Revista Industrial Heating – Abr a Jun/2011

Abr a Jun 2011

28 Junho - 2 Julho, 2011 Düsseldorf, Alemanha

ANOS EDIÇÃO COMEMORATIVA

1931-2011

Processo de Nitretação a Gás pág.31 Diagrama de Ellingham pág.37 Termodinâmica na Metalografia pág.42 Gases para Têmpera de Metais pág.46 Delphi aumenta oferta de serviços de tratamentos pág.13 A maior e mais conceituada publicação da indústria térmica www.revistaIH.com.br • www.industrialheating.com

800.000 t/ano de AÇO para CONSTRUÇÃO 72.000 t/ano MENOS EMISSÃO DE CO2

1 EQUIPAMENTO DE INDUÇÃO

Besuchen Sie uns: Visite-nos: 28.06. – 02.07.2011 MESSE METEC Düsseldorf, Halle 5 / Stand F16

Tung Ho Steel, de Taiwan, estabeleceu novos padrões com a construção em 2010 de sua Minimill para aço de construção civil. O diferencial: a nova Minimill não necessita de fornos convencionais de aquecimento.

Em seu lugar foi integrado um aquecimento indutivo.

Graças ao inovador conceito energético da Elotherm deixam de ser emitidos anualmente no meio ambiente 72.000 t CO2, 410 t SO2 e 225 t de NOx. Elotherm – para consumo mínimo de energia,

SMS-MEER Metalurgia do Brasil Ltda Al. Rio Negro 1.030, Conj. 803, 06454-020 Alphaville, Barueri, São Paulo, Brasil

aquecimento de metais, temperar, recozer, soldar, endurecer, ou sistemas de agitação cinemáticos. A Elotherm é líder no mercado com tecnologia de indução inovadora, limpa e de eficiência na utilização de energia. Os equipamentos individuais de indução são projetados com construção modular, economicamente interessante.

Confie na competência de longa data.

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Forno e

CONTEÚDO

Abril a Junho 2011 • Número 11

Na Capa:

Esta foto foi tirada por Jack Delano em janeiro de 1940 em Pittsburgh, EUA, cerca de uma década depois que a Industrial Heating começou a cobrir o setor. A imagem ajuda a ilustrar o quão longe a revista e nossa indústria chegaram em oito décadas.

31

S

A nitretação é um processo de cementação no qual o nitrogênio é introduzido na superfície de uma liga ferrosa, como o aço, mantendo o metal a uma temperatura inferior àquela em que a estrutura cristalina começa a se transformar em austenita no aquecimento (Ac1).

37

Gases Industriais/ Combustão

Utilizando o Diagrama de Ellingham na Solução de Problemas de Atmosferas em Tratamento Térmico Michael J. Stempo – Air Liquide International U.S. LP; Houston, Texas, EUA

G

O

Princípios de Nitretação a Gás: o Processo de Nitretação (Parte 1) Daniel H. Herring – The HERRING GROUP, Inc., EUA

I

O diagrama de Ellingham nem sempre é pensado como uma ferramenta para os profissionais de tratamento térmico. Este artigo demonstra a sua utilidade.

42

Metalografia

Termodinâmica e Cinética Computacionais no Tratamento Térmico

T

Paul Mason – Thermo-Calc Software Inc.; McMurray, Pa., EUA

R

Este artigo descreve como a termodinâmica e a cinética computacionais podem ajudar os metalúrgicos a preverem as mudanças microestruturais que ocorrerão em um componente.

46

A

Tratamento Térmico

Gases Industriais

Gases e Misturas Gasosas para Têmpera de Metais

Minfa Lin, Ph.D., Senior Principal Research Engineer, Air Products and Chemicals, Inc., EUA e Gian Ricardo C. Silva, MSc., Supervisor de Pesquisa Aplicação & Desenvolvimento, Air Products Brasil Ltda.

A segurança e as considerações ambientais tornam a têmpera a gás uma alternativa atraente para a têmpera líquida. As vantagens da têmpera a gás incluem produtos limpo, distorção mínima, e a eliminação dos problemas ambientais associados aos meios de têmpera líquidos.

4 Industrial Heating - Abr a Jun 2011

COLUNAS 06 Editoriais

06

Alegrem-se os Fabricantes

Por Reed Miller - EUA Chegou finalmente o tempo em que os fabricantes podem comemorar a recuperação da economia? Será que nossa indústria vai experimentar tempos melhores à frente?

08 80 anos

Por Udo Fiorini - Brasil Com esta edição estamos comemorando os 80 anos de existência desta revista Industrial Heating Magazine, cujo inicio de circulação se deu em 1931.

20 Manual do Tratamento Térmico

26

Novo!

Distorções Dimensionais na Têmpera dos Aços Por Shun Yoshida Em uma série de quatro artigos, Shun Yoshida nos apresenta a questão das distorções dimensionais em Tratamento Térmico .

22 Pioneiros

Thales Lobo Peçanha Thales Lobo Peçanha é o presidente do grupo Combustol e Metalpó, sendo a Combustol uma das maiores e mais tradicionais fabricantes de fornos industriais do Brasil, com mais de 50 anos de existência. O fundador da empresa foi seu pai, o engenheiro Paulo Lobo Peçanha.

27

23 Metalurgia do Pó

A Metalurgia do Pó Presente em Nossos Automóveis Por Fernando Iervolino Nesta edição e nas próximas falaremos sobre as aplicações desta tecnologia em diferentes produtos e mercados.

24 Siderurgia

Novos Aços para um Mundo Sustentável Por Antônio Augusto Gorni A combinação explosiva de uma sociedade de consumo cada vez mais sofisticada com a explosão demográfica implicou numa demanda cada vez maior por matérias primas e energia.

SEÇÃO ESPECIAL 49 Especial 80 anos 51 Logotipos 51 Hall de Inovadores

26 Você Sabia?

O Retorno das Ferrovias Os trens estão agora mais eficientes em termos de combustível do que os carros híbridos. Eles são capazes de percorrer grandes distâncias com apenas um galão de combustível e podem transportar mais carga do que o equivalente a 300 caminhões.

27 Refratários

Tipos de Materiais Refratários Por Waldir de Sousa Resende Os materiais refratários são usualmente classificados em dois grandes grupos: conformados e não conformados (monolíticos).

28 O Doutor em Tratamento Térmico

Revelando o Processo de Recozimento Por Daniel H. Herring Um dos mais importantes fatores do recozimento é a atmosfera do forno que envolve as peças enquanto elas são aquecidas e resfriadas.

DEPARTAMENTOS 09 Thermprocess 10 Produtos 12 Eventos da Indústria 13 Novidades da Indústria 33 Pergunte ao Especialista Novo!

52 Serviços 53 Índice de Anunciantes Abr a Jun 2011 - www.revistalH.com.br 5

Editorial Reed Miller, Editor Associado | +1 412-306-4360 | reed@industrialheating.com

C

Alegrem-se os Fabricantes

hegou finalmente o tempo em que os fabricantes americanos podem comemorar a recuperação da economia? Será que a indústria americana vai experimentar tempos melhores à frente? Recentemente falamos nas razões pelas quais isto ocorre, mas pensamos que poderíamos acrescentar mais detalhes.

Os últimos relatórios mostram que as encomendas às fábricas nos EUA em janeiro tiveram o ritmo mais forte em mais de quatro anos. O setor industrial, que está tirando a economia americana da recessão, cresceu 3,1% em janeiro. Este foi o maior aumento desde setembro de 2006. Comparando-se 2011 com um ano atrás, as encomendas às fábricas subiram 10,8%. Em fevereiro, o setor manufatureiro dos EUA cresceu ao ritmo mais rápido em quase sete anos.

A indústria aeroespacial foi responsável por uma grande parte destes ganhos, já que as encomendas de aviões civis e peças saltaram 52%. Mesmo que de uma forma mais volátil, a indústria automotiva também cresceu significativamente no início de 2011. Em janeiro, todas as principais companhias automotivas registraram ganhos de dois dígitos. Os maiores crescimentos vieram da GM, com 49%, e da Toyota, com 42%.

A falta de comércio internacional tem sido parte da razão para o crescimento na indústria dos EUA. Já que a atividade está voltando, as empresas do país aumentaram a demanda por equipamentos e máquinas. Esta demanda doméstica, em grande parte, foi satisfeitas pela produção norte-americana, o que ajudou a impulsionar a recuperação.

Uma medida dessa expansão no mercado interno pode ser visto no relatório (Report on Business) de fevereiro do Institute for Supply Management (ISR), uma organização sem fins lucrativos, responsável pela edição do PMI (Purchasing Managers Index), que é um idicador mensal baseado no comportamento de cinco índices (nível de produção, novos pedidos, fornecimentos, inventários e nível de emprego) . Lançado no início de março, ele disse, "o relatório do setor industrial de fevereiro indica um forte desempenho contínuo, enquanto o PMI registrou 61,4%, um nível alcançado pela última vez em maio de 2004." Esse número é 0,6% maior que o de janeiro, de 60,8%. Um indicador de que a recuperação econômica dos EUA está ajudando as empresas americanas é apresentado através de uma comparação com o HSBC China Manufacturing PMI, em fevereiro. Como medido por este indicador, a atividade industrial na China caiu para um mínimo de sete meses (51,7), em fevereiro. Isso é quase 10% abaixo do índice dos EUA. Nós mencionamos isso em um editorial anterior, mas vale a pena repetir que os relatórios sobre a “morte” da indústria dos EUA têm sido muito exagerados. Em todos os anos desde 2004, 6 Industrial Heating - Abr a Jun 2011

a produção industrial EUA ultrapassou US$ 2 trilhões (em dólares constantes de 2005). Isto é o dobro da produção industrial do início dos anos 1970 (em dólares constantes). Com base nesta produção, a indústria norte-americana seria classificada como a sexta maior economia do mundo, atrás da França e à frente do Reino Unido, Itália e Brasil. Para 2009, o ano mais recente para que os registros internacionais estão disponíveis, a nossa produção industrial de US$ 2,155 trilhões (incluindo mineração e utilidades) é mais que 45% superior a da China.

A produtividade do trabalhador é uma razão importante pelas quais os EUA continuam a dominar. De acordo com o Bureau de Estatísticas do Trabalho dos EUA, a produtividade aumentou 1,7% nos últimos quatro trimestres, e a produtividade anual aumentou 3,6% de 2009 a 2010. Mais impressionante é o fato de que a produtividade do setor industrial subiu 5,8% no quarto trimestre de 2010. Para todo o ano de 2010, esta medida aumentou 6,0% - o maior aumento anual desde 2003. Este é também o maior aumento de todos os 19 países industrializados do mundo. Em comparação, o Japão experimentou a queda mais acentuada de -11,4%.

Como um exemplo da tendência de produzir mais bens internamente nos EUA, a Caterpillar Inc. está construindo uma fábrica de US$ 120 milhões no Texas para produzir máquinas escavadeiras. Algumas das máquinas produzidas nesta fábrica eram produzidas no Japão. Da mesma forma, a Dow Chemical Co. está construindo uma fábrica de quase 75 mil metros quadrados, perto de sua sede em Midland, Michigan, para produzir baterias para veículos híbridos e elétricos. Uma ressalva que eu vou trazer para essa discussão vem do CEO da Dow Chemical, Andrew Liveris.

Apesar do seu investimento, ele acredita que a indústria dos EUA enfrenta possível declínio, a menos que o governo traga uma estratégia para impulsioná-lo, incluindo a redução dos impostos e o apoio governamental para P&D. Um vídeo produzido pelo Departamento de Comércio dos EUA discute algumas razões pelas quais as empresas optam por fabricar seus produtos internamente. Para destacar apenas algumas, os EUA oferecem uma força de trabalho altamente qualificada, fortes proteções à propriedade intelectual e um clima de negócios que apóia e incentiva a inovação. IH

Reed Miller EUA

Editorial

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Na

Reed Miller, Editor Associado| +1 412-306-4360 | reed@industrialheating.com

NÓS ENXERGAMOS AS SUAS NECESSIDADES EM TRATAMENTO TÉRMICO Câmara simples, dupla ou multi-câmara, para produção de lotes únicos ou seriados, Fornos com configuração para carregamento horizontal e vertical, Cargas de 50 a 5000 kg, Isolamento em grafite, cerâmico ou escudo metálico com vácuo máximo de 10-2/10-5/10-6/10-7 mbar, Temperaturas de operação até 2500ºC, Uniformidade de temperatura entre +/- 5ºC e +/- 3ºC, Fornos de câmara dupla com resfriamento em óleo com fluxo de carga semi-contínuo, ou construção em três câmaras com fluxo de carga contínuo, Gás de resfriamento de baixa e alta pressão (HPGQ) 2, 6, 10, 12, 15, 20 e 25 bar, Tipos de resfriamento a gás: nitrogênio, argônio, hélio,

Características operacionais de primeira classe, incluindo aquecimento e resfriamento uniforme e a facilidade de temperar uma larga gama de materiais e seções transversais, Sistemas de resfriamento padrão do tipo radial (360º) e axial, Possibilidade de construção de modelo de resfriamento radial / axial em um forno, como requerido para programação de resfriamento direcionado, Sistema integrado de controle de energia instalado nos fornos do tipo HPGQ (fator de alta potência), Sistemas de bomba única ou múltiestágio, construído baseado em bombas de óleo e secas, Bombas de alto vácuo: difusão, criogênicas ou tipo turbo molecular, Conformidade com normas CE e NFPA, Sistema computacional de controle SimVac de fácil operação, capacitado para procedimentos NADCAP, Instalação compacta que reduz necessidade de espaços maiores.

Vendas:

EQUIPAMENTOS DE TRATAMENTO TÉRMICO A VÁCUO

Abr a Jun 2011 - www.revistalH.com.br 7

Editorial Udo Fiorini, Editor | 19 9205-5789 | udo@revistaIH.com.br

C

80 anos

om esta edição estamos comemorando os 80 anos de existência desta revista, a Industrial Heating Magazine, cujo início de circulação se deu em 1931.

Com a finalização da primeira guerra mundial em 1918, a década de 20 iniciou com a indústria mostrando esperança e entusiasmo pelo desenvolvimento tecnológico, até motivado pelas exigências técnicas do decorrer do confronto bélico mundial. Na sequência, em 1923, um professor do Carnegie Institute of Technology publicou um livro que se tornaria um ícone, Industrial Furnaces. Este professor, Willibald Trinks, se tornaria posteriormente o primeiro editor da revista Fuels and Furnaces, predecessora da Industrial Heating Magazine. Não há informações precisas de outras publicações técnicas que tenham idade maior que a desta revista, 80 anos, por isso sem dúvida é um acontecimento de respeito. Em um artigo especial estamos relatando alguns detalhes desta epopéia.

Neste final do mês de junho, com inicio no dia 28 e final no dia 02 de Julho, estará ocorrendo na cidade alemã de Duesseldorf a feira Thermprocess, com certeza o maior evento mundial dedicado às tecnologias térmicas. Os números comprovam isto: são cerca de 1700 expositores (11 empresas brasileiras) distribuídos em 16 pavilhões. A feira é na verdade um conglomerado de exposições, pois além da Thermprocess teremos a Gifa, dedicada a técnicas para fundição e soldagem,

a Metec, de técnicas metalúrgicas, e a Newcast, dedicada a produtos fundidos. Estão sendo aguardados mais de 77.000 visitantes em seus 5 dias de exposição e conferencias. Estaremos presentes neste encontro e traremos as novidades e os acontecimentos na próxima edição.

Chamo a sua atenção para o próximo número da Industrial Heating, com data de capa julho a setembro 2011. Essa edição está programada para circular na feira Termotech, em São Paulo, com previsão para ocorrer de 04 a 06 de outubro. E também trará o nosso já tradicional Guia de Compras impresso. Trata-se de um inventário completo das empresas fabricantes de equipamentos, partes, peças ou insumos ou prestadoras de serviços na área de tecnologias térmicas. O nosso Guia de Compras tem o seu cadastro atualizado continuamente, e está disponível em nosso site: www. revistaIH.com.br. É sem dúvida o mais completo levantamento de empresas do ramo existente no mercado. IH Não deixe de participar.

Tenha uma boa leitura!

Udo Fiorini Brasil

EQUIPE DE EDIÇÃO BRASILEIRA

EDIÇÃO E PRODUÇÃO NOS EUA

S+F Editora (19) 3288-0437 ISSN 2178-0110 www.sfeditora.com.br www.revistaIH.com.br

Reed Miller Associate Publisher/Editor–M.S. Met. Eng., reed@industrialheating.com • +1 412306-4360 Bill Mayer - Editor Associado, bill@industrialheating.com • +1 412-306-4350 Dan Herring - Editor Técnico Beth McClelland - Gerente de Produção, beth@industrialheating.com • +1 412-306-4354 Brent Miller - Diretor de Arte, brent@industrialheating.com • +1 412-3064356

Udo Fiorini - Editor udo@revistaIH.com.br • (19) 9205-5789 Sunniva Simmelink - Diretora Comercial sunniva@revistaIH.com.br • (19) 9229-2137 Alexandre Farina - Redação Paula Farina - Redação Leonardo Fiorini - Redação redacao@revistaIH.com.br

ESCRITÓRIO CORPORATIVO NOS EUA Manor Oak One, Suite 450, 1910 Cochran Road, Pittsburgh, PA 15220, EUA • Fone: +1 412-531-3370 • Fax: +1 412-531-3375 • www.industrialheating.com

Doug Glenn - Diretor de Núcleo +1 412-306-4351 • doug@industrialheating.com

8 Industrial Heating - Abr a Jun 2011

REPRESENTANTE DE PUBLICIDADE NOS EUA

Tecnologia da Informação: Scott Kesler Marketing: Ariane Claire Produção: Vincent M. Miconi Finanças: Lisa L. Paulus Criação: Michael T. Powell Guias: Nikki Smith Recursos Humanos: Marlene Witthoft Conferências e Eventos: Emily Patten Pesquisa: Beth A. Surowiec

A opinião expressada em artigos técnicos ou pelos entrevistados são de responsabilidade dos autores e não refletem necessariamente a opinião dos editores.

Kathy Pisano - Diretora de Publicidade, kathy@industrialheating.com +1 412-306-4357 - Fax: +1 412-531-3375

DIRETORES CORPORATIVOS

Edição: Timothy A. Fausch Edição: John R. Schrei Estratégia Corporativa: Rita M. Foumia

BNP Media Helps People Succeed in Business with Superior Information

THERMPROCESS 2011 – 10ª

Feira Internacional e Simpósio de Tecnologias Térmicas Quando: de 28 de Junho a 02 de Julho Horário: das 09:00 às 18:00 Onde: Duesseldorf, na Alemanha O maior evento mundial do setor de tecnologias térmicas só acontece uma vez a cada quatro anos, e seus expositores estão dedicados a apresentar: - fornos e estufas industriais e processos térmicos; - equipamentos especiais; - componentes e outros fornecimentos; - segurança operacional e aparelhos ergonômicos; - consultoria, projetos, service e engenharia; - associações de negócio e revistas; - treinamento e educação.

Tarifas Day Ticket: 50 €* (at the cashiers / exhibition ground) 40 €* (via Online Shop) Season Ticket: 120 €* (at the cashiers / exhibition ground) 100 €* (via Online Shop) Day Ticket for Students 15 €* (at the cashiers / exhibition ground + OnlineShop) (bring your identification pass for reduced fee) Ao mesmo tempo da Thermprocess, outras feiras estarão ocorrendo: GIFA 2011 (12th International Foundry Trade Fair), METEC 2011 (8th International Metallurgical Technology Trade Fair) and NEWCAST 2011 (3rd International Trade Fair for Precision Castings).

DICAS PARA OS VISITANTES DA THERMPROCESS

1 2 3 4 5 6 7

TRANSPORTE PÚBLICO: usar trem de superfície saindo do centro de Duesseldorf: U78 vai para a entrada norte, U79 para a entrda Oeste. Ônibus 722 vai para a entrada leste e sul. Do aeroporto, ônibus 896 conecta a todas as entradas.

