Revista Industrial Heating - Jan a Mar/ 2020

BRASIL

Abr a Jun 2019 The International Journal Of Thermal Processing

ÍNDICE

Solda de Ligas Resistentes ao Calor

Jan a Mar 2020

46

18 Retrospectiva Heat Treat Show 2019 34 Lei de Segal de Tratamento Térmico Sob Atmosfera 38 Equipamentos de Manutenção Refratária 42 Ferramental Automotivo com Tratamento Térmico a Laser

Tecnotêmpera Adquire Forno a Vácuo com 4T de Capacidade de Carga A maior e mais conceituada revista da indústria térmica • www.sfeditora.com.br

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e mede as diferenças de temperatura, de maneira precisa, para prevenir e evitar acidentes.

A310

FLIR

Na Capa: Tratamento térmico mostrando dispositivo de carga com peças Confira na página 46.

38

34 CONTEÚDO

42

JAN A MAR 2020 - NÚMERO 46

ARTIGOS 34

Controle de Processo & Instrumentação

Lei de Segal de Tratamento Térmico Sob Atmosfera Steve Offley - PhoenixTM Ltd; Reino Unido, Inglaterra

Muitos na indústria de processamento térmico podem recitar tabelas de conversão de ponto de orvalho com os olhos fechados. Outros podem ter certos diagramas de fase comprometidos com a memória. Talvez alguns seletos estejam familiarizados com Adolf Fick e Walther Nernst pioneiros no desenvolvimento das Leis da Difusão nas quais, sem saber, ainda que instintivamente, confiamos.

38

Refratários

Equipamentos de Manutenção Refratária de Alta Temperatura Heather Harding – Bricking Solutions, Inc.; Monroe, Washington, EUA

O fabricante da primeira máquina de tijolos do setor em 1966 discute melhorias em eficiência, segurança e lucros com o uso de equipamentos especializados. Desde o arrancamento dos tijolos até a instalação, existem muitas oportunidades para segurança, eficiência e economia de custos que caem através das rachaduras durante a manutenção do forno.

42

Vácuo & Tratamento de Superfície

Redução de Custos de Ferramental Automotivo Usando Tratamento Térmico a Laser Aravind Jonnalagadda – Synergy Additive Manufacturing LLC; Clinton Township, Michigan, EUA

O tratamento térmico a laser (LHT - Laser Heat Treating) tornou-se amplamente difundido na Europa. Mas, surpreendentemente, ele quase não é praticado nos EUA, embora a maioria dos analistas acredite que sua adoção final pelos OEMs dos EUA seja inevitável. Mas, como o rock and roll britânico em 1964, o LHT está prestes a chegar às costas dos EUA.

46

Materiais Resistentes ao Calor

Perguntas Frequentes e Como Soldar Ligas Resistentes ao Calor: Confissões de um Metalurgista Marc Glasser – Rolled Alloys; Temperance, Michigan, EUA

A escolha e o processamento de ligas resistentes ao calor sempre levantam questões metalúrgicas. Vamos fornecer algumas respostas. Como metalúrgico, muitas vezes me pedem assistência em questões metalúrgicas relacionadas a produtos e seleção de ligas. Aqui estão as perguntas mais frequentes e um guia para responder a essas perguntas.

4 JAN A MAR 2020

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 Pedro Navero Publicidade & Propaganda, pedro@grupoaprenda.com.br • (19) 3288-0437 Sunniva Simmelink Revisão, sunnivags@gmail.com • (19) 99229-2137 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

18 DEPARTAMENTOS 06 Índice de Anunciantes 12 Eventos 13 Indicadores Econômicos 14 Novidades 18 Retrospectiva Heat Treat Show 2019

ÍNDICE DE ANUNCIANTES Empresa

Pág. Contato

Combustol Fornos

2ª capa

www.combustol.com.br

Erik Klingerman Group Publisher, klingermane@bnpmedia.com • +1 440-292-7580

Contemp

09

www.contemp.com.br

EDIÇÃO E PRODUÇÃO NOS EUA

Delphi

13

www.delphi.com

Reed Miller Publisher Associado/Editor - M.S. Met. Eng., reed@industrialheating.com • +1 412-306-4360 Bill Mayer Editor Associado, bill@industrialheating.com • +1 412-306-4350 Brent Miller Diretor de Arte, brent@industrialheating.com • +1 412-306-4356

Energis8

3ª capa

www.energis8agroquimica.com.br

FLIR Systems Brasil

03

www.flir.com.br

Grefortec

05

www.grefortec.com.br

Grupo Aprenda

33, 4ª capa

www.grupoaprenda.com.br

Insertec Fornos Industriais

09

www.insertc.biz

Kanthal

23

www.kanthal.com

LMTerm

27

www.lmterm.com.br

Metalurgia 2020

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www.metalurgia.com.br

Portal Aquecimento Industrial

12, 25, 30, 41, 45, 50

www.aquecimentoindustrial.com.br

Nel Hydrogen

29

www.nelhydrogen.com.br

TAV Vacuum Furnaces

11

www.tav-vacuumfurnaces.com

UPC - United Process Controls

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www.group-upc.com

REPRESENTANTE DE PUBLICIDADE NOS EUA Kathy Pisano Diretora de Publicidade, kathy@industrialheating.com +1 412-306-4357 Fax: +1 412-531-3375 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 JAN A MAR 2020

Industrial Heating

08 CONTEÚDO

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JAN A MAR 2020 - NÚMERO 46

COLUNAS 08 Editorial EUA

Tudo Sobre Indústria Aeroespacial

A indústria aeroespacial é de importância crítica para o nosso mundo de processamento térmico. Por esse motivo, precisamos prestar atenção ao que está acontecendo. Algo que intrigou alguns de nós por muitas décadas são os carros voadores.

10 Editorial Brasil

Olhando o Futuro

Quantas vezes em minha vida participei de um seminário em que o mediador era um jornalista. E como tal era convidado a também dar uma palestra. Na maior parte das vezes para dar um panorama sobre a atualidade do tema da reunião, não podendo faltar um fechamento com as perspectivas futuras. Sempre me perguntei como podiam imaginar que um jornalista tinha essas projeções. Que sabia o que ia acontecer.

20 Educação & Pesquisa

Sobre Ombros de Gigantes A juventude carece de experiência, enquanto a maturidade, de energia. O Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo (IFSP), campus São Carlos, é jovem (criado em 2008) e, assim, sua comunidade depara-se com algumas indagações diariamente: “Vocês trabalham onde? Instituto?

22

Siderurgia Hard Spot: Novo Desafio Para os Dutos

Petrolíferos de Aço De forma geral, à medida em que uma

jazida petrolífera vai sendo explorada, ocorre um aumento nos teores de ácido sulfídrico (H2S), o chamado sour gas, nos fluidos dela extraídos. Esse ácido reage com água sobre a superfície dos tubos de aço que conduzem esses fluidos.

24 Simulação Computacional

Simulação Computacional X Prática A simulação computacional assume importância cada vez mais significativa como ferramenta de aquisição de conhecimento. Ela permite a criação de modelos matemáticos representativos de um processo real e possibilita a interpretação dos comportamentos desenvolvidos no material mediante às condições nas quais esse foi submetido.

26 Pesquisa e Desenvolvimento

Inteligência Artificial: A Nova Corrida Espacial Não é novidade

para os nossos leitores que nós estamos vivendo a era do conhecimento, da informação e dos dados. Existem diversos especialistas que mostram que neste século nós vamos experimentar 20.000 anos de progresso no ritmo e velocidade que a inovação está acontecendo.

28 Combustão

Perigos no Monóxido de Carbono

O monóxido de carbono é um gás comumente utilizado em atmosferas de tratamento termoquímico por suas excelentes características como gás redutor. Porém é um gás que inspira muitos cuidados pois pode causar fatalidades.

31 Doutor em Tratamento Térmico

Falando Francamente Sobre Descarbonetação e IGO/ IGA A

diferença básica é que a descarbonetação - parcial ou total - é o resultado da combinação da difusão de carbono para a superfície associada à reação deste carbono com oxigênio, de modo que ocorre um gradiente de carbono da superfície até uma dada profundidade.

Industrial Heating

JAN A MAR 2020 7

EDITORIAL EUA

Tudo Sobre Indústria Aeroespacial

A

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

indústria aeroespacial é de importância crítica para o nosso mundo de processamento térmico.

Por esse motivo, precisamos prestar atenção ao que está acontecendo.

Algo que intrigou alguns de nós por muitas décadas são os carros voadores. Quando criança, lembro-me de ver a capa da revista Popular Mechanics de meu pai, contendo fotos e desenhos desse tipo de veículo de voo pessoal.

Parece que isso está se aproximando da realidade.

Recentemente, informamos que o Zhejiang Geely Holding Group, dono da Volvo Cars e com participação na Daimler AG, investirá na fabricante de carros voadores Volocopter GmbH. A Geely e a Volocopter, com sede na Alemanha, formarão uma joint venture em um esforço para trazer carros voadores para a China.

O Hyundai Motor Group também lançou uma nova divisão de mobilidade aérea para desenvolver tecnologia para a comercialização de carros voadores. A Hyundai acredita que o setor de transporte aéreo urbano crescerá em um mercado de US$ 1,5 trilhão nos próximos 20 anos.

O Uber é outro participante desse mercado e eles avançaram com o Uber Copter.

Atualmente, estão disponíveis voos de Lower

Jessica Meir (à esquerda) e Christina Koch se preparam para sua primeira caminhada espacial juntas 8 JAN A MAR 2020

Industrial Heating

Manhattan para o aeroporto JFK por um custo de US$ 200 a 225. A Uber espera que seu projeto de Nova York Copter pavimente o caminho para o Uber Air, um serviço de táxi de aeronaves elétricas de “decolagem e aterrissagem”.

Quando você estiver lendo isso, a primeira caminhada espacial feminina já terá sido realizada. Várias caminhadas espaciais foram agendadas para outubro, como esta em 21 de Outubro. Uma faculdade comunitária em Washington está incentivando as mulheres a entrar em outra ocupação aeroespacial mecânica da aviação - para a qual o salário médio anual agora é de US$ 70.620. A National Science Foundation está concedendo à escola uma bolsa para aumentar o número de mulheres nos programas de técnicos aeroespaciais. Um relatório recente da Boeing aponta para outra necessidade séria de 804.000 pilotos em todo o mundo nas próximas duas décadas.

A Manufatura Aditiva (AM - Additive Manufacturing ) na indústria aeroespacial é definitivamente uma área a se observar.

A produção de peças de titânio aeroespacial de maneira aditiva (versus subtrativa) é economicamente viável devido ao custo do titânio. Durante o Paris Air Show, a GE Additive anunciou um investimento significativo na tecnologia Arcam de fusão de feixe de elétrons (EBM - Electron-Beam Melting). Serão adquiridos 27 sistemas EBM adicionais, e as 62 unidades EBM da GE Additive serão usadas para produzir lâminas de titânio-alumineto (TiAl) para a turbina de baixa pressão do motor GE9X. A Norsk Titanium imprimiu com sucesso o fio de titânio personalizado da QuesTek para fins de teste. A microestrutura e as propriedades de várias condições tratadas termicamente foram avaliadas e consideradas superiores ao Ti-6Al-4V padrão.

EDITORIAL EUA A Rolls-Royce adicionou um sistema AM produzido pela SLM Solutions AG para avançar a tecnologia AM para componentes aeroespaciais. Além disso, a GKN Aerospace encomendou uma segunda instalação de produção piloto em larga escala no laboratório DOE da Oak Ridge National Laboratory (ORNL). É relatado que é “a maior célula piloto de produção do gênero no mundo”.

A Carpenter Technology Corp. e a Israel Aerospace Industries (IAI) estão colaborando para produzir componentes AM para produção de aeronaves comerciais.

A tecnologia AM está sendo usada para novas plataformas e aplicativos.

Você já quis ser astronauta e visitar a Estação Espacial Internacional (International Space Station – ISS)? Em breve, será possível se você tiver dinheiro suficiente. Como uma maneira de reduzir os custos operacionais anuais da NASA, eles estão abrindo a ISS para "missões privadas de astronautas de até 30 dias". A primeira missão começará neste ano 2020.

A NASA iniciará dois vôos particulares por ano, cada um provavelmente custando US$ 50 milhões. A NASA receberá US$ 35.000 por cada noite que um astronauta passa na ISS. Aproveite a viagem e me envie um cartão postal!

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Industrial Heating JAN A MAR 2020 9

EDITORIAL BRASIL

Olhando o Futuro

Q

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

10 JAN A MAR 2020

uantas vezes em minha vida participei de um seminário em que o mediador era um jornalista. E como tal era convidado a também dar uma palestra. Na maior parte das vezes para dar um panorama sobre a atualidade do tema da reunião, não podendo faltar um fechamento com as perspectivas futuras.

Sempre me perguntei como podiam imaginar que um jornalista tinha essas projeções. Que sabia o que ia acontecer. Que ele era o dono da bola de cristal.

Como também acabei enveredando pelo caminho do jornalismo e vestindo este paletó pude sentir na pele a mesma situação. De também ter que dar opinião sobre como seria o futuro. Em reuniões muitas vezes sou solicitado a dar minha opinião, consolidando os dados do momento atual para projetar o futuro. Se espera do jornalista essa virtude. Alguns até se especializam nisso, ficam famosos, faturam alto. Veja Ricardo Boechat (já falecido), Miriam Leitão, Marli Olmos, entre vários outros.

Até entendo que o jornalista, por estar focado nos acontecimentos do setor em que atua e em contato constante com os vários players do mercado, tenha uma visão mais completa e contínua para emitir sua opinião. Mas tenho para mim que atualmente essa “missão” é extremamente ingrata. A rapidez dos acontecimentos – coronavirus é um exemplo - e a imprevisibilidade das atitudes – Trump e seguidores é outro exemplo – quebram qualquer possibilidade de acerto de projeções.

Mas vamos ao que temos em mãos. No editorial da edição passada eu comentava sobre o resultado da pesquisa do mercado de TT que fazemos trimestralmente com resultado publicado na coluna Indicadores Econômicos: “Não me recordo de termos publicado índices tão pessimistas em nossas edições” eu dizia então. Pois saiba que o quadro pouco mudou nesse início de 2020. Todos os indicadores que publicamos

Industrial Heating

nesta edição estão com índices de -3 ou piores. O índice do Futuro é o que apresenta o pior desempenho, com -3,5%. Verifique por favor detalhes na página correspondente.

Esta edição traz quatro artigos dedicados ao universo do Tratamento Térmico: Perguntas Frequentes e Como Soldar Ligas Resistentes ao Calor: Confissões de um Metalurgista. Escrito por Marc Glasser da empresa Rolled Alloys.

Outro artigo, Lei de Segal de Tratamento Térmico sob Atmosfera, escrito por Steven Christopher da SSI Super Systems.

Na sequência temos o artigo Equipamentos de Manutenção Refratária de Alta Temperatura, escrito por Heather Harding da Bricking Solutions. Por último, trazemos o artigo escrito por Aravind Jonnalagadda, Diretor Técnico da empresa Synergy Additive Manufacturing: Redução de Custos de Ferramental Automotivo Usando Tratamento Térmico a Laser.

Congresso Conformação Metálica E por falar de futuro - No decorrer destes anos em que estamos realizando seminários técnicos através do Grupo Aprenda, notamos que de certa forma há áreas de sobreposição em se tratando de eventos de técnicas similares. Me refiro a Estampagem e Forjamento, por exemplo.

Por esta razão, e também para dar lugar a novas tecnologias que tem objetivos comuns, resolvemos unir alguns seminários em um evento que denominamos de Congresso. Iniciando com o de Conformação Metálica. Aproveitando sinergias dos segmentos de Forjamento, Estampagem, e porque não, de Manufatura Aditiva e outras tecnologias de conformação da Metalurgia do Pó.

O evento está previsto para ocorrer de 16 a 18 de Novembro, no Hotel Plaza Vinhedo, interior de São Paulo. Sendo o dia 16 previsto para as visitas técnicas e os dias 17 e 18 do seminário propriamente dito.

Boa leitura!

