Revista Industrial Heating - Out a Dez/ 2019

BRASIL

Abr a Jun 2019 The International Journal Of Thermal Processing

Out a Dez 2019

Fornos de Revenimento para Atender Nadcap / CQI-9 32

Determinando o seu Processo de Indução Ideal 36 Trocadores de Calor de Grafite Para Aplicações Corrosivas Sinterização e Manufatura Aditiva 44

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Retrospectiva: Seminário TT Sul 16 A maior e mais conceituada revista da indústria térmica • www.sfeditora.com.br

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Na Capa:

Foto de forno de trabalho contínuo para tratamento térmico de molas a uma temperatura de trabalho de até 500 ° C. Confira na página 32.

36

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40 CONTEÚDO

OUT A DEZ 2019 - NÚMERO 45

ARTIGOS 32

Tratamento Térmico

Fornos de Revenimento Contínuo para Atender Nadcap / CQI-9 Roland von Bargen – Nabertherm GmbH; Lilienthal, Alemanha

As principais aplicações de nossos fornos são materiais avançados (cerâmica), vidro, aplicações de laboratório, incluindo laboratórios dentários e, especialmente, tecnologia de processamento térmico. A demanda por uniformidade de temperatura aprimorada em combinação com o aumento da produtividade, bem como equipamentos de processamento estáveis e confiáveis, está aumentando significativamente.

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Indução

Determinando o Processo de Indução Ideal para sua Aplicação David Lynch – Induction Tooling, Inc.; North Royalton, Ohio, EUA

Aquecimento por indução é o processo de aquecimento de um objeto eletricamente condutor (geralmente um metal) por indução eletromagnética através do calor gerado no objeto por correntes de Foucault. Um processo de indução consiste em uma fonte de alimentação de indução que passa uma corrente alternada de alta frequência (CA) através de um indutor.

40

Materiais Resistentes a Corrosão

Trocadores de Calor de Grafite Lidam com Aplicações Corrosivas Vijayaraghavan Chakravarthy and Christian Hug – API Heat Transfer; Buffalo, N.Y., EUA

As classes de grafite disponíveis e os projetos mecânicos permitem que os trocadores de calor de grafite substituam ligas metálicas e metais exóticos em algumas aplicações. Os trocadores de calor de grafite são bem adequados e econômicos para processos altamente corrosivos usados em indústrias como produtos químicos, metalurgia e produtos farmacêuticos.

44

Sinterização & Manufatura Aditiva

Sinterização e Manufatura Aditiva Mark Saline – Gasbarre Thermal Processing Systems; St. Marys, Pa, EUA Fabricação aditiva de metal ou impressão 3D de metal são termos que todos na indústria de processamento de metais estão buscando entender.

O “o quê” e o “como” estão se tornando mais claros a cada dia. No entanto, novos avanços parecem ocorrer quase diariamente, sem um objetivo real à vista. A pergunta que ainda precisa ser respondida por muitos é: “Como isso afetará meus negócios e quando?” .

4 OUT A DEZ 2019

Industrial Heating

BRASIL

EQUIPE DE EDIÇÃO BRASILEIRA SF Editora é uma marca da Aprenda Eventos Técnicos Eireli (19) 3288-0437 - ISSN 2178-0110 Rua Ipauçu, 178 - Vila Marieta, Campinas (SP) www.sfeditora.com.br Udo Fiorini Publisher, udo@sfeditora.com.br • (19) 99205-5789 Gabrielly Guimel Redação - Diagramação, gabrielly@sfeditora.com.br • (19) 3288-0437 André Júnior Vendas, andre@grupoaprenda.com.br • (19) 3288-0437 Igor Cerqueira Marketing, igor@grupoaprenda.com.br • (19) 3288-0437

RETROSPECTIVA : SEMINÁRIO TT SUL

16

DEPARTAMENTOS 06 Índice de Anunciantes 12 Indicadores Econômicos 13 Eventos 14 Produtos 15 Novidades

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

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DIRETORES CORPORATIVOS Rita M. Foumia Recursos Humanos e T.I Michael T. Powell Criação Lisa L. Paulus Finanças Scott Wolters Eventos Vincent M. Miconi Produção Beth A. Surowiec Pesquisa de Mercado As opiniões expressadas em artigos, colunas ou pelos entrevistados são de responsabilidade dos autores e não refletem necessariamente a opinião dos editores.

6 OUT A DEZ 2019

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CONTEÚDO

OUT A DEZ 2019 - NÚMERO 45

COLUNAS 08 Editorial EUA

Paz (e Amor) no Trabalho

Nosso editorial de férias nos encontra considerando como podemos nos dar melhor. Ainda hoje, lembro-me do ódio no mundo quando um homem armado abriu fogo em uma boate da Califórnia. E essa tragédia de ódio esquenta na esteira de um tumulto cheio de ódio em uma sinagoga do outro lado da cidade, em nosso escritório aqui em Pittsburgh.

10 Editorial Brasil

Números Indigestos: Natal

Magro? Há um ano, no editorial da edição de Dezembro

de 2018 da IH, o título dizia tudo: Novos Tempos, Novas Revistas. Fazia referencia ao novo governo então recentemente eleito e que tomaria posse no início de janeiro deste ano e ao nosso lançamento de dois novos títulos de revistas técnicas no mercado brasileiro: A Engrenagens e a Estampagem & Conformação.

18

Educação & Pesquisa “Existirmos a que Será

que se Destina?” A pergunta da música Cajuína traz uma questão que é humana por excelência. Quem já não se fez essa pergunta? Quem não se indagou: “Para onde vou?”; “Que coisas estranhas são essas?”. Toda época nos traz questionamentos, estejamos em casa, na universidade, no trabalho.

20 Combustão

Medição da Vazão por Rotâmetros

Os rotâmetros são instrumentos analógicos que tem por finalidade indicar a vazão instantânea de um fluido gasoso ou líquido, muito utilizados para controlar a potência de queimadores e a alimentação de gases em fornos de atmosfera controlada.

22 Siderurgia

O Hidrogênio Concede Sobrevida aos

Altos Fornos Não é nenhuma novidade a campanha contra as emissões de gás carbônico que a siderurgia

mundial vem desenvolvendo nos últimos anos, seja na

fabricação de aço, seja na sua utilização, especialmente nos meios de transporte.

24 Simulação Computacional

Temperabilidade

Atualmente, as ferramentas de simulação já atingiram

um patamar de evolução admirável, com aplicação direta e fácil na indústria. Para demonstração, eu escolhi um ensaio Jominy de temperabilidade a ser simulado via QForm, com material proveniente do JMatPro.

26

Pesquisa e Desenvolvimento Veículos

Eletrificados & Combustão As grandes montadoras

globais já acenaram para uma rota sem volta na produção de veículos elétricos e este cenário tem potencializado

todos os esforços para investimentos nesta tecnologia;

estamos assistindo união de forças e joint venture entre grandes empresas para potencializar esta tecnologia.

32 Doutor em Tratamento Térmico

Como

as Engrenagens Falham - Um Guia Pictórico Para o

Tratador Térmico O tratamento térmico e o desempenha um papel importante e - a maioria concorda - crítico na

fabricação de equipamentos. Como tal, é necessário que o tratador térmico compreenda melhor os diferentes tipos de falhas de engrenagem.

Industrial Heating

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EDITORIAL EUA

Paz (e Amor) no Trabalho

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REED MILLER Associate Publisher/Editor +1 412-306-4360 reed@industrialheating.com

8 OUT A DEZ 2019

osso editorial de férias nos encontra considerando como podemos nos dar melhor. Ainda hoje, lembro-me do ódio no mundo quando um homem armado abriu fogo em uma boate da Califórnia. E essa tragédia de ódio esquenta na esteira de um tumulto cheio de ódio em uma sinagoga do outro lado da cidade, em nosso escritório aqui em Pittsburgh. A recente eleição é outro lembrete de que o ódio preenche até o nosso processo político. Por que todos nós não nos damos bem?

Nesta estação especial do ano, muitas de nossas músicas natalinas podem fornecer uma resposta. Músicas como "Alegria ao Mundo” (Joy to the World), "Noite Feliz” (Silent

Industrial Heating

Night” ( e até favoritos como "Eu estarei em casa no Natal" (I’ll Be Home for Christmas) e "Tudo o que eu quero no Natal é você" (All I Want for Christmas is You) comunicam amor. Um favorito de 1969 por Jackie DeShannon nos incentiva a “Colocar um pouco de amor em seu coração” (Put a Little Love in Your Heart) porque o mundo será um lugar melhor. Como nossos locais de trabalho seriam diferentes / melhores se tentássemos fazer exatamente isso?

Fiquei impressionado com alguns artigos recentes discutindo a lealdade dos funcionários. A lealdade dos funcionários é uma mercadoria particularmente valiosa nos dias de hoje, quando está se tornando tão difícil contratar pessoas boas. Queremos que nossos funcionários fiquem, e funcionários leais querem ficar.

Atrair pessoas boas é ter um ótimo lugar para trabalhar. A cultura corporativa que valoriza esses funcionários e suas contribuições é uma das coisas que faz da sua empresa um ótimo lugar para trabalhar.

Como podemos avaliar nossos funcionários?

Diferentes culturas corporativas refletem isso de maneira diferente, mas a remuneração é definitivamente parte da discussão.

Uma notícia recente sobre uma empresa em nosso setor reforça isso, mas também reflete sua cultura corporativa única. Um artigo publicado no Waterloo-Cedar Falls Courier ( Jornal diário de Waterloo e Cedar Falls, Iowa, EUA, fundado em 1859) sobre a Advanced Heat Treat Corporation (AHT - Corporação de Tratamento Térmico Avançado) fala com funcionários que dizem: "A AHT realmente se importa com a qualidade de vida dos funcionários".

Remuneração e benefícios são claramente parte da proposta de valor para esses funcionários. A funcionária com três anos

EDITORIAL EUA de casa Jennifer Lassen disse: "Muitos benefícios são oferecidos, como salários competitivos, estrutura de tempo extremamente lucrativa (paga), treinamento profissional contínuo e reembolso das mensalidades".

Adam Dehl, um veterano de 22 anos da AHT, acrescenta que "(AHT) pratica consistentemente nossos 'valores fundamentais' de serviço, integridade, lealdade, trabalho em equipe, paixão e profissionalismo". Ele acrescentou que esses valores são um modo de vida na AHT. Parabéns, AHT! Mantenha o bom trabalho.

O que você pode fazer para tornar sua empresa um lugar onde as pessoas querem trabalhar? Que mudanças podem ser feitas na cultura corporativa para ajudar os funcionários a perceberem que são valorizados? O desafio é que as pessoas em nossa força de trabalho são iguais, mas diferentes. Todo mundo quer se sentir valorizado (ou seja, amado), mas isso pode parecer diferente para a variedade de pessoas na força de trabalho – de Baby Boomers a Millennials.

Os Millennials, também conhecida como Geração Y, são reconhecidos como pessoas nascidas nos anos que vão de 1983 a 2001. Com uma idade atual variando de 35 a 17 anos, essas pessoas estão entrando para a força de trabalho em grande número. As empresas descobriram que manter esses

novos funcionários felizes no trabalho exige uma mudança de paradigma para atender a diferentes expectativas.

Como incorporamos (recrutamos e treinamos) Millennials em nossas empresas de manufatura? Aqui estão algumas idéias.

• Destaque tecnologias avançadas • Foco no equilíbrio entre vida profissional e pessoal • Foco no desenvolvimento de carreira • Abrir as linhas de comunicação • Forneça reconhecimento frequente • Oferecer oportunidades de aprendizado (por exemplo, programa de orientação) • Gerenciar conflitos culturais • Permita que deixem sua marca • Oferecer experiências internacionais • Permitir colaboração remota – flexibilidade.

Iniciamos esta discussão com como todos podemos nos dar bem e como ajudar nossos funcionários a se sentirem valorizados (amados). Na Industrial Heating, queremos que todos que leem essas palavras saibam que são valorizados por nós, e esperamos que esta temporada de festas e o próximo ano lhe traga paz, alegria e amor.

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EDITORIAL BRASIL

Números Indigestos: Natal Magro?

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UDO FIORINI Editor 19 99205-5789 udo@sfeditora.com.br

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á um ano, no editorial da edição de Dezembro de 2018 da IH, o título dizia tudo: Novos Tempos, Novas Revistas. Fazia referencia ao novo governo então recentemente eleito e que tomaria posse no início de janeiro deste ano e ao nosso lançamento de dois novos títulos de revistas técnicas no mercado brasileiro: A Engrenagens e a Estampagem & Conformação.

Passados estes 12 meses, do governo, ainda estamos a esperar um resultado mais animador.

Embora um e outro indicador esteja mostrando um movimento positivo, mas que ainda não atendeu plenamente às nossas expectativas.

Se tomarmos por base a avaliação trimestral do mercado de TT feita através do retorno de nossos emails de pesquisa, o quadro não é animador. Veja por exemplo o Indicadores Econômicos que publicamos na página 12 da edição Jul a Set da IH (baseado em dados do trimestre anterior): O índice Número de Consultas caiu de 2,4 para -3,4. Número de pedidos caiu de 0,8 para -3,8.