TÁXIS TEM TARIFA em Euro por quilômetro rodado, mais cara que a das cidades brasileiras. Os taxis devem ser abordados em seus pontos somente.

NAS PRINCIPAIS RUAS E AVENIDAS de Duesseldorf os avisos de “Messe Duesseldorf” mostram o caminho da feira e os avisos de “Parking”levam io visitante a um dos 12 estacionamentos.

O CATÁLOGO ELETRÔNICO “KATI” torna fácil encontrar um expositor.

Terminais “KATI” estão em todas as alas.

AS ALAS ESTÃO INTERCONECTADAS POR PASSARELAS, faixas de pedestres, esteiras e ônibus.

LOCALIZADA NO MEIO DAS ALAS ESTÃO QUIOSQUES com oferta de alimentação, bem como de comunicação, posto de correio, banco e agencia de viagem.

IMPORTANTE – AVISOS ALEMÃES: Messe: Feira, Eingang: entrada, Ausgang: saída, Notausgang: saída de emergência, WC: banheiros.

Abr a Jun 2011 - www.revistalH.com.br 9

Produtos

Máquinas e Pastas para Solda e Brasagem Fusion Incorporated A pasta de liga Fusion fornece todos os ingredientes para uma brasagem ou solda forte e livre de falhas em uma única deposição.

Um metal de enchimento finamente atomizado, um fluxo apropriado e um aglomerante neutro se mesclam em uma mistura homogênea. Sob aquecimento o fluxo líquido é liberado primeiro, seguido pelo metal de enchimento, que funde e flui para a área da junta.

Não é mais necessário manuseio de fluxos cáusticos. Estão disponíveis pastas de estanho, estanho/ chumbo, prata, foscoper, níquel, alumínio e cobre puro para todos os metais base.

Estas pastas podem ser aplicadas nas quantidades precisas com o dispenser Fusion, do tipo manual ou completamente automático.

As máquinas de brasagem Fusion são projetadas e construídas para taxas de produção de 50 a 1.000 peças por hora. Equipamentos rotativos com indexação e de estação simples utilizam aquecimento por chama ou por indução. As máquinas podem ser construídas para utilizar pastas de liga Fusion ou formatos sólidos de metal de enchimento. www.fusion-inc.com

Forno a Indução de Canal Cormisa Este tipo de forno continua sendo um agregado importante para armazenar e superaquecer metal líquido, dentro de critérios claros e definidos. A aplicação do conversor estático transistorizado é interessante para equipamentos novos, mas também para unidades antigas, onde temos fornos em bom estado de conservação.

Numa eventual modernização pode-se substituir a parte elétrica tradicional por conversor estático e indutor novo aproveita-se toda parte mecânica e de refrigeração da instalação, e eliminase: transformador de taps, todos contactores de potência e dos capacitores, reator e capacitores de simetria e banco dos capacitores em paralelo. www.cormisa.com

por mola, amortecedor hidráulico no fechamento e indicação de posição via chave fim de curso.

- Válvulas de bloqueio automático tipo globo – para gás natural e gás de refinaria : Diâmetro ½' até 12", pressão até 40 bar e temperatura do fluido até 200°C. - Válvulas tipo "Flap Valve" – para gases pobres - diâmetro nominal DN 250 até DN 3000, pressão de operação até 16 bar e temperatura do fluido de -25ºC a +300ºC. São certificadas para operação com gás combustível, testadas e aprovadas pela Comunidade Européia (CE). www.gastec.com.br

Higrômetro Avançado Dew Point Engezer O MDM300 é um produto da Michell Instruments e inclui todas as características necessárias para um trabalho eficiente.

Medições extremamente exatas, estáveis e de rápida resposta são complementadas por um instrumento de fácil uso, com armazenamento de dados embutido para componentes de amostragem como padrão, e pode ser fornecido com um range de acessórios incluindo um sistema de amostragem e um case profissional para transporte. Classificado como IP66/ NEMA 4, é apropriado para aplicações ao ar livre.

Suas principais características são medições repetidamente rápidas em menos de 10 minutos para T95 abaixo de -70°C dp, bateria de vida longa: mais de 48 horas de uso típico entre as cargas, melhor nesta classe: 1°C dp de precisão, saída de dispositivo externo de 4-20mA para transmissores dew point, temperatura ou pressão, conexão Bluetooth para download de dados sem defeitos, sistemas de amostragem versátil habilita medições de até 400 bar, fácil operação – só ligar e medir.

Suas principais aplicações são monitoramento de secadores para ar comprimido; moldagem de plástico; medição de umidade em comutadores de alta-voltagem do gás de quench; dew point em gás natural, processo e tubulações; qualidade do gás industrial; qualidade do gás medicinal; medição dew point em aplicações metalúrgicas. www.engezer.com.br

Válvulas de Bloqueio Automático

Forno para Têmpera por Indução Rasa e Profunda

Gastec Válvula de bloqueio automático de fechamento rápido e vedação estanque para fluidos gasosos aplicados em bloqueio de segurança para queimadores a gás e para sistemas de gás de usinas siderúrgicas, refinarias, indústrias petroquímicas e usinas termoelétricas.

Possuem acionamento por pistão pneumático com fechamento

GH Indução do Brasil O equipamento GH - TVR 800 HIBRÍDA foi desenvolvido para clientes com grande diversidade em seu processo produtivo.

Uma inovação no seguimento de fornos para tratamento térmico por

10 Industrial Heating - Abr a Jun 2011

Produtos

indução para aplicação de têmpera profunda e rasa.

Possibilitando a têmpera e o revenimento de peças do tipo eixos que exigem uma profundidade de camada mais ampla na faixa de 10 kHz, e para peças diversas, do tipo pinos bola, cachimbos entre outras, com profundidade de camada na faixa de 80 kHz, atendendo com flexibilidade suas aplicações de tratamento térmico por indução.

Este equipamento é nacionalizado o que torna seus custos operacionais baixos e de fácil manutenção. www.ghinducao.com.br

Recuperadores de Calor PEILER Gastec Recuperadores de calor são utilizados em todo o mundo, principalmente pela indústria siderúrgica e cada vez mais ao longo nos últimos tempos por empresas de outros ramos da indústria.

Com a recuperação dos gases quentes residuais nos processos de combustão por meio de um recuperador de calor, podemos obter as seguintes vantagens principais: - Economia de energia de até 40% - Diminuição dos danos causados ao meio ambiente através da redução do volume dos gases residuais prejudiciais - Aumento da eficiência do forno através do aumento da temperatura de chama Recuperadores são largamente utilizados para melhoria da eficiência em processos de queima de combustível nas seguintes aplicações: - Fornos de laminação (reaquecimento) para a indústria siderúrgica - Fornos de forjaria e fornos de reaquecimento de metais - Fornos de fusão de metais para a indústria de alumínio - Sistema de pós-queima para o setor de proteção do meio ambiente, assim como em fornos cerâmicos www.gastec.com.br

Fornos e Estufas Industriais Resistências e Bancos de Aquecimento

Esteiras e Telas de Arame

Peças em Aço Inox para Altas Temperaturas

Reformas, Manutenções e Painéis Elétricos

Queimadores e Sistemas de Combustão

Jatos de Granalha

Forno Mufla EDG Grupo EDG O Grupo EDG faz o lançamento exclusivo em âmbito nacional do Forno Mufla da série Dissilicieto.

Trata-se de um forno próprio para utilização em altas temperaturas, até 1.600°C ou 1.800°C. Apresenta as seguintes características: - Isolamento em manta cerâmica da marca importada Zircar; - Controlador microprocessado com inúmeros programas e memórias de queimas; - Elemento de aquecimento em Dissilicieto de Molibdênio - MoSI2 www.edg.com.br

Tel: 11 3209-0306 - vendas@firstfornos.com.br

www.firstfornos.com.br

Participe dessa seção gratuitamente! Envie produtos de sua empresa para IH@revistaIH.com.br, ou entre em contato através do telefone (19) 3288-0437.

Abr a Jun 2011 - www.revistalH.com.br 11

Eventos

Junho/Julho 28-02 THERMPROCESS (International Trade Fair for

Thermo Process Technology), GIFA (International Foundry Trade Fair), METEC (International Metallurgical Technology Trade Fair) and NEWCAST (International Castings Trade Fair) Dusseldorf, Alemanha www.thermprocess-online.com

Julho 18-22 66º Congresso ABM - Centro de Convenções Frei Caneca - São Paulo, SP www.abmbrasil.com.br/congresso

Agosto 02-05 Febramec - Pavilhão Festa da Uva, Caxias do Sul, RS www.febramec.com.br

www.intermach.com.br

Outubro 04-07 Fenaf - ExpoCenter Norte, São Paulo, SP www.fenaf.com.br 04-06 Termotech - III Feira Internacional de Tecnologias Térmicas - A terceira edição da Termotech vai reunir as principais lideranças técnicas e comerciais de um setor, na qual as necessidades de conhecimentos técnicos e de especificidades de produtos são atendidas pelos expositores. www.termotech.tmp.br 05-07 Senafor - Centro de Eventos Plaza São José - Porto Alegre, RS www.senafor.com.br 17-20 IFHTSE 19th International Federation for Heat

10-11 9º Encontro da Cadeia de Ferramentas, Moldes e Matrizes - Sede da ABM, São Paulo, SP www.abmbrasil.com.br/seminarios/moldes/2011

Setembro 12-16 Intermach - Expoville, Joinville, SC

12 Industrial Heating - Abr a Jun 2011

Treatment and Surface Engineering The Grand Central Hotel, Glasgow, Escócia

www.ifhtse2011.org 19-22 20º Mercopar - Caxias do Sul, RS www.mercopar.com.br

Novidades da Indústria

Delphi amplia oferta de serviços de tratamento térmico

Empresa investe em equipamentos e novas tecnologias para ser referência no mercado na prestação de serviços de tratamentos

A

Delphi Automotive Systems, empresa fabricante de peças automotivas, está ampliando a oferta de serviços de tratamento térmico para terceiros. Com várias plantas instaladas no Brasil, é na sua fábrica de Cotia, na região de São Paulo, subordinada à divisão Power Train, que se encontra instalado o setor de tratamentos térmicos. Lá são tratadas tanto as peças fabricadas em Cotia ou em outras unidades da empresa como também as de clientes externos.

A Delphi é uma das maiores fornecedoras da indústria automotiva mundial.

No Brasil conta com 10 fábricas, 3 centros tecnológicos e mais de 11.000 funcionários, dentre eles 400 engenheiros.

A unidade em Cotia tem quase 900 funcionários, está instalada em 100.000m2 de terreno, área construída de 15.000 m2 e possui maquinário da mais alta qualidade, para o fornecimento de sofisticados produtos para a linha diesel e instalações tecnológicas eficientes para o fornecimento a terceiros de tratamento térmico de produtos.

Com experiência acumulada em Cotia, de mais de 10 anos, como prestador de serviços à terceiros, a Delphi disponibiliza seu departamento de tratamento térmico para oferecer soluções da mais alta qualidade em metais, no intuito de atender e superar expectativas técnicas e comerciais, com profissionais altamente capacitados.

Em função dos bons resultados obtidos com a prestação de serviços a empresa está dando uma maior ênfase em seu setor, investindo em equipamentos e oferta de tecnologia. O aumento da procura por serviços de

tratamento térmico chamou a atenção da empresa, e está permitindo que o tratamento térmico seja visto como uma unidade de negócio.

Investimento em Tecnologia Neste início de ano, foi instalado um forno a vácuo, ampliado o número de fornos de atmosfera controlada, e complementados os serviços do laboratório metalográfico. O forno a vácuo, além dos processos normais de têmpera com pressão de resfriamento de até 10 bar, também vai permitir a utilização em cementação a vácuo em baixa pressão (LPC, low pressure carburizing, em inglês). Além do tratamento de peças da própria Delphi, há demanda do mercado por esta nova tecnologia que oferece repetibilidade e pureza no processamento.

A Delphi também está ampliando a área de fornos de atmosfera controlada, com a instalação de mais dois fornos de têmpera integral, além de fornos de retorta rotativa, próprios para tratamentos de peças pequenas e carinhosamente apelidados no mercado de elefantinhos, por causa do dispositivo de guia das peças ao tanque de resfriamento que tem certa semelhança com uma tromba de elefante.

Estes fornos complementarão o setor de tratamento térmico que, além dos fornos de atmosfera controlada, tem instalados fornos de nitretação gasosa e líquida. Outra novidade é a prestação de serviço de rebarbação térmica. Este setor foi criado este ano e, por aumento de procura, está tendo capacidade dobrada com a instalação de mais uma máquina.

O diferencial da unidade quando comparado a outros tratamentos

térmicos é que este se beneficia por estar ligado a uma empresa da cadeia automotiva e, além de poder seguir sua metodologia de gerenciamento, podese usufruir da sequência de certificações que a empresa necessita para atuar no mercado automotivo. Com isso a Delphi é o único tratamento térmico no Brasil que oferece cinco avaliações: ISO 9000, TS, ISO 14000, OHSAS e o CQI9, que é uma certificação específica para a área.

O certificado CQI9 resultou de melhoramentos introduzidos no laboratório de análises metalográficas.

Os investimentos ali realizados possibilitarão à Delphi também oferecer serviços de laboratório ao mercado.

Dentre os serviços de tratamento térmico oferecidos, destacam-se: Tratamento Superficial, Oxidação Negra: Decapagem e Neutralização; Tratamento Superficial: Fosfatização (Mn e Zn); Cementação, Carbonitretação e Têmpera; Banho de Sal; Sub Zero; Análise Laboratorial (Ensaios destrutivos, Ensaios não destrutivos, Salt Spray câmera úmida, Análises Químicas); Nitretação Líquida; Nitretação Gasosa.

Esta nova postura da empresa deve levar o seu setor de tratamento térmico para outro patamar. IH

Inovação para o mundo real

Entre em contato com a Delphi: Tratamento Térmico Sr. Luiz Mendes Telefone: (11) 4615-8548 Rua da Barra, 141 - Parque Rincão - Cotia - SP Fone: luizantonio.mendes@delphi.com (55-11) 4615-8525 - Fax (55-11) 4615-8548 Email: www.delphi.com

Abr a Jun 2011 - www.revistalH.com.br 13

Novidades da Indústria

Archem Química é adquirida pelo grupo americano "ITW"

Obtenção garante ampliação em novos mercados O controle acionário da empresa Archem Química, localizada em Araras, SP, fabricante de produtos de última geração para uso em processos industriais, manutenção, proteção e limpeza, acaba de ser adquirido totalmente pela ITW Chemical, empresa do grupo norteamericano ITW - Illinois Tool Works, com sede em Chicago, EUA. As negociações foram sacramentadas pelos seus acionistas e pelo diretor-presidente da ITW Chemical no Brasil, Marcelo Pupo Nogueira .

De acordo com Nogueira, os produtos da Archem permitirão que a empresa americana amplie sua atuação em mercados onde ainda não atuava.

Ainda segundo o diretor- presidente, o Grupo ITW é um conglomerado de mais de 940 empresas, com operações nos 5 continentes, abrangendo 54 países, atuando nos mais diversos setores de produção, manutenção industrial e automotiva. Seu faturamento em 2010 ultrapassou a casa dos U$S 17 bilhões de dólares.

A ITW Chemical continuará investindo na modernização e automação das linhas e processos industriais da Archem, sempre em sintonia com as mais recentes inovações e tendências do mercado mundial.IH www.archem.com.br

INDUÇÃO PARA TÊMPERA SUPERFICIAL

Rua da Saudade, 138 Seminário - Corupá/SC (47) 3375-2323 www.eurothermo.ind.br diretoria@eurothermo.ind.br 14 Industrial Heating - Abr a Jun 2011

Ajaxcom & Sysadvance Geradores de Gases

Empresa brasileira é a distribuidora dos produtos A Ajaxcom Eletromecânica, líder no comércio e manutenção de compressores de parafuso e geradores de gases (nitrogênio e oxigênio), está distribuindo no Brasil os produtos da Sysadvance Geradores de Gases Internacional, visando substituir os gases adquiridos através de contratos de 5 anos, por fabricação própria, através de plantas com tecnologia PSA-CMS, com redução extraordinária de preços. IH www.bloomeng.com.br

Novidades da Indústria

Jung estará presente na GIFA em Dusseldorf, na Alemanha A empresa apresenta linha de produtos

A Fornos Jung, em parceria com a espanhola Hormesa, formam no Brasil a Jung-Hormesa Ltda, empresa com fabricação nacional especializada em fornos para fundição e manutenção de alumínio e linha completa de equipamentos periféricos. Na feira GIFA 2011 - 12º International Foundry Trade Fair, que acontece em Dusseldorf – Alemanha, serão apresentados na íntegra a linha de produtos Jung-Hormesa, inclusive estarão presentes parceiros europeus da Espanha, Itália e França. IH www.jung.com.br

Etna Steel aumenta produção Siderurgica está produzindo 2.500t/mês

A Etna Steel, empresa localizada em Osasco e nascida nas instalações da antiga Cobrasma, aumentou neste ano sua produção de aço para construções mecânicas para 2.500 toneladas/mês. Atualmente com 330 funcionários e 4 fornos elétricos a arco AOD, produz eixos, blocos, lingotes, barras e fundidos em geral. IH www.etnasteel.com.br

Duiker tem nova representante no Brasil

Empresa holandesa de engenharia da combustão passa a ser representada pela Engezer A Duiker, empresa com mais de 60 anos no mercado de Engenharia de Combustão passou a ter seus produtos distribuídos e representados pela empresa Engezer, no Rio de Janeiro.

A Duiker fabrica queimadores e equipamentos associados para usinas de recuperação de enxofre (1.800 fornecidos) como câmaras de reação, além de queimadores de baixo Nox à gás e/ou óleo e de ar forçado e queimadores de processos especiais para produção de gás de síntese dentre outros produtos.IH ww.engezer.com.br

Solda por Brasagem em Forno Contínuo Solubilização de Aço Inox Têmpera de Aço Inox Tratamento Térmico Recozimento Galvanoplastia

METALBRAZING

Rua Pernambuco, 67 - Vila Oriental - Diadema Tel.: (11) 4072-1545 - Fax: (11) 4071-8807 contato@metalbrazing.com.br - www.metalbazing.com.br Abr a Jun 2011 - www.revistalH.com.br 15

Novidades da Indústria

Academia e indústria dirigirão a ABM nos próximos dois anos Nova diretoria tomou posse em reunião festiva O diretor-executivo do Centro de Caracterização e Desenvolvimento de Materiais da Universidade Federal de São Carlos (Ufscar), Nelson Guedes de Alcântara, e o vice-presidente Executivo Comercial da Gerdau, Alfredo Huallem, foram empossados, dia 27 de abril, respectivamente, como presidente e vicepresidente da Associação Brasileira de Metalurgia, Materiais e Mineração - ABM. Juntamente com os engenheiros, tomaram posse 127 profissionais que compõem a nova Diretoria e Conselho eleitos para o biênio abril 2011 a abril 2013. Nelson Guedes substitui o engenheiro Karlheinz Pohlmann que

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agora assume o cargo de presidente do Conselho da Associação. Hideyuki Hariki, assessor da vice-presidência de Negócios da Usiminas, foi mantido no cargo de diretor de Patrimônio, assim como Horacídio Leal Barbosa Filho como diretor-executivo.

Em seu discurso de posse, Nelson Guedes, que é sócio da ABM há 22 anos e foi vice-presidente no biênio anterior, disse que pretende focar sua gestão em resultados, aproveitando a multidisciplinaridade e a grande rede de relacionamento construídas pela ABM ao longo de 67 anos de existência.

