Revista Industrial Heating jan-março 2021

BRASIL

Abr a Jun 2019 The International Journal Of Thermal Processing

Jan a Mar 2021

As Vantagens do Tratamento Térmico de Metais após Manufatura Aditiva

ÍNDICE

24

28 Desafios Resolvidos com Modelamento Computacional Prático – Parte II 31 Tratamento de Vapor: Processo, Equipamento e Benefícios 34 Componentes e Dispositivos de Fornos: Quais Ligas Metálicas Utilizar?

38 Nitrogênio: Hora de um Novo Plano de Jogo

A maior e mais conceituada revista da indústria térmica • www.sfeditora.com.br

HEF DURFERRIT | Tecnologia para Especialistas.

Inovação em Engenharia de Superfície é com a HEF Durferrit A HEF Durferrit é referência mundial em tecnologias de Engenharia de Superfície e Tribologia, com foco em soluções para redução de atrito, aumento de resistência ao desgaste, engripamento, fadiga, corrosão, entre outras.

O Grupo HEF atua desde a análise técnica, realização de testes, caracterização dos fenômenos tribológicos e seleção das melhores tecnologias até a análise de viabilidade comercial para, por meio de um modelo de negócios sob medida, proporcionar inovação e vantagem competitiva à sua empresa.

Nossas tecnologias são aplicadas em diversas indústrias, tais como: automobilística, óleo e gás, agrícola, metalúrgica, mineração, tratamentos térmicos, aeronáutica, entre outras.

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Acesse:

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https://hef-durferrit.com.br/

Na Capa:

34

As Vantagens do Tratamento Térmico de Metais após a Manufatura Aditiva Confira na página 24

31

38

CONTEÚDO

JAN A MAR 2021 - NÚMERO 50

ARTIGOS 24

Sinterização e manufatura aditiva

As Vantagens do Tratamento Térmico de Metais após a Manufatura Aditiva Alessandro Fiorese – TAV VACUUM FURNACES SPA; Caravaggio, Itália

A manufatura aditiva (parte do processo mais conhecido por impressão 3D) se tornou uma tecnologia-chave em muitas indústrias nos últimos anos, desde fabricantes que produzem componentes de aviação personalizados até fabricantes de brinquedos que desejam oferecer designs flexíveis.

Revisão da tradução gentilmente efetuada por LMTerm Brasil.

28

Controle de processo & instrumentação

Desafios Críticos de Tratamento Térmico Resolvidos com Modelamento Computacional Prático - Parte II Heather Harding – Bricking Solutions, Inc.; Monroe, Washington, EUA

O objetivo de qualquer processo de têmpera em aço é controlar a microestrutura resultante e melhorar o desempenho em serviço da peça em questão. Historicamente, tratamentos térmicos foram baseados somente na experiência. Entretanto, com melhorias na eficiência computacional, tornou-se possível a simulação de processos complexos de tratamento térmico.

31

Tratamento térmico

Tratamento de Vapor: Processo, Equipamento e Benefícios Mark Saline – Gasbarre Thermal Processing Systems; St. Marys, Pa, EUA

O tratamento a vapor é um processo de oxidação controlado que produz uma fina camada de um óxido benéfico na superfície de um componente ferroso.

34

Materiais Resistentes ao Calor

Considerações Econômicas Importantes, Para Decidir Sobre Quais Ligas Metálicas Devem Ser Utilizadas na Fabricação de Componentes e Dispositivos dos Fornos Marc Glasser – Rolled Alloys; Temperance, Michigan, EUA

A prática dos tratamentos térmicos, realizada tanto por empresas de prestação de serviços, quanto por aquelas que possuem fornos próprios, requer altos investimentos, tanto na compra de equipamentos, quanto na aquisição das grelhas e dispositivos de carga, a serem utilizados.

Tradução gentilmente efetuada por Luiz Roberto Hirschheimer da Hirschheimet Serviços Ltda.

38

Gases Industriais & Combustão

Nitrogênio: Hora de um Novo Plano de Jogo Paul Cairney – South-Tek Systems; Wilmington, N.C. EUA

Nossas experiências recentes de crise nos ensinaram sobre nós mesmos e nossas empresas. Sua empresa estará pronta para prosperar quando a próxima crise chegar?

Industrial Heating

MARÇO 2021 5

BRASIL

21

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 Mariana Rodrigues Redação - Diagramação, marianar205@gmail.com • (19) 3288-0437 André Júnior Vendas, andre@grupoaprenda.com.br • (19) 3288-0437

DEPARTAMENTOS 06 Índice de Anunciantes 21 Novidades

ESCRITÓRIO CORPORATIVO NOS EUA Manor Oak One, Suite 450, 1910 Cochran Road, Pittsburgh, PA, 15220, EUA Fone: +1 412-531-3370 • Fax: +1 412-531-3375 • www.industrialheating.com Erik Klingerman Group Publisher, klingermane@bnpmedia.com • +1 440-292-7580 EDIÇÃO E PRODUÇÃO NOS EUA

ÍNDICE DE ANUNCIANTES Empresa

Pág.

Contato

Combustol Fornos

2ª capa

www.combustol.com.br

HEF Durferrit

3ª capa, 33

www.hef-durferrit.com.br

Metalurgia 2021

27

www.metalurgia.com.br

REPRESENTANTE DE PUBLICIDADE NOS EUA

Portal Aquecimento Industrial

9, 14, 15, 16, 18, 23, 26, 36

www.aquecimentoindustrial.com.br

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

Nel Hydrogen

11

www.nelhydrogen.com.br

TAV Vacuum Furnaces

4ª capa

www.tav-vacuumfurnaces.com

LMTerm

20

www.lmterm.com.br

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

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 MARÇO 2021

Industrial Heating

08 CONTEÚDO

12

19 JAN A MAR 2021 - NÚMERO 50

COLUNAS 08 Editorial EUA

Alta Tecnologia Faz Notícias

Uma análise das notícias recentes certamente destaca

algumas histórias interessantes. Para a nossa indústria,

manufatura aditiva / impressão 3D está regularmente nas manchetes. Vamos dar uma olhada nesses relatórios e em alguns outros que estão causando impacto tecnológico.

10

Editorial Brasil Primeira edição IH de 2021

Em meados de 2020 eu havia comentado nesta página sobre as alterações efetuadas na edição americana, que

passava naquela ocasião a ser quinzenal. Ou seja, a edição mensal foi dividida e os mensais quatro artigos por

edição se tornaram a partir de então dois. Acrescidos das

tradicionais páginas contendo colunas, novidades e outras informações. Todas as edições em formato digital. Não havendo mais edições impressas da revista nos EUA.

12

Doutor em Tratamento Térmico O

15 Combustão

Queimadores tipo Monobloco

Os queimadores tipo monobloco são os mais comumente encontrados no mercado. Sua denominação deve-se ao

fato que todos os seus componentes se encontram juntos, constituindo um único conjunto ou bloco.

17 Pesquisa e Desenvolvimento

O Etanol e Eletrificação dos Veículos Brasileiros Caros leitores,

o setor automotivo vem passando por uma transformação global com a introdução dos veículos eletrificados, definindo estratégias claras e agressivas para cada

montadora, as quais têm subsidiados os fóruns técnicos

brasileiros no sentido de darem as mais diversas opiniões sobre o futuro desta tecnologia e a posição do nosso país frente a esta nova realidade.

19 Simulação Computacional

Novos patamares no controle do processo A indústria automobilística

Tratamento Térmico do Inconel® 718 O tratamento

está convivendo com um processo de inovação tecnológica

e do Inconel® 718 em particular, sempre foram de

a aplicação de simulações computacionais, o que contribui

térmico e o desempenho de superligas de alta temperatura, interesse do Doutor. Com a maior disponibilidade e maior demanda por esta liga, entender seu tratamento térmico será de grande valor para o tratador térmico.

extremamente inovador e com uma intensa rapidez graças

consideravelmente para o aperfeiçoamento de seus produtos e para a evolução dos processos produtivos para atender as expectativas do mercado cada vez mais seletivo.

Industrial Heating

MARÇO 2021 7

EDITORIAL EUA

Alta Tecnologia Faz Notícias

U

ma análise das notícias recentes certamente destaca algumas histórias interessantes. Para a nossa indústria, manufatura aditiva / impressão 3D está regularmente nas manchetes. Vamos dar uma olhada nesses relatórios e em alguns outros que estão causando impacto tecnológico.

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

Manufatura Aditiva (AM – Additive Manufacturing) O rover Perseverance da NASA, que pousou em Marte em 18 de fevereiro de 2021, carregava 11 peças de metal feitas com impressão 3D. Cinco das partes estão no instrumento PIXL e as outras seis partes impressas em 3D podem ser encontradas em um instrumento chamado Experimento de Utilização de Recursos In-Situ de Oxigênio em Marte (MOXIE - Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment).

Roda dentada VVT com estator integrado

8 MARÇO 2021

Industrial Heating

A Honeywell Aerospace está testando ligas de alta temperatura da Alloyed porque o material não é sujeito a trincas.

Especificamente, o material ABD 900AM da Alloyed é uma superliga à base de níquel, endurecível pelo tempo, projetada para uso como matéria-prima de fusão a laser em leito de pó. Além disso, a Honeywell recebeu sua primeira certificação FAA (Administração Federal de Aviação, em inglês: Federal Aviation Administration - FAA) por uma peça crítica de motor de avião produzida por meio de impressão 3D. A peça, conhecida como caixa de rolamento # 4/5, está atualmente em produção e foi instalada em um motor de avião em serviço.

Combinando AM e reciclagem, os cientistas estão fortalecendo peças AM aeroespaciais usando nanofibras feitas de resíduos de óleo. Este aditivo de nanocarbono para pó de alumínio melhora a impressão 3D de compostos aeroespaciais, aumentando a dureza das peças de alumínio AM em 1,5 vez.

A porosidade também foi significativamente reduzida, o que aumenta a segurança dessas peças produzidas para aplicações nas indústrias de aviação e espacial.

Uma equipe do Instituto Fraunhofer de Tecnologias e Sistemas Cerâmicos desenvolveu um sistema Multi-Material Jetting (MMJ) que permite que diferentes materiais sejam combinados em uma única peça AM. Este é um desenvolvimento tecnológico natural, mas interessante.

A Porsche, em um projeto conjunto com Mahle e Trumpf, fabricou pistões de motor a partir de pó metálico de alta pureza usando o processo de fusão a laser (LMF - Laser Metal Fusion), onde um feixe de laser aquece e derrete a superfície do pó correspondente ao contorno da peça.

EDITORIAL EUA

Outras Novidades de Tecnologia A mudança para a tecnologia de energia renovável requer uma maneira de armazenar o calor gerado. Uma startup alemã, Kraftblock, está trabalhando em uma caixa superaquecida que pode armazenar calor residual até 1300°C. A caixa pode então ser transferida de um local industrial para um local diferente para ser usada para aquecer um apartamento ou escritórios.

Um relatório da McKinsey & Company indica que as baterias EV estão criando uma demanda global por níquel metálico, que deverá aumentar de 2,2 milhões de toneladas métricas para algo na faixa de 3,5-4,0 milhões de toneladas métricas até 2030.

Em novembro, o hyperloop da Virgin completou seu primeiro teste com passageiros. O teste envolveu o envio de duas pessoas a velocidades superiores a 160 km / h, mas os pods foram projetados para até 28 passageiros viajando a velocidades de mais de 1000 km / h. A tecnologia usa levitação magnética em um tubo de baixa pressão, e os pods também serão capazes de transportar cargas. A Tata Steel e a POSCO uniram forças para desenvolver os tubos necessários para esse tipo de deslocamento.

A startup nuclear NuScale recebeu um relatório final de avaliação de segurança (Final Safety Evaluation Report -

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NEWS

FSER) para seu projeto de reator de água de fissão modular de 50 megawatts. É o primeiro projeto modular americano a chegar a este ponto.

Um método inovador de reciclagem de alumínio foi impulsionado por pesquisas que mostram as mudanças microscópicas que ocorrem quando as ligas fundidas esfriam. Imagens de raios X de alta velocidade foram usadas para registrar a formação de microcristais à medida que as ligas se resfriam e se solidificam sob um campo magnético.

Aqui está outra coisa que também pode ser útil na reciclagem de alumínio. Cientistas japoneses desenvolveram uma abordagem de aprendizado de máquina (machine-learning) que pode prever os elementos e processos de fabricação necessários para obter uma liga de alumínio com propriedades mecânicas desejadas e específicas. O programa aprende sobre materiais, incluindo elementos de liga, processamento mecânico e tratamento térmico.

Esperamos que a tecnologia e seus empolgantes desenvolvimentos tragam notícias interessantes ao longo de 2021.

Boa leitura!

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Estampagem Forjamento Tratamento Térmico Engrenagens

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Industrial Heating MARÇO 2021 9

EDITORIAL BRASIL

Primeira Edição IH de 2021

E

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

10 MARÇO 2021

m meados de 2020 eu havia comentado nesta página sobre as alterações efetuadas na edição americana, que passava naquela ocasião a ser quinzenal.