Carteira caiu de 1,5 para -3,5. E o índice Futuro que mede a expectativa do administrador caiu de 1,0 para -3,6. Não me recordo de termos publicado índices tão pessimistas em nossas edições.

E se olharmos os indicadores que estamos publicando nesta edição, então referentes ao trimestre Jul a Set, vemos que a situação só piorou: O índice Consultas caiu de -3,4 para -4,4. Pedidos de clientes caiu de -3.8 para -3,3. Carteira caiu de -3,5 para incríveis -4,6. Mas o otimismo, digo, o índice Futuro, ah, este subiu: de -3,6 para -3,3. O eterno otimismo brasileiro. Será que ele nos levará a um Natal com mesa mais farta? E 2020, como fica?

Esta edição traz quatro artigos dedicados ao universo do Tratamento Térmico: Fornos de Revenimento Contínuo para Atender Nadcap / CQI-9, o artigo de capa. Escrito pela empresa Nabertherm da Alemanha, traz um relato de como deve ser construído um forno que atenda às

Industrial Heating

exigências Nadcap (AMS 2750E) / CQI-9, mais frequentemente solicitada pelos seus clientes.

Como a empresa comenta no artigo, atender a esses requisitos é mais desafiador para fornos contínuos do que para fornos câmara.

O segundo artigo trata da manufatura aditiva: Sinterização e Manufatura Aditiva. Escrito pelo pessoal da fabricante de fornos Gasbarre Thermal Processing Systems dos Estados Unidos.

Explicam detalhadamente os diferentes processos que podem ser agrupados no “guarda-chuva” da Manufatura Aditiva: sinterização, MIM e a impressão 3D. E questionam: Como isso afetará seus negócios e quando?

Outro artigo, Trocadores de Calor de Grafite Lidam com Aplicações Corrosivas, aborda o tema da utilização de trocadores de calor em aplicações com materiais corrosivos. Escrito pelo pessoal da API Heat Transfer dos Estados Unidos, fabricante de sistemas de troca de calor, ele traz uma argumentação detalhada da vantagem de empregar grafite na construção de trocadores de calor. Incluindo a análise de aquecimento e resfriamento de ácido sulfúrico E por último, publicamos nesta edição o artigo: Determinando o Processo de Indução Ideal para sua Aplicação. Escrito por Induction Tooling, empresa norte americana especializada na fabricação e reparo de indutores. Aborda em detalhes a correta escolha do indutor em função da geometria e do tipo da peça a ser tratada.

Inclui também a análise do tipo de aquecimento, frequência e qual o sistema de resfriamento que deverá ser empregado.

Ah, e no que tange às revistas Engrenagens e a Estampagem lançadas em 2018? Vão bem, obrigado. Cresceram em 2019, apresentando muitos artigos brasileiros de qualidade e várias edições impressas. Acompanhando a evolução dos seminários técnicos direcionados ao mesmo público realizados pelo Grupo Aprenda.

Boa leitura!

EDITORIAL BRASIL

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Indústria & Negócios

Novidades

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Confira o resultado da pesquisa de opinião feita com os nossos leitores quanto à tendência (de crescimento ou diminuição) dos números do mercado de tecnologias térmicas. Foram feitas as seguintes perguntas aos cadastrados em nosso banco de dados: 1) O número de consultas de clientes mudou de Jul a Set de 2019 em comparação com o trimestre anterior? Defina um ponto na escala entre -10 a +10.

2) O número de pedidos de clientes mudou de Jul a Set de 2019 em comparação com o trimestre anterior? Defina um ponto na escala entre -10 a +10.

3) Como mudou a sua carteira de pedidos de Jul a Set de 2019 em comparação com o trimestre anterior? Defina um ponto na escala entre -10 a +10.

4) Olhando o futuro próximo, na sua opinião, como deve se comportar o mercado da indústria de tecnologias térmicas nos próximos 30 dias?

Defina um ponto na escala entre -10 a +10.

FORNOS INDUSTRIAIS PARA TRATAMENTO TÉRMICO

Processos de tratamento térmico de alta precisão: Recozimento

Têmpera

Martêmpera

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12 OUT A DEZ 2019

Industrial Heating

Indústria & Negócios

Novidades

EVENTOS Outubro 01-03 V ABM Week/ 10° Tubotech/ 4° Wire South America São Paulo (SP) www.abmbrasil.com.br/ www.tubotech.com.br/ www.wire-southamerica.com Outubro 02-04 SENAFOR Porto Alegre (RS) www.senafor.com.br Novembro 04-05 VII Seminário de Tecnologia do Forjamento FEI - São Bernardo do Campo (SP) www.grupoaprenda.com.br Novembro 27-28 I Seminário de Tecnologia de Estampagem UFMG - Belo Horizonte (MG) www.grupoaprenda.com.br

2020 Março 02-04 MIM 2020 – International Conference on Injection Molding of Metals, Ceramics and Carbides Hotel Irvine - Irvine, CA, EUA www.mpif.org/Events/MIM2020.aspx Março 03-05 Heat Treat Mexico 2020 Hotel Grand Fiesta Americana - Queretaro, México www.asminternational.org Março 05-07 6th Asian Conference on Heat Treatment and Surface Engineering Chennai Trade Centre – Chennai - India www.6achtse.org Abril 01-02 VII Seminário de Processos de Tratamentos Térmicos www.grupoaprenda.com.br Abril 20 - 23 Rapid + TCT (Evento de Manufatura Aditiva) Anaheim Convention Center - Anaheim, CA, EUA www.rapid3devent.com

Maio 05 - 09 FEIMEC - Feira Internacional de Máquinas e Equipamentos São Paulo Expo - Vila Água Funda (SP) www.feimec.com.br Maio 13-14 VII Seminário Manutenção e Segurança de Fornos Industriais www.grupoaprenda.com.br Junho 24-25 VI Seminário de Introdução ao Tratamento Térmico e Metalografia www.grupoaprenda.com.br Junho 27 – Julho 01 Additive Manufacturing with Powder Metallurgy (AMPM 2020) Anaheim Convention Center – Montreal, Canada www.mpif.org/Events/AMPM2020 Setembro 15-18 Metalurgia - Feira e Congresso Internacional de Tecnologia para Fundição, Siderurgia, Forjaria, Alumínio e Serviços Pavilhões Expoville - Joinville (SC) www.metalurgia.com.br/ Setembro 30 - Outubro 2 FNA - Furnaces North America Louisville, Kentucky (Estados Unidos) www.furnacesnorthamerica.com

2021 Maio 4-8 2021 EXPOMAFE São Paulo Expo - Vila Água Funda (SP) www.expomafe.com.br Setembro 14-16 Heat Treat 2021 St. Louis, MO, EUA www.asminternational.org A SF Editora não se responsabiliza por alterações em data, local e/ou conteúdo dos eventos.

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OUT A DEZ 2019 13

Indústria & Negócios

Novidades

PRODUTOS Alfa Romeo Racing adiciona HIP Alfa Romeo Racing, operada pela Sauber Motorsport AG, selecionou a sueca Quintus Technologies como sua parceira de prensagem isostática a quente (HIP). A equipe de Fórmula 1 investiu em uma prensa com a tecnologia URQ da empresa, que permite que o tratamento térmico e o resfriamento sejam combinados em um único processo, conhecido como tratamento térmico de alta pressão (HPHT - High-Pressure Heat Treatment). HPHT e HIP são utilizados para a consolidação e densificação de metais, produzindo uma densidade teórica máxima, ductilidade e resistência à fadiga em materiais de alto desempenho. Isso o torna ideal para aplicações automotivas de ultra-alto desempenho.

A prensa possui uma zona de trabalho quente de 211 mm de diâmetro x 400 mm de altura, uma temperatura operacional de 1400 °C e pressão de 2.070 bar (30.000 psi). A Alfa Romeo Racing trabalhará em estreita colaboração com a Quintus em um esforço conjunto para melhorar o desempenho do material.

Segundo a Sauber, a implementação do processo HIP agrega um enorme valor ao trazer desempenho aos seus carros.

A Protec Surface Technologies através da LMTerm comercializa equipamentos para Recobrimento PVD na América do Sul A Protec e LMTerm lançaram o mais novo equipamento para Recobrimento PVD Técnico e Decorativo, a PowerFlex 650CR. Trata-se de uma máquina projetada para otimizar aplicações Técnicas e Decorativas, sendo uma máquina extre-

14 OUT A DEZ 2019

Industrial Heating

mamente robusta, com alta produtividade e fácil manutenção.

A PowerFlex 650CR possui um sistema inovador projetado para revestimentos avançados de películas finas e conta com dimensões de volume de plasma úteis de 650x650mm, possuindo porta de abertura frontal com visor para controle de processo. A câmara de deposição é construída completamente em aço inoxidável com sistema de refrigeração. A PowerFlex 650CR foi projetada com design otimizado para que os processos de revestimento técnicos e decorativos sejam rápidos e exijam pouca manutenção.

Além da alta tecnologia empregada em seus equipamentos, a Protec e a LMTerm oferecem todo o suporte pós-venda necessário para início e longevidade dos equipamentos de seus clientes, atendendo todo o mercado com peças e serviços, atuando com todas as marcas e modelos de equipamentos através de seu corpo técnico experiente e especializado.

A LMTerm é uma empresa que permanece em crescimento no mercado nacional e ao longo do continente, possuindo 3 Centros de Serviços na América do Sul.

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Novidades

NOTÍCIAS LMTerm expande atividades e inaugura nova sede Com o crescimento continuo e nova sede, a LMTerm unificou suas atividades. A empresa com sede em São José dos Campos - SP conta com uma estrutura ainda mais capacitada e eficiente. A parte comercial, técnica e produção passaram a ficar todas no mesmo lugar. Comunicação, velocidade de trabalhos internos, agilidade em atendimento e performance foram maximizadas. Foram necessários grandes investimentos com recursos próprios, para que no final todo o mercado ganhe.

O estoque passou a ser unificado e concentrado, para atender toda América do Sul e está com ainda mais capacidade de crescimento e expansão. A empresa modernizou seus equipamentos e ferramentas, para garantir melhorias em sua performance. Investiu em mais capacitação, enviando inclusive seus funcionários para treinamento no exterior, ou seja, em 2019 com a nova sede a LMTerm se fortaleceu e consolidou sua operação após 11 anos de trabalhos.

Luciano Micheletto, diretor da LMTerm e Udo Fiorini em frente ao prédio da nova sede da LMTerm

ExOne anuncia colaboração com a Global Tungsten & Powders para promover a impressão 3D em tungstênio

A ExOne Company e a Global Tungsten & Powders Corp.

(GTP) firmaram uma colaboração para promover a impressão 3D em metal à base de tungstênio usando jateamento de aglutinante. O jateamento de ligantes é um processo de impressão 3D que usa um arquivo digital para jato de tinta de um agente

de ligação em um leito de partículas de pó, criando uma parte sólida, uma camada por vez. A nova colaboração ExOne-GTP se concentra no desenvolvimento de dois compósitos com matriz metálica: carboneto cimentado (WC-Co), um material com dureza e tenacidade muito altas que é amplamente utilizado para a produção de ferramentas de corte e peças resistentes ao desgaste; e cobre-tungstênio (CuW), usado em aplicações em que são necessárias alta resistência ao calor, alta condutividade elétrica e térmica e baixa expansão térmica.

A GTP oferecerá um serviço de impressão e sinterização 3D para peças de metal duro usando o ExOne Innovent, um sistema avançado de jateamento de ligantes que imprime em 3D pós metálicos, cerâmicos e compostos em uma área compacta.

Siderúrgica Acerinox adquire fabricante de ligas especiais Acerinox S.A., siderúrgica espanhola, adquiriu a VDM Metals, produtora de ligas especiais da Alemanha, por aproximadamente US$ 585 milhões. O acordo permitirá que a Acerinox se diversifique em mercados em crescimento, como aeroespacial, médico e de petróleo e gás. A VDM Metals desenvolve e fabrica ligas de níquel, cobalto e zircônio. A empresa também fornece chapas, tiras, barras, barras, fios e cargas de solda. A Acerinox opera seis instalações de fabricação em quatro continentes e tem uma produção anual de fusão de 3,5 milhões de toneladas métricas. A conclusão da transação está prevista para fechar no primeiro trimestre de 2020.

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Indústria & Negócios

Novidades

Retrospectiva: Seminário TT Sul N o dia 01 de outubro foi realizado em São Leopoldo, Região Metropolitana de Porto Alegre, Rio Grande do Sul, o I Seminário Tratamentos Térmicos – Processos de TT e Manutenção de Fornos. O evento, fruto de um esforço conjunto do Grupo Aprenda com a empresa fabricante de fornos industriais GREFORTEC, e com o patrocínio das empresas Contemp, Combustol Fornos, Kanthal e Energis8, foi realizado nas instalações do SINDI-

Equipe de funcionários Grefortec 16 OUT A DEZ 2019

Industrial Heating

METAL, Sindicato das Indústrias Metalúrgicas, Mecânicas e de Material Elétrico e Eletrônico de São Leopoldo.

