Revista Industrial Heating - Jul a Set/2011 by SF Editora

May Jul a 2011 Set 2011

Especial: GUIA DE COMPRAS 2011 Nitretação a Gás p.45 Nitretação em Banhos de Sais p.50 Revestimento PVD p.53 Controle Pulse Firing p.56 Tijolos Isolantes Refratários p.61 Novidade: Indicadores Econômicos

p.14

A maior e mais conceituada publicação da indústria térmica www.revistaIH.com.br • www.industrialheating.com

4.500kW POTÊNCIA MÁXIMA 60” DIÂMETRO EXTERNO MÁXIMO 1 SISTEMA DE INDUÇÃO PARA RECOZIMENTO

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

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Jul a Set 2011 - www.revistalH.com.br 3

Julho a Setembro 2011 • Número 12

CONTEÚDO

Na Capa:

Carga de 4,5m de comprimento sendo transferida para tanque de óleo. Foto cortesia de Rex Heat Treat, Lansdale, PA, EUA.

Princípios de Nitretação a Gás Daniel H. Herring – The HERRING GROUP, Inc., EUA A nitretação é um processo de cementação no qual o nitrogênio é introduzido na superfície de uma liga ferrosa, como o aço, mantendo o metal a uma temperatura inferior àquela em que a estrutura cristalina começa a se transformar em austenita no aquecimento (Ac1), conforme definido pelo diagrama de fase ferro-carbono.

s o

Tratamento Térmico

A Nitretação em Banhos de Sais Luiz Roberto Hirschheimer – Techniques Surfaces do Brasil Ltda.; Diadema, SP, Brasil Roberta Nardaci Dias – Techniques Surfaces do Brasil Ltda.; Diadema, SP, Brasil Valdir Albencio - Techniques Surfaces do Brasil Ltda.; Diadema, SP, Brasil Os vários aspectos práticos da utilização da nitrocarbonetação em banhos de sais

são descritos neste artigo.

Recobrimento

Utilização de Revestimento PVD em Aços Ferramenta Carlos Eduardo Pinedo - Heat Tech Ltda. e HTS Tecnologia em Revestimentos, Brasil

Ferramentas são utilizadas com objetivo de dar forma a outros materiais; metálicos, cerâmicos e/ou poliméricos. As mais diferentes operações em ferramentaria exigem sempre o movimento relativo entre no mínimo dois corpos, a ferramenta e o esboço,

promovendo gerando com isso o fenômeno de desgaste.

Gases Industriais / Combustão

Controle Pulse Firing em Fornos para Tratamento Térmico Jader Juarez Natalício dos Santos - Sauder, Brasil Pulse firing é um modo de controle para queimadores conhecido por suas

vantagens, principalmente quando usado em equipamentos de grande porte. Mas como funciona? Quais são os principais parâmetros? Como controlar a pressão da câmara em uma atmosfera interna instável?

Refratários

Tijolos Isolantes Refratários Andy Wynn - Morgan Thermal Ceramics UK Ltd; Bromborough, Reino Unido Massimiliano Marchetti e Ermanno Magni - Morgan Thermal Ceramics Italiana srl; Casalpusterlengo, Itália Tijolos isolantes refratários são produtos bem estabelecidos para a solução de muitos problemas de contenção de calor de altas temperaturas em indústrias.

4 Industrial Heating - Jul a Set 2011

COLUNAS 06 Editoriais

Tudo Sobre Automóveis

Por Reed Miller - EUA A redução de peso dos carros com aço de alta resistência ou alumínio é uma importante iniciativa, que está relacionada a economia de combustível.

08 Desidustrialização (2)

Por Udo Fiorini - Brasil Pelo que se entende nas opiniões que estão à nossa disposição dos meios de comunicação, a polêmica é maior quanto aos efeitos do câmbio valorizado de nossa moeda.

Pioneiros

George Totten George Totten, embora americano, tem uma longa história de trabalho e pesquisa em nosso país.

28 Manual do Tratamento Térmico

Distorções Dimensionais na Têmpera dos Aços - Parte II: Distorções Evitáveis Por Shun Yoshida É importante ressaltar que o termo “evitáveis” usado neste texto, não significa que elas sejam 100% eliminadas ou mesmo de previsão exata.

Metalurgia do Pó

A Metalurgia do Pó nos Veículos Elétricos Por Fernando Iervolino Os veículos elétricos e híbridos estão se popularizando rapidamente. veja o importante papel que a Metalurgia do Pó representa neste mercado em crescimento.

38 Siderurgia

A Metalurgia por Trás dos Aços Avançados de Alta Resistência Por Antônio Augusto Gorni Uma vez que não há como se alterar a densidade do aço, a solução para reduzir o peso dos componentes feitos com esse material consiste na redução de sua espessura.

40 Refratários

Tipos de Refratários - Parte 2 - Produtos Conformados Por Waldir de Sousa Resende Ainda hoje os materiais conformados mantêm sua importância nos revestimentos de equipamentos siderúrgicos, de fornos de cimento, cal, vidro etc.

ESPECIAL: Guia de Compras

Para atender ao crescimento do número de empresas atendidas pelo Guia de Compras, que dobrou a participação de empresas participantes desde a última edição, a partir desse ano o formato será reduzido. Passaremos a informar os dados completos somente das empresas anunciantes e unicamente nome e telefone das demais empresas. Estes mesmos dados estão disponíveis no site www.revistaIH.com.br

DEPARTAMENTOS 10 Produtos

Universo Empresarial Novo!

14 Indicadores Econômicos Novo!

Por Eliana B. M. Netto O conhecimento técnico alicerça o desenvolvimento profissional, mas é através das pessoas que os resultados aparecem.

17 Eventos da Indústria

Liderança em Ação

44 Você Sabia?

Esferas de Rolamento, Não Rolamentos de Esferas Na verdade existem vários tipos de rolamentos que sequer usam esferas. O mais comum deles é o rolamento de rolos.

18 Carreiras e Pessoas 18 Novidades da Indústria 67 Serviços 68 Índice de Anunciantes Jul a Set 2011 - www.revistalH.com.br 5

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

Tudo Sobre Automóveis

ma análise das recentes notícias automotivas revela várias áreas-chave a serem cobertas. A redução de peso dos carros com aço de alta resistência ou alumínio é uma importante iniciativa, que está relacionada a outra área-chave - a economia de combustível. A terceira gira em torno do impacto do tsunami sobre a indústria automobilística japonesa. Cortar a Gordura Foi realizado nas últimas semanas o 10º Seminário Anual Sobre Grandes Projetos em Aço (GDIS - Great Designs in Steel) Livonia, Michigan, EUA. Neste momento, o programa Veículos de Aço do Futuro (FSV - Future Steel Vehicle) apresenta tecnologias de produção e graus de aço para a indústria de produtos avançados de alta resistência (AHSS – Advanced High-Strength Steel). (Nota da redação: leia mais na coluna de Siderurgia, de Antonio Augusto Gorni, nesta edição). Durante a última década, o uso de AHSS pela indústria automobilística ultrapassou todas as outras opções de redução de peso. Tornar os veículos mais leves usando o AHSS tem um efeito aditivo. Enquanto os veículos perdem uns quilos, os motores podem ser mais leves, porque é necessário menos potência para mover os veículos. Os freios podem ser mais leves, porque é mais fácil parar um veículo mais leve. As baterias para carros elétricos ou híbridos também podem ser mais leves, enquanto o veículo perde peso. Não é necessário dizer que todo esse corte de gordura resulta em um veículo mais econômico em combustível. Os especialistas preveem que o uso do aço leve irá economizar 0,37 quad de energia até 2020. Um quad é equivalente a mais de 8 trilhões de galões de gasolina ou quase 300 trilhões de kWh de eletricidade. Cinco novos modelos de veículos 2011/2012 movidos à gasolina professam atingir o limiar de 17 quilômetros por litro através de uma variedade de técnicas inovadoras. Vários mencionam especificamente o uso generalizado do aço leve como uma das maneiras para que eles cheguem lá. Obviamente, o uso de alumínio também é importante. O desenvolvimento continua em novas e melhores maneiras para fazer metais mais leves. Os pesquisadores do Instituto Politécnico da New York University encontraram uma maneira de tornar o metal mais leve, enquanto reciclam resíduos tóxicos. Compósitos de espuma foram criados usando cinzas - um subproduto tóxico da combustão de carvão - como um aditivo. O material de espuma de metal pode ser usado para substituir alumínio e magnésio sólidos em certas aplicações automotivas. Embora seja provável que essas “inclusões” não farão com que o aço seja mais forte, testes nos mostram que as espumas leves absorvem mais energia do que os materiais sólidos. O Que Está Acontecendo? Enquanto escrevo este editorial, a Toyota anuncia que está racionando peças de reposição para os revendedores nos EUA. Eles 6 Industrial Heating - Jul a Set 2011

também dizem que esperam “algumas interrupções de produção” em fábricas norte-americanas, devido a problemas de obtenção de peças do Japão. Da mesma forma, a Honda diz que “vai começar a ajustar os níveis de produção, cortando as horas em algumas plantas pela metade.” A Subaru corta turnos pela metade em sua fábrica de Lafayette, Indiana, EUA, para conservar as peças e, no dia em que escrevo, a Nissan está reavaliando a produção norte-americana. O efeito do tsunami também prejudicou os fabricantes nacionais que dependem de peças feitas no Japão. A GM foi forçada a fechar temporariamente uma fábrica de picapes em Shreveport, Louisiana, EUA, e uma linha de motores relacionados em Buffalo, devido à falta de peças importadas do Japão. Falando na GM, ela recentemente anunciou a venda da sua parte da Delphi Corp de volta para a sua anterior subsidiária de peças por US$ 3,8 bilhões. Isso resultará em um ganho de US$ 1,6 bilhão em seus resultados financeiros do primeiro trimestre. Em março, a Ford era esperada para superar GM, tornando-se maior vendedor de automóveis dos EUA. Os especialistas do setor dizem que isso tem mais a ver com a queda da GM do que com ganhos da Ford. No entanto, com dois dos cinco modelos de 17 quilômetro por litro - 2011 Fiesta SE SFE e 2012 Focus SFE -, a Ford se posicionou bem para os altos preços de combustível que estamos experimentando atualmente. A Associação de Montadoras Globais (Global Automakers), um grupo de lobby que representa a Toyota, Honda, Nissan, Hyundai, Kia, Subaru, Mitsubishi, Suzuki e outros, solicitou ao governo dos EUA que mantenha a contínua disponibilidade do combustível E10 - 10% de etanol, 90% de gasolina. Os federais aprovaram o E15 para veículos 2001 e mais novos. Muitos têm expressado a preocupação de que os testes de usabilidade do E15 não eram adequados e que o uso prolongado poderia danificar as linhas de combustível ou motores em si. O Futuro Uma breve olhada na tecnologia do futuro revela que os materiais são um componente-chave. A lista a seguir ajuda a pintar o quadro: pneus com raios de poliuretano em formato de favo de mel; motores eletromagnéticos para substituir as molas e os amortecedores; exoesqueletos de magnésio; ultracapacitores baseados em grafeno para armazenamento de energia; moldura do pára-brisas, teto e portas de oxinitreto de alumínio; compósito de fibra de carbono; baterias de íon de lítio; painéis solares integrados; estruturas metálicas infláveis para melhor proteção contra choques; e tecnologia turbocharger / supercharger aprimorada, para nomear alguns. IH

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

Desindustrialização (2)

ste é o segundo editorial com o mesmo título. O anterior sobre desindustrialização foi publicado na última revista FORGE. Aquele foi escrito antes de ser anunciado o aumento do IPI sobre carros importados. Mas já havia sido lançado o Plano Brasil Maior, de estímulo à indústria. Dada a discussão que se nota na imprensa e por causa do que sentimos no contato com o nosso público, percebe-se que o tema é necessariamente recorrente. E também polêmico. Pelo que se entende nas opiniões que estão à nossa disposição dos meios de comunicação, a polêmica é maior quanto aos efeitos do câmbio valorizado de nossa moeda, o Real. Enquanto uma boa parcela dos comentários são críticas sobre problemas criados basicamente pelas importações, leia-se da China, a outra parte, não menos importante, salienta que justamente este cambio favorável às importações está permitindo a indústria brasileira equipar-se com máquinas tecnologicamente mais avançadas. Em evento promovido no meio de Setembro pelo IABr, Instituto Aço Brasil, substituto do antigo IBS, Instituto Brasileiro de Siderurgia, foi apresentado a jornalistas o resultado do estudo que aponta a desindustrialização na América Latina. André Gerdau Johannpeter, presidente do grupo Gerdau e do conselho diretor do IABr, presente ao evento, foi enfático: “Há uma desindustrialização no Brasil, que passa pela perda de competitividade provocada pelo impacto do câmbio, a triangulação de produtos e a guerra

comercial com a China”. Segundo o estudo apresentado, a participação da indústria manufatureira no valor agregado caiu de 19,2% em 2004 para 15,8% em 2010. E salienta que particularmente está desbalanceado o comércio com a China, apesar do nosso superávit comercial. As exportações brasileiras para a China são basicamente produtos primários, enquanto que os manufaturados da cadeia metalmecânica representam mais de 60% do que importamos da China. Mas, conforme deixou claro o economista Germano Mendes de Paula, professor doutor da UFU, Universidade Federal de Uberlândia, responsável pelo estudo e presente ao evento: “Estamos nos tornando uma colônia da China, mas não podemos reclamar. A China apenas está fazendo aquilo que nós deveríamos estar fazendo...” Além do já tradicional Guia de Compras, estamos nesta edição trazendo mais uma novidade: a pesquisa sobre os indicadores econômicos do setor de tecnologias térmicas. Entendemos este setor como o que engloba tratamentos térmicos, brasagem, sinterização (metalurgia do pó), fundição, siderurgia, instrumentação, refratários, queimadores, resistências, fornos, peças, serviços e processos. Interessante foi notar que as respostas refletem o estado atual do animo da economia. Das devoluções do questionário recebidas de clientes, mais de 50% eram positivas, ou seja, traziam embutido um otimismo. Estaremos atualizando estes números a partir de agora, com pesquisa a ser realizada antes do fechamento de cada edição. IH Participe! Tenha uma boa leitura. Udo Fiorini

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

Udo Fiorini - Editor udo@revistaIH.com.br • (19) 9205-5789 Sunniva Simmelink - Diretora Comercial sunniva@revistaIH.com.br

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8 Industrial Heating - Jul a Set 2011

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

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Térmico para Instalações deEditorial Aço, Alumínio eTratamento Térmico para Ligas de Cobre | udo@revistaIH.com.br Udo Fiorini, Editor | 19 9205-5789 Aço, Alumínio e Ligas de Cobre

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Sensores de Temperatura Infra-Vermelho Raytek Os sensores Raytek MI3 agora são compatíveis com os protocolos de comunicação Modbus e Profibus, permitindo a utilização em uma grande escala de aplicações que requeiram comunicação digital para dispositivos de campo. Os termômetros agora atualizados oferecem soluções de medição de temperatura sem contato multicanal, a baixo custo com possibilidade de comunicação por rede. A série MI3 de sensores infra vermelhos de alta performance reduzem custos de energia por permitirem controle de processos mais exatos e maior eficiencia no processo de aquecimento. Melhor controle normalmente resulta em menos variação no produto, qualidade mais elevada e aumento da produção. Os sensores MI3 combinam um cabeçote sensitivo IP65 (NEMA4) de aço inoxidável com um módulo de comunicação em separado. Eles oferecem a escolha de saídas analógicas em escalas de 0/4 a 20mA e 5/10 VDC ou saída por termopar tipo J, K, R, ou S, bem como opcionalmente uma interface com rede RS 485. www.raytek.com

APSA On Site Air Liquide A solução da Air Liquide - líder mundial em gases para indústria, saúde e meio ambiente - para o tratamento térmico usado em diversos processos industriais é o sistema APSA (sigla para Advanced Product Supply Approach), equipamento que produz nitrogênio criogênico de alta pureza nas dependências do cliente, possibilitando alta disponibilidade e alta pureza, que são fatores críticos para aplicações em tratamento térmico. Com diversas referências em processos de brasagem, recozimento, normalização e têmpera entre outros, a APSA utiliza um processo de destilação, possui baixo consumo de energia e produz nitrogênio com pureza maior que 99,999%. www.br.airliquide.com

Sistema Patenteado de Normalização na Vertical Eletrotêmpera A normalização consiste na austenitização completa do aço, seguida de resfriamento ao ar. Tem por objetivo refinar e homogeneizar a estrutura do aço, refinando os grãos, visando obter melhor resposta na têmpera e revenimento posterior. Vantagens: Melhoria da usinabilidade, refino de estruturas brutas de fusão (peças fundidas) para obter as propriedades mecânicas desejadas e menos deformação quanto ao empenamento. www.eletrotempera.com.br

Sistema de Controle Automático para Geradores Endotérmicos Maxitrate O EndoInjector™ é um sistema para um controle preciso da mistura ar/gás em geradores de gás endotérmicos. O sistema patenteado incorpora uma injeção de combustível que utiliza controle eletrônico da vazão e uma precisa relação da mistura, obtendo um gás endotérmico de alta qualidade com controle integrado do potencial

10 Industrial Heating - Jul a Set 2011

de carbono para fornos de tratamento térmico. O EndoInjector™ reduz significativamente o consumo e principalmente o desperdício de Endogás. O controle automático permite a produção de Endogás “sob demanda”, ou seja, só é produzido exatamente o que os fornos estão consumindo, nenhum escape de excedente é necessário. O EndoInjector™ pode ser instalado substituindo o sistema existente de controle por carburador em qualquer gerador independente do fabricante. O retorno do investimento se dá normalmente em menos de um ano após a instalação. www.maxitrate.com.br

Juntas de expansão Balg Entre os produtos produzidos pela Balg, destacam-se as juntas de expansão metálicas com fole em aço inoxidável, as juntas de expansão com fole em borracha, as juntas de expansão não metálicas com fole em tecido, as juntas de acoplamento tipo Dresser e tubos flexíveis metálicos. Além destes, o portfólio da Balg inclui acessórios de fabricação própria como: juntas de vedação para flanges, protetores de vazamentos para válvulas, flanges e juntas, etc. A empresa oferece serviço de reparo em juntas de vedação avariadas e instalações ou substituição de juntas no campo, seja on shore ou off shore. www.balg.com.br

Controlador de Temperatura Microprocessado N1040 Novus O controlador de temperatura microprocessado N1040 foi desenvolvido para aplicações onde se deseja reunir baixo custo e alta precisão. Possui formato 48x48 mm (LxA) e profundidade reduzida com somente 75 mm, o que reduz significativamente o espaço de montagem. O frontal é IP65 com teclas em silicone. Outra inovação do N1040 é o seu sis-

Produtos

tema de conexão elétrica removível que possibilita maior agilidade na etapa de instalação. Aceita termorresistência Pt100 e termopares J, K e T. Possui saída de controle a pulso lógico em todos os modelos e até três saídas a relé para controle ou alarme, alimentação universal, além de sintonia automática dos parâmetros PID, tornando o controlador de temperatura mais sofisticado e de baixo custo do mercado. Outras características: Função saída segura que permite ao usuário estabelecer a condição da saída de controle em caso de falha no sensor; Menu de programação simplificado e de fácil operação pelo operador; Proteção da configuração por senha de acesso; Homologação CE; Resgate das calibrações de fábrica de entrada, desconsiderando toda e qualquer alteração realizada pelo usuário. www.novus.com.br

Kartem A Kartem atua no ramo de juntas de expansão dos tipos: borracha flangeada, elásticas tipo Dresser de até 20” de diâmetro, metálica flangeada ou pontas para solda, predial em cobre com fole em aço inox, rosca união de diversos tipos, Gibault em ferro fundido, PTFE com terminais em aço carbono. Também oferece ao mercado tubulações em geral, mangotes de borracha, tubos metálicos flexíveis, entre outros.