Ou seja, a edição mensal foi dividida e os mensais quatro artigos por edição se tornaram a partir de então dois. Acrescidos das tradicionais páginas contendo colunas, novidades e outras informações. Todas as edições em formato digital. Não havendo mais edições impressas da revista nos EUA. Eu adiantava então que estávamos por decidir como faríamos com a edição da IH brasileira. Se continuaríamos a publicar as edições trimestrais contendo 4, 5 ou até 6 artigos técnicos por edição ou se também dividiríamos isso por um maior número de edições no decorrer do ano. Cabe lembrar aqui que o motivo da divisão no caso da edição americana foi de que haviam chegado à conclusão que o leitor encontrava dificuldade de ler edições técnicas com um número maior de páginas (acima de 50, pelo que fui informado).

Como nós aqui no Brasil nos encontramos com um número de páginas inferior a 50 por edição, mesmo que com uma maior quantidade de artigos técnicos do que na edição americana, decidimos por ora não alterar isso. Ou seja, continuaremos publicando as 4 edições anuais durante 2021. No futuro, se o número de anunciantes assim o justificar, poderemos rever esta decisão.

Nessa edição, além das já tradicionais colaborações técnicas de nossos colunistas e das páginas dedicadas às novidades técnicas, publicamos os seguintes 5 artigos: Desafios Críticos de Tratamento Térmico Resolvidos com Modelamento Computacional Prático – Parte II, de J. Sims, T. YU, Z. Charlie Li e B. L. Ferguson (DANTE Solutions Inc., EUA) e tradução de O. C. Haase (SIXPRO

Industrial Heating

Virtual&Practical Process, Brasil). Esta é a segunda de uma série de quatro partes examinando o modelamento de tratamentos térmicos. A primeira parte revisou a modelagem em tratamentos térmicos, e, em particular, a utilização do programa de simulação de tratamento térmico DANTE, em conjunto com o programa de elementos finitos ANSYS, para modelar diversos processos de tratamento térmico. Este artigo vai examinar um estudo de caso no qual o DANTE foi utilizado para reprojetar um processo de têmpera por indução para reduzir trincas de têmpera. As duas partes restantes vão examinar mais estudos de caso usando o DANTE. Considerações econômicas importantes, para decidir sobre quais ligas metálicas devem ser utilizadas na fabricação de componentes e dispositivos dos fornos, de Marc Glasser – Rolled Alloys.

O autor explica no artigo que é possível aumentar a vida útil de componentes de fornos como grelhas e dispositivos de carga, de dois, para quatro, oito ou até mais anos, sem que seus custos subam na mesma proporção. A tradução deste artigo foi efetuada por Luiz Roberto Hirschheimer da Hirschheimer Serviços Ltda, a quem agradecemos a gentileza.

Tratamento de Vapor: Processo, Equipamento e Benefícios, de Mark Saline – Gasbarre Thermal Processing Systems. O autor apresenta o tratamento a vapor que é um processo de oxidação controlado que produz uma fina camada de óxido em superfícies ferrosas. Trata-se de um processo térmico que requer bons controles de tempo, temperatura e atmosfera.

Com o objetivo de aumentar o conhecimento sobre o uso do vapor no tratamento de metais, este artigo discute o tratamento a vapor de metais: o processo, o equipamento e os benefícios.

Nitrogênio: Hora de um Novo Plano de Jogo, de Paul Cairney – South-Tek Systems. Neste

EDITORIAL BRASIL

artigo o autor parte da suposição de que um grande número de indústrias, incluindo as de tratamento térmico, dependem do nitrogênio para as etapas cruciais de seus processos.

Tradicionalmente, isso significa depender sob contrato do fornecimento de terceiros para entregas regulares de nitrogênio líquido. O artigo sugere nesta época difícil que pode ser chegada a hora de um novo plano de jogo ... para que você assuma o controle, reduza seus custos e gere seu nitrogênio internamente.

As vantagens do Tratamento Térmico de Metais Após a Manufatura Aditiva, de Alessandro

Fiorese – TAV VACUUM FURNACES SPA. Neste trabalho o autor examina a preparação, o processo e o pós-manufatura das operações de impressão 3D, com referência específica de como os técnicos podem manipular materiais para minimizar defeitos e maximizar a precisão, com informações sobre os tratamentos pós-impressão, especificamente o papel que o tratamento térmico a vácuo desempenha na minimização da contaminação e na garantia dos componentes impressos. Revisão da tradução gentilmente efetuada por LMTerm Brasil.

Boa leitura!

Industrial Heating

MARÇO 2021 11

DOUTOR EM TRATAMENTO TÉRMICO

®

O Tratamento Térmico do Inconel 718

DANIEL H. HERRING The HERRING GROUP, Inc. 630-834-3017 dherring@heat-treat-doctor.com

Fe Fe

Aços inoxidáveis ferríticos

Aços inoxidáveis austeníticos Superligas à base de Fe

ASS Ligas à base de Cr

FeBS

BCC CrBA

BCC + FCC

NiBS

Superligas à base de níquel

FCC

Cr

Ni

Fig. 1. Diagrama ternário ilustrando a classificação das superligas à base de ferro-níquel-cromo[3]

12 MARÇO 2021 ■ IndustrialHeating.com

Tamanho médio de grão, número ASTM

O que é uuma Superliga?

O termo "superligas" foi cunhado logo após a Segunda Guerra Mundial para descrever aquele grupo de ligas desenvolvidas especificamente para estender a vida útil de turbinas de aeronaves e turboalimentadores, de modo a oferecer melhor desempenho em temperaturas de serviço elevadas[1,2].

Hoje, as superligas (também conhecidas como ligas de alto desempenho) são aqueles materiais projetados para ambientes de serviços extremos onde altos níveis de resistência mecânica e resistência à fluência em altas temperaturas são necessários em combinação com excelente resistência à corrosão e oxidação. A estabilidade da superfície (das partículas de óxido e da microestrutura) dessas ligas ajuda a ter um desempenho nessas aplicações de serviço extremo. Eles normalmente têm uma estrutura de cristal cúbico centrado na face austenítica com elementos de liga de base de níquel, cobalto ou ferro, daí sua classificação como superligas à base de níquel, cobalto ou ferro (Fig. 1).

Quando se pensa em Inconel® 718 e outras superligas desta família (por exemplo, Hastelloy®

8

28% 28% 18.5% 7 48%

6%

C-276, Hastelloy® X e Alloy 20), a indústria aeroespacial (lâminas de turbinas, sistemas de dutos, sistemas de exaustão de motores) vem imediatamente à mente, uma vez que aproximadamente 50% desses materiais são usados na fabricação de motores de aeronaves e foguetes. No entanto, esses materiais também são encontrados em plantas químicas e petroquímicas (vasos, bombas, válvulas, tubulações), usinas (turbinas industriais a gás), submarinos (pás de hélice, conexões de desconexão rápida, motores de propulsão auxiliares), reatores nucleares (tubos trocadores de calor, acessórios), e na indústria de petróleo e gás (tubulares de fundo de poço, hardware de cabeça de poço, barreiras de flare)[5].

Superligas à base de níquel, como Inconel® 718, estão disponíveis em folha, chapa, barra, cano e tubo (soldado e sem costura) e arame. A liga pode ser forjada ou fundida. Elementos de liga como cromo, alumínio, titânio, molibdênio, tungstênio, nióbio, tântalo e cobalto fornecem uma variedade de benefícios. Por exemplo, o níquel aumenta a resistência à corrosão até cerca de 950˚C, resistência à corrosão sob tensão induzida por cloreto e ao ataque pela maioria dos compostos orgânicos e inorgânicos, enquanto o cromo evita a corrosão em meios oxidantes e ambientes contendo enxofre.

O molibdênio melhora a resistência ao ataque de corrosão.

Processo de Tratamento Térmico [1,5,6,8,9] O Inconel® 718 é normalmente adquirido na

Trabalho a frio mostrado na curva

6 5

0%

4

3 899

954

1010

1065

Temperatura de recozimento, ˚C/30 min.

Fig. 2. Efeito da temperatura de recozimento no tamanho de grão da chapa[5]

Temperatura de envelhecimento, ˚C

O

tratamento térmico e o desempenho de superligas de alta temperatura, e do Inconel® 718 em particular, sempre foram de interesse do Doutor. Com a maior disponibilidade e maior demanda por esta liga, entender seu tratamento térmico será de grande valor para o tratador térmico. Vamos aprender mais.

982 10 10 Rc Rc 12 Rc

927 871

20 Rc 25 Rc

815

30 Rc 35 Rc 38 Rc 3940 Rc

760 704 649 593 0.05 0.1

0.5 1.0

5 10

50 100

Tempo de envelhecimento, hr.

Fig. 3. Efeito das condições de envelhecimento na dureza da chapa recozida (dureza inicial como condição recozida, 4 HRC)[5]

DOUTOR EM TRATAMENTO TÉRMICO

Condição

Tensão de Ruptura (deslocamento de 0,2%), ksi (Kg/cm2) mínima

máxima

Elongation in 2 in. (50.8 mm) or 4D% minimum

150 (10,545)

120 (8436)

140 (9842)

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30

40

0.5 (12.7) to 8 (203.2), inclusive

150 (10,545)

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8 (203.2) to 10 (254), inclusive

150 (10,545)

120 (8436)

140 (9842)

20

25

40 (5.55)

30

40

Diâmetro, pol. (mm)

Trabalhado a frio, recozido solubilizado e envelhecido

0.5 (12.7) to 3 (76.2), inclusive

Trabalhado a quente, recozido solubilizado e envelhecido Trabalhado a quente, recozido solubilizado e envelhecido

Resistência à tração, ksi (Kg/cm2) min.

Reduction of area,% minimum

Impact strength, ft•lb (Kg•m) min. average

minimum

maximum

Hardness, Rockwell C

Tabela 1. Propriedades mecânicas do Inconel® 718 envelhecido para aplicações em ferramentas de óleo: solução tratada termicamente a 10101040˚C e envelhecida a 790˚C por 6-8 horas e resfriada a ar. Dados de tração em temperatura ambiente, dureza e temperatura ambiente e impacto de -60˚C[5]

condição de recozido solubilizado. Em alguns casos, ele tem uma operação de alívio de tensão executada nele antes da fabricação e do tratamento térmico. O recozimento solubilizado é seguido por uma etapa de endurecimento por precipitação (envelhecimento).

A precipitação de fases secundárias (por exemplo, gama prime e gama double-prime) na matriz de metal endurece o material.

A precipitação das fases de níquel-alumínio, níquel-titânio e níquel-nióbio é desencadeada pelo envelhecimento na faixa de temperatura de 600-815˚C. A chave para o processo de tratamento térmico é ter certeza de que esses componentes de endurecimento estão totalmente em solução em alta temperatura (ou seja, totalmente dissolvidos na matriz), caso contrário, a precipitação não resultará em força total.

Dois tratamentos térmicos são comuns (embora ligeiras variações de temperatura dessas receitas sejam frequentemente empregadas).

• Recozimento por solubilizção a 925-1010˚C seguido de resfriamento rápido (geralmente em água). Isso é seguido pelo endurecimento por precipitação a 720˚C por 8 horas, resfriamento do forno a 620˚C e manutenção por 10 horas seguido de resfriamento a ar.

• Recozimento por solubilização a 1040-1065˚C seguido de resfriamento rápido (geralmente em água). Isso é seguido por endurecimento por precipitação a 760˚C por 10 horas, resfriamento do forno a 650˚C e manutenção por 10 horas seguido de resfriamento a ar.

Tratamentos térmicos de solubilização são normalmente feitos em argônio de baixo ponto de orvalho ou fornos a vácuo, geralmente com zonas quentes totalmente metálicas para evitar a descoloração. O efeito do recozimento por 30 minutos no tamanho do grão (Fig. 2) da chapa varia com a temperatura. Além disso, a resposta ao envelhecimento do Inconel® 718 é bastante lenta em comparação com a das ligas de alumínio-titânio endurecido.

Assim, na maioria dos tamanhos, a liga pode ser aquecida e resfriada ao longo da faixa de temperatura de envelhecimento em

velocidades normais, mas mantendo a suavidade e a ductilidade. O efeito do tempo de envelhecimento e da temperatura na dureza da chapa recozida (Fig. 3) reflete isso.

Praticamente nenhum endurecimento ocorre durante os primeiros 2-3 minutos de exposição. Este é um tempo suficiente para permitir o resfriamento do ar após a soldagem ou recozimento. Em comparação, ligas de alumínio-titânio endurecidas tendo suficientes ligas de endurecimento para se aproximar do nível de resistência do Inconel® 718 desenvolveriam dureza quase total neste mesmo período de tempo.

O recozimento por solubilização a 925-1010˚C com seu tratamento de envelhecimento correspondente é considerado o tratamento térmico ideal para Inconel® 718, onde uma combinação de vida de ruptura, vida de ruptura do entalhe e ductilidade de ruptura é a maior preocupação. A maior resistência à tração e ao escoamento à temperatura ambiente também está associada a este tratamento. Além disso, devido ao grão fino desenvolvido, produz a maior resistência à fadiga.

Em contraste, o recozimento por solubilização a 10401065˚C com seu tratamento de envelhecimento correspondente é preferido em aplicações limitadas à tração porque produz a melhor ductilidade transversal em seções pesadas, resistência ao impacto e resistência à tração de entalhe de baixa temperatura. No entanto, esse tratamento tende a produzir fragilidade de entalhe na ruptura por tensão[6].