O seminário teve grande adesão de interessados, comparecendo mais de 100 inscritos. Coordenador técnico foi o Eng Antonio Gremes Pereira, diretor da empresa Grefortec. Durante um dia de evento, foi cumprido um extenso programa de palestras técnicas: - Sistemas de Segurança em Fornos Câmara, Antonio Gremes, Grefortec - Estabilidade em Processos Térmi-

cos - Case Stihl, Diego Lovatel Zollner / Carolina Delwing Rosa, Stihl - Tratamento Térmico em Fornos Contínuos: Tipos de Equipamentos e Processos, Marcelo Stahlschmid, MS Serviços de Engenharia t - Tratamento Térmico - Segurança em Fornos com Atmosfera Ativa, Silvio de Campos Junior, Combustol Fornos - Imageamento Térmico em Fornos de Tratamento Térmico, Bruno Macedo, Contemp - KANTHAL – Produtos para Manutenção, Melhoria e Inovação em Fornos de Tratamento Térmico, Joel Graciadio, Kanthal - Influencia da Ativação em Óleos de Têmpera, Prof Dr Ovidio Crkovic, Energis8 - Tratamento Termico : como reduzir custos considerando Industria 4.0, Alexandre Trindade, Grefortec - Inteligência Artificial: o Caminho para a Inovação nos Processos de Tratamento Térmico, Nícolas W. da Silva / Ricardo Kiszewski, CRK - Automação Industrial - “Heat Treatment Qform Simulation Cases for Steels, Aluminum and Nickel-Based Alloys” - Cases de Simu-

Indústria & Negócios

Novidades

Alisson Duarte, engenheiro da SIXPRO; Mariana Medeiros, comercial SIXPRO; Udo Fiorini e Stanislav Kanevskiy, diretor comercial da Quantor Form

Luiz Renato Loureiro, coodenador de vendas da Combustol; Silvio Campos Jr, representante comercial da Combustol, Aparicio Freitas, diretor da Combustol e Udo Fiorini

lação QForm do Tratamento Térmico para Aços e Ligas de Alumínio, Titânio e Níquel, Stanislav Kanevskiy / Alisson Duarte, Quantor Form / 6Pro - Casos reais de problemas ocasionados pelo TT, Diogo Melo, John Deere - Máquinas e processos eficientes e conectados – Rumo Indústria 4.0, Paulo Rostirolla Junior, Schneider Eletric.

Equipe de colaboradores Dana

Antonio Gremes Pereira, presidente; Rodrigo Gustavo Peres, diretor industrial; Andrea Peres Gremes, diretora comercial; Andressa Peres Gremes, diretora administrativa

Diego Lovatel, analista de tratamento térmico da Stihl; Udo Fiorini; Carolina Delwing, estágiaária da Stihl e Frantiesco Michael, liberador de cargas da Stihl Industrial Heating

OUT A DEZ 2019 17

EDUCAÇÃO & PESQUISA

"Existirmos a que Será que se Destina?"

A

Universidade de São Paulo (11) 3373-9249/ 3373-9245 www5.usp.br/ Pesquisadora do Diversitas/USP e professora do Programa de Pós-Graduação em Humanidades, Direitos e outras Legitimidades, do Diversitas/USP. Professora de Literatura, da Fundação Armando Álvares Penteado e de Comunicação e Expressão da Fatec. Coordenadora do Grupo de Pesquisa Arte, Cultura e Subjetividade.

pergunta da música Cajuína traz uma questão que é humana por excelência. Quem já não se fez essa pergunta? Quem não se indagou: “Para onde vou?”; “Que coisas estranhas são essas?”.

Toda época nos traz questionamentos, estejamos em casa, na universidade, no trabalho. Sejamos engenheiros ou filósofos.

Questões não possuidoras de uma resposta única e, algumas vezes, sem resposta.

Talvez, então, uma das formas de conviver com essa impossibilidade seja pelo contato com existências múltiplas, já que refletem a nossa condição e o tempo presente.

As histórias dos outros revisam a nossa própria história. Revisam conf litos, ideais, comportamentos, permitindo lidar com as mudanças, seja na vida privada, seja na “pública”. Mas como ultrapassar fronteiras

Imagem do documentário Terra

18 OUT A DEZ 2019

Industrial Heating

Imagem do documentário Wash Me Please

para vivenciar cotidianos diversos? Uma das formas pode ser as viagens. Desbravar territórios múltiplos, observar povos e comportamentos no seu dia a dia, em seus territórios. Outra forma é pelo Cinema. E uma mais, pelo Cinema Documentário.

A Mostra do Festival Internacional de Documentário de Melgaço em São Paulo, o MDOC São Paulo, que ocorre desde 2018, organizada pelo Diversitas/USP e FATEC COTIA, com Curadoria de Sandra Nunes e Maurício Cardoso, constitui-se como um espaço para compartilhar existências e vivências múltiplas.

O Festival Internacional de Documentário de Melgaço – MDOC – acontece, anualmente, na vila portuguesa, ao Norte de Portugal. Identidade, memória e fronteira constituem-se como eixos da programação desse festival, tangenciando a problemática das migrações e dos deslocamentos humanos. Organizado pela Câmara Municipal de Melgaço e pela AO NORTE, o MDOC tornou-se um evento de referência nacional e internacional.

O Diversitas – Núcleo de Estudos das Diversidades, Intolerâncias e Conflitos - formado por diferentes especialidades nos campos das humanidades em geral constitui-se como um centro de referência acadêmica nos estudos da intolerância, da diversidade cultural e dos direitos humanos.

Interdisciplinar, seus pesquisadores dedicam-

EDUCAÇÃO & PESQUISA

Imagem do documentário Chinese Dream

se a temas como o direito à vida, às liberdades, ao construto cultural em suas diversidades. Suas orientações e princípios pautaram o convênio com a AO NORTE e a organização do MDOC SÃO PAULO. Compartilhar existências e vivências múltiplas, refletir sobre deslocamentos populacionais e os conflitos contemporâneos faz-se importante em um contexto em que mercado e empresas pedem profissionais com capacidade de compreender fenômenos múltiplos que interferem nos processos organizacionais. A inteligência emocional brota de experiências que pressupõem a ampliação dos lugares conhecidos, desenvolvendo e potencializando competências pertinentes para lidar com as mudanças e as diferenças no contexto empresarial.

Assim, fica o convite para os próximos MDOCs aqui em São Paulo ou em Melgaço – lugar maravilhoso de Portugal. MDOC Melgaço: Julho e Agosto; MDOC São Paulo: Novembro. Para mais informações acesse o site: www. mdocfestival.pt/mdocbrasil.php ou www.diversitas. fflch.usp.br/ Boa leitura!

Imagem do documentário The War of my Iphone

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OUT A DEZ 2019 19

COMBUSTÃO

Medição da Vazão por Rotâmetros

O

FERNANDO CÖRNER DA COSTA fcorner@uol.com.br Doutor em Energia pela USP, Mestre em Engenharia de Processos Químicos e Bioquímicos pela Mauá, Eng. de Segurança pela UERJ e Eng. Mecânico pela PUC-RJ, consultor sênior da ULTRAGAZ.

20 OUT A DEZ 2019

s rotâmetros são instrumentos analógicos que tem por finalidade indicar a vazão instantânea de um fluido gasoso ou líquido, muito utilizados para controlar a potência de queimadores e a alimentação de gases em fornos de atmosfera controlada. O princípio da medição é a passagem do fluido através de um tubo de área variável, geralmente com formato de tronco de cone transparente, fabricado em vidro ou acrílico. Embora menos comuns, existem rotâmetros onde esse corpo cônico é feito com metal nobre como aço inoxidável quando seja imperativo evitar sua quebra por impacto, pressão ou temperatura elevada exigindo, portanto, um indicador externo para a leitura da vazão. Os rotâmetros devem ser sempre instalados na posição vertical, com a maior área do corpo cônico voltada para cima.

No interior do corpo cônico existe uma peça flutuante, cuja posição indica a vazão do fluido em uma escala vertical. Essa peça, também chamada flutuador, pode ser fabricada de diversos materiais como aço inoxidável, alumínio ou plástico e possuir diferentes formas. Nos rotâmetros de corpo transparente, no flutuador deverá haver uma indicação do ponto de leitura. Nos rotâmetros de baixas vazões, o flutuador costuma ser uma pequena peça esférica livre, como em indicadores de fluxo de oxigênio hospitalar. Já nos equipamentos de médias e altas vazões, o flutuador desliza sobre uma guia posicionada no eixo de simetria do tubo cônico.

A escolha dos materiais, tanto do tubo cônico, flutuador e demais peças devem levar em conta as características do fluido que será medido como pressão, temperatura, corrosividade etc.

A posição de equilíbrio do flutuador para uma determinada vazão deve-se à combinação das seguintes forças verticais que atuam sobre

Industrial Heating

ele:

• Forças ascendentes: a pressão diferencial vertical exercida pela passagem do fluido sobre o flutuador; e o empuxo (Princípio de Arquimedes, notadamente quando se trata de fluido líquido).

• Forças descendentes: a massa do flutuador sob ação da gravidade (peso).

Para cada combinação de vazão, pressão, temperatura e densidade absoluta do fluido haverá um ponto de equilíbrio para o flutuador.

Uma das grandes vantagens do rotâmetro é a possibilidade da customização, permitindo sua fabricação para as condições operacionais de forma que a leitura da vazão seja direta e nas unidades desejadas. Além disso, sua rangeabilidade permite leituras precisas com a relação de 1:10 entre as vazões mínimas e máximas, podendo ainda serem fornecidos com certificação de aferição.

As escalas de leitura dos rotâmetros são geralmente expressas em unidade de volume por unidade de tempo, como m³/h e L/min.

Existem também rotâmetros onde as escalas são expressas em percentagem do fluxo máximo, variando assim de 10% a 100%, necessitando de uma tabela de conversão conforme as características do fluido a medir.

Correção da Leitura da Vazão para Gases Muitas vezes um rotâmetro é construído para trabalhar em determinadas condições mas, posteriormente, tais premissas mudam.

Portanto torna-se necessário introduzir um fator de correção que deverá ser aplicado sobre o valor indicado na leitura para encontrar o valor correto da vazão.

Os fatores de correção são os seguintes: • Fator da temperatura (F T): (F T) = [ (temp. absoluta calibragem / temp. absoluta serviço) ] 0,5

COMBUSTÃO não acarretam em erros apreciáveis, pois geralmente trata-se de temperaturas com valores próximos. As discrepâncias mais significativas ocorrem com respeito a diferentes pressões e densidades dos gases em relação às condições de calibração.

Os rotâmetros devem ser especificados para as condições de operação (temperatura, pressão e densidade) para possibilitar a leitura direta das vazões na escala indicativa, dispensando o uso de fatores de correção.

Portanto, as válvulas de controle da vazão devem SEMPRE ser instaladas a jusante dos rotâmetros, de modo que a pressão do gás na entrada do rotâmetro não varie. Os reguladores de pressão que alimentam os rotâmetros devem ter qualidade suficiente para manter a pressão estável, não devendo estar situados muito distantes, de forma que as perdas de carga não sejam significativas.

Quando existirem rotâmetros instalados em paralelo, o coletor de alimentação coletiva deverá ser superdimensionado de modo que a variação da pressão na entrada de todos os rotâmetros seja desprezível.

Atendendo a estes preceitos, as medições serão precisas e o controle dos processos nos fornos serão adequados à obtenção de produtos com ótima qualidade.

• Fator da pressão (FP): (FP) = [ (pressão abs. serviço / pressão abs. calibragem) ] 0,5 • Fator da densidade relativa ao ar (F D), conforme Tabela 1: (FD) = [(dens. rel. de calibragem / dens. rel. de serviço)] 0,5 Por exemplo: Rotâmetro construído para operar com GLP típico (50% propano + 50% butano) na pressão manométrica de 1,5 atm e na temperatura de 20°C (293,15 K), com a escala de indicação de 10 a 100 Nm³/h. Este rotâmetro foi reinstalado para operar agora com gás natural (GN) na pressão manométrica de 2,0 atm e na temperatura de 30°C (303,15 K). A leitura da vazão de GN na escala deste rotâmetro indicava o valor de 50,0 Nm³/h. Determinar a vazão real com gás natural nas novas condições.

(F T) = [ ( 293,15 / 303,15 ) ] 0,5 = 0,9834 (FP) = [ ( 2,0 + 1,0 ) / ( 1,5 + 1,0 ) ] 0,5 = 1,0954 (FD) = [ ( 1,81 / 0,64 ) ] 0,5 = 1,6817 A correção da leitura será: 50,0 Nm³ GN/h x 0,9834 x 1,0954 x 1,6817 = 90,6 Nm³ GN/h (leitura) (fatores de correção) (vazão real).

Portanto conclui-se que as variações entre a temperatura de calibração e a temperatura de operação de um rotâmetro Tabela 1. Densidades relativas de gases Acetileno

C2H2

Ar

0,91 1,00

Argônico

Ar

1,38

Butano

C4H10

2,08

Cloro

Cl2

2,49

Cloreto de hidrogênio

HCl

1,25

Dióxido de carbono

CO2

1,51

Dióxido de enxofre

SO2

2,47

Gás natural

GN

0,64

GLP típico (50-50)

GLP

1,81

Hélio

He

0,14

Nitrogênio

N2

0,97

Óxido de etileno

C2H4O

1,54

Óxido nitroso

N2O

1,53

Oxigênio

O2

1,11

Ozônio

O3

1,67

Propano

C3H8

1,55

Sulfeto de hidrogênio

H2S

1,18 Industrial Heating

OUT A DEZ 2019 21

SIDERURGIA

O Hidrogênio Concede Sobrevida aos Altos Fornos

N ANTONIO AUGUSTO GORNI agorni@iron.com.br www.gorni.eng.br 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.