Ressaltando a boa fase econômica que

o país atravessa, o vice-presidente Alfredo Huallem disse que a expectativa é de grande crescimento nos próximos anos, com impactos positivos em toda a cadeia de suprimentos, produtos e serviços dos setores que a ABM representa.

Esse quadro, porém, não acontecerá de forma gratuita e sem muito esforço da sociedade como um todo, segundo ele.

Há enormes desafios a serem superados e, entre os mais importantes estão os investimentos em inovação, difusão do conhecimento, educação e formação de pessoas. IH www.abmbrasil.com.br

Novidades da Indústria

Bodycote finaliza mudanças

Villares Metals é recertificada pela auditoria NADCAP

Empresa transfere indústria para Campinas e Jundiaí

O Centro de Distribuição e Serviços para Aços Especiais é em Joinville, SC

Dando continuidade à reestruturação de suas operações no Brasil, a Bodycote Brasimet Processamento Térmico S.A. considera concluídas as mudanças de plantas com o fechamento da antiga planta de Santo Amaro, em São Paulo, com a transferência das operações industriais para as cidades de Campinas e Jundiaí, e de sua administração para novo endereço. Além das mudanças estruturais, a empresa também fez alterações em seu quadro administrativo. IH www.bodycote.com

A Villares Metals acaba de ser recertificada e classificada como Fornecedor com Mérito (Supplier Merit) pela Auditoria Nadcap nos processos de Tratamento Térmico, de acordo com o SAE Aerospace Standard AS7003.

Concedida pelo PRI - Performance Review Institute, que é afiliado à SAE Internacional (Sociedade Americana de Engenharia), a recertificação inclui o processo de tratamento térmico de laminados e forjados, o departamento de Pirometria e parte dos laboratórios Físico e Metalográfico da Empresa.

Em breve outra auditoria Nadcap será realizada na Villares Metals, desta vez para recertificação do processo de exame por ultrassom para Laminados e Forjados.

A aprovação desses processos segundo as normas Nadcap, que seguem critérios extremamente rígidos fixados pela indústria aeroespacial e de defesa, abre novos horizontes para a entrada dos aços da Villares Metals neste mercado tão exigente e comprova a capacitação técnica da sua equipe. IH www.villaresmetals.com.br

Participe dessa seção! Envie as novidades de sua empresa para IH@revistaIH.com.br, ou entre em contato através do telefone (19) 3288-0437.

Abr a Jun 2011 - www.revistalH.com.br 17

Novidades da Indústria

Codere apresenta sua linha de fornos de construção modular Seminário em Santo André trouxe especialistas da indústria da Suíça A empresa suíça CODERE promoveu em 17 de Maio passado em Santo André um seminário em que apresentou sua linha de fabricação de fornos de tratamento térmico de construção modular.

O evento foi dirigido a empresários e profissionais do ramo de tratamento térmico no Brasil e foi apresentado pelo técnico metalurgista Jean Marie Hertzog e dirigentes da CODERE e de sua empresa irmã, a ECONOX, que fabrica sondas de oxigênio e sistemas de controle de atmosfera.

Os seguintes tópicos foram abordados: Apresentação da gama de produtos, com amostras de experiências de alguns

CSFEI da ABIMAQ vota para novo presidente Em reunião será feita a votação e a posse da nova diretoria

Em 12 de julho de 2011, a ABIMAQ (Associação Brasileira de Indústrias de Máquinas e Equipamentos) / SINDIMAQ (Sindicato Nacional da Indústria de Máquinas) realizará a reunião da CSFEI – Câmara Setorial de Fornos e Estufas Industriais para uma seção de eleição e posse na nova Diretoria para o biênio 2011/2012. A eleição tem uma chapa única constituída por profissionais de várias empresas: Mateus Salzo da EDG, presidente; Alexander Ernst Hans Ufer da Metal Trend, Aparício V. de Freitas da Engefor, Edison da Cunha Almeida da Inductotherm e Nelton Carlos Cristofani da Gastec, vice-presidentes. IH www.abimaq.org.br 18 Industrial Heating - Abr a Jun 2011

clientes; Apresentação Metalúrgica (medição do potencial de carbono; experiências na aviação automobilística, fixadores e outras áreas, experiência em têmpera com resfriamento em banho de sal); Sondas de oxigênio de esfera , novo controlador de potencial de carbono e software de supervisão de forno, cementação e nitretação .

A CODERE fornece fornos industriais do tipo modular, esteira e de poço, com destaque na linha de construção modular.

Este sistema permite que cargas de diferentes tipos de peças e de tratamentos térmicos sejam tratadas simultaneamente em fornos e tanques dispostos em linha, com movimentação da carga ocorrendo de forma automática ou manual.

Outra vantagem do sistema é a possibilidade de ampliação, com a inclusão de novos fornos e tanques na linha.

O evento culminou com uma visita à indústria Metalúrgica Max Del, sediada em Mauá e que possui instalada, entre outras, uma linha de fornos modulares

produzido pela CODERE. A Max Del produz elementos de fixação e oferece serviço de tratamentos térmicos. IH www.codere.ch

Metallum promove a PTECH 2011 A conferência será realizada em Florianópolis De 06 e 09 de novembro de 2011, será realizada a 8ª Conferência Internacional Latino-Americana de Tecnologia do Pó (PTECH), no Centro de Convenções do Resort Costão do Santinho, em Florianópolis, Santa Catarina.

Realizada pela ABC (Associação Brasileira de Cerâmica), promovida e organizada pela Metallum, a conferência conta com o apoio do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN), e tem o objetivo apresentar os mais recentes desenvolvimentos e aspectos da fabricação de produtos metálicos, intermetálicos, cerâmicas, MMC e materiais CMC, e reunirá renomados

profissionais de vários países do mundo.

A conferência abordará temas referentes à metalurgia do pó e assuntos relacionados à cerâmica. Além de apresentar os avanços em todas as áreas relacionadas ao material particulado.

Para isso, a conferência terá um fórum para o debate de tendências e mercado, assim como, sessões técnicas para apresentações de trabalhos científicos, painéis e seminários, que abordarão os principais aspectos relacionados ao desenvolvimento da Metalurgia do Pó no país e no mundo. IH www.metallum.com.br/ptech

Novidades da Indústria

Novidades de aços de alta resistência são apresentadas em seminários PCP e Ruukki promovem eventos e apresentam cases e tendências mundiais A PCP Produtos Siderúrgicos, empresa do Grupo PCP, de Caxias do Sul, realizou, em parceria com a usina finlandesa Ruukki, os seminários Special Steels Day em Minas Gerais e Rio Grande do Sul, os eventos trouxeram as últimas novidades em aços de alta resistência.

A programação foi a mesma em ambos.

Após a apresentação institucional da Ruukki e da PCP Produtos Siderúrgicos, o gerente de aplicações da Ruukki, Hannu Indrén, falou sobre aços Optim e Raex.

A família de produtos Optim são aços de alta resistência da Ruukki utilizados na fabricação de guindastes móveis e de carregamento, plataformas aéreas, equipamento de manuseio de carga, contêineres especiais, equipamento florestal, componentes de veículos, pontes e estruturas, implementos rodoviários e agrícolas, entre outros.

Um dos principais benefícios desse aço é possibilitar a produção de materiais mais finos, o que acarreta a diminuição de peso final da estrutura.

A Ruukki também possui aços resistentes ao desgaste – a família Raex. Esses produtos são utilizados na fabricação de carrocerias basculantes, caçambas de mineração, pá de escavadeira, equipamento de trituração e peneiração, contêineres de içamento por gancho, peças agrícolas, tubulações para concreto líquido e condução de cereais em silos, entre outros. IH www.pcpsteel.net Abr a Jun 2011 - www.revistalH.com.br 19

Manual do Tratamento Térmico Shun Yoshida | shun.yoshida@bodycote.com

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Distorções Dimensionais em Tratamento Térmico Parte I: Têmpera dos Aços

odo profissional de Tratamentos Térmicos, e de resto, todo e qualquer profissional envolvido na fabricação de componentes de aço, que um dia tenha tido a necessidade de executar um tratamento térmico de têmpera, já deparou-se com a questão distorções dimensionais.

O assunto, complexo por sua natureza, envolve inclusive reações emocionais, pois em muitas situações, a perda do componente em questão é irreversível, dada a intensidade das distorções.

Acusações e questionamentos, particularmente direcionados ao profissional de tratamentos térmicos, chegando inclusive à discussões quanto a natureza pessoal ou mesmo moral deste profissional, estão frequentemente presentes, e, no entanto, a questão distorções dimensionais após tratamento térmico, é uma questão simplesmente natural, que segue regras físicas perfeitamente conhecidas, como, por exemplo, ocongelamento da água.

a mudança microestrutural envolvida neste tipo de tratamento (transformação martensítica) tem, como consequência natural a expansão do seu volume, que pode, sob condições controladas, ser calculada e prevista.

Em outras palavras, as distorções encontradas após o tratamento térmico de têmpera, são ocorrências naturais, que não podem ser evitadas e que não dependem de considerações ou desejos humanos, nem tampouco de desvios de natureza moral do profissional de tratamentos térmicos, ou, nas palavras de um grande profissional de tratamentos térmicos, Sr. Franz Sommer [1], “...se não deformou, então é porque o tratamento térmico não foi feito como deveria....”.

Entretanto, se não se pode evitar por completo, há diferentes formas de redução e controle das distorções dimensionais, em níveis que possibilitem sua correção (via usinagem, p.ex.) após o tratamento de têmpera.

O objetivo deste texto é desmistificar o assunto, trazê-lo à luz para que não seja esquecido ou ignorado pelos projetistas e listar, da forma mais prática possível, os métodos e procedimentos que podem, dentro dos limites impostos pela física, reduzir e manter sob controle o fenômeno.

Definição Entenda-se por distorção dimensional toda e qualquer mudança irreversível nas dimensões congela de uma dada peça após tratamento térmico de têmpera [2].

Após congelamento Volume de água A distorção dimensional pode ser classificainicial ocupando a da em dois grupos: gavetinha de gelo • distorções que causam alteração nas medidas da peça, de forma irreversível envolvendo Fig. 1: formação do “menisco” no cubo de gelo após congelamento. As laterais não expansão ou contração do volume, e mudanças sofrem alteração pois estão limitadas pelas paredes da gaveta de gelo lineares, sem, no entanto causar mudança na A água pura atinge seu congelamento a 0oC, ao nível do mar. sua forma geométrica (fig. 2a); • distorções que causam alteração de forma, de forma irreTodos tem uma gaveta de gelo em seu refrigerador doméstico, e versível as quais alteram relações angulares, mudança lineares ou possivelmente devem ter notado que, após o congelamento, ocorre uma expansão no volume ocupado. Há, de fato, a formação de um “menisco” na superfície do cubo de gelo, impedindo, o perfeito empilhamento dentro de copos, por exemplo. (fig. 1).

A formação deste “menisco” pode ser entendida como uma expansão volumétrica, calculável e previsível, e, de fato, trata-se de uma propriedade intrínseca da substância água, de sofrer (tracejado = forma final após TT) (tracejado = forma final após TT) uma expansão volumétrica quando muda do estado líquido para o sólido.

Fig. 2a.: expansão ou contração Fig. 2b.: expansão ou contração No caso dos aços que sofrem tratamento térmico de têmpera, sem mudança de forma com mudança de forma MINISCO

20 Industrial Heating - Abr a Jun 2011

Manual do Tratamento Térmico Shun Yoshida | shun.yoshida@bodycote.com Figura 3

Distorções Dimensionais

Distorções Evitáveis

Internas ao TT

Externas ao TT

curvaturas da peça em questão (fig. 2b).

Em geral, na prática ambas comparecem ao final do tratamento térmico.

Todo e qualquer processamento de materiais de engenharia que envolva mudanças de têmperatura, causa distorções dimensionais, sejam irreversíveis ou não. O presente texto vai concentrar-se no processamento de têmpera dos aços, por ser esta a causa mais frequente e potencialmente danosa.

Causas das Distorções Dimensionais Podemos classificar, para efeito didático [3], as causas das distorções dimensionais em dois grandes grupos: • Distorções evitáveis; • Distorções inevitáveis.

O grupo das distorções evitáveis engloba os procedimentos, tanto anteriores como os inerentes ao tratamento térmico de têmpera em si. Não se trata aqui de eliminar por completo seu efeito, pois muitas vezes isso ou não é possível, ou é tão custoso que não vale a pena, mas sim de controlar e aplicar procedimentos que reduzam ao mínimo aceitável o seu efeito.

Este grupo pode ter uma sub-classificação como segue: • Distorções evitáveis internas ao processo de Tratamento Térmico; • Distorções evitáveis externas ao processo de Tratamento Térmico.

O grupo das distorções inevitáveis engloba as causas físicas da distorção dimensional, as quais, como o próprio nome diz, não podem ser evitadas.

Dentro deste grupo, igualmente poderemos sub classificar em: • Distorções inevitáveis de causa térmica; • Distorções inevitáveis de causa me-

Distorções Inevitáveis

Causas Térmicas

Causas Metalúrgicas

lúrgica.

Em resumo, num quadro sinótico, temos: (figura 3) O capítulo II, na próxima edição, tratará das distorções evitáveis, listando individualmente as causas e as consequências.

As inevitáveis serão tratadas no capítulo III, e finalizando este texto, o capítulo IV tratará dos procedimentos e métodos para reduzir e manter sob controle as distorções dimensionais.

Finalizando este capítulo, introdutório ao assunto, uma mensagem que todo projetista deve ter em mente quando trabalha

num projeto de componentes: “...todo e qualquer componente em aço, que for, em algum momento de sua fabricação, submetido a tratamentos térmicos, sofrerá, necessariamente, distorções dimensionais. Sua previsão, e métodos de controle, deverá ser incluída ainda na fase de projeto do componente, o que contribuirá, em grande parte, para o sucesso do projeto, seja em termos técnicos, seja em termos econômicos...”.

Referências: (1) SOMMER, FRANZ, ex-diretor da Brasimet Comercia e Indústria S.A. (2) METALS HANDBOOK, 10th Edition, Vol. 4, ASM, 1991, USA (3) YOSHIDA, Shun, Curso de Tratamento Térmico Brasimet, 1999, São Paulo, Brasil.

Para mais informações: Contate Shun Yoshida pelo tel.: (11) 2755-7200 ou pelo email shun. yoshida@bodycote.com.

Abr a Jun 2011 - www.revistalH.com.br 21

Pioneiros Thales Lobo Peçanha

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hales Lobo Peçanha é o presidente do grupo Combustol e Metalpó, sendo a Combustol um dos maiores e mais tradicionais fabricantes de fornos industriais do Brasil, com mais de 50 anos de existência. Quem fundou a empresa foi o seu pai, o engenheiro Paulo Lobo Peçanha nascido em Niterói, no Rio de Janeiro, e cursou engenharia no ITA, anteriormente ao seu ingresso na área militar. Antes de fundar a Combustol, em 1959, chegou a passar com a família mais de dois anos na Europa, como adido militar. Neste cargo a função dele era absorver tecnologia da fabricação de canhões, na Suécia. A segunda guerra mundial havia terminado anos antes, os equipamentos recebidos dos aliados durante o conflito estavam desatualizados e o Brasil estava interessado em modernizar o seu armamento, desenvolvendo em paralelo a sua indústria. Segundo Thales, parte dos canhões fabricados no Brasil era produzida no Arsenal de Guerra, no Rio de Janeiro, e outra parte em São Paulo, como por exemplo, a culatra, que era fundida nas instalações da Villares, na sua antiga usina situada na Avenida do Estado, em São Caetano.

Pelas informações de Thales Peçanha, seu pai trabalhava a noite em casa, fazendo projetos, para complementar o salário e levantar recursos para se estabelecer futuramente com seu próprio negócio.

Quando se aposentou, mudou-se para São Paulo, e foi aí que ele fundou a Combustol. Thales explica que a idéia de seu pai de partir para a fabricação de fornos adveio da necessidade de obtenção de ligas especiais para os canhões, produzidas em fornos. Também auxiliou o fato de que na indústria militar era constante o emprego de calor, do aquecimento para a conformação de peças metálicas, como por exemplo, no forjamento. Ele sempre havia trabalhado em processos metal-mecânicos, com uma forte ligação com a parte térmica.

O inicio foi difícil, mas Paulo Peçanha usava de sua criatividade para ter sucesso. O Brasil impunha barreiras à importação, para proteger e desenvolver o mercado interno. Isto motivou uma fase de verticalização muito grande.

A Combustol participou com sua engenharia e fabricação do desenvolvimento de projetos de produção de produtos como pregos, arame farpado, transformadores, separadores magnéticos, filtros eletrostáticos, material antipoluente, e, mais tarde, com tratamentos térmicos, refratários, metalurgia do pó, entre outros.

Paulo Lobo Peçanha, em 1962

22 Industrial Heating - Abr a Jun 2011

Mas foi com queimadores que a Combustol teve o seu primeiro pedido. Paulo havia desenvolvido alguns modelos na empresa Termomecânica, da área de metais não ferrosos e de propriedade do empresário Salvador Arena, onde trabalhou depois de se aposentar no Exército. Quando ele saiu de lá, Arena pediu para ele continuar produzindo, e assim se tornou o primeiro cliente da Combustol. Em seguida vieram pedidos de fornos a banho de sal, depois aquecedores, uma necessidade da indústria de alimentos, e a lista não parou mais de crescer.

A ligação com Salvador Arena, as possibilidades existentes na mineração no Brasil e a vantagem de estarem no ramo de equipamentos, mais especificamente na área térmica, aliado à incansável disposição de encarar desafios e pesquisar novidades, fizeram com que o grupo enveredasse na área de prospecção de minérios. As empresas criadas neste setor posteriormente seriam vendidas e hoje fazem parte do portfólio de importantes mineradoras de nosso país. A atividade na área trouxe também outras vantagens para o grupo. Thales explica que em um determinado momento o estanho fazia parte dos produtos comercializados pela empresa, tendo clientes na área siderúrgica. Isto “abriu as portas” para iniciarem a venda e fabricação de equipamentos siderúrgicos pesados a empresas da área. Recentemente a empresa se tornou a única fabricante de fornos a ter equipamentos instalados em todas as siderúrgicas em operação em nosso país.

O grupo Metalpó & Combustol hoje emprega aproximadamente 600 pessoas e tem uma área construída de 30.000 m2. A Combustol possui três divisões principais, Equipamentos, Tratamento Térmico e Refratários, com unidades espalhadas nos estados de São Paulo, Minas Gerais, Rio de Janeiro e Espírito Santo. A Metalpó é especializada na fabricação de pós metálicos e na produção de peças sinterizadas. Sob o comando de Thales Peçanha, o grupo consolidou suas operações e se tornou líder em diversos setores em que atua. Na área de fornos, em toda a história da empresa, foram fechados inúmeros acordos de parceria com empresas internacionais fabricantes de equipamentos e detentores de tecnologia da área. Recentemente o grupo fechou parceria com um grupo português ligado à fabricação especializada de tubulações e tanques com soldas especiais.

Thales Lobo Peçanha começou na Combustol em 1961, quando tinha 16 anos, como estagiário. Começou a cursar eletrotécnica na faculdade em 1963. Formado, posteriormente cursou engenharia, seguido de mestrado de materiais nos EUA. Assumiu a direção do grupo como diretor presidente em 1983. Seu filho Marcelo Lobo Peçanha é Gerente de Marketing na empresa e foi recentemente empossado como vice-diretor da Divisão Técnica Metalurgia do Pó da ABM, Associação Brasileira de Metalurgia,Materiais e Mineração, em São Paulo, mandato 2011 a 2013.

Casado, dois filhos, Thales Peçanha faz jus ao pioneirismo herdado de seu pai e merecedor de estar nesta coluna da revista. IH

Metalurgia do Pó Fernando Iervolino | contato@metalurgiadopo.com.br

E

A Metalurgia do Pó Presente em Nossos Automóveis

sta é a segunda matéria a ser publicada sobre a Metalurgia do Pó (M/P) na revista IH. Na matéria da edição passada falamos sobre a vantagem frente a outros processos de fabricação de peças seriadas.