Ajustando os Ciclos [1,5,6,8,9] Propriedades ótimas nem sempre são alcançadas pelos primeiros tratamentos térmicos de recozimento por solubilização e de envelhecimento. Mudanças nos tempos e temperaturas de recozimento ou envelhecimento e a adição de um tratamento intermediário (estabilizador) ou um tratamento de endurecimento pela terceira idade são comuns. Por exemplo, para atingir a melhor combinação de alta resistência à tração, alta fadiga e vida de ruptura de tensão para uso em aplicações aeroespaciais (muitas vezes referida como alta resistência 718), como peças rotacionais, IndustrialHeating.com ■ MARÇO 2021 13

DOUTOR EM TRATAMENTO TÉRMICO lâminas de turbina, rolamentos e fixadores, é recomendado um ciclo de tratamento térmico um pouco mais complexo.

• Encharque uma hora a 955-980˚C seguido por resfriamento de ar, reaquecimento e manutenção por 8 horas a 720˚C seguido por resfriamento a 56˚C / hora a 620˚C, em seguida, mantenha por 8 horas com um resfriamento de ar final para a temperatura ambiente.

Para alcançar melhor resistência ao impacto, resistência à tração de entalhe em baixa temperatura e dureza inferior (40 HRC) (Tabela 1) para uso em aplicações em manutenção na indústria de óleo (muitas vezes referido como API 6A 718) para peças como válvulas de gaveta, hastes de estrangulamento, fixadores e suspensores de tubulação, um tratamento térmico diferente é necessário.

• Encharque por 1-2 horas a 1065˚C seguido de resfriamento ao ar, reaquecimento e manutenção por 8 horas a 720˚C e resfrie de 56˚C / hora a 620˚C, mantenha por 8 horas e resfrie com ar à temperatura ambiente.

Resumo Com a demanda por Inconel® 718 e outras superligas aumentando em uma ampla gama de aplicações, o tratador térmico deve primeiro compreender as características de desempenho desejadas da aplicação e, então, estar preparado para conceber receitas e estratégias de tratamento térmico para maximizar a resposta da liga a esses tratamentos.

Referências Disponíveis Online 1. Donachie, Matthew J., and Stephen J. Donachie, Superalloys: A Technical Guide, 2nd Edition, ASM International, 2002 2. Mega Mex (www.megamex.com) 3. Basuki, Eddy Agus, Djoko Hadi Prajitno and Fadhli Muhammad, “Alloys Developed for High Temperature Applications,” AIP Conference Proceedings 1805, 020003 (2017); 20 January 2017 (https://doi.org/10.1063/1.4974409) 4. “Inconel 718 for Aerospace Engine Applications”, Heanjia Super Metals Co., Ltd. (https://super-metals.com/news/inconel-718for-aerospace-engine-applications/) 5. Specialty Metals Inconel 718 Datasheet (www.specialmetals. com) 6. Maher Alloy 718 Data Sheet Vs1.0 (www.maher.com) 7. “Inconel Alloys | Uses and Characteristics,” Ferralloy (https:// www.ferralloy.com/inconel-alloys-uses-characteristics/) 8. Herring, Daniel H., Vacuum Heat Treatment, BNP Media, 2012 9. Heat Treaters Guide: Practices and Procedures for Ferrous Alloys, Harry Chandler (Ed.), ASM International, 1995

14 MARÇO 2021 ■ IndustrialHeating.com

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The International Journal Of Thermal Processing

Benefícios da Sinterização a Vácuo

Jan a Mar 2019

ESTAMPAGEM &

42

CONFORMAÇÃO

BRASIL

Stamping & Forming Magazine Brazil

Como Cortar Custos com Datalogger 34 Tratamento Criogênico Profundo 38 Oxidação Intergranular: Castigo ou Vantagem?

16

Revista de Corte, Estampagem e Conformação de Chapas, Arames e Tubos

46

17 Vendido o Maior Forno a Vácuo da América do Sul Seminário de Processos de TT em Abril na Delphi, em Piracicaba (SP) 16 Seminário de Manutenção e Segurança de Fornos em Junho na Combustol Fornos, em Jundiaí (SP)

REVISTAS TÉCNICAS

Maio 2019

Estudo Virtual de Processos de Conformação

Embalagens Metálicas: Estampabilidade Aço x Alumínio Influência do Prensa-Chapas no Springback Otimização de Processo de Clinching em Chapas

A maior e mais conceituada revista da indústria térmica • www.sfeditora.com.br

EXPOMAFE 2019 - Destaque Expositores Estampagem & Conformação

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COMBUSTÃO

Queimadores Tipo Monobloco

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.

s queimadores tipo monobloco são os mais comumente encontrados no mercado. Sua denominação devese ao fato que todos os seus componentes se encontram juntos, constituindo um único conjunto ou bloco. Este conjunto inclui a ventoinha do ar de combustão e seu controle de vazão, os dispositivos de alimentação e controle do combustível, a câmara de mistura, o módulo eletrônico de gerenciamento da combustão, o sistema de ignição e a supervisão de chama.

O fato deste conjunto ser compacto apresenta as vantagens: • facilidade de instalação, pois o conjunto já vem todo montado; • ocupa pouco espaço exterior ao equipamento térmico, comparando-se com os demais tipos de queimadores; • pode até já ser fornecido testado.

Porém existem algumas restrições: • A principal delas refere-se à temperatura de processo pois alguns componentes, principalmente os eletroeletrônicos, não suportam calor excessivo.

• Assim, estes queimadores só podem ser aplicados em processos de baixa temperatura

(até cerca de 750°C) desde que não haja liberação excessiva de calor sobre eles.

Nota: a classificação de baixa, média e alta temperatura varia demasiadamente na literatura especializada.

• Estes queimadores não permitem o preaquecimento do ar de combustão, nem o enriquecimento do ar com oxigênio.

Os queimadores tipo monobloco podem queimar combustíveis gasosos ou líquidos, geralmente GLP, GN e óleos combustíveis como diesel.

As aplicações tradicionais dos queimadores tipo monobloco são: • Aquecedores de água • Aquecedores de fluidos térmicos • Caldeiras de vapor d’água • Geradores de ar quente Outras aplicações de temperaturas um pouco mais elevadas do que as citadas nas aplicações tradicionais ainda são possíveis, mas a viabilidade técnica da aplicação depende de uma série de fatores para evitar o superaquecimento dos componentes sensíveis do queimador em todas as situações do ciclo operacional do equipamento.

LEIA ONLINE As revistas Industrial Heating, FORGE, Engrenagens - Gears Magazine e a Estampagem - Stamping Magazine são disponibilizadas gratuitamente na Banca Digital do Portal Aquecimento Industrial, junto com informações relevantes sobre a Indústria Metalmecânica no Brasil e do mundo.

Industrial Heating

MARÇO 2021 15

COMBUSTÃO

Os queimadores tipo monobloco são refrigerados pelos fluxo de ar de combustão, pelo fluxo de combustível e pelo craqueamento das suas frações até que a combustão se estabeleça.

Em contrapartida, as partes internas do queimador recebem o calor por radiação da chama e da câmara de combustão através do bocal de queima.

Outras formas de superaquecimento do queimador podem ser refluxo de gases quentes da câmara de combustão, principalmente nos momentos quando o queimador esteja apagado pelo parâmetro de controle, havendo tiragem inadequada. Ocorrências como vazamento de gases quentes através de frestas e aberturas nas proximidades do queimador e por radiação das paredes da câmara de combustão sobre o queimador também podem contribuir para o superaquecimento do queimador.

Todas as condições expostas no parágrafo anterior devem ser levadas em conta antes da especificação de um queimador tipo monobloco para aplicações não tradicionais, principalmente naquelas cuja câmara de combustão esteja em temperaturas um pouco mais elevadas. Em caso de dúvidas recomenda-se a opção por queimadores tipo duobloco, tema desta coluna na próxima edição.

A seleção de queimadores tipo monobloco dispõe uma ampla faixa de potências, conforme o modelo, desde pequenos queimadores com potência de algumas dezenas de quilowatt (kW) até queimadores de elevada potência como 20.000 kW. Quanto às características operacionais destes queimadores, 16 MARÇO 2021

Industrial Heating

podemos destacar: • O tipo queimador de estágio único, também conhecido como liga-desliga ou “on-off”, se caracteriza por estar ligado em única potência ou desligado; são queimadores de baixas potências, normalmente não ultrapassando 600 kW. • Os queimadores de dois ou três estágios se caracterizam em operar em 2 ou 3 potências pré-programadas, reduzindo bastante a probabilidade do desligamento quando as potências estejam adequadamente escalonadas; estes queimadores são considerados de média potência, geralmente na faixa de 0,6 a 2 MW. • E queimadores modulantes, aqueles cuja potência varia continuamente dentro de sua faixa operacional, entre as potências mínima e máxima; geralmente são queimadores de alta potência, acima de 2 MW. Um fato muito importante para otimizar a eficiência do processo térmico é que os queimadores modulantes ou aqueles que operem em 2 ou 3 estágios mantenham a correta proporcionalidade entre os fluxos de combustível e de ar de combustão para cada potência. Os queimadores que mantêm a vazão de ar fixa para a potência máxima, não reduzindo para potências inferiores, são um pouco mais baratos porém acarretam em maior consumo de combustível quando em operação, o que não vale a pena.

Concluindo, a regulagem de queimadores deve ser feita para cada potência, sempre com o auxílio de analisadores de produtos da combustão em todos os casos.

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PESQUISA E DESENVOLVIMENTO

O Etanol e Eletrificação dos Veículos Brasileiros

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.

aros leitores, o setor automotivo vem passando por uma transformação global com a introdução contínua dos veículos eletrificados, definindo estratégias claras e agressivas para cada montadora, temas os quais têm subsidiados os fóruns técnicos brasileiros no sentido de se envolverem nas mais diversas opiniões sobre o futuro desta tecnologia e a posição do nosso país frente a esta nova realidade. Diante desta situação adversa, pretendo esboçar este cenário através de uma visão pragmática, fugindo do sensacionalismo, interesses mercadológicos da maioria e por fim, explorando um cenário, no mínimo, assustador ou desafiante que paira no mercado nacional e em nosso futuro.

Para começar este debate, primeiro reafirmo aos leitores o interesse total do Brasil no etanol como matriz energética e divisa estratégica comercial desta “commodity” e lembro que este produto atende 100% a visão das tecnologias verdes do planeta, muito diferente dos outros combustíveis provenientes do petróleo. Somos os primeiros e os melhores em usar este combustível nos veículos deste o lançamento do Programa Proálcool em 1975. Também, sabe-se de recentes políticas de países industrializados na viabilização de adições de etanol em outros combustíveis de fontes não renováveis.

Porém, a questão mais difícil de responder e pouca alinhada na estratégia automotiva do nosso País e como manter no futuro, o etanol como principal diferencial global e é neste sentido que início o debate, apresentando dois possíveis cenários: 1 - Em um prazo de 20 anos o nosso País deve perder o suporte global aos veículos a combustão OTTO, para seguir fortemente com os eletrificados, acompanhar a tendência global e por fim deixar de lado o etanol, nosso

principal patrimônio. Todavia, o Brasil tem estado de fora há muito tempo desta corrida tecnológica e pouco aprendeu no campo dos eletrificados e certamente no futuro só nos restará o diferencial de ser um fornecedor de “commodities”, como por exemplo: matéria prima para baterias e motores elétricos e outras diversas para o veículo no geral.

Pergunto se estamos certos que queremos apenas esta vocação?

2 - A data das montadoras abandonarem os veículos a combustão parece estar definida, todavia a partir de 2030 até 2040, entende-se que a grande maioria dos veículos globais já serão elétricos e híbridos e para um momento posterior, o domínio dos movidos por células a combustível a hidrogênio; por outro lado, o Brasil manterá o veículo a combustão como estratégia principal e política local e pouco incentivará a estruturação do mercado para a eletrificação. Ao final, teremos na grande maioria os veículos à combustão ainda rodando em nosso país. Este cenário é muito preocupante, já que no futuro não teremos mais a amortização do custo das peças dos veículos OTTO, isto é, a descontinuidade das linhas globais deste segmento levará a elevação contínua o custo de cada peça veicular, fruto da baixa escala de produção.

Pergunto: quem pagará esta conta?

As declarações de autoridades e empresários miram pontos específicos dos interesses brasileiros, mas não fecham a estratégia que precisamos para sermos competitivos e levarmos o Brasil para dentro da rota dos veículos do futuro. Basta olhar o panorama automotivo como um todo, sem preferenciar interesses pontuais; que ao final, teremos claramente um caminho a seguir.