22 OUT A DEZ 2019

ão é nenhuma novidade a campanha contra as emissões de gás carbônico que a siderurgia mundial vem desenvolvendo nos últimos anos, seja na fabricação de aço, seja na sua utilização, especialmente nos meios de transporte. Uma das fontes mais importantes de emissões de gás carbônico nesse setor está na redução clássica do minério de ferro, onde o carbono se combina com o oxigênio nele existente para isolar o ferro. Muitas soluções para esse problema vêm sendo propostas e várias delas já foram apresentadas e discutidas neste espaço. Contudo, algumas delas são bastante arrojadas, como a renúncia total à redução de ferro a partir de seu minério, a qual seria substituída pela elaboração de aço exclusivamente em fornos elétricos a arco, a partir da sucata já existente no mundo. Outra alternativa propõe a substituição do carbono pelo hidrogênio para reduzir o minério de ferro, processo que libera vapor de água ao invés de monóxido ou dióxido de carbono, mas que exige o desenvolvimento e maturação de novos processos e vultosas inversões financeiras em novos equipamentos.

Industrial Heating

Agora um desenvolvimento recente pode acelerar a descarbonificação da siderurgia.

A ThyssenKrupp acaba de anunciar que efetuou os primeiros testes bem sucedidos usando hidrogênio ao invés de monóxido de carbono como agente redutor num altoforno convencional. O processo clássico nesse equipamento requer 300 quilos de coque e 200 de carvão pulverizado para se obter uma tonelada de gusa – logo, substituir esses insumos carbonosos por outros, neutros do ponto de vista das alterações climáticas, é fundamental para que a empresa atinja a meta de reduzir em 30% suas emissões de gás carbônico e seus custos de energia no ano de 2030.

No momento os testes estão limitados à injeção de hidrogênio numa das ventaneiras de um dos altos-fornos da usina de Duisburg, enquanto se verifica o efeito dessa inovação na marcha do equipamento e na qualidade do gusa. Os testes ora iniciados deverão paulatinamente viabilizar a injeção de hidrogênio em todas as 28 ventaneiras desse forno e, posteriormente, expandi-la para os demais três altos-fornos dessa usina. No momento a técnica permite reduzir as emissões

SIDERURGIA de gás carbônico em 20%.

Essa inovação é muito importante do ponto de vista econômico, pois pode melhorar a sustentabilidade dos altos-fornos, hoje vistos como vilões da ecologia, e que lhes concederia sobrevida considerável. Dessa forma as usinas poderiam continuar tendo o retorno dos enormes investimentos feitos em na implantação e reforma desses equipamentos, e evitar os gastos e problemas decorrentes de seu eventual descomissionamento.

Esse avanço é resultado de um projeto cooperativo entre a ThyssenKrupp, Air Liquide e o Instituto de Pesquisa Operacional da Associação dos Siderurgistas Alemães (Verein Deutscher Eisenhüttenleute – Betriebsforschungsinstitut, VDEh-BFI), o qual é apoiado financeiramente pelo estado alemão da Renânia do Norte – Vestfália, dentro de sua iniciativa IN4climate.NRW, que tem por objetivo fazer com que as indústrias daquele estado tenham condições de atender às metas do acordo climático de Paris sem que isso afete sua competitividade.

Este é apenas um dos numerosos projetos cooperativos bem sucedidos desenvolvidos na Alemanha entre indústria e academia, com suporte estatal, e que explicam a pujança técnica e econômica alemã decorrente de uma abordagem

extremamente focada, reunindo o melhor de cada parceiro: o conhecimento científico puro se transforma em tecnologia prática para aumento da competitividade industrial, com parte dos custos sendo bancada pelo governo.

Mas a ThyssenKrupp vem atuando em outras frentes, digamos assim, mais convencionais. Deverão entrar em operação, em meados da próxima década, plantas de redução direta de grande porte, que também utilizarão hidrogênio como agente redutor. O ferro-esponja assim obtido deverá ser incorporado à carga dos altos-fornos para a obtenção de gusa a ser processado nas aciarias a oxigênio. A longo prazo está prevista a construção de fornos elétricos a arco para usar esse insumo diretamente na elaboração do aço.

Vale lembrar que ainda há um guizo a ser colocado no gato, ou seja, conseguir obter hidrogênio em grandes quantidades e a custo competitivo para poder efetivamente competir com o coque hoje usado nos altos-fornos. Isso poderá ser resolvido, por exemplo, pela geração de energia elétrica limpa, usando turbinas eólicas e painéis fotovoltaicos, cuja oferta nem sempre está sincronizada com a demanda pública. Portanto, nos períodos sobreoferta de energia vinda dessas fontes, o excesso poderia ser usado na obtenção de hidrogênio através da eletrólise da água.

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OUT A DEZ 2019 23

SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL

Temperabilidade

A

ALISSON DUARTE alisson@sixpro.pro Atua no setor de Engenharia da SIXPRO Virtual&Pratical Process. É também professor do Dep. de Eng. de Materiais da UFMG e do Dept. de Eng. Metalúrgica da PUC Minas. Possui Pós-Doutorado em Metalurgia da Transformação.

tualmente, as ferramentas de simulação já atingiram um patamar de evolução admirável, com aplicação direta e fácil na indústria. Para demonstração, eu escolhi um ensaio Jominy de temperabilidade a ser simulado via QForm, com material proveniente do JMatPro. Antes de iniciar a simulação do ensaio Jominy, é necessário considerar as informações do material da peça, as quais são influenciadas, entre outros fatores, pela composição química, pelo tamanho de grão e pela temperatura de austenitização. Observe na Fig. 1 um exemplo de material completo para a simulação do tratamento térmico, seja ele um recozimento, um tratamento isotérmico, uma têmpera ou um revenimento. É possível, neste caso, verificar que existem informações para a austenista, ferrita, perlita, bainita, martensita e martensita revenida, além de todas as condições de transformação de um microconstituinte para outro.

O ensaio Jominy foi preparado e realizado conforme mostrado na Fig. 2. Depois, além da dureza a partir da ponta temperada, obteve-se também as microestruturas a partir da ponta

temperada, conforme metalografias na Fig. 3.

A simulação foi capaz de mostrar diversos aspectos que explicam a evolução microestrutural ao longo do corpo de prova (Fig. 4) e, portanto, se mostrou capaz de ser aplicada em uma peça industrial. Os resultados de uma simulação incluem também o perfil das propriedades mecânicas ao final do processo, tensões e distorções. Cortesias: QForm Group.

a)

b) Fig. 1. Material preparado para simulação de tratamento térmico via QForm 24 OUT A DEZ 2019

Industrial Heating

Fig. 2. Ensaio Jominy: (a) aparato e (b) realização

SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL 7,5 mm

1,5 mm

LEIA ONLINE

50 μm 87,5% de martensita 12,5% de bainita

50 μm 32,5% de bainita 67,5% de perlita

a)

b)

23,5 mm

E CONFIRA ÀS PUBLICAÇÕES

50 μm 86,2% de perlita c) 13,8% de ferrita Fig. 3. Metalografias a partir da ponta temperada: (a) 1,5 mm, (b) 7,5 mm e (c) 23,5 mm QForm VX 8.2.3 Temperatura

QForm VX 8.2.3

[Cº]

A 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

850 800 750 700 650 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150

Max: 885 Min: 31.7963

a)

b)

100 50

A revista Industrial Heating é disponibilizada gratuitamente na área de PUBLICAÇÕES no site Portal Aquecimento Industrial, junto dos Artigos e Colunas mais relevantes sobre a indústria no Brasil e no mundo.

Fig. 4. Evolução da simulação em 2D (axissimétrica) do Ensaio Jominy: (a) temperatura e (a) fração de austenita 100 90

Fração volumétrica (%)

80

Ferlita + Perlita

70 60

Bainita

50

Martensita

40

Ferlita + Perlita [exp]

30

Bainita [exp]

20

Martensita [exp]

10

0

5

10

15

Distância (mm) Fig. 5. Perfil microestrutural do corpo de prova [simulado e experimental]

20

aquecimentoindustrial.com.br/publicacoes 25

Industrial Heating

OUT A DEZ 2019 25

PESQUISA E DESENVOLVIMENTO

Veículos Eletrificados & Combustão

C MARCO ANTONIO COLOSIO marcocolosio@gmail.com Diretor da Regional São Paulo da SAE BRASIL. Engenheiro Metalurgista e Doutor em Materiais pelo Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares-USP, pós doutorado pela EESC-USP. Professor titular do curso de Engenharia de Materiais da Fundação Santo André e professor da pós graduação em Engenharia Automotiva do Instituto de Tecnologia Mauá. Colaborador e associado da SAE BRASIL com mais de 30 anos de experiência no setor automotivo nos campos de especificações de materiais, análise de falhas, P&D e inovações tecnológicas.

26 OUT A DEZ 2019

aros leitores, nesta coluna gostaria de abordar um tema que tem sido muito debatido nos mais diversos fóruns brasileiros sobre veículos eletrificados e considero que ele ainda não está resolvido por aqui no Brasil. Neste sentido, inicio um debate que ilustra bem o cenário mundial de como iremos tratar este assunto em um futuro breve.

As grandes montadoras globais já acenaram para uma rota sem volta na produção de veículos elétricos e este cenário tem potencializado todos os esforços para investimentos nesta tecnologia; estamos assistindo união de forças e joint venture entre grandes empresas para potencializar esta tecnologia e as previsões são as mais diversas nesta área. Diante da diversidade presente no mundo, as previsões variam de região para região, mas no final, em um futuro não muito distante, todas estarão em um mesmo ponto, no veículo motorizado por pura eletrificação a bateria, sem a presença do motor a combustão interna, como no caso dos híbridos, mas enquanto isto não acontece, em 2030, acredita-se que a fatia estará dividida em três partes iguais: combustão, híbrido e 100% elétrico [1] , todavia a Europa deve ser a primeira a atingir este cenário, seguida pela China e por fim os Estados Unidos.

Alguns desafios estão sendo fortemente focados, como por exemplo a viabilização comercial do custo das baterias e esta é uma previsão que dita a velocidade do mercado neste campo, onde ela apenas aceitará um custo viável a partir de 2024, onde a manufaturabilidade das baterias deve atingir um custo de produção coerente com o patamar veicular, dada pelo custo por geração de energia por kWh [2]. Por outro lado, novas

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barreiras estão aparecendo e precisam ser superadas, como exemplo, a disponibilidade de lítio e cobalto no mercado, os quais estão nas mãos de poucos países, como Chile, China, Argentina e Austrália para o Lítio e países da África e parte em Cuba e Austrália para o Cobalto. Este cenário tem alavancado a presença de muitas pesquisas para viabilizar materiais alternativos, como por exemplo o grafeno e nióbio, dentre outros e tecnologias mais eficientes de aumento de rendimento destas baterias.

Enquanto todo este cenário acontece no mundo, existem muitos outros pontos que vão impactar nossa situação local, isto é, percebe-se que o Brasil aposta no veículo elétrico híbrido a base de etanol para nosso mercado. A princípio, acredito que isto possa parecer muito interessante ao nosso país, mas pode ser um caminho na contra mão, isto é, à medida que o cenário global caminha para a pura eletrificação, a disponibilidade de peças e componentes para os motores a combustão se reduzirá, acarretando um aumento do custo pela baixa demanda destes componentes e o aumento de custos destas peças será inevitável e a consequência para nós será em arcar a conta de tudo isto, ou seja, pagar a mais pelo veículo.

Mudando o foco de baterias para materiais e componentes presentes nos veículos eletrificados, interessante pensar que o segmento de veículos comuns de grande demanda que estão eletrificados não tem efetuado grandes mudanças nos materiais atuais, com aplicação de aço nas carrocerias e suspensões e isto está coerente com a necessidade de se manter o custo destes veículos ou até ser inferior aos de combustão interna e esta tendência deve continuar no futuro [3]. Olhando este tema

PESQUISA E DESENVOLVIMENTO

“...existem muitos outros pontos que vão impactar nossa situação local, isto é, percebe-se que o Brasil aposta no veículo elétrico híbrido a base de etanol para nosso mercado futuro.”

por outro lado, é claro que todo nosso know how em produção de veículos no mundo não será perdido, isto é, mudaremos apenas o sistema de propulsão do veículo, mantendo-se os conceitos de body e suspensão e ainda procurando redução de custo.

Outro ponto que definirá o quanto a tecnologia de eletrificação crescerá por aqui será a infraestrutura de carregamento de baterias e parece que esta é uma tarefa que as montadoras não querem entrar, sendo a cargo direto do governo e de suas políticas públicas

que viabilizaram esta demanda; enquanto isto, algumas empresas já estão mirando este negócio de venda de energia em pontos de recarga, mas usando o jeitinho brasileiro, porque, já que não pode-se vender energia elétrica comercialmente, vende-se as vagas de estacionamento com direito a recarga, o carregamento sempre será um brinde de um negócio maior.

