Fevereiro 2010
TTTDe2010
25 a 28
de Abril
pág. 30
Tratamento Térmico
para blocos e cabeçotes
de alumínio pág. 26
Tratamento Térmico
sob Vácuo - parte III pág.15
Sinterização em Atmosfera
de Hidrogênio pág.19
Recozimento Brilhante
do Cobre e suas Ligas pág.22
Inscreva-se
Induction Heating Solutions
• Tratamento Térmico
• Forjaria & Conformação
• Aquecimento de Tubos
• Brazagem & Solda
• Aplicações Especiais
Indução é o mais eficiente e controlado método
de aquecimento utilizado para o processo térmico de metais. Sua natureza, sem contato permite altas
taxas de produção atendendo os mais exigentes requisitos metalúrgicos. O aquecimento localizado e
o acoplamento direto com a peça minimizam o calor dissipado para o ambiente aumentando a
segurança e conforto do operador. Como líder em inovação de soluções para o aquecimento por
indução, a ABP Induction possui o suporte necessário para atender suas necessidades particulares.
OEM for Westinghouse, Pillar, Cycle-Dyne, ASEA, BBC, and ABB induction equipment.
ABP Induction, BR • Av. Tégula, 888 F16 • Atibaia • SP • +55 11 2119-1201 / 2119-1213 • [email protected]
www.abpinduction.com/heating
CONTEÚDO
Fevereiro 2010 • No. 5
15
Vácuo/Tratamento de Superfície
Avanços na Tecnologia do Tratamento Térmico
sob Vácuo - parte III
A R T I G O S
Daniel H. Herring – The HERRING GROUP, Inc., Elmhurst, III.
Neste terceiro e último artigo, examinaremos os desenvolvimentos
tecnológicos no tratamento térmico sob vácuo e olharemos para o
seu futuro.
19
Cerâmicas e Refratários /Isolantes Térmicos
Sinterização em Atmosfera de Hidrogênio:
isto destrói o refratário
Doug Thurman – Sunrock Ceramics Company; Broadview, III.
Com o foco da pesquisa pesada em energia renovável e em uma
emergência potencial de “economia de hidrogênio” em algum
ponto do futuro, o elemento hidrogênio tem sido um bom tópico
no noticiário atual. Em alguns setores do mundo do aquecimento
industrial, entretanto, o hidrogênio tem sido assunto há décadas.
22
Gases Industriais/Combustão
Recozimento Brilhante do Cobre e suas Ligas
Paul F. Stratton – Linde Gas; Sheffield, U.K.
O recozimento da maioria das ligas à base de cobre não
exige muito em termos de atmosfera protetora. Entretanto, a
atmosfera protetora utilizada pode ser crítica para a qualidade
externa do produto final.
26
Tratamento Térmico não-ferrosos
Novas Tecnologias de Tratamento térmico para
Blocos e Cabeçotes de Alumínio
T. D. Donofrio – Can-Eng Furnaces, Ltda.; Niagara Falls, CANADÁ
Nesse artigo, Can-Eng Furnaces International Ltda. descreve como
peças de alumínio tanto fundidas como conformadas podem se
beneficiar de um moderno sistema de forno rotativo desenvolvido
para se beneficiar dos conceitos improdutivos da manufatura.
www.revistaIH.com.br - Fevereiro 2010 3
CONTEÚDO
COLUNAS
Editoriais
05 Sinal dos Tempos (Por Reed Miller - EUA)
Descrevemos uma nova tecnologia da metalurgia
chamada Mobile Tagging, um dos sinais econômicos
para 2010. Veja uma Tag (etiqueta) em qualquer lugar
desta edição e use seu telefone celular para encontrar
mais na internet.
06 Nos Adequando Novamente (Por Udo Fiorini - Brasil)
Estamos prevendo a possibilidade de imprimirmos
mais edições, procurando chegar no que havíamos nos
colocado como meta no principio: fazer da Industrial
Heating, em sua edição brasileira, uma revista bimestral.
07 O Doutor em Tratamento Térmico™
A busca pelo Foto – Combustão Básica
Dan Herring explora o que é a combustão
e como podemos usá-la com segurança e
eficiência. São apresentados tópicos como
recuperadores e regeneradores, e também
os benefícios das misturas combustível-ar
mais adequadas.
10 Você Sabia?
Construção de uma Bicicleta
Essa é uma boa época do
ano para andar de bicicleta.
Aprenda. Conheça sobre
a história da bicicleta e e
como o processo térmico
e tecnologia de materiais
desempenham um papel
em seu próximo passeio.
DEPARTAMENTOS
06 Índice de Anunciantes
11 Novidades da Indústria
12Catálogos
14Produtos
30 5ª Conferência TTT
32 Eventos da Indústria
4 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br
EQUIPE DE EDIÇÃO BRASILEIRA
S+F Editora (19) 3288-0437 www.sfeditora.com.br
Fernando Cézar Passos - Jornalista Responsável - Mtb 14.766
Udo Fiorini - Editor
[email protected] • (19) 9205-5789
Sunniva Simmelink - Marketing
[email protected] • (19) 9229-2137
Ana Lucia Godoi - Vendas
[email protected] • (11) 8451-0678/ (11) 4587-6200
Alexandre Farina - Tradução
Paula Farina - Tradução
[email protected]
ESCRITÓRIO CORPORATIVO NOS EUA
Manor Oak One, Suite 450, 1910 Cochran Road, Pittsburgh, PA 15220, EUA • Phone: +1 412-531-3370 Fax:
412-531-3375 • www.industrialheating.com
Doug Glenn Diretor Geral Mundial
+1 412-306-4351 • [email protected]
EDIÇÃO E PRODUÇÃO NOS EUA
Reed Miller Associate Publisher/Editor–M.S. Met.
Eng., [email protected] • +1 412-306-4360
Bill Mayer Editor Associado,
[email protected] • +1 412-306-4350
Dan Herring Editor Técnico
Beth McClelland Gerente de Produção,
[email protected] • +1 412-306-4354
Brent Miller Diretor de Arte,
[email protected] • +1 412-306-4356
REPRESENTANTE DE PUBLICIDADE NOS EUA
Kathy Pisano Advertising Director,
[email protected]
Ph: +1 412-306-4357 - Fax: +1 412-531-3375
DIRETORES CORPORATIVOS
Edição: Timothy A. Fausch
Edição: David M. Lurie
Edição: John R. Schrei
Desenv. de Mercado: Christine A. Baloga
Custom Media: Steve M. Beyer
Estratégia Corporativa: Rita M. Foumia
Tecnologia da Informação: Scott Kesler
Produção: Vincent M. Miconi
Finanças: Lisa L. Paulus
Criação: Michael T. Powell
Marketing: Douglas B. Siwek
Guias: Nikki Smith
Recursos Humanos: Marlene Witthoft
Conferências e Eventos: Scott A. Wolters
A opinião expressada em artigos técnicos ou pelos
entrevistados são de sua total responsabilidade e não
refletem necessariamente a opinião dos editores.
BNP Media Helps People
Succeed in Business with
Superior Information
Editorial
Reed Miller, Associate Publisher/Editor | 412-306-4360 | [email protected]
O
Sinal dos Tempos
s tempos estão mudando na medida em que a economia se agita. Alguns economistas olham para os
metais como um termômetro do que está por vir. O
que os metais estão dizendo economicamente sobre os
próximos anos?
Analistas, procurando um sinal, focam na demanda por metais relativamente obscuros como o ródio. O ródio é usado na fabricação de
peças de automóvel, aproximadamente 80% em conversores catalíticos. Ao contrário dos metais preciosos - ouro
e platina - metais como o ródio não são negociados nas bolsas de valores. Isto significa que
os aumentos de preços são devido à procura
crescente por parte dos produtores e usuários
do metal.
O aumento de 60% do ródio, em meados de
outubro, é um bom sinal para a indústria automobilística e as indústrias relacionadas, que
respondem por 4% do PIB dos Estados Unidos
e emprega 10% da força total de trabalho. Da mesma forma a platina
e o paládio saltaram 56% e 117%, respectivamente. Ambos metais são
também essencialmente utilizados em conversores catalíticos. Uma
recuperação econômica vai inflar os preços desses metais ainda mais
devido a crescente demanda.
No comércio mundial de commodities, os metais tiveram as melhores
performances em 2009. No caso das commodities, os preços são afetados pela demanda, bem como a especulação de demanda. Quando
os investidores acreditam que um metal industrial será exigido devido
a uma melhoria na economia, eles compram o metal como investimento. O Cobre, que tem muitos usos industriais, estava acima de
139% em 2009, terminando o ano em $
3,3275/libra. O Cobre bateu um recorde de
US$ 3,4290 nas primeiras negociações de
2010. Uma greve na maior mina de cobre
do Chile pode causar ainda mais aumentos
de preços como a demanda de fornecimento mais escassa. Fora os efeitos da greve, os
analistas acreditam que os preços do cobre
poderão aumentar 10% nos próximos seis
meses.
O Chumbo - usado em baterias de carro mais do que dobrou em 2009. O zinco também subiu 125% no ano passado. O alumínio subiu "apenas" 50% por
problemas recentes de excesso de oferta. Analistas acreditam que o
aumento dos preços de metais comuns são sinais de bons tempos para
a economia porque é raro que todos os metais fundamentais subam
sem um crescimento econômico.
Mais um sinal econômico relacionado com os metais é o preço do
minério de ferro, que no final de 2009 teve uma alta na China, o
maior comprador. Os preços do minério de ferro subiram de 65-70%
em 2009, com aumentos regionais de 5-7%, sendo esperados só em
janeiro. 2010 pode ver um novo aumento no preço e na demanda
do minério de ferro e outras commodities relacionadas ao aço devido
a um esperado crescimento de 9,2% na demanda global do minério.
Mobile Tagging
Outro sinal dos tempos pode ser visto nesta página e em toda edição
de Industrial Heating. O Mobile Tag é o processo de ler um código
de barras 2D usando a câmera de um aparelho móvel. Isso permite
saber mais sobre alguma coisa com um link online direto. A maneira
como isso funciona é a seguinte. De um celular devidamente equipado, simplesmente fotografe ou escaneie uma imagem TAG (etiquetas
visuais que podem ser lidas pela câmera do celular) em qualquer lugar
que a veja - em editoriais ou anúncios (por exemplo, p. 27) contidas
nesta edição. Você pode começar a observar estes códigos em outras
publicações bem como nos anúncios. A etiqueta oferece acesso instantâneo a uma variedade de informações da internet.
A fim de testá-lo, tudo que você precisa fazer é baixar gratuitamente
o leitor de códigos em seu celular com acesso a internet. Quando vir
uma Tag, escaneie para interagir com o mundo à sua volta de novas
maneiras. O leitor de etiquetas pode ser encontrado no site gettag.
mobi com seu telefone celular.
A etiqueta desta página irá automaticamente mostrar este editorial
em seu telefone para leituras futuras. Outras Tags podem fazer o mesmo, ou podem encaminhá-lo a artigos adicionais ou informações não
contidas na revista. Dessa forma, as etiquetas permitem uma maior
interatividade usando os recursos da web durante a leitura de uma
revista impressa.
Nós percebemos que muitos leitores desta, e qualquer revista, podem
querer fazer uma pausa das ocupações da internet. Você pode não estar procurando uma forma de conectar sua revista à web. Isso é ótimo.
Você pode ignorar as tags se quiser. Mas para aqueles que querem tornar a leitura de suas revistas mais interativas ou desejam salvar um artigo no celular para consultas posteriores,
as Mobile Tags podem ser exatamente o
que você está procurando.
Se estiver interessado, experimente.