Precisamos sim manter o etanol nesta matriz energética e por isto é muito importante Industrial Heating MARÇO 2021 17

PESQUISA E DESENVOLVIMENTO tornar nossos veículos a combustão mais eficientes energeticamente e com isto, viabilizar o interesse neste produto por um longo prazo, até que a troca para eletrificação ocorra por inteiro, mas já dentro do campo dos veículos a célula a combustível; detalhe, células com aplicação de etanol na geração do hidrogênio, diferentemente da rota global que emprega o hidrogênio puro diretamente nos veículos; porém trata-se de uma nova tecnologia possível e factível de ocorrer neste cenário, que pode ser incluída perfeitamente na maioria das partes do veículo do futuro, apenas mudando a forma de abastecimento, de hidrogênio pelo etanol; debaterei este tema em outra edição da IH. Estas duas estratégias poderão ser a base para trilhar uma única rota brasileira, porque o aumento da eficiência dos motores OTTO tornará estes veículos tão verdes como os

18 MARÇO 2021

Industrial Heating

eletrificados e em um passo futuro, a geração de energia elétrica através do emprego do etanol na célula a combustível seria a melhor das situações para manter útil este patrimônio brasileiro e com ele, a estrutura atual de abastecimento, e ainda gerar uma matriz energética 100% verde.

Olhando para o futuro; não acredito que estaremos fora da rota global, certamente produziremos outras “commodities” para os veículos eletrificados, criaremos uma estrutura nacional de recargas de baterias e começaremos a montar estes veículos dentro de nosso território, mas ainda precisaremos de uma política pública clara para valorizar as tecnologias locais e criar nossas próprias vantagens tecnológicas no uso contínuo do etanol, senão no futuro, venderemos só açúcar e ”garapas” no lugar do etanol.

Obrigado e até a próxima coluna do IH.

SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL

Novos Patamares no Controle do Processo

A

OMAR RIBAS comercial@sixpro.pro • 27 anos na Industria Automobilista, sempre ligado na área de manufatura de Usinagem de Eixos e Engrenagens e Tratamento Térmico; • Atualmente Analista de Processo SR de Usinagem e Tratamento Térmico na STELLANTIS. Formação Acadêmica 1983 – Técnico em Metalúrgia (ETFOP) 2007 – Tecnologia em Normalização e Qualidade Industrial (CEFET) 2009 – Pós Gestão de Processos Industriais de Fabricação (PUC) 2015 – Mestre em Engenharia Mecânica (PUC)

indústria automobilística está convivendo com um processo de inovação tecnológica extremamente inovador e com uma intensa rapidez graças a aplicação de simulações computacionais, o que contribui consideravelmente para o aperfeiçoamento de seus produtos e para a evolução dos processos produtivos para atender as expectativas do mercado cada vez mais seletivo. A intensificação da concorrência, as pressões econômicas, legislativas e ambientais impostas pelo governo e pela sociedade alteram o seu direcionamento para produtos ecologicamente corretos, duráveis e de baixo custo. Insere-se nesse contexto a construção de engrenagens e eixos que são utilizados nas transmissões manuais e automáticas.

Ao longo do tempo, os experimentos práticos para controle das deformações do dentado das engrenagens e eixos apresentaram bons resultados, porém, com a velocidade das mudanças nas indústrias pela busca por produtos ambientalmente corretos, de qualidade e com baixo custo é necessário a aplicação de tecnologia de simulação computacional (Fig. 1).

Exemplificando, a partir de um trabalho

realizado em conjunto com a SIXPRO Virtual&Practical Process e com a DANTE Solutions, foi possível analisar situações através da simulação computacional que, se fossem realizadas por meio dos experimentos práticos, demandariam um longo tempo e custos elevados. As Figs. 2 e 3 mostram a análise dimensional de uma engrenagem na prática e na simulação.

Portanto, tendo em vista as restrições e a rigidez do processo de Tratamento Térmico, em função das criticidades para sua realização, é essencial que ferramentas como a simulação computacional através de elementos finitos sejam implementadas a fim de diminuir as distorções inerentes a esse processo, uma vez que as características dos produtos devem estar sempre conformes para evitar riscos aos usuários. Nesse sentido, a utilização de simulações por elementos finitos aliada à experiência tende a uma abordagem mais simplificada e proativa, trazendo novos patamares para controle de processo a partir do atendimento das demandas econômicas, ambientais e de qualidade, que são cada vez mais priorizadas pelas indústrias.

Fig. 1 Novos patamares de controle dimensional via simulação computacional.

Industrial Heating

MARÇO 2021 19

SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL

Fig. 2 Medições específicas em todos os dentes.

Fig. 3 Variação dimensional na engrenagem.

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20 MARÇO 2021

Industrial Heating

Indústria & Negócios

Novidades

NOTÍCIAS

Tecnologias de Vácuo Made by SECO / WARWICK SECO / WARWICK é um dos 5 maiores fabricantes de equipamentos e tecnologia de tratamento térmico de metal em todo o mundo e as soluções de vácuo da empresa são uma das tecnologias de tratamento térmico mais frequentemente selecionadas.

Em 2020, os fornos mais escolhidos foram a série de fornos multicâmara - CaseMaster Evolution® (CME®) e a série de uma câmara - Vector®. O denominador comum de ambas as soluções é a versatilidade tecnológica e flexibilidade operacional, mas também as características de usabilidade desses fornos e a capacidade de tratamento

térmico de uma ampla gama de materiais foram valorizadas. Esses fatores são os elementos-chave na escolha de fornos a serem usados em, por exemplo, plantas de tempera comerciais, aviação, automotivo ou setor de ferramentas. Combinados com processos de baixo custo, ciclos mais curtos, melhor capacidade e controle mais preciso do fluxo do processo, tornam as soluções SECO / WARWICK competitivas.

A família de fornos a vácuo CMe é projetada para o endurecimento por meio de cementação a baixa pressão e têmpera em óleo ou gás.

Esse equipamento é uma alternativa

aos fornos de têmpera com vedação atmosférica, linhas contínuas e sistemas multicâmaras. Os usuários valorizam esta solução devido à sua versatilidade e variedade de aplicações específicas da indústria em setores como aviação, automotivo, construção de máquinas ou setor de rolamentos.

Vector® é o segundo produto principal. Este forno a vácuo multitarefa de uma câmara pode ser usado na maioria dos processos padrão de endurecimento, têmpera, recozimento, solubilização, brasagem e sinterização, portanto, muitas vezes vai para os fabricantes de: chassis de aeronaves, ferramentas e Industrial Heating

MARÇO 2021 21

Indústria & Negócios

Novidades

matrizes para extrusão de alumínio ou implantes dentários. Desde o ano passado, a solução funciona na fábrica de máquinas ucraniana em Kamyanka- atualmente produzindo mais de 50 tipos de bombas para os setores químico, metalúrgico e de energia, em um produtor russo de peças complexas que compreendem vedações do tipo colméia soldadas - ROTEC, Turkish ALP Aviation, que usa Vector para cementar os elementos das caixas de engrenagens de helicópteros. Nas casas da moeda, a Vector é utilizada para a produção de selos e moedas colecionáveis, enquanto a líder europeia em produtos sanitários - Geberit aumentou o tamanho do espaço de trabalho, podendo assim dobrar a eficiência dos fornos em um único processo tecnológico.

O que distingue o design do forno a vácuo Vector é também uma opção adicional de alto vácuo, aquecimento convectivo e tecnologia PreNITLPC®, que abre novas possibilidades de teste de nitrificação de matériaprima em camadas finas.

Fornos Vector podem ser equipados opcionalmente com tecnologias patenteadas SECO / WARWICK: cementação de baixa pressão (FineCarb®) e nitretação inicial (PreNit®). Sua característica inclui baixo consumo de energia e gás de processo, mantendo o alto desempenho.

“O denominador comum de ambas as soluções é o processo de cementação a vácuo, no qual a SECO / WARWICK se especializou.

22 MARÇO 2021

Industrial Heating

Dois produtos carro-chefe da SECO / WARWICK, ou seja, fornos de múltiplas câmaras - CaseMaster Evolution® (CMe®) e fornos de uma câmara - Vector estavam entre os fornos mais frequentemente encomendados no ano passado por plantas de tratamento témico comerciais. As soluções acima mencionadas pertencem a 2020, entre outras a planta de tratamento térmico da Kuczma, a Australian HTA Group, a filial holandesa da Hauck ou a unidade de tratamento Hart-TECH com grandes instalações científicas. As plantas de têmpera comerciais precisam de soluções e equipamentos customizados que garantam exclusividade e versatilidade dos processos. A tecnologia CaseMaster Evolution é incomparável aqui, juntamente com nossa ampla experiência relacionada a essas tecnologias”- diz Maciej Korecki, Vice-Presidente do Segmento de

Forno a Vácuo do Grupo SECO / WARWICK. O CMe-T - um forno a vácuo de três câmaras - merece atenção especial, pois permite o endurecimento econômico de camada com o uso da tecnologia de cementação de baixa pressão (LPC) e têmpera com nitrogênio de alta pressão. O forno CMe-T pode substituir as linhas e geradores existentes usados para tratamento térmico em massa sob atmosfera protetora e têmpera em óleo, enquanto mantém maior precisão e repetibilidade do processo. Esta solução se destaca da multidão não apenas pelo design de três câmaras, mas principalmente pela considerável melhoria da qualidade do processo, redução de custos, graças à duplicação do desempenho e maior flexibilidade de produção. Além disso, a exploração segura do forno CMe-T e o baixo impacto ambiental tornam-se cada vez

CaseMaster Evolution

Indústria & Negócios

Novidades

mais importantes para os líderes do setor. Esta é uma das principais razões pelas quais os fabricantes do setor automotivo e de aviação estão cada vez mais interessados no CMe-T como a solução preferida de tratamento térmico. No ano passado, essa solução reinou na Índia, incluindo a maior fabricante indiana de trocadores de calor.

O CaseMaster Evolution revoluciona setores da indústria como automotivo, produção de hardware de computador, aeroespacial e tratamento térmico comercial.

“Os fornos a vácuo SECO / WARWICK atendem aos mais altos padrões de pureza de tratamento; assim, são selecionados pelos produtores em setores onde a aparência dos elementos é tão fundamental quanto a precisão e a repetibilidade do processo. Eles incluem plantas de tratamento térmico comerciais e representantes do setor médico, automotivo, aerotransportado ou sanitário”- ressalta Maciej Korecki.

LMTerm Projeta e Fornece Grelhas e Dispositivos de CFRC Sob Medida A LMTerm projeta, desenvolve e fabrica grelhas e dispositivos em CFRC (Carbon Fiber Reinforced Carbon) para fornos a vácuo dedicados a segmentos da indústria como metal mecânico, automotivo, solar, semicondutor, aeronáutico, aeroespacial, mineração, tratamento térmico em geral, entre outros. Os projetos são desenhados e simulados de acordo com a necessidade e aplicação de cada cliente.

Entre as vantagens do CRFC está a baixa carga térmica, que permite o aquecimento e resfriamento mais rápidos e redução de energia durante cada ciclo. A capacidade de carga é maior, o que possibilita maior produtividade. O sistema é modular o que permite reparar peças individuais em caso de danos.

As grelhas e dispositivos são leves e reduzem o perigo de acidentes de manuseio. A resistência mecânica aumenta com a temperatura e há uma melhoria da qualidade e do resultado do tratamento com um arranjo de carga preciso.

O sistema tem alta estabilidade e resistência a choques térmicos (sem deformação) e não é suscetível à fadiga. O design é personalizado para aplicações específicas e otimização de processo; aumento significativo de vida útil.

As grelhas são para fornos verticais e horizontais com vários níveis, isolamento cerâmico ou mesmo o moderno Whipox.

MAIS - A LMTerm também realiza a produção de peças únicas, com grafite, molibdênio e tungstênio. Entre os itens disponíveis também estão: vedações para vácuo, conexões de vácuo pneurop/KF, instrumentação, válvulas e atuadores, cerâmica, termopares, fluidos e óleos, entre outros.

Fale com a LMTerm: (12) 3021-4781

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Industrial Heating

MARÇO 2021 23

SINTERIZAÇÃO E& MANUFATURA ADITIVA

Fig. 1. Laboratório de P&D na TAV VACUUM FURNACES

As Vantagens do Tratamento Térmico de Metais após a Manufatura Aditiva Alessandro Fiorese – TAV VACUUM FURNACES SPA; Caravaggio, Itália A manufatura aditiva (parte do processo mais conhecido por impressão 3D) se tornou uma tecnologia-chave em muitas indústrias nos últimos anos, desde fabricantes que produzem componentes de aviação personalizados até fabricantes de brinquedos que desejam oferecer designs flexíveis.

O

processo de manufatura aditiva (Additive Manufacturing - AM) como um todo envolve a transformação de arquivos CAD 3-D em computadores em produtos acabados, camada por camada - embora AM se relacione especificamente com a parte de construção desse processo. O que acontece depois de concluída a fase de impressão também importa, no entanto, para garantir que os produtos estejam prontos para uso. E as etapas que conduzem ao AM também precisam ser consideradas.

Este artigo examinará a preparação, o processo e o pós-manufatura para as operações de impressão 3D, com referência específica a como os técnicos podem manipular materiais para minimizar defeitos e maximizar a precisão.

Testes recentes forneceram algumas informações essenciais sobre os tratamentos pós-impressão, especificamente o papel que o tratamento térmico a vácuo desempenha na minimização da contaminação e na garantia de que os componentes funcionem corretamente. Mas antes de olharmos para a pesquisa, é importante deixar claro como as descobertas se relacionam com técnicas mais amplas de impressão 3D.