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Industrial Heating

JAN A MAR 2020 11

Indústria & Negócios

Novidades

EVENTOS Maio 13-14 (ADIADO) VII Seminário Manutenção e Segurança de Fornos Industriais Combustol - Jundiaí (SP) 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 Julho 22-23 VI Seminário de Introdução ao Tratamento Térmico e Metalografia Villares Metals - Sumaré (SP) www.grupoaprenda.com.br Agosto 05-08 II Seminário TT Sul – Processos de Tratamentos Térmicos Sindimetal – São Leopoldo (RS) www.grupoaprenda.com.br Setembro 08-10 AMTS - Brasil Automotive Manufaturing Technology Show São Paulo Expo – São Paulo (SP) www.amtsbrasil.com.br 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 23-24 IV Engrenagens – Usinagem e Tratamento Térmico 12 JAN A MAR 2020

Industrial Heating

www.grupoaprenda.com.br Setembro 30-Outubro 02 FNA - Furnaces North America Louisville, Kentucky (Estados Unidos) www.furnacesnorthamerica.com Outubro 06-08 VI ABM Week São Paulo (SP) www.abmbrasil.com.br Outubro 14-16 40º SENAFOR Porto Alegre (RS) www.senafor.com.br Novembro 16-18 I Congresso Conformação Metálica Compreendendo: VIII Seminário de Tecnologia do Forjamento; II Seminário de Tecnologia de Estampagem; II Seminário de Conformação e Aplicação de Aços de Alto Desempenho - PHS e I Seminário

Tecnologias Metalurgia do Pó – MIM, Sinter HIP, AMPM Vinhedo Plaza Hotel – Vinhedo (SP) www.grupoaprenda.com.br

2021 Março 31-Abril 01 VIII Seminário de Processos de Tratamentos Térmicos www.grupoaprenda.com.br Maio 04-08 EXPOMAFE São Paulo Expo – São Paulo (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.

Novidades

Indústria & & Negócios

INDICADORES ECONÔMICOS NÚMERO DE CONSULTAS 5,0

5,0

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NÚMERO DE PEDIDOS 4,0 3,0

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CARTEIRA

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FUTURO

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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 Out a Dez 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 Out a Dez 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 Out a Dez 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.

Industrial Heating

JAN A MAR 2020 13

Indústria & Negócios

Novidades

INSTITUCIONAL

Combustol Fornos Para atender às necessidades do mercado de tratamento térmico, a Combustol Fornos fornece uma ampla gama de Fornos e Estufas industriais para essa finalidade.

Os equipamentos produzidos pela Combustol Fornos são desenvolvidos com o que há de mais moderno em tecnologia de acordo com o processo e a demanda produtiva do cliente.

A linha de produtos da empresa é composta de fornos para reaquecimento, tratamento de forjados e fundidos, fornos para tratamento térmico de cementação, têmpera, carbonitretação, nitretação, revenimento e outros processos sob atmosfera controlada, fornos a vácuo para têmpera, brasagem e solubilização, linhas contínuas para recozimento, fornos contínuos para sinterização, Fornos especiais para cementação a baixa pressão entre outros de acordo com as especificações do cliente.

A empresa, com objetivo de atender à Indústria 4.0 disponibiliza aos clientes sistemas de automação e controle de fornos industriais por meio de ferramentas avançadas que potencializam seu desempenho através da otimização do controle de processo, qualidade, manutenção, segurança e produtividade.

A Combustol fornos possui equipe especializada para realização de calibração de malhas de temperatura para atendimento ao NADCAP, CQI-9, AMS2750 e demais normas específicas, teste SAT (acuidade) e TUS (uniformidade).

Além disso, a empresa executa serviços especializados de “retrofitting”, manutenção e reformas de fornos e estufas industriais de acordo com os requisitos de seus clientes.

14 JAN A MAR 2020

Industrial Heating

Sobre a empresa: Desde 1959, o Grupo Combustol & Metalpó vem se destacando nos mercados em que atua principalmente pelo fornecimento aos seus clientes de produtos confiáveis, duráveis e de excelente qualidade.

O Grupo é formado pelas empresas Combustol Fornos Indústria e Comércio Ltda, Combustol Indústria e Comércio Ltda, Combustol Tratamento de Metais Ltda, Combustol Minas Tratamento de Metais Ltda, Brastêmpera Tratamento de Metais Ltda e Metalpó Indústria e Comércio Ltda.

A Combustol, primeira empresa do grupo a ser criada fabricando inicialmente fornos industriais e queimadores, atua hoje também nas áreas de refratários e tratamento térmico. É atualmente uma das maiores empresas nacionais fabricante de fornos industriais que produz e exporta equipamentos da mais alta confiabilidade.

A Metalpó , inicialmente constituída como uma divisão da Combustol voltada para a fabricação de peças sinterizadas e à produção de pós metálicos atomizados tornou-se uma empresa independente em 1967. Atualmente é uma das principais fabricantes de pós metálicos atomizados e peças sinterizadas do Brasil que atende aos mais diversos tipos de indústrias além de exportar seus produtos para vários países.

Contato: Combustol Fornos Ind. e Com. Ltda Rua Alberto Belesso, 590 – Lote 3 – Qd C Parque Industrial II, Jundiaí (SP) (11) 3109-5900 vendas.jundiai@combustol.com.br www.combustol.com.br

Indústria & Negócios

Novidades

TÉCNICO Inovação no Monitoramento de Temperatura para a Indústria Metalúrgica Diariamente nos processos da metalurgia, novas demandas aparecem para os sistemas de medição de temperatura, visando aumento de eficiência no processo, otimização da manutenção, melhoria de qualidade no produto final e redução de perdas em geral.

Como solução, termopares e pirômetros infravermelhos são amplamente adotados nos processos de fundição, envaze, laminação, forjamento, estamparia, solda e tratamento térmico.

Adicionalmente a estas tecnologias, uma grande inovação tem sido adotada

cada vez mais. Trata-se da linha de câmeras térmicas fixas de automação dedicadas para medição de metal. Esta linha foi lançada pela empresa alemã Optris, que no Brasil é representada pela Contemp.

• Imageamento térmico sem contato até 3000°C com 312mil pixels.

Comprimento de onda a partir de 500nm. Exatidão de medição até 1%; • Proteção robusta para instalação em ambientes agressivos até 315°C; • Conectividade com software Free para monitoramento em tempo real: definição de áreas de medição, busca por ponto mais quente/frio, análise

Figs. 1. Monitoramento do desgaste em transportadores de metal fundido: busca por ponto mais quente sobre a superfície externa com alarme parametrizável

Figs. 2. Monitoramento térmico em fundições contínuas: acompanhamento contínuo de toda a extensão do metal fundido

estatística, matemática entre áreas de medição, registro de fotos/vídeos em servidor; • Integração com os outros softwares através de biblioteca de desenvolvimento. Tecnologia antenada às tendências da indústria 4.0; • Integração com automação através de I/Os analógicos e digitais; Casos de sucesso alcançados com esta nova tecnologia: • Monitoramento do desgaste em transportadores de metal fundido: busca por ponto mais quente sobre a superfície externa com alarme parametrizável (Figs. 1); • Monitoramento térmico em fundições contínuas: acompanhamento contínuo de toda a extensão do metal fundido (Figs. 2); • Monitoramento térmico de tarugo em forjarias: acompanhamento térmico do tarugo durante a forja (Figs. 3); • Monitoramento térmico de estamparia: monitoramento da peça e da ferramenta (Figs. 4); • Monitoramento térmico de envaze de moldes (Figs. 5).

Figs. 4. Monitoramento térmico de estamparia: monitoramento da peça e da ferramenta

Figs. 5. Monitoramento térmico de envaze de moldes

Figs. 3. Monitoramento térmico de tarugo em forjarias: acompanhamento térmico do tarugo durante a forja

Industrial Heating

JAN A MAR 2020 15

Indústria & Negócios

Novidades

NOTÍCIAS Tecnotêmpera Adquire Forno a Vácuo com 4T de Capacidade de Carga

A empresa de prestação de serviços de tratamento térmico para terceiros Tecnotêmpera, adquire uma linha de fornos para tratar ferramentas, grandes moldes e peças funcionais. O forno a vácuo desta linha é o forno com maior capacidade de carga na América do Sul, 4000 kg.

Dimensões úteis L x A x C de 1000 x 1000 x 1500 mm. É o primeiro sistema no Brasil, que oferece “cementação a baixa pressão” com esta capacidade de carga. A linha entra em operação no segundo semestre de 2020.

A linha foi comprada da Fulcrum, que é uma das líderes tecnológicas do mercado de equipamentos de tratamento térmico na Ásia. E está sendo representada pela empresa Tecpropro aqui na América do Sul. Sobre a empresa fundada há 20 anos, está localizada em Guaramirim (SC), oferece tratamentos térmicos em banho de sal, atmosfera, indução e vácuo, além de sistema de nitretação gasosa e a vácuo. A Tecnotêmpera possui uma logística para atender seus clientes no Brasil inteiro.

A empresa está crescendo cada ano na capacidade de volume e de processos, mantendo o trabalho ininterrupto 365 dias/24 h.

Sobre a Tecpropro: Empresa brasileira com gestão alemã, oferecendo consultoria gerencial e representando fabricantes de equipamentos/componentes com tecnologias avançadas. Fundada no ano de 2015 em São Paulo, seu sócio e diretor, Thomas Detlef Kreuzaler, desde 2009 no Brasil, mora e trabalha em São Paulo/SP desde 2014.

Expedição da fábrica da FULCRUM

Linha de TT com forno a vácuo e dois fornos de revenimento 16 JAN A MAR 2020

Industrial Heating

Indústria & Negócios

Novidades

NOTÍCIAS LMTerm e IFP – Industrial Finishing Plants iniciaram parceria em 2019 A IFP – Industrial Finishing Plants, representada pela LMTerm – Tecnologia em Processamento Térmico, possui variados modelos de lavadoras de peças a vácuo para desengraxe, limpeza de peças metálicas, plásticas, cerâmicas, entre outras nos mais diversos modelos e tamanhos.

Os produtos da IFP proporcionam a remoção de sujidades, óleos e graxas da superfície ou mesmo de furos e cavidades de peças de modo automático para fabricantes de peças em geral, usinagens, estamparias, indústria metal mecânica, prestadores de serviços, mesmo que o cliente necessite de processo rápido e com repetibilidade para peças delicadas e de geometria complexa sem ter que efetuar lavagens continuas, descarte de solventes, contaminar o ambiente, através de sua forte parceira local com a LMTerm contando com colaboração estreita com cliente, conhecimento de aplicação, pois possui a maior e mais capacitada estrutura para equipamentos industriais da América do Sul. As lavadoras possuem sistema de vácuo e utilizam álcool modificado para limpeza das peças.

Possuem sistema de filtragem e destilação do solvente (álcool modificado) e separação continua e completa das impurezas, sujeiras, óleos e cavacos removidos das peças. O grande diferencial está na regeneração completa do solvente (álcool modificado) que é completamente reutilizado, pois além de

tornar o equipamento uma máquina de limpeza com baixo custo operacional e baixíssimo consumo de insumos, é uma máquina ecologicamente correta, pensada e projetada para não poluir o meio ambiente.

As lavadoras IFP possuem variados tipos de limpezas, podendo ser por imersão, vapor, spray, ultrassom, jateamento, entre outros métodos. Aumentam a produtividade de limpeza de peças das empresas, pois possuem limpezas rápidas, efetivas e com ciclos curtos.

BorgWarner adquire a empresa Delphi Technologies A BorgWarner Inc. (NYSE: BWA) e a empresa Delphi Technologies PLC (NYSE: DLPH) anunciaram hoje que firmaram um contrato definitivo de transação sob o qual a BorgWarner adquirirá a Delphi Technologies em uma transação de ações que valoriza o valor corporativo da Delphi Technologies em aproximadamente US$ 3,3 bilhões.

Conforme a Borg Warner, a combinação com a Delphi Technologies é consistente com a sua evolução em direção ao mercado de propulsão do futuro e permitiria à BorgWarner manter a flexibilidade na propulsão de combustão, híbrida e elétrica. Após o fechamento da transação, a empresa combinada será liderada por Frédéric Lissalde, Presidente e CEO da BorgWarner, e Kevin Nowlan, CFO da BorgWarner, e operará como BorgWarner. A empresa combinada estará sediada em Auburn Hills, Michigan.

Industrial Heating

JAN A MAR 2020 17

30º Heat Treat 2019

A

ASM International, anteriormente conhecida somente como ASM (American Society for Metals - Sociedade Americana de Metais) foi criada em 1913 em Detroit, EUA. Trata-se de uma organização com mais de 30 mil membros, hoje a nível mundial, e que em poucas palavras se destina a congregar pessoas e instituições para difundir conhecimento metalúrgico. E é esta organização, através de sua divisão HTS (Heat Treating Society - Sociedade de Tratamento Térmico) que organiza a cada dois anos a feira e ciclo de palestras Heat Treat Show.

A última edição deste evento, o 30º Heat Treat 2019, foi em Outubro do ano passado, justamente em Detroit, cidade onde nasceu a ASM, que hoje possui uma fantástica sede em Cleveland, Ohio, EUA. O Heat Treat Show, é o

Lounge para mebros da feira ASM International 18 JAN A MAR 2020

Industrial Heating

maior evento da América do Norte dedicado à tecnologia de processamento e tratamento térmico de metais. Já há anos este evento é realizado em conjunto com uma feira e ciclo de palestras dedicada ao mundo da Engrenagem.

Esta feira, anteriormente conhecida como Gear Expo, este ano passou a ser denominada de Motion + Power Technology.

Com esta denominação a feira consegue atender não somente exclusivamente ao mundo das engrenagens, mas também a toda a cadeia do setor de acionamento. É organizada pela AGMA, American Gears Manufacturers Association, a Associação Americana de Fabricantes de Engrenagens.

Tanto a ASM quanto a AGMA (fundada em 1916, então também centenária) são organizações sem fins lucrativos que tem uma forte atuação na produção de normas técnicas, na publicação de revistas e livros e na formação técnica. Para se ter uma idéia, a ASM tem na sua sede em Cleveland, situada em uma área chamada sugestivamente de Materials Park, um Centro de Treinamento que custou US$ 3 milhões com mais US$ 1,7 milhão em equipamentos doados. Dezenas de novos cursos continuam sendo desenvolvidos ali para as necessidades de treinamento mais significativas do setor.

No salão de exposições do evento em Detroit, não foi construída separação física entre as duas feiras, mas os stands da feira de TT estavam de um lado do salão e os das Engrenagens no outro lado. A entrada era uma só, mas as recepções aos participantes eram separadas. Vários auditórios internos (contei 4) traziam continuamente palestras e entrevistas com técnicos e especialistas de cada área. Isso sem contar os ambientes do ciclo de palestras propriamente ditos, que se diferenciavam entre si por serem gratuitos (no caso do TT) e cobrados (no caso das Engrenagens). Estas salas se situavam no lado externo do pavilhão de exposições. Isso dá uma ideia da concentração de atividades oferecidas nos 3 dias do evento: 15 a 17 de Outubro de 2019.

Antes do evento, no dia 14, segunda-feira, o dia ainda era dedicado à montagem final dos estandes. Mas ao mesmo

Indústria & Negócios

Novidades

Estande Kapp Niles

Estande da Gear Technology

Estande da ECM Estande Weisser

Exposição da linha automotiva da Ford

tempo uma série de visitas técnicas foram oferecidas a interessados, algumas gratuitas, outras não. Acabei participando da visita à Rouge Factory da FORD, onde são produzidas todas as versões da pick-up F-150, sucesso de venda nos Estados Unidos. Foi nesta fábrica, localizada ao lado do Rio Rouge, daí o nome, na época uma fazenda, que Henry Ford começou a sua atividade como construtor de automóveis.

Atualmente sai desta fábrica uma F-150 a cada 52 segundos. De qualquer uma de

Entrada da Fábrica da Ford

suas inúmeras versões.

Durante a realização da Heat Treat e Motion+Power vários outros eventos ocorrem em paralelo, aproveitando a sinergia e os visitantes. Tanto a ASM como a AGMA realizam ali seus congressos anuais. Isso faz com que a nata das personalidades do setor de tratamentos térmicos a nível mundial circule pelos corredores do evento.