Nesta edição e nas próximas falaremos sobre as aplicações desta tecnologia em diferentes produtos e mercados, assim como citaremos exemplos de conversão de outros processos para o sinterizado.

Um dos maiores consumidores de peças sinterizadas é a indústria automobilística. Aproximadamente 70% do pó metálico produzido mundialmente tem este mercado como destino e no Brasil esta proporção não é muito diferente.

Estas peças estão presentes nos motores em capas de mancal,

bielas, lóbulos de came, rotores de bomba de óleo, cubos de polia em bombas de água, assentos e guias de válvula, engrenagens de correias sincronizadoras, dentre outras. Na caixa de câmbio encontramos garfos de mudança, anéis sincronizadores e mais recentemente as engrenagens. As peças sinterizadas também estão presentes na suspensão e sistema de freios dos veículos, nos pistões, válvulas e guias de amortecedor, nas pastilhas de freios e nos anéis de sensor ABS. Motores elétricos, sistemas de ventilação e a direção hidráulica são mais alguns dos sistemas que contém peças sinterizadas.

Pelos exemplos apresentados pode-se ver que a peça sinterizada é largamente utilizada em componentes de grande precisão e alto compromisso com a segurança, como no sistema de freios e amortecedores dos veículos.

Existe, porém, um fato mercadológico que chama a atenção em nosso país: enquanto que no Brasil a média é de 5.5kg de peças sinterizadas por veículo, a média européia e japonesa beira os 11kg e a americana chega a 19kg por veículo. Existem três fatores que fortemente influenciam estes números: 1- Grau de sofisticação dos veículos: O mercado externo é mais exigente e o acesso a itens de conforto é facilitado por custos mais baixos. Itens como direção hidráulica, trio-elétrico, ar condicionado, câmbio automático, dentre outros, são importantes

aplicações para peças sinterizadas.

2- Cultura: O maior exemplo está nas bielas automotivas.

Enquanto que mais de 60% do mercado mundial de motores é abastecido por bielas sinter-forjadas, o mercado brasileiro é 100% abastecido por bielas convencionais forjadas. Existe, pois, uma resistência do mercado nacional em converter seus produtos para esta tecnologia, e isto deve-se principalmente a...

3- Conhecimento: No Brasil, nossos estudantes recebem uma bagagem considerável de informações sobre fundição, estamparia, usinagem... Mas praticamente nada sobre M/P. Nos últimos anos temos presenciado movimentos buscando reverter esta situação tais como a criação do site da Rede Cooperativa de Metalurgia do Pó (www.recompo. com.br) onde pode-se obter material didático gratuito e informações sobre empresas e universidades que trabalham com esta tecnologia no Brasil. Além disto, empresas ligadas à área uniram-se para formar o Grupo Setorial de Metalurgia do Pó (www.metalurgiadopo.com.br) cuja missão é levar o conhecimento da M/P às universidades e empresas. Este Grupo tem participado de feiras de negócios pelo país, assim como tem apresentado palestras e cursos em universidades e escolas técnicas. Além disto, visando suprir a carência de informações sobre este assunto na língua portuguesa, publicou um livro em que 25 autores, dentre eles professores de universidades e institutos de ponta, assim como profissionais de empresas de M/P, passam informações importantes sobre este processo, seu potencial e suas aplicações.

Como já citado na edição anterior, este processo tem grande potencial de aplicação também em outras indústrias de produtos seriados tais como eletrodomésticos, ferramentas elétricas, compressores herméticos, dentre outras. Além do grande aproveitamento de matéria prima (acima de 95%), é um processo de baixo impacto ambiental.

Cabe a nós, engenheiros e dirigentes de nossas empresas, a responsabilidade de buscar alternativas economicamente vantajosas aliadas a soluções de baixo impacto ambiental e, certamente, o processo de Metalurgia do Pó pode atender a esta demanda. IH

Fernando Iervolino É engenheiro mecânico pela FAAP, MBA em Gestão de Empresas pela FGV, Powder Metallurgy Technologist pela MPIF (USA), diretor técnico da Qualisinter Produtos Sinterizados de 1990 a 2007, gerente de logística e engenharia industrial na Metalpó de 2008 a 2010, consultor em metalurgia do pó pelo Grupo Setorial de Metalurgia do Pó, coordenador e co-autor da obra “A Metalurgia do Pó”, Editora Metallum, 2009.

Jan a Mar 2011 - www.revistalH.com.br 23

Siderurgia Antonio Augusto Gorni | agorni@iron.com.br

Novos Aços para um Mundo Sustentável

A

s três décadas posteriores à II Guerra Mundial os “Trinta Anos Magníficos”, no entender dos franceses - testemunharam um enorme avanço tecnológico, alavancado pela vigorosa recuperação econômica que se seguiu à destruição promovida pelo conflito e tendo como pano de fundo a Guerra Fria e suas derivações, como a corrida espacial. Esse avanço se refletiu na área dos materiais, os quais se tornaram cada vez mais baratos e sofisticados. Dois avanços particularmente decisivos nessa área foram o surgimento da aciaria a oxigênio, que aumentou a produtividade das siderúrgicas, e a expansão da petroquímica, que permitiu a síntese de resinas plásticas a custo baixíssimo. Bens de consumo duráveis, como automóveis e eletrodomésticos, tornaram-se plenamente acessíveis a praticamente todas as classes sociais. Esse período também foi caracterizado por uma expansão demográfica sem precedentes, o chamado baby boom, certamente uma compensação natural pelas perdas do conflito, associada a um ambiente econômico promissor e às melhores condições de vida.

A combinação explosiva de uma sociedade de consumo cada vez mais sofisticada com a explosão demográfica implicou numa demanda cada vez maior por matérias primas e energia. Tornou-se necessário ampliar cada vez mais a infraestrutura necessária para atender a essas necessidades, como as instalações para extração e condução de petróleo e seus derivados, usinas para geração de energia, obras viárias, navios, etc. Isso motivou, já em meados da década de 1960, o desenvolvimento de chapas grossas de aços estruturais microligados ao Nb, Ti e V, com alta resistência mecânica e baixo teor de elementos de liga. Boa parte da resistência

24 Industrial Heating - Abr a Jun 2011

mecânica desses novos aços estruturais é conseguida através do refino do tamanho de grão microestrutural ao invés da presença de constituintes ricos em carbono, como a perlita. Isso permite conciliar alta resistência mecânica com boa tenacidade, permitindo reduzir a espessura das estruturas, as quais frequentemente estão sujeitas a solicitações mecânicas e ambientais muito severas.

Além disso, seu teor de carbono é menor, reduzindo significativamente os custos de sua soldagem.

As várias crises ocorridas no Oriente Médio durante a década de 1970 golpearam fundo o setor automotivo, carro-chefe da economia mundial. E, já que o problema tinha chegado para ficar, não restou outra solução às indústrias automobilísticas a não ser reduzir o consumo de combustível de seus veículos das mais variadas formas. Uma delas consiste na redução de seu peso através do uso de materiais mais leves. Essa decisão representou um sério desafio à posição do aço nesse setor, que passou a sofrer o assédio direto das ligas leves e resinas plásticas. As siderúrgicas tiveram de iniciar um desenvolvimento intensivo de novos aços com maiores níveis de resistência mecânica, permitindo assim a redução da espessura das estruturas e peças automotivas com a consequente diminuição de seu peso. Trata-se de uma tarefa complexa: até então a obtenção de maiores níveis de resistência mecânica nas chapas de aço degradava sua estampabilidade. A conciliação dessas duas propriedades impôs o desenvolvimento de aços com microestruturas muito diferentes em relação ao padrão ferrita-perlita então consagrado. Já na primeira metade da década de 1970 surgiu o chamado aço bifásico, que conciliava essas duas características aparentemente incompatíveis. Ele apresenta

Siderurgia Antonio Augusto Gorni | agorni@iron.com.br microestrutura constituída de 80% de ferrita macia mais 20% de martensita dura. As ilhas de martensita restringem o escoamento da ferrita durante a estampagem, elevando a resistência mecânica da peça durante a conformação.

A partir de então a situação não mudou. O advento de uma nova ordem econômica marcada pela globalização e acirramento da competitividade, a eterna instabilidade política dos países produtores de petróleo e a crescente conscientização ambiental fazem com que a indústria automotiva se preocupe continuamente em garantir a sustentabilidade de seus produtos. Paradoxalmente, os automóveis de hoje possuem cada vez mais itens de conforto e segurança – vidros elétricos, ar condicionado, direção hidráulica, airbags... – que impõem um peso extra que tem de ser compensado pela redução da massa em seus componentes estruturais.

Uma das principais respostas da siderurgia mundial a esse desafio contínuo foi o Projeto ULSAB – Ultra Light Steel Auto Body, onde várias usinas do mundo trabalharam cooperativamente para projetar uma carroceria automotiva que tomasse pleno proveito das vantagens oferecidas pelos mais novos tipos de aço – que já não são poucos. Aos aços bifásicos seguiram-se vários outros, desenvolvidos ao longo dos últimos trinta anos, com microestruturas cada vez mais complexas que visam proporcionar ganho de resistência mecânica com perda mínima de estampabi-

lidade, como os dotados de plasticidade induzida pela deformação (TRIP), com fases complexas, martensíticos, para estampagem a quente e, bem mais recentemente, com plasticidade induzida por maclação (TWIP). Eles acabaram levando à definição de uma nova classe de materiais, os Aços Avançados de Alta Resistência (AHSS, Advanced High Strength Steels).

Todo esse esforço tem mantido a primazia do aço na indústria automotiva, a despeito dos impressionantes avanços feitos pelos outros materiais. Contudo, ainda há muito trabalho a fazer, especialmente no sentido de proporcionar aos fabricantes de automóveis o completo domínio do processamento desses novos aços, de forma que eles consigam extrair todo o potencial competitivo que eles encerram. IH

Antonio Augusto Gorni Engenheiro de Materiais pela Universidade Federal de São Carlos (1981); Mestre em Engenharia Metalúrgica pela Escola Politécnica da USP (1990); Doutor em Engenharia Mecânica pela Universidade Estadual de Campinas (2001); Especialista em Laminação a Quente. Autor de mais de 200 trabalhos técnicos nas áreas de laminação a quente, desenvolvimento de produtos planos de aço, simulação matemática, tratamento térmico e aciaria.

Abr a Jun 2011 - www.revistalH.com.br 25

Você Sabia?

Processamento Térmico e Metais na Vida Diária

Q

O Retorno das Ferrovias

uando nós pensamos em ferrovias, lembramos do tempo do nosso avô. Certamente, as ferrovias são um emblema do passado. A história está contada, e você provavelmente verá uma locomotiva em seu filme favorito de Bang-Bang.

Mas, você sabia que as ferrovias são uma indústria de US$ 78 bilhões nos EUA? Você também sabia que, tendo investido US$ 42 bilhões desde 2008 para melhorar as operações e a tecnologia, as ferrovias estão retornando? Até o final de 2011, a CSX está planejando contratar mais 5.000 funcionários. Os investidores como Warren Buffett estão apostando pesadamente no ressurgimento das estradas de ferro, com bilhões investidos nos últimos anos.

Um fornecedor para a indústria ferroviária do oeste da Pensilvânia se tornou recentemente o primeiro das 1.900 empresas da bolsa de valores de Nova Iorque a ter cotações crescentes em cada um dos últimos 10 anos.

No ano passado, a Industrial Heating cobriu histórias sobre a Timken Company, que adicionou 100 postos de trabalho para aumentar a produção de rolamentos para vagões de trem. A Timken tem servido a indústria ferroviária por mais de 80 anos e também tem instalações para remanufatura de rolamentos ferroviários.

Rolamentos cônicos para a indústria ferroviária são produzidos a partir de ligas de aço 8720 cementadas, algo que foi discutido em um artigo de abril de 2009.

Também anunciamos que a Steel Dynamics começou a produção comercial de trilhos de para atender as especificações da AREMA (Associação Americana de Engenharia Ferroviária e Manutenção de Vias, em inglês, American Railway Engineering and Maintenance-of-Way Association). O trilho é geralmente produzido a partir aço de alto carbono (0,6-1,0 % C).

As rodas ferroviárias são geralmente fabricadas em um processo de forjamento e laminação. Neste processo de forja, uma roda “vazia” é forjada a partir de um bloco de aço. A segunda operação de forjamento forma o contorno grosseiro da roda. O próxi26 Industrial Heating - Abr a Jun 2011

mo processo é uma operação de conformação do metal chamada de laminação da roda, que usa vários rolos (geralmente 8) para configurar diferentes partes desta complicada forma geométrica.

O aço utilizado nas rodas ferroviárias depende da classe das rodas. Os tipos mais comuns são os AISI 1060 ou 1070. Ambos os graus são tratados termicamente usando uma técnica chamada “tratamento de aros” (rim treating), que envolve o aquecimento da roda inteira em um forno a cerca de 899ºC, seguido de um resfriamento do aro da roda por spray de água. As rodas também são jateados a um padrão industrial para melhoria da resistência a rachadura por fadiga sob a tensão do rolamento.

Além do aço, outros materiais e processos térmicos estão envolvidos na fabricação de locomotivas. A liga de cobre e bronze conhecida por CuproBraze, está sendo usada em trocadores de calor (radiadores) de locomotivas na América do Norte para trens a diesel. Os trocadores de calor são fabricados a partir de tubos chatos de bronze, que são mecanicamente ligados ao manifold de aço. Trocadores de calor semelhantes também são usados para resfriar o óleo dos transformadores em potentes locomotivas elétricas.

Os metais em pó também se envolvem na ação, bem como não-ferrosos, através do uso de espuma de alumínio ultraleve. A "espuma" PM é trabalhada em chapas e perfis. Durante o tratamento térmico, o material se expande e torna-se altamente poroso. Ele é usado para postes de colisão, gaiolas contra acidentes, zonas de amortecimento de acidentes e barreiras de impacto lateral dos vagões das locomotivas.

A General Electric está envolvida na produção de locomotivas. A produtividade está acima da de uma década atrás em sua fábrica em Erie, Pensilvânia. A instalação é grande porque uma locomotiva média mede cerca de 23 metros de comprimento, pelo menos 4,5 metros de altura e pesa 190 ton. Os pesados motores a diesel para a instalação de Erie são produzidos em Grove City, Pensilvânia. Estes motores tem potência que varia de 4000 a 6000 cavalos. Cada motor custa cerca de US$ 500.000.

Você pode ter ouvido os comerciais divulgando a natureza "verde" do transporte ferroviário de cargas. Os trens estão agora mais eficientes em termos de combustível do que os carros híbridos. Eles são capazes de percorrer grandes distâncias com apenas um galão de combustível e podem transportar mais carga que o equivalente a 300 caminhões. Os motores híbridos diesel-elétricos reduzem o consumo de combustível em 15% e as emissões em 50%, quando comparados aos equivalentes a diesel somente.

Agora você sabe um pouco mais sobre a indústria ferroviária atual, porque é uma indústria em crescimento e como o processamento térmico de locomotivas foi do ferreiro local para a sofisticação do século 21. IH

Refratários e Isolantes Térmicos Waldir de Sousa Resende | wsresende@ibar.com.br

A

Tipos de Materiais Refratários

lguns processos industriais atingem temperaturas superiores a 500°C. Em muitos casos, eles podem conter atmosferas com gases corrosivos (SOx; Nox, Cl2; H2; vapores alcalinos etc.), além de componentes líquidos e cargas sólidas.

Os revestimentos usados nestes processos devem, portanto, serem capazes de suportar as solicitações térmicas, químicas, mecânicas durante a sua vida útil.

Para atender tais demandas, os materiais refratários são os mais adequados e estáveis devido às suas propriedades físicas e químicas. Como exemplo, podemos citar a indústria petroquímica onde são processados diversos tipos de hidrocarbonetos gasosos. Já na indústria siderúrgica, a maioria dos equipamentos usados para a fabricação de ferro e aço processa o metal na forma líquida. Outro exemplo são os fornos rotativos da indústria de cimento, que produzem clinker sólido, para a produção do cimento Portland.

Os materiais refratários são usualmente classificados em dois grandes grupos: conformados e não conformados (monolíticos).

Os primeiros são representados principalmente por tijolos – eles adquirem uma forma específica através da conformação em prensas hidráulicas e/ou outro processo de formação mecânica.

Os monolíticos são produzidos tanto na forma de agregados secos como no estado úmido, e geralmente embalados em sacos de papel ou de plásticos. Ambos são constituídos por uma distribuição de agregados grossos (até 10 mm) e partículas ultrafinas, a qual é normalmente reconhecida como matriz. Entre os materiais conformados, os mais tecnologicamente avançados são os produtos ligados a resina, representados pelos produtos básicos a base de magnésia-carbono. Estes são os mais usados nas usinas siderúrgicas devido a sua altíssima resistência química e térmica, além de outras propriedades termomecânicas.

Entre os monolíticos, destaca-se um subgrupo em que estão os concretos refratários. Estes materiais são particularmente identificados pelo uso de cimento aluminoso, o qual tem, entre outras, a função de atuar no processo de endurecimento e de resistência mecânica à temperatura ambiente. Utilizando-se quantidades diferentes de cimento aluminoso nas formulações, podem ser fabricados materiais conhecidos como concreto convencional, baixo teor e ultra baixo teor de cimento. Produtos mais atuais são fabricados sem a presença de cimento aluminoso, usando outros tipos de ligantes tais como: sílica coloidal, aluminas hidratadas, fosfatos etc. Os concretos refratários têm aplicações principalmente nos equipamentos da indústria petroquímica, na de cimento e na produção de alumina e indústria de fundição. Estão ainda incluídas no grupo de materiais monolíticos, as argamassas, as massas de socar, (aplicadas a úmido ou a seco), os plásticos, massas de projeção e coatings refratários.

Existem, aproximadamente, cerca de cinco mil marcas de produtos refratários no Brasil. Isto indica uma enorme especificidade destes materiais e um vasto campo de aplicações. Deste contexto, resulta a necessidade de se ter profissionais altamente qualificados para atuar nas atividades de venda, assistência técnica, projetos e aplicações destes materiais. IH

Waldir de Sousa Resende Bacharel em Química, Universidade de Mogi das Cruzes (UMC) 1979. Mestre em Engenharia Cerâmica - University of Leeds, England, 1987. Doutor em Ciência e Engenharia de Materiais – UFSCar – 1995.

Intensivo em Administração – Fundação Getúlio Vargas FGV – 1997. Desde 1982, atua nas áreas de pesquisa, processos e qualidade da Ibar. Atualmente é o responsável do Departamento de Desenvolvimento e Tecnologia da Ibar.

Abr a Jun 2011 - www.revistalH.com.br 27

O Doutor em Tratamento Térmico Daniel H. Herring | +1 630 834-3017 | heattreatdoctor@industrialheating.com

Revelando o Processo de Recozimento

O

Parte II: Considerações Sobre a Atmosfera do Forno

recozimento é um tratamento térmico relativamente simples de ser executado, mas há uma série de fatores que devem ser cuidadosamente considerados e controlados. Um dos mais importantes é a atmosfera do forno que envolve as peças enquanto elas são aquecidas e resfriadas. Vamos aprender mais.

O objetivo da atmosfera do forno varia de acordo com o resultado final desejado do processo de tratamento térmico. Em geral, as atmosferas utilizadas na indústria de tratamento térmico têm um de dois objetivos comuns: • Protegerem o material a ser processado de reações químicas que poderiam ocorrer em suas superfícies (ex.: oxidação), isto é, serem passivas (quimicamente inertes) à superfície metálica.