Impressão SLM – Compreendendo as Condições Atmosféricas Este artigo discutirá de uma forma geral tecnologias de fusão a laser seletiva (Selective Laser Melting - SLM). SLM é um processo de fabricação baseado em leito de pó que forma a base para a maioria das impressões 3D, por isso 24 MARÇO 2021 ■ IndustrialHeating.com

Fig. 2. Detalhe de uma câmara quente em molibdênio do forno TAV

é provável que seja relevante para muitas operações industriais.

Ao executar um processo SLM, é vital proteger firmemente os materiais usados. A atmosfera que envolve os pós usados para criar materiais de impressão é muito importante, determinando se há desenvolvimento de defeitos e impurezas. Feito de forma incorreta, o SLM pode levar à oxidação do pó, o que altera seu ponto de fusão e deforma o processo

SINTERIZAÇÃO & MANUFATURA ADITIVA

Fig. 3. Amostras SLM em aço 316 L antes do tratamento térmico. As amostras foram impressas pela empresa SAIEM SRL e analisadas pela Universidade de Gênova (DCCI –+ Department of Chemistry and Industrial Chemistry).

Fig. 4. Amostras SLM em aço 316 L após tratamento térmico. As amostras foram impressas pela SAIEM.

de tratamento térmico durante a moldagem. Portanto, antes de imprimir, deve-se prestar atenção para garantir que as condições atmosféricas sejam controladas de perto.

Por que o Controle Atmosférico é Essencial nas Operações de Impressão Vamos supor que as condições ideais foram atendidas e os pós de impressão foram criados com a composição química adequada e oxidação mínima. Em seguida, vem o próprio processo de impressão e novamente vemos a necessidade de condições atmosféricas bem calibradas.

O controle atmosférico é crucial ao imprimir via SLM. Quando o calor é aplicado aos pós, o processo é semelhante à soldagem contínua, em que gases inertes como argônio ou hélio são empregados para garantir que o oxigênio não contamine o processo. Na impressão SLM, a interface da câmara deve ser inerte e isolada da poça de fusão. Mesmo pequenas quantidades de oxigênio podem resultar em impurezas, alterando as cores e as propriedades físicas dos produtos acabados.

Ambas são situações que os fabricantes precisam evitar. Mas há outras considerações a serem levadas em consideração ao garantir as propriedades mecânicas dos componentes de outros itens impressos em 3D, e estas se referem à fase de pós-impressão.

Pós-impressão: Usando Tratamento Térmico para Garantir Resistência Mecânica Quando um item foi impresso em 3D por meio de processos estilo SLM, quase sempre é aconselhável aplicar um tratamento térmico para concluir a operação. Existem algumas boas razões para fazer isso: • Primeiro, o tratamento térmico pode ter efeitos de tensão.

Durante a fase de impressão, os materiais podem acumular estresse e tensões internas, que comprometem as propriedades

Fig. 5. Amostras de SLM em Ti6Al4V antes do tratamento térmico impressas no CNR, Conselho Nacional de Pesquisa, Instituto de Química de Materiais Condensados e Tecnologias Energéticas, CNR ICMATE, campus de Lecco, Itália.

mecânicas - pontos fracos que o tratamento térmico pode reverter.

• Em segundo lugar, o tratamento térmico pode ser usado para otimizar as propriedades dos produtos impressos, adicionando recursos extras, como resistência ao calor ou resistência à tração.

O Tratamento Térmico a Vácuo Surge como a Solução Ideal de Pós-Impressão Mas como o tratamento térmico é realizado seguindo os procedimentos AM? Mais comumente, o calor é aplicado ao ar livre ou em câmaras controladas. Isso pode ou não envolver contenção de vácuo.

Em experimentos conduzidos pela TAV VACUUM FURNACES em superligas de titânio, aço inoxidável, cobaltocromo e superligas de níquel, entretanto, verificou-se que as condições de vácuo oferecem o melhor desempenho para tratamento térmico pós-impressão.

As Figuras 1-8 mostram os fornos a vácuo do TAV e as amostras de metal antes e depois do tratamento térmico em fornos a vácuo. Derivado de materiais usados pelos clientes da TAV, todos os resultados foram verificados por especialistas acadêmicos. Os resultados devem ser esclarecedores para qualquer fabricante que dependa de tecnologias impressas em 3D.

Lições para Operações de Impressão 3D: as condições de vácuo são importantes Várias conclusões importantes surgiram dos testes de laboratório da TAV em materiais impressos em SLM, mas a lição principal foi que as câmaras de vácuo tendem a produzir resultados de tratamento térmico aprimorados, independentemente dos materiais envolvidos.

O uso de vácuo minimiza o grau de contaminação da superfície IndustrialHeating.com ■ MARÇO 2021 25

SINTERIZAÇÃO & MANUFATURA ADITIVA

Fig. 6. Amostras de SLM em Ti6Al4V após tratamento térmico impresso no CNR, Instituto de Química de Materiais Condensados e Tecnologias de Energia, CNR ICMATE, site de Lecco

Fig. 7. Amostras SLM em Ti6Al4V para testes de fadiga de pré-aquecimento

detectado após a impressão 3D, melhorando o desempenho físico dos componentes. Também permite que os técnicos realizem testes de corrosão precisos e facilmente repetíveis em componentes impressos. E o tratamento a vácuo também pode ter benefícios estéticos para os componentes impressos. Experimentos descobriram que falhas superficiais em componentes podem ser melhoradas por meio de tratamento, dando aos produtos uma aparência mais brilhante.

Todos esses benefícios juntos representam um conjunto significativo de vantagens para o tratamento térmico a vácuo.

E devem ser de particular interesse para fabricantes em setores exigentes, como aviação, fabricação automotiva ou tecnologia médica. As empresas devem aderir a normas e padrões muito

rígidos nesses setores, portanto, faz sentido usar métodos de impressão e pós-impressão que ofereçam o mais alto nível de precisão.

No geral, o teste da TAV sugere que todos os fabricantes que usam técnicas baseadas em SLM devem investigar o tratamento térmico a vácuo e isso deve se tornar uma parte obrigatória do processo de fabricação de manufatura aditiva no futuro.

Para mais informações: Entre em contato com Alessandro Fiorese, engenheirochefe, TAV VACUUM FURNACES SPA, Via dell’industria 11- 24043 Caravaggio (BG) - ITÁLIA; tel .: +39 0363 355711; e-mail: info@tav-vacuumfurnaces.com; web: www.tav-vacuumfurnaces.com. Revisão da tradução gentilmente efetuada por LMTerm Brasil.

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26 MARÇO 2021 ■ IndustrialHeating.com

Fig. 8. Amostras SLM em Ti6Al4V para testes de fadiga pós-tratamento térmico

DOUTOR EM TRATAMENTO TÉRMICO

SINTERIZAÇÃO & MANUFATURA ADITIVA

IndustrialHeating.com Industrial Heating ■ OUTMARÇO A DEZ 2021 2020 27 15

CONTROLE DE PROCESSO & INSTRUMENTAÇÃO

Desafios Críticos de Tratamento Térmico Resolvidos com Modelamento Computacional Prático – Parte II J. Sims, T. YU, Z. Charlie Li e B. L. Ferguson (DANTE Solutions Inc., EUA) O objetivo de qualquer processo de têmpera em aço é controlar a microestrutura resultante e melhorar o desempenho em serviço da peça em questão. Historicamente, tratamentos térmicos foram baseados somente na experiência. Entretanto, com melhorias na eficiência computacional, tornou-se possível a simulação de processos complexos de tratamento térmico. [1] A simulação de tratamentos térmicos pode remover a caixa preta inerente aos processos de tratamento térmico, revelando a natureza complexa e tornando os processos de tratamento térmico transparentes e flexíveis. Programas de simulação de tratamentos térmicos, como o DANTE, têm sido usados de forma bem sucedida na indústria para melhorar o desempenho de peças e o controle de processos [1-7]. Esta é a segunda de uma série de quatro partes examinando o modelamento de tratamentos térmicos. A primeira parte revisou a modelagem em tratamentos térmicos, e, em particular, a utilização do programa de simulação de tratamento térmico DANTE, em conjunto com o programa de elementos finitos ANSYS, para modelar diversos processos de tratamento térmico. Este artigo vai examinar um estudo de caso no qual o DANTE foi utilizado para reprojetar um processo de têmpera por indução para reduzir trincas de têmpera. As duas partes restantes vão examinar mais estudos de caso usando o DANTE.

Problema Estudado Um processo de têmpera de indução estava resultando em trincas de têmpera na cavidade de um componente de paredes espessas feito de aço AISI 4150. A Figura 1 mostra o modelo CAD do componente e uma vista de corte em seção mostrando a região da possibilidade de trinca. O componente tem um diâmetro externo de 800 mm, uma cavidade não simétrica e uma altura de 500 mm.

Descrição do Processo Utiliza-se um processo de têmpera de indução para aumentar a dureza da cavidade do componente até uma profundidade de 4 mm. O indutor com uma amplitude de 100 mm varre a cavidade, começando pelo fundo, a uma taxa de 3 mm/s. O resfriamento segue 28 MARÇO 2021

Industrial Heating

o indutor a uma distância de 25 mm.

Os raios internos na cavidade não são diretamente temperados, mas assume-se que um resfriamento residual entre em contato com essas superfícies, entretanto com um coeficiente de transferência de calor reduzido.

Solução O programa de simulação de tratamentos térmicos DANTE foi utilizado, em conjunto com o ANSYS, para modelar o processo de têmpera de indução por varredura do componente para determinar a causa das trincas de têmpera. O DANTE não modela o fenômeno eletromagnético (EM). Entretanto, resultados de aquecimento Joule de pro-

gramas EM, na forma de uma função da região da peça pelo tempo, podem ser usados como entradas para o modelo DANTE. O aquecimento Joule é usado no modelo DANTE para determinar o histórico térmico da peça durante o aquecimento por indução, com o histórico térmico sendo usado para prever transformações de fase,

Fig. 1. Modelo completo em CAD da peça (esquerda) e vista em seção mostrando região com possibilidade de trinca (direita).

CONTROLE DE PROCESSO & INSTRUMENTAÇÃO

Fig. 2. Fratura em componente de aço submetido a têmpera por indução (esquerda) e modelo de tratamento térmico do DANTE para o componente, mostrando região de tensão máxima principal alta correspondente ao local da fratura (direita)

tensões e deformações. Micrografias e perfis de endurecimento de peças previamente processadas também podem ser usados para determinar o perfil de aquecimento Joule apropriado como uma função do tempo.

O último método foi usado para este estudo de caso. Independente do método utilizado para determinar o histórico de aquecimento Joule, um arquivo externo é criado com coordenadas, energia e tempo. O arquivo é então inserido pelo ANSYS durante a análise DANTE para prever o histórico térmico.

Após prever o histórico térmico do aquecimento Joule, um modelo de tensão DANTE foi executado para determinar a causa raiz da trinca.

A Figura 2 mostra a localização da trinca em uma peça real (esquerda) e os resultados da simulação DANTE (direita) mostrando altas tensões trativas na região correspondente à trinca. Com a causa raiz da trinca identificada, diversos cenários foram imaginados para reduzir a propensão à trinca do componente durante a têm-

pera. Modelos DANTE foram então construídos, executados e analisados para rapidamente avaliar as mudanças de processo.

Uma possível solução avaliada foi a redução da profundidade de têmpera de 4 mm para 3 mm. Essa nova profundidade de têmpera ainda forneceria a resistência requerida, mas reduziria o volume de material transformado em martensita, potencialmente reduzindo as tensões de dobramento induzidas pela transformação martensítica. A outra solução avaliada foi o pré-aquecimento do componente a 260 °C, em um forno ou usando indução, antes da têmpera por indução.

A principal vantagem desse método é induzir tensões compressivas na superfície como resultado da redução volumétrica após a têmpera. Essas tensões compressivas induzidas agem para reduzir quaisquer tensões superficiais trativas e possivelmente resulta em compressão superficial residual. A Figura 3 mostra as tensões circunferenciais previstas na superfície do raio na cavidade para o processo original,

para o processo com menor profundidade de têmpera e para o processo com pré-aquecimento.

O modelo DANTE mostrou que reduzir a profundidade de têmpera teria efeito mínimo na redução da propensão à trinca, uma vez que isso alterou o momento da geração de tensões, mas não reduziu a magnitude final quando comparado ao processo original, conforme mostrado na Figura 3. Contudo, com o pré-aquecimento do componente antes da têmpera por indução, a magnitude máxima de tensões trativas durante o processo foi reduzida por 200 MPa, com a tensão superficial residual final sendo alterada de trativa para compressiva.

Não somente a propensão à trinca foi significativamente reduzida, pela redução da tensão máxima trativa durante o processo, mas o desempenho em serviço também foi melhorado pela introdução de tensões residuais compressivas na superfície.

Estudos Adicionais Apesar do pré-aquecimento do componente antes da têmpera por indução ter apresentado resultados favoráveis, ainda existe a possibilidade de reduzir mais as tensões trativas durante o processo, ou aumentar as tensões compressivas superficiais, encontrando-se a temperatura ótima de pré-aquecimento. O programa DANTE é perfeitamente equipado para essa tarefa, uma vez que os parâmetros de processo são facilmente alteráveis, e a execução de modelos e análises são uma abordagem com alto custo-benefício relativo para a melhoria de processos.