Outra coisa que chama a atenção é uma forte dedicação ao ensino por parte dos organizadores. Não somente

o ensino técnico através de palestras, mas também dedicado a estudantes em geral. Dentro do recinto de exposições foi montado um auditório para mais de 100 pessoas especialmente para atividades com estudantes. Sem contar o vários “Education Courses” incluídos na programação das duas associações.

Texto escrito por Udo Fiorini, editor-chefe da equipe SF Editora e Portal Aquecimento Industrial, em cobertura da maior feira de TT dos EUA. Industrial Heating

JAN A MAR 2020 19

EDUCAÇÃO & PESQUISA

Sobre Ombros de Gigantes

A

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Campus São Carlos (16) 3351-9458 www.ifsp.edu.br

PROF. DR. ROBERTO RAMON MENDONÇA Doutorado em Engenharia de Materiais pela USP. Especialização em Engenharia de Qualidade e Psicopedagogia. Graduação em Tecnologia Mecânica. É professor do Instituto Federal de São Paulo e responsável por parcerias PD&I com empresas. Também é consultor em metalurgia.

juventude carece de experiência, enquanto a maturidade, de energia.

O Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo (IFSP), campus São Carlos, é jovem (criado em 2008) e, assim, sua comunidade depara-se com algumas indagações diariamente: “Vocês trabalham onde? Instituto? Mas é Federal? Os cursos são pagos? É UFSCar?”. Por estarmos dentro de uma e ao lado de outra das universidades mais renomadas do país, as confusões são inevitáveis e é difícil se sobressair. . Contudo, como disse o gênio Isaac Newton: “Se eu vi mais longe, foi por estar sobre ombros de gigantes”. É assim que o IFSP São Carlos encontra seu caminho, apoiando-se nos ombros das gigantes Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) e Universidade de São Paulo (USP), não por ser dependente delas, mas por poder aprender com a experiência para construir, com a energia de sua juventude, seu próprio caminho e novos horizontes.

O IFSP é uma autarquia federal de ensino, reconhecida pela sociedade paulista por sua excelência no ensino público gratuito de qualidade, fundada em 2008 cujo início foi em 1909 como Escola de Aprendizes Artífices.

Durante sua história, foi também Escola Técnica Federal de São Paulo e Centro Federal de Educação Tecnológica de São Paulo.

Com sua criação, o Instituto Federal passou a destinar 50% das vagas para cursos técnicos e, no mínimo, 20% das vagas para os cursos de licenciatura e formação pedagógica, sobretudo nas áreas de Ciências e da Matemática.

Vista panorâmica do campus São Carlos do IFSP 20 JAN A MAR 2020

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Complementarmente, continua oferecendo cursos de formação inicial e continuada, tecnologias, engenharias e possui programas de pós-graduação. O IFSP é organizado em diversos campi (37 até o momento) e possui mais de 40 mil alunos matriculados nas unidades distribuídas pelo estado de São Paulo.

O campus São Carlos, porém, é singular uma vez que, como já mencionado, está localizado dentro da UFSCar e, assim, divide a atenção dos aproximados 250 mil habitantes da cidade com duas grandes universidades já renomadas e estabelecidas. No entanto, não são rivais, já que vários trabalhos, ações de extensão e projetos de pesquisa são realizados em parceria com a USP e a UFSCar. No campus São Carlos há três eixos de trabalho, a saber, indústria (aviação), computação e gestão, sendo que alguns projetos já foram concluídos e outros ainda estão em desenvolvimento em tais áreas.

No eixo da Indústria, há projetos concluídos junto a empresas do ramo aeronáutico, abrangendo desde o desenvolvimento de materiais compósitos e aerogéis até estudos e análises de documentações e planos de manutenção para/com drones. Há dois grupos de pesquisa (cadastrados no CNPq) formados por docentes, discentes e outros partcipantes cujos trabalhos contribuem não só com a área da aviação, mas também para outras áreas, como a computação: Grupo de pesquisa de inglês para manutenção de aeronaves (GPIMA), cujos membros estão em constante diálogo com profissionais de outras instituições como a Faculdade de Filosofia, Letras e Ciências Humanas da Universidade de São Paulo (FFLCH - USP) e Departamento de Controle do Espaço Aéreo (DECEA), e Núcleo de Pesquisa em Ciências Aeronáuticas (NPCA).

Os próximos projetos estão relacionados à indústria metal-mecânica, ao desenvolvimento

EDUCAÇÃO & PESQUISA de novos aços multifásicos, aços bainíticos e também os aços tratados por meio da Têmpera e Partição. Ainda no campo da metal-mecânica, grupos de pesquisa foram formados para atender demandas de consultorias técnicas e análises de falha em componentes.

Na área da Computação, temos o programa de Mestrado profissional em computação aplicada, em parceria com a UFSCar e a Embrapa São Carlos. E na gestão, há trabalhos desenvolvidos para a implantação de uma sistemática para controle e mensuração de resíduos de serviços e saúde no Hospital Universitário de São Carlos/UFSCar, além de pesquisas sobre indústria 4.0 em parceria com docentes da USP e UFSCar. Ademais, outras tantas ações são desenvolvidas no IFSP São Carlos como o “Leitura Viva” que integra literatura e artes do ensino técnico integrado ao médio, o projeto “Diversidade Cultural: expandindo culturas por meio do espanhol” e a participação no “Festival de Curtas-Metragens de Direitos Humanos: Entretodos”.

Servidores, discentes e convidados da comunidade externa também participam das semanas de palestras e minicursos, como: Semana Nacional de ciência e Tecnologia (SNCT), Semana da Educação (SEDUCA), Semana de Manutenção

de Aeronaves (SEMAER), Semana de Computação (WECOMP) e Semana de Gestão.

Além disso, os alunos têm oportunidades de participar de ações internacionais, como o Programa Sakura de Ciência para o Ensino Médio durante o qual estudantes de cursos técnicos do IFSP realizaram uma visita a instituições de ensino japonesas, e de olimpíadas , como a 1ª Olimpíada de inglês (2019), Olimpíada Brasileira de Física (OBF), Olimpíada Brasileira de Informática (OBI) e Olimpíada Brasileira de Astronomia, em que alunos do IFSP de São Carlos conquistaram Ouro, Prata e Bronze.

O IFSP não é uma escola de ensino médio, mas oferece cursos técnicos integrados ao médio; não é uma universidade, mas oferece cursos de gradução e tem programas de pósgradução; não é uma escola de ensino técnico, mas possui cursos técnicos concomitantes e subsequentes. O Instituto é, na verdade, tudo isso em uma só instituição. Oferece ensino básico, técnico, tecnológico com cursos de licenciatura, bacharelado e EJA (educação de jovens adultos) com desenvolvimento de atividades de pesquisa e extensão. É a juventude cheia de energia e disposição!

Participação da Professora Dr. Daniela Terenzi do Instituto Federal de São Paulo (IFSP) – Campus São Carlos como coautora da coluna.

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JAN A MAR 2020 21

SIDERURGIA

Hard Spot: Novo Desafio Para os Dutos Petrolíferos de Aço

D

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.

e forma geral, à medida em que uma jazida petrolífera vai sendo explorada, ocorre um aumento nos teores de ácido sulfídrico (H2S), o chamado sour gas, nos fluidos dela extraídos. Esse ácido reage com água sobre a superfície dos tubos de aço que conduzem esses fluidos, gerando hidrogênio atômico que se difunde prontamente no metal. Esses pequenos átomos acabam sendo aprisionados em defeitos microestruturais, como inclusões não-metálicas alongadas e vazios, formando então moléculas diatômicas de H2 que não mais se difundem e, portanto, se acumulam nesses locais, formando uma bolha que assume pressão crescente ao longo do tempo e que pode levar à formação de trincas potencialmente perigosas para o duto, especialmente se ela ocorrer em regiões endurecidas e frágeis.

Portanto, a ocorrência dos chamados hard spots (“pontos duros”), ou seja, regiões com dureza superior a 250 HV na parede do tubo, constituem motivo para sua rejeição caso ele deva ser usado no chamado sour service, ou seja, conduzindo fluidos petrolíferos com teores significativos de H2S. Defeitos grosseiros desse tipo, com dimensões

Sistema para inspeção on-line de hard spot em chapas grossas instalado na Dillinger Stahlwerke, Alemanha 22 JAN A MAR 2020

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acima de 50 mm, podem ser causados por resfriamento rápido durante a laminação a quente, queimaduras durante a soldagem a arco e encruamento decorrente, por exemplo, de marcas de esmerilhamento. Tubulações já existentes, mas que passaram a atuar sob sour service, precisam ser testadas quando à presença de hard spots, o que é feito pela passagem de um dispositivo para inspeção de dutos (pipeline inspection gadget ou pig), o qual utiliza métodos não destrutivos para efetuar a medição da dureza do aço. Uma vez identificados, os hard spots requerem ação remediadora, na forma de revestimento protetivo ou controle de proteção catódica.

Até há pouco tempo atrás se acreditava que o problema do hard spot estava restrito a tubos produzidos antes de 1960, tendo ocorrido em função de falhas específicas de fabricação ocorridas em algumas poucas plantas americanas. Tanto é que nunca foi prática usual efetuar medições massivas de dureza em chapas grossas destinadas à fabricação de tubos.

Contudo, esse problema voltou à tona de forma dramática após a ocorrência de uma série de vazamentos num gasoduto recém-construído no campo de Kashagan, no mar Cáspio, em 2014. A origem dessas trincas foi atribuída ao trincamento sob tensão induzido por sulfeto em minúsculas áreas do tubo, com tamanho de alguns poucos décimos de milímetro, que inesperadamente apresentaram altos valores de dureza, tanto próximo a juntas soldadas, como no corpo do tubo.

O completo ineditismo e a falta de informações concretas sobre esse novo defeito ameaçaram promover um retrocesso nas especificações de materiais para tubos de grande diâmetro, tendo até havido propostas

SIDERURGIA em voltar a se usar aços com menores níveis de resistência mecânica, como o API X52, e níveis de dureza abaixo de 220 HV. Contudo, o consequente aumento na espessura da parede do tubo que se faria necessário neste caso dificultaria o atendimento aos altos requisitos de tenacidade e de sour service típicos dessa aplicação.

Portanto, num primeiro instante, foi necessário caracterizar melhor esse defeito até então inédito no produto, para então se poder estabelecer as relações de causa e efeito no processo de fabricação que levam ao seu aparecimento.

O seu tamanho diminuto e caráter subsuperficial dificultam sobremaneira sua identificação, obrigando a uma inspeção total das chapas grossas usadas na fabricação dos tubos, de forma similar ao que já ocorre nos ensaios de ultrassom on-line aplicados para garantir sua sanidade interna. A usina de Dillinger, na Alemanha, benchmark de tecnologia em chapas grossas, logo instalou em sua área de acabamento de chapas grossas um sistema automático que permite determinar a dureza das chapas grossas de forma massiva e não destrutiva, utilizando método magnético baseado em correntes parasitas. O sistema recebeu o nome de D-TECTor (Dillinger – Totally Eddy Current Detector) e já está operando de forma rotineira.

Pesquisas posteriores realizadas por empresas petrolíferas, as maiores interessadas no esclarecimento do hard spot, apontaram diversas causas para ele.

Uma dessas seria a contaminação localizada do aço líquido pelo carbono presente no pó fluxante usado no lingotamento contínuo das placas. Outra possibilidade, bastante intrigante, se baseia no chamado “paradoxo de resfriamento”, fenômeno já conhecido há muito tempo

pelos artesões japoneses que fabricavam espadas para samurais. Eles verificaram que as regiões da lâmina com recobrimento termicamente isolante podem, curiosamente, apresentar maiores taxas locais de resfriamento sob ação de água em relação às regiões onde o revestimento não foi usado. Portanto, pequenas heterogeneidades locais na espessura da carepa (óxido) isolante sobre o esboço podem levar a grandes variações nas taxas locais de resfriamento, promovendo a formação de pontos endurecidos superficialmente onde a carepa fosse mais espessa. Isso levanta a possibilidade de identificar as regiões de uma chapa que poderiam apresentar hard spots a partir da imagem térmica da sua superfície superior, determinada imediatamente após seu resfriamento acelerado.

Uma última questão: por que só agora a questão do hard spot tornou-se crítica? Em primeiro lugar, uma vez que se trata de uma região minúscula e endurecida subsuperficialmente, é praticamente impossível detectar esses defeitos usando os ensaios mecânicos convencionais de dureza. Portanto, esse defeito pode ter passado desapercebido ao longo das várias décadas de fabricação de tubos de grande diâmetro. Ele parece ser danoso somente nos casos em que o fluido conduzido promove um ataque extremamente agressivo por H2S, o que é relativamente raro hoje, mas pode ficar mais comum no futuro, com o envelhecimento das jazidas petrolíferas. É interessante notar que vários clientes estão procurando verificar se é possível conviver com esse defeito, determinando o nível mínimo de tenacidade necessário para que uma trinca eventualmente nucleada num hard spot seja capturada pelo aço e, dessa forma, não ofereça risco à integridade do duto.

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Industrial Heating

JAN A MAR 2020 23

SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL

Simulação Computacional x Prática

A

LÍVIA RIBEIRO comercial@sixpro.pro Colaboradora da SIXPRO Virtual&Practical Process, empresa especializada em simulação computacional.

Graduada em Engenharia de Materiais pelo CEFET-MG.

24 JAN A MAR 2020

simulação computacional assume importância cada vez mais significativa como ferramenta de aquisição de conhecimento. Ela permite a criação de modelos matemáticos representativos de um processo real e possibilita a interpretação dos comportamentos desenvolvidos no material mediante às condições nas quais esse foi submetido. Contudo, a simulação computacional é recurso pouco aplicado no setor de tratamento térmico.

Essa resistência apresentada pelas indústrias à simulação está relacionada à cultura das empresas em manter processos convencionais e preterir o investimento em novas tecnologias, além da falta de compreensão sobre ferramentas dos softwares e da ausência de profissionais habilitados a utilizarem tal recurso. É importante entender que a simulação não substituirá testes práticos e profissionais

Industrial Heating

que desenvolvem processos, pois ela não é capaz de estabelecer estratégias e solucionar problemas. A simulação atuará como um recurso gerador de resultados, a partir de dados de entrada, que possibilita, por meio de análises críticas de profissionais da área, a definição de condições mais assertivas para serem testadas e estabelecidas em prática. Assim, evitam-se gastos excessivos com material, energia, retrabalhos, investimentos e outros.

Tomemos um aço SAE 1045, após tratamento térmico de recozimento, com sua microestrutura (Fig. 1) e dureza medidas em prática, objetivando comparar os resultados com a simulação. Em prática, detectou-se a formação de 58% de perlita e 42% de ferrita, enquanto os resultados obtidos com a simulação identificaram 63% de perlita e 37% de ferrita. Com relação à dureza das amostras, em prática mediu-se 157

SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL F F

P

P

100 μm

LEIA ONLINE

25 μm

Fig. 1. Microestrutura do aço SAE 1045 após tratamento térmico de recozimento

900 800

A3= 760.4

700

A1= 695.8

Ferrita (1%) Perlita (1%) Bainita (1%) Austenita (1%) Início Martensita Martensita (50%) Martensita (90%)

600 500 400 300 200 100 0

Hardness 35 0,1

10

32

27

8

1000

-3

Temperatura de austenitização (ºC): 820 Tamanho de grão: 9.0 ASTM

100000

Fig. 2. Exemplo de um diagrama TRC para um aço SAE 3310, obtido via JMatPro®

HV e via simulação obteve-se 158 HV. Partindo de dados de entrada, como: composição química, tamanho de grão, temperatura de austenitização do material, geometria da peça, tempo de resfriamento e parâmetros relativos ao meio de resfriamento, é possível obter diagramas de transformação, como exemplificado na Fig. 2, e extrair informações sobre porcentagem de fases e dureza do material. É possível também, não só prever microestrutura e propriedades para um determinado material, mas também sua variação em um componente metálico industrial.

Vale destacar que para determinar a dureza e microestrutura do material em prática foram necessárias: 2 horas de preparo até o forno atingir a temperatura de 850°C, 1 hora para a peça alcançar a completa austenitização, 20 horas

do material dentro do forno para garantir o resfriamento lento inerente do processo de recozimento e outras 12 horas de preparação de amostra (corte, embutimento, lixamento, medição de dureza, observação da microestrutura e análise de dados), totalizando 35 horas.