Acompanhe as etiquetas nas próximas edições de Industrial Heating
um sinal de que os tempos continuam
mudando, e nós queremos responder
As Tags da revista
adequadamente para trazer a você IH estão disponíveis
as últimas informações industriais apenas para artigos na
versão inglesa.
de forma que atenda a suas necessidades. IH
Reed Miller
Associate Publisher/Editor
5 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br
ARTIGO | Tratamento Térmico
Editorial
de não-ferrosos
Udo Fiorini, Editor | 19 9205-5789 | [email protected]
Nos Adequando Novamente
C
omo boa parte das empresas brasileiras, e por que
não dizer, mundiais, também nós da Industrial
Heating tivemos que rever o nosso planejamento
feito para o ano de 2009. Desde o inicio de nossas
operações prevíamos que de ano a ano estaríamos aumentando o
número de edições enviadas a profissionais. O segmento de tecnologias térmicas não é tão vasto em nosso País para permitir
que uma revista, de distribuição gratuita, entre no mercado com
altas tiragens impressas. Assim, estávamos preparados para sistematicamente aumentar as edições, as tiragens e o numero de páginas desta revista. O
mercado publicitário, que é o que no final
paga a conta desta operação, estava sendo
adequadamente informado, através do respectivo guia de mídia.
Só que ninguém contava com o ano de
2009. A crise fez os investimentos serem
drasticamente freados, para dizer o mínimo. E sem dúvida o mercado editorial sentiu os efeitos. Como disse acima, tivemos de nos adequar. Mas se
por um lado imprimimos menos do que queríamos, por outro lado
nos organizamos internamente. Casa nova, mais gente, novos
portais, mais computadores e software. E também mais revistas,
uma vez que aumentamos o leque de títulos impressos.
E assim, no final de 2009, quando fazíamos o planejamento
para 2010, o fizemos baseados lógicamente no momento de crise.
Revimos o numero de edições impressas, programamos edições
digitais. Mas como nada é definitivo, bastaram alguns meses de
2010 para mostrar que novamente estávamos errados. Digamos,
talvez conservadores demais. E agora estamos outra vez pensando
em nos adequarmos, mas positivamente. Estamos prevendo a possibilidade de imprimirmos mais edições, procurando chegar no
que havíamos nos colocado como meta no principio: fazer da Industrial Heating, em sua edição brasileira, uma revista bimestral.
Creio que estamos em condições de chegar a esta situação já
em 2011.
Edição de Abril
Servindo até como confirmação da constatação acima, de
que o samba do crioulo doido que é a economia alteram indistintamente os planos, estaremos apresentando na edição de
Abril próximo uma entrevista exclusiva com o presidente da
Bodycote sediado na Alemanha e agora responsável pela operação de sua subsidiária brasileira, a Brasimet Bodycote. Jan
Elwart detalha nesta sua entrevista os passos de crescimento
acelerado que prevê nos próximos anos, após os anos de ambientação de sua empresa no Brasil após a aquisição da Brasimet. Não perca. IH
Tenha uma boa leitura!
Udo Fiorini
Índice de Anunciantes
Página
Empresa
Telefone
Website
09
ABM
11 5534-4333
www.abmbrasil.com.br
2ª capa
ABP
11 2109-1201
www.abpinduction.com
29
Expoalumínio
11 3060-5023
www.expoaluminio.com.br
21
Febramec
51 3357-3131
www.febramec.com.br
4ªcapa
H.C. Starck
+1 617-630-5810
www.hcstarck.com
25
Machroterm
11 4653-1122
www.machroterm.com.br
18
Metalurgia
31 3371-3377
www.mecminas2009.com.br
32
Moldes
11 5534-4333
www.abmbrasil.com.br
11
Trebi
19 3854-6699
www.industrialheating.com.br
3ª capa
TTT
11 3731-8549
www.metallum.com.br/ttt
6 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br
O Doutor em
Tratamento Térmico
•
•
rial H
Daniel H. Herring | +1 630-834-3017 | [email protected]
TH
A busca pelo fogo – A Combustão Básica
Combustão estequiométrica (todo o combustível é
consumido, volume mínimo de exaustão). A chama
é primariamente azul próxima ao queimador com
uma forma de cone amarela. É produzida a temperatura da chama mais alta (chama mais quente).
tando o tipo de combustível utilizado (gases de hidrocarbonetos,
óleo, carvão, biomassa, etc.).
CH4 + Ar (2O2 + 8N2) → CO2 + 2H2O + 8 N2
(1)
Devios desta combustão perfeita afetam também na análise do gás
liberado na câmara de combustão. Em certas aplicações de tratamento térmico é necessário um excesso de combustível para, por exemplo,
existir uma atmosfera protetora não-oxidante, ou excesso de ar para,
por exemplo, fornecer uma atmosfera rica em oxigênio ou melhorar a
uniformidade em baixas temperaturas. A adição de pequenos excessos de ar abaixa a temperatura da chama e a velocidade de transferência de calor, ou seja, a “potência” de radiação da chama.
Conceitos Básicos de Combustão
O ponto de partida da combustão se dá com a ignição a parLimite rico de
inflamabilidade
24
Porcentagem dos constituintes do gás de combustão
O
homem vem mantendo uma fascinação primitiva
pelo fogo, e o tratador térmico não é uma exceção,
particularmente desde que ele aprendeu a utilizar
esta fonte de energia como uma solução custo-efetiva
para o aquecimento e processamento de materiais.
Nós estamos em uma busca constante pelo entendimento do que é
a combustão e como podemos utilizar esta fonte tão valiosa de forma
segura e eficiente. Vamos aprender mais.
A Associação de Equipamentos para Aquecimento Industrial
(IHEA – Industrial Heating Equipment Association) define a
combustão como “a rápida oxidação de um
combustível resultando na liberação de calor utilizável e produção de chama visível”.
Pela sua natureza, a combustão é uma interação complexa de reações químicas exotérmicas (ou seja, a produção de calor) entre
um combustível e o produto oxidante que
pode ser tanto o calor como a luz. O transporte de energia, massa e momento são os
processos físicos envolvidos na combustão,
enquanto os processos químicos são a condução de energia térmica, a difusão de espécies químicas e o fluxo de gases, sendo que
todos eles acontecem a partir da energia química da reação exotérmica. A combustão é responsável por aproximadamente 85%
da energia mundial.
Para uma “combustão perfeita”, gás natural e ar são combinados em uma relação de 10 partes de ar para uma parte de gás
(10:1, dito “10 para 1”) para produzir aproximadamente 1.000
BTU (252 kcal) de energia (Eq. 1). A combustão perfeita é definida como a relação estequiométrica exata (ou seja, o balanço
entre os produtos e reagentes) no qual não se produz excesso de
combustível ou ar (Fig. 1). Em outras palavras, a combustão perfeita é atingida quando se fornece 100% do ar (ou oxigênio) necessário para a combustão. Para cada 100 pés cúbicos (2,8 m3) de
ar inserido, 100 BTU (25 kcal) de calor são liberados não impor-
Faixa de operação típica – Limite pobre de
queimadores "Na Proporção" inflamabilidade
22
20
18
16
14
% O2
12
10
% H2O
8
6
% CO2
4
2
Relação ar-gás
0
4:1 6:1 8:1 10:112:114:116:118:120:1
||| |
100% de
Relação
50% de
100% de
Combustível em excesso Estequiométrica
Ar em excesso
Ar em excesso
Figura 1 – Relações combustível-ar [2].
Combustão pobre (o gás de combustão produz
oxidação – oxigênio livre). Todo o combustível sofre
combustão, mas a temperatura da chama cai devido
ao aquecimento do excesso de ar. Note a cor azul
“pálida” da chama e a forma cônica mais aguda.
Combustão rica (incompleta, ar faminto ou rica
em combustível, são formados CO e H2, criando
uma atmosfera redutora). A chama é predominantemente amarela, e a forma é menos definida. A
temperatura da chama também cai.
Figura 2 - Relações combustível-ar e características das chamas resultantes [3].
www.revistaIH.com.br - Fevereiro 2010 7
•
•
rial H
TH
Perdas com gás da
combustão
Calor Recuperado
Perdas pela parede (condução)
Perdas por abertura (radiação)
Entrada principal
(gás comprado)
Ar pré-aquecido
Armazenamento
de calor
Perdas por
convecção
Figura 3 – Perda de calor em um forno contínuo[2].
8 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br
Recuperador
Produção líquida
(aquecimento da carga)
Calor disponível
tir de uma fonte (por exemplo, com um
operador, uma faísca ignitora, ou uma
tomada de início) que forneça um calor
de pelo menos 650°C. Uma vez que a ignição foi realizada, as necessidades para
uma boa combustão (Fig. 2) são: (a) uma
proporção adequada de combustível e ar
para obter uma combustão estável, (b)
uma completa mistura de gás e ar dentro
dos limites de inflamabilidade do combustível, (c) ignição inicial e contínua de
mistura, e (d) remoção dos produtos da
combustão do processo.
As áreas científicas mais relevantes para a combustão são os campos da
termodinâmica (por exemplo, estequiometria, propriedades do gás e do gás de
mistura, calor de formação e de reação,
temperatura de chama de equilíbrio e
adiabática), fenômenos de transporte
(transferência de calor por condução,
convecção e radiação, e transferência de
massa) e a cinética química ou fluidodinâmica (por exemplo, fluxo laminar ou
turbulento, efeitos inerciais ou de viscosidade, combustão aerodinâmica).
No mundo prático, o diagrama Sankey
(Fig. 3) pode ser utilizado para representar a perda de calor em fornos e estufas
industriais. Os cálculos de cada componente de perda individual permitem a determinação da exata quantidade de calor
disponível – ou seja, a energia restante do
Gases da exaustão
• Fluxo contínuo e simultâneo do ar de
combustão e gás de exaustão.
• Uma barreira física
separa os fluxos de
ar e de exaustão.
Figura 5 – Sistema de recuperação [2].
total de calor fornecido após todas as perdas serem contabilizadas. Esta é a energia “disponível” para efetuar o trabalho
em questão – em outras palavras, quanta
energia permanece para realizar trabalho
e fazer um balanço das perdas térmicas.
O calor disponível pode ser determinado (Fig. 4 – online) a partir de medidas
da temperatura do gás de combustão liberado e da porcentagem de oxigênio em
excesso no gás de exaustão. Este último
é utilizado para determinar a quantidade
de excesso inicial supondo que 1% de O2
representa cerca de 5% de ar.
O ar para combustão pode ser fornecido
ao queimador de várias formas. O termo
ar primário é utilizado para descrever o ar
fornecido e misturado ao combustível an-
tes da ignição. Em geral, ele é controlado
por meio de orifícios e válvulas onde todo
o ar de combustão é misturado com o combustível e está pronto para a ignição assim
que alcança o bico queimador. O sistema
de mistura dos bicos queimadores depende
totalmente do ar primário. Por outro lado,
o ar secundário é fornecido à chama após
a sua ignição e entra no queimador. Um
exemplo de ambos os tipos são queimadores atmosféricos que utilizam cerca de 70%
de ar primário e 30% de ar secundário.
A porcentagem de combustível economizado [5] para cada uma das condições de
operação (pré-aquecimento do ar, excesso
de ar, ar enriquecido em oxigênio) ou combinação das condições pode ser determinado (Eq. 2).
Tabela 1 – Porcentagem de economia de combustível natural ganha utilizando 10% em excesso
de gás da combustão pré-aquecido.
Porcentagem de economia [%]
Temperatura do ar pré-aquecido, °C
Temperatura de e­xaustão
do forno em °C
315
425
540
650
760
540
13
18
-
-
-
870
-
650
14
19
23
-
-
-
760
15
20
24
28
-
-
870
17
22
26
30
34
-
980
18
24
28
33
37
40
1090
20
263
35
39
43
47
1205
23
29
34
39
43
47
1315
26
32
38
43
47
51
Classificação dos Sistemas de Aquecimento
Os sistemas de combustão podem ser divididos em duas categorias
gerais: sistemas de aquecimento direto e aquecimento indireto.