Conclusão Um estudo de caso foi apresentado, Industrial Heating

MARÇO 2021 29

CONTROLE DE PROCESSO & INSTRUMENTAÇÃO

utilizando o programa de simulação de tratamentos térmicos DANTE para avaliar um processo de têmpera de indução de um componente de aço AISI 4150 e determinar a causa da trinca de têmpera. Após determinar que a causa da trinca estava relacionada a altas tensões trativas superficiais durante o processo geradas por dobramento induzido pela transformação de fase de austenita para martensita, diversas alterações de processo foram propostas para reduzir a propensão à trinca. Essas alterações, uma redução da profundidade de têmpera e pré-aquecimento antes da têmpera, foram avaliadas usando o DANTE. O programa foi capaz de rapidamente avaliar esses dois cenários e determinar que a redução da profundidade de têmpera não teria efeito significativo na trinca, enquanto o pré-aquecimento se mostrou uma grande promessa na redução da propensão à trinca e melhoria do desempenho em serviço.

Programas de simulação de tratamentos térmicos, como o DANTE, têm a capacidade de reduzir substancialmente o tempo e o custo necessário para efetivamente solucionar problemas relacionados a tratamentos térmicos e determinar uma solução.

Os testes virtuais conduzidos usando o DANTE também são ideais para o projeto de peças e processos, já que o projetista tem a oportunidade de ver a relação entre a geometria da peça, parâmetros de processo, e as propriedades finais antes que qualquer peça ou equipamento seja fabricado. Essa oportunidade permite o projeto de 30 MARÇO 2021

Industrial Heating

Fig. 3. Tensões circunferenciais no ponto da cavidade interna de tensões máximas para o processo original e duas modificações de processo examinadas usando modelamento de tratamentos térmicos pelo DANTE

geometrias e processos mais robustos, que são capazes de apresentar menor variação na peça final quando os parâmetros de processo do tratamento térmico variam.

(2012), pp. 99-104.

[4] B.L. Ferguson, Z. Li, and A.M. Freborg, “Modeling Heat Treatment of Steel Parts,” Computational Materials Science, Vol. 34 (2005), pp. 274-281.

[5] Zhichao Li and B. Lynn Ferguson, “Process

Tradução feita gentilmente por O. C. Haase

Innovation to Eliminate Cracking Problems

(SIXPRO Virtual&Practical Process, Brasil).

in Large Diameter Parts with Nonuniform Wall Thickness,” Proc 27th ASM Heat

Referências

Treating Society Conference, Indianapolis,

[1] Zhichao Li, Andrew Freborg, and B. Lynn

IN, September 2013, pp. 125-128.

Ferguson, “Applications of Modeling to

[6] Reardon, Arthur, et al., “Understanding

Heat Treat Processes,” Heat Treating

Process Sensitivities in Press Quenching:

Progress, May/June 2008, pp. 28-33.

An Integrated Approach,” Proc 28th ASM

[2] Zhichao Li, Andrew Freborg, and B. Lynn Ferguson, “Effective Design of Heat Treat Processes Using Computer Simulations,”

Heat Treating Society Conference, Detroit, MI, October 2015, pp. 233-251.

[7] Li, Zhichao, et al., “Press Quench Process

Proc 24th ASM Heat Treating Society

Design for a Bevel Gear using Computer

Conference, Detroit, MI, September 2007,

Modeling,” Proc 23rd IFHTSE Congress,

pp. 205-213.

Savannah, GA 2016, pp. 78-87.

[3] Siva N. Lingamanaik and Bernard K. Chen, “The Effects of Carburising and Quenching Process on the Formation of Residual Stresses in Automotive Gears,”

PARA MAIS INFORMAÇÕES: Contate J. Sims, T. YU, Z.

Computational Materials Science, Vol. 62

Charlie Li e B. L. Ferguson, DANTE Solutions Inc., EUA.

TRATAMENTO TÉRMICO

Fig. 4. O forno corcunda é um forno contínuo de esteira de tratamento a vapor.

Tratamento de Vapor: Processo, Equipamento e Benefícios Mark Saline – Gasbarre Thermal Processing Systems; St. Marys, Pa. O tratamento a vapor é um processo de oxidação controlado que produz uma fina camada de um óxido benéfico na superfície de um componente ferroso.

N

a época em que comecei a trabalhar no pano de fundo para este artigo, pensei: “O que a Wikipedia diz sobre o Vapor?” De acordo com a Wikipedia, o vapor é a água na fase gasosa comumente formada pela fervura ou evaporação da água.

O vapor e a máquina a vapor desempenharam um papel central na Revolução Industrial, com as modernas máquinas a vapor gerando mais de 80% da eletricidade mundial.

O vapor é usado para muitas coisas, incluindo limpeza, esterilização, aquecimento e tratamento de concreto. A Wikipedia, no entanto, não menciona o tratamento de metais ao falar sobre vapor. Com o objetivo de aumentar a conscientização sobre o uso do vapor no tratamento de metais, este artigo discutirá o tratamento a vapor de metais: o processo, o equipamento e os benefícios.

O processo de tratamento a vapor é um processo térmico que requer bons controles de tempo, temperatura e atmosfera. O perfil térmico pode ser adaptado para atingir espessuras de camada de óxido específicas. O processo pode ser concluído em um projeto de forno em batelada ou em um forno contínuo de esteira, dependendo do volume do produto.

O Processo A primeira etapa do processo é o aquecimento do produto em um forno tipo batch em uma câmara com ar a ou acima de 315°C. Um tempo de imersão nessa temperatura é normalmente empregado para dar tempo para a remoção de quaisquer óleos ou fluidos residuais deixados na superfície do produto das etapas de processamento anteriores e para garantir que toda a carga esteja a uma temperatura uniforme.

A próxima etapa eleva a temperatura acima de 370°C, e a câmara é purgada nesse ponto com vapor seco. A carga do produto deve estar a 315°C ou superior quando o vapor é introduzido ou existe o perigo do óxido produzido ser ferrugem vermelha. O vapor deve estar seco com qualquer condensado sendo evacuado da linha de vapor através de um purgador para que não entre na câmara com o vapor.

Uma temperatura de processamento final típica de 538°C é atingida e o produto é deixado de encharque em vapor a esta temperatura.

O tempo de absorção pode ser ajustado para a aplicação específica.

Os tempos de imersão típicos são entre 30-60 minutos, onde o período de tempo garante a vedação da porosidade ou espessura de magnetita Fig. 1. Vapor ou H2O gasoso reage com o ferro na superfície. Durante este para formar a camada de magnetita (Fe3O4).

IndustrialHeating.com ■ MARÇO 2021 31

TRATAMENTO TÉRMICO

Queima por pré-aquecimento

Injeção de vapor calor/encharque

Resfriamento Inerte Ar

Temperatura

Construção de camada de óxido

Remoção de impureza

Resfriamento

Tempo Fig. 2. O produto não sofre impacto negativo puxando a carga do produto para o ar a temperaturas de 315-425°C

tempo, o vapor ou H 2O gasoso reage com o ferro para formar a camada de magnetita (Fe3O4) (Fig. 1), geralmente na faixa de espessura de 3-7 μm. Esta é a reação química que ocorre: 4H 2O (gás) + 3Fe Fe3O4 + 4H 2 (gás).

O processo termina com o resfriamento e uma purga de nitrogênio para retirar todo o hidrogênio livre deixado na câmara da reação química antes de introduzir o ar de volta na câmara.

Na maioria dos casos, a carga é puxada da câmara na faixa de 315-425°C para o ar e colocada em uma mesa de resfriamento. O produto não sofre impacto negativo ao puxar a carga do produto para o ar nessas temperaturas (Fig. 2).

O Equipamento Conforme mencionado anteriormente, o processo de tratamento a vapor pode ser concluído em um forno descontínuo ou contínuo.

Vou revisar cada um e fornecer vantagens e desvantagens com algumas representações.

Forno de Batelada O forno de batelada é um forno tipo poço aquecido eletricamente, de carregamento superior (Fig. 3). O forno pode ser instalado em um poço para diminuir a altura de carregamento ou instalado no nível do solo com um mezanino. A temperatura máxima típica é 760°C. A de trabalho é normalmente cilíndrica e cercada em todos os lados por elementos de aquecimento de resistências de alta temperatura. O sistema inclui uma retorta de liga para proteger do vapor do processo o pacote de isolamento circundante de alto desempenho. A carga de trabalho é mantida em cestos de liga de malha que são baixados para a câmara de calor a partir do topo.

Uma tampa de cobertura contrabalançada é utilizada para selar a câmara de trabalho. Um ventilador de circulação de alta temperatura blindado está localizado no piso da unidade.

O ventilador de circulação é utilizado para fornecer a melhor

32 MARÇO 2021 ■ IndustrialHeating.com

temperatura e uniformidade de vapor para a carga de trabalho. Um soprador de ar ambiente pode ser incluído para acelerar o ciclo de resfriamento.

Os controles podem ser um controlador de sequência de etapa / imersão programável ou uma interface homem-máquina (IHM) que gerencia a rampa térmica, entrada de vapor, tempos de imersão e ciclo de resfriamento. A unidade pode ser dimensionada para lidar com praticamente qualquer tamanho de carga preferido.

O sistema de batelada é mais adequado para volumes de produção de tamanho baixo a médio ou uma grande mistura de produtos onde os ciclos podem diferir substancialmente. A pegada necessária pode ser menor que a do forno contínuo. Curiosamente, muitos usuários afirmam que alcançam espessuras de magnetita mais altas e melhores propriedades de vedação do forno de batelada. No entanto, tamanhos de carga grandes podem demorar para atingir a temperatura e podem exigir tempos de imersão dispendiosos para alcançar uniformidade de temperatura em toda a carga.

Forno Contínuo Os requisitos de produção de alto volume podem ser adequados para um forno de tratamento a vapor de esteira contínua. O forno corcunda (Fig. 4) ou de esteira direta são dois tipos atualmente em operação. Os projetos são unidades aquecidas eletricamente, onde o produto é carregado diretamente na esteira de malha contínua. A temperatura máxima típica é 760°C. O design corcunda utiliza uma soleira elevada e uma câmara de mufla de liga que aproveita o fato de que o vapor quer subir.

O projeto ajuda a reduzir a capacidade de entrada do ar e mistura com o vapor. O design direto elimina a soleira elevada.

O aquecimento é feito por elementos de aquecimento de fio enrolado acima e abaixo da mufla de liga para uma boa uniformidade de temperatura. Os tempos de ciclo são controlados pela velocidade de transmissão da esteira e o comprimento da câmara de aquecimento. Projetos contínuos normalmente têm várias zonas de aquecimento individualmente controláveis por meio de instrumentos de controle digital universal ou via IHM. Fornos contínuos podem ser personalizados para requisitos específicos de carga / volume de produção.

Projetos de esteira contínua são adequados para execuções de produção de alto volume que requerem operação contínua e consistente de 24 horas. O design não é adequado para situações que exigem partidas e paradas constantes. Operar o forno dessa maneira pode causar um estresse significativo nos componentes e reduzir sua vida útil.

A pegada pode ser um problema porque as unidades podem ficar longas com base nos requisitos do ciclo. A carga é contínua e mais leve que o lote, no entanto, o que permite que o produto atinja a temperatura muito mais rápido. Isso proporciona tempos de imersão mais curtos, potencialmente economizando nos custos de energia.

TRATAMENTO TÉRMICO

Os Benefícios Vapor e ferro normalmente não devem estar em contato próximo ou uma oxidação prejudicial começará. A ferrugem vermelha (Fe2O3) é o resultado desse processo de oxidação, indesejável em quase todas as aplicações. No entanto, o tratamento a vapor é um processo de oxidação controlada que produz uma fina camada de um óxido benéfico na superfície de um componente ferroso.

O processo produz uma camada de magnetita (Fe3O4). A magnetita na superfície é de uma cor cinza-azulada a azul-escuro e é extremamente dura. Os benefícios da camada de magnetita podem incluir: resposta magnética aprimorada; melhor resistência ao desgaste da superfície; vedação de porosidade aberta em componentes de metal em pó; inibir a formação de ferrugem vermelha; melhorar a dureza aparente e as propriedades mecânicas em componentes de metal em pó; fornecer uma camada superficial para melhor aderência de tinta ou outros revestimentos; e fornecendo uma aparência decorativa azul-cinza a azul-escuro.

O processo é usado em brocas, machos e outras ferramentas de máquina onde a camada de óxido é capaz de neutralizar o desgaste ou o carregamento das superfícies.

Devido ao endurecimento das regulamentações ambientais que forçam as empresas a buscar alternativas, o tratamento a vapor está substituindo os revestimentos de óxido preto em alguns casos. O tratamento a vapor é mais ecológico do que outros processos semelhantes porque não usa oxidantes cáusticos, óleos ou outros produtos químicos para desenvolver seu óxido de superfície.

Conclusão O tratamento a vapor é um processo térmico eficaz para melhorar as propriedades mecânicas e a aparência decorativa de componentes de metal. O processo pode ser mais eficiente em termos de energia e ecologicamente correto do que outros processos de tratamento. O equipamento e os controles não são complicados, portanto o processo é facilmente desenvolvido e compreendido.