• Permitirem que a superfície do material a ser processado possa mudar (por exemplo, a adição de carbono, nitrogênio, ou ambos), ou seja, serem reativas (quimicamente ativas) à superfície metálica.

Quando recozendo fios, desejamos que,

na maioria das vezes, a atmosfera proteja o produto em questão, ao invés de ser reativa a ele. Atmosferas de ar ou aquelas que usam os produtos da combustão dos queimadores de queima direta não são capazes de prevenir as peças de aço da oxidação ou descementação. É por esta razão que várias atmosferas protetoras (geradas, puras ou mistas) são utilizadas (Tabela 1). O tipo de gás ou misturas de gases utilizados dependem do metal a ser tratado, da temperatura de tratamento, da contaminação da peça e dos requisitos da superfície do produto a ser recozido. O controle da atmosfera é também muitas vezes um fator importante.

A purga é outro passo fundamental no processo de recozimento e deverá ocorrer quando a carga estiver fria (antes do aquecimento).

O nitrogênio ou o gás exotérmico pobre (incombustível) são escolhas comuns, e a purga é considerada completa quando menos de 1% de oxigênio estiver presente, medido através de um analisador de oxigênio. A "regra geral” de cinco variações de volume em uma hora é frequentemente usada para determinar a vazão necessária.

Tipos de Atmosferas de Recozimento As características das mais comuns atmosferas para forno de reco-

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O Doutor em Tratamento Térmico Daniel H. Herring | +1 630 834-3017 | heattreatdoctor@industrialheating.com Tabela 1. Composição e tipo de atmosferas comuns Atmosfera

Tipo

% H2

%N2

% CO

% CO2

-1 a 10 (+30 a +50) +38 a -40 (+100 a -40)

Endotérmica

Gerada

37.5 - 40

40

20

1– 1.5

Exotérmica (Rica)

Gerada

12 – 14

71 - 76

8 - 10

4-6

Amônia Dissociada

Ponto de Orvalho Típico °C (°F)

Gerada

75

25

0

0

-40 a -75 (-40 a -50)

Pura

100

0

0

0

-70 a -85 (-95 a -120)

Diluída

90

10

0

0

-45 (-50) ou melhor

Misturada

90 – 98

2–5

1–5

0.50

-60 (-80) ou melhor

Nitrogênio-H2

Misturada

3–5

95 – 97

0

0

-51 (-60)

Nitrogênio-Metanol

Misturada

35 - 40

38 - 45

20

1

-60 (-80) ou melhor

Hidrogênio Nitrogênio-DA NitrogênioHidrocarboneto

zimento podem ser resumidas como segue: Nitrogênio e Misturas NitrogênioHidrocarboneto As atmosferas de nitrogênio puro (100%) são raramente usadas em recozimento, porque elas não são exclusoras de ar (oxigênio). Vazamentos ou outras fontes de infiltração de ar não podem ser compensados.

No entanto, o nitrogênio é frequentemente misturado a pequenas porcentagens de gases de hidrocarbonetos (metano, propano, propileno) ou combinado com o metanol (CH3OH) para criar uma atmosfera adequada, desde que seja devidamente controlada (Tabela 1). Os fluxos de nitrogênio-hidrocarboneto são muitas vezes ditados por uma receita pré-determinada (Fig. 1).

Tabela 2.

Níveis de ponto de orvalho Ponto de orvalho, °F (°C)

Vapor de água (ppm)

+46

(+8)

10,590

+25

(-4)

4,320

0 (-18)

1,240

-40

(-40)

127

-90

(-68)

3.4

Nota: 1% de umidade = 127 ppm de vapor de água = ponto de orvalho a +40°F

Hidrogênio e Misturas HidrogênioNitrogênio O recozimento sob atmosfera controlada de 100% hidrogênio impede a oxidação e a descoloração do produto. O hidrogênio é um gás altamente redutor, de forma que o recozimento por hidrogênio promove a "limpeza da superfície" de peças oxidadas, reduzindo os óxidos presentes no fio. É comumente referido como "recozimento brilhante", o que significa que não contém oxidação. O hidrogênio pode descementar peças de aço, então

Abr a Jun 2011 - www.revistalH.com.br 29

O Doutor em Tratamento Térmico Daniel H. Herring | +1 630 834-3017 | heattreatdoctor@industrialheating.com Forno tipo sino

1090 955

Rampa de saturação (sem controle de atmosfera) Manter para ponto de orvalho

Ventoinha

Temp. do forno

Máx. inserção 2-4"

Propileno x10

675 Diminuir o propileno no início da saturação Alto Desligar o propileno duas horas Fluxo de antes do fim da propileno saturação Baixo

540 400 260 120

Figura 1. Ciclo típico de recozimento para fio de aço (mistura nitrogênio-hidrocarboneto)

devidas precauções devem ser tomadas. De uma perspectiva econômica, uma atmosfera de hidrogênio 100% é a mais cara. Misturas nitrogênio-hidrogênio, de custo mais baixo, também podem ser usadas eficazmente.

Amônia Dissociada A amônia dissociada é produzida pela quebra (dissociação) da amônia em um gás que tem uma composição de 75% de hidrogênio e 25% de nitrogênio. Ela tem muitos dos mesmos benefícios que o hidrogênio, mas pode ser fornecida a um custo menor.

Gás Exotérmico O gás exotérmico rico é gerado pela combustão parcial de uma mistura ar-gás de (aproximadamente) 6,5 partes de ar para uma parte de gás natural. Outros hidrocarbonetos combustíveis também podem ser usados. O gás exotérmico é a atmosfera de proteção mais amplamente utilizada para o recozimento, especialmente para o recozimento de aço de baixo carbono.

No entanto, ele descementará aços de médio e de alto carbono por causa do dióxido de carbono (CO2) e vapor de água. Quando existe a preocupação da descementação, resfriadores são utilizados para reduzir o ponto de orvalho do típico de +38°C para +4,5°C . Em alguns casos, secadores refrigerantes são usados para reduzir ainda mais o ponto de orvalho do anterior +4,5°C para -40°C. O gás exotérmico rico purificado, onde os níveis de CO2 são reduzidos a menos de 0,1% (tipicamente 800 ppm ou menos), é usado para um ciclo curto de recozimento e para o recozimento de processo de aços carbono de médio e alto carbono e certos tipos 30 Industrial Heating - Abr a Jun 2011

19:49

18:03

16:17

14:31

Horário do dia

12:45

9:13

10:59

7:27

5:41

2:09

0:23

22:37

Desligado 20:51

19:05

0

3:55

Temperatura, ˚C

815

Atmosfera

ProporcioSV1* nador de Vista aumentada da instalação Gás tempo opVentoinha cional para Face saída do Guarnição medidor quente controlador de fluxo de gás do PID forno Opcional 120 VAC Tubulação Solda Acoplamento 1" NPT ar queima Encaixe completo ar resfriamento Sonda de ouro Cabo* sensor e o fio de extensão do termopar* *Componentes normalmente Sist. controle* Sist. queima* fornecidos com sistemas

Figura 2. Sistema de amostra de forno tipo sino comum para recozimento (esquema cortesia da SuperSystems, inc.)

de ligas. Para o recozimento de ciclo longo, no entanto, o alto teor de monóxido de carbono (CO) resulta em deposição de fuligem na peça e outros efeitos de superfície, como resultado dos períodos relativamente longos de imersão em que o trabalho está na faixa crítica de baixa temperatura de 480-700°C, onde estas reações adversas do gás podem ocorrer. No recozimento de ciclo curto, esses efeitos são mínimos e, em alguns casos, o alto teor de gás CO é desejável, devido ao seu potencial de alto carbono. O gás exotérmico pobre purificado é usado às vezes para o ciclo longo de recozimento de aços carbono e ligas de médio e alto carbono certos.

Gás Endotérmico O gás endotérmico (também chamado de Endo ou gás Rx™) é produzido quando uma mistura de ar e combustível é introduzida em uma retorta aquecida externamente em relações de ar-gás de 2,5:1 até 3,5:1. A retorta contém um catalisador ativo, que é necessário para quebrar a mistura. Deixando a retorta, o gás é resfriado rapidamente para evitar a reformação do carbono (sob a forma de fuligem), antes de ser enviado para o forno. Uma atmosfera de gás endotérmico exige controle do carbono em níveis precisos e repetíveis.

Vácuo Explicando simplesmente, o vácuo é a ausência de uma atmosfera e representa a condição ideal na qual o recozimento ocorrer. O recozimento a vácuo, que também pode ser feito em uma atmosfera de pressão parcial de um material inerte (por exemplo, nitrogênio ou argônio) ou gás reativo (por exemplo, o hi-

drogênio), é muitas vezes referido como "recozimento brilhante” (sem oxidação), devido ao acabamento superficial produzido. Visto que o recozimento a vácuo é também o mais caro, demorado e menos propício à produção em massa, é geralmente restrito a apenas alguns materiais como o titânio ou tântalo.

Esquemas de Controle A composição da atmosfera do forno está constantemente mudando, por isso devemos usar dispositivos de medição e controle (Fig. 2) para garantir bom domínio da qualidade metalúrgica. Isto é realizado certificando-se que vários dos métodos de controle que se seguem estão acompanhando e/ou controlando o processo: • Analisador do ponto de orvalho • Analisador de infravermelho (analisador único ou múltiplo de gás) • Sondas de oxigênio A tendência hoje é a utilização de múltiplos instrumentos de medição para obter a “fotografia” mais precisa do ambiente em tempo real.

Medição de Oxigênio A medição do oxigênio é importante para avaliar tanto a eficácia do ciclo de purga (<1% O2) no início da execução, bem como a eficácia da atmosfera durante o resfriamento (range de ppm). Analisadores de oxigênio e sondas de oxigênio são utilizados para esta finalidade. IH Este artigo será concluído com a terceira parte na próxima edição da revista Industrial Heating.

Tratamento Térmico

Princípios de Nitretação a Gás: o Processo de Nitretação (Parte 1) Daniel H. Herring – The HERRING GROUP, Inc.; Elmhurst, Ill. Esse é o primeiro de uma apresentação de quatro partes sobre os príncipios de nitretação a gás, onde serão tratadas as características e finalidades do processo de nitretação.

A

Foto cortesia de Nitrex Metal Inc., EUA

ratura (relativamente) baixa em comparação a outros processos cementação (Fig. 2).

• A têmpera não é exigida para a cementação.

• A distorção da peça é normalmente inferior a outros processos de cementação.

• A nitretação é relativamente fácil de ser controlada em termos de parâmetros do processo.

• No processo de nitretação a gás, uma estrutura ferrítica cristalina é altamente desejada em vez de austenítica.

nitretação é um processo de cementação no qual o nitrogênio é introduzido na superfície de uma liga ferrosa, como o aço, mantendo o metal a uma temperatura inferior àquela em que a estrutura cristalina começa a se transformar em austenita no aquecimento (Ac1), conforme definido pelo diagrama de fase ferro-carbono (Fig. 1). O material, normalmente, é colocado em contato com a amônia, que permite a transferência de nitrogênio para a superfície, durante a sua decomposição térmica em nitrogênio e hidrogênio.

Outros processos especiais de nitretação também são usados para certos tipos de aços inoxidáveis, envolvendo a decomposição do gás nitrogênio a altas temperaturas, mas estes não serão o foco desta discussão.

Várias características únicas da nitretação são: • A nitretação é um processo de tempe-

Finalidade da Nitretação A nitretação é um tratamento de superfície relacionada à difusão (Fig. 3), com o objetivo de aumentar a dureza da superfície (entre outras propriedades) através da criação de uma camada (case) sobre a superfície da peça (Fig. 4).

Um dos atrativos desse processo é que o resfriamento rápido não é necessário.

2100

1100

2000 1800

Accm

Ac3 Ferrita + austenita

1600

Austenita + cementita

1500

0.0

1300 Ferrita + perlita 0.2

0.4

Ac1 (Fe-C)→

Cementação

0.6

1.6

Nitrocementação (austenítica) Nitrocementação (ferrítica)

1200

Cementita + perlita 0.8 1.0 1.2 1.4 Carbono, % peso

Carbonitretação Nitretação

1400

Ac1

700 600

Temperatura, ˚F 572 752 932 1112 1292 1472 1652 1832 2012 2192 2372 2552

1700

Ferrita

Temperatura, ˚F

Temperatura, ˚C

800

1900

Austenita

1000 900

Portanto, as alterações dimensionais são mantidas a um mínimo. Ele não é adequado para todas as aplicações. Por exemplo, uma de suas limitações é que a camada de dureza superficial extremamente elevada é mais frágil do que o produzido pelo processo de cementação.

Uma sequência de produção típica de nitretação a gás (Fig. 5) consiste em várias etapas de tratamento térmico, incluindo pré-tratamentos e (opcionalmente) alívios de tensões entre as etapas de usinagem.

A nitretação cria um componente que tem as seguintes propriedades: • Alta dureza da superfície (normalmente> 67 HRC) • Resistência ao desgaste • Propriedades anti-desgaste (para aplicações em condições de lubrificação pobre) • Um mínimo de distorção e de deformação (menor, por exemplo, que cementação/endurecimento)

Borização

1100 1.8

1000 2.0

Fig. 1. Diagrama de fases ferro-carboneto de ferro simplificado

300 400 500 600 700

800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 Temperatura, ˚C

Fig. 2. Temperatura de processos típicos de endurecimento da cama da superficial Abr a Jun 2011 - www.revistalH.com.br 31

Tratamento Térmico

• Resistência ao revenimento (ou seja, resistência ao amolecimento) • Estabilidade da camada nitretada • Resistência à fadiga melhorada e outras propriedades relacionadas à fadiga • Diminuição da sensitividade ao entalhe • Resistência à corrosão (exceto para aços inoxidáveis da série 300) • Pequenas mudanças volumétricas (algum crescimento ocorre) As propriedades que são consideravelmente melhoradas pela nitretação são a resistência à fadiga (resistência ao carregamento dinâmico), ao atrito, ao desgaste e à corrosão.

Tipos de Nitretação Três métodos de nitretação são comumente usados na indústria atualmente: nitretação a gás (Fig. 6), nitretação a plasma (Fig. 7) e nitretação por banho de sal (Fig. 8). Cada método é único e tem vantagens e limitações.

Só a nitretação a gás será discutida aqui.

40µu

Fig. 4. Camada nitretada, mostrando um composto de superfície (branca) e zona de difusão da camada abaixo da superfície [2]

Pré-Requisitos para Nitretação Para assegurar melhores resultados da nitretação, as seguintes precauções e recomendações devem ser seguidas. Primeiro, o aço deve ser endurecido, temperado e revenido antes da nitretação, a fim de possuir uma estrutura uniforme. A temperatura de têmpera tem uma influência sobre a dureza da camada superficial, bem como a profundidade da nitretação (Fig. 9). A temperatu-

Processos Relacionados à Difusão

Tratamento Térmico

Engenharia de Superfície Modificações na Superfície

Adição de Camada de Substrato

Chapeamento Revestimento

Modificação Química (tratamento termoquímicos)

Sem Modificação Química

Recobrimento Metálico

Aquecimento da Superfície

Tratamento Mecânico

Electrolítico

PVD

Sobreposição

Indução

Jateamento de Esferas

Banho de Revest. Químico

CVD

Spray Térmico

Chama

Polimento

Ferrítico

Nitretação

Austenítico

Cementação

Nitrocementação Carbonitretação

Laser

Fig. 3. Os processos relacionada à difusão

Sequência característica de processamento

Forjamento

Normalização

Recozimento

Desbaste inicial

Têmpera & Revenimento

Fig. 5. Sequência de fabricação característica da nitretação

32 Industrial Heating - Abr a Jun 2011

Usinagem final

Nitretação

Tratamento Térmico

Pergunte ao Especialista Carmo Pelliciari

P

Fig. 6. Carga comum de nitretação a gás

Fig. 7. Carga comum de nitretação por plasma

ra de revenimento deve ser suficientemente elevada para garantir uma estabilidade estrutural quando na temperatura de nitretação. A temperatura mínima de têmpera deve ser 10°C maior que a temperatura máxima a ser utilizada para a nitretação.

Além disso, é recomendado o seguinte: • Antes da nitretação, o aço deve estar livre de descementação. A limpeza prévia é obrigatória; resíduos nas peças resultará em camadas superficiais irregulares.

• Se a liberdade de distorção é de suma

importância, a tensões internas produzidas pela usinagem ou pelo tratamento térmico devem ser removidas antes da nitretação, por uma operação de alívio de tensões, ou seja, aquecendo e mantendo a uma temperatura de 538-705°C, seguido de resfriamento lento.

• Já que algum crescimento ocorre na nitretação, isso deve ser permitido até a usinagem final, ou removido na operação de retificação antes da nitretação, ou mesmo removido por lapidação. Se necessário, a remoção de uma pequena quantidade de camada superficial de nitreto deve ser antecipada para o cálculo da profundidade final da camada de nitretação.

• Se máxima resistência à corrosão é desejada, as peças devem ser usadas como tratadas (com camada branca intacta).

• Aços nitretados do tipo Nitralloy

HV

900 800 700 600 500 Temperatura, ˚C 500 400 600 300 650 200 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Profundidade abaixo da superfície, mm

Fig. 8. Carga comum de nitretação por banho de sal

Fig. 9. Influência da temperatura de revenimento sobre a dureza e a profundidade da camada nitretada (nitretada por 60 horas a 510°C)

Dr. Eng., professor universitário, consultor e assessor em metalografia e metalurgia.

Como faço para preparar e atacar titânio puro que foi recosido? Trabalho em um PERGUNTE AO laboratório com equipamentos ESPECIALISTA 1 e consumíveis básicos.

R

Existem vários métodos possíveis, mas darei algumas dicas levando em conta o que você tem no seu laboratório.

O corte deve ser feito lentamente e com refrigeração abundante. Deve-se ter em mente que a superfície do Ti se deforma facilmente durante a preparação, então alguns cuidados são extremamente necessários.

Use lixas novas, pois lixas muito gastas deformam a superfície do metal; uma folha de lixa deve ser usada para apenas uma ou duas amostras. Uma sequência básica que pode ser usada é formada pelas lixas de grana 220, 320, 420, 600 e 1200.

Após o lixamento faça polimento com diamante de 1 mícron. Alterne etapas de polimento (aproximadamente 30s) e ataque (5 s), pois o ataque rápido ajuda a remover o material deformado. Use o ataque de Kroll (água destilada: 190 mL HNO3: 6 mL; HF: 2 mL) Quando notar que o polimento está bom faça um ataque mais demorado (10-15 s) e depois observe sua amostra em um microscópio.

Participe da próxima edição.

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Tratamento Térmico

Dureza Rockwell 15N

95

50 horas 20 - 30% dissociação

35 horas 20 - 30% dissociação

25 horas 20 - 30% dissociação

90 85 80 75 70

Para esta sequência de gráficos, o aço foi produzido como AMS 6382

4 3 2 1

4 3 2 1

Core, Rc 1 21 to 23 2 26 to 28 3 33 to 35 4 36 to 37

4 3 2 1

5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30 0 Distância abaixo da superfície, 0,001 polegadas Distância abaixo da superfície, 0,001 polegadas Distância abaixo da superfície, 0,001 polegadas

Fig. 10. Profundidade da camada superficial em função do gradiente de dureza para o aço 4140

não devem ser usados onde a resistência à corrosão por ácidos minerais for solicitada ou quando se faz necessária a resistência acentuada às partículas abrasivas em altas velocidades (como em bocais de areia).

• Se a retificação é necessária após a nitretação, ela deve ser feita a quente, se possível, na faixa de temperatura de 650°C. As técnicas de retificação a frio devem ser cuidadosamente revistas já que microfissuras são uma preocupação.

• Se a máxima dureza e a máxima resistência ao impacto são desejadas, e a questão da máxima resistência à corrosão não é de importância vital, a remoção de 0,001-0,002 polegadas (0,025-0,050 mm) da camada nitretada é desejável. O montante a ser removido depende da profundidade original da camada. Esta operação irá remover a parte superficial mais frágil.

