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Tratar o material a temperaturas extremas, altas ou baixas permite que os engenheiros, efetivamente, altere sua microestrutura interna. Isso, por sua vez, modifica a parte física, química e mecânica das matérias-primas ou produtos acabados. Existem vários meios de tratamento térmico, cada um deles produz um efeito único em um determinado material. Recozimento, por exemplo, envolve o resfriamento lento dos metais, que altera o padrão molecular para melhorar a flexibilidade e a maleabilidade.

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Endurecimento tem o efeito oposto, pois aumenta a rigidez e a força.Os tratamentos térmicos adicionais incluem nitretação, têmpera, normalização, sinterização, revenimento e soldadura. Fornos especiais permitem também o tratamento por indução, bem como o a vácuo. Estas ferramentas, entre outras, tais como lasers, mantas de aquecimento e banhos de sal são cuidadosamente calibrados para manipular a composição dos materiais tratados termicamente. É essencial que os dispositivos sejam mantidos com o aquecimento e a refrigeração adequados, pois o contrário pode causar efeitos desastrosos, dependendo da aplicação. Ao empregar materiais tratados termicamente em qualquer setor é importante compreender as capacidades dos materiais tratados, que variam dependendo da composição química específica da matéria-prima. O alumínio tratado termicamente é muito diferente do aço tratado, que, por sua vez, se difere significativamente do aço inoxidável tratado termicamente. Embora este procedimento em metais seja a aplicação mais comum, outros materiais, como vidros, cerâmicas e polímeros, também podem se beneficiar do processo mencionado neste artigo.

Os centros de serviços para tratamentos térmicos geralmente começam a atuar no final do projeto. Ao invés de solicitar um determinado procedimento, muitos clientes comunicam o resultado desejado ou fazem exigências para uma parte específica de um material. Metalúrgicos ou profissionais especializados em outros tratamentos de calor, então, determinam as operações necessárias para alcançar as propriedades preferidas, como mecânica, química e física. A decisão começa com uma análise dos próprios materiais. Como já mencionado, os materiais podem variar amplamente, mas cada um tem uma microestrutura particular. Pequenos grãos ou cristais formam uma rede complexa, cuja estrutura se reflete nas características das matérias-primas e produtos semi-acabados. O material é então aquecido até atingir sua temperatura crítica, exatamento no ponto em que a rede começa a ser desfeita. A temperatura exata, a taxa de aquecimento e a duração das aplicações de calor variam dependendo do objetivo final. O resfriamento também varia da mesma forma. Para conseguir um resfriamento rápido, gases ou líquidos são aplicados no material. Se o arrefecimento é rápido, o material terá grãos grosseiros que proporcionam excelente resistência e rigidez. O resfriamento rápido, por outro lad, produz flexibilidade e maleabilidade, reduzindo o tamanho dos grãos.

Além da determinação dos períodos de aquecimento e resfriamento e temperaturas, existem vários tipos de tratamento térmico disponíveis. O recozimento é um dos tratamentos térmicos mais utilizados. Ele consiste em submeter os materiais a temperaturas consistentemente elevadas por um período pré-determinado de tempo e depois, lentamente, essesmateriais são resfriados, de modo a reduzir a segregação composicional. O resultado disso são materiais mais dúcteis com grãos finos, que permitem a dobra, sem fragilidade ou fissuras. Enquanto muitos procedimentos, como o recozimento, se relaconam mais com as propriedades físicas, outros dependem das propriedades químicas. O endurecimento, por exemplo, exige materiais como carbono, com elevado teor de nitrogênio. Têmpera, nitretação e muitos outros processos também são usados para alterar a dureza, resistência à tração, elasticidade e resistência ao impacto de materiais para a produção de acabados ou para formar estoque pronto para uso em uma ampla gama de aplicações. Já a normalização consiste em aquecer o material ou produto e, em seguida, resfriando-o em temperatura ambiente. Isto essencialmente apaga os tratamentos térmicos anteriores.

A capacidade de manipular a estrutura atômica interna de metais, vidros, cerâmicas e polímeros permite que os engenheiros produzam ligas de aplicação e produtos específicos. Enquanto algumas aplicações são personalizadas, materiais industriais e comerciais podem ser tratados para as opções secundárias. O tratamento térmico na verdade, amplia as possibilidades de um determinado material, tornando-o mais facilmente manipulado e usinado. Indústrias como a automobilística, de sistemas de hardware, construção civil, de estamparia, marítima, aeroespacial e outras, comumente utilizam um ou mais procedimentos de tratamento térmico na produção de diversos produtos, tais como talheres finos, componentes ferroviários e mesmo instrumentos musicais.

Como o tratamento térmico altera a força física e a estabilidade molecular de um material, é extremamente importante que os cálculos e equipamentos sejam analisados corretamente. Cálculos imprecisos ou equipamentos ineficazes não podem produzir peças capazes de exercer as tarefas para ais quais foram concebidos. Além disso, as pessoas envolvidas em qualquer processo de tratamento térmico devem usar vestuários de proteção e ter extintores de incêndio à mão para evitar queimaduras ou incêndios. A possibilidade de incêndio acidental é uma das principais desvantagens do método, bem como o alto custo desse processo devido ao uso intensivo de energia. A adequada manutenção, no entanto, garante que o procedimento continue a servir um grande número de setores industriais, comerciais e até mesmo nacionais com materiais específicos de aplicação com melhor resistência e ductilidade.