A simulação computacional, via software QForm, por sua vez, necessitou de 10 minutos para inserção dos parâmetros de processo e 3h36m para cálculos, totalizando 3h46m para obtenção de resultados.

Finalizando, fica evidente o quanto a simulação computacional pode auxiliar na previsão de resultados e no desenvolvimento de processo, garantindo economia de tempo, material, energia, retrabalho, fatores esses que justificam a utilização dessa ferramenta.

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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.

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JAN A MAR 2020 25

PESQUISA E DESENVOLVIMENTO

Inteligência Artificial: A Nova Corrida Espacial

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 JAN A MAR 2020

aro leitor, gostaria de compartilhar contigo um tema que tem esquentado o primeiro mundo dentro de todos cenários, e ainda com muita força no setor automotivo, todavia, muito embrionário aqui em nosso país, por isto valeria a pena mostrar que temos uma enorme oportunidade de participar e contribuir com esta nova era e para tornar este tema de valor tecnológico para a coluna, convidei nosso amigo Regis Ataides (Diretor de Canais da Siemens DISW), que vive este assunto por aqui e também nos fóruns globais, para nos ajudar a entender a situação atual deste tema.

Não é novidade para os nossos leitores que estamos vivendo a era do conhecimento, da informação e dos dados. Existem diversos especialistas que mostram que neste século nós vamos experimentar 20.000 anos de progresso no ritmo e velocidade que a inovação está acontecendo. A aceleração do conhecimento já é em escala exponencial e com uma taxa nunca vista pela humanidade, isso ocorre em todos os setores da sociedade.

Grande parte desta explosão vem da conectividade. Estima-se que no ano de 2025 (isso mesmo, daqui menos de 5 anos) teremos

Industrial Heating

“Estima-se que no ano de 2025 (isso mesmo, daqui menos de 5 anos) teremos cerca de 100 bilhões de dispositivos conectados, cada um com dezenas de sensores coletando dados em tempo real.” cerca de 100 bilhões de dispositivos conectados, cada um com dezenas de sensores coletando dados em tempo real. São os dispositivos “smart”, como eletrodomésticos, itens de vestuário, relógios, smarphones, veículos, máquinas na linha de produção etc., todos gerando dados em tempo real. Com mais dados, naturalmente vem mais complexidade. Como lidar com esta enorme quantidade de dados e com a complexidade envolvida nesta informação?

Alguns dizem que a resposta é limitar ou tentar gerenciar essa complexidade.

Particularmente, não creio que consigamos gerenciar essa complexidade e quem tentar limitar a sua geração, seguramente não estará mais no mercado em alguns anos. Não é possível limitá-la.

A inteligência artificial é, sem dúvidas, uma das respostas mais consistentes para esta pergunta. Estima-se que por volta de 2029 os computadores vão atingir o nível de inteligência dos seres humanos. E indo mais além, em 2042 vamos atingir a chamada Singularidade, ou seja, o evento ou sequência de eventos responsáveis pela intersecção entre a inteligência humana e da máquina. É essa união entre a inteligência humana e a inteligência artificial evoluída que permitirá que possamos lidar com a enorme

PESQUISA E DESENVOLVIMENTO quantidade de dados e informação, gerando conhecimento verdadeiro e útil para a sociedade.

Algumas das tecnologias necessárias para a evolução da inteligência artificial já são nossas conhecidas de hoje, tais como internet 5G, computação quântica, biologia sintética, entre outras.

Enfatiza Regis, “O segredo aqui é atingir um alto nível de maturidade da inteligência artificial e as grandes nações do mundo já perceberam isso. O que estamos vivenciando atualmente é a chamada nova “Corrida do Ouro” ou “Nova Corrida Espacial”. Essa corrida já começou há alguns anos e os dois líderes atuais são Estados Unidos e China. Estima-se que atualmente existem aproximadamente 1,9 milhões de profissionais trabalhando com desenvolvimento de Inteligência Artificial no mundo. Aproximadamente 850.000 estão nos Estados Unidos e outros 100.000 na China. Somente a DARPA (Departamento de Defesa dos Estados Unidos) anunciou recentemente investimentos da ordem de US$ 2 bilhões para desenvolver a próxima geração de inteligência artificial. Esta iniciativa é chamada de “AI Next.”

Sem dúvida que este tema já é e será uma grande fonte de empregos e oportunidades no mundo, não somente para as grandes corporações, mas também para os profissionais, start-

ups e pesquisadores.

E o Brasil? Como sempre estamos um pouco (ou bastante) atrás nesta corrida. Há apenas alguns anos atrás, o Ministério da Indústria, Comércio e Serviços brasileiro criou as diretrizes macro para a inserção do nosso país na chamada Indústria 4.0. Um portal foi criado pelo Ministério (http://www. industria40.gov.br/), pelo qual pode se perceber quais são os 5 temas apontados como os de maiores relevâncias. São eles: Manufatura Aditiva, Inteligência Artificial, Internet das Coisas, Biologia Sintética e Sistemas Ciber-físicos. Mesmo citando abertamente a Inteligência Artificial como sendo um dos temas importantes, percebe-se que o país ainda tem problemas mais complexos para atacar antes, como redução de custos de produção, aumento da produtividade etc.

De qualquer forma, percebemos somente algumas ações isoladas de start-ups e universidades brasileiras com foco em desenvolver inteligência artificial. Softwares de veículos autônomos estão sendo desenvolvidos por grandes Universidades, como USP, UFES, Unicamp etc. O fato é que ainda estamos muito tímidos no tema que definirá os novos líderes mundiais na tecnologia mais inovadora das próximas décadas, e por isso convido-os para esta nova era espacial.

Muito obrigado e até próxima coluna de IH.

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JAN A MAR 2020 27

COMBUSTÃO

Comparação Entre Combustíveis na Indústria

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.

ANA PAULA GARCIA SANTOS anapaula2003@hotmail.com Advogada Especializada em Direito Tributário, Pós graduação em Direito Tributário pela PUC, Especialização em Processo Tributário pelo IBPT, Especialização em Liderança Transformadora pela Fundação Dom Cabral.

28 JAN A MAR 2020

s consumidores industriais sempre convivem com o dilema de qual combustível seria o mais adequado às suas empresas. Tal adequação poderia ser interpretada sob alguns pontos de vista, geralmente sendo o mais importante o custo específico do combustível. Mas outros aspectos não podem ser esquecidos como disponibilidade local, garantia do abastecimento, eficiência no processo, impactos ambientais e custos indiretos.

Os custos específicos dos combustíveis podem ser expressos nas unidades monetárias em função das energias neles contidas.

Recomenda-se que seja adotado o Poder Calorífico Inferior (PCI) de cada combustível, publicado anualmente no Anuário Estatístico da ANP. Deve-se observar se a informação do PCI está na unidade de comercialização.

Por exemplo, o PCI do óleo diesel é informado como 10.100 kcal/kg, porém sua comercialização é feita por litro. Assim é necessário aplicar o valor de sua densidade (0,84 kg/L), também informada no citado anuário, encontrando-se o PCI de 8.484 kcal/L. Considerando o preço do litro do óleo diesel em R$ 3,65, seu preço específico seria R$ 0,430 / 1.000 kcal. Cálculos semelhantes poderiam ser realizados com os combustíveis competidores, mantendo-se sempre a mesma base energética escolhida, neste caso arbitrada em 1.000 kcal.

Embora este método da simples comparação dos combustíveis por seus custos específicos seja o mais adotado, um procedimento mais apurado poderia ser levado em conta considerando a eficiência da aplicação de cada combustível no processo industrial. Mas a determinação exata de tais eficiências não é fácil de ser estabelecida através de cálculos teóricos devido às condições particulares de cada equipamento. Por

Industrial Heating

outro lado, as diferenças de eficiência não são muito significativas quando se compara óleos com gases combustíveis em um mesmo equipamento, principalmente em processos de baixas temperaturas como caldeiras, estufas, aquecedores e secadores.

As diferenças de eficiência mais significativas nas conversões de óleos combustíveis para gás ocorrem quando é possível mudar a filosofia da transferência de calor. Alguns processos industriais não permitem o contato direto dos gases da combustão de óleos combustíveis com o produto em elaboração, para evitar a contaminação com hidrocarbonetos não queimados, compostos de enxofre, materiais particulados, cinzas e metais pesados. Nestes processos é necessário interpor uma superfície de troca de calor entre a câmara de combustão e a carga do equipamento, o que reduz a eficiência do processo. A conversão para gás combustível neste tipo de equipamento possibilita a eliminação das superfícies de troca térmica, permitindo o contato direto dos produtos da combustão com a carga, aumentando a eficiência do processo com redução do consumo específico de combustível.

Com certa frequência este tipo de conversão pode possibilitar o aumento da produtividade do equipamento térmico.

Além da equivalência energética, a comparação entre os custos finais dos combustíveis para a indústria deve ainda considerar o regime da tributação envolvida e os créditos tributários passíveis de serem recuperados, os quais poderão diferir para cada combustível. Para evitar a sonegação fiscal ao longo da cadeia PRODUTOR > DISTRIBUIDOR > REVENDEDOR > CONSUMIDOR, o regime aplicado ao ICMS é a substituição tributária – onde o primeiro elo da cadeia, o produtor, torna-se responsável pela

COMBUSTÃO apuração e recolhimento de tal tributo de toda a cadeia.

Assim, no caso do ICMS para combustíveis é considerado somente aquele aplicado como insumo do processo produtivo: • Fato gerador: circulação de mercadorias • Base de cálculo: PMPF = Preço Médio Ponderado Final • Alíquota padrão: ICMS (estadual), no caso de SP, 17% • Alíquota aplicável (base de cálculo reduzida): no caso de SP, 12% • Crédito válido sobre o ICMS recolhido na nota fiscal do fornecedor, nos casos permitidos pela legislação aplicável (no caso de consumidores industriais, depende da utilização comprovada do combustível no processo produtivo).

A empresa consumidora final se credita do ICMS [1] se o combustível for comprovadamente utilizado no processo produtivo, recolhido por substituição tributária, que é (desprezando decisão do STF e considerando a definitividade da base de cálculo ST): Crédito Tributário (CT) = PMPF x alíquota aplicável Em SP: CT = 12% (base reduzida) Para obter o PMPF de cada combustível consultar o site da CONFAZ > Atos PMPF, que atualmente sofre atualização quinzenal.

Como exemplo, um estudo hipotético para substituição de óleo diesel por GLP na caldeira de uma fábrica: • PCI e custo unitário do óleo diesel: 8.484 kcal/L; R$ 3,65/L • PCI e custo unitário do GLP: 11.100 kcal/kg; R$ 4,50/kg • Consumo e custo mensal de óleo diesel: 10.000 L/mês x 3,65 = R$

36.500,00 • Consumo e custo mensal equivalente de GLP: 8.484 x 10.000 / 11.100 = 7.643 kg GLP/mês x 4,50 = R$ 34.393,50 Conforme o Ato COTEPE/PMPF Nº 17 de 24/07/2019: • PMPF do óleo diesel: R$ 3,4470/L • PMPF do GLP granel: R$ 5,5804/kg

Crédito tributário no Estado de São Paulo (atentar para decisão do STF já citada): • Óleo diesel: 12% de 3,4470 = R$ 0,4136/L 0,4136 x 10.000 = R$ 4.136,00/ mês • GLP granel: 12% de 5,5804 = R$ 0,6696/kg 0,6696 x 7.643 = R$ 5.117,75/mês Custo mensal na opção óleo diesel:

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JAN A MAR 2020 29 2/3/20 4:49 PM

COMBUSTÃO R$ 36.500,00 – 4.136,00 = R$ 32.364,00/mês Custo mensal na opção GLP: R$ 34.393,50 – 5.117,75 = R$ 29.275,75/mês Concluindo, o algoritmo aplicado possibilita a comparação entre custos de combustíveis em atividades industriais, onde os diferentes poderes caloríficos e os créditos tributários de ICMS podem significar parcelas não desprezíveis nas avaliações. Casos mais complexos, que envolvam alterações na filosofia da transferência de calor no processo, exigem a simulação das novas condições através de balanços térmicos para estabelecer os consumos dos combustíveis alternativos para aplicação do algoritmo.

Por fim, quanto às contribuições PIS e COFINS, também pode gerar impactos no preço, eis que, dependendo do combustível, pode estar sujeito a regimes de tributação diferentes, onde destacam-se: • Tributação normal, pelo regime não cumulativo (sem crédito tributário) • Tributação normal, pelo regime cumulativo (possível recuperar parte crédito tributário caso o combustível seja utilizado no processo produtivo) • Tributação monofásica (alíquota concentrada), onde a refinaria é responsável pelo recolhimento integral das fases de comercialização do combustível.

Como exemplo, um estudo hipotético para substituição de óleo diesel por GLP na caldeira de uma fábrica, em relação à tributação do PIS e COFINS: Óleo Diesel R$ 0,1109 por litro GLP R$ 0,1677 por quilograma Ademais, caso o consumidor industrial utilize os referidos combustíveis no processo produtivo, possuem direito a crédito tributário das contribuições em tela, aplicando 9,25% sobre o valor da respectiva Nota Fiscal.

Calculando agora os créditos tributários referentes ao PIS e COFINS: Opção diesel: 10.000 L x R$ 0,1109 = R$ 1.109,00 Opção GLP: 7.643 kg x R$ 0,1677 = R$ 1.281,73 Assim, os valores finais para os custos mensais na simulação da substituição de óleo diesel por GLP granel em uma caldeira seriam: Opção diesel: R$ 32.364,00 – R$ 1.109,00 = R$ 31.255,00/mês Opção GLP: R$ 29.275,75 – R$ 1.281,73 = R$ 27.994,02/mês Concluindo, a simulação hipotética mostra que a simples comparação dos custos equivalentes de combustíveis, 30 JAN A MAR 2020

Industrial Heating

desconsiderando as recuperações fiscais, pode levar a distorções significativas. Neste caso, a diferença nos custos mensais inicialmente calculada acarretaria numa economia de apenas 5,8%, a qual passaria a ser 10,6%, ambas favoráveis ao GLP. Embora tenham sido utilizados valores médios para ambos combustíveis, as variações de preços encontradas no mercado exigem análise caso a caso, não devendo pois o resultado desta simulação ser generalizado.

Referências [1] Necessária análise técnica tributária em virtude da recente decisão do Supremo Tribunal Federal, já que Fisco e Contribuintes ainda estão em fase de adequação. Vejamos: RECURSO EXTRAORDINÁRIO. REPERCUSSÃO GERAL. DIREITO TRIBUTÁRIO. IMPOSTO SOBRE CIRCULAÇÃO DE MERCADORIAS E SERVIÇOS - ICMS. SUBSTITUIÇÃO TRIBUTÁRIA PROGRESSIVA OU PARA FRENTE. CLÁUSULA DE RESTITUIÇÃO DO EXCESSO. BASE DE CÁLCULO PRESUMIDA. BASE DE CÁLCULO REAL. RESTITUIÇÃO DA DIFERENÇA. ART. 150, § 7º, DA CONSTITUIÇÃO DA REPÚBLICA. REVOGAÇÃO PARCIAL DE PRECEDENTE. ADI 1.851. (Recurso Extraordinário nº 593.8490)

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DOUTOR EM TRATAMENTO TÉRMICO

Falando Francamente Sobre Descarbonetação e IGO/ IGA

À

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

vezes, aprender mais sobre um fenômeno comum de tratamento térmico pode produzir uma compreensão mais profunda dos princípios subjacentes envolvidos. É o caso quando o Doutor em Tratamento Térmico recebe uma pergunta simples: qual é a diferença entre a formação de descarbonetação superficial e a oxidação intergranular no processamento num forno em atmosfera? Vamos aprender mais.

perda desses elementos na região próxima à superfície. Isso reduz a temperabilidade da região afetada e resulta em produtos de transformação intermediários (por exemplo, bainita, perlita) na microestrutura localizada, afetando significativamente a resistência à fadiga nesses locais. Isto é especialmente importante em engrenagens, rolamentos e outros componentes de sistemas mecânicos que sofrem cementação.