• Se as peças nitretadas apresentarem uma superfície cinza brilhante após a sua retirada do forno, os resultados devem ser vistos com desconfiança. Invariavelmente, a camada será superficial e sua dureza será bai-

xa. As peças deverão ter uma aparência cinza fosca, apesar de uma ligeira descoloração não indicar nitretação defeituosa. A abertura do forno a uma temperatura muito alta ou a presença de vazamento de ar no resfriamento serão responsáveis pela leve descoloração.

Antes do Tratamento Térmico Em algumas ligas, como as séries 4100 e 4300, a dureza da camada nitretada é alterada sensivelmente pela dureza do núcleo (Fig. 10). Observe que uma diminuição na dureza do núcleo resulta na diminuição da dureza da camada. A fim de obter sua dureza máxima, estes aços são normalmente fornecidos com dureza máxima do núcleo, através do revenimento à temperatura mínima permitida.

Todos os aços endurecíveis devem ser temperados e revenidos, antes de serem nitretados. A temperatura mínima de revenimento é habitualmente pelo menos 10°C maior que a temperatura máxima a ser utilizada na nitretação. Revenimentos típicos variam de 620-730°C.

Preparação da Superfície A nitretação é considerada um tratamento de “luvas brancas” (limpo), ou seja, todos os resíduos, incluindo óleos e grãos devem ser eliminados da superfície das peças antes da nitretação. Mesmo a oleosidade da pele, devido ao manuseio das peças sem luvas limpas, pode ser problemática. Se as peças não estiverem absolutamente limpas, resultará em profundidade irregular da camada superficial.

Uma forma aceitável de limpeza das peças é o desengorduramento por vapor e a limpeza abrasiva (grãos de óxido de alumínio), exatamente antes da nitretação.

Outro método envolve uma leve camada de fosfato. As etapas envolvidas são: • Desengorduramento • Enxágue com água fria • Banho de imersão de ácido oxálico • Enxágue com água fria • Enxágue em água morna • Mergulho em solução de Fosfato Se uma superfície descementada não for removida antes da nitretação, a camada irá lascar muito facilmente.

Camada branca

Camada de difusão

Fig. 11. Aspecto superficial de molas de válvula nitretadas

34 Industrial Heating - Abr a Jun 2011

Fig. 12. Camada Nitretada

40µm

Tratamento Térmico

Resultados da Nitretação Os seguintes resultados podem ser esperados do processo de nitretação a gás: Aparência da Superfície Peças nitretadas a gás por amônia devem ter uma cor opaca, cinza fosca (Fig. 11).

Estrutura da Camada Nitretada No processo de nitretação, o nitrogênio que se difunde no aço reage com os elementos formados de nitreto, presentes em solução sólida. O endurecimento resulta desta reação.

A profundidade da camada depende de quão fundo abaixo da superfície do aço o nitrogênio é capaz de se difundir durante o período de nitretação. O princípio envolvido é que, enquanto os elementos de liga são removidos da solução sólida, o nitrogênio (que é constantemente abastecido a partir da superfície) se difunde mais longe na liga e, assim, produz uma camada cada vez mais profundo. A sua profundidade, para qualquer tempo de tratamento e temperatura dados, depende da quantidade de elementos de liga com que o nitrogênio deve reagir antes que ele possa se difundir mais.

Concentração do Nitrogênio O meio nitretado deve conter apenas nitro-

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gênio ativo suficiente para manter a camada branca (Fig. 12). Qualquer aumento além deste ponto serve para aumentar a profundidade da camada branca e não afeta a espessura da camada interna (difusão).

Resistência à Corrosão A camada branca tem excelente resistência à corrosão. Em certas aplicações, ela não precisa ser eliminada.

Alterações Dimensionais Durante a nitretação, as peças sofrem um ligeiro aumento de tamanho por causa do aumento de volume que ocorre na camada superficial. Esta alteração causa um alongamento do núcleo, o que resulta em tensões de tração no núcleo que estão em equilíbrio com tensões de compressão na camada superficial, depois que as peças são resfriadas à temperatura ambiente (por exemplo, a redução da sensitividade ao entalhe - um efeito localizado da superfície).

Tensões de Tração As tensões de tração se originam de imperfeições canceladas por tensões compressivas.

Crescimento e Distorção As alterações dimensionais em peças nitreta-

das são regidas em grande parte pela composição, temperatura de revenimento, tempo / temperatura de nitretação, espessura relativa da camada superficial / núcleo, forma da peça e as áreas demarcadas para evitar nitretação.

A quantidade de crescimento é geralmente constante para peças idênticas nitretadas em diferentes lotes por um ciclo de processamento fixo. Depois que a quantidade de crescimento para uma peça específica tenha sido determinada experimentalmente, a sua tolerânica pode ser produzida durante a usinagem final (antes da nitretação).

Cantos ou bordas finas devem ser evitados nas peças a serem nitretadas, porque as projeções formadas em cantos vivos têm alto teor de nitrogênio e são suscetíveis ao lascamento. Cantos finos são nitretados através de sua seção e não têm apoio do núcleo dúctil e “macio”.

Peças nitretadas pelo processo de duas fases e não retificadas após nitretação tem excelente estabilidade dimensional. IH Para mais informações: Dan Herring é presidente do grupo HERRING GROUP Inc., PO Box 884 Elmhurst, IL 60126; tel: +1 630-834-3017; fax: 630-834-3117; e-mail: heattreatdoctor@industrialheating.com; web: www.heat-treat-doctor. com.

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Gases Industriais / Combustão

Gases Industriais / Combustão

Utilizando o Diagrama de Ellingham na Solução de Problemas de Atmosferas em Tratamento Térmico Michael

J. Stempo – Air Liquide International U.S. LP; Houston, Texas, EUA O diagrama de Ellingham nem sempre é pensado como uma ferramenta para os profissionais de tratamento térmico. Este artigo demonstra a sua utilidade.

H

arold Thomas Johann Ellingham (1897-1975) foi um físico-químico britânico e é mais conhecido por diagramas nomeados em homenagem a ele, que mostram a mudança na energia livre padrão em relação à temperatura para reações como a formação de óxidos, sulfetos e cloretos de vários elementos, tais como: 2x

⁄y M + O2 ⇔ 2⁄y MxOy

O gráfico do óxido tende a ser o mais comum e vai ser destacado aqui por sua aplicabilidade a processos de tratamento térmico, o mais relevante. Este fenômeno era conhecido antes da época de Ellingham, mas ele o demonstrou de forma mais clara e o tornou mais acessível para a indústria como uma ferramenta. Seu diagrama e suas variantes ajudam a escolher o melhor agente redutor para minérios diversos no processo de extração de metais.

Ellingham descobriu que normalizando as funções termodinâmicas para uma determinada reação com um mol de oxigênio ele foi capaz de comparar a estabilidade da temperatura de vários óxidos diferentes no mesmo diagrama. Em especial, e essa reação é crítica para os sistemas de redução de metal que usam dióxido de carbono, ele poderia mostrar graficamente que o carbono se torna um forte agente redutor quando a temperatura aumenta. A redução de óxidos de metais com carbono (ou monóxido de carbono) para formar metais livres reduzidos é de imensa importância industrial (altos fornos de redução

de minérios de ferro), e os diagramas Ellingham mostram a menor temperatura na qual a reação vai ocorrer para cada metal.

Vamos voltar e ir passo a passo através do diagrama de Ellingham para expor e tornar mais claro como tratadores térmicos de metal podem usá-lo. Podemos adaptar o diagrama do seu uso original como uma ferramenta de metalurgia extrativa de alta temperatura, para um onde podemos prever os efeitos de atmosferas protetoras e impurezas atmosféricas comuns e seu impacto no produto tratado termicamente. Veja na figura 1 o diagrama de Ellingham clássico, que normalmente seria utilizado para os processos de atmosfera de tratamento térmico.

Base Teórica Um diagrama de Ellingham é um gráfico do DG (mudança na energia livre de Gibbs) versus a temperatura, o que, para os nossos propósitos, seria a temperatura em um forno contínuo, por zona ou em um forno câmara por tempo em ciclo. O diagrama de Ellingham mostrado é para metais reagindo para formar óxidos.

Uma vez que qualquer explicação de como calcular e plotar um diagrama de Ellingham refere-se mais à mecânica do processo de derivação e menos a como usar a ferramenta, que é a intenção deste artigo, o conceito será coberto muito brevemente aqui.

A entalpia (DH) e a entropia (DS) são essencialmente constantes com a temperatura. Salvo que uma mudança de fase ocorra, o gráfico da energia livre (DG) versus a temperatura pode ser desenhado como uma série de linhas retas, onde DS é a in-

clinação e DH é a intersecção com o eixo y. ΔG = ΔH – T ΔS Os coeficientes angulares das linhas traçadas mudam quando qualquer um dos materiais envolvidos fundem (M) ou vaporizam (B). Em um sistema de tratamento térmico, isto é (na sua maior parte) irrelevante, exceto nos processos de soldagem e sinterização onde as mudanças de fase (fusões) podem de fato ocorrer.

A energia livre de formação é negativa para a maioria dos óxidos metálicos, o que significa que a reação pode continuar sem influência. Portanto, o diagrama é desenhado com DG = 0 na parte superior do diagrama, sendo que os valores de DG indicados são todos números negativos. As temperaturas onde o óxido de metal se funde (M) ou vaporiza (B) estão marcados no diagrama.

Note que a maioria das curvas para metais tem inclinação para cima porque tanto o metal quanto o óxido existem como fases condensadas, sólidas ou líquidas. A pressão parcial do oxigênio é tomada como 1 atmosfera e todas as reações são normalizadas e em seguida plotadas para representarem o consumo de um mol de O2.

Curiosamente, existem duas curvas que não se parecem com todas as outras.

C + O2 => CO2 O carbono, um sólido, reage com um mol de oxigênio e produz um mol de dióxido de carbono (CO2), o que resulta em pequena mudança de entropia - uma curva quase horizontal. A outra tem uma inclinação negativa distinta: Abr a Jun 2011 - www.revistalH.com.br 37

Gases Industriais / Combustão

10-8 10-7 10-6 10-5 10-4

10-14 10-12 10-10 10-910-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 PCO/PCO2 10-2 1 10-1 4Ag + O2 = 2Ag2O 10-2 10-1 M 10-3 O Fe 3 4 10-4 M 1 =2 O2 iO M + N e 2 O O F o = u -5 6 C C M 2 2 2 10 O = + 2 O = 2Ni + O2 10 4Cu + 2 2H O O 2Co = 2C 2 2H 2 + O 2 = 2 O 2 + M o -8 C 2 10 2C + O2 = M C + O = CO 2CO 102 2 2 10-10 M 103 3/2Fe + O2 = 1/3Fe3O4 10-12 PH 2 /PH2O

O

o -100 -200 -300 -400

H

-500

ΔG˚ = RTInpO 2,k j

C -600

r + O2 4/3C

-700

O Si + 2

-1000 -1100

l + O2 4/3A

+ O2 2Mn

M

M 10-14 M

M

= SiO 2

O Ti + 2

-800 -900

Cr 2O 3 = 2/3

nO = 2M

= TiO 2

Al 2O 3 = 2/3

gO = 2M + O2 2Mg 2CaO O 2= + a 2C Temp. ˚C

M

B

B

M

M M Ponto de Fusão do metal B Ponto de Ebulição do metal M Ponto de fusão do óxido

PCO/PCO2

10-1 1 10 102 103 104

105

10-18

106

105

10-20

107

106

10-22

108

107

10-24 10-26 10-28 10-30

109 1010 1011

108 109 1010

1012 1013

1014 1013

PH2/PH2O

10-2

10-16

-1200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 PO2,(atm) 10-100 10-80 10-60 10-50 10-42 10-38 10-34 O Kelvin

104

10-3

1011 1012

1300 ˚C

2C + O2 => 2CO Nesta reação, um sólido mais uma vez reage com um mol de gás, mas produz dois moles de gás - o monóxido de carbono (CO). Isso provoca um aumento substancial da entropia, e a curva tem uma inclinação negativa diferente.

O severo declive negativo dessa reação de carbono resulta em um agente redutor cada vez mais potente enquanto a temperatura aumenta. Por exemplo, a 1500°C, a reação de carbono cruza abaixo da de dióxido de silício (SiO2), resultando na capacidade potencial de reduzir o composto altamente estável de SiO2 para o silício em condições deficientes de oxigênio.

Observe que no diagrama há uma escala à direita e ao longo da parte inferior do gráfico ilustrando a PO2 (atm). A PO2 é plotada com valores de pressão parcial de 1 38 Industrial Heating - Abr a Jun 2011

a 10-100. Será mostrado como utilizar esta escala na próxima seção, juntamente com as escalas imediatamente à sua direita, demonstrando a relação de PH2/H2O e PCO/CO2 a vários metais e seus óxidos, em função da temperatura. Estes valores de pressão parcial e suas razões associadas podem ser plotados no diagrama de Ellingham e podem ser obtidos por amostragem da atmosfera do processo a diferentes temperaturas, ou em momentos específicos (temperaturas) em um ciclo, usando ferramentas analíticas de atmosfera disponíveis rápidas e familiares (oxigênio, hidrogênio, ponto de orvalho / umidade, CO e CO2).

Diagrama de Ellingham para Processamento de Metais Ao plotar se um dado sistema metálico irá oxidar, reduzir ou permanecer como um óxido ou metal puro, o diagrama de Ellin-

gham não indica a taxa quantitativa da reação, apenas a probabilidade da sua ocorrência com base em um determinado conjunto de condições. Pode-se fazer a suposição de que a reação irá qualitativamente ocorrer mais rapidamente quando a temperatura aumenta ou quando as condições para a redução ou oxidação se desviarem mais das condições de atmosfera neutra.

Podemos usar o diagrama para determinar a relativa facilidade através do qual o metal pode ser oxidado ou um óxido pode ser reduzido. Metais plotados no alto do diagrama são mais fáceis de serem reduzidos (metais nobres) do que os traçados mais baixo no diagrama, que naturalmente tendem a existir na forma de óxido muito estável. Por exemplo, Ag, ou prata, é muito difícil de ser oxidada, enquanto Ca, ou cálcio, não existe naturalmente na forma de elemento, indicando uma forma de óxido muito estável. As curvas de óxido de metal / metal também se inter-relacionam entre si. Um metal plotado abaixo de outro metal pode reduzir o óxido de um metal mais acima no diagrama. Assim, o titânio, não o óxido, pode reduzir o óxido de cromo, que é plotado acima no diagrama.

Nós também podemos usar o diagrama para determinar o seguinte a uma dada temperatura: • A proporção de hidrogênio para água / ponto de orvalho (PH2/H2O) que pode reduzir um óxido de metal para metal ou prevenir que um metal oxide.

• A proporção de CO para CO2 (PCO/ CO2) que pode reduzir um óxido de metal para metal ou prevenir que um metal oxide.

• A pressão parcial de oxigênio que vai estar em equilíbrio com um óxido de metal.

Determinando a Pressão Parcial do Equilíbrio do Oxigênio Para uma PO2 superior ao valor de equilíbrio a uma dada temperatura, o metal será oxidado. Por outro lado, para uma pressão parcial de oxigênio, que é inferior ao valor de equilíbrio a uma determinada temperatura, o metal será reduzido.

Use a escala ou nomograma para determinar a PO2 de equilíbrio através do seguinte método. Usando uma régua e conhecendo a temperatura ou a série de

Gases Industriais / Combustão

temperaturas que você deseja usar (e o sistema metal / óxido de metal), coloque um lado da régua no canto superior esquerdo do diagrama, que é rotulado de "O" (perto da curva Ag para óxido de prata). Em seguida, posicione a régua deste ponto de ancoragem até o ponto de temperatura onde o metal em questão cruza o valor de temperatura. Agora, continue a curva da régua até o valor na escala PO2. Essa é a pressão parcial de equilíbrio do oxigênio.

Para este diagrama, é expresso em atmosferas. Mais uma vez, qualquer pressão parcial do oxigênio menor do que a procedente causará redução metálica. Qualquer pressão parcial acima irá causar oxidação.

Para um exemplo da vida real, encontre a pressão parcial de equilíbrio do oxigênio para o cromo, a uma temperatura de 1300°C. Coloque a régua sobre o ponto "O" no canto superior esquerdo do diagrama. Encontre a curva do cromo e onde ela cruza a temperatura de 1300°C. Enquanto fixa a extremidade da régua sobre o ponto "O", mova

a outra extremidade da régua de modo que ela passe através desse ponto de intersecção e continue a descer até a escala de PO2. Leia o valor, que deve ser expresso em 10-16 atmosferas. Esta é uma quantia extremamente pequena de oxigênio que pode estar presente neste sistema de alta temperatura, antes que os efeitos danosos do oxigênio possam oxidar negativamente o cromo metálico.

O efeito da oxidação do cromo, mesmo por pequenas quantidades de oxigênio, pode ser combatido através de um forte agente redutor da atmosfera, como o hidrogênio. Vamos seguir para a determinação da razão de equilíbrio (PH2/H2O) ou a razão hidrogênio-água (ponto de orvalho).

Determinando a Razão de Equilíbrio PH2/H2O Para a razão PH2/H2O ou hidrogênio-água, que seja superior ao valor de equilíbrio relativamente mais hidrogênio à água - a uma determinada temperatura, o metal será reduzido. Para uma PH2/H2O que seja

inferior ao valor de equilíbrio (relativamente menos hidrogênio à água) a uma dada temperatura, o metal será oxidado.

Utilizando essencialmente o mesmo método da régua que usamos acima para traçar a pressão parcial de equilíbrio do oxigênio, traçamos, agora, do ponto "H", sobre o lado esquerdo do diagrama, através do nosso metal e da temperatura desejados e, agora, lemos da curva PH2/H2O do lado direito do diagrama.

Um exemplo real seria encontrar a razão equilíbrio hidrogênio-água para o cromo, a uma temperatura de 1300°C. Posicione a régua do lado esquerdo no ponto "H", passe através da equação do cromo, onde cruza em 1300°C e anote a razão de equilíbrio de hidrogênio-água na escala PH2/H2O. O valor deve estar entre 102 e 103. Isso representa um valor entre 100 e 1.000 para 1 razão de hidrogênio necessária para água ou nível de ponto de orvalho. Para este exercício, podemos estimar a razão de hidrogênio para a água como de 400 para 1.

Abr a Jun 2011 - www.revistalH.com.br 39

40 Industrial Heating - Abr a Jun 2011

Gases Industriais / Combustão

Este é um nível elevado de hidrogênio que é necessário para combater os efeitos oxidantes da água ou do ponto de orvalho em cromo, daí o motivo porque o processamento da maioria dos aços inoxidáveis (cromo presente como uma liga) a alta temperatura geralmente é feito em níveis muito elevados de hidrogênio - muitas vezes 100%. Na temperatura de processamento de 705°C, na presença de hidrogênio, variedades de oxigênio irão converter em água e se tornar uma parte de qualquer umidade ou ponto de orvalho que podem estar no sistema da atmosfera de processamento. Hidrogênio suficiente deve estar presente no sistema de atmosfera para conter a oxidação do cromo. Com uma razão muito baixa de hidrogênio para um determinado nível de umidade, a oxidação do cromo ocorrerá. Sem hidrogênio nesse sistema de atmosfera (processo de forno a vácuo excluído), é literalmente impossível excluir oxigênio suficiente do sistema a fim de evitar a oxidação do cromo.

as condições para promover a descementação deliberada, no caso dos aços elétricos.

No caso da cementação do aço, podemos pelo menos ver qual razão de equilíbrio devemos ultrapassar para fazer com que o processo de cementação ocorra.