Nas aplicações de aquecimento direto, os produtos da combustão
são expostos ao trabalho, enquanto nos sistemas de aquecimento
indireto o aquecimento é feito por tubos radiantes ou encontra o
trabalho protegido da chama por itens como retortas e muflas. Na
maioria dos sistemas de combustão com aquecimento direto (por
exemplo, fornos tipo caixa), o ar secundário é fornecido ao forno
por meio de portas não-estanques, portas abertas ou fornos com
pressão negativa.
Os sistemas de recuperação também forneceram muitos benefícios. Há dois tipos de pré-aquecedores de ar: os recuperadores
(Fig. 5) e os regeneradores. Os recuperadores são trocadores de
calor gás-gás colocados na chaminé do forno. Tubos ou placas
internas transferem calor do gás de exaustão de saída para o gás de
combustão de entrada enquanto mantém os dois fluxos de mistura.
Os recuperados estão disponíveis em uma grande variedade de estilos, capacidades de fluxo e faixas de temperaturas. Os regeneradores
apresentam duas ou mais seções separadas para armazenamento do
calor. Os gases de saída e o ar de combustão se alteram passando
por cada regenerador, alterando o aquecimento do meio armazenado
com a retirada de calor do mesmo.
Período típico de retorno = (custo do sistema de pré-aquecimento
do ar de combustão, obtido do fornecedor ou empreiteiro) / (redução
no combustível utilizado, Milhões de Btu/h vezes o número de horas
de operação por ano vezes o custo do combustível por milhões de
Btu)
Boa Prática de Combustão
O entendimento dos conceitos básicos de combustão fornecerá
benefícios tangíveis ao tratador térmico. Dentre eles estão:
• Ciclos de aquecimento e recuperação de cargas mais rápidas
(devido às temperaturas mais elevadas de chama e a melhor transferência de calor)
• Maior eficiência (mais calor disponível)
• Redução da poluição (valores mínimos de exaustão, consumo
reduzido de combustível)
• Economia (custo mais competitivo versus fontes de energia alternativas). IH
100
90
Combustível: Gás Natural Birmingham (1002 Btu/ft3, 0,6 gravidade específica)
Calor disponível, %
80
70
204°
C
60
760°
648 C
537°°C
C
315°
C 426°C
982
P
871 °C ré-aquecid
°C
o
Curvas de ar préaquecido baseado em
10% de ar em excesso
a 10
93°C
50
40
30
20
10
0% de ar em excesso →
250%
150%
200%
100%
50%
10%
25%
0
537°C760°C982°C1204°C
1426°C
1648°C
Temperatura do gás de exaustão °C
Figura 4 – Calor de entrada disponível [2].
www.revistaIH.com.br - Fevereiro 2010 9
Você Sabia?
Processamento Térmico e Metais na Vida Diária
N
Construção de uma Bicicleta
ão há nada melhor do que andar de bicicleta em
uma bela manhã de sol! As bicicletas têm sido comercializadas em uma grande variedade de tipos
e tamanhos. Entretanto, nem todas as bicicletas
são criadas da mesma forma. O tratamento térmico e a seleção dos materiais são variáveis muito
importantes na produção de uma bicicleta. Nós faremos o nosso
melhor para lhe mostrar isto.
A primeira bicicleta era na verdade uma máquina para se caminhar e não para se pedalar. Criada em 1817 pelo Barão de Drais,
esta invenção ajudou o barão a passear mais rapidamente pelos
jardins reais. Esta primeira bicicleta era feita inteiramente de
madeira e nunca se tornou mais do que um capricho.
O velocípede foi a próxima novidade em 1865. Também era um
dispositivo todo de madeira com pneus de madeira ou metal.
Os pedais eram colocados diretamente na roda dianteira, e era
uma máquina para se pedalar, diferentemente da sua prima mais
velha. Tornou-se conhecida como agitadora de ossos devido ao
que fazia ao ciclista em ruas de paralelepípedos. Novamente um
capricho, academias de ciclismo “indoor” foram construídas nas
grandes cidades para os ciclistas do velocípede.
A primeira utilização de metal na bicicleta ocorreu nos meados de 1870, com a bicicleta com super roda. Como a sua antecessora, os pedais foram colocados diretamente na roda dianteira.
Mas, diferente do velocípede a roda dianteira aumentou, porque
quanto maior a roda, mais rápido se andaria com apenas uma
rotação dos pedais. Esta bicicleta ficou popularmente conhecida
como “para jovens de classe média” porque podia ser paga em seis
meses pelos trabalhadores da classe média.
A mania por bicicletas chamada de “A Era de Ouro das Bicicletas” iniciou-se com o surgimento de diversas inovações, entre
elas o pneu pneumático desenvolvido em 1888 por John Boyd
Dunlop. Logo após isso, foram desenvolvidos os pneus traseiros
independentes, que permitiam ao ciclista descer ladeiras. Isto
levou à invenção dos freios em 1898. Apesar de terem sido implantados lentamente, durante este tempo também foram desenvolvidos os mecanismos para as marchas e os freios de mão.
No último século, a produção de bicicletas tem sido uma área de
desenvolvimento. O objetivo é a produção de quadros mais leves,
de forma que, com o mesmo esforço, a bicicleta se mova mais
facilmente. Como resultado, as antigas bicicletas de aço carbono
deram lugar às ligas endurecíveis 4130 de cromo e molibdênio
nas bicicletas de alta tecnologia. Ao mesmo tempo em que o aço
ainda é utilizado, muitas bicicletas estão utilizando alumínio,
titânio ou materiais compósitos para reduzirem o seu peso.
Cada material tem suas próprias “resistências” e fragilidades.
O aço Cr-Mo (4130) é muito utilizado devido a sua boa soldabilidade, conformabilidade, resistência, ductilidade e tenacidade.
Esta liga, de uma forma geral, é tratada a 870°C seguida de têmpera em óleo. O revenimento é realizado entre 400 e 570°C, em
função da resistência desejada. Neste material, não é necessário
10 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br
nenhum tratamento térmico após a soldagem. Embora o titânio
apresente metade da densidade do aço e o alumínio tenha cerca
de um terço da densidade do aço, a produção de quadros de bicicleta em aço é cerca de três vezes maior do que a em alumínio.
Um dos benefícios do aço e do titânio sobre o alumínio é que eles
apresentam um limite de fadiga mais baixo, e por conseqüência
não falharão tão facilmente em cargas cíclicas. O alumínio não
tem este limite de resistência, de modo que a aplicação de cargas
cíclicas, mesmo que baixas, por um número de ciclos suficiente
resultará em falha.
Se a sua bicicleta é de alumínio, provavelmente ela é da liga
6061, que é tratada termicamente. No entanto, se esta liga for
soldada, será necessário um tratamento térmico de solubilização e um envelhecimento artificial para que ele retorne à sua
resistência original. O tratamento de solubilização é geralmente
realizado entre 420 e 540°C por um determinado número de
horas e temperado ao ar. O endurecimento por precipitação (envelhecimento), em geral, é realizado entre 120 e 180°C por 8 a 36
horas. Outras ligas de alumínio, como a 7005, não precisam ser
solubilizadas após a soldagem, mas é necessário que seja realizado
um envelhecimento artificial.
Ao mesmo tempo em que o titânio é considerado o material
ideal para a produção dos quadros de bicicletas, ele nunca se tornou popular devido ao seu alto custo. Outra complicação para
o seu uso é que o titânio é mais complicado para soldar. Sem os
procedimentos precisos de soldagem, a solda pode ser facilmente
contaminada, resultando em falhas catastróficas.
Mesmo as ligas mais exóticas para a produção dos quadros de
bicicletas, como as de alumínio-lítio, precisam de processos de
tratamentos térmicos críticos. Por exemplo, se a liga de alumíniolítio for tratada por um tempo muito longo ou a uma temperatura
muito alta, o lítio pode oxidar, produzindo um alumínio puro
e mole. Os compósitos de carbono têm ganhado popularidade
nas bicicletas de alta tecnologia, mas, nós limitaremos nossa discussão às produções metálicas.
Assim, de qualquer forma, curta suas pedaladas com o ar refrescante das manhãs e tardes de verão. Enquanto você curte as
paisagens e sons das estações, lembre-se que o processamento térmico tem exercido um papel importante por trás das suas aventuras. IH
Novidades
da Indústria
Usiminas compra forno da Combustol
A
Combustol, líder no mercado brasileiro de fornos industriais, venceu concorrência internacional para o fornecimento de um forno do
tipo Walking Beam para a Usiminas. Com
capacidade para reaquecer 130 toneladas
por hora de placas, o equipamento visa
atender o Laminador de Chapas Grossas
da Usina em Ipatinga, MG.
Com este contrato, a Combustol, divisão
do Grupo Combustol & Metalpó, um dos
principais grupos industriais do país no segmento de fornos industriais, refratários, tratamento térmico e metalurgia do pó, passa
a ter referências em todas as grandes usinas
brasileiras fabricantes de aços planos: além
da Usiminas, a antiga Cosipa, atualmente
Usiminas Cubatão, Companhia Siderúrgia
de Tubarão (CST) e Companhia Siderúrgica
Nacional (CSN).
Segundo Paulo Dias, gerente de Si-
derurgia da Combustol, na produção do
equipamento a ser fornecido para a Usiminas será aplicada a tecnologia denominada Digit@l, pela parceira tecnológica da
empresa, a francesa FIVES STEIN, resultando em um forno totalmente automatizado, de acordo com o estado da arte. Raul
da Costa Lino, diretor do Grupo FIVES no
Brasil, explica que, além de otimizar as
condições de combustão, um forno de reaquecimento produzido com esta tecnologia assegura ainda grande flexibilidade
na definição de curvas de aquecimento,
adaptando o mesmo para os diferentes
tipos de produtos e regimes de operação. “O resultado é a melhor qualidade
de aquecimento com menor consumo de
combustível, menor perda metálica no
processo e menor emissão de poluentes.
O forno a ser entregue à USIMINAS incorporará os últimos desenvolvimentos desta tecnologia, que nasceu há pouco mais
de dez anos”, afirma Costa Lino.
Segundo ele, a solidez do acordo de
cooperação entre a Combustol e a FIVES STEIN, que já existe há 25 anos, traz
benefícios evidentes na integração de
recursos e coordenação de tarefas entre as empresas, o que resulta em maior
confiabilidade e competitividade diante
do mercado. “A parceria assegura aos
clientes brasileiros o acesso às tecnologias da FIVES STEIN e uma assistência
técnica sempre disponível e falando a
mesma língua, com nossa companhia e a
Combustol orientadas para a qualidade,
excelência tecnológica e satisfação dos
clientes”, afirma.
