

Os óleos de martêmpera, ou óleos quentes, são usados em temperaturas entre 120 e 230°C. O tratamento de martêmpera é usado para diminuir os gradientes térmicos entre a superfície e o núcleo das peças. Esses gradientes criam tensões internas que por sua vez são fontes geradoras de distorções e trincas.

Geralmente são formulados a partir de óleos minerais refinados de base parafínica otimizando a oxidação e estabilidade térmica.

As propriedades mais importantes deste óleo são o alto ponto de fulgor, a baixa volatilidade, boa resistência à oxidação e boa estabilidade térmica. A perda por arraste desse tipo de óleo é drasticamente diminuída quando o mesmo é formulado com antioxidantes eficientes. Aditivos aceleradores não são indicados para esse tipo de óleo uma vez que contém, uma pequena fase vapor dificultando o efeito do aditivo e na fase de convecção acelera a mesma de modo a contrariar os princípios da martêmpera que é aproximar as curvas de resfriamento superfície e núcleo da peça.

Levando-se em consideração o envelhecimento do banho de óleo, incluem a decomposição térmica de hidrocarbonetos pesados em compostos mais voláteis ou gasosos e a oxidação de alguns compostos. Os produtos de oxidação sofrem uma polimerização que resulta num aumento considerável da viscosidade do óleo. Os hidrocarbonetos oxidados são instáveis e acabam por conduzir a formação de borra que se depositam nas paredes dos tanques de têmpera e dos tubos, entupindo os trocadores de calor e filtros. Nestas condições, é provável que o processo de tempera não se processe de forma uniforme.

Medindo a viscosidade, acidez e o ponto de fulgor de um óleo que já está em uso há algum tempo, o grau do seu envelhecimento pode ser determinado. É bem conhecido que um aumento da viscosidade, acidez ponto de fulgor indicam um aumento da oxidação do óleo, uma diminuição da viscosidade e uma diminuição do ponto de fulgor indica decomposição química (degradação), e um aumento da viscosidade que ocorre em conjunto com uma diminuição do ponto de fulgor, indica que o óleo foi submetido tanto a oxidação como a decomposição química.

A resistência à oxidação de um óleo pode ser tratada como um critério convencional para avaliar a sua vida útil, mas este parâmetro é de particular importância quando se analisam óleos a alta temperatura.

Além das propriedades discutidas o teor de água é muito importante, não deve exceder a 0,05%. A presença de água no óleo de têmpera aumenta gradativamente o potencial de incêndio ou mesmo o risco de explosão . Mesmo uma pequena quantidade (abaixo de 0,1%) pode produzir efeitos indesejável tais como: ponto mole, empenamento excessivo e trincas.

Uma situação muito perigosa ocorre quando um óleo contaminado com água é utilizado em equipamento fechado onde o espaço acima do óleo é preenchido com uma atmosfera protetora. Neste caso, o oxigênio contido na atmosfera é isolado e a espuma gás-óleo pode facilmente entrar na câmara de aquecimento podendo resultar numa explosão. Um fator adicional que cria uma situação difícil de controlar é quando o óleo não pode ser observado e o operador não consegue notar os primeiros sintomas da formação de espuma.

Os sintomas típicos que indicam a presença de água num óleo são:
· A pulverização e o som característico (som de fritura);
· Espuma excessiva, especialmente quando a carga esta sendo resfriada;
· O fogo não se extingue mesmo depois da carga ter sido completamente submersa;
· O óleo torna-se turvo com aspecto leitoso.

Se tais sintomas ocorrerem, a operação deve ser interrompida e o óleo deve ser analisado quanto à contaminação da água.

A inflamabilidade dos óleos de têmpera é a sua principal desvantagem. Em regra geral, não é o óleo em si que se incendeia, mas, os seus vapores que juntamente com o oxigênio formam uma mistura inflamável. As principais causas da ignição dos vapores de óleo e do ar são:
· Sobreaquecimento do óleo quando a relação entre volume de óleo e Kg da carga é muito baixa;
· Sobreaquecimento do óleo nas laterais da carga quando o óleo esta mal agitado ou sua viscosidade é muito elevada ;
· As partes da peça não estão completamente submersas;
· A carga esta sendo imersa muito lentamente;
· A contaminação da agua excede o valor permitido;
· A carga é retirada do óleo por um tempo muito curto após a submersão.