Resumo O trabalho de Harold Ellingham tornou mais claros e acessíveis, em um formato gráfico de fácil entendimento, os conceitos bem conhecidos da energia livre padrão em relação à temperatura para reações como a formação de óxidos, sulfetos e cloretos. No caso do seu diagrama de metal e metal-óxido, normalizando as funções termodinâmicas para a reação com um mol de oxigênio, Ellingham foi capaz de comparar a estabilidade da temperatura de vários óxidos diferentes no mesmo diagrama. O resultado foi o seu diagrama de Ellingham, relativamente fácil de usar para determinar as condições de oxidação e redução, sem ter de recorrer a esforços meticulosos para inter-relacionar os cálculos baseados

em energia livre de todos os sistemas metálicos a partir do zero. A adição do nomograma original como ferramenta que plota, em uma escala contínua, os valores de PO2 para facilidade de cálculo pelo usuário é o trabalho de F.D. Richardson e Jeffes.

Já que as razões CO/CO2 e H2/H2O são frequentemente usadas em conjunto com a determinação da pressão parcial de equilíbrio do oxigênio, L.S. Darken e R.W. Gurry acrescentaram seus cálculos como escalas de nomograma para estas razões adicionais.

Estes diagramas foram posteriormente referidos como Ellingham, Ellingham-Richardson, Darken e Gurry, ou diagramas modificados de Ellingham. IH Para mais informações: Contate Michael J. Stempo, P.E., desenvolvimento de negócios / aplicações de engenharia, Air Liquid Industrial U.S LP, 2700 Post Oak Boulevard, Suite 1800, Houston, TX 77056, EUA, tel: +1 610-997-0936, e-mail: mike.stempo@airliquide.com; web: www.us.airliquide.com

Determinando o Índice de Equilíbrio PCO/CO2 A PCO/CO2, ou razão CO/CO2, é usada com mais frequência em sistemas de metalurgia extrativa para todos os metais a fim de determinar se essa reação vai reduzir ou oxidar um sistema metálico a uma determinada temperatura. Nos metais tratados termicamente, a razão é geralmente utilizada para ligas de aço-carbono para determinar se o metal irá descementar ou cementar. É a espinha dorsal da cementação e têmpera e todos os seus processos derivados.

O tema da cementação e seus processos derivados são reservados para artigos muito além do espaço alocado e do escopo deste artigo sobre o diagrama de Ellingham. Há muito mais a ser considerado que apenas plotar o valor da razão de equilíbrio CO/CO2. Nestes sistemas, muitas vezes estamos interessados na profundidade do carbono no ferro, as atividades, as taxas de difusão, o tempo na temperatura, o grau de oxidação da superfície e sua remoção, os perfis de concentração de carbono, evitar a oxidação intergranular (IGO – Intergranular Oxidation), etc., para citar apenas algumas variáveis. No entanto, podemos ter uma idéia aproximada de qual deve ser a relação de equilíbrio para definir Abr a Jun 2011 - www.revistalH.com.br 41

Metalografia

Termodinâmica e Cinética Computacionais no Tratamento Térmico Paul Mason – Thermo-Calc Software Inc.; McMurray, Pensilvânia., EUA.

Microestrutura cortesia de George F. Vander Voort (www.georgevandervoort.com)

Em sua centésima coluna “Doutor Tratamento Térmico”, Dan Herring afirmou que o tratamento térmico pode ser melhor definido como "a aplicação controlada do tempo, temperatura e atmosfera para produzir uma mudança previsível na estrutura interna (isto é, a microestrutura) de um material." Ele acrescentou que "os metalúrgicos têm a responsabilidade de prever as mudanças microestruturais que ocorrerão em um componente."

CALPHAD - Uma base para a Termodinâmica e Cinética Computacionais A termodinâmica computacional, especificamente a abordagem CALPHAD (Computer cALculation of PHase Diagrams – cálculo computadorizado do diagrama de fases), permite a predição de propriedades termodinâmicas de sistemas multicomponentes multifásicos com base em modelos matemáticos que descrevem a energia de Gibbs em função da temperatura, pressão e composição para cada fase individual de um sistema. Parâmetros nos modelos numéricos capturam a dependência da composição e temperatura em sistemas binários e ternários e são otimizados para melhor corresponderem aos dados experimentais disponíveis.

Duas vantagens desta abordagem são que ela une as propriedades termodinâmicas e equilíbrios de fase em um quadro auto-consistente, e que permite a extrapolação para sistemas multicomponentes, com base em dados obtidos a partir de sistemas binários e ternários. A vantagem disto é que os dados não são aplicados em ligas específicas de uma composição nominal, mas são calculados para uma química de entrada específica definida pelo usuário.

Por mais de 25 anos, o método CALPHAD tem sido aplicado com sucesso pela indústria para ajudar na concepção de ligas e na otimização de processos para diferentes tipos de ligas, incluindo aços e ligas de base ferrosa, Superligas NI, Al, Ti, Mg, etc. A abor-

42 Industrial Heating - Abr a Jun 2011

dagem CALPHAD também foi estendida para modelar outras propriedades, tais como as mobilidades atômicas, que permitem coeficientes de difusão em função da temperatura e que as composições locais sejam derivadas e, por sua vez, permitam que a dependência do tempo de transformações de fase e evolução microestrutural sejam previstas.

Thermo-Calc – Modelagem Termodinâmica e Equilíbrio de Fases O Thermo-Calc é um pacote de software para a realização de cálculos termodinâmicos para sistemas multicomponentes e é usado em conjunto com o bancos de dados termodinâmicos produzido pelo método CALPHAD. Os bancos de dados estão disponíveis para os cálculos em fase gasosa, aços, Ti, Al, Superligas NI e outros materiais. O Thermo-Calc permite que os usuários prevejam fases formadas para condições de equilíbrio e de equilíbrio metaestável com base na composição do sistema, temperatura e pressão. O Thermo-Calc é uma ferramenta muito geral, e não é possível cobrir toda a gama de aplicações aqui. No entanto, alguns exemplos de interesse específico para a comunidade de tratamento térmico são descritos nas subseções a seguir.

Equilíbrios em Fase Gasosa Atmosfera do Forno O Thermo-Calc pode ser usado para prever as atividades, potencias e especificações de sistemas em fase gasosa em função da composição, temperatura e pressão. Um artigo de Winter e Torok da edição de setembro de 2010 da Industrial Heating destacou alguns potenciais diferentes que profissionais de tratamento térmico precisam

controlar em um tratamento de nitretação / nitrocementação (Tabela 1). Cada uma dessas pressões parciais, potenciais e atividades podem ser calculados diretamente no Thermo-Calc, usando um banco de dados como o “Substância SGTE”.

Química da Liga - Equilíbrios de Fase Os cálculos preditivos também podem ser feitos para ver como as fases, os montantes de cada fase e sua composição variam com Tabela 1. Potenciais por processo Atividade ao potencial

Pressão parcial

Processo

aN=K1*KN

KN=pNH3/p1.5H2

Nitretação

aC=K2*KCB

KCB=p2CO/pCO2

aC=K3*KCW aC=K4*KC-O2 aC=K5*KC-CH4 aO=K6*KO

KCW=pH2*pCO/pH2O Nitrocementação KC-O2=pCO/p0.5O2 KC-CH4=pCH4 /p2H2 KO=pH2O/pH2

Oxi-nitretação/pós oxidação

1.0 0.9 0.8

T-273.15, (BCC_A2) T-273.15, (FCC_A1#2) T-273.15, (M23C6) T-273.15, (M6C) T-273.15, (FCC_A1#1) T-273.15, (Líquido)

0.7 0.6 NPM

E

ste artigo descreve como a termodinâmica e a cinética computacionais podem ajudar os metalúrgicos a fazerem tais previsões.

0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 600

800

1000 1200 Temperatura, ˚C

1400

Fig. 1. Influência da temperatura sobre as fases formadas por um aço ferramenta M42 (NPM é o número de moles de uma fase normalizada para um mol)

Metalografia

1500

10-1 hcp+fcc1

1300

hcp: ε Fe4N: γʹ bbc: � fcc1: (Fe0.63Cr0.36)1(N,Va)1 fcc2: (Cr0.57Fe0.25Mo0.16)1(N)1

1200

KN

Fe4N+hcp+fcc1

Temperatura, ˚C

100

hcp

Fe4N+hcp+fcc1+fcc2

BCC_A2 + M6C

1100

BCC_A2+ FCC_A1 + M6C FCC_A1 + MC + M6C

1000 FCC_A1+MC + M6C + M7C3

900

0-1 bcc+hcp+fcc2+Fe3C

800

450

500

550

600 650 Temperatura, ˚C

BCC_A2 + Laves + M6C

700

bcc+fcc2+Fe3C 0-2

Liquid

BCC_A2

1400

700

750

600

0

BCC_A2 + MC + M23C6 + M6C 0.5 1.0 Carbono, % massa

1.5

Fig. 3. Diagrama de Leher calculado para o aço AISI 4140

Fig. 2. Seção isopleta calculada para o aço ferramenta M42

a temperatura ou química de uma determinada liga. Por exemplo, a Figura 1 ilustra as fases que podem se formar enquanto a temperatura varia para um aço ferramenta M42. Tais cálculos podem ser úteis não só para a concepção da liga, mas também para prever se fases deletérias podem se formar antes de um tratamento térmico.

Isto é baseado na química real medida para um aquecimento em vez de descobrir a fase durante o exame metalográfico após que o tratamento térmico tenha sido realizado.

A formação de certas fases pode ser extremamente sensível à química da liga, mesmo aquelas que estão dentro do intervalo especificado de composição. Portanto, esses tipos de cálculos (quando combinados com a experiência dos metalúrgicos) podem ser úteis para decidir se tomar medidas atenuantes antes do tratamento térmico. Tais cálculos podem ser especialmente úteis quando tratando termicamente ligas de especificações não usuais, a fim de compreender as ligas muito melhor. Além disso, esses cálculos em etapas podem prever as temperaturas da transformação de fase, com base na química (não nominal) real (por exemplo, Aecm, Ae1, Ae3) e, assim, fornecer informações sobre as temperaturas da solução dos precipitados.

A variação na composição das ligas, e a influência desta em suas propriedades, é outro aspecto que pode ser investigado. Pode ser difícil e demorado para caracterizar uma liga completamente, especialmente em termos efeitos secundários atribuídos à variação da composição da liga. Computacionalmente, pode-se investigar isso de uma maneira rentável e eficiente em relação a tempo. Por exemplo, a temperatura onde a fase sigma aparece pela primeira vez para a SAF 2507 é calculada como 1030°C para a química nominal, mas com um range possível de ± 60°C, devido à variação na química dentro de sua escala especificada.

Diagramas de fases multicomponentes (seções isotérmicas e isopletas) também podem ser construídos para ligas, além de sistemas binários e ternários. A Figura 2 mostra uma seção isopleta para um aço ferramenta M42. Além disso, diagramas denominados Lehrer, que mostram o tipo de camada de compostos pode ser esperado para o respectivo potencial de nitretação controlado no forno, também

podem ser calculados não apenas para o ferro puro, mas também para as ligas multicomponentes. O Centro de Excelência em Tratamento Térmico (Center for Heat Treating Ecxellence - CHTE) no Worcester Polytechnic Institute calculou o diagrama da Figura 3 para o aço AISI 4140 usando o Thermo-Calc.

Os exemplos citados até agora têm sido relacionados a aços,

Abr a Jun 2011 - www.revistalH.com.br 43

Metalografia

DICTRA – Simulações de Difusão Controlada O DICTRAé um pacote de software para simulações precisas da difusão em ligas multicomponentes. É um código geral 1-D e pode tratar transformações de fase de difusão controlada (problemas de fronteira em movimento), difusão em sistemas de uma fase e reações em sistemas dispersos.

O código não pode, contudo, tratar de transformações sem difusão, como transformações martensíticas. O DICTRA usa dados termodinâmicos obtidos do Thermo-Calc e mobilidades atômicas derivadas utilizando a abordagem CALPHAD,

44 Industrial Heating - Abr a Jun 2011

baseado na avaliação crítica dos dados de difusão experimentais para sistemas binários e ternários. Dois exemplos usando DICTRA são dados aqui – cementação e homogeneização – e outras ilustrações estão disponíveis na literatura de nitretação, nitrocementação, tratamento térmico pós-solda, etc.

Cementação Já que o DICTRA considera cálculos totalmente acoplados entre a termodinâmica do sistema e a cinética, é possível investigar a influência da química da liga sobre os coeficientes de difusão (por exemplo, carbono) na liga.

No entanto, o DICTRA também pode ser usado para prever a difusão de carbono diretamente em uma liga. As condições de contorno podem ser definidas como a atividade das espécies de difusão na superfície, que podem ser previstas pelo Thermo-Calc, ou o fluxo, que leva em consideração o transporte de massa da espécie

0.9 0.8 Carbono, % em peso

mas o tratamento térmico de outras ligas, tais como Al, Ni e Ti, também podem ser modeladas utilizando essas ferramentas.

Por exemplo, Gupta et al comparou cálculos feitos com o Thermo-Calc com as observações experimentais para a liga automotiva AA6111, que é liga comercial em forma de chapa.

0.7 0.6

f = 9.1 • 10-9 [m/s] acgas = 0.67

0.5 0.4 0.3 0.2

4 hr 1 hr

30 min 0.1 0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 Distância da superfície, mm

2.0

Fig. 4. Aço AISI 1018 cementado a 899°C

de difusão na superfície. A Figura 4 ilustra o cálculo da cementação do AISI 1018 a 899°C. Para aços de alta liga, a cementação a gás resulta na formação de carbonetos ricos em cromo, que causam endurecimento da superfície por precipitação. A precipitação destes carbonetos resulta em uma diminuição de cromo na fase matriz, no entanto, que tem um efeito negativo

Metalografia

0.40 depois 2.5h

Fração de Carboneto

0.35 0.30

M7C3

0.25 0.20 0.15 0.10

cem

M23C6

0.05

0.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Distância da superfície, mm

Fig. 5. Prevendo a quantidade e os tipos de carbonetos que se formarão em Fe-13Cr5Co-3Ni-2Mo-0.07C

sobre a resistência à corrosão da liga. Um compromisso, portanto, precisa ser feito de forma a manter boa resistência à corrosão na camada cementada.

Os métodos tradicionais para equilibrar estes objetivos foram desenvolvidos somente por experiência, mas as ferramentas computacionais que permitem que um número de parâmetros envolvidos no processo de cementação sejam avaliados

(como elementos de liga, temperatura, fluxo de carbono, etc.) oferecem alternativas para esta abordagem. Turpin et al usou o Thermo-Calc e o DICTRA para otimizar a química da liga e o tratamento térmico de aços martensíticos. A Figura 5 ilustra o crescimento simulado e a dissolução de carbonetos, como uma função do tempo e da distância para uma liga com composição Fe-13Cr-5Co-3Ni-2Mo-0.07C. Homogeneização Muitas peças fundidas de superliga Ni e lingotes sofrem tratamentos de homogeneização antes do processamento subseqüente ou do trabalho a quente, a fim de distribuir igualmente os elementos de liga em toda a microestrutura. Jablonski e Cowen utilizaram o modelo de Scheil do Thermo-Calc para prever a segregação do fundido presente dentro do Nimonic 105 e, em seguida, utilizaram o DICTRA para refinar o tratamento de homogeneização desta liga.

Confirmando suas conclusões com estudos experimentais, eles foram capazes de propor um cronograma alternativo de tratamento

térmico em duas etapas, que resultou em melhor redistribuição de soluto e reduzidos tempos de tratamento térmico, levando potencialmente a grande economia de tempo e de custos. Samaras e Haidemenopoulos fizeram um estudo semelhante sobre a microssegregação e a homogeneização da liga extrudável Al 6061.

Conclusões O uso de simulações computacionais termodinâmicas e cinéticas está bem estabelecido nas áreas de desenvolvimento de ligas e otimização de processos. Os cálculos de previsão podem complementar a experiência e compreensão dos metalúrgicos ou de engenheiros de P & D, fornecer uma compreensão mais profunda do comportamento químico de ambas as ligas novas e conhecidas, e podem levar a reduções de tempo e custo através de uma melhor compreensão da ciência por trás das ligas e processos. IH Para mais informações: Contate Paul Mason, Thermo-Calc Software Inc., EUA; Tel: +1 724731-0074; e-mail: paul@thermocalc.com.

Abr a Jun 2011 - www.revistalH.com.br 45

Gases Industriais

Gases e Misturas Gasosas para Têmpera de Metais Minfa Lin, Ph.D., Senior Principal Research Engineer, Air Products and Chemicals, Inc., EUA Gian Ricardo C. Silva, MSc., Supervisor de Pesquisa Aplicação & Desenvolvimento, Air Products Brasil Ltda.

Kromschröder BIC Burner Cortesia da Hauck Manufacturing Company

A segurança e considerações ambientais tornam a têmpera a gás uma alternativa atraente para a têmpera líquida. As vantagens da têmpera a gás incluem produtos limpo, distorção mínima, e a eliminação dos problemas ambientais associados aos meios de têmpera líquidos. Contudo, a têmpera a gás não tem sido amplamente usada por causa da taxa de resfriamento limitada. A mistura RGQ da Air Products aumenta a taxa de resfriamento do gás mais que 100% de hélio para uma determinada pressão e velocidade do gás.

A Coeficiente de Transferência de Calor, W/m2°C

operação de têmpera é uma etapa chave no tratamento térmico de peças de aço. O objetivo do processo de têmpera é resfriar as peças da temperatura de austenitização a uma taxa de resfriamento necessária para produzir uma quantidade de martensita controlada na microestrutura para o endurecimento.

A seleção de um meio de têmpera baseia-se na composição do aço, dimensão da peça, e da qualidade superficial. A função do meio de têmpera é controlar a taxa de transferência de calor da superfície das peças temperadas. Os meios de têmpera comumente utilizados são líquidos (óleo,

soluções poliméricas aquosas, salmoura, e água) ou gás (hélio, argônio, e nitrogênio).

O gás de têmpera é um meio de têmpera ambientalmente amigável, e gera produtos mais limpos, eliminando a necessidade de lavar as peças após a têmpera e eliminando o fluído de têmpera líquida. Além disso, a têmpera a gás promove maior uniformidade no resfriamento e menos distorção comparada à têmpera líquida, assim reduzindo a usinagem pós têmpera.

Uma desvantagem da têmpera a gás é que seu coeficiente de transferência de calor é menor que da têmpera líquida. Neste caso, a têmpera a gás desenvolvida pela Air Products (RGQ) com mistura de nitrogênio-hé-

Correlação de Grimson

Coeficiênte de Tranferência de Calor A têmpera a gás de alta pressão geralmente utiliza uma câmara pressurizada para temperar as peças das temperaturas de austenitização. Durante a têmpera a gás, o resfriamento das peças é o resultado da transferência de calor por convecção forçado entre a superfície das peças e os gases.

A taxa de resfriamento da peças temperada é proporcional ao coeficiente de transferência de calor (h) entre os gases refrigerantes e a superfície das peças temperada.

O coeficiente de transferência de calor pode ser expresso como (1): h = a k (Re)a Prb D

H2

T= 500°C Vmax = 15 m/s D= 0.025m

Re = rV D m max

e

Pr =

(1)

Cp m k

Deste modo, He N2

Ar

Pressão (Atm)

Figura 1. Efeito da pressão do gás no coeficiente de transferência de calor (W/m2°C)

46 Industrial Heating - Abr a Jun 2011

lio ou argônio-hélio aumenta a taxa de resfriamento do gás comparada a 100% de hélio em uma determinada pressão e velocidade.

( D

)

h = 0,023 k DVmax r

m

0,8

1

Pr

3

(1)

Onde, D = diâmetro do cilindro, k = condutividade térmica do gás, Vmax = velocidade máxima do gás, ρ = densidade do gás, µ = viscosidade do gás, Pr = Número de Prandtl = (Cp µ)/k, e Cp = calor específico do gás.