Finalizando este tema, resumo que temos um grande impasse local para definir o nosso futuro e a solução está nas mãos do governo e empresas, mas uma coisa é certa, este cenário de eletrificação é certo, mesmo o Brasil tendo uma vocação diferente ao mundo, querendo usar o etanol nesta matriz, as coisas por aqui terão grandes inf luência da comunidade externa e isto vai calibrar nossa vocação, como sempre aconteceu, um grande abraço e até a próxima coluna IH.

Referências [1] https://assets.techbriefs.com/EML/2019/digital_editions/ae/ AE_201908.pdf [2] Union of Concerded Scientists (2019) [3] https://insideevs.com/news/379477/tesla-model-3-toyota-etios/

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DOUTOR EM TRATAMENTO TÉRMICO

Como as Engrenagens Falham - Um Guia Pictórico Para o Tratador Térmico

O DANIEL H. HERRING +1 630-834-3017 dherring@heat-treat-doctor.com

28 OUT A DEZ 2019

Tipos de Falhas de Engrenagem Os modos de falha para as engrenagens de transmissão de potência incluem desgaste, pontuação, pitting de perfil, quebra de dentes e fragmentação. Em termos gerais, eles podem ser classificados em duas categorias gerais: falhas por fadiga e falhas relacionadas ao desgaste. As falhas de fadiga são mais frequentemente associadas à f lexão (trincas do filete da raiz), fadiga da subcamada (subsuperfície), problemas de contato (impacto, ruptura de fadiga) e induzidos termicamente. Por outro lado,

as falhas de desgaste são frequentemente associadas ao macropitting (degradação da superfície da linha de inclinação) e desgaste abrasivo ou adesivo.

Trincas no filete da raiz e falha nos dentes fraturados são geralmente o resultado de tensões cíclicas à flexão que excedem a resistência à fadiga do material na superfície do filete da raiz (Fig. 1).

Profundidade de camada inadequada, produtos de transformação não martensítica (NMTP - Non-Martensitic Transformation Products) presentes na microestrutura da raiz e sobrecarga são frequentemente a causa de trincas na superfície, seguidas inevitavelmente pela propagação da trinca até a falha.

A trinca por fadiga (isto é, fragmentação de subcasca ou separação de camada / núcleo) começa perto da interface da camada e do núcleo, onde a tensão excede a força nas curvas de tensão aplicada e força crítica.

A carga de contato induz um gradiente de tensão aplicada flutuante, oposto ao gradiente de força crítica desenvolvido no material por tratamento térmico. O esmagamento

Fig. 1. Quebra dos dentes devido à fadiga por flexão

Fig. 2. Dentes da engrenagem arrancados da superfície

tratamento térmico desempenha um papel importante e - a maioria concorda - crítico na fabricação de equipamentos. Como tal, é necessário que o tratador térmico compreenda melhor os diferentes tipos de falhas de engrenagem.

Material, projeto, tratamento térmico e aplicação fornecem exemplos que servirão como uma excelente plataforma para discutir os diferentes tipos de falhas nas engrenagens, o que as causa e como elas podem ser evitadas. Vamos aprender mais.

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DOUTOR EM TRATAMENTO TÉRMICO

Fig. 3. Pittings graves devido ao carregamento final

de camadas (Fig. 2) é um fenômeno relacionado, e ambos são devidos a tratamento térmico inadequado, a uma alta concentração de tensão ou a ambos. As profundidades de camadas que são muito rasas ou muito profundas (não deixando um núcleo adequado para suportar a camada) são causas comuns relacionadas ao tratamento térmico.

A corrosão (pitting) na superfície ou na subsuperfície (Fig. 3) ocorre na interseção da tensão aplicada (cisalhamento) e da resistência permitida na ou extremamente perto da superfície. Quando o deslizamento está presente e o coeficiente de atrito é significativo (devido à lubrificação deficiente, seleção inadequada de lubrificante ou falha do lubrificante), a tensão é máxima na superfície.

Outros tipos de falhas de engrenagem podem ser atribuídos a um tratamento térmico inadequado.

Os exemplos são profundidade de camada rasa ou pontos moles (Fig. 4) devido a limpeza inadequada, parâmetros incorretos do processo de tempera da camada ou revenimento inadequado. Métodos de têmpera inadequados e temperatura inadequada de austenitização também podem levar a dureza inadequada,

Fig. 4. Pontos fracos na camada cementada (observado após o shot peening)

Fig. 5. Dureza inadequada levando à falha da engrenagem

Fig. 6. Pittings iniciados por inclusão em aço desgaseificado a vácuo

Fig. 7. . Colocação incorreta do furo

Fig. 8. Variação da microestrutura da camada devido a parâmetros do processo de tratamento térmico fora de controle

Fig. 9. Variação da microestrutura do núcleo devido à têmpera: (a) microestrutura totalmente martensítica com dureza do núcleo de 44 HRC, (b) microestrutura martensítica com produtos de transformação (bainita e ferrita) presentes com uma dureza do núcleo de 26 HRC Industrial Heating

OUT A DEZ 2019 29

DOUTOR EM TRATAMENTO TÉRMICO

Fig. 10. Separação camada / núcleo

Fig. 11..Descarbonetação completa da superfície

com engrenagens prematuramente falhando devido a dentes moles (Fig. 5).

Problemas de material como temperabilidade, tamanho do grão e inclusões (Fig. 6) podem resultar em várias falhas da engrenagem. Isso ressalta a importância da limpeza do aço, além de controlar o tamanho, a forma e o tipo de inclusões presentes. A segregação e a bandagem de ligas são outras questões que podemos encontrar em um determinado material, que é uma das razões pelas quais a normalização é considerada uma etapa prudente no tratamento térmico de engrenagens.

temperaturas de revenimento devem ser selecionadas com base na dureza final da camada.

A baixa dureza da camada também pode ser causada pela cementação com potencial de carbono muito baixo, formação de constituintes microestruturais indesejáveis, descarbonetação parcial da superfície, uma têmpera “lenta” ou uso da temperatura de revenimento incorreta. Variações nos parâmetros do processo resultam em microestruturas indesejáveis.

Austenita retida excessiva (Fig. 8a) e formação excessiva de carboneto (Fig. 8b) podem levar à falha prematura das engrenagens em serviço. As possíveis razões para grandes quantidades de austenita retida incluem um potencial de carbono muito alto ou a têmpera direta da temperatura de cementação. As possíveis causas de carbonetos e colares de carboneto são, novamente, um potencial de carbono muito alto, tempo de difusão insuficiente, tempo de encharque muito curto e temperatura de tempera muito baixa.

Certas falhas de engrenagem também podem ser atribuídas a problemas com o vazamento da camada, que é a falha dos métodos de máscara seletiva de cementação (por exemplo, revestimento de cobre, tintas de proteção) para proteger a superfície contra danos. Em alguns casos, a contaminação da superfície ou a secagem inadequada causam formação de bolhas na superfície. Jateamento excessivamente agressivo após o revestimento também pode danificar a máscara. Quando atacada com Nital, a cementação indesejada geralmente aparece como uma indicação cinza escuro irregular (em uma área que deveria ter sido cinza claro).

Variações no resfriamento, mesmo dentro do mesmo meio de têmpera, podem causar microestrutura e dureza inadequadas. Uma engrenagem de transmissão 8822RH foi temperada a duas pressões diferentes de gás (20 bar, 12

Prevenção de Falhas de Engrenagem É importante reconhecer que a resistência à fadiga é influenciada por fatores como distribuição da dureza (profundidade da camada e dureza da camada e do núcleo), microestrutura (tamanho do grão, porcentagem de austenita retida, fases não martensíticas, morfologia do carboneto e tenacidade intergranular) e também por projeto (Fig. 7) e fabricação (estado de tensão de compressão residual, acabamento superficial e geometria).

O objetivo do tratamento térmico é ter alta dureza e resistência subsuperficial adequada no flanco ativo, boa dureza superficial e alto estresse compressivo residual na área radicular.

A seleção da profundidade da camada (isto é, o gradiente de força) é fortemente influenciada pela dureza do núcleo e temperatura de revenimento. Do ponto de vista da liga, o molibdênio e o manganês influenciam fortemente a dureza do núcleo, enquanto o cromo tem uma influência moderada e o níquel tem apenas uma influência fraca. Deve-se notar também que a dureza da camada é muito mais sensível do que a dureza do núcleo à temperatura de revenimento empregada, razão pela qual as 30 OUT A DEZ 2019

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DOUTOR EM TRATAMENTO TÉRMICO bar) (nota do editor Brasil: em forno a vácuo) e resultou em diferenças na dureza e na microestrutura (Fig. 9).

A geometria da engrenagem e a cementação muito profunda para o perfil de dente especificado podem resultar em uma trinca no interior da camada, que começa na subsuperficie. Esse fenômeno é comumente referido como separação camada / núcleo (Fig. 10). Ao reduzir altas concentrações de carbono na superfície (por exemplo, mascarar as áreas superiores e as faces finais) e empregar uma profundidade de camada na extremidade inferior da especificação, o problema pode ser evitado com frequência.

A condição de um forno de tratamento térmico específico também pode desempenhar um papel importante na falha prematura da engrenagem. A intrusão de ar no forno (nota do editor BR: forno a vácuo) - seja por práticas inadequadas ou por vazamentos - pode afetar a dureza da camada e os padrões de tensão residual, criando parcial ou, em alguns casos extremos, descarbonetação total da superfície (Fig. 11). Ter um potencial de carbono na atmosfera menor que o conteúdo de carbono na superfície da peça ou uma perda de atmosfera protetora (como quando ocorre uma falha de energia) são razões

comuns para que essa condição exista.

Finalmente, a escolha do método de cementação (atmosfera, vácuo) pode resultar em diferenças nas condições da superfície, oxidação intergranular e remoção da liga devido à oxidação.

Sumário As engrenagens falham por várias razões, mas as induzidas pelo tratamento térmico são evitáveis por meio de boas práticas e controle rígido da variabilidade do processo e do equipamento.

Referências [1]. Herring, D. H., “How Gears Fail,” SME Conference on Effective Heat Treating and Hardening of Gears, 2007 [2]. Weires, Dale, “Gear Metallurgy,” SME Conference, SME Conference on Effective Heat Treating and Hardening of Gears, 2007 [3]. Dossett, Jon L., “Make Sure Your Specified Heat Treat is Achievable,” Heat Treating Progress, March/April 2007 [4]. Herring, D. H., “Case Studies – Lessons Learned,” Furnaces North America, 2012

Primeiro Curso de

Fundamentos da Nitretação e Processos de Nitretação a Plasma

Realizado nos dias 04 e 05 de DEZEMBRO DE 2019

Proferido pelo Professor Doutor Carlos Eduardo Pinedo

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OUT A DEZ 2019 31

TRATAMENTO TÉRMICO

Fig. 1. Forno de trabalho contínuo para tratamento térmico de molas a uma temperatura de trabalho de até 500 ° C

Fornos de Revenimento Contínuo para Atender Nadcap / CQI-9 Roland von Bargen – Nabertherm GmbH; Lilienthal, ALEMANHA As principais aplicações de nossos fornos são materiais avançados (cerâmica), vidro, aplicações de laboratório, incluindo laboratórios dentários e, especialmente, tecnologia de processamento térmico.

A

demanda por uniformidade de temperatura aprimorada em combinação com o aumento da produtividade, bem como equipamentos de processamento estáveis e confiáveis, está aumentando significativamente. Portanto, a conformidade com especificações como AMS 2750E e CQI-9 é mais frequentemente solicitada pelos nossos clientes. Atender a esses requisitos é mais desafiador para fornos contínuos do que para fornos câmara.

Inicialmente, uma configuração de medição adequada deve ser determinada para o processo específico.

Observando o tratamento térmico ou revenimento de molas como uma carga a granel, isso precisa ser feito dentro do forno carregado e nas peças de teste apropriadas que seguram os termopares.

Em termos do processo em si, é necessário um primeiro

32 OUT A DEZ 2019

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aquecimento rápido e homogêneo, sem excedentes devido ao superaquecimento, por exemplo. Posteriormente, as molas precisam permanecer por um certo tempo com uma uniformidade de temperatura estável e homogênea na área carregada, de acordo com os requisitos do CQI-9. Para atender a esses requisitos, é necessária uma tecnologia aprimorada do forno.

Forno Contínuo com Aquecimento a Jato A solução técnica para atender aos desafios definidos é um forno contínuo com aquecimento a jato na zona de aquecimento e convecção forçada convencional nas seguintes zonas de permanência. A Fig. 1 mostra um desses fornos para o tratamento térmico de molas a uma temperatura de trabalho de até 500° C com um rendimento de 300 kg / hora. Seu comprimento aquecido

TRATAMENTO TÉRMICO

é de aproximadamente 3.600 mm e a largura útil da banda é de 1.100 mm.

Outros modelos de forno já executados são capazes de tratar termicamente 400 kg / hora, e os maiores até 600 kg / hora com comprimento aquecido próximo a 6.000 mm e o mesmo tempo de ciclo de processo e produtividade.

Dentro da primeira zona, as molas são aquecidas rapidamente até o ponto de ajuste necessário sem superaquecimento para garantir uma qualidade homogênea das propriedades da mola. Um quadro de orientação do fluxo de ar especialmente projetado é o recurso tecnológico que obtém esse enorme benefício. O ar aquecido atinge as molas a partir do topo com uma velocidade e uma taxa de fluxo de volume muito alta até o nível da esteira transportadora (Fig. 2).