Controlador Multizona TCI – Mod.: MZ-8

Máquinas SuperPower

TCI – Tecnologia em Controles Industriais Novo lançamento da TCI, o MZ-8, atua em 8 zonas apoio de módulos que acompanham o produto. Permite leitura e controle de: temperatura, corrente e umidade. Tem 8 zonas de controle (relé ou lógica), 8 saídas de alarme, Saída Modbus RTU Fonte Chaveada, Consumo 8 W. www.tci.ind.br

com

Alimentadores Vibratórios de Fornos de Fusão Rex Máquinas Os alimentadores vibratórios fabricados sob licença da ACES, da França, são utilizados para alimentar fornos de fusão com matéria prima, funcionando como um pulmão intermediário entre o volteador (tombador), a caçamba basculante e o reservatório vibratório. Também podem regular o fornecimento das peças antes de um aquecedor por indução, carregando peça a peça. Capacidade a partir de 1000 Kg de aço e tombamento de 1200 até 4000 mm do piso. A linha standard aceita cargas de até 6 toneladas, sendo equipados com motores vibratórios de várias potências e alimentam de 2 a 8 cm³/ segundo conforme a carga e sua composição. Em geral o alimentador vibratório está integrado a uma linha de produção tendo que ser equipado com um dispositivo de detecção de nível, que auxilia no controle de suprimento e permite começar ou demandar o enchimento do alimentador. www.rexmaquinas.com.br

cliente, tendo estoque de peças para pronta entrega, dependendo do tipo. Também fornece termopares e controladores de temperatura. www.collerresistencias.com.br

Juntas de expansão

Tecnotrat Os equipamentos Tecnotrat modelo Super Power (Inox) possuem trafo com potência de 75 kW e 100kW, podem ligar até 4 resistências de 2,7 kW de potencia por canal ou até 3 resistências de 3,6 kW de potencia por canal, ou seja potencia total de 64,8 kW em qualquer situação. No caso dos equipamentos Tecnotrat existe uma margem técnica 51 vezes superior ao similar importado. www.tecnotrat.com.br

FORNO A VÁCUO Fabricação Nacional

Resistências elétricas Coller A Coller é uma empresa fundada em 1992, reconhecida por sua atuação no mercado de fabricação de resistências elétricas e termopares. A linha de produtos compreende resistências de imersão, aletadas, tipo cartucho convencional ou alta carga, tubulares, sobre borda, coleira de mica ou cerâmica, silicone, fibra, entre outras. A Coller fabrica resistências elétricas de acordo com a necessidade do

Estrada da Roseira, 710 Jd. Suisso CEP: 07600-000 Mairiporã - SP Fone: (11) 4604-4678 Fax: (11) 4419-4496 www.grionfornos.com.br • grionfornos@grionfornos.com.br Jul a Set 2011 - www.revistalH.com.br 11

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Analisador de Gás Testo O analisador de gás portátil Testo 350 está mais fácil de usar. Com seu novo display colorido e medições precisas em até 5 passos, o novo t350 é a solução para as medições de alta confiabilidade para empresas que se preocupam com a produtividade sem abrir mão do cuidado com o meio ambiente. Com possibilidade de medir até 6 gases de forma simultânea o t350 é leve, preciso e robusto. Escolhe entre 10 células de medição digital de gases (O2, CO, CO baixo, NO, NO baixo, SO2, NO2, H2S, CxHy e CO2-IR). • Mede até 6 tipos de gases simultaneamente. • Medição real de NOx (O2+CO+NO+NO2) É possível escolher a aplicação, depois o tipo de combustível, os parâmetros que serão medidos, realiza as medições e visualiza em gráficos, através do display colorido e totalmente em português. Nova abertura de serviço, possibilita acesso a todos os componentes mais relevantes tais como, bombas e filtros, que podem ser facilmente limpos e reparados. www.testo.com.br

Software de Registro Infotherm Therma Software de simples instalação e configuração, para monitora-

mento e registro de processos. Funciona exclusivamente com controladores e indicadores da Therma, podendo monitorar até 31 instrumentos, em rede MODBUS RTU. Possibilita a visualização das variáveis do processo em tempo real, armazena os dados para consultas e impressão de gráficos, além de permitir exportação dos mesmos para arquivo PDF. É compatível com os sistemas operacionais Windows 98, XP, Vista e 7. www.therma.com.br

Forno Torre de Fusão Rápida de Lingotes Sauder O forno torre de fusão rápida de bacia basculante com câmaras encostadas, possui um processo de derretimento que ocorre no piso seco da câmara de fusão. O metal fundido flui para fora e entra num recipiente coletor (câmara) localizado ao lado da câmara seca de fusão. O carregador é composto por uma estrutura metálica especialmente desenhada para elevar a carga para a operação do forno. No topo do forno há uma cobertura de fibra cerâmica montada para reci-

EQUIPAMENTO DE INDUÇÃO PARA TÊMPERA SUPERFICIAL com estação de trabalho dupla Nossos Serviços e Produtos: - Tratamento Térmico por Indução - Aquecimento para Conformação - Aquecimento para Fusão de Materiais - Aquecimento para Solda/Brasagem - Aquecimento para Sinterização - Indução para Solda Longitudinal de Tubos de Aço Rua da Saudade, 138 - Seminário - Corupá/SC Tel.: (47) 3375-2323 www.eurothermo.ind.br - diretoria@eurothermo.ind.br 12 Industrial Heating - Jul a Set 2011

Produtos

clar os gases poluentes originados no processo de fusão bem como para reduzir o ruído da combustão. Características: 1. Forno de fusão rápida com aproveitamento dos gases de combustão; 2. Câmaras duplas encostadas de fusão e espera; 3. Perda metálica de até 1%. www.sauder.com.br

Válvulas Eletrônicas de Potência Penta Technologies A Penta Technologies do Brasil oferece completa linha de válvulas eletrônicas de potência. As válvulas eletrônicas ou osciladoras são produtos largamente utilizados em geradores de alta frequência para trabalhos de tratamento térmico, têmpera e aquecimento indutivo. A empresa oferece também o processo de remanufatura/ recondicionamento para válvulas especiais e fora de linha. www.pentabrasil.com.br

Alternativa ao Tratamento Térmico a Vácuo Solo Swiss Group Apesar de que se tem comprovado que as tecnologias a vácuo são seguras em muitos dos casos, existem três processos alternativos. O primeiro exemplo oferece melhores propriedades mecânicas, o segundo e o terceiro mostram que é possível reduzir drasticamente os custos e aumentar a produção, limitando as operações de mani-

pulação. 1) Têmpera de Moldes de trabalho a quente Requisitos: resfriamento de 40°C no mínimo, boa homogeneidade no resfriamento para minimizar distorções, estrutura final deve ser martensitica proeutética. Solução: linha PROFITHERM Line, com fornos de tratamento múltiplo de fornos campânula e tanques de resfriamento a banho de sal, que resultam em melhores propriedades mecânicas. 2) Brasagem de aço inox de peças grandes (ex.: trocadores de calor) A solução Solo é de forno de soleira de rolos de atmosfera controlada, que facilitam transporte sem a necessidade de aquecimento de esteiras e dispositivos, com custos de produção baixos e alta produção. 3) Nitretação com camada controlada O controle de processo Axron Swiss da Solo oferece gestão de todos os cálculos e parâmetros do processo de nitretação, permitindo controle das camadas e a obtenção de resultados que podem ser reproduzidos. A carga podem ser tratadas a granel em fornos do tipo poço. www.soloswiss.com

Jul a Set 2011 - www.revistalH.com.br 13

Indicadores Econômicos

Novidade: Indicadores Econômicos do Setor de Tecnologia Térmica

partir desta edição estaremos apresentando o resultado da pesquisa de opinião feita com os nossos leitores quanto à tendência, de crescimento ou de diminuição, dos números do mercado de tecnologias térmicas. Por e-mail enviado aos leitores cadastrados em nosso banco de dados foram feitas as seguintes perguntas: 1) O número de consultas de clientes mudou de Junho de 2011 para Julho de 2011? Defina um ponto na escala de -10 a +10. 2) O número de pedidos de clientes mudou de Junho de 2011 a Julho de 2011? Defina um ponto na escala de -10 a +10. 3) Como mudou a sua carteira de pedidos de Junho de 2011 para Julho de 2011? Defina um ponto na escala de -10 a +10. jun/11 jul a set/11 out a dez/11 jan a mar/12

4) Olhando o futuro próximo, na sua opinião, como deve se comportar o mercado da indústria de tecnologias térmicas nos próximos 30 dias? Defina um ponto na escala de -10 a +10. O resultado da tabulação das respostas pode ser acompanhado nas quatro tabelas. Como este é o ponto zero de nossa pesquisa, ainda não há uma curva, que passará a ser desenhada a partir da próxima edição, com a inclusão dos números que devemos receber. Agradecemos aos leitores que responderam em expressivo número à nossa pesquisa e desafiamos a mais leitores a participarem, para que esta pesquisa se torne uma referência mais completa no setor.

1,8

Número de Consultas

Número de Pedidos

7,0

6,0

5,0

5,0 4,0

4,0 3,0 2,0

2,5

3,0

1,8

2,0

1,0

1,4

1,0

0,0

-1,0

-2,0

-3,0

-4,0

-5,0

-6,0

-7,0 jun/11

jul a set/11

out a dez/11

jan a mar/12

-7,0 jun/11

Carteira

out a dez/11

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out a dez/11

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Futuro

7,0

6,0

5,0

4,0

3,0 2,0

jun a set/11

3,0 2,0

1,2

1,0

1,7

1,0

0,0

-1,0

-2,0

-3,0

-4,0

-5,0

-6,0

-7,0 jun/11

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14 Industrial Heating - Jul a Set 2011

out a dez/11

jan a mar/12

-7,0 jun/11

jul a set/11

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

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Eventos

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Eventos

Outubro

25-26 Galva Brasil 2011 - São Paulo, SP www.icz.org.br/galvabrasil

04-07 Fenaf - São Paulo, SP www.fenaf.com.br

Novembro

04-06 Termotech - III Feira Internacional de Tecnologias Térmicas - A terceira edição da Termotech vai reunir as principais lideranças técnicas e comerciais de um setor, na qual as necessidades de conhecimentos técnicos e de especificidades de produtos são atendidas pelos expositores. São Paulo, SP www.termotech.tmp.br

06-09 PTECH 2011 - Florianópolis, SC

www.metallum.com.br/ptech

2012 MARÇO 06-08 MinasFund 2012 - Belo Horizonte, MG www.minasfund.com.br

05-07 Senafor - Porto Alegre, RS www.senafor.com.br

ABRIL

17-20 IFHTSE 19th International Federation for Heat

11-13 14º Ebrats - Encontro de Exposição Brasileira de Tratamentos de Superfície - São Paulo, SP

Treatment and Surface Engineering

www.ebrats.org.br

Glasgow, Escócia - www.ifhtse2011.org 24-26 Expoalumínio 2012 - São Paulo, SP www.expoaluminio.com.br

18-21 20º Mercopar - Caxias do Sul, RS www.mercopar.com.br 18-21 Corte & Conformação de Metais - São Paulo, SP www.arandanet.com.br/eventos2011/ccm

20-24 Euromold Brasil - Joinville, SC www.euromold-brasil.de

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Analisadores de gases para Combustão e Processos Térmicos

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Carreiras e Pessoas

Participe gratuitamente dessa seção. Envie um email para IH@revistaIH.com.br.

Thermprocess 2011

Guilherme E. Boni

Assumiu o cargo de gerente da unidade de prestação de serviços de tratamento térmico da Bodycote em São Leopoldo, no estado do Rio Grande do Sul, em abril último. É formado em Tecnologia Mecânica no IST, Instituto Superior Tupy, de Joinville, SC e tem Mestrado em Engenharia de Materiais na UFSC, Universidade Federal de Santa Catarina. Anteriormente trabalhou na Bodycote Joinville onde iniciou em 2003 quando a empresa ainda se chamava Brasimet. Em 2007 assumiu a unidade de revestimento PVD em Joinville, da mesma empresa. Eliana B. M. Netto

A assumiu o cargo de gerente da engenharia de processos e vendas da Max Del, em Mauá. Graduada em engenharia metalúrgica pelo Instituto Mauá de Tecnologia, é mestre em engenharia de materiais e pós-graduada em administração industrial pela USP, Universidade de São Paulo. Com especialização em negociação e vendas conceituais pela Miller Heiman canadense, ela também atuou na área da qualidade, como gerente geral da divisão de ensaios e testes, também, no setor de tratamentos térmicos na empresa prestadora de serviços de tratamentos térmicos Bodycote Brasimet.

Hirohide Kamada

Atuou como gerente regional sudeste da então aços finos Piratini, hoje Gerdau. Na Uddeholm - atualmente aços Boehler Uddeholm, foi gerente técnico e de desenvolvimento de novos produtos e posteriormente gerente nacional de vendas. Atualmente é diretor técnico da Alltech Steel, empresa do Grupo Alltech. Kamada é pós graduado em gerência sistêmica pela Fundação Álvares Penteado e detentor de vários cursos de especialização em engenharia. Possui vasta experiência em aplicação de aços para ferramentas e para construção mecânica. 18 Industrial Heating - Jul a Set 2011

As feiras técnicas GIFA, METEC, THERMPROCESS e NEWCAST encerraram, estabelecendo novos recordes de publico e de expositores A feira THERMPROCESS acontece a cada quatro anos em conjunto com outras três feiras técnicas: GIFA (Feira Internacional da Fundição), METEC (Feira Internacional da Tecnologia Metalúrgica), NEWCAST (Feira Internacional da Fundição de Precisão). Relatórios pós feira dos organizadores na Alemanha indicam que este ano o evento fechou com um número recorde de exibidores e de visitantes – 1958 empresas exibindo seus produtos ou serviços, encontrando 79.000 visitantes de 83 diferentes países. Com estes resultados, os quatro eventos confirmaram de maneira impressionante o status de feiras técnicas líderes em cada um dos seus setores. A Industrial Heating esteve presente a este evento com um pavilhão em conjunto com a edição americana da revista. A alta porcentagem de empresas internacionais com stands nas feiras e de

visitantes evidenciaram a popularidade global que este evento apresenta. Mais de 54% dos visitantes viajaram do exterior para Düsseldorf, sendo que India, Itália, França, Austria e Estados Unidos tiveram a mais alta porcentagem de estrangeiros presentes. Pesquisas de opinião mostraram que 98% dos visitantes se expressou como “extremamente satisfeitos” com as feiras e 97% informaram que tiveram realizados as suas previsões de visita. Detalhe observado por grande parte dos visitantes é a tendência apresentada de temas ligados a eficiência e proteção das fontes não renováveis de energia, observada em grande numero de stands. O quarteto de feiras técnicas GIFA, METEC, THERMPROCESS e NEWCAST novamente estará presente no mercado em 2015. IH www.thermprocess-online.com

Novidades da Indústria

Delphi instala forno a vácuo Equipamento oferece 10 bar de pressão de resfriamento O departamento de prestação de serviços de tratamento térmico da Delphi Automotive Systems, sediado em Cotia, SP, acaba de instalar um forno a vácuo. O equipamento, importado, é de fabricação da Seco Warwick e tem tamanho útil de 600 x 600 x 900 mm (altura x largura x profundidade). Possui pressão de resfriamento de até 10 bar, permitindo efetuar tempera em aços de trabalho a frio, quente e aço rápido. O forno agrega a linha de equipamentos do setor de tratamento térmico,

que atende com serviços tanto o mercado como a própria Delphi. Com o novo forno é possível atender com mais ênfase usuários de peças fabricadas em aço ferramenta, oferecendo também o tratamento de nitretação liquida e gasosa, disponível na empresa. Demais serviços oferecidos são: - Tratamento Superficial; - Oxidação Negra; - Decapagem e Neutralização; - Tratamento Superficial: Fosfatização (Mn e Zn); - Cementação, - Carbonitretação - Têmpera; - Banho de Sal; - Sub Zero. O tratamento térmico há mais de 10 anos oferece serviços ao mercado e possui as seguintes certificações: ISO 9000, TS, ISO 14.000, OHSAS e CQI9. A CQI9 é específica para a área de tratamento térmico, e foi obtido graças a investimentos efetuados no laboratório de análises

metalográficas. Este bem equipado laboratório metalográfico está disponível ao mercado, oferecendo análises do tipo: ensaios destrutivos, ensaios não destrutivos, salt-spray câmara úmida, análises químicas e dimensionais. Também está disponível o serviço de rebarbação térmica de peças. IH Entre em contato com a Delphi: Sr. Luiz Mendes Telefone: (11) 4615-8548 Email: luizantonio.mendes@delphi.com

Congresso da ABM em São Paulo/SP Evento impulsiona desenvolvimento técnico-científico do setor minerometalúrgico brasileiro

O Congresso da ABM (Associação Brasileira de Metalurgia, Materiais e Mineração) realizou sua 66ª edição, entre os dias 18 e 22 de julho, em São Paulo, reunindo 782 profissionais e executivos das indústrias de mineração, siderurgia

e de materiais não-ferrosos, especialistas das universidades e centros de pesquisa, consultores, fornecedores de equipamentos e serviços e estudantes. “Esta edição reafirma, mais uma vez, o papel que a ABM vem desempenhando desde o início da industrialização brasileira: o de ser indutor da evolução técnico-científica e da inovação nos segmentos minerometalúrgico e de materiais”, avaliou o diretor-executivo, Horacídio Leal Barbosa Filho, referindo-se aos debates em torno de temas da atualidade que impactam na competitividade do setor no Brasil e no mundo. Entre os destaques da programa-

ção, o engenheiro citou o Fórum de Líderes que debateu o tema “Desafios da Competitividade em nível Nacional e Internacional, sob três aspectos: Inovação, Logística e Recursos Humanos”. “Além de proporcionar efetivamente o diálogo entre indústria e academia, o Congresso tem outro viés importante: aproxima os estudantes das empresas. Todo esse entrosamento contribui para que o Brasil possa evoluir na educação e na inovação, pois não há nação que alcance crescimento sem investir na formação de pessoas e no desenvolvimento tecnológico”, enfatizou Leal. IH www.abmbrasil.com.br/congresso Jul a Set 2011 - www.revistalH.com.br 19

Novidades da Indústria

MN Fornos fornece equipamento que atende norma API 6a Forno é previsto para tratar peças micro fundidas A MN Fornos, de Sumaré - SP, acaba de entregar a um cliente do ramo de peças micro fundidas de aço carbono e inox, um forno do tipo carro com atmosfera neutra próprio para recozi-

mento, normalização e solubilização. O equipamento foi qualificado para operar conforme as especificações API 6a da indústria petrolífera. IH mnfornos@uol.com.br

Vale testa tecnologia Tecnored Junto com BNDES e Logos Tecnocom, empresa desenvolveu nova técnica para produção de ferro gusa Depois de extensas pesquisas que se iniciaram há mais de 35 anos, a Tecnored Desenvolvimento Tecnológico S.A., empresa da Vale em parceria com o Banco Nacional do Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES) e a Logos Tecnocom, deu início à operação da primeira planta-demonstração de produção de ferro-gusa, em Pindamonhangaba (SP), que não usa os métodos tradicionais adotados nos alto-fornos siderúrgicos. O ferro-gusa é elemento fundamental para a produção de aço. A inovação permite aumento de produtividade, redução de emissões de CO2 e particulados, flexibilidade de matéria-prima e um corte de custo que pode chegar a 30% na produção siderúrgica. A tecnologia, chamada de Tecnored, poderá ajudar a aumentar a vida útil das minas da Vale e reduzir o impacto ambiental, uma vez que possibilita

produzir gusa a partir de minérios com diferentes teores e qualidades, e até mesmo com os ultrafinos de ferro, hoje estocados em barragens de rejeito. ”Ao usar os finos de minério de ferro, conseguimos reduzir a necessidade de abrir novas áreas destinadas a barragens, que precisam de licenciamento ambiental para serem criadas”, explica Pedro Gutemberg, diretor global de Marketing de Materiais Básicos da Vale. Por usar briquetes a frio, a tecnologia Tecnored dispensa o uso de coqueria e sinterização, processos indispensáveis em uma siderúrgica, o que impacta fortemente no custo de construção da planta industrial. Isto porque tanto a coqueria, local onde é preparado o carvão para uso no alto forno, quanto a sinterização, processo térmico que aglomera os finos de minério, exigem grande investimento e também maior área para instalação.