De acordo com a equação (1), o coefi-

Gases Industriais

ciente de transferência de calor é proporcional à condutividade do gás (k), da taxa de fluxo do gás (velocidade), da densidade do gás, e da capacidade de calor específico (Cp). Uma vez que a densidade é proporcional a pressão do gás, o coeficiente de transferência de calor aumenta com a pressão do gás. As constantes a, a, e b são funções do forno e da geometria da peça, posicionamento das peças no forno, tipo e número de bicos injetores de gás.

A equação 1 de Grimson para o sistema onde o fluxo de gás de têmpera é perpendicular as peças é dada por: h = 0.52 (k / D) Re0,562 Pr1/3 Esta equação é plotada na figura 1 para um grupo de parâmetros e vários gases industriais.

Efeito do Tipo de Gás e da Pressão do Gás Os gases com moléculas menores e mais leves exibem condutividade térmica maior porque elas podem mover-se rapidamente e por longas distâncias sem uma colisão. Consequentemente, moléculas de hélio e hidrogênio exibem um coefi-

Figura 2. Exemplo de sistema de adsorção de gás para purificação e reciclagem de hélio.

ciente de transferência de calor maior comparado as moléculas maiores e mais pesadas de argônio e nitrogênio (figura 1).

Para um dado gás, o coeficiente de transferência de calor aumenta com o aumento da pressão do gás. A utilização de gases mais leves diminui a necessidade da força do motor dos ventiladores de circulação

do gás e, por isso, permite o uso de maior pressão para um determinado modelo de ventilador. Hélio é geralmente usado para têmpera de peças mais espessas. A questão do custo com hélio pode ser superada pela reciclagem de hélio [3,4] conforme as figuras 2 e 3, ou pela utilização de mistura gasosa (Ar-He).

Sistema de Purificação & Recuperação de Hélio Forno a vácuo

C201 Purificação por Membrana

Reciclagem & Purificação

K101 Ventoinha de Baixa Pressão

C101 – TSA Secador

V101 – Estocagem em Baixa Pressão

Controle da pureza

V201 – Estocagem em Alta Pressão

K201 Compressor de Alta Pressão

Hélio Reciclado & Purificado

Sistema de Análise

Figura 3. Diagrama do Sistema de Purificação e Recuperação para a Reciclagem de Hélio.

Tecnologia de Têmpera a Gás Rápida (RGQ) da Air Products A pesquisa mostra que uma mistura gasosa de hélio e argônio ou, hélio e nitrogênio tem um maior poder de resfriamento que o hélio puro sozinho, como mostrado na Figura 4 [2]. Este comportamento é o resultado do efeito combinado da condutividade térmica e da densidade do gás no coeficiente de transferência de calor. O uso do hélio-argônio ou hélio-nitrogênio reduz a quantidade de hélio necessária para a têmpera, ao mesmo tempo, fornece uma força de resfriamento melhor do que 100% de hélio.

A Air Products executou uma série de testes em um forno tratador turbo 5-bar utilizando uma capacidade do ventilador de 10.000 pés cúbicos por minuto, com uma zona quente de 48 po-

Abr a Jun 2011 - www.revistalH.com.br 47

396.2

1204

130

1093

120 396.6 110

Teórico

100

396.8 Experimental

397.0 90 397.2 80

0

10

20

30 40 50 60 70 80 Porcentagem do Hélio no Argônio

90

397.4 100

Figura 4. Coeficiente de Transferência de Calor versus Porcentagem de Hélio em Argônio [2]

760 649

argônio

538 426

hélio

RGQ 80% He 20% Ar

315 204 93 0

1

2

3

4

5 6 7 8 Tempo (minutos)

9

10

11

Figura 5. Curva de Resfriamento Mostrando que a Mistura RGQ da Air Products (80%He-20%Ar) Apresenta uma Maior Capacidade de Resfriamento que o Hélio Puro.

a flexibilidade do forno para lidar com cargas maiores e outros materiais. IH Referências 1. F. Kreith, “Principles of Heat Transfer”, International textbook Co., 1958.

2. W.J. Baxter, P. T. Kilhefner, and C. E. Baukal, Jr., “Rapid Gas Quenching Process,” US Patent 5173124, 1992.

3. Puri. P.S., “Fabrication of Hollow Fiber Gas

Separation Membranes”, Gas Separation and Purification, 1990, volume 4, pp29-36.

4. Puri, P.S., “Gas Separation Membranes – Current Status, La Chimica e l’industria 1996, 78 (815-821).

Para mais informações: Contate Gian Ricardo C. Silva pelo tel.: (11) 7144-5577 ou email: silvagc@airproducts.com

1.24 1.12

Taxa de Resfriamento Relativo

legadas de diâmetro por 60 polegadas de profundidade. Para cada teste o peso da carga foi de 840 quilos e era composta por cilindros de aço de 1” de diâmetro por 4” de comprimento e localizado em três cestas. Dez termopares foram colocados em várias localizações e a carga foi aquecida até 1200 °C em vácuo e então temperada com 100% de argônio, 100% de hélio, ou mistura de argônio e hélio (20%Ar-He).

A figura 5 mostra o gráfico da temperatura versus o tem1.40 po para os testes. Nestes casos, foi evidente que uma mistura de 20% de argônio e 80% de 1.20 hélio promoveu a taxa de resfriamento mais acelerada.

1.00 A figura 6 mostra uma comparação da habilidade de resfriamento relativo da 0.80 mistura RGQ com três gases inertes comumente utilizados em fornos a vácuo de têmpera 0.60 a gás. A capacidade de resfriamento melhora cerca de 10% 0.40 com a mistura de hélio e argônio quando comparada com 100% de hélio.

0.20 Com a mistura gasosa RGQ, o tratador térmico a vácuo pode aumentar a pro0.00 dução, reduzir o custo de operação, melhorar as propriedades metalúrgicas, e aumentar

982 871 Temperatura °C

396.4 Resistência (OHMS)

Btu Coeficiente de transferência de calor ___________ hr - pés2 - °F por convenção

Gases Industriais

1.00 0.73

Mistura de

Hélio

Nitrogênio

Argônio

Gás RGQ

Figura 6. A Capacidade de Resfriamento da Mistura RGQ é cerca de 10% maior que 100% de Hélio

48 Industrial Heating - Abr a Jun 2011

12

Especial 80 anos

O legado da revista Industrial Heating e sua antecessora, Fuels and Furnaces (Combustíveis e Fornos), na verdade vai mais além dos 80 anos de seu aniversário que estamos celebrando.

Desde o início da F&F em 1924, nós estávamos lá quando muitos dos eventos chave do setor de tecnologia térmica ocorreram, durante o século 20. Este artigo traz alguns pontos de destaque desta jornada, retirados de edições passadas da Industrial Heating.

A

primeira guerra mundial forçou o surgimento de alguns desenvolvimentos, como por exemplo, a difração por raio X, para a determinação da estrutura cristalina em 1912. Também significativo foi o desenvolvimento, ma Universidade de Princeton, do processo de fusão por indução, em 1915.

Os anos 20 iniciaram com entusiasmo e esperança, após o fim da primeira guerra mundial. Em 1923, o professor Willibald Trinks, do Carnegie Institute of Technology publicou o livro Industrial Furnaces, que trouxe bastante interesse ao mercado do aquecimento industrial. Em 1924, há registros da construção do primeiro forno elétrico a vácuo, que combinava alta temperatura e alto vácuo, e que conseguia uma boa precisão de temperatura graças ao emprego de um pirometro ótico. Nesta época, surgia a revista Fuels & Furnaces, que antecedeu à Industrial Heating e tinha o Prof. Trinks como editor.

Na década de 30, o crescimento da indústria automobilística e aeronáutica levou a desenvolvimentos como a instalação do maior forno contínuo elétrico de então, com soleira de rolos para normalização de peças automotivas. A criação das superligas, o surgimento de fundição por centrifugação e o aquecimento infra-vermelho são desenvolvimentos desta época, com aplicações na industria automobilística. O tratamento térmico por indução teria sua primeira utilização comercial na empresa fabricante de automóveis Packard Motor Car Co., na tempera de virabrequins usados nos motores dos seus carros em 1937.

Também nesta década, em 1939, foram incorporados os primeiros fornos de tempera integral.

Do inicio da segunda guerra mundial, há registros do surgimento de inúmeras novos projetos em fornos contínuos automatizados com controles precisos de tempo e temperatura, para aplicações como

empurradores, esteira, roletes, etc. Novos produtos de fibra cerâmica foram introduzidos no mercado, mais convenientes para o isolamento térmico de fornos industriais.

Tratamentos térmicos para altas produções foram instalados neste período, para atender as altas necessidades de produção. Foi neste período que outro importante evento metalúrgico ocorreu, resultando em significativas mudanças no processamento

Histórico dos logotipos da Industrial Heating 1931

1934

1977

1993

2000

do içados para fora da água em suas docas de reparo.

Investigações posteriores à guerra logo descobriram a temperatura de transição dúctil – frágil do aço, resultando em melhorias nos métodos de solda e o desenvolvimento da mecânica de fraturas coimo uma ciência da engenharia.

Por volta de 1950, a empresa Titanium Metals Company surgiu com os primeiros produtos comerciais a partir de titânio. Outras duas significativas descobertas ocorreram em 1952: foi introduzida no mercado a fusão por arco elétrico sob vácuo (Vacuum Arc Remelting, VAR), processo que até hoje é considerado como um dos mais importantes desenvolvimentos na história do processamento térmico.

Neste mesmo ano, o processo na fabricação de aço BOP, Basic Oxygen Process foi introduzido em uma planta siderúrgica em Donawitz, na Áustria.

Os anos 60 começaram com um ar de apreensão. A Rússia e os Estados Unidos estavam claramente envolvidos em levar a tecnologia aeroespacial para novos níveis com a rápida expansão dos seus programas espaciais. No final da década, o homem havia pousado na lua e as paginas da Industrial Heating estavam recheadas de

www.industrialheating.com

de aço. Foi descoberto que muitos navios tiveram fraturas na solda das chapas externas do casco, quando expostas às baixas temperaturas do Atlântico Norte. Alguns navios chegaram a se partir ao meio quanAbr a Jun 2011 - www.revistalH.com.br 49

Especial 80 anos

artigos relatando novos materiais e suas aplicações na indústria aeroespacial.

Com o rápido surgimento de novos materiais, a indústria de processamento térmico foi forçada a novos desafios para projetar sistemas especializados de aquecimento.

A tecnologia do pó começou a despertar atenção pelo seu potencial como material estrutural de alta temperatura. No final dos anos 60, fornos a vácuo com resfriamento a óleo eram utilizados comercialmente e melhoramentos no recobrimento a vácuo e nos processos de brasagem foram efetuados. Computadores também começaram a ter importantes funções na industria de processamento térmico.

O surgimento de novas tecnologias nos anos 50 e 60 levaram a novos conceitos que foram implementados nos anos 70.

Em 1974, sistemas de laser foram empregados no endurecimento superficial, em operações de corte e de solda. A utilização de módulos de fibra cerâmica tornou-se comum.

Com a preocupação em termos de conservação de energia, a atenção recaiu sobre a eficiência de combustão de queimadores.

No campo da metalurgia do pó, a utilização de prensas isostáticas (HIP- Hot Isostatic Press) tornou o processo comercialmente viável, aumentando as propriedades das peças sinterizadas. Nos anos 80, o processo HIP se tornaria o sistema básico requerido para a metalurgia do pó.

A introdução dos computadores pessoais nos anos 70, e em particular o computador pessoal da IBM em 1981, começou a revolucionar o mer50 Industrial Heating - Abr a Jun 2011

cado de controles. Sistemas de desenho CAD para o projeto de fornos industriais tornaram-se comuns. Fibras óticas começaram a aparecer no mercado, da mesma forma que pirômetros infra-vermelhos. Na área dos sensores, foram lançadas as sondas de oxigênios.

Fabricantes de fornos estavam interessados em encontrar formas de temperar aços sem a utilização de óleo e produzir peças tratadas mais limpas, o que significou o desenvolvimento de fornos a vácuo de uma ou mais câmaras com resfriamento rápido a gás. Nitretação iônica, cementação a plasma e a vácuo começaram a ter maior aceitação como processos de tratamento térmico.

Em outros campos, processos como a forja isotérmica e forja com matriz quente foram implementados, baseados na procura por redução de custo quando comparados com a forja convencional no martelo.

No decorrer dos anos 90, a indústria do processamento térmico foi dirigida pela necessidade de redução de custo e incremento de produtividade, enquanto aumentava a qualidade. Os mais significativos avanços no processamento térmico ocorreram nas áreas de controle de processo, instrumentação e modelagem computacional. A implementação de sistemas como TQM, Total Quality Management e os sistemas de cerificação da qualidade exigiram que os fabricantes de equipamentos térmicos focassem em sistemas mais sofisticados de controle. Adicionalmente, sistemas automatizados de fornos foram integrados diretamente em linhas de produção para acomodar filosofias de manufatura “Just in time”.

Questões sobre meio ambiente e segurança também influenciaram o projeto de sistemas de processamento térmico. Liquidos resfriantes e sistemas de resfriamento passaram a receber mais atenção em um esforço para reduzir a dependência de sistemas baseados em óleo. Polímeros base água e sistemas de resfriamento a gás de

alta pressão foram utilizados cada vez mais por serem amigáveis com o meio ambiente. A emissão de produtos de combustão como SO2, CO2, CO e NOx também receberam maior atenção pelos fabricantes de sistemas de combustão, interessados em aumentar a eficiência de combustão e desenvolver queimadores com baixo nível NOx e outros de “baixa emissão”.

A primeira década dos anos 2000 trouxe uma incorporação das tecnologias desenvolvidas, na medida em que os equipamentos precisavam ser substituídos. O foco estava na economia de energia, e a utilização de recuperadores de calor e de queimadores regenerativos passou a ser comum. Opções de isolamento térmico como a utilização de material microporoso virou padrão na fabricação de fornos.

Talvez a instrumentação tenha sentido o maior desenvolvimento na década passada. Exigências como as da NADCAP e CQI-9 impuseram uma documentação acompanhada de sistemas que não utilizam papel. A modelagem de processo se tornou comum. Estes desenvolvimentos vão auxiliar fabricantes a reduzirem custos e aumentar a produtividade.

Esperamos que você tenha gostado deste nosso giro pela história da tecnologia térmica. Esperamos que as páginas da Industrial Heating, dos nossos sites, dos e-newsletters e de todo o material redacional por nós emitido continuem a auxiliar o desenvolvimento do progresso deste setor.

Logotipos

Inovadores

Na celebração do nosso 80º aniversário, a Industrial Heating também comemora a longa história das empresas abaixo. Esta amostra de logos histórico e atual mostra a longevidade da indústria de processamento térmico.

1908 1985 www.eclipsenet.com www.ipsenusa.com 1915 1956

www.surfacecombustion.com 2001 1916 BUILT BY

www.inductotherm.com

Abaixo inovadores que fizeram contribuições significativas para a indústria de processamento térmico.

Eles deixam um legado pelo seu compromisso entusiasmo, experiência e inabalável.

Harold Ipsen 1916-1965 Ipsen Inc. Em 1948, Harold Ipsen era proprietário de uma empresa cerâmica.

Quando o seu forno quebrou, ele decidiu construir seu próprio, incorporando suas experiências como tratador térmico. A partir daí, Harold fundou a Ipsen para fornecer equipamentos térmicos de atmosfera e vácuo com características e desempenho que definiram nossa indústria.

1962 1923 www.afc-holcroft.com 1936

1947

1986 1972

2011

www.cormisa.com 1976

www.buehler.com

2006

1948

1948

www.edg.com.br

Charles (Chuck) Taylor McClelland 1924-2005 Industrial Heating Chuck McClelland foi editor e proprietário da revista Industrial Heating. Depois de servir na Segunda Guerra Mundial, ele conquistou um diploma de jornalismo na Penn State University. Conhecido por seus editoriais instigantes e bem-humorados, a última edição de McClelland foi em setembro de 1988.

Henry M. Rowan Inductotherm Group Henry M. Rowan é o fundador e presidente da Inductotherm Group. Em 1953, Rowan construiu os primeiros fornos de fusão da Inductotherm em seu quintal. A partir desse início modesto, Inductotherm, e agora Rowan Technologies tornou-se uma corporação industrial global com empresas e clientes em todo o mundo.

Abr a Jun 2011 - www.revistalH.com.br 51

Serviços

Inovação para o mundo real

Tratamento Térmico Rua da Barra, 141 - Parque Rincão - Cotia - SP Fone: (55-11) 4615-8525 - Fax (55-11) 4615-8548 www.delphi.com

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52 Industrial Heating - Abr a Jun 2011

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ÍNDICE DE ANUNCIANTES Página

Empresa

Website

Página

Empresa

12, 32

ABM

www.abmbrasil.com.br

43, 52

IKF Tratamentos Térmicos

Website www.ikf.com.br

35, 52

Air Products

www.airproducts.com.br

17, 52

Inductotherm

www.inductothermgroup.com.br

24

Aquecimento Industrial

www.aquecimentoindustrial.com.br

4ª capa

Ipsen

www.titan246.com

45

Arotec

www.arotec.com.br

52

Marwal

www.marwal.com.br

52

Austen

www.austen.com.br

36

Mercopar

www.mercopar.com.br

52

Brasar

www.brasar.com.br

15, 52

Metalbrazing

www.metlbrazing.com.br

25

Codere

www.codere.ch

29, 52

Metaltrend

www.metaltrend.com.br

52

Combustherm

www.combustherm.com.br

40

Nanmac

www.nanmac.com

41, 52

Combustol

www.combustol.com.br

44

Rübig

www.industrialheating.com.br

19, 39, 52

Conai

www.conai.com.br

2ª capa, 53

SMS - Elotherm

www.sms-elotherm.com.br

52

Delphi

www.delphi.com

7

Seco Warwick

www.secowarwick.com.pl

21, 52

Engefor

www.engefor.com.br

53

Sociesc

www.sociesc.org.br

14

Eurothermo

www.eurothermo.ind.br

53

Sun Metais

www.sunmetais.com.br

16

Febramec

www.febramec.com.br

53

Techniques Surfaces Brasil

www.tsdobrasil.com.br

11

First Fornos

www.firstfornos.com.br

53

Tecnotrat

www.tecnotrat.com.br

52

Fornos Usados

www.fornousado.com.br

28, 53

Tecnovip

www.tecnovip.com.br

3

H.C. Starck

www.hcstarck.com

53

Temperapar

www.temperapar.com.br

52

Hurth Infer

www.hurth-infer.com.br

53

Temperaville

www.temperaville.com.br

3ª capa

G-M Enterprises

www.gmenterprises.com

53

Termic

www.termic.com.br

Abr a Jun 2011 - www.revistalH.com.br 53

Serviรงos

54 Industrial Heating - Abr a Jun 2011

37º Aniversário Três décadas e ainda andando forte

Forno a vácuo com carregamento vertical pelo fundo com área livre de 3250mm de diâmetro x 2100mm de altura, para tratar peças de titânio de 7 toneladas a 1315°C, equipado com uma câmara quente ALL-METALLIC.

Parabéns aos clientes G-M e aos empregados G-M Em mais de 37 anos a G-M ENTERPRISES desenvolveu, projetou e fabricou fornos a vácuo e fornos de recobrimento VPA no estado da arte, com performance e qualidade superior, para atender os requisitos demandados pelo mercado.

Suresh Jhawar e os empregados da G-M gostariam de agradecer às empresas e clientes que nos apoiaram e contribuíram para o sucesso apresentado nas últimas três décadas.

Fornos que Realmente funcionam Para mais informações, contate-nos.

G-M Enterprises 525 Klug Circle, Corona, California 92880, USA Phone 951-340-GMGM (4646) • Fax: 951-340-9090

Presidente

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