Depois de bater na carga disposta na esteira, o ar é reciclado e aquecido para repetir o processo. Com essa tecnologia, a Nabertherm obtém tempos de aquecimento curtos e muito homogêneos com alta produtividade sem picos devido ao excesso de temperatura, o que não é permitido pela CQI 9. Para molas, com alturas de carga típicas de 50 mm para molas pequenas com alta densidade de carga, podem ser aquecidas rapidamente.

Na segunda e terceira zonas de aquecimento do forno, as molas permanecem em temperatura definida pelo tempo necessário para atingir as propriedades solicitadas pelo cliente.

Dentro dessas zonas de aquecimento, uma estrutura convencional de orientação por ar de convecção forçada (incluindo defletores) é usada para otimizar o fluxo de ar na carga e obter a uniformidade de temperatura necessária sobre a largura da esteira (Fig. 2).

Em outras palavras, é possível obter uma uniformidade ideal de temperatura sobre a largura da esteira para atender às rígidas regulamentações dos fornecedores do mercado automotivo. Os fornos podem ser projetados opcionalmente para atender às normas Nadcap ou CQI9. Por exemplo, o forno mostrado na figura 1 atinge uma uniformidade de temperatura melhor que +/- 10° C na condição de carga de acordo com o CQI-9.

A configuração da medição é mostrada na Fig. 3 e um relatório de medição típico na Fig. 4. Para a medição, cinco amostras de molas soldadas no formato de formações de carga típicas com tubos para fixar os termopares são definidas nos produtos a granel. As amostras são distribuídas uniformemente pelo espaço de trabalho (largura útil da esteira) e a medição é realizada durante a operação contínua do forno com a taxa de produção de carga designada.

Sistema de Transporte e Automação O sistema de transporte é uma esteira de malha de aço inoxidável acionada por rodas de corrente (Fig. 5). O grande benefício do uso de aço inoxidável é que o sistema pode

funcionar sem lubrificação. Isso é benéfico por vários motivos. Por exemplo: • Redução do custo de manutenção • Nenhuma contaminação do produto final com lubrificantes ou resíduos queimados • Nenhum vapor de evaporação é liberado no ambiente de trabalho devido à decomposição ou queima de lubrificantes.

Os fornos podem ser adaptados a diferentes modos e requisitos de carga e descarga. Do carregamento e descarregamento totalmente manual para molas maiores ao carregamento e descarregamento totalmente automatizado, quase tudo é possível.

A largura da esteira também pode ser dividida por separadores ao longo da direção do movimento, a fim de tratar diferentes molas ou diferentes níveis de tolerância de uma mola ao mesmo tempo. O cliente pode escolher entre as seguintes soluções: • Carga e descarga manual de grandes molas • Carregamento manual de grandes molas e descarga passiva por um escorregador em uma caixa de transporte ou em uma pista de resfriamento • Carregamento automático por um slide de um pré-processo e

Fig. 2. Interior do forno com diferentes sistemas de orientação do ar, dependendo das diferentes zonas de aquecimento Industrial Heating

OUT A DEZ 2019 33

TRATAMENTO TÉRMICO

de tolerância (muito curtos, OK, muito longos), que são transportados diretamente para o forno em faixas separadas.

Todas as molas são tratadas de forma idêntica no processo, e o nível de tolerância das molas mais curtas e mais longas pode ser corrigido por fresagem consecutiva. A Fig. 1 mostra essa configuração com os dispositivos de manuseio necessários na frente e atrás do forno.

Os exemplos acima mencionados afirmam que linhas totalmente automáticas são possíveis e podem ser facilmente realizadas.

Fig. 3. Configuração da medição para o levantamento da uniformidade de temperatura com carga a granel separada em três faixas

500

Temperature, ˚C

420 340 260

TC 1 TC 2 TC 3 TC 4 TC 5 Limits

180 100 20

0:00 0:03 0:06 0:09 0:12 0:15 0:18 0:21 0:24 0:27 0:30 Fig. 4. Curva de medição para o levantamento da uniformidade de temperatura com carga a granel separada em três faixas

Resumo e Conclusão Os fornos contínuos da Nabertherm permitem um processo de revenimento em linha altamente produtivo para molas como mercadorias a granel ou como peças únicas. Com essa tecnologia, é alcançado um aquecimento mais rápido sem o uso de temperaturas excessivas que possam influenciar as propriedades finais ou resultar em picos de temperatura, o que não é permitido pelo CQI-9.

Devido à fase de aquecimento mais rápida, o ciclo de permanência sob distribuição homogênea de temperatura pode ser estendido sem alterar o espaço do piso ou o espaço do piso pode ser reduzido com um comprimento menor do forno. Pelo projeto de forno semi-modular com uma ou mais zonas de aquecimento e as seguintes zonas de permanência, os fornos podem ser facilmente adaptados a diferentes requisitos de produtividade, estendendo ou diminuindo o comprimento total.

A escolha do forno certo proporciona ganhos de produtividade em um alto nível de qualidade como uma vantagem competitiva, não apenas para as molas, conforme relatado neste artigo, mas também para outros produtos a granel.

Tradução gentilmente revisada por Ralph Trigueiros, agente da Nabertherm no Brasil; tel 19 38546699; e-mail: ralph@industrialheating.com.br

PARA MAIS INFORMAÇÕES: Contate Roland von Bargen, gestor de Fig. 5.Esteira de malha de aço inoxidável com tração por corrente

negócios, Nabertherm GmbH, Bahnhofstr. 20, 28865 Lilienthal /

descarregamento em um slide em uma caixa ou em uma faixa de resfriamento • Largura da esteira dividida em três faixas - uma faixa central larga e duas menores à esquerda e à direita da faixa. Durante o pré-processo, a máquina de bobinagem mede automaticamente as molas e as separa em três níveis

Bremen (Alemanha); tel: +1 (4298) 922-165; fax: +1 +49 (4298) 922-

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Industrial Heating

129; e-mail: Roland.vonBargen@nabertherm.de; web: www.nabertherm. de. A Nabertherm é uma empresa com sede na Alemanha que oferece fornos desde 1947, com fornos industriais que cobrem quase todas as necessidades de tratamento térmico.

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TRATAMENTO TÉRMICO POR INDUÇÃO

Determinando o Processo de Indução Ideal para sua Aplicação David Lynch – Induction Tooling, Inc.; North Royalton, Ohio, EUA Aquecimento por indução é o processo de aquecimento de um objeto eletricamente condutor (geralmente um metal) por indução eletromagnética através do calor gerado no objeto por correntes de Foucault.

U

m processo de indução consiste em uma fonte de alimentação de indução que passa uma corrente alternada de alta frequência (CA) através de um indutor. O campo magnético que se alterna rapidamente penetra no objeto, gerando correntes elétricas no interior do condutor chamadas correntes de Foucault. As correntes de Foucault que fluem através da resistência do material aquecem-no pelo aquecimento de Joule.

A frequência da corrente utilizada depende do tamanho do objeto, tipo de material, acoplamento entre a bobina de trabalho e o objeto a ser aquecido e a profundidade de penetração. Determinar os parâmetros do processo de um processo de endurecimento por indução pode ser muito complexo e desafiador. Tentarei dividir esse processo em etapas para entender melhor o que é necessário para identificar o processo de indução ideal para qualquer aplicação.

A Peça é uma Boa Candidata?

A composição e o pré-tratamento do material devem favorecer o tratamento térmico, de acordo com a especificação de tratamento térmico exigida. A especificação de tratamento térmico 36 OUT A DEZ 2019

Industrial Heating

deve ser compatível com o processo de aquecimento por indução. A geometria da peça precisa fornecer folga adequada para apresentar uma bobina indutora e gerar o campo de indução necessário para atingir a especificação.

Esses parâmetros devem ser considerados para determinar a viabilidade de qualquer aplicativo. A Fig. 1 mostra várias amostras de peças processadas com sucesso por aquecimento

Topo da página - Fig. 1. Várias amostras de peças processadas com sucesso por aquecimento por indução Fig. 2. Uma faixa controlada de aquecimento é gerada na superfície da peça no indutor

TRATAMENTO TÉRMICO POR INDUÇÃO

por indução. Essas amostras foram cortadas e caracterizadas por ataque químico para revelar as áreas endurecidas.

Requerimentos de Potência Existem cálculos simples que podem ser usados para estimar os requisitos de energia para um determinado processo. Primeiro, é necessário calcular a área da superfície a ser tratada termicamente. Para o endurecimento por injeção única, isso inclui o total de centímetros quadrados de todas as superfícies a serem tratadas termicamente. O endurecimento de injeção única normalmente requer aproximadamente 15 quilowatts (kw) por polegada quadrada da área de superfície para um tratamento térmico bem-sucedido (por exemplo, 10 polegadas quadradas x 15 kw = 150 kw necessárias).

Para o endurecimento por varredura, seria a área de superfície da banda de aquecimento, que é a maior circunferência da peça multiplicada pela largura da face da bobina do indutor. O endurecimento da varredu-

A

Fig. 4 mostra exemplos de três eixos de transmissão temperados por indução. O eixo estriado (parte superior) tem uma geometria relativamente uniforme e foi endurecido com sucesso. O eixo de saída (do meio) foi endurecido por um disparo devido ao grande passo do menor para o maior diâmetro, exigindo profundidade da dureza na área do filete entre eles.

Tentar o endurecimento por varredura do eixo de saída seria extremamente difícil ou poderá ser impossível. O endurecimento do eixo de saída seria marginal, na melhor das hipóteses, com provável superaquecimento no canto do maior diâmetro.

ra normalmente requer aproximadamente 10 kw por polegada quadrada da área de superfície da banda de aquecimento (por exemplo, eixo de 2,00 polegadas de diâmetro x largura da face do indutor de 0,5 polegadas = 3,14 polegadas quadradas x 10 kw = 31,4 kw necessários).

O motivo pelo qual menos energia é necessária para o endurecimento por varredura é porque a energia é

ligada e a peça permanece no local por um curto período de tempo antes do início do escaneamento. Essa pausa é necessária para permitir tempo para que o calor se acumule e penetre na peça para atingir os requisitos de profundidade de camada na posição inicial. Essa pausa também permite que a condução térmica suba a peça e atue como um pré-aquecimento. À medida que a peça começa a se deslocar pelo

Fig. 2. Uma faixa controlada de aquecimento é gerada na superfície da peça no indutor

Fig. 5. Duas seções transversais de um rolamento de rolos cruzados gravadas com ácido para mostrar o padrão de tratamento térmico

O eixo de entrada (inferior) foi realmente processado nos dois sentidos com sucesso. Isso começou originalmente como um processo de varredura. O produto foi transferido para uma máquina diferente, com uma fonte de alimentação maior, e

o endurecimento por injeção única foi implementado para aumentar o rendimento. Foi muito mais rápido processar essas peças em um único disparo do que escanear, mas isso exigiu mais energia.

Eixo estriado, amostra cortada e gravada (endurecimento por varredura)

Eixo de saída, amostra cortada e gravada (endurecimento por injeção única)

Eixo de entrada, amostra cortada e gravada (endurecimento por varredura e injeção única) Fig. 4. Exemplos de três eixos de transmissão temperados por indução Industrial Heating

OUT A DEZ 2019 37

TRATAMENTO TÉRMICO POR INDUÇÃO

Fig. 6. Vários tamanhos de indutores de varredura projetados para varrer endurecem o diâmetro externo dos eixos redondos

indutor, ela já possui algum calor na superfície à frente e requer menos energia para atingir a temperatura desejada.

Requisitos de Frequência As frequências comuns disponíveis para o endurecimento seletivo variam de 1 kHz a 450 kHz. A maioria dos equipamentos de indução disponíveis hoje se enquadra em uma de três categorias diferentes.

• Normalmente, a baixa frequência (1-8 kHz) é usada para especificações de dureza profunda de profundidade de camada de 0.100-0.400 polegadas (2,5-10,0 mm).

• Freqüência média (8-100 kHz) é normalmente usada para especificações de dureza média de profundidade da camada de 0,050 a 0,100 polegadas (1,3 a 2,5 mm).

• A alta frequência (100-450 kHz) é normalmente usada para especificações de dureza rasa de 0,015 a 0,050 polegadas (0,4-1,3 mm) de profundidade da camada. Às vezes, o equipamento disponível não é ideal para uma determinada aplicação. A Fig. 5 ilustra um estudo de caso realizado em nosso laboratório de indução que mostra duas seções transversais de um rolamento de rolos cruzados que foram caracterizadas com ácido para mostrar o padrão de tratamento térmico.

Essas peças foram aquecidas com a mesma potência e a mesma taxa de varredura, usando o mesmo método de resfriamento. A variável que mudou foi a frequência.

A amostra na parte superior foi executada em 15 kHz e a amostra na parte inferior foi executada em 8 kHz. Você pode ver uma diferença significativa na profundidade da camada no vale do sulco. Embora a diferença na faixa de frequência possa não parecer substancial, você pode ver o que uma diferença de frequência pode fazer em um determinado processo.

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Requisitos de Ferramental O design e o tamanho adequados do indutor são essenciais para obter bons resultados repetíveis em qualquer processo.