Informações à Imprensa
Vervi Assessoria de Imprensa
Vera Lucia Rodrigues – MTB 11644
[email protected]
Tel/Fax: (11) 2578-0422
11 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br
Catálogos/Literatura
Técnica
Resistência Para Fornos
RDR
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São Paulo - SP
Fone/Fax: 11 3611-1575 / 3611-1235
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Gases Industriais
Air Products
Av. Francisco Matarazzo, 1400
11º Andar - Condominío Edifício Milano
São Paulo - SP
Fone: 11 3856.1700 / 11 3856.1670
CALDEIRAS E TROCADORES DE CALOR
CALDEIRA DE VAPOR SATURADO, Tipo CVS-HP
Capacidade: De 100 a 10.000 kg/h de vapor
Combustíveis: Gás GLP, Natural, Diesel ou Óleo BPF
CALDEIRA DE AQUEC. DIRETO, Tipo CAD-CL
Capacidade: De 500.000 a 4.000,000 kcal/h
Combustíveis: Lenha, Resíduos, Cavacos e outros
CALDEIRA DE AQUEC. DIRETO, Tipo CAD-HP
Capacidade: De 20.000 a 500.000 kg/h
Combustíveis: Gás GLP, Natural ou Óleo BPF
Caldeiras e Trocadores de Calor
Arauterm
Av. Frederico Ritter, 3150
Cachoeirinha - RS
Fone: 51 3406.6979
[email protected]
www.arauterm.com.br
Telas e Esteiras Metálicas
Tecefil
Rua Belize, 79 - Vila Iran
Diadema - SP
Fone/Fax: 11 4071.5140
[email protected]
www.tecefil.com.br
Dispositivos para Tratamento Térmico
Machroterm
Av. Toronto, 117, Distrito Industrial
Arujá - SP
Fone: 11 4653.1122
www.machroterm.com.br
Medição de Temperatura Sem Contato
Infratemp
Rua Américo de Carvalho, 916
Sorocaba SP
Fax: 15 3217.5694 / Fone: 15 3217.6046
[email protected]
www.infratemp.com.br
CALDEIRA DE VAPOR, Tipo CVS-HL
Capacidade: De 2.000 a 15.000 kg/h
Combustíveis: Lenha,Resíduos de Serraria e Agrícolas
SISTEMA
COMPACTO DE
AQUECIMENTO
CALDEIRA DE VAPOR, Tipo CVS-CL
Capacidade: De 500 até 2.000 kg/h
Combustíveis: Lenha, Resíduos de serraria e Agrícolas
CAD-HP
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Presurizado
TROCADOR DE CALOR
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Fornos Industriais
Sistemas de Fundição
Rübig
Representante: Industrial Heating
Equipamentos e Componentes
Rua Angelino Ferreira Vinagre, 81
Jardim São Francisco - Sumaré - SP
Fax: 19 3854.6700 / Fone: 19 3854.6699
[email protected]
www.industrialheating.com.br
ABP Induction Sistemas de Fundição Ltda
Avenida Tégula, 888
Módulo 16 - Bloco F
Atibaia - SP
Fone: 11 2119.1201
Fax: 11 2119.1210
[email protected]
www.abpinduction.com
Instrumentos de Medição
Fornos Industriais
Tecnovip
Rua São Paulo, 467 - Vila Santana
Valinhos - SP
Fax: 19 3859.9458 / Fone: 19 3859.9459
[email protected]
[email protected]
www.tecnovip.com
12 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br
Metal Trend
Avenida das Nações Unidas, 21.476
Jardim Campo Grande
São Paulo - SP
Fone: 11 3466.0600
email: [email protected]
www.metaltrend.com.br
Catálogos/Literatura
Técnica
Fornos Industriais
Aquecedores Elétricos
Fornos Industriais
Tratamento Térmico
Master Fiber
Rua Antônio Antenor Nogueira, 281
Jardim Três Marias, Taboão da Serra - SP
Fone: 11 2764.2828
[email protected]
www.masterfiber.com.br
Villares Metals
Rua Alfredo Dumont Villares, 155
Sumaré - SP
Fone: 0800.707.0577
[email protected]
www.villaresmetals.com.br
Medição, Controle e Monitoramento
de Processos Industriais
Equipamentos de indução para
tratamento térmico, fusão, forja e
solda de tubos.
Fornos Jung Ltda
Rua Bahia, 3465
Salto - Blumenau - SC
Fone: 47 3327.0000
Fax: 47 3144.8823
[email protected]
www.jung.com.br
Contemp
Alameda Araguaia nº 204 - Bairro Santa Maria
São Caetano do Sul - SP
Fone/Fax: 11 4223.5100
Av. Barão de Itapura nº 1100 - Sala 41
Campinas - SP - Fone: 19 3231.8854
[email protected]
www.contemp.com.br
Fornos e Estufas Industriais
Power Systems Indústria Comércio
Representações Ltda
Rua dos Coqueiros, 144
Bairro Campestre
Santo André - SP
Fone:11 4428.2100 /Fax:11 4428.2101
www.powersystems.com.br
Inductotherm Group Brasil Ltda
Rua Hermínio de Mello, 526
Distrito Industrial - Indaiatuba - SP
Cep.: 13347-330
Fone: 19 3885-6800 / Fax: 19 3935-9424
www.inductothermgroup.com.br
[email protected]
Refratários
Nabertherm
Representante: Industrial Heating
Equipamentos e Componentes
Rua Angelino Ferreira Vinagre, 81
Jardim São Francisco
Sumaré - SP
Fone: 19 3854.6699/
Fax: 19 3854-6700
www.industrialheating.com.br
[email protected]
Cerâmica Ziegler LTDA
Rua 1º de Janeiro, 111
Itopava Norte, Blumenau - SC
Fone/Fax: 47 3144.5454
[email protected]
Produtos Industriais
Máquinas Metalográficas
Houghton Brasil Ltda
Rua Alpont, 170
Capuava
Mauá - SP
Fone: 11 4512.8200
Fax: 11 4512.8300
www.houghton.com.br
Rua Felisberto Tamião, 965
Jardim Golive, Sertãozinho - SP
[email protected]
www.ziegler.com.br
Teclago Tecnologia em Máquinas
Metalográficas
Estrada da Lagoinha, 175, Bairro Lagoa
Vargem Grande Paulista - SP
Fone/Fax: 11 4158.4225
[email protected]
www.teclago.com.br
13 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br
Produtos
Tratamento Térmico
Isoflama
Rua Um, 799
Distrito Industrial João Narezzi
Indaiatuba - SP
Fone: 19 3936.5121
Fax: 19 3935.9003
[email protected]
www.isoflama.com.br
Peças em Aço Inox
Machro peças
A Machro Peças além de produzir Máquinas
de Jateamento, e suas partes e peças de
desgaste, tambem produz peças em Aço Inox
Resistentes ao Calor. Desde o final de 2008, a
First Fornos passou a desenvolver a representação da Machro Peças em um segmento de
seus clientes. Encontre estes produtos em:
www.firstfornos.com.br.
Contato: [email protected]
fone: 11 3209.0306.
Catálogos/Literatura Técnica
Divulgue Seu Material
Ti32
Fluke do Brasil
O novo Fluke Ti32 combina um detector potente de 320 x 240 com um design robusto que suporta 2m de queda, fornecendo
um termovisor de alto desempenho para
a categoria industrial. Além da consagrada
fusão das imagens (IR-Fusion) o novo modelo
apresenta lentes opcionais para aplicações em
curtas distâncias (grande angular 10mm) ou em
linhas de transmissão (telefoto 54mm) e bateria
com troca rápida.
www.fluke.com.br
Ligas de Resistência Termo-Elétricas
Rescal
A Rescal produz muitos materiais específicos para atender requisições individualizadas e proporciona assistência
técnica no desenvolvimento de novas
ligas para aplicações especiais. Essas ligas são utilizadas em centenas de aplicações, desde elementos de aquecimento
numa multitude de aparelhos elétricos
e fornos industriais, a materiais termoelétricos capazes de medir temperaturas
superiores a 5200ºF.
www.elcomp.ppg.br
Equipamento de Jateamento
Brasibras
Pistola de jateamento de acordo com a capacidade
de seu compressor, Bico de limpeza das peças,
Filtro coletor de pó acoplado e um balde para
acumulação do pó não operacional, Iluminação fluorescente frontal e válvula pedal.
Possui um par de luvas, 2 portas laterais
de abertura total com vedação para evitar fuga de abrasivo, 2 diafragmas e roletes verticais e horizontais especiais, Regulador de pressão, Manômetro e Filtro separador
de umidade www.brasibras.com.br
O Catálogo divulgado na revista
Industrial Heating
ajuda o público a
conhecer os produtos e
serviços das empresas
de tratamento térmico
e são publicados
gratuitamente.
Envie seu material para
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Produtos
Os Produtos divulgados na
revista Industrial Heating são
publicados gratuitamente e
podem ser divulgados em
nosso Newsletter quinzenal
e/ou ficarem armazenados em
nosso portal online.
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14 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br
Fornos Industriais
Engefor
Forno de têmpera tipo empurrador com grelhas, com sistema de aquecimento à gás. Trabalha à 850ºC, e pode
temperar até 1200 kg/h. A isolação térmica em fibra cerâmica com soleira em
concreto refratário, permitem que as temperaturas de face fria não ultrapassem
65ºC. As portas, e o sistema empurrador
são automáticos comandados por PLC. Os
Fornos marca Engefor podem ser encontrados no seu representante First
Fornos.
www.firstfornos.com.br
Avanços na Tecnologia
do Tratamento Térmico sob Vácuo
Fig. 2 – Recozimento
sob vácuo de chapas
de titânio
(a fotografia é uma cortesia
da Solar Atmospheres)
M
uitas das novas tecnologias devem seu sucesso
ao processamento sob
vácuo. Alguns exemplos
incluem:
• A brasagem por compressão rotacional de foguetes aeroespaciais e motores
a jato militares.
• O processamento de titânio incluindo o recozimento beta, resfriamento
lento e endurecimento por envelhecimento (BASCA 160) de ligas de titânio.
•A cementação e carbonitretação,
além da alta pressão de gás de têmpera,
de componentes do trem de força automotivo.
• A sinterização em altas temperaturas
seguida imediatamente pelo endurecimento ao vácuo para os componentes
da transmissão automotiva.
Novas Tecnologias
Vamos dar uma olhada mais próxima
em cada uma destas tecnologias.
Brasagem por compressão rotacional
A reutilização de motores de foguetes é
uma necessidade prática da NASA e de
outras agências espaciais. Programas de
Parte Três: Novas tecnologias e
desenvolvimentos futuros
Daniel H. Herring – The HERRING GROUP, Inc., Elmhurst, III.
Neste terceiro e último artigo, examinaremos os desenvolvimentos tecnológicos
no tratamento térmico sob vácuo e olharemos para o seu futuro.
interação tecnológica têm incorporado
a tecnologia russa, mais notadamente
a brasagem por compressão rotacional,
em combinação com a construção da
parede do canal de modo a melhorar a
confiança no bocal através de um processo controlado mecanicamente com
baixa contagem de peça. São utilizadas
ligas especiais de Ag-Pd (Fig. 1) para
fazer a junção dos componentes do revestimento, com a camisa, reforços e o
coletor.
Durante o processo de brasagem,
um vácuo de 10 -5 mbar (10-5 torr)
é aplicado no interior das peças, enquanto do lado externo da superfície é
aplicada uma pressão positiva de 5 a 6
bar. Esta pressão diferencial, em combinação com a rotação da peça durante o aquecimento e brasagem
utilizada para neutralizar a força
da gravidade na junta soldada,
produz uma peça com qualidade
superior.
Processo BASCA
O titânio e as ligas de titânio são recozidas (Fig. 2) para produzir uma ótima combinação de: ductilidade, usinabilidade, estabilidade dimensional
e estabilidade estrutural. Assim como
no recozimento para recristalização, o
recozimento beta melhora a tenacidade
à fratura das ligas de titânio. O recozimento beta é realizado em temperaturas
pouco acima da transição beta da liga
sendo recozida para prevenir um crescimento excessivo do grão. Os tempos de
recozimento são funções da espessura
e são suficientes para a transformação
completa. O tempo de permanência à
temperatura após a transformação é
mantido em um mínimo para controlar
o crescimento do grão de beta.
Para desenvolver um único processo
de recozimento beta houve uma colaboração dos fabricantes aeroespaciais
russos e americanos, o processo envol-
Fig. 1 – Juntas brasadas do tubo/revestimento
(a fotografia é uma cortesia da GenCorp Aerojet)
www.revistaIH.com.br - Fevereiro 2010 15
ARTIGO | Vácuo/
Tratamento de Superfície
Fig. 4 – Primeira carga produzida com cementação sob vácuo – em
torno de 1969
(A fotografia é uma cortesia de C. I. Hayes)
ve resfriamento lento e endurecimento
por envelhecimento. O processo BASCA 160 (Fig. 3) para ligas como a Ti5553 (5%Al – 5%V – 5%Mo – 3%Cr) é
utilizado para atingir valores de limite
de escoamento na faixa de 1100 MPa.