Sem coqueria e sinterização, é possível reduzir o consumo de energia e, assim, as emissões de particulados e gás carbônico, além de aumentar a produtividade de todo o processo. Isto porque a redução dos óxidos de ferro com Tecnored é realizada em apenas 30 minutos, enquanto nos altos fornos a coque, por exemplo, pode chegar a 8 horas de duração. Outra inovação está no tamanho e versatilidade do forno. Enquanto na siderúrgica tradicional, o alto-forno tem altura entre 20 a 30 metros, o de uma planta Tecnored tem, no máximo, cinco metros de altura. “Além de um reator compacto, outra vantagem é que o forno é composto por módulos, o que permite aumentar sua escala de produção de acordo com o objetivo desejado”, explica Gutemberg. IH www.vale.com

www.aquecimentoindustrial.com.br | contato@aquecimentoindustrial.com.br 20 Industrial Heating - Jul a Set 2011

Novidades da Indústria

Açotubo anuncia fusão com Incotep e Artex Aços Inoxidáveis Empresa inaugura filial em Caxias do Sul e projeta crescimento de 27% em 2011 A Açotubo foi fundada em 1974 em Guarulhos, no estado de São Paulo, dedicada inicialmente ao fornecimento de sucata de ferro e aço às siderurgicas, passando posteriormente a oferecer ao mercado tubos e barras de aço. Em constante crescimento, em 1989 a empresa fundou a Incotep, dedicada a fabricação de tirantes para construção civil. Em 2008 adquiriu a Artex Aços Inoxidáveis, do Rio de janeiro, e que foi transferida posteriormente aos demais prédios da empresa em Guarulhos. Agora a Açotubo informa que está fundindo as três empresas em uma só, que passa a se chamar Grupo Açotubo e que compreen-

de as seguintes divisões : tubos e aços,trefilados e peças, Incotep sistemas de ancoragem e aços inoxidáveis. A expansão geográfica do Grupo Açotubo está em contínua evolução. A companhia recentemente abriu novas filiais em praças estratégicas como Sertãozinho (SP), Ipatinga (MG), Serra (ES), e agora anuncia sua mais nova filial, localizada em Caxias do Sul, no estado do Rio Grande do Sul. O faturamento estimado do grupo para 2011 é de 900 milhões de reais, que representa um aumento de 27% sobre o faturamento de 2010. IH www.acotubo.com.br

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Isoflama complementa linha de fornos a vácuo Novo equipamento tem capacidade de carga de 1400 Kg A empresa de prestação de serviços de tratamento térmico Isoflama, de Indaiatuba, no interior do estado de São Paulo, acaba de adquirir e instalar um novo forno de tratamento térmico a vácuo, fabricado pela empresa TAV, da Italia. O equipamento tem capacidade de tratar peças de 700 x 700 x 1050 mm (altura x largura x profundidade) e peso máximo de 1400 Kg. A temperatura máxima do forno é de 1350°C. IH www.isoflama.com.br

RHI produzirá refratários no Brasil Fábrica deve entrar em operação em 2013 A RHI AG, empresa fabricante de refratários anunciou que tem planos de instalar uma fábrica no Brasil, a ser erguida no município de Queimados, RJ. A empresa tinha, até agora, um escritório de representação, instalado por mais de 40 anos em Belo Horizonte e que está sendo transferido para o Rio de Janeiro. O presidente executivo da RHI, Franz Struzl, informou que o investimento deverá ser

da ordem de 85 milhões de Euros, cerca de 200 milhões de reais. Struzl conhece bem o Brasil, país onde morou por vários anos, quando presidiu a empresa Villares Metals, em Sumaré, no estado de São Paulo. Ele informou que a RHI tem atualmente cerca de 15% do mercado brasileiro, e tem planos de dobrar esta quantidade com a fábrica em produção. IH www.rhi-ag.com Jul a Set 2011 - www.revistalH.com.br 21

Novidades da Indústria

Fabricante de fornos Industrial Heating faz 15 anos Empresa passa a representar AET Technologies, de equipamentos de laboratório O fabricante de fornos industriais Industrial Heating está fazendo 15 anos de atuação no mercado brasileiro em 2011. Sediada em Sumaré, no interior do estado de São Paulo, a empresa fabrica fornos e estufas industriais sob encomenda, presta serviços de reforma de fornos e fornece peças de reposição. Também produz uma linha de fornos câmara para serviços em geral, com temperatura até 1200ºC. Além de representar empresas

como Rübig, da Austria, especializada em fornos de nitretação iônica e Nabertherm, da Alemanha, fabricante de fornos e estufas para laboratório, a empresa informa que fechou agora uma nova parceria internacional: AET Technologies, da França, fabricante de equipamentos de alta tecnologia para aplicação em laboratórios metalográficos e laboratórios de ensaios mecânicos. IH www.industrialheating.com.br

Alívio de tensão por vibração Lufer oferece equipamentos e serviços para TT por vibração A Lufer vem utilizando o processo de alívio de tensão por vibração como substituto da forma tradicional, desde 2007. Essa experiência permite tratamento em peças de médio e grande porte de até 20T de massa. Além da execução de serviços no

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22 Industrial Heating - Jul a Set 2011

campo e a redução no prazo de execução, a Lufer comercializa equipamentos de alívio de tensão e também oferece o treinamento para que eles sejam corretamente utilizados. IH www.lufer.com.br GALPÃO INDUSTRIAL COM 3.300m2 TERRENO E 2.400 M2 EM VÃO LIVRE MAIS ESCRITÓRIO. 4 BANHEIROS COM BOX. VESTIARIOS. REFEITORIO MAIS SALAS COM DIVISÓRIAS. MUITO BEM LOCALIZADO. COM FRENTE TAMBÉM PARA A AVENIDA DO ESTADO.FALTA RECOLOCAR AS JANELAS E PARTE DO PISO.

Termic vende galpão de 2.400m² em São Paulo/SP Imóvel está situado em terreno de 3.300m² A Termic está vendendo um terreno de 3.300m2 com um galpão industrial de 2.400m2, que fica localizado em São Paulo/ SP, na Rua Barão de Resende nº 434, Ipiranga, a 1km do metrô Tamanduatei, e com fundos para a Avenida do Estado. O local está vazio com documentação em dia e possui entrada trifásica. As imagens ao lado foram tiradas no terreno. Para mais informações entre em contato através do telefone (11) 2063-4400 ou email: termic416@terra.com.br. IH

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Novidades da Indústria

Heat Up presta serviços na Alumar Empresa foi contratada para controle tecnológico de materiais refratários Além de executar serviços de Resfriamentos Controlados, Confortos Térmicos, Despoeiramentos, Secagens e Aquecimentos a HEAT UP desenvolveu o setor de Controle Tecnologico de Materiais

Refratários (CTMR), englobando as seguintes atividades: Planejamento da parada no cliente; Inspeção inicial pós parada; Inspeção, liberação e recebimento do refratário nos fabricantes; Controle de estoque de materiais; Qualificação dos procedimentos e da equipe de aplicação; Inspeção da aplicação do revestimento; Ensaios laboratoriais do revestimento aplicado. Esses serviços eram anteriormente contratados com empresas do exterior. Na Alumar (Consórcio de Alumínio do Maranhão), a Heat Up presta serviços do CTMR contando no canteiro de obras com mais de 50 funcionários. IH www.heatup.com.br

Grupo Alltech inaugura nova empresa em Santa Catarina A Alltech Steel vai distribuir aços ferramenta e aços construção mecânica para todo o Brasil No dia 13 de setembro último foi inaugurada pelo Grupo Alltech sua mais nova empresa: a Alltech Steel – distribuidora de aços ferramenta e aços construção mecânica para todo o Brasil. Os produtos são fornecidos pelas empresas japonesas Hitachi Metals e Sanyo Special Steel, pela sueca SSAB e pela italiana Lucchini. O empreendimento conta com nomes conhecidos do setor em seu staff, como o executivo Hirohide Kamada, que assume a diretoria técnica da empresa. A Alltech Steel está localizada em Santa Catarina, na BR 101, entre os municípios de Joinville e Garuva. A localização é estratégica, pois a logística para distribuição dos aços fica privilegiada: a 600 km da matriz do Grupo em Caxias do Sul e ainda assim próximo ao mercado do sudeste do país. IH www.grupoalltech.com.br

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Metaltrend já opera em nova fábrica Em abril a empresa iniciou suas operações em Bragança Paulista/SP A empresa fabricante de fornos industriais Metaltrend Equipamentos Industriais finalizou as obras e está operando em sua nova fábrica na Rodovia Alkindar Monteiro Junqueira Km 35,5 SP 63, em Bragança Paulista. Trata-se de

um galpão de 4.100 m² em um terreno com área total de 40.000 m². O galpão foi levantado em um tempo recorde de 6 meses, entre terraplanagem e acabamento. IH www.metaltrend.com.br Jul a Set 2011 - www.revistalH.com.br 23

Novidades da Indústria

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Diversas Espessuras

Asvotec entrega maior condensador de superfície já fabricado no Brasil Equipamento deve condensar vapor de agua de termoeletrica A ASVOTEC entregou este mês o trocador de calor que condensará o vapor de água da nova Termelétrica de Canoas, no Sul do Brasil. O condensador de superfície é o maior já fabricado no Brasil, contando com mais de 9.000 tubos, 5.400 mm de altura, 11 m de comprimento e um diâmetro dos espelhos de 3.500 mm, pesando nada menos que 150t. A aplicação do revestimento especial nos espelhos do trocador, necessário para evitar corrosão, foi supervisionado por um técnico do próprio

fabricante do material, proveniente da Alemanha. IH www.asvotec.com.br

Refratários Industriais Ltda

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Exim Ways passa a representar YAS

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Empresa importa matérias primas para indústria de refratários

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A EXIM-WAYS, localizada em São Paulo, está iniciando sua atuação no Brasil como representante exclusiva da Y.A.S. Inc. (New Jersey, EUA). A empresa brasileira faz importações diretas de matérias-primas para a indústria de refratários como: Bauxita, Óxidos

de Magnesia, Magnesia Eletrofundida, Magnesia “dead-burned”, MagnesiaÓxido de Cromo, Óxido de Magnesia Sinterizada, Carbeto de Silicio, CromoAlumina 75, Alumina Fundida Marrom, Alumina Fundida Branca, Nitreto de Ferrossilicio, entre outros materiais. IH

Metalurgia do Pó ganha website Grupo Setorial tem como principal objetivo divulgar tecnologia Desde junho deste ano, profissionais, professores e alunos ganharam uma nova fonte de informações sobre a Metalurgia do Pó em nosso país. Trata-se do site do Grupo Setorial de Metalurgia do Pó, criado com o objetivo de divulgar esta tecnologia ainda pouco conhecida em nosso país, porém muito utilizada em indústrias na Europa, Japão e Estados Unidos. Dentre as inúmeras vantagens deste processo de fabricação de peças metálicas seriadas, destacam-se a precisão dimensio24 Industrial Heating - Jul a Set 2011

nal e acabamento aliados a um baixo custo de produção e baixo impacto ambiental, sendo assim um processo ecologicamente correto. IH www.metalurgiadopo.com.br

Novidades da Indústria

ICAVI vende caldeira para siderúrgica no Maranhão Equipamento faz parte de planta geradora de energia elétrica A ICAVI, Indústria de Caldeiras Vale do Itajaí, de Santa Catarina, informa que vendeu um grande queimador seco de 16.000.000 kcal/h, para instalação em uma caldeira Aquatubular ICAVI com capacidade de geração de 28 t/h de vapor a 44 bar(g) de pressão e 420°C de temperatura, que originalmente utiliza gás alto forno como combustível. Trata-se de um grande projeto em parceria com a empresa AREVA, para instalação em uma planta de energia do Maranhão, pertencente a uma siderúrgica brasileira. Com esse queimador, será possível optar pela queima simultânea de gás (na caldeira) e biomassa (no queimador), promovendo estabilidade na

geração de energia elétrica da central nos momentos em que existe a variação de vazão do Gás Alto Forno. Esses incrementos no projeto, permitem à empresa firmar contratos sólidos de venda de energia, garantindo a geração de 5 MW constantemente. Atualmente a empresa está dando início à operação da caldeira, utilizando como combustível o gás do alto forno, sendo que a instalação do queimador e equipamentos complementares está prevista para Janeiro de 2012. A ICAVI informa que este será um projeto inovador, consolidando ainda mais a marca como referência no fornecimento de centrais termelétricas. IH www.icavi.ind.br

Inductotherm inaugura instalações de TT Mudança para novo prédio aumenta área da fabrica de equipamentos

Desde maio de 2011, o setor de prestação de serviços de Tratamento Térmico para Terceiros do Grupo Inductotherm está funcionando em seu novo prédio, construído na planta de Indaiatuba, numa área de 650m². Com a ampliação, a empresa passou a oferecer melhor atendimento a seus clientes, além de otimizar os prazos, devido aos investimentos feitos na compra de novos equipamentos. A mudança da equipe do TTT para o novo espaço aumentou a área de montagem de equipamentos e a capacidade produtiva da Inductotherm. IH www.inductothermgroup.com.br

Jul a Set 2011 - www.revistalH.com.br 25

Pioneiros George Totten

alvez você pergunte: mas esta coluna não é dedicada a pioneiros da tecnologia térmica no Brasil? Sim, mas George Totten, embora americano, tem uma longa história de trabalho e pesquisa em nosso país. Ele nasceu na cidade de Toledo, no estado de Ohio, em 1945. Cresceu na fazenda do pai, e quando tinha 18 anos, se inscreveu no exército para servir no Vietnã. Conforme George, os tempos eram de recessão, as indústrias de sapato na cidade em que vivia estavam em crise por causa das importações mais baratas, e a melhor forma de obter remuneração para um jovem como ele naquela época era servir no exército. Na volta aos EUA, formado com mestrado em química pela Fairleigh Dickinson University de New Jersey e posteriormente com PhD em química pela New York University, ele começou a trabalhar na empresa Union Carbide em 1970, onde permaneceu por quase 32 anos, atuando principalmente no campo da pesquisa de fluidos hidráulicos, transferência de calor e meios de resfriamento. A empresa foi vendida para a Dow Quimica em 2000 e Totten se retiraria um ano depois, passando a se dedicar à consultoria, pesquisa e produção literária. Em 1993, ele já havia, em conjunto com outros autores, escrito um livro que se tornaria um bestseller, Handbook of Quenchants and Quenching Technology, editado pela ASM International. Atualmente George escreve livros em parceria com co-autores de diversas partes do mundo, para a editora CRC Press, dos EUA. Em 2001 constituiu a empresa de consultoria e pesquisa G.E. Totten & Associates, que tem por missão atender ao mercado de processos térmicos, de fluidos e de lubrificantes com produtos e serviços feitos sob medida. A empresa se encontra em Seattle, nos EUA, cidade onde vive com a família, quando não está em atividade no exterior. Neste momento, está a alguns meses morando em São Carlos, no interior do

26 Industrial Heating - Jul a Set 2011

estado de São Paulo. George também faz parte da direção da empresa fabricante de fornos Fluidtherm, da India. Foi como empregado da Union Carbide que Totten começou a visitar o Brasil e a Argentina, países que estavam no seu território de ação na empresa. Foi durante estas visitas que conheceu brasileiros com quem construiu sólidos relacionamentos que se fortaleceram ao longo do tempo. Entre outros, por exemplo, Victor de Negri, do Laboratório de Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos da UFSC, Universidade Federal de Santa Catarina, em parceria com quem escreveu o livro Handbook of Hydraulic Fluid Technology, que acaba de ter lançada sua segunda edição, pela editora CRC Press. Já há vários anos tem contato com a Profa. Dra. Lauralice Canale, do Departamento de Engenharia de Materiais da USP em São Carlos. Em parceria com Lauralice e outros autores, George Totten escreveu livros, como por exemplo Quenching Theory and Technology, que está na segunda edicão também pela CRC Press, e o livro Failure Analysis of Heat Treated Steel Components em conjunto, entre outros, com Rafael Mesquita, da Uninove, e editado pela ASM International. Na USP de São Carlos, Totten é desde 2006 professor visitante no Departamento de Engenharia de Materiais. Nos laboratórios da USP, são desenvolvidos experimentos na área de meios de resfriamento incluindo a utilização de biodiesel, óleos vegetais, aplicação de tempera intensiva, entre outros. Por seu papel desempenhado no campo da pesquisa no tratamento térmico e engenharia de superfície, Lauralice recebeu no congresso internacional da IFHTSE, Federação Internacional de Tratamentos e Engenharia de Superfície, realizado no ano passado no Rio de Janeiro, o prêmio Fellowship. Totten foi eleito presidente do IFHTSE no biênio 2002 – 2003. Por sua relevante contribuição aos mercados de fluidos e processos térmicos, ele teve diversas premiações a nível mundial ao longo de sua carreira. Pela própria IFHTSE ele também foi agraciado em 2005 com o prêmio Fellowship e agora com a IFHTSE medal, a ser entregue no próximo seminário internacional a se realizar em Glasgow, na Escócia, de 17 a 20 de Outubro próximo. Ele é a quinta pessoa na história da federação a receber esta honraria, que se destina a pessoas recomendadas como de distinguida realização no mercado de tratamentos térmicos e de engenharia de superfície. Casado com Alice, George Totten tem dois filhos. A filha Stephanie, reside na cidade de Shoreline, no estado de Washington, EUA. O filho Stephen mora em Stony Point, no estado de Nova York, com dois netos de George: Jason e Joseph.IH

METALURGIA

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Distorções Dimensionais na Têmpera dos Aços

Parte II: Distorções Evitáveis

onforme descrito no Capítulo I, as Distorções Dimensionais podem ser classificadas, para efeito didático, em dois grandes grupos: • Distorções Evitáveis • Distorções Inevitáveis Este capitulo englobará o primeiro grupo, descrevendo os fatores que causam estas distorções. É importante ressaltar que o termo “EVITÁVEIS” usado neste texto, não significa que elas sejam 100% eliminadas ou mesmo de previsão exata. De fato muitas destas causas, como será visto adiante, são de difícil quantificação, tornando virtualmente impossível uma precisa avaliação da intensidade de seu efeito. Entretanto, o conhecimento destas causas, e, após análise de engenharia, a procura de alternativas para “evitá-las” é de grande valia para a redução da Distorção Total. Dentro deste grupo, podemos ainda gerar uma sub-classificação, separando as causas das Distorções Evitáveis em: • Causas Externas ao Tratamento Térmico • Causas Internas ao Tratamento Térmico

Fig. 1. Ilustração esquemática comparando Temperabilidade na secção transversa dos aços SAE 1040 e SAE 4140 [5]

Matéria Prima Trata das causas de Distorções Dimensionais Evitáveis, externas ao tratamento térmico, que são originadas na seleção do aço que será utilizado na confecção do produto, bem como do seu condicionamento, ou seja, da sua preparação.