A Fig. 6 mostra vários tamanhos de indutores de varredura projetados para varrer o diâmetro externo dos eixos redondos. O chuveiro de resfriamento é usinado no indutor para fornecer o resfriamento ideal. Os tamanhos variam de acordo com o tamanho das peças a serem processadas.

Esses indutores oferecem flexibilidade para executar diferentes partes de tamanho semelhante. No entanto, isso vem com limitações. À medida que o espaço entre a parte externa e a parte interna do indutor aumenta, o campo de indução gerado pelo indutor pode não acoplar-se à peça com eficiência e sofrer efeitos colaterais. Os efeitos deste lado podem incluir estrutura difusa ou não totalmente transformada.

Dureza irregular também pode ocorrer devido ao campo não querer permanecer acoplado à peça. O campo pode pular e levar a faixas de dureza. A Fig. 7 é um exemplo de um indutor de injeção única com têmpera integral usinada para tratar termicamente duas áreas independentes de corrida simultaneamente em pista externa de um rolamento de roda automotiva. Os indutores de disparo único são normalmente dedicados a uma geometria de peça única. É muito importante manter os indutores limpos e livres de detritos e acúmulo, porque a contaminação é a principal causa de falha prematura do indutor.

Requisitos de Resfriamento Uma vez que uma peça é aquecida até a temperatura desejada, ela precisa ser resfriada rapidamente para obter a transformação e a estrutura adequadas da dureza. Esse processo de resfriamento é normalmente alcançado através da têmpera líquida com uma solução de polímero de água.

Fig. 7. Indutor de injeção única com têmpera integral usinada

TRATAMENTO TÉRMICO POR INDUÇÃO

Fig. 8. Várias peças são executadas juntas em aplicações de alto volume

Se a têmpera não for suficiente, a dureza e a estrutura da peça podem não atingir as especificações. Se a têmpera for muito agressiva, podem ocorrer trincas.

Existem variáveis que podem contribuir para o efeito de têmpera que deve ser considerado. A massa física da parte atrás da área da parte que está sendo aquecida pode ajudar a remover parte, se não todo, o calor em uma determinada aplicação. Se essa massa for grande o suficiente, ela poderá oferecer remoção de calor suficiente para transformar completamente a estrutura sem o uso de um resfriamento líquido adicional.

A concentração de polímero também pode ser ajustada para retardar ou tornar a têmpera mais agressiva. A posição do chuveiro de resfriamento em aplicações de varredura pode ser posicionada mais longe da zona de aquecimento para atrasar a ação de resfriamento. Em aplicações de disparo único, pode-se adicionar uma pausa entre o desligamento e o resfriamento para atrasar a ação da têmpera.

Tempo do Ciclo O tempo de ciclo de uma peça para outra pode variar bastante, dependendo do processo, manuseio de material e outros fatores. A automação pode melhorar os tempos de ciclo, mas geralmente é prática comum executar várias peças ao mesmo tempo em aplicativos de alto volume (Fig. 8), se houver energia suficiente disponível.

Fig. 9. Um programa de desenvolvimento típico produz um indutor totalmente caracterizado, parâmetros de processo, relatório metalúrgico validado em conformidade com a ISO 17025 e peças adicionais de protótipo para teste

Confirmação de Processo Uma vez estabelecidos os parâmetros de teste para um determinado processo, as amostras de peças precisam ser processadas e, em seguida, submetidas à avaliação metalúrgica. Existem laboratórios comerciais que oferecem esses serviços de desenvolvimento e metalurgia. Um programa de desenvolvimento típico gera um indutor totalmente caracterizado, parâmetros de processo, relatório metalúrgico validado em conformidade com a ISO 17025 e peças adicionais de protótipo para teste (Fig. 9).

Conclusão Em qualquer processo complexo, é necessário algum conhecimento e algumas experiências para alcançar o sucesso.

Para citar Wernher von Braun (1912-1977), engenheiro e designer de foguetes: “Um teste vale mais que mil opiniões de especialistas.” Espero que este artigo tenha fornecido conhecimento àqueles que desejam implementar tratamento térmico por indução em seu processo ou melhorar o processo existente.

PARA MAIS INFORMAÇÕES: Entre em contato com David Lynch, vice presidente de engenharia da Induction Tooling, 12510 York-Delta Drive, North Royalton, OH 44133, EUA; tel: +1 440237-0711; e-mail: dlynch@inductiontooling.com; web: www. inductiontooling.com.

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MATERIAIS RESISTENTES AÀ CORROSÃO

Trocadores de Calor de Grafite Lidam com Aplicações Corrosivas Vijayaraghavan Chakravarthy and Christian Hug – API Heat Transfer; Buffalo, N.Y., EUA As classes de grafite disponíveis e os projetos mecânicos permitem que os trocadores de calor de grafite substituam ligas metálicas e metais exóticos em algumas aplicações.

O

s trocadores de calor de grafite são bem adequados e econômicos para processos altamente corrosivos usados em indústrias como produtos químicos, metalurgia e produtos farmacêuticos.

Com um progresso constante no número de classes de grafite disponíveis e de projetos mecânicos, os trocadores de calor de grafite estão fazendo incursões em áreas mantidas por ligas de metal caras e metais exóticos com pressão de projeto de até 350 psi e temperatura de projeto de até 1482°C. Atualmente, três tipos principais de trocadores de calor de grafite são comuns: • Casca e bloco (redondo ou cúbico) • Placa e junta • Carcaça e tubos Geralmente, o bloco (Fig. 1) e os tipos de placas são restritos a tamanhos menores, vazões baixas e cargas de calor baixas a moderadas. Os projetos de casco e tubo são melhores para tamanhos maiores, altos fluxos e aplicações de incrustação, como a fabricação de fertilizantes.

Em um trocador de calor do tipo bloco ou cúbico, os furos são perfurados em um bloco de grafite cilíndrico ou cúbico para formar as passagens de fluxo para os fluxos frio e quente. Os blocos são empilhados um sobre o outro com juntas entre si e depois inseridos em uma carcaça de aço. As juntas são vedadas por um sistema exclusivo com mola que exerce uma força de compressão nos blocos. Uma disposição

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Industrial Heating

de múltiplas passagens é possível no lado do tubo, particionando adequadamente os cabeçotes e os blocos de grafite individuais.

O tipo de casca e tubo é semelhante em construção aos projetos convencionais usados na indústria, exceto que os tubos e as placas são feitos de grafite. Juntas de PTFE são usadas para vedar passagens de fluxo e um cimento de grafite especial é usado para vedar juntas de chapa tubo a tubo.

Materiais e Classes de Grafite Uma das características únicas da tecnologia de grafite é a capacidade de produzir várias classes de grafite para atender a uma ampla gama de necessidades de aplicação de uma maneira econômica. Ao contrário de ligas e metais exóti-

Fig. 1. Os trocadores de calor com bloco de grafite são adequados para uso com materiais corrosivos. Geralmente, os tipos de blocos e placas são restritos a tamanhos menores, vazões baixas e cargas de calor baixas a moderadas

MATERIAIS RESISTENTES Á CORROSÃO

cos facilmente corroídos, a grafite é resistente a meios contaminantes como cloretos e fluoretos.

As classes de grafite são atribuídas com base em seu desempenho em relação à gravidade do meio fluido do ponto de vista de corrosão, pressão e temperatura (Fig. 2). A grafite impregnada de alta qualidade é alcançada através das etapas a seguir.

Aquisição de Grafite em Bruto O tamanho e a densidade dos grãos são os principais indicadores de qualidade da grafite bruta, juntamente com a resistência mecânica. Tamanhos de grãos menores indicam maior resistência mecânica e custam mais.

Impregnação de Grafite A grafite em sua forma bruta não é impermeável e os fluidos sob pressão podem penetrar na grafite bruta.

Portanto, o primeiro passo para tornar a grafite bruta utilizável é impregná-la com um meio adequado. Os materiais de impregnação típicos incluem resinas plásticas resistentes à corrosão (fenólicas ou PTFE) ou mesmo carbono para as aplicações de temperatura mais alta (Fig. 3).

A impregnação profunda e completa de PTFE é o processo de impregnação mais avançado. Geralmente, a impregnação envolve quatro etapas: • Aquecimento para remover vapores / gases dos vazios na grafite bruta, depois aspirar o material para extrair gases dos espaços vazios.

• Aquecimento da resina até a temperatura adequada para obter as propriedades desejadas. O perfil de calor correto ajuda a garantir que o fluido penetre nos vazios da grafite.

• Aplicação da pressão certa para que a resina penetre nos espaços entre

Fig. 2. Classes de grafite Formulação 1

Formulação 2

Formulação 3

Formulação 4

Tipo de grafite

Padrão

Grão fino/ultrafino

Grão fino/ultrafino

Grão padrão/fino/ ultrafino

Material de impregnação

Fenólico

Fenólico

PTFE

Carbono

Resistência mecânica relativa

1

1.5 a 3

1.5 a 1.8

1.5 a 2.5

Resistência à corrosão

Bom

Melhor

Excelente

Excelente

Resistência ao choque térmico

Baixo

Melhor

Excelente

Excelente

Recomendado para

Condições operacionais leves (pressão, temperatura, corrosão)

Maior pressão e temperatura; ciclos térmicos frequentes

Maior corrosão (meio oxidativo)

Maior corrosão e temperatura (meios não oxidativos)

Temperatura Máxima

180°C

221°C

277°C

500 a 1482°C

Grafite mais material de coque GT-Kelite

Absorção Final

Torre

30 µm Fig. 3. Uma micro visão da grafite impregnada de resina

Recursos de Projeto do Equipamento Os trocadores de calor de grafite tradicionais tem sensibilidade a tensões mecânicas externas, como vibrações, água e golpes de aríete. Um aperto desigual do flange também pode reduzir o ciclo de vida do produto. O projeto adequado pelo fabricante evita essas desvantagens com vários recursos principais.

• O sistema evita picos de pressão devido a golpe de aríete no sistema de tubulação.

• Um sistema de molas elimina variações de tensão mecânica durante o ciclo térmico.

• A furação em bloco resiste à água ou ao martelo a vapor e aumenta a resistência mecânica do bloco.

• O projeto evita falhas na conexão da tubulação.

Industrial Heating

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MATERIAIS RESISTENTES À CORROSÃO

Desbobinador

Decapagem

Decapagem

Decapagem

Lavagem

Secagem

Bobinador

Fig. 4. Uma das principais aplicações dos trocadores de calor de grafite é a decapagem de carbono e aço inoxidável Desperdício de calor na caldeira

Torre de secagem

Catalisador conversor

Torre primária de absorção

Torre secundária de absorção

Forno sulfúrico

Ar ventilador

Produtos Ácidos Ácido sulfúrico

Refrigerador de ácido Planta de ácido sulfúrico

Fig. 5. O processo usado para a produção de ácido sulfúrico requer vários tanques ou torres que armazenam o ácido sulfúrico em diferentes concentrações

grãos da grafite.

• Aplicação de calor para permitir a polimerização da resina.

Teste de Qualidade de Impregnação Após a impregnação, a porosidade residual é detectada através de testes de bolhas sob pressão para garantir que a grafite impregnada seja impermeável.

A impregnação afeta as seguintes alterações na grafite bruta: • Melhora a resistência mecânica da grafite bruta com resina fenólica.

• Reduz a resistência térmica e ao choque. Tamanhos maiores de grãos têm mais volume vazio e, portanto, requerem mais material de impregnação. Consequentemente, sofrem maior degradação na resistência térmica e à fadiga.

Esse problema foi resolvido usando grafite de grão ultrafino.

A impregnação fenólica é boa para a maioria dos meios químicos. No entanto, não pode ser utilizado em ambientes alcalinos ou oxidantes fortes. Além disso, alguns solventes e óleos orgânicos causam inchaço da resina. Por exemplo, não 42 OUT A DEZ 2019

Industrial Heating

é recomendado para meios oxidativos, como ácido nítrico e ácido sulfúrico, com concentração superior a 70% e 149°C. Da mesma forma, não pode ser usado em aplicações em que a presença de potássio ou soda cáustica está presente, o que aumentaria o pH acima de 11.

A impregnação de carbono não está adaptada para meios oxidativos. No entanto, melhora muito a resistência ao choque térmico e à temperatura em meios não oxidativos, com uma temperatura possível de 1482°C. A impregnação de PTFE possui uma ampla resistência à maioria dos ambientes corrosivos, oxidativos, pH mais alto ou alcalino e todos os solventes. Além disso, oferece melhor resistência ao choque térmico e à fadiga. Por exemplo, ele pode lidar com até 96% de concentração de ácido sulfúrico a temperaturas de 149°C. Este material é de uso múltiplo e é amplamente utilizado para a fabricação em lotes de composições químicas, desde química fina até farmacêutica.

Trocadores de Grafite em Aplicações de Processo Várias indústrias utilizam trocadores de calor de grafite em suas aplicações. Dois exemplos - decapagem de aço e aque-

MATERIAIS RESISTENTES Á CORROSÃO

cimento e resfriamento com ácido sulfúrico - são descritos abaixo como exemplos de casos.