O ponto forte do processo é um resfria-
Fig. 3 – Peças fundidas da liga Ti-5553
(A fotografia é uma cortesia da Solar Atmospheres)
mento lento controlado e muito preciso
dentro de uma faixa crítica definida e
o endurecimento por envelhecimento
para evitar tanto a distorção quanto a
formação de fase alfa (α) superficial.
Cementação e Carbonitretação com
vácuo à baixa pressão
A cementação sob vácuo, criada e comercializada no final da década de 1960
(Fig. 4) estava perfeita com o advento da
cementação com baixa pressão – abaixo de 7,5 mbar (10 torr) – até meados
da década de 1990 devido em grande
16 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br
Fig. 6 – Embreagem e eixo sincronizador após LPC+HPGQ – material
SL-5506
(A fotografia é uma cortesia de Stackpole Ltd.)
parte ao trabalho pioneiro no uso do
acetileno como o principal gás de hidrocarboneto para cementação, como
reportado no final da década de 1970
na Rússia (USSR Patent N° 668978).
Hoje, o foco está na cementação sob
vácuo com baixa pressão para aplicações avançadas como em peças aeroespaciais, de motores esportivos e do
setor automotivo (Fig.5). A tecnologia
vai em direção ao aumento de desempenho e da produção. Novas peças estão sendo especificamente projetadas
para cementação sob vácuo, e com isso,
o desenvolvimento e uso de ligas mais
baratas, como os aços Cr-Mn, estão começando a surgir.
Os ciclos de cementação de novos
materiais, especialmente os que utilizam temperatura de cementação acima
de 980°C, continuam a ser de grande
interesse para a P&D. Em alguns casos, os tempos dos ciclos sob atmosfera
carburante têm sido reduzidos de 33 a
50% - os processos necessitam de várias
horas. Os ciclos de queima de curta duração (da ordem de segundos) e os longos tempos para difusão (da ordem de
horas) fornecem carbono suficiente à
superfície da peça ao mesmo tempo em
que evita a formação de austenita retida
e rede contínua de carbonetos.
Alguns destes materiais são:
•Aubert & Duval: X12 VDW e XD15NW
• Carpenter Technology: Pyrowear 53,
675 e AerMet 100
•Böhler-Uddeholm: N360 Iso Extra,
N695, R250 e R350
•Questek Innovations: Ferrium C61,
CS62, C69
•The Timken Company: CSS-42L,
CSB-50NIL, CBS223, CBS-600,
BG42VIM/VAR, AF1410, HY180,
HP-9-230, HP-9-430 e 300M
•Atlas Specialty Steels: BS970 e
EN30B
• VSG Essen: Cronidur 30
•Teledyne Corporation: VascoMax
C-250, C-300 e C-350
Fig. 5 – Componentes LPC cementados
sob vácuo (A fotografia é uma cortesia de ALD
Thermal Treatment)
Sinterização a alta temperatura e
endurecimento sob vácuo
A sinterização a altas temperaturas de
embreagens e eixos sincronizadores
para transmissão automotiva (Fig. 6)
acoplada ao endurecimento sob vácuo
ARTIGO | Vácuo/
Tratamento de Superfície
83,980
Dimensão , mm
83,930
83,880
83,830
Média 83,888
Média 83,876
Média 83,886
50 µm
83,780
83,730
Fig. 7 – Análise estatística do processo – medições sobre bolas de 0,036578 mm em duas
posições (A fotografia é uma cortesia de Stackpole Ltd.)
Fig. 8 – Fixador médico cementado sob
vácuo (A fotografia é uma cortesia de Midwest
Thermal-Vac)
e à alta pressão de gás de têmpera nos dá
um exemplo da sinergia entre a seleção de
material e o processo de tratamento térmico. As especificações finais do produto
pedem usinagem de acabamento e tratamento térmico para 35 HRC. Soluções
com processos convencionais, incluindo a
operação de usinagem, podem ser:
•
FLN2-4405
(0,6%C,
1,8%Ni,
0,85%Mo) – material endurecido,
temperado em óleo e revenido
•
FLNC-4408 (0,75%C, 0,85%Mo,
2,0%Cu, 2,0%Ni) – material endurecido durante a sinterização
Em busca de uma tecnologia alternativa
com menor custo investigou-se o material
SL-5506 (0,6%C, 0,5%Mn, 0,5%Cr,
0,4%Ni). Para este material era necessária
alta temperatura de sinterização (1280°C),
seguida de tratamento térmico sob
vácuo, têmpera com hélio com 5 bar
e revenimento. Os benefícios incluem
um número reduzido de etapas de
processamento (de 9 para 7) e a eliminação
da etapa de usinagem do material duro.
A comparação das tecnologias (Fig.
7) apresentou uma melhora significativa
da qualidade (menor espalhamento
estatístico). Não foram alteradas as formas
das chavetas entre as peças sinterizadas e
tratadas termicamente. O perfil mantevese dentro de 10µm e o avanço dentro de
15µm acima de 14mm.
Fig. 9 – Homogeneização sob vácuo de lingotes de titânio
(A fotografia é uma cortesia de Solar Atmospheres)
Desenvolvimentos futuros
O futuro do tratamento térmico sob vácuo é
brilhante. Se considerarmos a tecnologia de
um ponto de vista energético ou ambiental
ou se olharmos para o desenvolvimento da
otimização das propriedades do material, o
processo de vácuo oferece uma flexibilidade
que pouquíssimas tecnologias podem
oferecer. O oferecimento da capacidade
de alto vácuo e alta temperatura, de
precisão e repetibilidade são somente
alguns dos seus muitos atributos. O vácuo
tem a versatilidade de lidar com peças
extremamente pequenas (Fig. 8) ou cargas
massivas (Fig. 9) e qualquer coisa entre
elas. As áreas nas quais o crescimento
está sendo particularmente rápido são as
áreas médicas, aeroespaciais e na indústria
automotiva. IH
Para mais informações:
Dan Herring é presidente do THE HERRING
GROUP Inc., Caixa Postal 884 Elmhurst,
IL 60126; tel: (+1) 630-834-3017; fax: (+1)
630-834-3117; e-mail: heattreatdoctor@
industrialheating.com; web: www.heattreat-doctor.com. A coluna do Doutor
em Tratamento Térmico Dan aparece
mensalmente na Industrial Heating, e ele é
também Professor Associado do Instituto
de Tecnologia de Ilinóis – Centro de
Processamento da Tecnologia Térmica.
www.revistaIH.com.br - Fevereiro 2010 17
ARTIGO | Cerâmicas e
Refratários / Isolantes
Sinterização em Atmosfera
de Hidrogênio:
Isso Destrói o Refratário
Fig. 1 – Placas empurradoras de
alumina carregadas com as peças
no estado verde e enfileiradas
para o carregamento mecânico
dentro de um forno empurrador
de alta temperatura e com
atmosfera de hidrogênio.
Doug Thurman – Sunrock Ceramics Company; Broadview, III
Com o foco da pesquisa pesada em energia renovável e em uma emergência potencial de “economia de hidrogênio” em algum
ponto do futuro, o elemento hidrogênio tem sido um bom tópico no noticiário atual. Em alguns setores do mundo do aquecimento industrial, entretanto, o hidrogênio tem sido assunto há décadas.
O
gás hidrogênio puro (H2)
é, em geral, uma atmosfera
termo-efetiva para a sinterização em altas temperaturas
(ou seja, a fusão térmica de
pós compactados para formar um sólido,
geralmente em temperaturas próximas ao
ponto de fusão) de peças produzidas por
Metalurgia do Pó (MP). Peças de aço inoxidável representam a maior parcela deste
mercado, mas outras ligas de alto desempenho, como carboneto de tungstênio
ou ligas de tungstênio, também requerem
sinterização em altas temperaturas com atmosfera de hidrogênio. Há também desenvolvimentos interessantes em compósitos
metal/cerâmica, criando um espaço para
novos materiais com propriedades físicas
muito peculiares.
Muitos outros processos de sinterização
por MP, como a amônia dissociada (75%
de hidrogênio e 25% de nitrogênio), necessitam de atmosfera redutora que não é
tão cara. A sinterização à vácuo também
desempenha um papel chave em operações menores e mais especializadas. Para
maximizar o desempenho de peças de aço
inoxidável de baixo carbono prensado ou
produzido pela Injeção de Metal em Moldes
(IMM), especialmente quando produzido
em grande volume, a temperatura de sinterização é de pelo menos 1300°C, sendo
que a sinterização é conduzida preferencialmente em atmosfera de hidrogênio puro.
Temperaturas de sinterização de 1600°C ou
maiores sob atmosfera de hidrogênio puro,
não são incomuns para o processamento de
muitas ligas específicas, como as de tungstênio, ou ainda as de certos compósitos
metal/cerâmica.
A queima do hidrogênio auxilia na
maximização das principais propriedades, sendo elas a densidade e a resistência
à corrosão. Uma das razões pela qual são
necessárias altas temperaturas para a sinterização do aço inoxidável em hidrogênio
(além do esforço para alcançar densidades
comparáveis à de peças forjadas) é a redução de óxidos superficiais e de camadas de
impurezas, como a sílica (SiO2), na liga.
Por exemplo, em um ponto de orvalho de
-60°C (com atmosfera padrão) a redução
de SiO2 para o metalóide Si + O2 ocorre
a aproximadamente 1350°C. Veja a tabela
1 para a relação de quantidade de mistura
e temperatura necessária para produzir esta
dissociação. Entretanto, do ponto de vista
operacional, a redução da sílica é problemática para o refratário do forno quando em
operação a altas temperaturas.
O efeito nos refratários
Refratários para aplicações a altas temperaturas são geralmente baseados em
formulações com alta alumina (óxido de
alumínio, Al2O3). A alumina é inerte de
forma excepcional (exceto contra flúor) e
tem boa resistência à compressão em altas
temperaturas. Entretanto, a sua resistência
ao choque é pequena quando na sua forma
pura. Esta baixa resistência ao choque é, em
geral, atenuada pela combinação de alumina com sílica, normalmente na forma de
alumino-silicatos. Por isso, para aplicações
a altas temperaturas sob atmosfera de hidrogênio é necessário tomar muito cuidado
Tabela 1 – Temperatura de equilíbrio em relação ao ponto de orvalho* para a reação SiO2 → Si + O2
em atmosfera de hidrogênio.
Ponto de Orvalho
Temperatura de
equilíbrio (aproximada)
-30°C
-45°C
-60°C
-75°C
-90°C
1850°C
1650°C
1350°C
1150°C
950°C
* À pressão atmosférica padrão
www.revistaIH.com.br - Fevereiro 2010 19
ARTIGO | Cerâmicas e
Refratários / Isolantes
Fig. 2 – Peças de aço inoxidável já completamente sinterizadas
sobre a placa empurradora de alumina, da forma em que sai
da zona de resfriamento de um forno empurrador
em relação à seleção do refratário porque a
mesma química que, em geral, serve para maximizar o desempenho e a vida útil do refratário (por exemplo, os alumino-silicatos) podem
e irão reduzí-la pela atmosfera de hidrogênio,
causando falhas precoces e interrupções não
planejadas, que nunca ocorrem em uma boa
hora.