A Resposta A diferença básica é que a descarbonetação parcial ou total - é o resultado da combinação da difusão de carbono para a superfície associada à reação deste carbono com oxigênio, de modo que ocorre um gradiente de carbono da superfície até uma dada profundidade. O resultado é uma camada praticamente desprovida de carbono que se transforma (principalmente) em ferrita ao ser resfriada.

Em contraste, a oxidação intergranular / ataque intergranular (também conhecido como IGO - Intergranular Oxidation / IGA Intergranular Attack ou oxidação de contorno de grão) ocorre principalmente ao longo dos contornos de grão (áreas de baixa energia do reticulado cristalino) devido a elementos que oxidam preferencialmente ao ferro, como silício, cromo e manganês. Isso resulta na

Indo Mais Fundo A descarbonetação é um conhecido processo controlado pela difusão atomica que envolve a remoção de carbono adjascente à superfície do aço a temperaturas elevadas, principalmente (mas não exclusivamente) na região austenítica. Os fatores que contribuem são a alta temperatura e grandes quantidades de oxigênio presentes na atmosfera do forno.

Sob essas condições, os átomos de carbono migram para a superfície e são oxidados. CO ou CO2 são formados e escapam como gases.

Como resultado da perda de carbono próxima à superfície, a superfície do aço após a transformação apresenta menor resistência à tração e dureza. A resistência à fadiga, a taxa de desgaste, o estado de tensão residual e a dureza da camada também são afetadas negativamente. [1,2] A descarbonetação pode ser causada pela ausência ou perda de atmosfera protetora, uma atmosfera de forno cujo potencial de carbono é menor que o conteúdo de carbono superficial das peças ou pela infiltração de ar no forno. Pode ser minimizado pelo controle adequado da atmosfera, fabricação de forno “estanque” ou proteção de superfície (por exemplo, via revestimento de cobre). A

(1) Comprimento 0,002572 polegadas

10 mil Fig. 1. Exemplos de descarbonetação parcial em um aço SAE 1040 recozido

1mil

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JAN A MAR 2020 31

DOUTOR EM TRATAMENTO TÉRMICO

Tempo em temperatura, horas

10 8.0 6.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.8 0.6 0.4 0.3 0.2 0.1

Gás em equilíbrio com base Carbono recarregado para dentro de 95% de carbono base Temperatura superficial do trabalho 788˚C 816˚C 844˚C 872˚C 900˚C 927˚C 955˚C 983˚C 0.002 0.003 0.006 0.008 0.01 0.02 0.03 0.04 0.06 0.08 0.01

Profundidade total de carbono restaurado, polegadas Fig. 2. Curvas gerais de restauração de carbono por vários tempos à temperatura (Ref: “Surface Combustion Engineering Manual”, arquivo 244.1, pág. 1)

descarbonetação ocorre em certa medida sempre que uma peça é tratada em uma atmosfera de gás endotérmico.

Descarbonetação completa significa uma área com remoção quase total de carbono. A descarbonetação parcial (Fig. 1) deve ser entendida como a área em que ocorreu uma redução no conteúdo de carbono, mas que não resultou na remoção total de carbono. Durante a avaliação micrográfica, a profundidade da descarbonetação é determinada com base em uma alteração na microestrutura. [3] A descarbonetação é um problema persistente durante tratamentos térmicos de alta temperatura realizados em operações industriais, como operações de forjamento e laminação. Como resultado, as operações de usinagem geralmente são necessárias após o tratamento térmico para remover a camada adjascente à superfície do material.

Cálculo de Camada Descarbonetada A dureza da martensita revenida é considerada uma função linear do teor de carbono para um dado sistema de liga ferro-carbono na faixa de 0,2-0,6% C. A descarbonetação envolve reações de superfície e difusão de carbono, de modo que a equação de difusão (formal) fornece um prático e preciso modelo matemático. A descarbonetação obedece à segunda lei de difusão de Fick (Eq. 1). É sabido que o coeficiente de difusão segue uma relação Arrhenius e é exponencialmente dependente da temperatura.

Diferentes composições de liga também podem afetar 32 JAN A MAR 2020

Industrial Heating

500 μin Fig. 3. IGO / IGA em aço SAE 52100 endurecido (1000X, não atacado)

significativamente a resposta de descarbonetação de um tipo particular de aço.

(1) (Cx – CO)/(Cs-CO) = 1 - Erf(x/(2(Dt)1/2) Onde: Cx é a concentração de carbono à distância x da superfície CO é a concentração de carbono no núcleo CS é a concentração de carbono na superfície Erf é a função de erro D é a difusividade do carbono na liga t é o tempo de difusão Uma série de Fourier (Eq. 2) pode ser usada para prever a descarbonetação. Esta série pode ser avaliada usando software avançado como o Mathematica® para determinar a profundidade da descarbonetação. Verificouse que 15 a 20 termos da série de Fourier são necessários para obter a precisão desejada dos resultados. [1] (2)

Tomar Medidas Corretivas A descarbonetação pode ser evitada durante o tratamento térmico revestindo as peças em questão com cobre, envolvendo o componente em uma folha de aço inoxidável ou pelo uso de tintas projetadas especificamente para essa finalidade. Além disso, os ciclos de restauração de carbono (Fig. 2) são altamente eficazes e podem ser realizados em um forno de atmosfera, aumentando o potencial de carbono para restaurar a camada de carbono próxima à superfície.

Algumas Palavras Sobre IGO / IGA Oxidação intergranular (IGO - Intergranular Oxidation)

DOUTOR EM TRATAMENTO TÉRMICO e ataque intergranular (IGA - Intergranular Attack) são frequentemente considerados fenômenos similares à descarbonetação, mas na verdade não são. A IGO/ IGA é um fenômeno muito superficial (Fig. 3) normalmente observado na faixa de menos de 0,13 mm (0,0005 polegadas), que pode afetar negativamente as propriedades mecânicas (por exemplo, vida útil à fadiga por flexão).

Em casos raros, camadas tão profundas quanto 0,00075 polegadas (0,02 mm) ou mais foram observadas.

O IGO/ IGA é causado pelo oxigênio presente durante o endurecimento ou a cementação sob atmosfera.

O tipo de óxido formado dependerá do teor de liga do aço. Nos contornos de grãos, formam-se óxidos de cromo, molibdênio, vanádio e outros elementos. A intensidade com que esses óxidos se formarão dependerá da temperatura do processo e do tempo à temperatura.

O IGO/ IGA pode ser minimizado pelo bom controle da atmosfera, da estanqueidade do equipamento (isto é, equipamentos nos quais haja ausência de vazamentos de ar) ou o uso de cementação a baixa pressão (vácuo).

Retífica pós tratamento é normalmente realizada para removê-la.

Durante o endurecimento ou a cementação, átomos

1

de oxigênio, que são aproximadamente 35% menores que os átomos de ferro, estão presentes como resultado direto da decomposição do gás endotérmico. O oxigênio difunde-se lentamente através da superfície do aço (devido à solubilidade do oxigênio no ferro), migrando para e ao longo dos contornos de grãos. A velocidade de difusão depende do potencial de oxigênio da atmosfera do forno e da temperatura do processo. A origem e fonte do oxigênio provém do gás endotérmico, mais gás de enriquecimento e ar de diluição, se usado.

Sumário Mesmo fenômenos aparentemente simples de tratamento térmico precisam ser entendidos mais detalhadamente para melhor compreensão dos princípios, métodos e mecanismos envolvidos, e as maneiras pelas quais mitigálos, se necessário.

A revisão da tradução desta coluna foi gentilmente feita por Shun Yoshida da Combustol Tratamento Térmico.

Referências Disponíveis Online

º Conformação Congresso

Metálica

O Congresso traz temas dos segmentos de Forjaria, Estampagem, Aplicação de Aços de Alto Desempenho PHS e Metalurgia do Pó, que ocorrem simultaneamente em diferentes auditórios. Sendo um destaque especial à possibilidade de forte network dos parrcipantes nos momentos de coffee-break incluídos no programa.

Assim, a 1° edição do Congresso Conformação Metálica, será realizada nos dias 16, 17 e 18 de Novembro de 2020, no Vinhedo Plaza Hotel, em Vinhedo (SP).

Realização:

Mídia Digital:

Patrocínio Bronze:

Industrial Heating

JAN A MAR 2020 33

CONTROLE DE PROCESSO & INSTRUMENTAÇÃO

Lei de Segal de Tratamento Térmico Sob Atmosfera Steven Christopher – Super Systems, Inc.; Cincinnati, Ohio, EUA Muitos na indústria de processamento térmico podem recitar tabelas de conversão de ponto de orvalho com os olhos fechados. Outros podem ter certos diagramas de fase comprometidos com a memória. Talvez alguns seletos estejam familiarizados com Adolf Fick e Walther Nernst - pioneiros no desenvolvimento das Leis da Difusão nas quais, sem saber, ainda que instintivamente, confiamos.

N

o entanto, a Lei de Segal, ainda mais antiga, pode ser nova para todos nós: “Um homem com um relógio sabe que horas são. Um homem com dois relógios nunca tem certeza.”

Este provérbio é mais relevante hoje do que nunca. A tecnologia em todos os setores está se desenvolvendo mais rápido do que nunca. Então, como é possível que, equipados com nada além de um medidor de ponto de orvalho Alnor Modelo 7000, soubéssemos exatamente qual era o potencial de carbono do nosso equipamento e nunca o questionássemos?

Avanço rápido de 20 anos e estamos cercados por sensores aprimorados de ponto de orvalho, analisadores de três gases e uma variedade de outros instrumentos. No entanto, temos menos certeza do que realmente é a atmosfera. Como isso pode ser? O enorme volume de informações faz da Lei de Segal uma realidade para muitos. Este artigo o ajudará a recuperar essa confiança perdida, detalhando as premissas dessa instrumentação e seu melhor uso (manutenção, produção e verificação secundária).

Sensores de Ponto de Orvalho Os sensores de ponto de orvalho são de design simples, fluindo uma amostra de gás extraído do forno através de uma célula cerâmica dielétrica que mede a umidade relativa. Alterações

34 JAN A MAR 2020

Industrial Heating

Fig. 1. Célula capacitiva de ponto de orvalho

na capacitância do sensor juntamente com uma temperatura medida resultam em um ponto de orvalho calculado.

O ponto de orvalho pode ser convertido no potencial de carbono (CP) de uma atmosfera se a temperatura do forno (TR) for conhecida. As tabelas de conversão fazem várias suposições - notadamente as concentrações fixas de monóxido de carbono (CO, de 20%) e hidrogênio (H2, de 40%), consistentes com as atmosferas endotérmicas estequiométricas. Com o CO como o único gás de carbono, uma menor concentração de CO resulta em menor CP. As composições de gás de forno variam, fazendo com que essas tabelas sejam uma estimativa mais próxima do que uma ciência. Como tal, os sensores de ponto de orvalho são mais bem utilizados para fins de solução de problemas ou verificação secundária não como estimativa primária do potencial de carbono.

Um exemplo de solução de problemas pode ser estabeleEletrodo interno (ref. Pos.)

Tubo de zircônia

Termopar Fig. 2. Vista lateral da sonda

Eletrodo externo (med. Negativo)

CONTROLE DE PROCESSO & INSTRUMENTAÇÃO

3.792 • e z C p = 6,486,000 + ez CO • COF

Onde: Z =

E – 820.7 0.0239 • TR

Fig. 3. Equação de Nernst

Fig. 4. Exemplo de cálculo do potencial de carbono

cendo um “ponto de orvalho da linha de base”. Para executar este teste, feche todos os gases aditivos e introduza gás endotérmico em um forno. Depois que a atmosfera estiver estabilizada, meça o ponto de orvalho no gerador e no forno.

Em teoria, essas medições devem ser idênticas (embora, na prática, o forno seja sempre maior, pois vazamentos de ar de tubos radiantes quebrados, vedações de portas etc. são a única fonte que altera a atmosfera). Manter esses registros pode ajudá-lo a entender quando esses vazamentos pioram.

O erro de medição geralmente é introduzido por métodos de amostragem ruins, com conexões de tubo soltas introduzindo ar na amostra. A contaminação (na forma de água ou fuligem) é outra preocupação e pode danificar o sensor. Os filtros de fibra devem ser instalados em linha e substituídos quando a amostragem ficar escura. As válvulas de amostra devem ser abertas antes de conectar a tubulação para permitir que a água e a fuligem “explodam” antes de conectar o sensor.

Um sensor exposto à umidade (resultando em um ponto de orvalho invulgarmente alto e sem resposta) pode ser “seco” por amostragem de uma fonte de nitrogênio seco (de baixa pressão). Esse processo pode levar de 2 a 48 horas, dependendo da quantidade de umidade. Os sensores do ponto de orvalho devem ser calibrados de fábrica em intervalos regulares para manter a precisão.

Sondas de Carbono As sondas de carbono combinadas com algum tipo de instrumento de controle são chamadas de sistema de controle de carbono. Para entender esses sistemas, precisamos primeiro entender a própria sonda. As sondas são construídas com um tubo oco de zircônia selada (cerâmica) dentro de uma bainha de metal protetora. O ar de referência é bombeado para o interior da sonda, levando a uma atmosfera rica em oxigênio em comparação com a atmosfera redutora sem oxigênio do forno no exterior. A cerâmica especializada permite que os íons de oxigênio caiam entre as concentrações mais baixas e mais altas, gerando uma saída de milivolt puramente eletromecânica.

Nesta descrição, é importante observar a omissão da palavra carbono. As sondas de carbono não medem carbono.

Na verdade, essas sondas medem o oxigênio e calculam o carbono com base na equação de Nernst (Fig. 3).

A equação de Nernst demonstra que a saída de milivolts é baseada na temperatura do forno (TR), na concentração de oxigênio no interior da sonda (% O2 ref ou 20,95%) e na concentração de oxigênio fora da sonda (% O2 fce, geralmente em partes por bilhão). Além disso, esta equação é aplicável apenas ao tratamento térmico quando o CO é uma composição conhecida (aproximadamente 20%).

A saída não ajustável da sonda levanta a pergunta: como esse sistema pode ser calibrado? A resposta é que uma sonda de carbono não pode ser calibrada. Aqui entra a segunda parte do sistema de controle de carbono, o instrumento de controle. Os instrumentos de controle calculam a CP medindo ainda mais variáveis fixas: temperatura do forno (TR), milivolts da sonda (E) e concentração de CO. Embora algoritmos específicos possam variar, as equações rapidamente se tornam complicadas (Fig. 4).

Como padrão do setor, as “calibrações” são oferecidas na forma de fatores de ajuste (COF). Teoricamente, isso representa mudanças no CO, mas na prática compensa as mudanças na sonda e no forno. Tais mudanças são de natureza lenta e, portanto, devem ser pequenas e incrementais.

Exceções podem se aplicar a processos profundos e de alto CP nos quais o ajuste no local produz uma melhor metalurgia. Como exemplo, uma alteração de 0,10% de CO pode

100 CO2 4.26µm

80

Transmissão, %

60 Radiação IV de ampla faixa 40

20

0

Canal REF 3,91μm 0

2

4 6 8 Comprimento de onda, μm

Fig. 5. Tecnologia infravermelha

10

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JAN A MAR 2020 35

CONTROLE DE PROCESSO & INSTRUMENTAÇÃO

Detetor

Filtro Infra Vermelho

Entrada do Gás

Moléculas

Emissor Infra Vermelho

Saida do Gás

Fig. 6. Tecnologia infravermelha

resultar em uma mudança de atmosfera de 0,02%, um grande impacto no CP calculado. Como idioma da indústria, devemos nos afastar do termo “calibração”, optando por “checkagem de verificação” - ajustando o COF com base em resultados metalúrgicos e outros resultados analisados.

Quando surgem problemas com as sondas, geralmente resulta de uma colocação inadequada do forno (talvez áreas com má circulação ou misturas erradas de gás não representativas da área de trabalho), falta de ar de referência, acúmulo de fuligem entre a bainha cerâmica e metálica da sonda (resolvida pela queima adequada na sonda), uma rachadura na cerâmica (reduzindo o diferencial de oxigênio entre o interior e o exterior) ou uma sonda envelhecida que requer substituição. Embora estejam fora do escopo deste artigo, muitos documentos estão disponíveis online para isolar a causa raiz de um sistema de controle de carbono com falha.