Causas Externas ao Tratamento Térmico Este sub-grupo trata dos fatores que causam Distorções Dimensionais Evitáveis, mas que não estão diretamente relacionadas com o tratamento térmico em si, mas sim, com etapas anteriores, desde a fase de projeto. O Quadro I lista os fatores que interferem na Distorção Dimensional Evitável, que são externos ao Tratamento Térmico.

A seleção do aço O projetista deve considerar, além da aplicação a que se destina, e das propriedades físico-quimico-mecânicas desejadas, as condições de tratamento térmico a que será submetida a peça. Do ponto de vista de distorções de tratamento térmico, a escolha do aço deverá ser conduzida de acordo com as seguintes premissas: • Qual, de fato, é a resistência mecânica desejada? • Qual a temperabilidade do aço? • Existe alguma opção de aço que não necessita tempera para chegar à resistência mecânica projetada?

Quadro I: Quadro sinótico, listando as causas Externas ao Tratamento Térmico, classificados em grupos funcionais [5]

Qual, de fato, é a resistência mecânica desejada? É comum que se confunda a Resistência Mecânica desejada (traduzida pela dureza) com a Resistência a Desgaste, e, nesse sentido, exigir-se durezas elevadas. Apesar de haver relação entre uma e outra, a priori a resistência a desgaste não depende somente da dureza do aço. Em muitas situações, durezas excessivas, pelo contrário, prejudicam a resistência a desgaste. O projetista deve ter em mente que resistência a desgaste não é objetivo do tratamento térmico de tempera. A resistência mecânica obtida por tempera deve ser a necessária e suficiente para que a ferramenta resista às tensões que serão aplicadas em trabalho. A resistência a desgaste é objeto de estudo da engenharia de superfícies, devendo ser garantida por outros processos, posteriores

28 Industrial Heating - Jul a Set 2011

37º Aniversário

Em mais de 37 anos a G-M ENTERPRISES desenvolveu, projetou e fabricou fornos a vácuo e fornos de recobrimento VPA no estado da arte, com performance e qualidade superior, para atender os requisitos demandados pelo mercado. Suresh Jhawar e os empregados da G-M gostariam de agradecer às empresas e clientes que nos apoiaram e contribuíram para o sucesso apresentado nas últimas três décadas.

Fornos que Realmente funcionam

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a tempera, como, por exemplo, a nitretação ou mesmo os revestimentos PVD. Exigir durezas desnecessariamente elevadas, limita os processos de tratamento térmico, e, direta, ou indiretamente, limita as opções do profissional de tratamento térmico, no sentido de reduzir as distorções dimensionais resultantes. Qual é a temperabilidade ao aço? É a propriedade dos aços, que determina a profundidade e a distribuição da dureza quando submetido a tempera. Basicamente, no processo de tempera de um aço, objetiva-se a formação da microestrutura martensítica, e, consequentemente, a supressão da formação de outras microestruturas formadas por difusão (perlita, bainita). A obtenção da martensita, para os aços, dá-se através de resfriamento rápido, de modo a evitar a formação das microestruturas de difusão.

o efeito da diferença de temperabilidade entre os aços SAE 1040 e SAE 4140. Corpos de prova de diâmetro 1” x 3” de comprimento. Ambos com o mesmo teor de Carbono (0,4%), e foram temperados de maneiras diferentes, mas objetivando a dureza de 60 HRC na superfície. A curva de dureza é representada pelas linhas vermelhas, abaixo das respectivas secções transversais. A dureza é tomada da superfície até o núcleo. O aço SAE 4140, apresenta queda de apenas 10 pontos HRC da superfície para o núcleo, enquanto que o SAE 1040 cai drásticamente, até 20 HRC, evidenciando a elevada temperabilidade do 4140 em comparação. A temperabilidade mais elevada deve-se à presença de elementos de liga, notadamente Cromo (0,9%) e Molibdênio (0,2%), ausentes no 1040. Evidentemente, questões comerciais devem ser consideradas, tais como a disponibilidade do aço nas bitolas necessárias, e o custo, uma vez que o SAE 4140 é substancialmente mais caro que o 1040, mas do ponto de vista de Distorções Dimensionais, é muito mais conveniente confeccionar o item em questão com o SAE 4140,uma vez que este usará meios Tabela orientativa do sobremetal necessário para limpar a superfície do aço ferramenta para confecção de ferramentas (VILLARES METALS) Medida Acabada (mm)

Fig. 2. Pino fabricado em aço AISI H13 5

Assim, quanto maior a temperabilidade de um aço, maior a fração de martensita formada. Como a formação de martensita depende da velocidade de resfriamento, quanto maior a temperabilidade, menor a velocidade de resfriamento requerida, portanto menor a severidade da tempera (detalhes sobre meios de tempera serão discutidos na próxima seção deste texto). Consequentemente, menor distorção dimensional. A fig 1, ilustra esquemáticamente, 30 Industrial Heating - Jul a Set 2011

Sobre Metal

Acima de

Até

2,5

100

120

160

200

250

315

400

500

630

800

1000

de resfriamento muito menos severos, que causam menores distorções dimensionais. Existe alguma opção de aço que não necessite ser temperado para atingir a resistência mecânica projetada? Para uma mesma resistência mecânica, muitas vezes há diversas opções disponíveis. Nessa situação, é interessante que seleção seja feita de acordo com o critério de temperabilidade, lembrando que, quanto maior a temperabilidade do aço, menos severo deve ser o resfriamento no processo de tempera, e portanto, menores distorções resultantes. Em muitas situações, é possível “fugir” da tempera, selecionando-se aços já beneficiados (em geral para a faixa de 28/32 HRC). A situação é ilustrada, na prática, com um exemplo na fig. 2. O pino da fig 2, tem como função ser um componente para ferramenta de injeção plástica. De acordo com análise de engenharia, este pino tem movimento deslizante, dentro do molde e tem contato direto com o polímero sendo injetado. Assim, este componente fica sujeito apenas à desgaste de natureza adesiva, não havendo qualquer outra solicitação, como tração/torção, o qual exigiria elevada resistência mecânica durante o uso. Nessa situação, há que se perguntar exatamente por quê foi selecionado um aço, AISI H13, que exige tempera e gera elevada resistência mecânica. De fato, devido à geometria da peça, extremamente desfavorável, o item em questão tinha risco potencial de ser completamente inutilizado após tempera, devido à intensidade de distorções dimensionais. O item tem um diâmetro de apenas 15 mm na região mais fina, e um comprimento de aproximadamente 700 mm. A previsão teórica da flecha de empenamento, era de aproximadamente 1,05 mm., o que, se confirmado na prática, levaria o componente à sucateamento, uma vez que seria necessário no mínimo 2,10 mm de sobre metal para correção posterior (o modelo para cálculo teórico será discutido no ultimo capitulo deste texto). Importante notar que o sobre metal previsto era de apenas 1,0 mm.

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Felizmente, devido aos extremos cuidados durante o tratamento do item, com inclusão de técnicas específicas ( e, diga-se, extremamente trabalhosas e de maior custo!), o empenamento total foi inferior a 0,4 mm., e a peça foi salva, mas, considerando as condições de trabalho da peça, as solicitações mecânicas sobre ela, e a função a que ela se destinava, o projetista poderia tê-la fabricado em, p.ex., aço AISI P20, o qual, pela característica do mercado nacional, já vem pré beneficiado para durezas da ordem de 28/32 HRC (100 kgf/mm2), mais do que suficiente para suportar as cargas em trabalho. Eventuais problemas de desgaste poderiam ser solucionados com, p.ex., tratamento posterior de nitretação ou mesmo, em casos mais severos, revestimentos PVD (ref.5). A situação demonstrada, de substituir aços, é disponível em geral para a confecção de ferramentas, cuja seleção do aço, fica via de regra a cargo do próprio ferramenteiro, mas para componentes seriados, como peças automobilísticas ou outros itens de grandes séries de fabricação, o aço já vem definido através dos projetos originais (em muitos casos estrangeiros). Assim, quando a substituição do aço não é possível, torna-se particularmente importante conhecer as características desse aço no mercado nacional, e tentar condicioná-lo da melhor forma possível, objetivando a mínima distorção dimensional. Condicionamento da Matéria Prima Novamente, esta variável pode ser dividida em sub grupos, para facilitar a compreensão, como segue: • “Casca” da matéria prima

Orientação das fibras

Fig.3. Representação esquemática da influência da direção de corte na orientação das “fibras” da ferramenta [5]

• Anisotropia dos aços • Condições do projeto “Casca” Uma vez selecionado o aço mais adequado, cumpre realizar a compra. As usinas fabricantes fornecem ao mercado o aço ferramenta já no estado recozido, mas nem sempre “sem casca”. A “casca” do aço, refere-se à camada superficial, remanescente dos processos de fabricação do aço, correspondente, por exemplo, à superfície bruta de laminação. Por ter sido submetida a processamentos a quente, em geral essa “casca” é descarbonetada, além de ter defeitos do tipo “dobras” ou até mesmo trincas. Assim, na solicitação de compra, deve ser previsto um sobremetal, para que a “casca” possa ser removida. As usinas de aço fornecem tabelas, com o sobre metal necessário para cada bitola, em função do tipo de aço. Caso a “casca” não seja removida, ou seja apenas parcialmente removida (p.ex. retífica apenas em um lado da peça), poderá haver uma diferença muito grande de propriedades entre a superfície e o núcleo, alterando significativamente o efeito do tratamento térmico, levando a distorções dimensionais graves ou até mesmo trincas. No caso de laminados, principalmente chapas de estamparia, as usinas já fornecem devidamente isentas de “casca”, portanto pode não haver muita preocupação nesse sentido, mas para blocos forjados, é absolutamente necessário que o assunto seja devidamente esclarecido entre o projetista e o fabricante do aço. Em caso de dúvida, o ideal é seguir as tabelas indicativas de sobremetal. Nunca confundir este sobremetal com aquele absolutamente necessário para a realização do tratamento térmico. Este caso trata-se de Condicionamento da Matéria Prima, ou seja, é um cuidado necessário na compra dela. Anisotropia dos Aços Os aços, assim como qualquer material policristalino, possuem algumas diferenças de propriedades mecânicas, em função da direção. A essa diferença, dá-se o nome de anisotropia. No caso de barras, esse não é um grande problema, pois não há alternativas para o cor-

Fig. 4. Variação das propriedades mecânicas de um aço, em função da direção [1]

te e, em geral, a ferramenta será confeccionada com seu sentido longitudinal paralelo ao sentido longitudinal da barra, já estando naturalmente, na melhor condição em termos de distorções dimensionais de TT. Entretanto, no caso de blocos, essa passa a ser uma preocupação importante. A não ser em casos especiais, no qual o bloco é forjado especialmente no formato desejado, os blocos com os quais serão confeccionadas as ferramentas, são tirados de blocos maiores, em geral sem que haja cuidado em relação à direção original de conformação do bloco. A fig. 3 ilustra a situação. O termo mais comumente empregado para representar essa orientação, é “fibra”, numa analogia com materiais como a madeira, p.ex. Na realidade, tais “fibras”, nos materiais metálicos, são outras fases microestruturais, que vão se orientando numa dada direção, em função dos processamentos mecânicos posteriores à fundição. Tais fases originam-se durante a solidificação do aço. A direção das “fibras” tem forte influencia distorção dimensional. De fato, a tendência é que haja uma concordância entre a direção das fibras e a direção em que ocorre a máxima distorção. Assim, três blocos idênticos na forma, mas retirados de diferentes direções, tendem a apresentar distorções em direções também diferentes, o que dificulta sobremaneira a Jul a Set 2011 - www.revistalH.com.br 31

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Fig. 5. Representação esquemática de uma peça com considerável diferença de massa [5]

previsão do sobre metal necessário para tratamento térmico. Uma outra implicação adicional, é que há forte influencia da orientação das fibras nas propriedades mecânicas, particularmente nas que são influenciadas pela condição microestrutural do aço, como por exemplo, o alongamento(fig.4). Como pode ser visto na figura, há uma forte diferença nas propriedades de tenacidade, alongamento e redução de área, em função da direção em que é tomado o corpo de prova (longitudinal e transversal). O ideal é que, no processo de compra, seja prevista a direção de corte em função da direção de laminação do bloco original, de modo fazer coincidir a direção longitudinal do bloco, com a da ferramenta, e garantir que, no caso de ferramentas similares, essa direção seja sempre a mesma. Na prática, no entanto, essa condição não é simples de ser obtida, uma vez que raramente a direção original do bloco é conhecida, principalmente quando a compra não é feita diretamente do fabricante do aço. Condições do Projeto Em termos de distorções dimensionais, o projetista deve ter os seguintes cuidados na fase de projeto: • Geometria • Sobremetal para o tratamento térmico Geometria Independentemente das dimensões relativas, e mesmo da sua forma geométrica, se a peça acima for submetida a tratamento térmico de tempera, fatalmente haverá uma forte distorção de forma, além da distorção dimensional. (fig.5) O motivo para isso é bastante simples,

Fig.6. mesma peça da fig. 5, após tratamento térmico. Representação esquemática, ilustrando a distorção devido a diferença de massas [5]

do chamado “canto vivo” , e sua relação e decorre do fato de que a parte mais fina com a resistência a fadiga do aço em funatinge as temperaturas de transformação ção da resistência mecânica (relacionada antes das demais. Assim, ela sofrerá os com a dureza) efeitos que causam as distorções antes do A presença excessiva ou desnecessárestante da peça. ria de “cantos vivos” favorece a distorção Essa heterogeneidade de temperatudimensional, pelo seu efeito concentrador ras tem, como reflexo, diferentes estados de tensões, devendo ser evitado ou no míde tensões em partes da peça, causando as nimo suavizado. distorções. O gráfico da fig 7 ilustra a resistência A tendência é que a peça assuma a forà fadiga, em função da resistência à trama da fig 6, após o tratamento térmico de ção (dada pela tempera) para diferentes tempera (sem considerar outras distorções, relações Q/d, respectivamente o raio de mesmo nas partes mais grossas da peça). curvatura em relação à parte mais fina da Evidentemente, nem sempre é possível concordância em uma peça hipotética. evitar diferenças de massa em peças reais. Quanto maior Q, em relação à d, maior o Mas sempre que houver necessidade de raio de curvatura. Para menores raios de tratamento térmico, é importante levar curvatura, maior será a intensidade da disem consideração essa questão durante a torção na região, podendo, no limite, levar fase de projeto. à fratura, em função da queda na resistênSempre que possível, procurar balancia à fadiga (no ensaio de flexão, p.ex.). cear as diferentes partes da peça, procurando concordâncias suaves, e diferenças Sobre Metal para Tratamento as mais graduais possíveis, é importante Térmico para prevenir ou mesmo evitar fortes disPor sobre metal, entenda-se o valor adiciotorções dimensionais, que podem até mesnal deixado nas dimensões da ferramenta, mo inviabilizar o uso da peça após tratade modo a permitir retrabalho posterior ao mento térmico. processo de tempera (em geral retífica). O exemplo acima não considera o risco potencial de fratura da peça, justamente devido à diferença de massas. A fratura é uma conseqüência natural da distorção dimensional, quando as tensões que a causam atingem valores que superam a resistência mecânica do aço. Para efeito de visualização, podemos considerar que a fratura é um caso extremo de distorção dimensional. Assim, atacar as causas da distorção é também prevenir o surgimento de trincas. Fig. 7. Relação entre a redução do raio de curvatura O gráfico da fig.7, ilustra o efeito (“canto vivo”) e a queda no valor da Resistência a Fadiga, em função da Resistência à tração [4]

32 Industrial Heating - Jul a Set 2011

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máquinas disponíveis e às condições de projeto da ferramenta. Maiores detalhes quanto a esses cálculos serão discutidos nos capítulos subseqüentes do texto, particularmente no trecho que discute as distorçôes inevitáveis.

Há, nesse quesito, duas perguntas cruciais: • Quando deixar sobre metal? • Quanto sobre metal deixar? A resposta à primeira pergunta é simples: sempre que houver tratamento térmico envolvido. Como já foi dito, há uma componente da Distorção Dimensional que é inevitável. Assim, a única maneira de “escapar” do problema é deixando sobremetal (ou não executando tratamento térmico de tempera – esta pode ser uma opção em alguns casos – vide Fig. 1). Quanto à segunda pergunta, a resposta não é tão simples e direta assim. O valor mais adequado a ser deixado de sobremetal depende de uma análise detida das condições existentes e não há, a priori meio de calcular um valor exato para a distorção dimensional. Durante a análise, é possível, através de alguns modelos matemáticos, aproximar um valor mínimo necessário, mas em escala teórica, e esse valor pode ser usado apenas como uma referência, e nunca como uma especificação. Sempre que possível, a melhor recomendação é deixar o máximo que for viável, entendendo-se o viável, limitado às

63 HRC 49 HRC

51 HRC Fig. 9. Seção perpendicular de uma operação de furação em aço 4340 [2]

34 Industrial Heating - Jul a Set 2011

0,025 mm

Fig. 8. Operação de retífica

Usinagem A fig. 8 ilustra uma peça passando pelo processo de Retífica. Como é do conhecimento comum, a peça a ser retificada é fixada à placa da máquina por meio magnético. Ao término do processo, principalmente para peças delgadas, ao se desligar o magnético da placa, nota-se um movimento da peça, um “empenamento”. Ligeiro ou não, este “empenamento” sempre ocorre, e ele é devido ás tensões introduzidas em uma face da peça pela operação de retífica. Igualmente, o mesmo fenômeno vai ocorrer para qualquer outro processo de usinagem. Estas tensões tem origem no aquecimento natural durante o processo de usinagem (que, p.ex. na retífica atinge valores superiores a 1500°C), bem como através da força exercida pela ferramenta, contra a peça de trabalho, a qual, pela lei da Ação e Reação, “reage” ao estímulo externo, gerando uma força de igual intensidade e direção oposta. Tais tensões são inevitáveis, pois são parte intrínseca do processo de usinagem, mas abusos devem ser evitados, através do correto uso das variáveis de usinagem, dentre as quais são destacados: • Ferramenta adequada • Parâmetros de usinagem adequados (velocidade de corte, avanço) • Fluidos de corte adequados (para refri-

geração), incluindo-se aqui a sua correta aplicação, em termos de velocidade de posição de aplicação A fig. 9 ilustra duas situações de “usinagem abusiva”, gerando superfícies de corte danificadas, as quais, caso sejam mantidas na peça que será enviada para tratamento térmico, fatalmente gerarão problemas de distorções dimensionais, ou, no limite, trincas. Na figura nota-se claramente o dano causado à superfície da peça, na forma de uma trinca, claramente delineada na região endurecida devido ao superaquecimento. Outro ponto interessante é o perfil de durezas encontrado, desde a superfície (63HRC evidenciando o superaquecimento), passando por 49 HRC, mostrando uma região “amolecida” devido ao aquecimento, até a dureza de 51HRC, na região do núcleo, a qual corresponde à dureza original. Uma outra questão que se coloca, quando se fala da influencia da usinagem nas distorções dimensionais, refere-se à simetria da usinagem. Sempre que possível, deve-se introduzir as tensões na peça da forma simétrica, igualando as tensões em todas as faces da peça de trabalho. Durante o processo de tratamento térmico, a peça como um todo será aquecida, da forma mais uniforme possível. Assim, se partes da peça estiverem num estado de tensões diferente de outras, esta região terá uma maior interação entre o calor do tratamento e estado local de tensões, tendo reações diferentes, o que agrava a distorção resultante. Assim, se, p.ex., for feita uma redução de 2,0 mm na espessura de uma peça (não cilíndrica), o ideal é que a usinagem seja executada em duas etapas, com 1,0 mm de remoção de cada vez, em cada uma das faces. Outras Causas – Processamentos Térmicos Anteriores Ainda dentro do estudo das causas externas ao tratamento térmico, que afetam a distorção dimensional final na peça após tratamento térmico, podemos citar aqueles que, dentro de suas características, causa aquecimento, local ou não, do componente. Este aquecimento, dentro do regime elástico, causa dilatação/contração do aço,

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Fig. 10. Ciclo padrão de Alívio de Tensões de Usinagem [5]

Alívio de Tensões para Prevenção de Distorções Dimensionais • Aplicação o Sempre antes da etapa de tempera, para reduzir as tensões originadas na usinagem; o Sempre que houver remoção de material superior a 40% em massa (principalmente para blocos);

GROUP

gerando tensões que posteriormente poderão afetar o resultado de distorções no tratamento térmico. Podemos citar operações de soldagem, oxi-corte, e processamento mecânico a quente (forjamento). Não faz parte do objetivo deste texto discutir os processos detalhadamente, mas,em principio, qualquer processamento que crie variações de temperatura apreciáveis na peça, deve ser cuidadosamente aplicado, dentro da melhor prática, e sempre tendo em mente que falhas ou displicência nestes processos podem levar a distorções excessivas no tratamento térmico

posterior. Em geral, após soldagem ou oxicorte, recomenda-se a aplicação de uma etapa de tratamento térmico de recozimento, com o objetivo de reconstituir a microestrutura do aço o mais próximo possível da original, e também reduzir o nível de tensões introduzido. O tratamento térmico denominado alívio de tensões, tem grande utilidade também, por ser relativamente barato e rápido, para prevenção de distorções dimensionais após Soldagem parcial (localizada), e usinagem pesada (desbaste) em peças de geometria complexa.