A relação entre volume de óleo e quantidade em kg de carga deve ser de cerca de 10:1. Quando a agitação do óleo é constante e tipo turbulência (forte) à relação pode ser reduzida para 7:1.

Referência Bibliográfica:
Quenching Theory and Technology
Second Edition
Boidas Liscic
Hans M. Tensi
Lauralice C. F. Canale
George E. Totten

Autor: Ovidio Crnkovic (Com Doutorado em Engenharia Metalúrgica e de Materiais pela UFRJ (1991), foi Prof.Doutor e Metalurgia na USP e atualmente é Consultor Técnico em Tratamento Térmico na Energis8 Brasil.)

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Existem outras classificações tais como: lento, rápido e super-rápido.
Os óleos convencionais possuem uma fase vapor longa, durante a qual a velocidade de resfriamento é muito baixa, aumentando durante a fase de bolhas seguida novamente por um resfriamento bastante lento na fase de convecção.

Os óleos acelerados são formulados contendo um ou mais aditivos para aumentar a sua taxa de resfriamento. A função do aditivo da fase vapor é aumentar a habilidade do óleo no melhoramento da superfície do metal. Com isso a fase nucleação de bolhas ocorrerá em temperaturas altas dificultando a transformação da austenita em perlita fina.

A aditivação na fase convecção aumenta a velocidade do óleo atingindo a temperatura Ms mais rápido do que no caso anterior, aumentando um pouco a fase vapor, sendo que nesse caso, a nucleação de bolhas ocorrerá em temperatura mais baixa.

A utilização de aditivos combinados também é uma prática de alguns fabricantes. Um aditivo na fase vapor e outro aditivo na fase convecção. Nesse caso teremos um óleo com uma fase vapor pequena e uma fase convecção rápida.

Quando no tratamento convencional, distorções, empenamentos e trincas estão sendo difíceis de serem minimizadas pode-se fazer o mesmo em sais fundidos ou óleo de alto ponto de fulgor.

Esse tratamento é chamado de martêmpera sendo realizado em um banho mantido a alta temperatura, um pouco acima ou abaixo do Ms do aço com o objetivo de aproximar as temperaturas da superfície e núcleo e em seguida resfriar ao ar. Desse modo a diminuição dos gradientes térmicos na fase de convecção evitam distorções e trincas.

Os óleos minerais por serem muito viscosos apresentam uma fase vapor pequena a qual não se altera com a adição de aditivo de acelerador na mesma. Portanto, o mesmo só pode ser adicionado na fase de convecção aumentando a velocidade e resfriamento juntamente na região que se deseja aproximar as temperaturas superfície/núcleo da peça. Dependendo da geometria da mesma, o objetivo de minimizar empenamento e distorções não é alcançado.

Uma outra consideração que deve ser levada em conta é que a severidade do sal fundido é levemente superior ao do óleo de martêmpera na fase convecção podendo ocorrer empenamento e distorções maiores do que no óleo. Dentre os métodos já desenvolvidos, a análise de curva de resfriamento tem sido aceita como o método mais vantajoso de se descrever o complexo mecanismo de resfriamento.

É muito importante que o responsável pelo tratamento térmico consiga com seu fornecedor todas as informações técnicas a respeito do tipo de óleo adquirido, se contém aditivos que modificam a taxa de resfriamento (fase vapor, convecção ou ambas), faixa ideal de trabalho, como também as características físicas-química.

Autor: Ovidio Crnkovic
Com Doutorado em Engenharia Metalúrgica e de Materiais pela UFRJ (1991), foi Prof. Doutor de Metalurgia na USP e atualmente é Consultor Técnico em Tratamento Térmico na Energis8 Brasil.

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