As sondas de carbono continuam sendo uma das tecnologias mais antigas do setor e ainda são o centro de produção. Outros instrumentos em nosso repertório devem ser usados para “discar” para este sistema, porque ele se mostra mais estável ao longo do tempo devido ao baixo risco de contaminação da amostra (em comparação com os 36 JAN A MAR 2020

Industrial Heating

analisadores que extraem amostras), o design robusto da sonda e a velocidade mais lenta da “calibração”.

Analisadores Infravermelhos de Três Gases Os analisadores de gás infravermelho (IGA -Infrared Gas Analyzers) operam como sensores de ponto de orvalho, pois extraem uma amostra da atmosfera através de um sensor e também são propensos às mesmas preocupações de contaminação. A célula capacitiva única do sensor de ponto de orvalho é substituída por várias células infravermelhas não dispersivas - cada uma configurada exclusivamente para comprimentos de onda de gás específicos. Os IGAs são extremamente precisos e a amostragem de portas ferrosas pode reagir ainda mais ao gás, distorcendo os resultados.

Como tal, é recomendável coletar amostras de uma porta revestida de cerâmica para evitar mais reações.

Os IGAs são complexos em tecnologia e o que eles medem, mas simples em operação. Os IGAs estimam o CP medindo CO, dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4) com o usuário entrando na temperatura do forno (TR). Alguns IGAs incluem sensores adicionais para medir o oxigênio (O2) e o H2, aumentando

ainda mais a precisão do cálculo.

Comparado a esses métodos, os IGAs medem mais e fazem menos suposições, fazendo com que pareçam melhor para produção e solução de problemas. Na realidade, a maioria dos tratadores térmicos comerciais executa uma variedade de processos relativamente curtos que o uso de IGAs resulta em potenciais “falsos alarmes”. Nesses processos, os IGAs são melhor utilizados como uma ferramenta de suporte para um sistema de controle de carbono, permitindo que o usuário lentamente ajuste o COF. Em certos processos mais profundos, o ajuste constante da COF pode ser ideal, resultando em metalurgia mais consistente.

Os usos mais apropriados dos IGAs são solução de problemas e manutenção. Semelhante ao teste de “ponto de orvalho da linha de base”, cada forno possui medições IGA exclusivas em todas as combinações de temperatura e CP. Após um teste de ponto de orvalho, abra os gases aditivos. Depois que a atmosfera estabilizar, registre os resultados junto com a temperatura do forno, CP e COF. O desenvolvimento de um histórico desse tipo permite que a manutenção entenda a “norma” de um forno, distinguindo rapidamente entre a vedação da porta e o vazamento do tubo radiante. Infelizmente, a falta desses registros complica a solução futura de IGA. Teste de Carbono por Resistência O teste do carbono por bobina ou resistência estima a CP medindo propriedades específicas de um material ferroso cementado. O material é geralmente um fio de aço cortado com

CONTROLE DE PROCESSO & INSTRUMENTAÇÃO

Ponto de Contato Observe a localização do termistor externo

Ponto de Contato Fig. 7. Bobina de resistência ao carbono

um comprimento conhecido, enrolado como uma mola para reduzir o tamanho geral. Observe que a resistência aumenta naturalmente com o comprimento. Portanto, são necessários ajustes na forma de um fator de comprimento.

A bobina é inserida no forno e processada por um período de tempo predeterminado, permitindo que toda a mola obtenha equilíbrio de carbono com o forno. É então extraída e resfriada sob atmosfera para reter propriedades metalúrgicas. Alterações na resistência da bobina acopladas a uma temperatura medida resultam em um CP calculado.

O erro de medição geralmente resulta de processamento inadequado ou falha na preparação da bobina antes da medição. Os fabricantes estabelecem diretrizes rígidas para o processamento, com um processamento mais longo criando carbonetos e alterando a resistência. Após a extração do forno, a amostra deve ser cuidadosamente preparada para remover a contaminação (óleos, fuligem etc.) dos pontos de contato da bobina. A contaminação altera a resistência da superfície, distorcendo ainda mais os resultados.

O objetivo do teste de resistência ao carbono é apenas a verificação secundária, que comprova a precisão de um sistema de controle de carbono. Os testadores de resistência ao carbono podem ser calibrados em fábrica ou em campo para manter a precisão.

carbono % novo =

Análise de Calço A análise por calços é semelhante ao teste de resistência ao carbono com um cupom de teste semelhante a uma folha de baixo carbono (~ 0,10% C) inserido dentro do forno. Em vez de medir a resistência, o carbono é estimado por um método de peso ou análise química direta. O método de ponderação compara o peso original e o novo do cupom para estimar o CP. Embora simples de executar, essa abordagem pode ser imprecisa.

A análise química usa uma forma de combustão para oxidar o cupom, medindo a absorção de infravermelho e as mudanças térmicas para estimar a CP. Esse método, embora extremamente preciso, pode ser caro e os resultados geralmente são desconhecidos até a conclusão do processo. Isso pode ser demorado, porque muitos enviam amostras para laboratórios de teste certificados. Apesar de todas as suas desvantagens, a análise química continua sendo a melhor opção para medição de carbono e é recomendada sempre que possível.

Sumário As sondas de carbono continuam sendo a solução econômica mais robusta para o controle da atmosfera. Seus resultados permanecem mais consistentes se o COF for ajustado lentamente usando um método secundário, como IGA, resistência ao carbono (diariamente / semanalmente) ou análise de calços (semanal / mensal). Os resultados permitem ao usuário ajustar o COF para refletir a verdadeira atmosfera do forno. Sensores de ponto de orvalho e IGAs são mais adequados como ferramentas de manutenção, exigindo ambos uma linha de base do forno estabelecida. Talvez se Segal estivesse vivo hoje, ele reformularia sua lei para declarar: “Um tratador térmico com um instrumento conhece seu potencial de carbono. Um tratador térmico usando corretamente mais instrumentos entende seu processo.”

A revisão da tradução deste artigo foi gentilmente feita por Luiz Roberto Hirschheimer da Hirschheimer Serviços Ltda.

PARA MAIS INFORMAÇÕES: Contate Steven Christopher na Super Systems, Inc .; 7205 Edington Dr., Cincinnati, Ohio 45249; EUA. Tel: +1-513-772-0060; direto: 213-576-9231; o email: schristopher@ supersystems.com; web: www.supersystems.com.

(peso novo – peso original) * 100 + carbono % original peso novo

Fig. 8. Estimativa do método do peso Industrial Heating

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REFRATÁRIOS

Equipamentos de Manutenção Refratária de Alta Temperatura Heather Harding – Bricking Solutions, Inc.; Monroe, Washington, EUA O fabricante da primeira máquina de tijolos do setor em 1966 discute melhorias em eficiência, segurança e lucros com o uso de equipamentos especializados.

D

esde o arrancamento dos tijolos até a instalação, existem muitas oportunidades para segurança, eficiência e economia de custos que caem através das rachaduras durante a manutenção do forno. Se o desafio é do pessoal da fábrica ou de um subcontratado, planejar com antecedência e ter o equipamento certo pode ser benéfico e lucrativo.

Acessando o Forno A primeira coisa que os gerentes ou subcontratados da fábrica devem considerar é que tipo de rampa eles usarão para fornecer acesso seguro e eficiente ao interior do forno (Fig. 1). Enquanto muitos podem pensar que uma rampa é uma rampa, alguns modelos podem realmente melhorar a produtividade e a segurança.

Por exemplo, as rampas fabricadas em alumínio aeronáutico 6061-T6 são 50% mais leves que as versões em aço, mas são igualmente fortes, com capacidade de carga viva de 6.800 kg e fator de segurança de 3 para 1. Isso significa que eles podem ser manobrados com facilidade e rapidez para dentro do forno e fornecerão ampla capacidade para uma empilhadeira ou minicarregadeira e materiais.

Além disso, esses tipos de rampas geralmente são customizados e modulares, permitindo que os instaladores que usam uma empilhadeira os montem em apenas 1,5 a 2 horas, 40% mais rápido que o mercado de reposição alternativo ou rampas de construção própria. Eles também permitem que as máquinas de demolição com controle remoto quebrem e retirem a seção anteriormente existente da ponte. Uma rampa de alumínio projetada sob medida pode ser usada ano após 38 JAN A MAR 2020

Industrial Heating

Fig. 6. As máquinas de tijolos fabricadas com componentes de alumínio modulares fortes e leves podem ser instaladas por uma equipe qualificada em apenas 60-90 minutos, em oposição a 6-8 horas para os modelos totalmente em aço

ano, proporcionando um retorno do investimento em apenas dois anos.

Muitas plantas com fornos compridos e com uma seção grande de resfriamento enfrentam outro desafio: como instalar com segurança e eficiência as seções da ponte nos 6 metros restantes no comprimento do forno. Isso geralmente é muito difícil e inseguro para a instalação por uma empilhadeira sem a devida assistência. Como resultado, muitas plantas continuam a usar um método de instalação de ponte desatualizado.

Esse método usa uma talha suspensa junto com uma empilhadeira e cordame para lançar a seção da ponte através do vão mais frio no forno, o que não é o mais seguro. Também requer uma ou mais aberturas de acesso na parte superior do exaustor do forno.

Para fornos com uma grande extensão de resfriador, um

Fig. 1. As rampas de acesso ao forno, projetadas sob medida, modulares e feitas de alumínio leve aeronáutico podem ser montadas até 40% mais rápido que as rampas de reposição ou de montagem própria

REFRATÁRIOS

Fig. 2. Uma gaiola de inspeção de segurança é a melhor maneira de garantir a segurança do trabalhador durante as inspeções no forno

Fig. 3. As máquinas de demolição com controle remoto são a maneira mais rápida e segura de remover alvenaria refratária

dispositivo de carga é o método de instalação de ponte mais seguro e eficiente. Um suporte de carga é uma estrutura fixada ao piso de queima e à estrutura da porta que apresenta vigas de suporte horizontal de altura ajustável. As vigas retrocedem a seção da ponte da rampa usando cabos enquanto ela está sendo estendida através da câmara do resfriador.

Os instaladores podem rolar a seção da ponte no lugar manualmente ou usando uma empilhadeira para guiar o suporte de carga e abaixar a ponte no rebordo do forno com a talha do cabo. O suporte de carga também pode ser usado para elevar facilmente a seção da ponte durante a rotação do forno para outros reparos.

zona de queima quando pequenos arrancamentos e reparos são necessários na zona de transição superior.

A gaiola de inspeção de segurança mais comum é fabricada com alumínio leve e de alta qualidade e foi projetada para dois trabalhadores a transportarem para dentro do forno. Um estilo de gaiola pesa aproximadamente 90 kg e apresenta dois arreios para ombros que colocam o peso no torso dos trabalhadores em vez de nos braços. Essas unidades também possuem alças giratórias para controle do balanço e só podem ser usadas nos fornos para os quais são dimensionados.

O mais novo estilo de gaiolas de inspeção de segurança, no entanto, oferece grande versatilidade. Eles pesam apenas 57 kg, não precisam de cintos de segurança e podem ser usados em fornos de 4 a 6 metros de diâmetro. As gaiolas podem ser montadas em cerca de 15 minutos e são classificadas para suportar 113 kg de queda de 2,3 metros, enquanto um fator de segurança de 3 para 1 e um painel de absorção de choque aumentam ainda mais a segurança.

Inspeção Uma vez determinado o método de acesso ao forno, os gerentes ou contratados da fábrica devem decidir como inspecionar com segurança o forno em busca de pontos quentes e listar os reparos necessários. A inspeção pode ser incrivelmente perigosa porque exige a remoção do revestimento ou a operação sob alvenaria potencialmente solta.

A única maneira de reduzir significativamente o risco de ferimentos durante a inspeção de um forno durante uma interrupção é com uma gaiola de inspeção de segurança (Fig. 2). Com uma gaiola de segurança, os pedreiros que entram no forno permanecem protegidos contra possíveis quedas de tijolos. As gaiolas também podem ser conectadas umas às outras para fornecer uma passagem segura através de uma

Remoção de Tijolos Refratários As preocupações com a segurança dos funcionários, no entanto, vão além da inspeção e entram no processo de remoção de tijolos. As britadeiras de mão, freqüentemente usadas para remoção de tijolos, causam fadiga ao operador, causam lesões por esforço repetitivo e deixam os operadores vulneráveis à queda de tijolos. Máquinas de demolição com controle remoto, como as oferecidas pela empresa coligada Brokk, proporIndustrial Heating

JAN A MAR 2020 39

REFRATÁRIOS

Fig. 4. Um balde de fundo curvo limpa mais material e deixa uma superfície mais limpa em uma única passagem

cionam remoção refratária mais segura e eficaz (Fig. 3).

As máquinas são projetadas especificamente para trabalhar em espaços confinados e possuem uma ampla variedade de tamanhos. A série é compacta - tão pequena quanto 60 cm de largura e 85 cm de altura – acionado eletronicamente e leve para atender a todos os padrões internacionais de segurança. Os operadores usam o controle remoto da máquina para mover seu braço de três partes em 360 graus, enquanto um acessório britador remove rápida e efetivamente os tijolos. O equipamento fornece a precisão ideal e não se cansa, reduzindo drasticamente as chances de danos involuntários à carcaça do forno ou danos a alvenarias boas. Esse método também reduz o tempo de remoção em pelo menos 50%.

Além da demolição mais eficiente de alvenaria, os fornos que usam uma minicarregadeira com um acessório de caçamba com fundo curvo podem carregar refratários demolidos mais rapidamente (Fig. 4). O fundo curvo do balde corresponde à curvatura do forno, permitindo ao operador capturar mais material e deixar uma superfície mais limpa em uma passagem. A caçamba normalmente vem com um engate rápido universal para atender à maioria dos modelos de minicarregadeiras e possui uma borda chanfrada em aço T-1 de 12,7 mm (1/2 polegadas) para longa vida útil e resistência ideal.

Equipadas com uma máquina de demolição controlada remotamente e uma minicarregadeira com uma caçamba curva, as plantas podem economizar um tempo considerável.

A St. Lawrence Cement, uma fábrica de Albany, Nova York, 40 JAN A MAR 2020

Industrial Heating

Fig. 5. Um dispositivo de alinhamento a laser fornece aos pedreiros um ponto de verificação em todo o comprimento da instalação, garantindo o alinhamento radial adequado do refratário

por exemplo, cortou 24 horas de suas interrupções usando essa combinação.

Instalação de Tijolos Refratários A instalação refratária é outra tarefa em que a abordagem correta e equipamentos podem economizar tempo considerável.

Para garantir o alinhamento radial adequado dos refratários, os instaladores devem garantir que o tijolo inicie sua longa jornada no forno da maneira correta. Isso significa confirmar que o anel de retenção é perpendicular ao eixo radial do forno, o que é crucial para a longevidade refratária.

A melhor maneira de fazer isso é com um dispositivo de alinhamento a laser (Fig. 5), que não apenas verifica a localização do anel de retenção, mas também pode ser usado para colocar marcas ao longo do caminho refratário a cada 1,5 a 3 metros, dando aos pedreiros uma ponto de verificação em todo o comprimento da instalação.

Um problema que muitos instaladores podem não considerar durante as interrupções é a quantidade de manuseio refratário que ocorre ao mover o material para a equipe de instalação. Quanto mais tijolos refratários forem manuseados, mais danos poderão ocorrer antes de serem instalados.

Existem muitos métodos manuais em que o risco de danos ao manuseio do tijolo é alto, incluindo a passagem manual de tijolos, transportadores de rolos de alimentação por gravidade e transportadores de correia.

Cada movimento cria algum tipo de dano ao refratário.

REFRATÁRIOS

Um carrinho que viaja por trilhos abaixo da máquina de tijolos até a área da instalação minimiza o manuseio de tijolos e permite que as equipes instalem partes superiores e inferiores.

E, como a pré-estocagem de tijolos na área de instalação não é necessária, reduz a fadiga do trabalhador, resultando em uma montagem mais rápida e segura.