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o Sempre que a geometria for muito desfavorável, em termos de variações de massa e presença de cantos vivos. • Ciclo Básico • Limitações do Processo o Para o caso de aços endurecíveis por precipitação, é absolutamente necessário consultar o profissional de tratamento térmico, para que não haja problemas de dureza após o endurecimento. Nesse tipo de aço, o endurecimento ocorre após dois tratamentos: Solubilização e Envelhecimento. Usualmente, essa classe de aços é fornecida pelas usinas no estado já Solubilizado, com durezas da ordem de 30 HRC. Assim, ciclos de alívio de tensões nesse tipo de aço não são recomendados; • Esse tipo de tratamento também deve ser previsto no caso de peças soldadas que vão sofrer tratamento térmico de tempera posteriormente, ferramentas que sofreram Eletro Erosão, Retífica severa, e em alguns casos de peças fabricadas por fundição, de modo a aliviar as tensões de solidificação.

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Jul a Set 2011 - www.revistalH.com.br 35

Manual do Tratamento Térmico Shun Yoshida | shun.yoshida@bodycote.com duzidas serão menores. Importante notar que a opção que demanda menor tempo (e algum custo a menos), é simplesmente remover todo o sobremetal de uma só vez (4,0 mm) e enviar para tratamento térmico. Esta é uma situação típica, a qual envolve nenhum cuidado com a questão da distorção dimensional. Nesse caso, o risco de perda irremediável da peça é potencial, uma vez que as tensões envolvidas são muito mais intensas. Igual raciocínio, embora sem a mesma possibilidade de quantificação, pode ser desenvolvida para, p.ex., soldagem ou mesmo oxicorte, levando á conclusão de que, sempre que tais processamentos estiverem envolvidos, deve ser prevista uma etapa de alivio de tensões. Fig. 11. Ilustração esquemática da aplicação do alívio de tensões pré tempera [5]

• Seqüência: não há sentido em aplicar o tratamento de alívio de tensões para prevenção das distorçòes dimensionais, sem que seja prevista uma etapa de usinagem, antes da têmpera. De fato, o próprio alívio de tensòes vai induzir uma distorção dimensional, de intensidade diretamente proporcional ao nível de tensões imposto pela usinagem, que vai se somar às distorçòes que surgirão na tempera posterior. Assim, é necessário que seja prevista uma etapa intermediária de usinagem, deixando sobremtal mínimo para a tempera. • Exemplo de aplicação (esquemático) o Peça em aço AISI H13, para tempera a vácuo, dureza de 50/52 HRC o Dimensões: 200 x 150 x 20 mm o Matéria prima disponível: 24 mm de espessura o Nas condições acima, prevê-se um desbaste de 4,0 mm na espessura da peça, até a dimensão final o O cálculo teórico mostra que um sobremetal de 0,5 mm na espessura será suficiente, para um processamento de tempera a vácuo. Para garantir, que o sobremetal de 0,5 mm seja suficiente, é necessária a aplicação de um ciclo de alívio de tensões previamente à tempera. N.A.: o termo garantir é inadequado, uma vez que outras variáveis, não contem36 Industrial Heating - Jul a Set 2011

pladas nesta análise estão presentes (serão objeto de estudo em capítulo posterior). Então não há como “garantir”, mas o procedimento é indispensável para reduzir o risco ao mínimo. A pergunta é: quando e em que condições fazer o alívio? Esquemáticamente, temos: Observando na fig. 11, do estado inicial com 24 mm de espessura, executamos um PRÉ DESBASTE, removendo a maior parte do sobremetal (3,0 mm), levando para 21 mm de espessura. Nesse estado, pode-se dizer que a intensidade da tensão de usinagem é proporcional à remoção de 3,0 mm, as quais chamaremos de T3. Nesse ponto, é feito o alívio de tensões, que removerá as tensões T3, para efeitos práticos eliminando-as totalmente. Na etapa seguinte, levamos a peça à um novo desbaste, desta feita, removendo 0,5 mm apenas. Novamente, teremos o surgimento de tensões, as quais denominaremos T0,5. É intuitivo que T0,5<<T3. Assim, temos a peça pronta para a tempera, com sobremetal de 0,5 mm conforme projetado, mas com tensões de usinagem proporcionais a apenas 0,5 mm de remoção. Nessa situação ideal, as distorções dimensionais, igualmente diretamente proporcionais às tensões de usinagem intro-

Conclusão Este capítulo tratou das principais causas externas ao tratamento térmico, que tem influencia direta na distorção dimensional resultado do processo de têmpera. Na prática, estas causas não operam separadamente, mas dentro de um conjunto, o qual gera a componente neste texto denominada “Distorções Evitáveis”. Novamente, cumpre ressaltar que o termo evitávies não se refere a eliminação total do efeito, mas sim, a tentar, na medida do possível, ter sob controle tais variáveis. O próximo Capitulo trará a conclusão deste sobre as causas internas ao tratamento térmico, que influenciam no tópico “Distorções Evitáveis”. IH Referências 1. Costa e Silva, Andre L. e Mei, Paulo, Aços e Ligas Especiais, Eletrometal, 1988 2. Metals Handbook, vol.16 Machining, ASM, 10ª. Ed. 3. BODYCOTE BRASIMET PROCESSAMENTO TÉRMICO S.A., procedimentos internos. 4. THYSSEN EDELSTAHL, informativo técnico. 5. YOSHIDA, Shun, Distorções Dimensionais no Tratamentos Térmicos dos Aços Ferramenta, Curso de Tratamentos Térmicos Bodycote Brasimet, 2006. Para mais informações: Contate Shun Yoshida pelo tel.: (11) 2755-7200 ou pelo email shun. yoshida@bodycote.com.

Metalurgia do Pó Henrique Lopes | contato@metalurgiadopo.com.br

A Metalurgia do Pó nos Veículos Elétricos

a última edição da IH tratamos sobre o uso do material sinterizado nos veículos movidos por motores a combustão. Por outro lado os veículos elétricos e híbridos estão se popularizando rapidamente e o texto a seguir mostra o importante papel que a Metalurgia do Pó representa neste mercado em crescimento. Há uma vasta gama de tecnologias para veículos elétricos. De modo geral, podemos classificá-los em “totalmente elétricos”, isto é, dependem exclusivamente de baterias como fonte de energia elétrica, e os “híbridos”, que possuem, além de um motor de tração elétrico, também um motor de combustão interna que serve tanto para propulsão do veículo quanto para a geração de energia elétrica para recarga das baterias. Existem também os veículos elétricos a célula de combustível. O veículo elétrico híbrido pode conter até 13kg de compo-

terizadas podem resultar em até 15 kg de materiais sinterizados nos veículos híbridos. O que é a tecnologia Somaloy®? É uma tecnologia, onde as partículas de pó de ferro são revestidas por uma nano camada de isolamento elétrico. Utilizando as tradicionais técnicas da metalurgia do pó, é possível obter um material com propriedades magnéticas tridimensionais, resultando em motores mais compactos e leves. Algumas das aplicações onde a tecnologia Somaloy® pode ser encontrada são: servo motores industriais, motores de bomba para freios ABS, injetores de combustível, núcleos de bobinas de ignição e mais recentemente em motores de tração para bicicletas elétricas e para carros elétricos. No caso de motores para carros elétricos, tem destaque o importante trabalho que a empresa inglesa YASA Motors, que é uma encubada da Universidade de Oxford, tem realizado no desenvolvimento de motores de altíssima eficiência, alta densidade de torque em um design extremamente compacto. O quadro abaixo mostra as especificações de um modelo de motor da YASA obtido por esta tecnologia: • Rotação máx: 3.000 rpm • Torque (pico): 2.000 Nm • Torque (contínuo): > 900 Nm • Peso: 65 kg (incluindo: sistema de refrigeração a óleo e periféricos) • Potência (pico): >200 kW (268 cv) • Potência (contínua): 100 kW (134 cv) • Eficiência (pico): 93% • Dimensões: Diâm. 350mm; Compr. 300mm Os carros elétricos e híbridos, que no início da década passada eram vistos apenas como veículos curiosos ou conceituais, são hoje considerados a solução para a redução de poluentes nas grandes cidades. Por serem também mais eficientes, silenciosos e ambientalmente corretos, os veículos elétricos têm se estabelecido cada vez mais na moderna sociedade global. Com suas vantagens e benefícios, o emprego de materiais SMC em motores de tração e em outros dispositivos é um importante passo para o avanço dos veículos elétricos. IH

nentes fabricados pela Metalurgia do Pó. Neste total encontramse componentes já utilizados pela indústria automobilística tais como peças de amortecedores, de acionamento de vidros, retrovisores, bancos, sistemas de ar condicionado, de direção, suspensão e freio. A esses componentes, soma-se os estatores dos motores elétricos feitos com materiais magnéticos também obtidos por Metalurgia do Pó (Somaloy® - SMC – Soft Magnetic Composite). Por fim, o uso de engrenagens de transmissão sin-

Henrique Lopes Engenheiro de Materiais pela UP Mackenzie; Mestrando em Materiais pela USP; Coordenador de sinterização na Metalpó entre 2004 e 2006; Engenheiro de desenvolvimento da Höganäs Brasil desde 2006

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

A Metalurgia por Trás dos Aços Avançados de Alta Resistência

coluna anterior versou sobre o advento dos aços avançados de alta resistência (AHSS, Advanced High Strength Steels), desenvolvidos para auxiliar a indústria automobilística a reduzir o peso de seus produtos. Assim foi possível manter o primado do aço nesse setor, que passou a ser ameaçado pela atratividade de novos materiais mais leves, como as ligas leves e o plástico. Uma vez que não há como se alterar a densidade do aço, a solução para reduzir o peso dos componentes feitos com esse material consiste na redução de sua espessura, o que obviamente irá requerer um material com maior resistência mecânica para que a peça mantenha suas propriedades originais. Mas ganhos de resistência mecânica normalmente implicam em menor estampabilidade – ou seja, é mais difícil, ou mesmo impossível, produzir peças estampadas com formato complexo usando-se aços com alta resistência. A solução para esse impasse consiste em dissociar ao máximo as propriedades mecânicas do blanque no momento em que ele está sendo estampado das que são conseguidas na peça final. Uma primeira abordagem nesse sentido foi conseguida nos

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chamados aços bifásicos (dual phase): sua microestrutura predominantemente ferrítica faz com que ele seja muito macio no início do processo de estampagem. Contudo, os 15% de martensita em sua microestrutura fazem com que sua resistência mecânica se eleve significativamente ao longo dessa etapa de conformação. O aço TRIP (com plasticidade induzida por transformação) adota princípio semelhante, mas é ainda mais eficaz: a austenita retida presente na sua microestrutura se transforma em martensita durante a estampagem, aumentando ainda mais a resistência mecânica da peça. Ainda assim, a estampagem dos aços AHSS tende a ser mais difícil. Geralmente a conformação das peças é até possível, mas é freqüente a ocorrência do chamado “efeito mola” (springback) – ou seja, a peça que sai da matriz sofre retorno elástico, como que procurando voltar ao estado plano. A distorção observada geralmente é pequena, mas em grau suficiente para não atender às rígidas tolerâncias dimensionais impostas pela indústria automobilística. Por esse motivo, o projeto das matrizes usadas na estampagem de aços AHSS deve incluir contramedidas contra o efeito mola.

- Sais para tratamentos térmicos e termoquímicos (nitretação, cementação, carbonitretação, têmpera, revenimento, recozimento, martêmpera, austêmpera,...) de metais ferrosos e não-ferrosos - Sais para transferência de calor - Sais para vulcanização de borracha - Sais para limpeza de superfícies metálicas - Produtos para oxidação negra a quente e a frio - Pastas para solda-brasagem - Pastas protetivas contra cementação e nitretação gasosa - Polímeros para têmpera e resfriamento de metais - Catalisadores de níquel para geradores endotérmicos e dissociadores de amônia - Granulados para cementação sólida

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Siderurgia Antonio Augusto Gorni | agorni@iron.com.br Há outras possibilidades para se contornar esse problema. Uma delas é usar aço “endurecível por cozimento” (bake hardenable): ele é muito macio no momento da estampagem e seu aumento de resistência mecânica durante a conformação não é tão significativo, o que favorece a manufatura de peças com formato complexo. Ele irá ganhar resistência mecânica durante o processo de secagem da pintura da peça em estufa, através de fenômenos metalúrgicos de precipitação e envelhecimento. Uma solução bastante engenhosa, já que não é necessário nenhum tratamento adicional para se atingir a resistência mecânica necessária. Pode-se também adotar o conceito do blanque sob medida (tailored blank), constituídos por chapas com diferentes espessuras e/ou propriedades mecânicas, e que geralmente são unidas por soldagem a laser. Consegue-se assim otimizar a configuração do componente conforme as solicitações mecânicas locais, reduzindo seu peso e custo, e otimizando sua estampagem. Na esteira desse desenvolvimento surgiu o tailored rolled blank – blanque feito com um único tipo de aço, cujo perfil de espessura variável é definido através de um processo especial de laminação a frio. Outra possibilidade está no uso da estampagem a morno ou a quente, aproveitando o efeito da temperatura no sentido de reduzir a resistência mecânica e aumentar a ductilidade do aço. A estampagem a quente de aços ao boro, seguida de têmpera e revenido na própria matriz, já é um processo consagrado na fabricação de peças automotivas estruturais que tenham de resistir a colisões. O principal problema aqui é evitar a oxidação e descarbonetação durante

o aquecimento do blanque e sua transferência para a prensa, o que é conseguido mediante o uso de revestimentos especiais. De forma similar ao que ocorre no caso dos blanques sob medida, é possível variar os tratamentos térmicos aplicados nas várias regiões da peça, dotando-se a matriz de estampagem com vários sistemas independentes para controle de temperatura. Pode-se assim criar os perfis de propriedades mecânicas mais adequados para a funcionalidade do componente. Processos de conformação mais simples, como dobramento, também podem ser facilitados através do aquecimento localizado por laser. Esses desenvolvimentos não param por aí – não só estão sendo pesquisados novos tipos de aço e sua adequação aos processos de conformação, como também vem sendo feito um grande esforço de engenharia no sentido de torná-los plenamente viáveis do ponto de vista técnico e comercial. Parafraseando Neil Young, steel never sleeps. IH

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

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

Tipos de Refratários - Parte 2 Produtos Conformados

á cerca de 20 anos, previa-se que os materiais monolíticos substituiriam os produtos conformados, devido ao grande avanço tecnológico já adquirido na época e o antevisto para o futuro. Ainda hoje, contudo, os materiais conformados mantêm sua importância nos revestimentos de equipamentos siderúrgicos, de fornos de cimento, cal, vidro etc. A relação da produção mundial entre produtos conformados e monolíticos é de 57% e 43%, respectivamente. A seleção de um tipo de refratário resulta de avaliações críticas como, por exemplo, da característica do equipamento, do projeto refratário, de níveis e tipos de solicitações (física, mecânica e química), da estabilidade volumétrica, da temperatura de uso, da logística de aplicação, dos custos e prazos de instalação e das taxas de aquecimento. Assim, embora o processo de fabricação dos materiais conformados seja mais complexo, demorado e com alto consumo de energia, eles são os mais adequados para a maioria das aplicações atuais. Suas vantagens em relação aos produtos monolíticos são, entre outras, a inexistência de variação dimen-

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sional irreversível (contração e/ou expansão) a altas temperaturas, menor rigor no procedimento de aplicação, facilidade nos cálculos de juntas de expansão e taxa de aquecimento cerca de quatro a cinco vezes superiores. O grande volume de produção dos produtos classificados como conformados e queimados, são os sílico-aluminosos e aluminosos. Os primeiros possuem teor de Al2O3 entre 22 e 46% e são normalmente empregados em fornos e equipamentos que atingem temperaturas de até 1500°C. Já os aluminosos, cujo teor de Al2O3 é maior que 46%, podem ser empregados em temperaturas superiores a 1800°C. De forma geral, com o aumento do teor de alumina e diminuição das impurezas (Fe2O3; CaO, MgO, K2O; Na2O) é possível alcançar temperatura maior de uso e estabilidade volumétrica. Considerando ainda estas classes químicas (sílico-aluminoso e aluminoso), existem os refratários isolantes queimados que, em função de seu volume e tamanho de poros e baixa densidade aparente, restringem a transferência de calor. A baixa condutividade térmica contribui para reduzir a perda de calor dos fornos que ope-

Refratários e Isolantes Térmicos Waldir de Sousa Resende | wsresende@ibar.com.br ram em altas temperaturas. Esta temperatura de uso está também relacionada à sua composição química. Os produtos básicos queimados, geralmente à base de óxido de magnésio e cromita, têm aplicações restritas em fornos de Chumbo, Cobre e, em alguns casos, na zona de queima de fornos rotativos de cimento. Devido a problemas ambientais, eles têm sido substituídos por produtos mais modernos à base de magnésia e agregados de alumina-magnésia. Produtos especiais queimados de carbeto de silício e/ou carbeto de silício ligado a Nitreto de Silício, têm aplicações em trocadores de calor, fornos cerâmicos e em incineradores de lixo municipais, pois apresentam alta condutividade térmica e elevada resistência ao choque térmico, além de boa resistência química. Para a indústria de fritas e vidro são usados refratários queimados e/ou fundidos contendo usualmente uma mistura de mulita, óxido de alumínio e zircônia, os quais possuem alta resistência à corrosão química. Outra linha de produtos de alta importância na indústria refratária são os chamados produtos resinados, constituídos por diferentes misturas de agregados de óxido de magnésio, óxido de alumínio, carbeto de silício e grafite. As resinas fenólicas usadas em suas formulações atuam como agente aglomerante para a obtenção de alta resistência mecânica após tratamento térmico (~180°C) Elementos metálicos e/ou ligas metálicas também podem ser empregados para reduzir a oxidação do carbono. Estes materiais são

altamente sofisticados e possuem propriedades químicas e físicas que os tornam muito eficientes em contato com metais e escórias em altas temperaturas. Praticamente todas as panelas de aço e convertedores das grandes siderúrgicas utilizam produtos resinados da linha de MgO-C, com teores de carbono que variam de 5% a 20%. Com o avanço tecnológico do país, processos industriais mais complexos são desenvolvidos e novos materiais refratários são necessários para atender esta demanda. A criação e modificação de produtos, além dos projetos de pesquisa, dependem do aprimoramento da linha de fabricação e de novas matérias primas. Com relação a essa última, podemos citar estudos de desenvolvimento de novos materiais resinados, empregando matérias primas de dimensões nanométricas, como alumina, magnésia e carbono. IH

Waldir de Sousa Resende Bacharel em Química, Universidade de Mogi das Cruzes (UMC) 1979. Mestre em Engenharia Cerâmica - University of Leeds, England, 1987. Doutor em Ciência e Engenharia de Materiais – UFSCar – 1995. Intensivo em Administração – Fundação Getúlio Vargas FGV – 1997. Desde 1982, atua nas áreas de pesquisa, processos e qualidade da Ibar. Atualmente é o responsável do Departamento de Desenvolvimento e Tecnologia da Ibar.

