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).