O item mais crítico para a instalação é, obviamente, a máquina de tijolos (Fig. 6). Ao considerar uma unidade, há muitos itens a serem considerados em termos de segurança, configuração e produtividade. Uma equipe qualificada pode instalar uma máquina feita de componentes modulares de alumínio fortes, porém leves, em apenas 60 a 90 minutos, contra 6 a 8 horas nos modelos totalmente em aço. Isso é quase um dia inteiro de receita perdida somente na configuração.

O design da máquina de tijolos de arco duplo permite a instalação de um segundo anel à medida que o primeiro é chaveado, agilizando a instalação. Esse design também pode apresentar um arco frontal em corte para melhorar a visibilidade e acelerar ainda mais a instalação, pois os pedreiros obtêm acesso claro para colocar os tijolos em vez de tentar alcançar o arco. A seção cortante também permite que os pedreiros vejam o anel com chave anterior e o usem como um guia, permitindo a rápida descoberta de erros de alvenaria.

Além disso, o uso de uma máquina que pode ser ajustada dentro do forno para acomodar distorções, seções cônicas ou ovalização pode ajudar a reduzir o tempo de inatividade e garantir uma instalação rígida. Os recursos da máquina de tijolos de dupla pesquisa garantem uma instalação de tijolos rápida e de alta qualidade - tão rápido quanto 1 metro de tijolo por hora, o que é consideravelmente mais rápido do

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que outras máquinas.

Conclusão A manutenção do forno é inevitável, mas abrir mão da segurança, eficiência e lucros não precisa ser. Com equipamentos de manutenção especializados projetados para cada etapa do processo, as equipes têm maior controle de todo o projeto, sua segurança e resultados.

PARA MAIS INFORMAÇÕES: Contate Heather Harding, gerente de operações, logística e marketing, Bricking Solutions, Inc., 1144 Village Way, Monroe, WA 98272. EUA. Tel .: +1-360-794-1277; e-mail: info@ brickingsolutions.com; web: www.brickingsolutions.com. A Bricking Solutions fabrica uma ampla variedade de equipamentos para as indústrias de cimento, fundição e aço, incluindo máquinas de tijolos, transportadores, sistemas de transferência de paletes, plataformas, rampas e gaiolas de segurança.

Para ler mais sobre cerâmica, refratários e isolamento, use o QRCode abaixo ou visite www.IndustrialHeating.com e selecione a guia “TÓPICOS” na parte superior da página

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JAN A MAR 2020 41

VÁCUO & TRATAMENTO DE SUPERFÍCIE

Redução de Custos de Ferramental Automotivo Usando Tratamento Térmico a Laser Aravind Jonnalagadda – Synergy Additive Manufacturing LLC; Clinton Township, Michigan, EUA Fabricantes de matrizes automotivas de equipamentos originais de toda a Europa estão usando tratamento térmico a laser para fornecer matrizes de alta qualidade mais rápido e mais barato que os OEMs (Original Equipment Manufacturer - Fabricante Original do Equipamento) dos EUA.

O

tratamento térmico a laser (LHT - Laser Heat Treating) tornou-se amplamente difundido na Europa. Mas, surpreendentemente, ele quase não é praticado nos EUA, embora a maioria dos analistas acredite que sua adoção final pelos OEMs dos EUA seja inevitável.

Os motivos mais prováveis de que os OEMs de matriz automotiva dos EUA não adotaram o LHT são: • É novo. Os OEMs dos EUA ainda não o entendem completamente.

• Não está bem documentado. As melhorias de custo, d= 1.67 mm

Fig. 1. Tratamento térmico a laser de uma matriz de pára-lama automotivo

qualidade e cronograma do LHT ainda não chegaram às mesas dos tomadores de decisão dos EUA. • É escasso. Ainda não existem muitos prestadores confiáveis de serviço LHT nos EUA. Mas, como o rock and roll britânico em 1964, o LHT está prestes a chegar às costas dos EUA. Este artigo fornece Tabela 1. Materiais Automotivos Comuns de LHT D6510 ferro dúctil

D4512 ferro dúctil

S7 aço ferramenta

S7140 aço ligado

S0030 aço não ligado

M2 aço ferramenta

G2500 ferro fundido cinzento

S0050A aço ligado

4140 aço liga

G25HP ferro fundido cinzento

A2 aço ferramenta

410 aço inoxidável

G3500 ferro cinzento

D2 aço ferramenta

420 aço inoxidável

uma discussão sobre tecnologia do LHT e também um estudo de caso das economias de custo e cronograma do LHT para matrizes automotivas (Fig. 1).

w=16.99 mm 2 mm Fig. 2. Seção metalúrgica de uma matriz a laser tratada termicamente (material: D6510) 42 JAN A MAR 2020

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Tecnologia de Tratamento Térmico a Laser O tratamento térmico a laser (também conhecido como endurecimento a laser) é um processo no qual um laser (com um tamanho de ponto típico de 0,5 x 0,5 polegadas a 2 x 2 polegadas) ilumina a superfície de uma peça de metal para fornecer um fluxo de alta energia precisamente em tempo e geometria. Isso leva a superfície do metal e sua zona afetada pelo calor (HAZ - Heat-Affected Zone ) muito rapidamente

VÁCUO & TRATAMENTO DE SUPERFÍCIE

até a temperatura de transição desejada.

A fonte de calor do laser então é desligada quase instantaneamente, e a massa térmica do metal rapidamente resfria a área aquecida por condução, juntamente com o resfriamento normal da radiação e da convecção. O resultado é que as áreas tratadas da peça esfriam rapidamente abaixo da temperatura de transição, mantendo a dureza desejada.

Os detalhes finos da operação do feixe de laser podem ser ajustados para exercer controle preciso sobre todos os aspectos do processo de endurecimento, fornecendo energia com extrema precisão no tempo e no espaço. O fluxo extremamente alto resulta em gradientes de temperatura muito grandes entre o ponto iluminado e o metal não iluminado imediatamente adjacente a ele. O resultado é que a pegada do HAZ é muito parecida com a do próprio ponto do laser. A têmpera rápida evita a distorção do limite HAZ (Fig. 2). É importante ressaltar que o LHT também permite o tratamento via linha de visão para áreas difíceis de alcançar por outros meios, dependendo da geometria. Isso por si só representa uma grande melhoria em relação aos processos atuais.

Fig. 3. Matriz de estampagem automotiva de um painel interno da porta tratada termicamente a laser

Benefícios do Tratamento Térmico a Laser Comparado às técnicas convencionais de tratamento térmico (por exemplo, indução, forno e chama), o LHT tem vários benefícios.

• Profundidade consistente da dureza: a entrega precisa do fluxo de energia extremamente alta para o próprio metal, juntamente com o controle de feedback multi-parametros e com velocidade de milissegundo do ponto do laser, permite

Fig. 4. Peça estampada da matriz tratada a laser Horas Etapa

8

12

Programação Base 2-D

Dias (calendário)

1

1

80 Áspero / semi-acabado Usinagem 3D

Viagem

4

1

1

6

12

80

Tratamento térmico Viagem Base convencional 2-D (subcontratado)

2

1

Acabamento 3D

1

4

1

Total 221

20

Viagem Montagem

Final

1

2

17

Tratamento térmico convencional (subcontratado)

Horas Etapa

8

12

Programação Base 2-D

Dias (calendário)

110

1

Áspero / semi-acabado Usinagem 3D

1

6

Viagem

1

8

1

Total 160

20

Tratamento Viagem Montagem térmico a laser Final (subcontratado)

2

1

2

13

Tratamento térmico a laser (subcontratado) Fig. 5. Resultados pictóricos do estudo de caso Industrial Heating

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VÁCUO & TRATAMENTO DE SUPERFÍCIE

que o LHT produza um HAZ com especificações exatas, incluindo profundidade de dureza consistente.

• Distorção mínima a zero: devido ao fluxo de alta energia, o LHT fornece automaticamente a menor energia total possível à matriz em tratamento para qualquer tamanho de HAZ. Esse recurso intrínseco do LHT resulta em distorção mínima a zero na maioria dos tamanhos grandes de matrizes automotivas (Fig. 3).

• Aplicação precisa da energia do feixe no local de trabalho: Diferentemente dos processos que usam chamas ou bobinas de indução (mesmo quando próximos à área de trabalho), o local do laser fornece calor para a área pretendida com extrema precisão, com aquecimento mínimo a zero das áreas adjacentes.

• Não é necessário fresamento duro em matrizes automotivas grandes: devido à distorção dimensional baixa a zero do LHT, a remoção do material pós-tratamento é limitada a pequenas quantidades por polimento e abrasão.

Não é necessário fresamento duro.

Tabela 2. Resumo do Estudo de Caso Etapa / Descrição

Custos e Tempos Tratamento térmico convencional

Tratamento térmico a laser

Horas: 8

Horas: 8

Dias: 0

Dias: 0

Horas: 12

Horas: 12

Dias: 1

Dias: 1

Horas: 80

Horas: 80

Dias: 4

Dias: 6

Horas: 1

Horas: 1

Dias: 1

Dias: 1

Horas: 3

Horas: 4

Dias: 2

Dias: 2

Horas: 1

Horas: 1

Dias: 1

Dias: 1

Horas: 12

Horas: ---

Dias: 1

Dias: ---

Horas: 80

Horas: ---

Dias: 4

Dias: ---

Horas: 80

Horas: 80

Horas: 20

Horas: 20

Dias: 2

Dias: 2

Horas: 218

Horas: 156

Etapa 1 – Programação Nesta etapa, as várias máquinas são programadas Etapa 2 – Usinagem de Base 2D A base da montagem é fresada plana, um precursor para todos os outros processos Etapa 3 - Desbaste / Semi [Acabamento] Usinagem 3D As partes 3-D dos conjuntos são usinadas. Para tratamento térmico a laser, isso inclui a usinagem de acabamento, pois o tratamento a laser não altera o acabamento da superfície Transporte para o tratador térmico Auto-explicativo Etapa 4 - Tratamento térmico [dados do subcontratado] Auto-explicativo Viagem de retorno do tratador térmico Com o tratamento térmico a laser, as peças vão diretamente para as instalações de montagem; com tratamento térmico convencional, as peças vão para instalações de usinagem Etapa 5 - Re-usinagem em 2D Isso não é necessário no tratamento térmico a laser Etapa 6 - Re-usinagem de acabamento 3D

Desvantagens Para LHT Realmente não há desvantagens no LHT quando comparado aos processos tradicionais de tratamento térmico, desde que os materiais sejam tratáveis a laser. O LHT basicamente sempre resulta em economia de custo e cronograma na fabricação e manutenção de matrizes automotivas (Fig. 4), principalmente por causa da eliminação completa dos processos de restauração dimensional pósendurecimento (fresamento duro).

Isso não é necessário no tratamento térmico a laser

Materiais Tratáveis Térmicamente a Laser Qualquer aço com teor de carbono de 44 JAN A MAR 2020

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Transporte para instalação de montagem Isso se aplica apenas a peças tratadas convencionalmente; peças tratadas a laser já estão nas instalações de montagem Etapa 7 - Montagem final Auto-explicativo Total Dias: 16

Dias: 13

O custo unitário [“UC”] é calculado em US$ 50 / hora

US$ 10,900

US$ 7,800

O custo anual [“YC”] é calculado para 40 matrizes

YC$ 436,000

YC$ 312,000

Economia anual de custos, LHT versus convencional

$ 124,000

28.4%

O custo unitário [“UC”] é calculado em US$ 80 / hora

US$ 17,440

US$ 12,480

O custo anual [“YC”] é calculado para 40 matrizes

YC$ 697,600

YC$ 499,200

Economia anual de custos, LHT versus convencional

$ 198,400

28.4%

VÁCUO & TRATAMENTO DE SUPERFÍCIE

0,2% ou superior é tratável pelo LHT. As matrizes LHT são geralmente tão duras quanto ou mais duras que as matrizes tratadas convencionalmente.

Estudo de Caso Para ilustrar o potencial do LHT, considere o seguinte estudo de caso real de um dos poucos fornecedores domésticos de matrizes OEM dos EUA. Este estudo refere-se à fabricação de novas peças de matrizes para estampagem de acabamentos automotivos. Um OEM de tamanho médio produz normalmente 40 dessas matrizes em um ano. Para esse processo, foram medidos o custo em horas enquanto o produto estava sendo trabalhado e também os dias do calendário para cada etapa.

Os resultados são mostrados pictoricamente e em forma de resumo na Fig. 5 e Tabela 2.

Resumo dos Resultados • O LHT reduziu o custo anual de fabricação dessa linha de produtos de US$ 436.000 para US$ 312.000 a uma taxa de cobrança de US$ 50 / hora e de US$ 697.000 a US$ 499.200 a uma taxa de cobrança de US$ 80 / hora para uma economia de 28,4%.

• O prazo de entrega caiu de 16 para 13 dias, uma melhoria líquida de 18,75%.

• A redução total de energia foi significativa, embora não seja computada aqui. Isso pode resultar em economia adicional se os créditos de carbono forem monetizados.

Conclusões O tratamento térmico a laser é um processo cuja hora chegou claramente. Ele foi testado e comprovado em toda a Europa, portanto, não existem riscos sérios para sua adoção nos tratadores térmicos dos EUA. Não enfrenta barreiras reais à adoção além daquelas comuns a qualquer tecnologia emergente, incluindo falta de familiaridade e taxa de adoção medida. As economias medidas por custo, cronograma, qualidade e redução de energia são significativas e bem suportadas.

PARA MAIS INFORMAÇÕES: Contate Aravind Jonnalagadda, diretor técnico, Synergy Additive Manufacturing LLC (SAM), 22792 Macomb Industrial Drive, Clinton Township, MI 48036, EUA; tel: +1 248-7192194; fax: 586-884-7215; e-mail: aravind@synergyadditive.com; web: www.synergyadditive.com.

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MATERIAIS RESISTENTES AO CALOR

Perguntas Frequentes e Como Soldar Ligas Resistentes ao Calor: Confissões de um Metalurgista Marc Glasser – Rolled Alloys; Temperance, Michigan, EUA

Fig. 1. Tratamento térmico mostrando dispositivo de carga com peças

A escolha e o processamento de ligas resistentes ao calor sempre levantam questões metalúrgicas. Vamos fornecer algumas respostas.

C

omo metalúrgico, muitas vezes me pedem assistência em questões metalúrgicas relacionadas a produtos e seleção de ligas. Aqui estão as perguntas mais frequentes e um guia para responder a essas perguntas.

Qual é a Melhor Liga Para Usar na Minha Nova Aplicação?

A melhor escolha de liga depende de muitos fatores, incluindo temperatura máxima do metal, atmosfera, severidade do ciclo térmico, processos pretendidos e frequência esperada de uso.

Nas instalações de tratamento térmico, 871°C seria a primeira temperatura crítica. Operações como recozimento e endurecimento neutro de aços carbono são realizadas principalmente em temperaturas inferiores a 871°C. As atmosferas para esses processos incluem ar, gás inerte ou gás endotérmico de baixo potencial que corresponde ao teor de carbono na liga que está sendo tratada termicamente.

Para ambientes de ar e gás inerte, os aços inoxidáveis, incluindo 309, 310 e 253MA, seriam preferidos por causa do custo relativamente baixo. No caso de endurecimento neutro em um ambiente endotérmico com baixo potencial

46 JAN A MAR 2020

Industrial Heating

de carbono, uma liga com pelo menos 35% de níquel seria preferida para resistir à cementação, uma vez que o teor de carbono da liga seria sensivelmente menor do que o aço que está sendo tratado termicamente. Os aços inoxidáveis não resistem à difusão de carbono e rapidamente se tornam quebradiços e quebram.

Os aços inoxidáveis estão sujeitos a fragilização na fase sigma ao longo do tempo entre 594°C e 871°C. À temperatura ambiente, uma peça quebradiça pode se partir no impacto de uma empilhadeira. A têmpera líquida tem o potencial de causar rachaduras assim que a fase sigma se formar. Por esse motivo, uma liga com maior teor de níquel deve ser usada para dispositivos que entrarão em uma têmpera líquida. No caso da planicidade ser crítica, um material com maior resistência à fluência ou fusão deve ser considerado.

A nitretação é realizada bem abaixo de 871°C. Apesar disso, os aços inoxidáveis não são adequados para nenhuma operação de nitretação, porque não resistem efetivamente à nitretação. Uma liga com pelo menos 35% de níquel seria necessária aqui. As opções mais comuns seriam RA330® ou 600. As ligas 601 e X também podem ser usadas.