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Universo Empresarial Eliana B. M. Netto | eliana.bmnetto@yahoo.com.br

Liderança em Ação

imprescindível, as empresas precisam se reinventar, pois a única esde o início da carreira como engenheira em uma coisa contínua é a mudança. Mudança no cenário econômico, multinacional no ramo metalúrgico, percebi que o mudança nas estratégias corporativas, mudança no controle conhecimento técnico alicerça o desenvolvimenacionário, mudança nas relações com fornecedores, mudança nas to profissional mas é através das pessoas que os expectativas do cliente, mudança no comportamento dos colaboresultados aparecem. Sem alicerce, nenhuma construção pode ser radores que, já não pensam como pensavam aqueles da geração seguramente edificada. Aceitei o convite para escrever esta coluanterior, mudança, mudança e mais mudança... Como sobreviver na, embasando a minha decisão no fato desta revista ser detentora a tudo isto? Parece que existem coisas demais por fazer, necesside 80 anos de tradição, sempre contribuindo com informações dades de adequação infinitas, tempo e recursos de menos. Neste técnicas relevantes para o desenvolvimento dos seus leitores. cenário, a tendência é acreditar que somos apagadores de incênÀ medida que o tempo passa, além dos aspectos técnicos, dio e o exercício da liderança é postergado, para ocasiões em que novas competências vão sendo necessárias ao crescimento profisa situação não for tão adversa. A realidade, no entanto, é diferente sional, dentre elas destaco a liderança. da nossa percepção dela. As situações dificilmente serão as ideais, Mas, afinal, o que é liderança? Esta característica pessoal é mas apesar disso é possível ser um bom líder. Existem diversos nata ou pode ser aprendida? Será que o líder se forma à medida mitos ligados à liderança que atrapalham o seu bom exercício. que trilha seu caminho? Entre eles estão pensamentos do A própria definição encontipo: “não posso liderar porque trada nos dicionários, descrenão estou no topo da pirâmide”, vendo o líder como o chefe, o As pessoas e os fatos são decorrência, só “quando eu for o chefe, as pescondutor ou o tipo representativo de uma sociedade, bem se transformam em experiência depois que soas me seguirão”, “sou limitado como a definição de liderança, atribuímos significados a elas. A liderança pois não sou eu quem toma as decisões”, “não desenvolvo meu parece incompleta e desgastada primeira é a liderança de si mesmo. potencial máximo pois não sou pelo tempo. o líder”, “não estou no controle, Ao longo da minha jornada portanto, a liderança é algo dispessoal e profissional, conheci tante” e tantas outras crenças limitantes. Mas afinal, o que é ser alguns líderes e outros que escolheram caminhos diferentes. um bom líder? O que é exercer a liderança, mesmo em situações Ambas as experiências serviram de aprendizado, pois os primeiros adversas? me servem de inspiração e os últimos me ensinaram, com seus Uma das características do líder é não esperar respostas exemplos, o que não deve ser feito. A gratidão é uma virtude que prontas. O líder sempre busca soluções e respostas para problemas nos ajuda a extrair o melhor da vida, por isso, vale a pena cultivánovos, “singrando mares nunca dantes navegados”. Na próxima -la. As pessoas e os fatos são decorrência, só se transformam em edição, exploraremos, um pouco mais, o papel do líder. Boa sorte experiência depois que atribuímos significados a elas. A liderança para você, na busca pela liderança eficaz! IH primeira é a liderança de si mesmo. Hoje, os líderes empresariais têm, entre outras, duas missões: buscar ou manter a liderança nos negócios e formar novos líderes. Esta tarefa parece simples, mas exige coragem, determinação e decisão. Aliás, uma das necessidades do líder é a tomada de deciEliana B. M. Netto são. A palavra decisão é uma das mais mal interpretadas da língua Engenheira metalurgista, mestre em engenharia portuguesa. A decisão se vincula ao fato de ter que se decidir por de materiais pela Poli / USP, pós-graduada em uma dentre várias opções. Está ligada à cisão, que vem do ato de administração industrial pela Vanzolini / USP, cindir ou separar. Quando se toma uma decisão, se escolhe uma especializada em negociação e vendas conceituais, alternativa e são deixadas de lado outras tantas que, lhe são oposgerente de projetos industriais da Caterpillar Brasil tas. Visto desta forma, pelo menos um dos aspectos da liderança, até 1991, gerente da Brasimet até 2010, membro do pode ser vivenciado por qualquer pessoa. Por isso, ser líder exige conselho diretor da ABM de 2009 a 2011, membro coragem para romper com as velhas fórmulas e buscar o novo. do conselho tecnológico do SEESP, gerente da engenharia de processos e vendas da Indústria Ser líder exige sabedoria para correr riscos e trilhar caminhos, Metalúrgica Max Del e co-autora da obra “Metalurgia Física e Mecânica Aplicada”, nem sempre conhecidos. Hoje, mais do que nunca, a liderança é Editora ABM, 2008.

42 Industrial Heating - Jul a Set 2011

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Você Sabia? Processamento Térmico e Metais na Vida Diária

Esferas de Rolamento, Não Rolamentos de Esferas

uitas vezes, quando os rolamentos são discutidos, as pessoas os chamam de rolamentos de esferas. Na verdade, existem vários outros tipos de rolamentos que sequer usam esferas. O mais comum deles é o rolamento de rolos. Também há um equívoco quando as pessoas referem-se às esferas em rolamentos como rolamentos de esferas. As esferas são apenas um componente de um rolamento de esferas, que também pode conter uma pista externa, uma pista interna e um retentor (gaiola). Esta discussão é sobre as esferas usadas em rolamentos de esferas. Alguma vez você já se perguntou como as esferas são feitas? Embora pareçam simples e tenham uma forma sem complicações, seu processo de produção e seus requisitos são um pouco mais desafiadores. As esferas podem ser feitas a partir de uma variedade de materiais, incluindo (mas não limitado a) o aço ferramenta, aço inoxidável, latão / bronze, titânio, Stellite, Teflon, e até mesmo cerâmicas, tais como óxido de alumínio e nitreto de silício. O material é escolhido com base na aplicação do rolamento. Independentemente do material, o processo de fabricação é semelhante para as esferas de metal. Vamos concentrar nossa discussão nas esferas de aço endurecido. Talvez surpreendentemente, as esferas começam sua vida como um pedaço de fio. O fio de aço é recozido a partir de uma bobina de diâmetro adequado para o diâmetro final da esfera que está sendo fabricada. O fio é alimentado em uma máquina que corta um pedaço medido e esmaga ambas as extremidades em direção ao centro. Isso é chamado de recalque a frio, porque nenhum calor é usado neste processo, o que deixa uma convexidade ou relevo próximo ao centro da esfera. O próximo passo do processo é a operação de rebarbação. As esferas são colocadas em sulcos grossos entre dois discos de ferro fundido. Um disco gira, enquanto o outro está parado. Depois da rebarbação, as esferas são levemente polidas. Este é um processo semelhante ao de rebarbação, mas, neste caso, mós são utilizadas para melhorar a precisão. As esferas permanecem com tamanho maior que o final, para que possam ser polidas após o tratamento térmico. O tratamento térmico é freqüentemente realizado em um forno de retorta rotativa, dependendo das especificações. Se uma aplicação, como a aeroespacial ou a automotiva, requerer

44 Industrial Heating - Jul a Set 2011

inspeção de uniformidade de temperatura AMS 2750 (Temperature Uniformity Survey - TUS), o tratamento térmico geralmente será realizado em um forno de tipo lote. As TUSs são muito difíceis de serem feitas em uma retorta giratória. Peças pequenas, principalmente peças de precisão, tais como esferas de rolamento, requerem bom controle do tratamento térmico. Os tamanhos da carga são determinados pela área de superfície das esferas, com base na máxima área de superfície que pode sofrer têmpera em uma carga. Os tempos de imersão são determinados não pelo diâmetro das esferas na carga, mas pela altura da arrumação das esferas no cesto. O processo de endurecimento normalmente envolve o seguinte: • Pré-aquecimento • Austenitização (endurecimento) • Têmpera • Sub-resfriamento • Revenimento (com base na exigência de dureza final) Após o tratamento térmico, as esferas passam por várias operações de acabamento. A descalcificação é seguida por polimento, que é um processo lento e meticuloso e que gera tolerâncias de diâmetro tão apertadas quanto ±0,0001 polegada. A lapidação e outras operações de acabamento seguem, a maioria das quais não é de domínio público. Estas são particularmente importantes para as esferas de alta precisão, muito embora todas as esferas precisem ser dimensionadas de forma muito precisa. Por quê? Rolamentos de esferas são projetados com a suposição de que todas as esferas em seu interior estão carregando uma carga igual, o que significa que elas devem ser do mesmo tamanho. Se, por exemplo, uma ou duas esferas forem ligeiramente maiores, a carga será suportada apenas por estas duas esferas, e as outras estarão girando livres. Isso poderá resultar em falha prematura do rolamento. As esferas são fabricadas em conformidade com as normas da ABMA (American Bearing Manufacturers Association). O grau da ABMA é designado por um número, que indica uma combinação específica da forma dimensional e da rugosidade superficial. Graus de 3 a 50 são considerados esferas “de precisão”, e graus entre 50 e 100 são de “semi-precisão”. A faixa normal de esfericidade das esferas de precisão é de ±0,000003 para o grau 3 e de ±0,00005 para o grau 50. A partir daqui, a classificação e os requisitos da especificação ficam ainda mais complicados e é melhor deixar este assunto para um tratamento mais detalhado. IH

Tratamento Térmico

Princípios da Nitretação a Gás (Parte 2) Daniel H. Herring – The HERRING GROUP, Inc.; Elmhurst, Ill, EUA. Nota do Editor: Esta é a segunda de uma apresentação de quatro partes. Em um esforço para estabelecer uma ordem lógica, vamos rotular as figuras consecutivamente na ordem que aparecem. Consequentemente, a numeração de algumas figuras pode parecer estar fora de ordem, dependendo do seu ponto de partida.

nitretação é um processo de endurecimento superficial no qual o nitrogênio é introduzido na superfície de uma liga ferrosa, como o aço, mantendo o metal a uma temperatura inferior àquela em que a estrutura cristalina começa a se transformar em austenita no aquecimento (Ac1), conforme definido pelo diagrama de fase ferro-carbono.

combinação do nitrogênio atômico para formar o nitrogênio molecular pela equação 2: 2N + 6 H → N2 + 3 H2 (2) Durante o período em que esse nitrogênio passa pelo estado atômico, ele é capaz de ser absorvido pelo aço (Fig. 14). Assim, a reação completa - equação 3, Figura 15 - torna-se: 2NH3 → N2 + 3 H2 (3)

Reações da Nitretação a Gás A nitretação a gás é normalmente feita usando amônia com ou sem diluição da atmosfera, com amônia dissociada ou nitrogênio (ou nitrogênio/hidrogênio) na faixa de temperatura de 500-565°C. A amônia (NH3) circula sobre as peças a serem endurecidas. Devido à temperatura e ao efeito catalítico da superfície de aço, a amônia se dissocia em nitrogênio e hidrogênio atômicos, de acordo com a equação 1: 2NH3 → 2N + 6 H (1) Isto é imediatamente seguido pela

Atividade da Nitretação a Gás De acordo com as leis que governam a difusão, o grau de penetração do nitrogênio é dirigido pela temperatura e pela quantidade de nitrogênio que pode penetrar e se difundir para dentro (e distante) da camada externa do aço. Na nitretação a gás, a atividade do nitrogênio é controlada pelo grau de dissociação e pala vazão do gás (Fig. 16). O nitrogênio é fornecido pela dissociação de amônia na superfície de aço, de acordo com a equação 4, uma forma modificada da equação 1.

H2 NH3

onde aN é a atividade de nitrogênio atômico a é o grau de dissociação v é a vazão de amônia

H H H

H N

NH3 → [N] + 3/2 H (4) Em comparação com a cementação a gás, a atmosfera de nitretação não está em equilíbrio, pois a vazão da amônia é muito alta para permitir que o equilíbrio seja alcançado. A quantidade de amônia presente no gás de saída é uma medida do grau de dissociação. Quanto maior a vazão de amônia, maior a porcentagem de amônia na corrente de gás de saída e menor o grau de dissociação. No entanto, uma maior porcentagem de amônia está presente na superfície. A equação 5 fornece uma explicação da atividade de nitrogênio em que a constante da atividade (aN) é diretamente proporcional ao grau de dissociação de amônia e à vazão. aN α a · v (5)

H N H N

Recombinação N

Atmosfera H

H N N

Quebra H H

Camada da superfície Recombinação superior HH

Difusão

Camada inferior

Recombinação N

Fig. 14. Dissociação da amônia e captação de nitrogênio no aço durante a nitretação a gás [4]

Difusão Fig. 15. Reações de nitretação na superfície e subsuperfície [5] Jul a Set 2011 - www.revistalH.com.br 45

Fluxo de Amônia

Fig. 16. Representação esquemática da dissociação da amônia e da absorção de nitrogênio [5]

Consequentemente, a atividade de nitrogênio é uma função do número de moléculas de amônia dissociadas na superfície do aço por unidade de tempo. Às constantes pressão e temperatura, o grau de dissociação é reduzido com o aumento da vazão, mas o produto (a • v) aumenta, bem como aN. Assim, o potencial de nitrogênio (KN) derivado da equação 4 pode ser expresso como: KN = pNH3 / (pH2)3/2 (6) A quantidade de camada branca pode ser controlada minimizando o potencial de nitretação. A norma AMS 2759/10 (nitretaçãogasosaautomatizadacontroladapelo potencial de nitretação) indica os valores de potenciais de nitretação (Tabela 5) para as diversas classes de camada branca. O potencial de nitrogênio também é Tabela 5. Ranges de KN Classe

Ranges de potencial de nitretação, KN 1º Estágio

2º Estágio

4 – 15

0.2 – 0.8

4 – 15

0.4 – 2.6

4 – 15

1.2 – 5.5

Fig. 17. Relação de Lehrer entre o potencial de nitretação e as fases formadas dentro da camada de compostos[4]

referido como o parâmetro de nitretação. A uma temperatura constante, a atividade de nitrogênio e, consequentemente, o teor de nitrogênio na superfície da camada nitretada são determinados pelo potencial de nitretação. As várias fases formadas são expressas no diagrama de Lehrer (Fig. 17). É também importante garantir que haja uma quantidade adequada de nitrogênio disponível durante o processo, para endurecer as peças até o especificado. Se não houver nitrogênio disponível o suficiente, a consequência será pouca profundidade da camada superficial e baixa dureza, com reduções nas características físicas relacionadas. Por outro lado, muito nitrogênio na superfície da peça resultará na formação de uma camada branca frágil e excessivamente espessa, tendo como consequência a fragilização da camada nitretada. Uma das chaves para uma nitretação de sucesso é controlar o percentual de amônia disponível por área de superfície (de trabalho), que vai fornecer nitrogênio atômico (nascente) na superfície. É impor-

0 V = Volume do forno

20 40

% NH3

100

% Dissociação

Teor de amônia (Vol.% NH3 em atm de H2) 1 3 10 30 60 80 800 1000 γ 700 e 900 600 800 a γ’ 500 700 400 600 300 0.01 0.1 1.0 10 Potencial de Nitretação

Temperatura K

Temperatura, ˚C

Tratamento Térmico

PD = 25%

60 80

20 0

100 4V 6V 8V 10V Vazão, scfh

Fig. 18. Percentual de dissociação em função do volume de forno [6]

tante perceber que a nitretação é devida apenas à dissociação de amônia na superfície da peça, e não devido à presença de nitrogênio molecular (N2) ou amônia dissociada (N2 + 3 H2). A reação de nitretação (Eq. 1, 2) acabará por concluir-se, mas esta é uma reação muito lenta. Trabalho empírico resultou em uma regra de ouro, que diz que se a atmosfera do forno for alterada quatro vezes a cada hora, a quantidade de amônia que é dissociada é de 25 ± 10%. Uma relação aproximada entre a vazão de amônia e a dissociação percentual existe (Fig. 18). A forma geral da curva irá variar em função do estilo do forno, do tamanho da carga de trabalho e da área superficial. Assim, o melhor método de controle do processo é aquele que mede e controla o percentual de amônia. Quando falamos de uma taxa de dissociação de 30%, normalmente nos referimos a uma concentração de amônia de 70% e de 30% de amônia dissociada nos gases de saída. Na realidade, devido à mudança do volume envolvida, apenas 82,3% é amônia, enquanto

Tabela 7. Tempos de ciclo típicos para processo de nitretação de duas fases (processo Floe) - primeira estágio a 525°C / segundo estágio a 565ºC

Tabela 6. Tempo para profundidade da camada superficial em nitretação de fase única a 525°C

1º Estágio

2º Estágio

Tempo, horas

Profundidade da camada superficial, polegadas (mm)

Tempo, horas

% Dissociação

Tempo, horas

% Dissociação

0.005 (0.127)

0.005-0.010 (0.127-0.254)

15-25%

0.010 (0.254)

0.008-0.012 (0.203-0.305)

15-25%

83-86%

0.015 (0.381)

0.020 (0.508)

0.011-0.015 (0.279-0.381)

15-25%

83-86%

0.025 (0.635)

0.013-0.018 (0.330-0.457)

15-25%

83-86%

0.030 (0.762)

0.017-0.022 (0.432-0.559)

15-25%

83-86%

Profundidade da camada superficial, polegadas(mm)

Nota: O processo de estágio único normalmente varia de 1 a 100 horas.

46 Industrial Heating - Jul a Set 2011

Nota: Processos de dois estágios geralmente variam de 10 até mais de 150 horas, sendo que o segundo estágio tem tempo entre duas e cinco vezes maior do que o primeiro.

Tratamento Térmico

17,7% é amônia dissociada. Para nitretar com sucesso, um suprimento adequado de nitrogênio atômico deve estar disponível na superfície da peça. Assim, na nitretação a gás, torna-se muito importante circular a amônia de forma a constantemente reabastecer o nitrogênio ativo em todas as áreas a serem endurecidas.