Tipos de fornos
Uma revisão dos tipos de fornos freqüentemente utilizados nestas aplicações ajudará a ilustrar estas questões. Os fornos mais
comuns para aplicações em MP são fornos
contínuos devido a sua elevada e contínua
produção. Desta forma, a produção por MP
é um meio de atingir melhores produções e
menores perdas do que a fundição e a usinagem destas mesmas peças. A sinterização de
algumas peças menores – como as produzidas
pela operação especializada IMM – é freqüentemente feita em processos de batelada, mas,
para alcançar um volume alto de produção,
é necessário um forno de produção contínua.
Em operações de MP com temperaturas mais
baixas, em geral, utiliza-se fornos contínuos
de correia. Em temperaturas elevadas, não é
possível o uso de correias, assim, o forno mais
comum é o forno contínuo munido de empurradores (Fig. 1).
Em relação aos refratários destes fornos,
o isolamento da face quente da zona quente
precisa ser de alumina de ultra-alta pureza,
sem nenhuma sílica presente. Como o refratário é utilizado em um forno contínuo, a
temperatura em cada zona é mantida mais ou
menos constante, desta forma, o choque térmico não é algo significante. Desta forma, o
20 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br
isolamento de alumina de ultra-alta pureza na
face quente pode durar por muitos anos sem
nenhum incidente. Contudo, as chapas empurradoras, que formam o sistema mecânico
transportador através do forno são um grande
desafio. Estas chapas requerem um balanço
térmico delicado das características térmicas,
mecânicas e químicas da alumina cerâmica.
A carga de choque térmico em uma placa
empurradora pode ser uma das mais severas
da indústria porque as peças produzidas por
MP freqüentemente utilizam uma zona de
têmpera logo após a zona quente para combinar a sinterização da peça com endurecimento superficial, tudo em uma única corrida.
Como discutido anteriormente, a melhor formulação para resistir ao ataque químico seria
a alumina de alta pureza, sem sílica, mas isto
falharia na primeira passagem da zona quente
para a zona de têmpera (Fig. 2). Como o alinhamento das placas empurradoras fornece o
trajeto mecânico através do forno, uma falha
da placa pode potencialmente causar uma
interrupção não planejada. Por isso, ter uma
placa empurradora projetada especialmente
para esta aplicação é uma consideração importante.
A placa empurradora precisa ser projetada e produzida com adequada resistência ao
choque térmico para o ciclo térmico severo e
ao mesmo tempo mantendo a inércia química para resistir, por um período razoavelmente extenso, a atmosfera altamente redutora.
Uma forma típica de alcançar este balanço é
a utilização de uma forma de alumino-silicato
na cerâmica que tem máxima resistência ao
ataque por hidrogênio e à quebra da SiO2.
O material em questão é a mulita (Al2O3-
SiO2), um alumino-silicato sintético que é
muito estável estruturalmente e, além disso,
protege a sílica por meio de uma ligação cerâmica forte que demora para ser degradada
pelo hidrogênio. Entretanto, criar uma ligação forte e bem formada na produção das placas empurradoras de mulita pode ser bastante
desafiador. As formulações de alumina que
trabalham de forma perfeita e adequada para
sinterização ao ar – mesmo em temperaturas
mais altas – podem causar desastres nos ciclos
com atmosfera de hidrogênio nos fornos de
sinterização para MP de altas temperaturas.
Conclusão
Os fornos com atmosfera de hidrogênio,
especialmente aqueles que operam acima
de 1350°C, são muito úteis para a sinterização de altas ligas e compósitos metal/
cerâmica, mas as solicitações químicas e
térmicas sobre o refratário são elevadas.
Em fornos com placas empurradoras, as
solicitações nos refratários são especialmente grandes nas placas empurradoras.
As solicitações extremas de ciclo térmico,
carregamento mecânico e ataque químico
desta atmosfera redutora severa são combinadas para criar a necessidade de uma
cerâmica muito específica. É necessário
muito cuidado na escolha e a realização
de testes de desempenho significativos
para assegurar o máximo desempenho do
sistema. IH
Para mais informações: Contatar Doug Thurman, Sunrock Ceramics Co., 2625 S. 21st Avenue,
Broadview, IL 60155; tel.: 708-344-7600; fax: 708344-7636; e-mail: dthurman@sunrockceramics.
com; web: www.sunrockceramics.com.
ARTIGO | Gases Industriais/
Fig. 5. Liga de cobre após
recozimento brilhante
Combustão
(A foto é uma cortesia da EbnerIndustrieofenbau)
Recozimento Brilhante do Cobre e suas Ligas
Paul F. Stratton – Linde Gas; Sheffield, U.K.
O recozimento da maioria das ligas à base de cobre não exige muito em termos de
atmosfera protetora. Entretanto, a atmosfera protetora utilizada pode ser crítica
para a qualidade externa do produto final.
U
m produto de alta qualidade, em geral, requer um acabamento brilhante. Tal acabamento pode ser obtido facilmente e consistentemente utilizando uma atmosfera de
alta qualidade, mas além da qualidade objetivada pelos
engenheiros da produção, minimizar os custos também é
um objetivo. Este processo de otimização vai implicar num ajuste da
atmosfera para as necessidades do material e do forno.
metal será oxidado. O elemento que precisar da atmosfera mais redutora
será considerado o elemento crítico. Para a maioria dos casos práticos,
no entanto, os elementos com concentração abaixo de 1% podem ser
ignorados, pois, os mesmos não formam filmes contínuos de óxidos.
Como pode ser observado na Figura 1, para alguns elementos de liga
a relação H2:H2O para manter a liga brilhante aumenta com a redução
10+14
½O2 + H2 → H2O
Desta equação podemos verificar que a pressão parcial de oxigênio
está relacionada com a relação H :H O. Quanto maior esta relação,
² ²
mais redutora é a atmosfera. Assim, se a composição da atmosfera estiver acima da linha na Figura 1, o óxido será reduzido e abaixo da linha o
22 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br
Al
10+11
Relação hidrogênio:água
Princípios Básicos
O princípio básico da atmosfera do forno no recozimento de ligas a base
de cobre é proteger o produto da oxidação. Para que isto seja alcançado,
a pressão parcial de oxigênio da atmosfera precisa ser menor do que a
necessária para formar o óxido. Mesmo o nitrogênio mais puro contém
cerca de uma ou duas partes por milhão de oxigênio, e as perdas do forno são inevitáveis. Desta forma, para reduzir o oxigênio, ele é colocado
em reação com um gás ativo, como o hidrogênio, como a seguir:
10+9
10+5
Zn
Cr
10+2
10-1
Fe
Sn
10-4
Ni
Pb
Cu
10-7
10-10
0
200
400 600 800
Temperatura °C
Figura 1 – Limites de oxidação para diversos elementos
10001200
ARTIGO | Gases Industriais/
Combustão
da temperatura, fazendo com que nestes casos
a zona de resfriamento seja a parte mais crítica do forno contínuo. Se a atmosfera deste
forno for inflamável e permitir a queima na
saída, a oxidação do produto pode ocorrer enquanto o mesmo passa por esta chama. Tais
problemas podem ser evitados utilizando uma
atmosfera que não seja inflamável ou assegurando-se que qualquer componente inflamável seja diluído para níveis abaixo do limite de
inflamabilidade antes de chegar à saída. Estas
necessidades diferentes, aliadas a necessidade
de minimizar a quantidade total de gás utilizado (e assim minimizar custos), são atingidas
mais facilmente se for utilizada a tecnologia
de zonamento. Esta técnica permite o uso
de atmosferas diferentes em diferentes zonas
de um forno contínuo e ajuda a minimizar o
consumo total da atmosfera.
As conclusões esquematizadas na Figura 1
devem ser utilizadas com cautela, particularmente abaixo de cerca de 300°C, considerando que as condições de equilíbrio podem não
se aplicar e que as reações são muito lentas.
O que acontece está mais relacionado com
as taxas de reação e disponibilidade química.
Em baixas temperaturas, podem formar-se
óxidos fora do equilíbrio de estanho e cobre,
particularmente quando há baixa disponibilidade de oxigênio. Em temperaturas mais
baixas, os óxidos formados nas ligas tendem a
refletir o elemento mais abundante na liga e
não o mais ativo.
Outros gases redutores podem ser utilizados para prevenir a oxidação. Gases gerados
exotermicamente (exogás) sofrem combustão
parcial com a mistura de gás natural contendo N2, CO, CO2, H2 e H2O. Em alguns
casos este gás é utilizado no recozimento de
ligas de cobre. Nas temperaturas típicas de recozimento, os componentes do gás estão em
equilíbrio, e para determinar as tendências
à oxidação é suficiente examinar a relação
H2:H20. Algo que deve ser levado em consideração nas atmosferas de CO, além da sua
toxicidade, é a possibilidade de formação de
fuligens de carbono, particularmente na faixa
entre 400 e 600°C de acordo com o produtor
do gás ou reação de Boudouard:
2CO = CO2 + C
Um papel adicional da atmosfera é remover lubrificantes não desejados no processo.
Isto pode ser conseguido tanto por um método físico quanto pela reação do lubrificante
com um componente da atmosfera. Em fornos contínuos, em geral, é necessário restringir o componente ativo da atmosfera para as
áreas de entrada porque eles têm a tendência
de oxidar os componentes nas temperaturas
de recozimento. O mesmo ocorre para os fornos de batelada nos quais o processo precisa
Fig. 2. Tubos de cobre recozidos utilizando atmosfera de nitrogênio produzido de forma não criogênica e hidrogênio.
ser completado muito antes da temperatura
de recozimento ser atingida. Para alguns lubrificantes, isto pode significar um tempo de
permanência à uma temperatura intermediária na rampa de aquecimento na qual a volatilização ou reação é essencialmente completada.
Cobre
Não é fácil oxidar o cobre e, como pode ser
visto na Figura 1, ele se posiciona abaixo da
maioria dos metais não-ferrosos comuns. É
uma prática comum recozer o cobre tanto
em exogás quanto em vapor. O primeiro
contém algum CO que pode se decompor
em fuligens e CO2, e o último é caro. Uma
alternativa limpa e sem toxicidade é a utilização de nitrogênio de alta pureza com
pequenas adições de hidrogênio (1-2% dependendo da impermeabilidade do forno).
No entanto, é necessário mencionar que
as atmosferas para recozimento de cobre
não devem conter mais do que 2% de hidrogênio para evitar fragilidades.
Enquanto o nitrogênio/hidrogênio de
alta pureza sem dúvida alguma resultam
na mais alta qualidade final, há opções
mais baratas, que com as devidas precauções, podem produzir um resultado tão
bom quanto (Fig. 2). Os custos podem ser
reduzidos substituindo o nitrogênio de alta
pureza por um nitrogênio de pureza mais
Fig. 3. Planta de geração de nitrogênio ADSOSS-N
23 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br
ARTIGO | Gases Industriais/
Combustão
baixa da ADSOSS®, que é um gerador
de nitrogênio não-criogênico (Fig. 3). A
pequena quantidade de oxigênio presente
no nitrogênio reagirá com parte do hidrogênio formando vapor de água, que como
dito anteriormente não oxida o cobre. Infelizmente a reação é lenta, e devem ser seguidas etapas para assegurar que a reação
seja completada antes do gás de mistura
reagir com a peça. Há várias formas para
se fazer isto, mas talvez a mais efetiva seja
passar o gás de mistura por um catalisador antes de inserí-lo no forno. O nível de
hidrogênio também precisa ser ajustado
levando em consideração que parte dele
reagiu com o oxigênio.
Se o tempo de permanência do cobre
à atmosfera de recozimento for pequena
(como por exemplo, em um recozimento
contínuo de fios para cabos elétricos), então, o aumento da quantidade de oxigênio
livre pode ser tolerado com o aumento da velocidade. Para o recozimento de cabos mais
pesados em fornos tubulares, será necessário
o uso de nitrogênio de alta pureza com 1 ou 2
ppm de oxigênio livre. Onde as velocidades
são mais altas no recozimento por indução
de arames finos, os níveis de oxigênio podem
atingir até cerca de 3%, permitindo o uso do
nitrogênio gerado não-criogenicamente di-
Fig. 4. Arames de latão após recozimento em forno tipo campânula em atmosfera de hidrogênio
puro (100%) com alta integridade HlCON/H2 (A foto é uma cortesia da Ebner-Industrieofenbau)
24 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br
retamente como atmosfera protetora.