Decapagem de Aço Uma das principais aplicações dos trocadores de calor de grafite é a decapagem de aço carbono e aço inoxidável (Fig. 4). As peças de aço das linhas de produção após a fabricação são mergulhadas em banhos ácidos para decapagem. A decapagem é um tratamento de superfície de metal. O processo remove impurezas como manchas, contaminantes inorgânicos e ferrugem ou incrustações dos metais. O processo inclui uma solução chamada licor de decapagem, que contém ácidos fortes e remove as impurezas da superfície.

Os banhos de ácido consistem em vários tanques seguidos a temperaturas entre 82 e 93°C, geralmente mantidos por aquecimento a vapor de trocadores de calor típicos de grafite. A solução de decapagem para aço carbono é uma mistura de ácido clorídrico e sulfúrico. Para aço inoxidável, é uma mistura de ácido fluorídrico e nítrico. A resina fenólica é a escolha preferida para decapagem de aço carbono; no entanto, a resina fenólica não pode ser usada com ácido nítrico. Em vez disso, é necessária a impregnação de PTFE da grafite.

Aquecimento e Resfriamento de Ácido Sulfúrico O ácido sulfúrico é talvez o composto mais onipresente usado pela indústria química. Faz centenas de compostos encontrados em quase todos os setores. A produção mundial anual de ácido sulfúrico é de cerca de 200 milhões de toneladas.

Aproximadamente 50% é utilizado na produção de ácido fosfórico para a produção de fertilizantes. Os EUA produzem 36 milhões de toneladas de ácido sulfúrico anualmente.

O processo usado para a produção de ácido sulfúrico requer vários tanques ou torres que armazenam o ácido em diferentes concentrações (Fig. 5). Os tanques ou torres utilizados no processo devem ser mantidos entre 27 e 32°C. Para uma média de 1.000 toneladas / dia, a rejeição combinada de calor das quatro torres é de 40 a 50 MW (th). Às vezes, esse calor é reciclado para o processo através do aquecimento por caldeira para produção de vapor. Normalmente, o calor de baixo nível é rejeitado para dissipadores de calor.

Com o fluxo de ácido sulfúrico no resfriador, a grafite custa menos que as ligas metálicas.

PARA MAIS INFORMAÇÕES: Vijayaraghavan Chakravarthy ou Christian Hug, API Heat Transfer, Buffalo, N.Y. EUA.; tel: + 1 716-684-6700; web: www.apiheattransfer.com.

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SINTERIZAÇÃO & MANUFATURA ADITIVA

Sinterização e Manufatura Aditiva

Mark Saline – Gasbarre Thermal Processing Systems; St. Marys, Pa, EUA Fabricação aditiva de metal ou impressão 3D de metal são termos que todos na indústria de processamento de metais estão buscando entender. O “o quê” e o “como” estão se tornando mais claros a cada dia. No entanto, novos avanços parecem ocorrer quase diariamente, sem um objetivo real à vista.

A

pergunta que ainda precisa ser respondida por muitos é: “Como isso afetará meus negócios e quando?” A manufatura aditiva foi rotulada como uma tecnologia disruptiva global para uma infinidade de indústrias diferentes, considerando a pergunta válida.

No entanto, a resposta não é clara.

Muitas empresas estão jogando seu chapéu no ringue, desenvolvendo seu próprio equipamento de impressão ou comprando equipamentos para tentar ficar à frente da curva. As duas principais tecnologias utilizadas na impressão 3D em metal são jato a laser de alta temperatura e impressão a jato por aglutinação. As duas tecnologias produzem componentes altamente complexos pela deposição de cerâmica ou metais. Os benefícios são o tempo de desenvolvimento do protótipo e o tempo de construção dos componentes finais.

O uso de pós metálicos ou cerâmicos na produção de componentes não é incomum. Toda uma indústria de metal em pó está focada na produção de componentes a partir de pós de metal ou cerâmica, prensando e sinterizando (PM – Powder Metal), moldagem por injeção de pó (PIM / MIM - Powder Injection Molding) e agora fabricação aditiva (AM - Additive Manufacturing). Os produtos desses métodos de fabricação fornecem muitos setores de negócios, incluindo automotivo, gramado e jardim, ferramentas manuais e dispositivos médicos, além de muitos outros.

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Industrial Heating

Peso Leve Automotivo A Federação das Indústrias de Pó de Metal (MPIF -Metal Powder Industries Federation, dos EUA) relata que o conteúdo médio de PM nos veículos de passageiros norte-americanos em 2017 era de aproximadamente 20,4 kg. O número aumentou para 43,5 kg nos últimos 10 anos, passando de sedãs para uma demanda por SUVs e caminhões. A expectativa é que esse número diminua nos próximos anos devido a iniciativas de redução de peso, motores menores e veículos elétricos.

A manufatura aditiva certamente desempenhará um papel nas iniciativas de leveza agora e no futuro. Embora nenhum dado atual suporte informações sobre o uso de AM em veículos de passageiros, há uma variedade de pontos de venda informando sobre protótipo de componentes sendo testados. O desenvolvimento de produtos para componentes não críticos parece estar liderando o caminho.

Processos de Aglutinação Os três processos de metalurgia do pó metálico - PM, PIM / MIM e AM (especificamente impressão 3D de aglutinante a jato) - têm as semelhanças de produzir componentes “verdes” que subsequentemente exigem a remoção de um aglutinante (binder) ou lubrificante seguido de sinterização. A impressão PIM / MIM e jato de aglutinação 3D está mais alinhada e pode utilizar entre 2-50% de

SINTERIZAÇÃO & MANUFATURA ADITIVA

aglutinante. Em muitos casos, o produto requer uma aglutinação de dois estágios, em que o processo consiste em um aglutinação química / solvente, seguido por uma aglutinação térmica e, depois, a sinterização.

Alguns materiais e impressoras a jato de aglutinantes estão utilizando apenas uma aglutinação de estágio único que elimina o processo de aglutinação química / solvente. O aglutinante é tipicamente de natureza orgânica, permitindo que ocorra a aglutinação térmica nos estágios iniciais do processo de sinterização, normalmente em temperaturas de 200 a 600° C. A estas temperaturas, o aglutinante é desgasificado na forma de vapor carbonáceo. Se um ambiente oxidante for fornecido, o carbono combinará com o oxigênio e permanecerá na forma gasosa à medida que evacua o forno.

Sinterização A Wikipedia define sinterização como “o processo de compactação e formação de uma massa sólida de material por calor ou pressão, sem derreter até o ponto de liquefação”.

Não ocorre a fusão dos pós metálicos no processo. No entanto, a ligação das partículas de metal ocorre através de um processo chamado difusão no estado sólido. O processo de difusão ocorre a temperaturas abaixo do ponto de fusão do material.

As propriedades finais desses produtos são altamente dependentes do processo de sinterização, pois define a microestrutura e a densidade final do componente. Um encolhimento significativo deve ocorrer durante a sinterização para atingir as densidades relativas de 95 a 99% necessárias.

Os processos de sinterização para

Estágio 1 – Pó solto

Estágio 2 – Estágio inicial

Estágio 3 – Estágio intermediário

Estágio 4 – Estágio final

Fig. 1. Os três estágios da sinterização em estado sólido. Da esquerda para a direita são as etapas inicial, intermediária e final (cortesia da Associação Européia da Metalurgia do Pó, EPMA - European Powder Metallurgy Association)

Fig. 2. O forno a vácuo contínuo possui várias câmaras

componentes de maior volume geralmente ocorrem em fornos elétricos de empurrador de alta temperatura ou fornos a vácuo que podem atingir a faixa de temperatura de sinterização de 1200 a 1600°C, dependendo do material a ser sinterizado.

Fornos de Sinterização e Atmosferas Os componentes de protótipos de menor volume podem ser sinterizados em um forno tubular ou em um forno empurrador manual. Tempo prolongado a temperaturas elevadas produz

retração dos poros entre as partículas de pó, arredondamento dos poros e crescimento entre as partículas adjacentes, fornecendo taxas de retração de 14 a 20% (Fig. 1). Nesse ponto, a microestrutura final é definida, a menos que tratamentos térmicos adicionais sejam aplicados.

A seleção do forno e da atmosfera é baseada nos materiais que estão sendo sinterizados. Os fornos empurradores de alta temperatura atendem aos requisitos de grande parte dos materiais processados, como aços carbono e aços inoxidáveis. O controle da Industrial Heating

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SINTERIZAÇÃO & MANUFATURA ADITIVA

atmosfera no forno é fundamental para o processo de sinterização. As atmosferas dos fornos geralmente variam de hidrogênio-nitrogênio, hidrogênio puro, argônio e vácuo.

Em um forno do tipo empurrador, é necessária uma atmosfera redutora de pressão positiva, redutora e seca, porque as partículas de pó de metal geralmente têm uma fina camada de óxido que deve ser removida para permitir a ligação de partículas. O hidrogênio na atmosfera decompõe o óxido e é evacuado do forno como vapor de água. Os pontos de orvalho da atmosfera devem ser de -40°C e abaixo, dependendo dos materiais que estão sendo sinterizados.

A sinterização em um forno a vácuo fornece a mais pura das atmosferas. Os óxidos e impurezas são evaporados e removidos do forno, o que fornece sinterização aprimorada e uma microestrutura mais limpa. Pressões parciais subatmosféricas podem melhorar a eficiência das reações de sinterização.

Os materiais que requerem atmosfera mais limpa e temperaturas de sinterização mais altas (por exemplo, aços ferramenta, aços inoxidáveis, materiais altamente reativos e ligas exóticas) se prestam à sinterização a vácuo. Os projetos de fornos a vácuo permitem o processamento de lotes pequenos e grandes. Fornos a vácuo contínuos permitem o processamento contínuo de produtos de maior volume.

O forno a vácuo contínuo possui várias câmaras pelas quais o produto passa. A beleza deste forno é que a câmara quente está sempre sob vácuo e sob temperatura (Fig. 2).

A aglutinação térmica pode ser concluída antes da sinterização a vácuo ou diretamente no forno a vácuo, usando armadilhas para aglutinante para garantir que as bombas

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Industrial Heating

de vácuo permaneçam isoladas do aglutinante.

Sumário Uma variedade de opções de aglutinação e sinterização estão disponíveis para componentes impressos em 3D. Equipamentos de impressão 3D, materiais e aglutinantes continuam a evoluir. Desenvolvimentos futuros no controle microestrutural podem fornecer a capacidade de adaptar microestruturas específicas para várias áreas de um único componente.

As velocidades de impressão e as taxas de produção de componentes continuarão a aumentar. No entanto, a ciência por trás do processo de sinterização (ou seja, tempo, temperatura e atmosfera) permanece inalterada. Os requisitos de material continuarão a orientar a seleção do tipo de equipamento de sinterização e atmosfera. A sinterização continuará sendo um processo para o desenvolvimento das microestruturas, densidades e resistências finais dos materiais.

A manufatura aditiva oferece a capacidade de aumentar a complexidade das peças, propriedades personalizadas do material e prazos de entrega mais curtos. A tecnologia é e continuará sendo perturbadora. Eventualmente, ela se estabelecerá como outra ferramenta na caixa de ferramentas de processamento de metal.

PARA MAIS INFORMAÇÕES: Mark Saline, presidente, Sinterite & CI Hayes, 310 State Street, St. Marys, PA. EUA 15857; tel: + 1 814-834-2200 ext. 326; e-mail: msaline@gasbarre.com; web: www. gasbarre.com.

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METALURGIA EVENTOS 2020 VII Seminário de Processos de Tratamentos Térmicos 01 e 02 de Abril - Delphi - Piracicaba (SP) 7th Heat Treatment Processes Seminar, Apr 01 and 02

VII Seminário de Manutenção e Segurança de Fornos Industriais 13 e 14 de Maio 7th Furnace Maintenance and Safety Seminar, May 13 and 14

VI Seminário de Introdução ao Tratamento Térmico e Metalografia 24 e 25 de Junho 6th Introduction to Heat Treatment and Metallography Seminar, Jun 24 and 25

VI Seminário de Introdução ao Tratamento Térmico e Metalografia 24 e 25 de Junho 6th Introduction to Heat Treatment and Metallography Seminar, Jun 24 and 25

Metalurgia - Feira de Fundição e Metalurgia

15 a 18 de Setembro - Pavilhões Expoville - Joinville (SC) Foundry and Metallurgy Fair, Sep 15 to 18

IV Engrenagens - Usinagem e Tratamento Térmico

23 e 24 de Setembro 4th Gears Seminar - Machining and Heat Treatment, Sep 23 and 24

II Seminário de Conformação e Aplicação de Aços de Alto Desempenho 17 e 18 de Outubro - SP 2nd PHS - Press Hardening Steels - Forming and Application, Oct 20 and 21 1st Metallic Forming Congress

VIII Seminário de Tecnologia do Forjamento 17 e 18 de Novembro 8th Forging Technology Seminar, Nov 17 and 18

II Seminário de Tecnologia de Estampagem 17 e 18 de Novembro 2nd Stamping Technology Seminar, Nov 17 and 18

I Seminário Manufatura Aditiva Metálica - Tecnologias Metalurgia do Pó 17 e 18 de Novembro 1st Metal Additive Manufacturing Seminar - Power Metal Technology, Nov 17 and 18 Para mais informações: For more information: www.grupoaprenda.com.br | contato@grupoaprenda.com.br +55 19 3288-0437 +55 19 99205-5789