Ciclos de Nitretação a Gás e Determinação da Profundidade da Camada Superficial Dois tipos de processos de nitretação são usados: o processo de estágio único e o de dois estágios, ou processo Floe (pronunciado “flow”), o nome de seu inventor, Dr. Carl Floe. Aspropriedadesdeprofundidadeedureza da camada superficial variam não só com a duração e o tipo de nitretação que está sendo executado, mas também com a composição do aço, sua estrutura anterior

e a dureza do núcleo. As profundidades da camada superficial são tipicamente de 0,008-0,025 polegadas (0,20-0,65 mm) e tomam10-80horasparaseremproduzidas. Processo de nitretação de estágio único No processo de estágio único, a faixa de temperatura usual é de 500-525°C. A taxa de dissociação da amônia em nitrogênio e hidrogênio está na faixa de 15-30%. O processo produz uma camada frágil, rica em nitrogênio, conhecida como a “camada branca” (zona de compostos) da superfície e é composta de nitretos de ferro diversos (FeN, Fe4N, Fe16N2). Processo floe de dois estágios (patente dos EUA n º 2.437.249) O processo de dois estágios (Tabelas 4 e 5) foi desenvolvido para reduzir a quantidade de camada branca formada pela nitretação de estágio único. A primeira etapa é, exceto pelo tempo, igual à do processo de

estágio único. Na segunda etapa, no entanto, a adição de um gás diluente (amônia dissociada ou nitrogênio) aumenta a dissociação em cerca de 65-85%. A temperatura é geralmente elevada a 550-575°C, e o resultado é a redução da profundidade da camada branca, produzindo uma camada superficial mais profunda, com uma dureza um pouco menor. Se o método de dois estágiosforusado,éfrequentementepossível atender às tolerâncias dimensionais, sem qualquer operação final de acabamento. A amônia dissociada é, geralmente, necessária para a alta dissociação na segunda fase (caso contrário, pode resultar em controle errático), e é comumente usada como um diluente (para mudar o percentual por área ao qual as moléculas de NH3 estão expostas). Em alguns casos, o nitrogênio é usado. No entanto, o controle e a porosidade da camada branca podem ser afetados. O arranjo da carga e o uso de um ventilador para circulação no forno são muito importantes para que um nível

Tabela 8. Tempos de ciclo para nitretação de duas fases (processo Floe) Designação do Material (SAE/AISI)

P-20

P-20 S

P-20 Ni

4140

Tempo de Estágio Temp equalização 1 estágio 1[2] [1] da carga Tempo ˚C (˚F) (Saturação), hrs (hrs)

Símbolo

Range da profundidade da camada superficial (polegadas) (Núcleo + 50HV) 0.076-0.152 (0.003-0.006)

1-4

525 (975)

20-30

525 (975)

70-80

1.2311

40CrMnMo7

0.152-0.203 (0.006-0.008)

1-4

525 (975)

20-30

525 (975)

70-80

0.203-0.305 (0.008-0.012)

1-4

525 (975)

20-30

525 (975)

70-80

0.076-0.152 (0.003-0.006)

1-4

525 (975)

20-30

525 (975)

70-80

0.152-0.203 (0.006-0.008)

1-4

525 (975)

20-30

525 (975)

70-80

0.203-0.305 (0.008-0.012)

1-4

525 (975)

20-30

525 (975)

70-80

0.076-0.152 (0.003-0.006)

1-4

525 (975)

20-30

525 (975)

70-80

1.2312 40CrMnMoS 8·6

1.2738

1.7225

42CrMo4 36CrNiMo4

Range de % de dissociação do estágio 1

Temp Estágio estágio 2[3] 2 Tempo ˚C (˚F) (hrs)

Range de % de dissociação do estágio 2

DIN

0,152-0.203 (0.006-0.008)

1-4

525 (975)

20-30

525 (975)

70-80

0.203-0.305 (0.008-0.012)

1-4

525 (975)

20-30

525 (975)

70-80

0.203 (0.008)

1-4

525 (975)

20-30

525 (975)

70-80

0.762 (0.030)

1-4

525 (975)

20-30

525 (975)

70-80

0.203 (0.008)

1-4

525 (975)

20-30

525 (975)

70-80

9840

1.6511

0.762 (0.030)

1-4

525 (975)

20-30

525 (975)

70-80

1.2379 X 15SCrVMo12·1

0.127 (0.005)

1-4

525 (975)

20-30

525 (975)

70-80

0.076-0.152 (0.003-0.006)

1-4

525 (975)

20-30

525 (975)

70-80

H10

1.2367 G-X 40CrMoV5-3

0.102-0.203 (0.004-0.008)

1-4

525 (975)

20-30

525 (975)

70-80

0.203-0.254 (0.008-0.010)

1-4

525 (975)

20-30

525 (975)

70-80

H13

1.2344

X 40CrMoV5-1

420 SS

1.2083

X 42Cr13

0.076-0,152 (0.003-0.006)

1-4

525 (975)

20-30

525 (975)

70-80

0.102-0,203 (0.004-0.008)

1-4

525 (975)

20-30

525 (975)

70-80

0.203-0,254 (0.008-0.010)

1-4

525 (975)

20-30

525 (975)

70-80

0.127 (0.005)

1-4

538 (1000)

20-30

538 (1000)

70-80

Jul a Set 2011 - www.revistalH.com.br 47

Tratamento Térmico

elevado de dissociação possa ser alcançado. O potencial de nitrogênio varia com a composição da mistura de gás que está sendo enviada para o forno. Estrutura Cristalina (Lattice) A ferrita, ou ferro alfa (α), que é uma estrutura cristalina cúbica de corpo centrado (bcc – body-centered cubic) (Fig. 19), dissolve 0,001% de nitrogênio à temperatura ambiente e 0,115% de nitrogênio a 590°C. O Gamma prime (γ’), ou Fe4N, tem uma estrutura cristalina cúbica de face centrada (fcc – face-centered cubic) (Fig. 20) e dissolve 5,7-6,1% de nitrogênio. O Fe2N e o Fe3N são chamados ípsilon (ε), que tem uma estrutura cristalina hexagonal compacta (hcp – hexagonal close packed) e dissolve entre 8,0% e 11,0% de nitrogênio. Controle do Processo de Nitretação Existem vários métodos para controlar o processo de nitretação com base na análise do percentual de dissociação. Um método envolve o uso de um analisador de amônia (Fig. 21), que é preso a medidores de vazão de amônia e amônia dissociada (ou nitrogênio) (para uso durante a segunda fase da nitretação). Com base nos dados de saída do analisador de amônia, o processo pode ser controlado com precisão.

Fig. 19. Estrutura cristalina cúbica de corpo centrado (bcc)

Fig. 20. FEstrutura cristalina cúbica de face centrada (fcc)

Outro método utilizado para medir o grau de dissociação é uma análise da quantidadedehidrogênionosgasesdeescape(Fig. 22). Podemos ver a partir da equação 4: 1 volume NH3 → 1/2 volume N2 + 3/2 volume H2 (7) Por exemplo, se o percentual de volume de hidrogênio medido for de 30%, a porcentagem de volume de nitrogênio será de 10% (30/3), e o volume de amônia remanescente será de 60% (100% - 30% 10%). Dado o volume original de amônia fornecido (α) para o interior da câmara do forno, a equação 8 nos permite calcular o grau de dissociação (β) nos gases de escape.

1 – β/100 = (1 – α/100) ÷ [(1 – α/100 + 2(α/100)] (8) Instrumentos para medição in-situ do potencial de nitretação via teor de hidrogênio (e outros métodos) estão comercialmente disponíveis ou em desenvolvimento. Estes tipos de dispositivos de medição contínua são especialmente importantes para ciclos curtos – de até 20 horas. Como alternativa, um método manual para o controle da atmosfera de nitretação envolve o uso de uma pipeta ou bureta de dissociação (Fig. 23). A amônia é completamente solúvel em água. Quando a água é introduzida na pipeta de dissociação, qualquer amônia presente dissolve-se, de imediato, forman-

Sensor de zirconia Selo de alta pressão

Proteção do sensor Gás de exaustão

_ +

Ar externo Proteção

Eletrodo de platina interno (para ar externo) Fenda

Fig. 21. Sistema de controle de amônia (cortesia da Super Systems Inc.)

48 Industrial Heating - Jul a Set 2011

[7]

Eletrodo de platina externo (para exaustão)

Fig. 22. Anatomia de um sensor de hidrogênio [5]

Coletor de escape

Tratamento Térmico

Água N2 + H2 NH3 + N2 + H2

0 25

N2 + H2

H2O

75 100

N2 + H2

H2O

75 100

0 25 50

50 A

H2O

75 100

Altura da coluna de água em câmara graduada (A) para graus de dissociação de 25%, 50%, e 75%.

Fig. 23. Medição manual do percentual de dissociação [8]

do hidróxido de amônia (NH4OH). A água continua a entrar até que ocupe um volume equivalente ao anteriormente ocupado pela amônia. O restante dos gases de escape, sendo insolúvel em água, se acumula na parte superior da pipeta. A altura do nível da água é lida diretamente na escala de graduações, e essa leitura indica o percentual de gás nitrogênio-hidrogênio não-solúvel em água na amostra. Essa leitura, embora não totalmente precisa, mostra o grau de dissociação. Deve ser notado que a dissociação da amônia envolve um

aumento de duas vezes em volume, como mostrado na equação 3. IH Para mais informações: Dan Herring é presidente do HERRING GROUP Inc., PO Box 884 Elmhurst, IL 60126; tel: 630-834-3017; fax: 630-834-3117; e-mail: heattreatdoctor@industrialheating.com; web: www.heat-treat-doctor.com. As colunas Doutor Tratamento Térmico do Dan são publicadas mensalmente na Industrial Heating, e ele também é professor associado de pesquisa no Instituto de Tecnologia de Illinois / Centro de Tecnologia de Processamento Térmico.

Jul a Set 2011 - www.revistalH.com.br 49

Tratamento Térmico

A Nitretação em Banhos de Sais – uma Visão Sistêmica do Processo Luiz Roberto Hirschheimer – Gerente Técnico da Techniques Surfaces do Brasil Ltda.; Diadema, SP Roberta Nardaci Dias – Coordenadora da Garantia de Qualidade e Gestão do Meio Ambiente da Techniques Surfaces do Brasil Ltda.; Diadema, SP Valdir Albencio - Gerente industrial da Techniques Surfaces do Brasil Ltda.; Diadema, SP O tratamento de notretação em banho de sais é uma rara opção para se obter peças e ferramentas com alta resistência ao desgaste, baixo coeficiente de atrito e alta resistência à fadiga e corrosão.

s processos termoquímicos popularmente conhecidos por “nitretação em banhos de sais” (Fig. 1) surgiram, industrialmente, na década de 1930. Apesar do nome, a idéia de que as superfícies das peças ou ferramentas serão enriquecidas apenas com nitrogênio, não é verdadeira - junto com o nitrogênio também se introduz carbono, o que pode ser visto pela reação química básica que ocorre nos sais contidos no banho: 2KCNO + ½ O2 → C + 2N + K2CO3 No meio acadêmico, o processo recebe o nome genérico de “nitrocarbonetação em banhos de sais” (processos comercialmente conhecidos por SBN, TUFFTRI-

Fig. 1. Carga entrando em forno de nitretação em banho de sais

50 Industrial Heating - Jul a Set 2011

DE, MELONITE, SURSULF, TENIFER, etc.) Se, ao final do tratamento, a camada nitrocarbonetada ainda for oxidada, o processo passará a denominar-se “oxinitrocarbonetação em banhos de sais” (conhecidos pelos nomes comerciais de QPQ, ARCOR, OXINIT, TENOX, etc.). A vantagem da nitrocarbonetação em banhos de sais, quando comparada a outros processos, reside nos tempos curtos dos tratamentos (as profundidades nitrocarbonetadas, mencionadas na Tabela 1, consideram tempos de tratamento de 3’ a 2 horas), na possibilidade de se tratarem grandes lotes de peças numa mesma fornada, na homogeneidade dos resultados obtidos, na quantidade mínima de parâmetros de processo a serem controlados, na dispensa da utilização de processos muito caros para a pré-limpeza e no baixo custo de capital. Como desvantagem, deve-se mencionar que estes processos não permitem tratamentos parciais e que a pós-limpeza de peças que apresentem furos cegos, exige maiores cuidados. Quanto aos aspectos ambientais, deve-se salientar que os processos de nitrocarbonetação em banhos de sais atendem a todos os requisitos das normas ISO 14000. Os produtos resultantes das reações químicas dos banhos (formação de lama) são criteriosamente armazenados e destinados

a aterros da Classe II. As águas utilizadas para a limpeza das peças são tratadas numa ETE (Estação de Tratamento de Efluentes Líquidos) e lançadas na rede pública, de acordo com as exigências estabelecidas no Artigo 19 do Decreto-Lei Estadual nº 8468/76, que dispõe sobre a prevenção e o controle da poluição do meio ambiente, no Estado de São Paulo. Propriedades Obtidas Pelas Peças Nitrocarbonetadas • Baixo coeficiente de atrito adesivo (metal x metal). • Baixo coeficiente de engripamento (poder autolubrificante). • Baixa aderência a plásticos e metais líquidos. • Alta resistência à fadiga de contato (formação de pites). • Alta resistência à fadiga mecânica (vibração, esforços alternados, etc.) e térmica. • Alta resistência à corrosão. Peças tratadas pelo processo de nitrocarbonetação resistem, em média a 48 horas de testes de salt-spray (ASTM B-117); quando o processo for o de oxinitrocarbonetação, chega-se a cerca de 144 horas e, se antes da oxidação final, ainda for realizada uma operação intermediária de polimento, pode-se chegar a ultrapassar 400 horas, desde que a rugosidade superficial (Ra) seja inferior a 0,2 µm.

Tratamento Térmico

Metalografia de Uma Peça / Ferramenta Nitrocarbonetada A grande maioria dos processos de nitrocarbonetação é realizada a baixas temperaturas (abaixo de 600°C). Nestas condições, a velocidade de transporte do nitrogênio e do carbono, do meio nitrocarbonetante até a superfície das peças, é bem superior àquela da difusão destes elementos em direção ao núcleo do aço (ou do ferro fundido). Consequentemente, logo abaixo da superfície, acumulam-se átomos de nitrogênio que não conseguem difundir e acabam formando uma zona sub-superficial, predominantemente constituída por nitrocarbonetos complexos do tipo ε (MeFe2,3N), tecnicamente denominada “camada branca” (white layer, em inglês) ou “zona de complexos” (compound layer, em inglês) (Fig. 2). A denominação “camada branca” deve-se ao simples fato dela permanecer

CAMADA COMPACTA

Fig. 2. Corte transversal a um eixo de aço SAE 1045 - Ampliação: 400:1 Ataque: Nital 3%

branca, mesmo depois de ser “atacada” por um reagente metalográfico (Nital). Isto significa que suas características estruturais são diferentes das do restante do aço; elas se assemelham às dos materiais cerâmicos, com a diferença de apresentarem uma maior tenacidade, pelo fato de possuírem carbono em sua composição (i). (i) Processos de nitretação pura (sem difusão simultânea de nitrogênio e carbono) também podem vir a formar camadas brancas constituídas por nitretos do tipo ε, porém sua tenacidade será inferior à obtida pela nitrocarbonetação. Normalmente, a camada branca das peças nitrocarbonetadas em banhos de sais apresenta porosidades (ii) junto à superfície das peças. Dependendo das funções

que estas peças deverão assumir no campo, as porosidades poderão ser desejáveis, ou não. Assim, se a superfície da peça tiver que suportar cargas superficiais específicas relativamente altas (em torno de 20 MPa para aços-carbono e de construção mecânica), é recomendável que a porosidade não ultrapasse 30% da profundidade total. Já quando o objetivo do tratamento for a obtenção de propriedades “auto-lubrificantes”, recomenda-se uma porosidade de até 50%, suficiente para reter óleos ou selantes especiais. Camadas brancas com porosidades mais altas poderão “desplacar”. (ii) A causa da formação de poros nas regiões mais externas da camada branca ainda não foi plenamente identificada. A teoria mais aceita até o momento diz que, devido à baixa difusibilidade dos átomos de nitrogênio no aço, e também ao excesso de oferta do meio nitrocarbonetante (quando a nitrocarbonetação é realizada em banhos de sais, a fonte de nitrogênio é o cianato, descrito no primeiro item deste artigo), dois átomos (íons) de nitrogênio poderão unir-se, formando-se uma molécula, dentro do reticulado cristalino da liga de ferro. Este fenômeno aumentaria tanto a pressão do sistema, que os átomos de ferro se afastariam, criando um espaço vazio (poro). Logo abaixo da “camada branca”, encontram-se muitos átomos de nitrogênio que conseguiram penetrar mais profundamente (difundir) no aço/ ferro fundido. Esta região é denominada “zona de difusão” e apresenta-se mais escurecida do que a matriz do restante do material. Nela, os átomos de nitrogênio formam pequenos nitretos metálicos, do tipo α’, que contribuem, significativamente, para o aumento da rigidez do sistema (dureza) e para o “bloqueio de discordâncias”. Esta última função é a responsável pelo aumento da resistência à fadiga mecânica e térmica dos materiais nitrocarbonetados. Empenamento de Peças Nitrocarbonetadas em Banhos de Sais Quando se fabricam peças sem se respeitarem as regras básicas de usinagem como, por exemplo, ultrapassar o limite de escoa-

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Tratamento Térmico

Tab. 1. Durezas superficiais e profundidades de nitrocarbonetação típicas dos processos de nitrocarbonetação em banhos de sais Exemplos (SAE/ ASTM)

Dureza Superficial (HV 0,2)

Camada Branca (µm)

Camada de Difusão (µm)

Baixo carb.

Tipo de Aço

1010, 1020, 9SMn28K

≥350 (≥35 HRC)

01 a 25

250 a 500

Médio carb.

1038, 1045, 1060

≥500 (≥49 HRC)

01 a 25

250 a 500

Cementação

8820, 16MnCr5

≥550 (≥52 HRC)

01 a 18

180 a 350

Baixa liga

4140, 4340, 5140, 8640

≥600 (≥55 HRC)

01 a 18

180 a 350

Nitretação

DIN 1.88550

≥900 (≥67 HRC)

01 a 18

180 a 350

H10, H11, H12, H13

≥900 (≥67 HRC)

01 a 12

120 a 250

D2, D3, D6, DIN 1.2990

≥900 (67 HRC)

01 a 12

120 a 250

310, 316, 410, 420

≥1.000

01 a 03

020 a 070

M2, M35, M42

≥1.100

Tr. a quente Tr. a frio Inoxidável Rápido

mento do material, chegando até a produzir cavacos azuis, qualquer aquecimento que se realize acima de ~450°C, poderá empená-las (lembre-se que o alívio de tensões de um aço tensionado acima do seu limite de escoamento determina uma deformação residual que, num teste de tração, denomina-se alongamento). A maioria dos processos é realizada entre 520 e 600°C. Se a usinagem não puder ser realizada sem “forçar demais” o material, recomenda-se fazer um alívio de tensões, a pelo menos 50°C acima da temperatura que será utilizada pelo processo de nitrocarbonetação, antes de iniciar-se o tratamento. Se, depois do alívio de tensões, as peças empenaram, significa que elas se encontravam tensionadas acima do limite de escoamento e, deverão ser desempenadas criteriosamente. Só depois disto é que se devem tratar as peças.

Distorções Dimensionais de Peças Nitrocarbonetadas em Banhos de Sais A introdução de nitrogênio e de carbono pela superfície de uma peça determina, naturalmente, um aumento de volume (dois corpos não podem ocupar lugares iguais num mesmo espaço). Quando o material tiver sido previamente temperado e revenido, é importante que a temperatura de revenimento utilizada seja superior àquela que será utilizada pelo processo de nitrocarbonetação A razão disto reside no fato do revenimento causar uma redução volumétrica do aço (ou do ferro fundido). Se estas precauções forem obedecidas, vale a seguinte regra: Independentemente das dimensões, cada face das peças tratadas pelos processos de nitrocarbonetação em banhos de sais “incha” entre 25% e 33% da espessura da camada branca. Fig. 3. Exemplos de Peças Nitrocarbonetadas Oxinitrocarbonetação com Polimento Intermediário

Nitrocarbonetação

Oxinitrocarbonetação

Moldes para injeção de alumínio

52 Industrial Heating - Jul a Set 2011

Exemplo: Peça plana: • Profundidade da camada branca especificada: 10 a 15 µm. • Crescimento mínimo, por face: 25% de 10 µm = 2,5 µm. • Crescimento máximo, por face: 33% de 15 µm = 5,0 µm. Eixo, ou furo interno: • Profundidade da camada branca especificada: 10 a 15 µm. • Crescimento / redução mínima do diâmetro do eixo/ furo: 2x 25% de 10 µm = 5,0 µm. • Crescimento / redução máxima do diâmetro do eixo/ furo: 2x33% de 15 µm = 10,0 µm. IH Para mais informações: Contate Luiz Roberto Hirschheimer, gerente técnico de apoio ao cliente da TS Techniques Surfaces Brasil - HEF Group pelo tel.: (11) 4056-4433 ou pelo email luizroberto@tsbrasil.srv.br.