Nossos engenheiros possuem ampla experiência neste processo e ajudam os clientes a entender qual equipamento se adapta às suas necessidades.

Fig. 3. O forno por batelada é um forno tipo poço aquecido eletricamente.

Para obter mais informações: Entre em contato com Mark Saline, presidente, Sinterite & CI Hayes, 310 State St., St. Marys, PA 15857, EUA; tel: +1-814-834-2200; e-mail: msaling@gasbarre.com; web: www.gasbarre.com

IndustrialHeating.com ■ MARÇO 2021 33

MATERIAIS MATERIAIS RESISTENTES RESISTENTES AO AO CALOR CALOR

Considerações Econômicas Importantes, Para Decidir Sobre Quais Ligas Metálicas Devem ser Utilizadas na Fabricação de Componentes e Dispositivos dos Fornos Marc Glasser – Rolled Alloys; Temperance, Mich.

A prática dos tratamentos térmicos, realizada tanto por empresas de prestação de serviços, quanto por aquelas que possuem fornos próprios, requer altos investimentos, tanto na compra de equipamentos, quanto na aquisição das grelhas e dispositivos de carga, a serem utilizados. Para aumentar a vida útil destes componentes, de dois, para quatro anos, muito se investiu na aquisição de ligas metálicas mais nobres do que as usuais.

H

á muitos e muitos anos, desenvolvem-se esforços significativos para aumentar a vida útil dos componentes sujeitos às altas temperaturas dos fornos. Hoje em dia, já existem ligas metálicas que podem oferecer o dobro de vida útil, ou até mais do que isto, sem que seus custos cheguem sequer perto de dobrar. Mesmo assim, muitas empresas dizem que, aguardar por até oito anos, até que o resultado se mostre compensador, é longo demais. O que elas esquecem de analisar, porém, é que o retorno do investimento poderá ser notado a cada semana, com a redução de paralizações dos equipamentos, proporcionada por uma maior vida útil dos componentes dos fornos.

Existem mais dois conceitos que merecem atenção: Componentes fundidos de altíssima resistência à fluência, atualmente existentes, conseguem manter-se indeformados por períodos muito maiores, do que as ligas fundidas mais comuns.

Por outro lado, sua ductilidade é mais baixa, podendo romper-se mais facilmente. O tempo decorrido, até que a ruptura ocorra,

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porém, justifica plenamente sua utilização, quando o tema do assunto for economia (dinheiro).

Quase nunca, o consumo energético de um forno leva em consideração o peso das grelhas e dos dispositivos de carregamento. Grelhas e dispositivos fundidos são muito utilizados, porque não se deformam, mesmo quando submetidos a

Fig. 1. Tubo radiante de RA 602 CA com parede de 3 mm após sete anos de uso com potencial de carbono a 1,6% C e até 955ºC

MATERIAIS RESISTENTES AO CALOR

Tubos Radiantes Há mais de uma década, a empresa Euclid Heat Treating está utilizando tubos radiantes, confeccionados com chapas soldadas de 3 mm de espessura, de material RA 602 CA. Estes novos tubos substituíram os anteriores, feitos com Inconel HX fundido, com paredes de 9,5 mm. O primeiro conjunto dos novos tubos fornecidos, apresentou uma vida superior a 8 anos, enquanto os tubos de Inconel HX duravam, em média, 4 anos. Eles estão instalados num forno de cementação gasosa, realizada a 955ºC, sob atmosfera de gás endotérmico enriquecido, com potencial de carbono variando entre 1,2 e 1,6%C. A figura nº 1 mostra o primeiro conjunto de tubos de RA 602 CA, instalado neste forno, após 7 anos de uso. A redução do peso destes tubos, também facilitou muito os trabalhos de manutenção do forno.

Em média, tubos de chapa dobrada custam de 30 a 40% a mais do que tubos fundidos. Como duram mais do que o dobro, sua compra se justifica (vide o apêndice A). Além disto, cada troca dos tubos radiantes de um forno, requer uma parada de produção, de cerca uma semana. Uma semana a mais de produção, disponível a cada 4 anos, representa mais faturamento ($) e, portanto, um ganho nada desprezível.

Atualmente, algumas fundições possuem tecnologias para produzir tubos de paredes finas. Como é muito difícil encontrar usuários, dispostos a discutir sobre a vida útil dos tubos radiantes, as informações colhidas revelam que, quanto mais finos forem os tubos, menor será sua vida útil. A figura nº 2 apresenta um gráfico, baseado na experiência de nossos clientes. Nele estão representados a espessura da parede, o material utilizado e a vida operacional dos tubos radiantes.

Mas, atenção - é muito importante saber que, para obter a máxima vida útil dos tubos radiantes, seu alinhamento, com os

9 8 7

RA 602

6

Vida útil

operações de têmpera em meios líquidos. Quando as tolerâncias de planicidade são muito apertadas, não há nada que deponha contra sua utilização. Muitas vezes, porém, este fator não é tão importante e, uma pequena deformação dos dispositivos, que contém as peças a serem tratadas, é perfeitamente tolerável.

Nestes casos, estes dispositivos poderão ser confeccionados com materiais bem mais leves do que os fundidos. Como cada forno tem uma determinada capacidade de aquecimento, o emprego de dispositivos mais pesados consome uma parte significativa da energia disponível para alcançar a temperatura desejada, ou seja, sobrará menos energia para aquecer a carga útil do forno.

Projetando dispositivos mais leves, estes poderão conter mais peças para serem tratadas e, mais energia estará disponível para o aquecimento da carga útil. Isto, certamente, reduzirá os custos unitários. Mesmo que a vida dos dispositivos se reduza, a eficiência, oferecida pela redução do consumo de energia, poderá ser compensadora.

Ao longo deste texto, serão apresentados alguns casos reais, com considerações econômicas, também reais. Infelizmente, muitas das considerações feitas são, frequentemente, ignoradas para a tomada de decisão.

5 4

Cast HX

3 2 1

Alloy 601

Vida útil

Cast HP

0

0 0.1 0.2 0.3 0.4

Espessura da parede, polegadas

Fig. 2. Dados de desempenho do ciclo de vida da liga do tubo radiante

respectivos queimadores, é de vital importância. Chamas que incidem diretamente sobre suas paredes, danificarão, rapidamente os tubos. Além disto, todos os serviços de manutenção preventiva, prescritos pelo fabricante dos fornos, devem ser seguidos à risca.

Particularmente, os ciclos de queima da fuligem, devem ser executados nos intervalos prescritos.

Muflas Muflas são componentes de fornos contínuos, frequentemente utilizadas em trabalhos realizados a altas temperaturas. Quando acima de 1.090ºC, valem as mesmas considerações feitas, anteriormente, para os tubos radiantes.

Um fabricante de ferramentas de aço-de-alta-liga, que faz tratamentos térmicos num forno contínuo, a 1.175ºC, relatou que a durabilidade média da mufla importada, de material DIN 2.4879 (G-NiCr28W), podia variar de 1 a 1,5 anos. Neste período de tempo, não se observava qualquer deformação deste componente do forno. Ao primeiro sinal de deformação, porém, começavam a aparecer trincas. Este tipo de material tem uma alta resistência à fluência mas, sua ductilidade é baixa demais para poder acomodar deformações. A empresa resolveu trocar o material da mufla, por RA 602 CA e, constatou que sua durabilidade chegou a 2 anos. O preço mais alto da mufla, quando comparado àquela importada da Europa, foi plenamente compensado, por sua maior vida útil.

Constatou-se, ainda, que o fim da vida da mufla nova, não se deu por fluência, ou ruptura mas, foi devido ao peso excessivo de um dispositivo de transporte das peças, que havia sido soldado a ela. Um novo projeto do dispositivo mencionado, eliminou a necessidade de uma soldagem e, a vida útil da mufla dobrou.

Há muitos usuários de muflas confeccionadas com RA 602 CA, operando a temperaturas superiores a 1.150ºC. Todos relataram que sua vida útil chegava ao triplo, ou mesmo ao quádruplo daquelas de Inconel 601. Um deles chegou a dizer que, comparado ao material HR 120 (Haynes), a durabilidade dobrara.

Em termos de preços, RA 602 CA é 50% mais caro do que Inconel 601. Tradicionalmente, RA 602 CA e HR 120 têm o IndustrialHeating.com ■ MARÇO 2021 35

MATERIAIS RESISTENTES AO CALOR

Fig. 3. Desempenho da cesta da liga 600 (e 601) vs. RA 602 CA (agora em mais de 40 ciclos)

mesmo preço. Comparado ao Inconel 601, mesmo custando 50% mais, a vida útil chegará ao triplo, o que significa que, ao longo da vida da mufla, restarão duas semanas a mais de produção (faturamento), geradas pela não-necessidade de paradas do equipamento, para reparos.

Cestos de Carregamento Nos últimos 4 anos, a firma Solar Atmospheres tem utilizado cestos, fabricados com barras de RA 602 CA. Eles precisam suportar temperaturas um pouco abaixo de 1.260ºC, contendo peças de 45 kg.

Os materiais antes utilizados (Inconel 600 e HR 120), duravam entre 5 e 10 ciclos de tratamento, quando então precisavam ser retirados da produção, para reparos. Ao passarem a utilizar RA 602 CA, os cestos passaram a resistir mais do que 40 ciclos. A figura nº 3, mostra a diferença entre um cesto confeccionado em Inconel 600 (& 601) e outro, de CA 602 CA (após 40 ciclos).

Uma outra opção é o uso de grelhas confeccionadas com chapas dobradas (nos Estados Unidos, este tipo de grelha é denominado serpentine grid), como pode ser visto na figura nº 5.

As “serpentine grids” são construídas com chapas (dobradas como se fossem uma serpente... daí o nome), unidas por barras dotadas de roscas em ambas extremidades e porcas para fixação.

Podem ser utilizados os mais variados tipos de materiais, como

Dispositivos e Eficiência Térmica Dispositivos em geral e, particularmente, grelhas fundidas em formato de colmeias, são valorizadas por sua capacidade de manter a geometria, sem se deformarem – vide a figura nº 4. As mais utilizadas são aquelas que apresentam segmentos retos, unidos por secções cilíndricas.

Grelhas como estas não sofrem empenamentos. Seu design, em forma de colmeia, garante vida longa ao dispositivo. Aquelas fundidas convencionalmente, podem eventualmente, ao longo de sua vida, desenvolver trincas entre os segmentos cilíndricos e retos.

Qualquer grelha fundida, apresenta potencial para redução de seu próprio peso. Quando isto se torna possível, mais peças poderão ser carregadas no forno, o que aumenta a produtividade do equipamento e, consequentemente, a eficácia de seu sistema de aquecimento.

Quando a planicidade de uma grelha não representar um fator crítico para o empenamento da carga, pode-se pensar em reduzir seu peso e, consequentemente, seu custo.

36 MARÇO 2021 ■ IndustrialHeating.com

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MATERIAIS RESISTENTES AO CALOR

Fig. 4. Grade em serpentina (Esquerda), grade fundida típica (meio) e nova grade fundida com design de favo de mel (Direita)

Inconel 309, 310, 600,601, RA 253 MA, RA 330 X e RA 602 CA. Não se devem utilizar aços inoxidáveis para tratamentos térmicos que necessitem de têmpera em meios líquidos, ou cementação. Ao definir o tipo de material, assegure-se que sua resistência à fluência seja suficientemente alta à máxima temperatura de trabalho.

Resumo Muitas instalações de tratamentos térmicos, estão plenamente satisfeitas com os materiais utilizados nos dispositivos de seus equipamentos.

Existem, porém materiais que, apesar de custarem de 30 a 40% mais do que os convencionais, proporcionam economias significativas, devidas à sua maior vida útil, eliminando de duas a três paradas de produção para reparos e, consequentemente, aumentando a produtividade dos equipamentos. Por não compreenderem como isto pode ser significativo, muitas empresas ainda são relutantes para um salto em direção destas ligas especiais.

No caso específico dos dispositivos de carregamento das peças a

serem tratadas, a redução de peso traz economias nada desprezíveis.

Quando se faz uma análise profunda dos custos envolvidos na realização de um tratamento térmico, a decisão por adotar materiais mais resistentes, será muito facilitada.

Para obter mais informações, contate: Marc Glasser – Rolled Alloys – 125 West Sterns Road, Temperance, MI / USA – tel: +1-800-521-0332 – e-mail: mettalurgical-help@rolledalloys.com – web: www.rolledalloys.com Tradução e adaptação gentilmente efetuada por Luiz Roberto Hirschheimer da Hirschheimet Serviços Ltda.

Apêndice: Análise do “custo-benefício” de tubos radiantes confeccionados com RA 602 CA Os números apresentados nesta análise não correspondem aos atuais mas, servem como ilustração • Custo dos tubos fundidos = U$1.000,00 • Custo dos tubos de RA 602 CA = U$1.400,00 • Vida útil esperada para os tubos fundidos: 4 anos • Vida útil esperada dos tubos de RA 602 CA: 8 anos ou mais Conclusão: o custo anual dos tubos fundidos comuns é de US$ 1.000,00 / 4 anos = US$ 250,00/ano, enquanto aquele dispendido com a liga RA 602 CA é de US$ 1.400,00 / 8 anos = US$ 175,00/ano.