Em temperaturas de 871-982°C, a força de fluência e

MATERIAIS RESISTENTES AO CALOR

Tabela 1. Custo Relativo de Várias Ligas Resistentes ao Calor Liga

Placa

316L

1

309

1.8

310 RA330

Chapa

Liga

Placa

Chapa

600

4.2

5.1

1.2

601

4.1

4.1

2.2

1.7

X

5.4

5.7

3

3.6

602CA

6.1

8.3

a resistência às atmosferas tornam-se os principais fatores.

309, 310 e RA330 exibem força de fluência utilizável a cerca de 982°C. O 253MA® possui força de fluência utilizável bem acima de 982°C. As ligas de níquel 600, 601, RA333®, 602CA®, HR120®, Haynes 214® e peças fundidas resistentes ao calor têm resistência à fluência utilizável de até 982°C e, em alguns casos, além. Todas essas ligas podem ser usadas em ambientes inertes ou a ar a 982°C. A cementação é tipicamente realizada entre 871 e 927°C. É necessário um mínimo de 35% de níquel para resistência à cementação. RA330 e 600 são as ligas calandradas mais usadas. As ligas 601 e X são às vezes usadas em aplicações de cementação. As peças fundidas com alto níquel podem ser usadas para dispositivos quando a linearidade é crítica, mas expostas ao alto carbono, elas são quebradiças e suscetíveis a rachaduras, principalmente quando sujeitas a têmpera por água.

E Quanto a Temperaturas Acima de 982°C? Aços inoxidáveis e ligas de níquel são recozidos e aços inoxidáveis são endurecidos acima de 982°C. Dispositivos e os fornos para essas operações exigirão ligas com resistência à fluência utilizável acima de 982°C. Essas ligas incluem peças fundidas 601, RA333, 602CA e alto níquel (Fig. 1).

Ocasionalmente, ligas como HR120 e Haynes 214 também podem ser usadas. Todas essas graduações em níquel calandrado resistem à têmpera repetida em líquidos, embora seja esperado que eles mostrem alguma distorção. Todas essas ligas também devem apresentar resistência à cementação.

Um aço inoxidável, 253MA, possui resistência à oxidação até 1093°C e resistência à fluência utilizável até 1150°C. Diferentemente das ligas de níquel, o 253MA não apresenta resistência à cementação, e seu limite de oxidação diminui na presença de vapor de água. É adequado em ambientes apenas com ar a 1093°C e em atmosferas inertes a 1150°C. Para ser usado em ambientes inertes entre 1093°C e 1150°C, todas as superfícies metálicas devem estar em atmosferas inertes, não apenas nas superfícies internas.

Fig. 2. Cesto típico de tratamento térmico fabricado com arame em barra

Essas Ligas de Níquel Caras São Economicamente Viáveis?

Os custos relativos dos vários materiais de placa e chapa são mostrados na Tabela 1 (base Maio 2019). A placa 316L de aço inoxidável é usada como linha de base. Todas as outras ligas terão uma proporção que reflete seu preço em comparação com a chapa de 316L. O material com uma proporção de 3 é três vezes o custo da chapa de 316L. A tabela é apenas para comparação e estimativa.

Custo versus os benefícios devem ser considerados caso a caso. Um bom exemplo é decidir entre tubos radiantes fundidos ou calandrados. A experiência mostra que um tubo radiante de três pernas a partir de um tubo fundido com parede de 3/8 polegadas dura em média quatro anos. Por um custo aproximado de 40%, a mesma configuração de tubo pode ser fabricada a partir de uma folha de 602CA com parede com apenas 1/8 de polegada de espessura e dura quase nove anos.

Essa vida adicional mais do que compensa o custo inicial adicional do material calandrado. Além disso, a semana de tempo perdido para substituição de tubos pode valer muito mais em receita adicional. As economias gerais ao longo da vida útil do tubo são bastante significativas se uma organização puder esperar de 8 a 9 anos para realizar toda a economia. Um caso semelhante pode ser feito para a substituição de mufla de forno contínuo por uma liga 602CA. Outra aplicação significativa são os dispositivos soldados (Fig. 2) em vez de fundidos. Algumas das grades em RA330 distorcerão após uso prolongado e contínuo. As grades fundidas não entortam. Elas vão começar a rachar em algum momento. Com base no custo dos componentes, pode não haver justificativa para mudar para soldado. Se uma grade soldada mais leve puder ser usada e a puder suportar uma peça extra grande ou mais de uma peça grande e ainda assim estiver dentro do limite de capacidade do forno, no entanto, melhorias significativas na produtividade poderão ser feitas Industrial Heating

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MATERIAIS RESISTENTES AO CALOR

Fig. 3. Fluxo retido na solda a arco

Soldagem de metais resistentes ao calor

porque agora você está usando mais os BTUs do forno para aquecer mais peças em vez de dispositivos. Essas economias podem ser significativas.

é a liga usada com mais frequência. Outras opções de ligas de níquel para aço carbono incluem RA330-04 e RA333.

Ao soldar novas peças fundidas em liga de níquel resistente ao calor, 309 e 82 são as ligas mais comuns de escolha. Os RA330-04, RA333 e RA 602 CA também foram utilizados, dependendo da química da fundição. A soldagem de reparo de peças fundidas usadas é muito mais complicada. As peças fundidas tornam-se fragilizadas pelo serviço contínuo. Simplesmente verificar como o produto fundido é magnético pode ajudar a determinar se o reparo da solda é viável. [1] Ligas altamente magnéticas são quebradiças e propensas a trincas.

Quando há apenas magnetismo leve ou apenas um leve puxão, as chances de reparo bem-sucedido da solda aumentam. O processo de arco metálico protegido é o método preferido para reparo de soldagem.

A soldagem a arco GMAW (Gas Metal Arc Welding) ou gás-metal (geralmente chamada de MIG) e a soldagem a arco GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) ou gás de tungstênio (muitas vezes referida como TIG) são os métodos preferidos para soldar ligas resistentes ao calor. Ambos os processos de arco empregam consumíveis de metal nu e requerem blindagem de gás inerte.

A soldagem com fio desencapado é preferida para a fabricação de ligas resistentes ao calor. No entanto, a soldagem de arco ou vareta de metal blindado é preferida para soldagem de reparo, onde a proteção é fornecida pelo fluxo e pelos gases do revestimento do fluxo. A soldagem a arco de núcleo de fluxo é outro processo de soldagem no qual os fluxos e os gases de proteção fornecem proteção.

A soldagem a arco com arames tubulares e fluxo no núcleo é um processo produtivo capaz de funcionar em alta velocidade. Essas velocidades rápidas são suficientes para prender as partículas de escória na solda (Fig. 3) antes que elas possam subir à superfície. A escória se torna um defeito nesses casos.

Embora não seja tão prevalente, o aprisionamento de escória

Como Soldo Essas Ligas Entre Si e Com Outras Ligas?

Informações sobre soldagem podem ser encontradas nos sites dos fornecedores, produtores e distribuidores de metais especiais. Existem algumas combinações exclusivas de soldagem nas quais a orientação não é facilmente encontrada.

Dois desses casos são a soldagem de ligas resistentes ao calor em aços carbono e a soldagem de ligas resistentes ao calor em peças resistentes ao calor fundidas.

A soldagem de aços carbono a ligas de aço inoxidável e de níquel resistentes ao calor pode ser complicada para muitos soldadores, porque as técnicas usadas para produzir boas soldas em aços carbono são exatamente o que NÃO deve ser usado para produzir boas soldas em ligas resistentes ao calor.

Nos aços carbono, a soldagem aquece o metal para líquido e a solidificação e o subsequente resfriamento são análogos ao resfriamento e revenimento. O resfriamento rápido forma uma fase quebradiça, conhecida como martensita, que deve ser revenida para evitar a auto-rachadura.

O pré-aquecimento e o pós-aquecimento diminuem o resfriamento o suficiente para impedir a formação de martensita ou revenir suficientemente qualquer martensita formada.

Na soldagem de liga de níquel resistente ao calor, o material é sempre uma fase única: austenita. Não há transformação de fase e, portanto, nenhum endurecimento. Em vez disso, esses materiais precisam ser rapidamente resfriados através da faixa de temperatura em que a liga solidifica.

Essa é a chave para impedir que essas soldas se quebrem.

A seleção de ligas é fundamental para produzir uma solda sem rachaduras. Para aços inoxidáveis a aços carbono, o fio 309 é a liga de sua escolha. Para ligas de níquel e aço carbono, o fio 82 48 JAN A MAR 2020

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MATERIAIS RESISTENTES AO CALOR

Tabela 2. Custo Relativo de Várias Ligas Resistentes ao Calor Liga

Fig. 4. Distorção devido a gradientes térmicos

também pode ocorrer em processos de arco metálico protegido. Por esses motivos, qualquer método de solda que cria escória é menos preferido, exceto na soldagem de reparo, onde o processo de aderência pode produzir os melhores resultados e o mínimo de trincas.

Quando Devo Usar Material Calandrado/ Soldado e Quando Devo Usar Uma Peça Fundida?

Existem razões convincentes para justificar o uso de materiais trabalhados e fundidos em aplicações resistentes ao calor. As principais vantagens das peças fundidas incluem: maior resistência à fluência devido ao maior carbono; custos unitários mais baratos quando podem ser produzidos em massa; a capacidade de projetar e fabricar formas complexas; e a capacidade de fundir químicas mais complexas com porcentagens mais altas de elementos de liga benéficos, como cromo (Cr) e alumínio (Al). [2] As vantagens dos materiais trabalhados incluem: menor custo para quantidades menores, melhores estoques de materiais forjados, facilidade de fabricação, melhor soldabilidade (principalmente para trabalhos de reparo), disponibilidade de tamanho individual menor e prazos de entrega tipicamente mais curtos para pedidos de menor quantidade. [2] Outra consideração é quando o mais leve é melhor. Um tubo radiante fundido, com maior resistência à fluência do que um tubo calandrado e soldado, parece ser a melhor opção. No entanto, um tratador térmico comercial usava um tubo radiante calandrado de 602CA e parede de 1/8 de polegada, que durava um pouco mais do que o dobro do tempo de um tubo fundido de parede de 3/8 de polegada no mesmo forno. Como o tubo trabalhado pesava 1/3 do tamanho do tubo fundido e tinha apenas que suportar seu próprio peso, as propriedades, como alta ductilidade à temperatura, compensavam mais a resistência à fluência do produto fundido.

Existem várias considerações para fundido versus traba-

Velocidade % de B1112

Liga

Velocidade % de B1112

316L

44

600

18

309

44

601

18

310

44

X

12

253MA

32

602CA

12

RA330

24

RA333

14

lhado no que se refere a grades. É a experiência de muitos tratadores térmicos que as grades fundidas permanecem retas, enquanto as grades soldadas se deformam e entortam.

Por outro lado, as grades fundidas freqüentemente quebram nas juntas ao longo do tempo. Não há tempo de inatividade real associado à substituição de uma grade quebrada, a menos que a grade quebre durante o tratamento térmico e as peças sejam perdidas; nesse caso, pode haver um tempo de inatividade significativo. As grades fundidas também podem pesar significativamente mais do que a grade soldada. Isso significa que mais peças podem entrar em uma grade soldada antes que a capacidade do forno seja atingida. Uma grade soldada mais leve também permite que mais BTUs sejam usados para aquecer peças em vez de acessórios, reduzindo os custos unitários do tratamento térmico.

Por que Alguns Equipamentos Racham ou Entortam, Mesmo Quando Operam Abaixo dos Limites de Temperatura Percebidos?

Um fator que muitas vezes é ignorado pelos projetistas de componentes de alta temperatura é a expansão térmica e os gradientes térmicos. O coeficiente de expansão térmica é uma propriedade intrínseca de liga específica que aumenta com a temperatura. O uso de diferentes materiais com diferentes coeficientes de expansão térmica faz com que um componente cresça mais que outro a temperaturas elevadas.

Componentes grandes podem estar sujeitos a gradientes térmicos quando algumas peças estão na área mais quente do forno e outras são blindadas. As áreas quentes desejam expandir, enquanto as áreas mais frias e protegidas impedem essa expansão. Quando o componente não pode se mover, crescer ou contrair livremente, isso cria tensões no componente e a área restrita pode dobrar, dobrar ou rachar (Fig. 4).

Os métodos para minimizar o impacto dos gradientes térmicos incluem uma folga planejada, juntas de expansão e uso de materiais mais finos em áreas críticas. Os projetistas precisam observar que os reforços, que são ótimas ferramentas para empregar em temperatura ambiente, têm efeitos Industrial Heating

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MATERIAIS RESISTENTES AO CALOR

opostos em altas temperaturas. Eles impedem o crescimento de outros componentes, o que força a deformação.

Esta Liga é Usinável?

Assim como existem sites para ajudar na seleção do fio de solda, existem alguns sites com informações muito específicas sobre números de usinagem e usinabilidade relativa. [3,4] A maioria das ligas possui um número de usinabilidade relativo que é a porcentagem da velocidade de usinagem da liga em questão em comparação com a velocidade de usinagem da usinagem livre B1112. [3,4] A usinabilidade relativa das ligas comuns resistentes ao calor é mostrada na Tabela 2.

Considere uma empresa que usa 316L regularmente e que agora precisa usinar um componente do RA330. A tabela mostra que o 316L tem uma usinabilidade relativa de 44, enquanto o RA330 tem uma usinabilidade relativa de 24.

Usando esses dados, a velocidade inicial do RA330 deve ser (24/44), ou 55% da velocidade usada para 316. A partir daí , pequenos ajustes podem precisar ser feitos.

Observe que esses números são baseados em ferramentas de aço de alta velocidade. Hoje, essas ligas são geralmente usinadas com ferramentas de metal duro em vez de aços de alta velocidade. As ferramentas de metal duro permitem

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velocidades mais rápidas, mas na maioria das vezes a usinabilidade relativa não muda.

• RA330 e RA333 são marcas registradas da Rolled Alloys.

• 253MA é uma marca registrada da Outokumpu.

• 602CA é uma marca registrada da VDM. • HR120 e Haynes 214 são marcas registradas da Haynes International.

A revisão da tradução deste artigo foi gentilmente feita por Luiz Roberto Hirschheimer da Hirschheimer Serviços Ltda.

PARA MAIS INFORMAÇÕES: Contate Marc Glasser na Rolled Alloys, 125 West Sterns Road, Temperance, MI, EUA. Tel: +1-800-521-0332, e-mail: metallurgical-help@rolledalloys.com; web: www.rolledalloys. com. Consulte o site da Rolled Alloys para obter um guia de seleção de fios de solda e boletins abrangentes de fabricação / soldagem para diversas ligas. O guia de seleção do fio de solda pode ser encontrado em: https: // www.rollsalloys.com/technical-resources/fabrication-information/welding/

Referências Disponíveis Online

VI

Programação: Metalurgia dos Aços

Conceitos gerais e noções de metalurgia física Classificação e seleção dos tipos de aços Elementos de liga Diagramas ferro carbono Tecnologia de produção dos aços ferramenta Aços de construção mecânica Aços inoxidáveis

Metalografia

Objetivos Equipamentos de um laboratório metalográfico Ensaios de dureza (história) Determinação de dureza Brinell Rockwell Microdureza Macro e micrografias Preparação de corpos de prova Ataques químicos Determinação de tamanho de grão

Microscopia ótica (determinação das diversas microestruturas dos materiais ferrosos) Microscopia eletrônica de varredura Interpretação de resultado e apresentação de cases

Processos

Tratamentos Térmicos Tratamentos Termoquímicos Cementação Nitretação Carbonitretação Nitrocarbonetação Boretação Subzero e Criogênia Temperabilidade (Ensaio de Grossmann, Ensaio Jominy) Efeitos dos elementos de liga na temperabilidade Distorções nos tratamentos térmicos Tratamentos térmicos de aços ferramenta em fornos a vácuo Processos de recobrimento: PVD Equipamentos de tratamentos térmicos

Simulação de processo de tratamento térmico Uso da simulação e modelagem computacional de processos de tratamento térmico no desenvolvimento de componentes e solução de problemas.