Latão
O problema do latão é muito diferente do
problema do cobre. O zinco oxida muito
mais que o cobre. Para tornar o problema
ainda pior, tanto o zinco quanto o seu óxido volatilizam em temperaturas elevadas. O
zinco pode volatilizar das bobinas de latão
e oxidar formando manchas brancas nas
bordas da bobina. Se o óxido de zinco se
forma em altas temperaturas, ele também
volatiza nestas temperaturas e re-precipita
nas partes mais frias do forno, incluindo
a região de resfriamento, formando uma
coloração branca disforme. Nenhuma das
atmosferas geradas da combustão parcial
dos gases do combustível hidrocarboneto
é adequada para o recozimento brilhante
do latão, apesar disto, algumas vezes são
aplicadas atmosferas geradas endotermicamente. Mais uma vez, entretanto, a reação
de Boudouard precisa ser considerada, pois
tais atmosferas contêm CO, que se tornarão
fuligens e descolorirão os componentes.
Na maioria dos fornos é adequada a
mistura do nitrogênio de alta pureza com
40% de hidrogênio, apesar disto muitos
operadores utilizam 100% de hidrogênio
em fornos de campânula de alta integridade para uma maior qualidade do produto
(Fig. 4). É recomendado que o ponto de orvalho seja mantido em menos de -40°C. O
sistema de controle HYDOFLEXTM pode
ser utilizado para assegurar as condições
ótimas da atmosfera em todo o tempo no
forno contínuo. É possível utilizar menos
hidrogênio se o forno for bem impermeável (por exemplo, para um forno contínuo
com corcova ou fornos onde seja aceitável
um acabamento que não seja totalmente
brilhante). A amônia craqueada também
pode ser utilizada, mas com as ressalvas apresentadas abaixo para o bronze.
Bronze
O estanho, além de não ser oxidado tão
facilmente quanto o zinco, forma um óxido estável protetor nas temperaturas de
recozimento. Isto faz com que o bronze
seja protegido mais facilmente durante o
processo. Apesar de um exogás rico poder
ARTIGO | Gases Industriais/
Combustão
ser aplicado, ele contém mais CO do que o
gás pobre utilizado para o recozimento do
cobre. Assim, aumenta-se a toxicidade e
propensão a formação de fuligem. A alternativa não-tóxica é o nitrogênio/hidrogênio. Uma solução para o fornecimento da
mistura nitrogênio/hidrogênio é a amônia
craqueada. Neste caso, entretanto, a proporção de hidrogênio necessária está bem
abaixo de 75% da produção, e as economias são muito pequenas. Elas podem ser
melhoradas diluindo a amônia craqueada
em nitrogênio de alta pureza. Se o equipamento de craqueamento não possuir
uma boa manutenção, pode ocorrer uma
propagação da amônia, resultando em um
ataque corrosivo nas ligas a base de cobre.
A solução ótima é, entretanto, utilizar
uma mistura de nitrogênio de alta pureza
com hidrogênio de alta pureza. A proporção
de hidrogênio usualmente necessária depende da estanqueidade do forno utilizado. Se
possível, a proporção deve ser mantida abai-
xo de 4,9%, que está abaixo do limite explosivo. Na maioria dos fornos bem selados isto
não é um problema, e têm sido empregados
com sucesso níveis em torno de 2%.
Outras ligas
Outras ligas a base de cobre contêm elementos de liga ativos como o alumínio, o berílio
e o zinco, mas em quantidades relativamente
baixas. Estas ligas podem ser recozidas em atmosferas protetoras baseadas em gases gerados exotermicamente, como descrito acima.
Entretanto, as misturas nitrogênio/hidrogênio são preferíveis devido à facilidade de
ajuste do potencial de redução além das considerações a respeito de toxicidade e fuligem
(Fig. 5). A liga Monel 400 (66%Ni, 0,12%C,
0,90%Mn, 1,35%Fe, 0,15%Si, 31,5%Cu) e
outras ligas similares permanecem brilhantes e livres de descoloração quando tratadas
termicamente em atmosfera redutora.
Sumário
Apesar de fixado que a necessidade básica
da atmosfera seja manter qualquer liga brilhante durante o recozimento, as técnicas
disponíveis para alcançar estas necessidades são numerosas. O método ótimo para
que isto seja atingido em termos de custo,
desempenho e meio ambiente dependem
de diversos fatores, incluindo tipo e tamanho do forno. Várias fontes de informação
estão disponíveis, incluindo a Cooper Development Association ([email protected]), fornecedores de gás industrial
como a Linde Gas ([email protected]) ou produtores de fornos especializados como a Ebner-Industrieofenbau
([email protected]). IH
Para mais informação: Contate o Dr. Paul
Stratton, CEng CSci FIMMM, heat-treatment
and electronic-packaging application development, Linde AG BOC, Rother Valley Way,
Holbrook, Sheffield, S20 3RP, UK; tel: +44 1484
328736; e-mail: heat-treatment@linde-gas.
com; web: www.linde-gas.com
25 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br
ARTIGO | Tratamento Térmico
de não-ferrosos
Fig. 4. As portas, carrossel
e robôs são controlados
através de um sistema automatizado central
Novas Tecnologias
de Tratamento Térmico
para Blocos e Cabeçotes
de Alumínio
T. D. Donofrio – Can-Eng Furnaces, Ltd.; Niagara Falls, CANADÁ
Focados nas pressões constantes em relação à qualidade final e ao custo de produção,
as indústrias de componentes automotivos tem buscado métodos novos e eficientes
para o tratamento térmico de componentes de alumínio em grandes quantidades.
Neste artigo, a Can-Eng Furnaces Ltd, descreve como peças de alumínio tanto
fundidas como conformadas podem se beneficiar de um moderno sistema de forno
rotativo desenvolvido para se beneficiar dos conceitos improdutivos da manufatura.
E
ste moderno forno rotativo contínuo é baseado em
características e conceitos de seu antecessor, mas integra múltiplos níveis de carrosséis de modo a elevar a
capacidade do sistema.
Sistema tratamento térmico rotativo contínuo (BHTS®)
A patente-pendente BHTS (Basketless Heat-Treatment Systems) pode ser orientada em um layout lado a lado que visa aperfeiçoar simultaneamente a tecnologia dos processos de solubilização e de envelhecimento. A maior vantagem deste sistema é
que as peças de alumínio podem ser colocadas individualmente
no sistema rotativo eliminando qualquer necessidade de cestas
transportadoras. Um sistema movimentação robótico com braço flexível movimenta as peças da mesa de alimentação até a
sua posição específica no carrossel dotado de vários níveis. As
peças fundidas são posicionadas adequadamente no carrossel
e colocadas no forno. O carrossel assegura que cada peça seja
corretamente acondicionada e receba uma circulação de ar uniforme durante as etapas de aquecimento rápido e encharque no
processo.
Características do Projeto do Forno
Localizado no centro do forno, um ventilador de fluxo axial
26 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br
recircula grandes volumes de ar aquecido para cada nível do
carrossel. Um defletor de distribuição direciona o ar, por convecção forçada à alta velocidade, através da câmara de trabalho retornando para uma região de alta pressão, onde o ar é
aquecido e reintroduzido na câmara de trabalho. O carrossel
é suportado por uma base rotativa dentro de uma casca cilíndrica.
Desenvolvido e manufaturado para trabalhar com famílias
de produtos de geometrias similares, o carrossel pode ser facilmente modificado para processar produtos diferentes. As
características dos produtos são cuidadosamente consideradas
durante o projeto do sistema do forno de modo a assegurar que
as peças sejam corretamente apoiadas para que não ocorram
danos ou distorções. O projeto do carrossel baseia-se em uma
estrutura planejada para suportar a massa das peças na temperatura de processamento. A base é montada com um sistema
de fácil acesso ao mecanismo que provê a rotação do carrossel
externa à zona quente. Há comunicações entre o sistema de
movimentação e os sensores do carrossel que controlam cada
posição de rotação, assegurando um exato posicionamento das
peças.
Cada nível do forno é acessível através de um sistema independente de portas. A abertura e fechamento das portas,
ARTIGO | Tratamento Térmico
de não-ferrosos
a rotação do carrossel e a movimentação robótica são todas controladas e
verificadas através de uma central de
processamento programável. A inspeção do sistema é feita através de portas
localizadas nas seções superior e inferior da casca cilíndrica. Para os casos
onde há resíduos de areia de fundição
agregados as peças, foi instalado integrado ao sistema do forno um simples
coletor de areia acoplado a um sistema
de descarte. Um sistema singular para o
escoamento das peças simplifica a têmpera de forma que o sistema seja menor
e possa ser montado no nível do chão,
sem a necessidade fossos e equipamentos adicionais.
Melhorias no sistema de têmpera
Os projetistas de fornos têm buscado
o desenvolvimento de um sistema de
têmpera uniforme para integração com
os sistemas de tratamento térmico em
batelada ou rotativos. Isto é em grande
parte devido às densas cargas observadas, variações na consistência das
cargas, desalinhamentos das cestas e
limitações no uso do meio de têmpera
de modo uniforme e confiável. Os engenheiros de desenvolvimento têm entendido que a têmpera das peças fundidas
de alumínio é uma das etapas de processamento mais críticas e dominantes
para a produção de tensões residuais.
Este entendimento levou ao desenvolvimento e a melhoria do sistema de
têmpera para que este pudesse ser integrado com a atual tecnologia BHTS. O
objetivo foi desenvolver um sistema que
provesse uma elevada uniformidade de
têmpera e flexibilidade para o processamento de diversos componentes.
Seguindo-se estes desenvolvimentos, novos métodos de têmpera foram
disponibilizados para as indústrias de
manufatura de blocos e cabeçotes. Estes novos métodos oferecem uma combinação de benefícios em relação às
tecnologias tradicionais. As melhorias
mais importantes incluem a têmpera
individual das peças tanto para os processos em batelada quanto contínuos.
Como resultado da capacidade de tratar
formidade peça a peça, o que contribui
para a melhoria dos valores CpK da
qualidade do produto.
A integração dos novos desenvolvimentos do processo de têmpera tem
produzido um grande número de novas
oportunidades para desenvolvimentos futuros dos sistemas de têmpera. Estes novos conceitos estão abrindo portas para o
desenvolvimento de tecnologias híbridas
de têmpera que fornecem um gradiente
de têmpera em combinação com o meio
de têmpera.
individualmente os fundidos-temperados, houve uma significante melhoria
da uniformidade de têmpera ao longo
das secções das peças. Isto foi alcançado através do controle independente e
monitorado dos bicos de distribuição do
meio de têmpera. Estes sistemas de têmpera, integrados com o processamento
in-situ monitorado e em regime fechado, asseguram a distribuição uniforme
do meio de têmpera.
Os sistemas de têmpera para integração com o sistema BHTS provêm benefícios sobre os sistemas convencionais
de têmpera em batelada. O benefício
mais significante está associado com a
redução do tamanho do sistema. Isto
é realizado pela movimentação peça a
peça dos produtos através de um sistema mais eficiente. Em geral, o sistema
BHTS pode ser montado no nível do
piso, eliminando-se a necessidade de
custos extras para fossos ou infra-estruturas adicionais. Os sistemas de recirculação, aquecimento e resfriamento
apresentam-se mais eficientes para as
operações em estado estacionário para
carregamentos do tipo batelada. A temperatura do meio de têmpera pode ser
controlada para permanecer dentro de
uma pequena faixa, elevando-se a uni-
Benefícios do sistema
O consumo de energia, e o CO2
são reduzidos
Eliminando-se as cestas tem se observado considerável redução do consumo
de energia elétrica e da quantidade de
energia gasta no processamento. As
indústrias têm observado uma redução
mínima de 40% no consumo de combustível quando comparado com processos similares para o tratamento de
solubilização e de envelhecimento de
componentes processados em fornos rotativos convencionais. Como resultado
da redução do consumo de combustível
as emissões de CO2 também foram reduzidas.