Nota do autor: Queremos agradecer às empresas Euclid Heat Treatment e Solar Atmospheres por utilizarem RA 602 CA, por trabalharem junto conosco para a coleta de dados e, por permitir o compartilhamento destas informações com toda a indústria de tratamentos térmicos.

1. https://www.rolledalloys.com/shared/library/case-histories/RA-602-CA-Radiant-Tubes-Euclid_CH_US_EN.pdf 2. https://www.rolledalloys.com/shared/library/case-histories/RA-602-CA-Muffle-for-Steel-Tool-Hardening_CH_US_EN.pdf 3. https://www.rolledalloys.com/shared/library/case-histories/RA-602-CA-Chosen-for-Heat-Treat-Baskets_CH_US_EN.pdf

IndustrialHeating.com ■ MARÇO 2021 37

GASES INDUSTRIAIS & COMBUSTÃO

Nitrogênio: Hora de um Novo Plano de Jogo Paul Cairney – South-Tek Systems; Wilmington, N.C. Nossas experiências recentes de crise nos ensinaram sobre nós mesmos e nossas empresas. Sua empresa estará pronta para prosperar quando a próxima crise chegar?

A

recente pandemia forçou muitas empresas a um modo de sobrevivência: reduzindo o número de funcionários, cortando custos onde possível e estabelecendo novos protocolos de saúde e segurança, ao mesmo tempo que tentam dar continuidade aos negócios normalmente. Mas e a próxima crise? Sua empresa voltará ao modo de sobrevivência ou você estará pronto? Sua empresa vai sobreviver ou vai prosperar?

O desenvolvimento de uma operação autossustentável é a próxima etapa crítica para empresas com foco no futuro. Para os fabricantes, isso significa garantir que suas fábricas não parem. De quantos terceiros sua empresa depende? Você experimentou atrasos nas entregas ou precisou pesquisar e encontrar novos fornecedores rapidamente?

Várias indústrias, incluindo tratamento térmico, dependem do nitrogênio para as etapas cruciais de seus processos. Tradicionalmente, isso significa depender de terceiros e estar sob contrato para entregas regulares de nitrogênio líquido. Pode ser a hora de um novo plano de jogo ... assuma o controle, reduza seus custos e gere seu nitrogênio internamente, sob demanda.

A South-Tek Systems projeta e fabrica tecnologia 38 MARÇO 2021 ■ IndustrialHeating.com

confiável de geração de nitrogênio desde 1997. Instalamos mais de 12.000 sistemas em pequenas empresas privadas e empresas da Fortune 500, todas buscando gerar economia e eficiência. A marca South-Tek não foi construída apenas com base na confiabilidade, mas também na fácil integração nas instalações de fabricação do cliente - fornecendo geradores de nitrogênio que são rápidos e simples de manter.

Tecnologia Experimentada, Testada e Comprovada O nitrogênio, o gás mais abundante da Terra, constitui 79% do ar que respiramos. A geração interna de nitrogênio, a filtragem de oxigênio e outros gases e impurezas, é a preferência atual de muitas aplicações para a produção de nitrogênio de maneira segura, eficiente e econômica.

A tecnologia de filtragem PSA (Pressure Swing Adsorption adsorção com oscilação de pressão), juntamente com um projeto de leito duplo, é o padrão ouro da geração industrial de nitrogênio.

Décadas de progresso com a geração de N2 identificaram claramente o PSA como o processo de filtração confiável para fornecer purezas contínuas de N2 de 95-99,999%.

“99,999% de nitrogênio pode ser obtido com um projeto de sistema adequado que utiliza PSA de leito duplo como sua tecnologia de purificação de nitrogênio”, diz Matt Thomas, diretor de engenharia da South-Tek Systems. “Garantimos níveis de pureza com testes

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internos usando analisadores de oxigênio com precisão de ± 2 ppm (partes por milhão). Muitos clientes exigem verificação adicional de terceiros usando máquinas de cromatografia muito precisas que corroboram os resultados de nossa fábrica e a capacidade de nossos geradores de alcançar purezas melhores que 10 ppm de O2 por anos no campo.”

“Alcançar um nitrogênio consistente de alta pureza ano após ano requer anos de experiência em design, utilização de componentes de alta qualidade, configuração adequada e manutenção periódica direta”, disse Thomas.

O princípio da tecnologia PSA é ADSORÇÃO. Não deve ser confundida com absorção, a adsorção é a capacidade de uma substância sólida atrair para sua superfície as moléculas com as quais entram em contato. O gás não se torna parte do sólido; em vez disso, ele é mantido pela superfície sólida sob uma pressão específica.

Na primeira etapa do processo, o ar comprimido passa por uma série de filtros para remover quaisquer óleos, partículas ou umidade. Em seguida, o ar limpo e seco se move para um dos dois vasos de adsorção (leitos de peneira) preenchidos com material de peneira molecular de carbono (CMS - Carbon Molecular Sieve). À medida que a pressão aumenta para 95-130 psi, o material CMS adsorve seletivamente as moléculas menores de oxigênio, permitindo a passagem das moléculas maiores de nitrogênio. O nitrogênio, no nível de pureza desejado, é então armazenado e pronto para uso (Figs. 1 e 2).

Enquanto o primeiro leito de peneira está produzindo N2 , o segundo leito de peneira despressuriza para exaurir o O2 adsorvido na atmosfera. Este ciclo de adsorção e dessorção (pressurizar / despressurizar) entre os dois leitos de peneira permite a produção contínua de nitrogênio com pureza consistente. O design de cama dupla permite eficiência máxima e manutenção mínima.

Partícula de carbono 20 µm

CMS Pore size 3.0 Angstrom O2 molecule 2.9A N2 molecule 3.1A

Gas out = N2

N2 N2

CMS Pore structure (0.4 nm - 25 nm) N2 molecule 02 molecule

N2 O2

N2

O2 O2

O2 O2

N2

O2

O2

Air in = N2 + O2

Fig. 1. O material da peneira molecular de carbono (CMS) adsorve as moléculas menores de oxigênio, permitindo a passagem de moléculas maiores de nitrogênio.

Um Tamanho Não Serve para Todos Durante anos, a indústria de tratamento térmico dependeu das propriedades inertes do nitrogênio para retirar o oxigênio de ambientes de alta temperatura, geralmente exigindo altas taxas de f luxo e pureza em um curto período de tempo.

Tradicionalmente, comprar nitrogênio a granel tem sido a solução ideal. Com modernos geradores de nitrogênio conectados para atender aos requisitos específicos da indústria de tratamento térmico, as empresas estão reconhecendo os inúmeros benefícios da geração autossustentável de nitrogênio e fazendo a troca.

O gerente geral de uma instalação comercial de tratamento térmico no meiooeste norte americano descreve sua experiência com a transição para a geração de nitrogênio. “O sistema é bem projetado e a qualidade dos componentes usados pela South-Tek é superior”, disse ele. “Desde a instalação do gerador, há três anos, não tivemos nenhuma parada não programada. Esta é uma forma sólida e confiável de receber nosso necessário suprimento de nitrogênio.”

Os geradores industriais não devem ser uma solução única para todos. Um único gerador de nitrogênio oferece vazões que variam de 50 scfh a 36.000 scfh e purezas de 95% a 99,999%. Com cada 1/100 de mudança por cento na pureza afetando o processo de aplicação e o custo, a precisão é crítica. Um sistema personalizado para suas necessidades exatas de nitrogênio é necessário para ser considerado uma solução eficiente e econômica.

A Geração de Nitrogênio é uma Boa Opção para Tratamento Térmico?

O tratamento térmico usa nitrogênio para processos, incluindo cobertura, purga de nitrogênio, gás de transporte e muito mais. Dan Herring, “The Heat Treat Doctor,” fornece aos clientes da South-Tek conselhos de especialistas sobre tratamento térmico e processos metalúrgicos relacionados a atmosferas de nitrogênio, ajudando-os a reconhecer quando um gerador é a melhor solução e quando não é.

As atmosferas usadas na indústria de tratamento térmico têm um de dois propósitos comuns: • Para proteger os componentes processados de reações químicas prejudiciais que podem ocorrer em suas superfícies (como oxidação ou cementação) - ou seja, serem passivos (quimicamente inertes) à superfície do metal IndustrialHeating.com ■ MARÇO 2021 39

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Cama de peneira A

Cama de peneira B

Tanque pulmão de Nitrogênio

Saída de Nitrogênio

Entrada de ar comprimido Ar comprimido Gás rico em Oxigênio Nitrogênio Válvula aberta Filtro Absorvedor Filtro de particulados Coalescente de carbono

Válvula fechada

Fig. 2. Processo de filtração em leito duplo por adsorção por oscilação de pressão (PSA)

• Para permitir que a superfície das peças seja alterada (adicionando carbono, nitrogênio ou ambos) - ou seja, seja reativa (quimicamente ativa) à superfície do metal Os geradores de nitrogênio oferecem mais benefícios quando uma atmosfera de f luxo contínuo de N2 ou N2 puro como componente é necessária. As combinações típicas incluem N2 / H 2 , N2 / CH4 ou apenas N2 para gás de cobertura em têmpera N2 , alívio de tensões, normalização, recozimento, têmpera ou CAAB (Continuous Atmosphere Aluminum Brazing - brasagem contínua de alumínio sob atmosfera).

A geração de nitrogênio também é adequada para aplicações de f luxo contínuo onde são necessárias atmosferas de N2 / metanol, como cementação e endurecimento neutro. Exemplos adicionais de uso de aplicação incluem a purga da câmara antes do FNC (Ferritic Nitro-Carburizing - Nitro-cementação Ferrítica) e da nitretação, bem como a alimentação do f luxo de N2 conforme exigido pelos desengraxantes a vácuo.

Jim Wilbur da empresa Wm. A Wright & Associates Inc. trabalha com muitos dos maiores nomes da indústria de tratamento térmico. “Instalamos vários geradores South-Tek, e cada um está livre de problemas e deixou nosso cliente muito satisfeito”, diz Wilbur.

Aproximadamente 80% do uso de nitrogênio requer gás, não a forma líquida. O principal motivo pelo qual o nitrogênio passa por um processo caro de liquefação é a facilidade de transporte. Elimine a liquefação e o custo por trás dela, simplificando o processo e gerando nitrogênio no local.

O Investimento Inteligente de Hoje Ajuda a Garantir o seu Amanhã

Nunca houve melhor altura para investir no amanhã da sua empresa. Os geradores de nitrogênio fornecem um ROI (Return on Investment – Retorno sobre Investimento) 40 MARÇO 2021 ■ IndustrialHeating.com

rápido e favorável e, ao comparar o custo de geração de nitrogênio com a compra a granel, a indústria de tratamento térmico, em média, obtém uma economia de 80-90%. Por exemplo, o preço médio atual de compra de granéis líquidos é US$ 1,00 por CCF (Centum Cubic Feet – Centum Pés Cúbicos), enquanto o custo de gerar o seu próprio com um gerador da South-Tek Systems é de ~ 10 centavos por CCF. Jim Senne da empresa MetalPro Resources, um veterano de 30 anos na indústria de tratamento térmico, tem anos de instalações bem-sucedidas de geradores de nitrogênio da SouthTek Systems para vários processos, incluindo têmpera N2 , atmosfera N2 / CH4, purga N2 de vestíbulos em FNC contínuo e borbulhamento de N2 no desengraxamento a vácuo. Cada necessidade de processo é diferente, exigindo capacidades de 50 a 10.000 SCFH (Standard Cubic Feet per Hour Pés Cúbicos Padrão por Hora) e purezas que variam de 99 a 99,999%. “Há duas coisas que não variam nessas instalações: o equipamento funciona sem problemas e o retorno econômico foi rápido”, diz Senne.

Tão significativo quanto a economia de custos, a geração de nitrogênio no local elimina o intermediário e elimina contratos de longo prazo. Cada iniciativa autossustentável que sua empresa toma para se preparar para circunstâncias imprevistas aumenta sua capacidade de sobreviver e prosperar no futuro.

Para obter mais informações: Entre em contato com Paul Cairney, gerente de mercado de tratamento térmico, South-Tek Systems, LLC, 3700 U.S. Highway 421 North, Wilmington, NC 28401, EUA; tel: +1 888-526- 6284 ou 910-332-4173; fax: 910-332-4178; e-mail: pcairney@southteksystems.com; web: www.southteksystems.com.

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- Vasta gama de soluções de tratamento térmico a vácuo - As melhores hot zones (camaras térmicas) - Alto nível de vácuo durante trabalho - Uniformidade de temperatura de primeira classe - Em conformidade com os critérios estabelecidos pela AMS 2750 F, CQI9 e Indústria 4.0 - Equipe Técnica Experiente - Assistência rápida em todo o mundo TAV VACUUM FURNACES SPA ph. +39 0363 355711 info@tav-vacuumfurnaces.com www.tav-vacuumfurnaces.com Representante América do Sul: LMTerm - Tecnologia em Processamento Térmico - +55 (12) 3021 4781 - www.LMTerm.com.br