Fig. 1. Peças são colocadas individualmente
no sistema rotativo
Fig. 2. Sistema de braço robótico flexível para
movimentação de peças
27 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br
ARTIGO | Tratamento Térmico
de não-ferrosos
Economias em gastos com peças e
necessidades da manutenção
O mecanismo simplificado de transporte das
peças reduz o tamanho e a complexidade do
sistema quando comparado com a intensiva manutenção dos sistemas rotativos e de
correntes que empregam componentes para
movimentação internos ao forno. O posicionamento das peças dentro do sistema é mantido constante devido ao uso de transportes
externos, eliminando a movimentação dentro do forno. A redução do transporte, dos
componentes da recirculação e de aquecimento reduzem os gastos com peças sobressalentes bem como com o operador e com as
manutenções envolvidas. Estes sistemas têm
apresentado uma redução de 75% nas necessidades de componentes mecânicos, quando
comparados com os sistemas de forno rotativo ou de correntes.
Maior uniformidade e melhor
qualidade
O processamento individual das peças tem
melhorado a qualidade do produto reduzindo o gradiente de temperaturas ao retirar as
densas cestas e otimizar o processo de têmpera. Através da melhoria da uniformidade
de têmpera, as propriedades mecânicas tiveram melhoria dos valores CpK em 10-20%.
Melhoria do tempo de
processamento
Outro igualmente importante benefício
do processamento individual das peças
é a redução dos tempos dos ciclos. O
manuseio individual das peças reduz o
tempo necessário para levar as peças
até as temperaturas de solubilização
ou envelhecimento. Estas melhorias do
processo permitem às indústrias a habilidade de melhorar a sintonia de seus
processos de modo a obter a melhor
combinação entre o tempo do ciclo e
a produtividade. Testes demonstraram
que a redução dos perfis de aquecimento foi superior a 20%.
Custos de expansão reduzidos
As indústrias têm em geral um sistema de uma linha longa para alcançar
o mesmo tempo de encharque para o
processamento de peças fundidas de
28 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br
Fig. 3. O produto é transferido pelo braço robótico para o sistema rotativo
alumínio.
O design cilíndrico e compacto do
BHTS tem um custo de expansão do espaço físico pequeno e um pequeno volume
do forno de cerca de 30% de um forno rotativo convencional.
Flexibilidade de têmpera,
consistência e eficiência
O sistema permite que diferentes tipos
de meios de têmpera sejam utilizados
dependendo do resultado final desejado.
Blocos de motor e cabeçotes podem ser
processados com a integração de água,
têmpera de precisão a ar ou sistemas
híbridos. A eficiência dos sistemas de
têmpera foi melhorada através do desenvolvimento de sistemas de têmpera
menores e que trabalham em regime de
estado estacionário ao invés dos sistemas
em regime de batelada que são cíclicos e
tendentes a variações.
Tendências da manufatura
Finalmente os inventários dos trabalhos em processos podem ser reduzidos,
melhorando as tendências dos processos de manufatura. As indústrias de
fundidos e forjados em alumínio agora
possuem alternativas para avaliação
das novas necessidades em relação a
capacidades. As eficiências melhoradas
do processo BHTS podem ajudar muito
as indústrias a superar as competições
industriais e a assegurar repetibilidade.
Conclusões
As indústrias de manufatura de grandes
quantidades de peças fundidas para blocos de motor e cabeçotes de alumínio
podem se beneficiar das melhorias
que podem ser obtidas do uso do novo
sistema de tratamento térmico sem o
uso de cestas transportadoras e das novas tecnologias de têmpera. A Can-Eng
Furnaces tem comercializado diversos
sistemas para a manufatura de grandes
quantidades de peças para a indústria
automotiva. Estes usuários estão explorando os numerosos benefícios deste
eficiente sistema de tratamento térmico
sem cestas transportadoras (BHST) sobre os sistemas convencionais rotativos
ou de correntes. IH
Para mais informações :
Tim Donofrio é gerente de produtos da
Can-Eng Furnaces International Limited, 6800
Montrose Road, Niagara Falls, ON, Canadá L2E
6V5. Telefone: 905-356-1327, fax: 905-356-1817.
E-mail: [email protected].
Home-page: www.can-eng.com
ANÚNCIO
O evento será realizado no período de 25 a 28 de
abril de 2010, no Hotel Tauá em Atibaia/SP.
S
erá realizada, entre os dias 25
a 28 de Abril de 2010, a 5ª
Conferência Brasileira sobre
Temas de Tratamento Térmico (TTT). O encontro,
que acontecerá no Hotel Tauá em Atibaia,
São Paulo, almeja uma maior participação de usuários de produtos e serviços em
tratamento térmicos ligados as indústrias
automotiva, mecânica, siderúrgica, eletrônica, de eletro-doméstico, petroquímica,
entre outras. Além disso, a conferência tem
como objetivo principal promover a comunicação entre os profissionais da área, institutos de pesquisas e instituições acadêmicas
que tenham interesse em equipamentos e
acessórios de tratamento térmico.
Participaram da edição anterior (2008)
do TTT aproximadamente 150 pessoas e
foram apresentados 60 trabalhos técnicocientíficos. Em 2010 a conferência espera
reunir cerca de 400 pessoas.
Nesta edição será realizado em conjunto,
o Segundo Seminário de Indução promovido pela empresa Inductotherm.
Confira no site a programação preliminar www.metallum.com.br/ttt2010
Modalidades Disponíveis
Stand – 9 m² com montagem básica, testeira com logomarca, uma mesa com três
cadeiras e um balcão.
Palestra Técnico-Comercial – 30 minutos
na programação do evento para a apresentação de uma palestra.
Convites – até 10 convites personalizados
para seus clientes ou colaboradores com
acesso livre ao evento.
Institucional – divulgação da logomarca
no site, informativos, boletins e na sinalização do evento.
Artigos Técnicos
Estudo de caso e contribuições técnicas
podem ser utilizados para apresentações, na
forma de palestra, programa oral e pôsteres.
Envie o seu resumo através do site
www.metallum.com.br/ttt2010. Os resumos serão avaliados pela comissão
científica do evento, e os trabalhos
aprovados vão concorrer a prêmios
oferecidos por empresas em diversas
categorias. Apresentadores de trabalhos terão preço diferenciado na taxa de
inscrição (confira na tabela de preços).
Público Alvo
O público alvo abrange diretores e gerentes industriais, de produção, de tratamento térmico; os gerentes de qualidade,
de engenharia do produto, de pesquisa e
desenvolvimento; os engenheiros de materiais, mecânicos, metalurgistas, químicos;
os técnicos destas modalidades; e demais
profissionais envolvidos com a atividade de
tratamento térmico e análise de estruturas
TEMAS ABORDADOS
• Tratamentos térmicos e termoquímicos de ferrosos
• Tratamentos térmicos de não ferrosos
• Metalurgia física e transformação de
fases
• Técnicas de caracterização microestrutural
• Efeito de elementos de liga sobre a
30 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br
microestrutura e propriedades
• Análise de defeitos e falhas
• Banhos de sal, atmosferas e meios de
resfriamento
• Equipamentos para controle de processo e de qualidade
• Sistemas de aquecimento por indução
• Fornos, periféricos e insumos
• Limpeza, preparação e acabamento
• Manutenção
• Automação e instrumentação
• Simulação
• Qualidade e produtividade
• Tendências, desenvolvimentos
e novas tecnologias
• Novos mercados e perspectivas
• Segurança e meio ambiente
• Gestão
e propriedades mecânicas. Os usuários finais de produtos ou componentes tratados
termicamente serão convidados a participar do evento. O objetivo principal deste
evento é promover um melhor contato
entre os profissionais envolvidos na atividade de tratamento térmico, qualidade,
engenharia do produto e pós-venda; representantes, fabricantes de equipamentos
e insumos, institutos de pesquisas e instituições acadêmicas e profissionais que
tenham interesse em tratamento térmico
e seus equipamentos e acessórios.
Secretaria e Realização:
Coordenação:
Metallum Eventos Técnicos e Científicos
Vila Polo Poli - São Paulo - Brasil
Fone: 55 11 3731-8549
www.metallum.com.br/ttt
Francisco Ambrozio Filho – FEI
Jorge Kolososki – FEI
Lucio Salgado – IPEN
Confira a Programação Preliminar da 5ª Conferência sobre TTT
Valores para Taxa de Inscrição
Antes de 12/04/2010
Após 12/04/2010
(somente na secretaria do evento)
Participante
R$ 500,00
R$ 600,00
Apresentador
R$ 200,00
R$ 250,00
Estudante de pós-graduação
R$ 200,00
R$ 250,00
Estudante de Graduação
R$ 100,00
R$ 110,00
Convidado de Patrocinador
R$ 400,00
R$ 480,00
Patrocinador /Palestrante Convidado
Isento
www.revistaIH.com.br - Fevereiro 2010 31
Eventos
da Indústria
MARÇO
MAIO
15-18 Techmei 2010 : Feira internacional de tecnologia em máquinas e equipamentos
industriais - Expo Center Norte, São Paulo, SP - www.techmei.com.br
03-06 AISTech 2010
Pensilvânia, EUA - www.aist.org
29-31 MIM – 2009 - Conferência Internacional sobre a moldagem por injeção de metal,
Cerâmica e Carbonetos - Long Beach; California, EUA www.mima.org
11-14 Metal + Metallurgy China 2010
Beijing, China - www.mm-china.com
ABRIL
11-15 28ª Feira Internacional
da Mecânica São Paulo, SP
09 Treinamento de Metalurgia em Pó - Laboratório de Transformação Mecânica,
Universidade Federal do Rio Grande do Sul - Porto Alegre, RS www.ufrgs.br
www.mecânica.com.br
14-16 21º Congresso Brasileiro de Siderurgia – São Paulo, SP
www.acobrasil.org.br
12-13 Wire Expo 2010
Winsconsin, EUA - www.wirenet.org
15-16 Treinamento em Forjamento Laboratório de Transformação Mecânica,
Universidade Federal do Rio Grande do Sul - Porto Alegre, RS www.ufrgs.br
18-20 Expoalumínio 2010
São Paulo, SP www.expoaluminio.com.br
20-22 Forge Fair 2010 Mostra Internacional de Tecnologia da Forjaria
Cincinnati, Ohio, EUA
JULHO
25-28 TTT - Temas de Tratamento Térmicouro – Atibaia, SP
www.metallum.com.br
29-30 Treinamento em Corte/Dobra/ Repuxo Laboratório de Transformação Mecânica,
Universidade Federal do Rio Grande do Sul - Porto Alegre, RS www.ufrgs.br
32 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br
26-30 International Federation for Heat
Treatment and Surface Engineering
Rio de Janeiro, RJ www.abmbrasil.com.br
28-30 Mec Show 2010, Feira da
Metalmecânica, Energia e Automação
Vitória, ES - www.mecshow.com.br
Materiais| |Desenvolvimento
Desenvolvimento| Soluções
| Soluções
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Soluções
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fornos
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alta
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em fornos de alta temperatura.
>>Peças
para
Sinterização
Peçaspara
paraFornos
Fornos > Bandejas
> Bandejas
para
Sinterização
> Escudos para Calor > Elementos de Aquecimento
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> Navetas
> Produtos para Usinas
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