Recobrimento

Utilização de Revestimento PVD em Aços Ferramenta Dr. Carlos Eduardo Pinedo - Heat Tech Ltda. e HTS Tecnologia em Revestimentos; Mogi das Cruzes, SP Ferramentas são utilizadas com objetivo de dar forma a outros materiais; metálicos, cerâmicos e/ou poliméricos. As mais diferentes operações em ferramentaria exigem sempre o movimento relativo entre no mínimo dois corpos, a ferramenta e o esboço, promovendo gerando com isso o fenômeno de desgaste. Para reduzir os danos por desgaste são utilizados tratamentos superficiais como o Revestimento PVD (do inglês Physical Vapour Deposition). Os revestimentos PVD depositam sobre a superfície das ferramentas uma fina camada cerâmica, de elevada dureza, que diminui sensivelmente o atrito em serviço, oferecendo assim condições para elevar a vida de ferramentas pela melhoria das propriedades tribológicas da superfície.

s processos de fabricação do setor metal-mecânico utilizam os mais diferentes tipos de ferramentas, sujeitas a condições múltiplas de solicitações como; carga, impacto, fadiga, temperatura, corrosão, entre outras, que operando de forma combinada requerem da ferramenta propriedades que nem sempre são atingidas apenas com o uso do tratamento térmico. Os tratamentos térmicos condicionam a microestrutura dos aços ferramenta de modo a melhor combinar propriedades como: resistência ao carregamento mecânico, resistência à fratura, resistência ao desgaste e resistência à corrosão. Entretanto, estas propriedades têm limitações que dependem do tipo de aço utilizado e da melhor combinação necessária, principalmente entre resistência e tenacidade. Assim, nem sempre é possível atingir a melhor resistência ao desgaste de um aço ferramenta. Nestas condições, o uso de tratamentos superficiais pode promover modificações estruturais na superfície que potencializam propriedades como; resistência ao desgaste, coeficiente de atrito, estabilidade térmico, resistência à corrosão, entre outras, em níveis não atingíveis

por rotas convencionais de tratamento do aço. O uso de revestimentos PVD tem por objetivo satisfazer necessidades de interação entre as superfícies em contato, fornecendo novas propriedades que influenciam decisivamente no desgaste, como o coeficiente de atrito e a dureza. Ao conjunto de fenômenos envolvidos na interação de duas ou mais superfícies em contato, na presença ou não de lubrificação, tratamos como “Sistemas Tribológicos” ou “Tribologia”.

• A tensão e deformação presentes no contato entre as superfícies, • A temperatura de contato, • A geração de deformação entre os corpos em contato, • A geração e propagação de trincas com remoção e liberação de partículas que podem produzir a formação de riscos e crateras. Ao se considerar um processo de conformação, por exemplo, interação entre a ferramenta e o corpo em deformação produz um sistema de deslizamento relativo entre os dois corpos. Este conjunto está sujeito a um sistema de forças, como o apresentado na Figura 1. Neste sistema, para a manutenção do equilíbrio de forças, a força de deformação imposta pela

Tribologia Os revestimentos têm como objetivo diminuir sensivelmente a taxa de desgaste abrasivo e adesivo na superfície de ferramentas por sua ação nas propriedades superficiais das ferramentas e pela modificação no sistema de interação entre a ferramenta e seu contra-corpo. Na ordem de grandeza dimensional onde ocorre o desgaste, os fatores micro-mecânicos mais Fig. 1. Condições de força existente em duas superfícies em conimportantes que o são: tato e em deslizamento [1]

Jul a Set 2011 - www.revistalH.com.br 53

Recobrimento

Fig. 2. Distribuição de pressão e temperatura nas asperezas [2]

prensa (P) gera a força norma (N) e a força de deslizamento (F) gera a força de atrito (FA). Como resultado, a força de atrito é proporcional ao coeficiente de atrito (µ) e à força normal nas superfícies de contato. É importante salientar que as superfícies dos corpos não são perfeitamente planas, possuindo uma topografia composta por asperezas. O resultado do deslizamento contínuo deste sistema é a geração de desgaste em suas diferentes formas. Nas superfícies de contato a distribuição de carga e temperatura não é homogênea, considerando que o contato não é perfeitamente plano e sim localizado em pontos decorrentes das asperezas, (Fig. 2 [2]). Caso as superfícies fossem perfeitamente planas tanto a pressão de contato como a dissipação de energia na forma de calor seriam homogêneas, linhas tracejadas. Entretanto, como a interação ocorre apenas no contato das asperezas, tanto a pressão real quanto a temperatura, decorrente do atrito, são muito superiores. Estes fatores são fundamentais no desenvolvimento do desgaste abrasivo e/ou adesivo e devem são minimizados no caso de superfícies revestidas. Revestimentos PVD O custo das ferramentas pode representar uma fração importante do preço final do produto, portanto, é muito importante aumentar ao máximo a vidas das ferramentas com o objetivo de diminuir o custo de fabricação pelo aumento na produtividade. Uma das alternativas é a escolha do material e do tratamento térmicos mais apropriados para a ferramenta. Em conjunto, o uso de revestimentos protetores tem sido objeto de intenso desenvolvimento nos 54 Industrial Heating - Jul a Set 2011

últimos 20 anos, desde a introdução em larga escala do revestimento de Nitreto de Titânio-TiN por processo de deposição Física a Vapor PVD em meados da década de 80, do século passado. Desenvolvido inicialmente para ferramentas de corte por remoção de cavaco, contínuo ou intermitente, atualmente os revestimentos têm sido aplicados em todos os tipos de ferramentas e solicitações, que incluem, por exemplo: corte e conformação a frio, forjamento a quente, fundição sob pressão, entre outros. Atualmente existem diferentes tipos de processos PVD, como: “magnetron sputtering”, evaporação a laser, arco catódico, feixe de elétrons, etc. Em todos, a atmosfera é de vácuo, a temperatura de processo varia de 200º a 500ºC e a espessuradacamadaédaordemdepoucos micrometros. Revestimentos em sua maioria são compostos cerâmicos depositados como uma fina camada sobre a superfície das ferramentas. As camadas usuais possuem entre 2 e 5 µm, podendo em casos especiais atingir até 15 µm de espessura. Estas camadas têm como características principais a; elevada dureza, baixo coeficiente de atrito, estabilidade térmica e coloração característica. A combinação destas propriedades fornece à superfície das ferramentas

propriedades tribológicas otimizadas que permite um considerável aumento do desempenho em serviço. Notadamente os revestimentos possuem dureza muito superior a dos aços ferramenta temperados e revenidos, para trabalho a frio em torno de 600 – 700 HV, em média 2000 HV, o que diminui o coeficiente de atrito da superfície de trabalho e, por consequência, diminui a força de atrito (FA) que age no sistema em deslizamento e com isso diminuindo o desgaste. A Tabela 1 apresenta os revestimentos mais utilizados pela indústria de ferramentas. Estes são baseados em nitretos de metais de transição, como o TiC e CrN, mas revestimentos multicomponentes têm sido utilizados de forma crescente na última década, como o TiAlN e TiCN. Ainda, sistemas multicamadas e nanoestruturadas são os mais modernos desenvolvimentos. A Figura 3 mostra uma camada de revestimento PVD de TiN sobre superfície de aço ferramenta para trabalho a frio AISI D2. A espessura média e o coeficiente de atrito medido para esta camada são indicados, e encontram-se dentro do apresentado na Tabela 1. Tratamento Dúplex Uma melhoria nas propriedades tribológicas de superfícies de ferramentas pode ser conseguido utilizando a tecnologia “Duplex”. Esta tecnologia faz uso de dois processos que combinados levam a uma maior vida do ferramental. A tecnologia de engenharia de superfície na geração de “Superfícies Dúplex” combina os processos de Nitretação sob Plasma e Revestimento PVD e tem encontrado aplicação crescente na indústria como forma de elevar as propriedadestribológicasdecomponentes de aço [4].

Tabela 1. Principais revestimentos e suas características. Tipo

Espessura (mm)

HV50

Coeficiente de Atrito

Estabilidade Térmica (°C)

Cor do Revestimento

TiN

2a5

2200

0,4

600

dourado

CrN

2 a 10

1900

0,3-0,5

700

prata

ZrN

2a5

2500

0,3-0,4

600

amarelo

TiCN

2a5

2800

0,4

400

prateado

TiAlN

2a5

3000

0,3-0,4

900

violeta-cinza

V-10®

3 a 15

2500

0,1

600

amarelo

Recobrimento

mecânicas do conjunto na adesão do revestimento PVD é estudado em ensaios de indentação Rockwell C pela determinação das cargas críticas de falha, sendo Lc1 a carga crítica para trincamento e Lc2 a carga crítica de desplacamento. A Figura 4 mostra a AISI D2 relação H/E para substrato e revestimento em Fig. 3. Revestimento de TiN em substrato de aço AISI D2 [3] um aço ferramenta para trabalho a frio tipo AISI D2, sem e com nitretação anterior ao reO tratamento dúplex consiste em obvestimento. Comparando a relação H/E do ter uma superfície onde o revestimento de revestimento de TiN com a do aço D2 na elevada dureza é suportado por uma camacondição apenas temperada e revenida – da espessa e endurecida pelas reações de TPRV – observa-se que a relação H/E no nitretação, diminuindo a diferença de proestado temperado e revenido é cerca da priedades mecânicas entre o revestimento metade da medida para o TiN. Quando se e o aço ferramenta. Com isso se objetiva utiliza da nitretação sob plasma antes do aumentar o tempo de residência do reves300 250

0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0

Carga (Kg)

Relação H/E

0,07 0,06

Nitretado

TiN

150 100 0 TPRV

Duplex

Fig. 4. Propriedades mecânicas de superfícies sem e com nitretação sob plasma antes do revestimento TiN, sempre com substratos anteriormente temperados e revenidos (TPRV) e nitretado sob plasma (Duplex) [5]

timento com o aumento na adesão promovido pelo suporte mecânico oferecido pela camada nitretada em comparação com o aço apenas temperado e revenido. A nitretação sob plasma de apresenta como um processo versátil e seguro para eliminar a presença da camada branca que diminui a adesão dos revestimentos tribológicos. A modificação das propriedades mecânicas em um sistema Dúplex é estudada pela determinação das propriedades de Dureza (HV) e o Módulo de Elasticidade (E) dos dois componentes do sistema, substrato e revestimento, e da relação H/E das superfícies. O efeito das propriedades

Considerações Finais Ferramentassãocomponentessujeitosacondiçõesseverasdedesgastequeexigemouso detratamentossuperficiaisparasatisfazeras necessidadestribológicasemserviçoeelevar seu desempenho em busca de um aumento de vida. Os revestimentos tribológicos por PVD com elevada dureza associada ao baixo coeficiente de atrito são uma alternativa viável para aumentar o desempenho de ferramentasparaasmaisvariadasaplicaçõesde conformação, corte ou remoção de cavaco. O uso do processo Dúplex, de nitretação sob plasma seguida de revestimento PVD se apresenta como uma alternativa eficiente para elevar as características de adesão do revestimentoporefeitodacompatibilização daspropriedadesmecânicasnasuperfíciedo substrato às do revestimento de TiN. IH Referências

200

50 TPRV

isso eleva a resistência ao trincamento e ao desplacamento do revestimento TiN. Com menor tendência ao desplacamento o tempo de residência do revestimento na ferramenta aumenta e com isso a vida da ferramenta é elevada.

revestimento (sistema Dúplex) a camada nitretada eleva a relação H/E para um valor próximo ao encontrado para o TiN, ou seja, as propriedades mecânicas de resistência e elasticidade do aço ferramenta ficam comparáveis às do revestimento PVD. Com relação ao desempenho do revestimento em superfícies com diferentes propriedadesmecânicas,secomparadasàs cargas críticas de trincamento e desplacamento do revestimento de TiN com e sem a nitretação prévia observa-se na Figura 4 que a condição Dúplex, com nitretação sob plasma prévia, eleva consideravelmente as cargas críticas para a falha e com

[1] Tovbin, R.; Pinedo, C.E.; Utilização de Revestimentos Tribológicos em Ferramentas para Trabalho a Frio, Anais do “7o Encontro da Cadeia de Ferramentas, Moldes e Matrizes da ABM”, São Paulo/SP, p. 50-59, 2009. [2] Sinátora, A., Tschiptschin, A.P.; Propriedades de Superfície de Filmes e Camadas, Metalurgia e Materiais, v. 60, n. 543, p. 164-166, 2004. [3] ALI, M., HAMZAH, E.B., Effect of metal ion etching on the tribological, mechanical and microstructural properties of TiN-coated D2 steel using CAE PVD technique, Surface Review and Letters, v. 14, p. 413–421, 2006. [4] Franco Jr, A.R., Pinedo, C.E., Tschiptschin, A.P.; Utilização da Nitretação sob Plasma como Pré-Tratamento ao Revestimento TiN-PVD na Geração de Superfícies Dúplex no Aço AISI H13, Tecnologia em Metalurgia e Materiais, v. 5, p. 179-185, 2009. [5] Franco Jr, A.R., Obtenção de Revestimentos Dúplex por Nitretação a Plasma e PVD-TiN em Aços Ferramenta AISI D2 e AISI H13, Tese de Doutorado, Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 178 p., 2003. Para mais informações: Contate Carlos Eduardo Pinedo pelo tel.: (11) 4792-3881 ou pelo email pinedo@heattech.com.br Jul a Set 2011 - www.revistalH.com.br 55

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Controle Pulse Firing em Fornos para Tratamento Térmico Jader Juarez Natalício dos Santos - Sauder Equipamentos Industriais Ltda; Embu-Guaçu, SP Pulse firing é um modo de controle para queimadores conhecido por suas vantagens, principalmente quando usado em equipamentos de grande porte. Mas como funciona? Quais são os principais parâmetros? Como controlar a pressão da câmara em uma atmosfera interna instável? O leitor receberá informações e recomendações essenciais para o uso desta tecnologia, que aliada a itens importantes do forno se torna eficiente em processos térmicos difíceis como o alivio de tensões.

m fornos industriais para tratamento térmico de grande porte, qual é a primeira idéia de aplicação em sistemas de aquecimento? Com certeza o modo pulse firing para controle de potência. Entretanto este recurso por si só não proporciona excelentes resultados em processos térmicos, quando o assunto é grandes massas. Alguns outros itens devem ser observados para melhor perfomance. Há poucos estudos a respeito de um conjunto de variáveis para tornar o ciclo térmico eficiente com o pulse firing. Através de testes práticos em um forno e algumas literaturas, foram levantadas informações interessantes para o perfeito funcionamento desta tecnologia. Para melhor entendimento foram desenvolvidas aqui modelações matemáticas, sendo assim possível criar algoritmos de controle em um CLP (Controlador Lógico Programável).

O Pulse Firing Usado na Europa a mais de 30 anos, é um modo de controle conhecido por vantagens em relação a outras tecnologias como redução no consumo de combustíveis, menores emissões de poluentes, melhores taxas de transferência de calor, eficiência na homogeneidade dos materiais, etc. Seu melhor desempenho é quando aplicado a queimadores de alta velocidade. Seu diferencial está no modo de modulação do fogo: baixo-alto, desligado-alto ou desligado-baixo-alto. Como o ápice das vantagens dos queimadores de alta velocidade esta no fogo alto, no pulse firing, os estágios intermediários de chama são eliminados. Com isso a máxima velocidade na projeção de calor não é restringida, como no caso dos sistemas proporcionais, tornando a convecção térmica na câmara eficiente. Para realizar controle de temperatura os queimadores trabalham de forma pulsante, sendo a largura dos pulsos definida por parâmetros. No modo convencional do pulse firing uma válvula do tipo borboleta (“butterfly”) é conectada à entrada do ar de cada queimador. Diferenciada das comuns, ela é preparada para altas freqüências de comutações, fazendo que os queimadores pulsem na câmara de aqueci-

Fig. 1. Configuração convencional do Pulse Firing

56 Industrial Heating - Jul a Set 2011

mento. A “butterfly” impulsiona uma válvula de gás, fazendo que a cada disparo de ar, seja conduzida uma vazão proporcional de combustível aos pulsos (figura 1). Nesta construção cada queimador funcionará individualmente, diferente de outras tecnologias convencionais. Esta configuração é bastante flexível possibilitando assim diversas opções de controle. Conceito Base de Funcionamento Fornos industriais com tecnologias convencionais são divididos em zonas de aquecimento, e o agrupamento de queimadores é determinado por regras como distancias internas, tipo de equipamento, etc. O pulse firing pode obedecer a este procedimento padrão de distribuição, e o CLP compreenderá o numero de queimadores que compõem a zona como uma variável (nq). É recomendada a aplicação de um algoritmo PID (Controle Proporcional Integral Derivativo) na geração dos pulsos, onde a saída de potência (p) será determinada pela comparação entre a temperatura do processo (PV), o sinal de referência (SP) e os ajustes dos parâmetros Kp, Ti e Td. Este método é idêntico ao aplicado comumente no controle proporcional, sendo somente a variável p tratada de uma maneira diferenciada. Usando o pulse firing no modo fogo baixo/alto, o range de 0% a 100% (p) se torna uma determinante para o tempo total do ciclo de pulsos (tc). O intervalo de permanência de cada queimador em chama alta será uma constante (tl):

Gases Industriais/ Combustão

Para se determinar o intervalo de pulsos (ou disparos) de cada queimador (d):

De uma maneira mais abrangente:

Tempo total do ciclo de disparos (em segundos)

tc d

Intervalo de disparos (em segundos)

Tempo queimador ligado (em segundos)

Potência da zona (0 a 100%)

Número de queimadores da zona

Para um melhor entendimento da

equação, a figura 2 exibe a visualização da planta de um equipamento forno carro com 30 queimadores, sendo este dividido em oito zonas de aquecimento. Na figura 3, onde é Fig. 2. Forno com 30 queimadores, dividido em oito zonas de visualizado aquecimento o compormais elevado o valor de p, maior será a tamento de intensidade de permanência da zona em somente uma das zonas de controle (zona chama alta. Uma vez um queimador dispa2), para tl = 6s e nq = 4, se requerido pelo rado, este permanecerá em fogo alto por 6s sistema 25% de potência (p= 25%), o ci(tempo ajustado em tl), independente das clo total será de 24 segundos (tc=24s). Os variações de d. pulsos ocorrerão a cada 6s (d=6s). O CLP Aumentando a potência os intervalos dispara o chama alta do queimador Q1 de disparo reduzirão proporcionalmen(considerando um tempo de offset inicial), te. Operando com tl=3s, nq=4 e p=90%, e logo após 6s aciona o próximo da cascata os acionamentos do fogo alto ocorrerão (Q2), assim continuamente até o ultimo a cada 833 ms (d=833 ms). Valores assim elemento (Q4). Acompanhando as setas para os pulsos são considerados “desprezíindicativas da figura, os disparos retornam veis”, pois este tempo é igual às respostas a Q1, repetindo a seqüência infinitamente das válvulas de ar/gás ao impulso de muenquanto p permanecer em 25%. dança de estado fogo baixo/fogo alto ou Observando as figuras 4 e 5, com 50% vice versa. Operando abaixo da faixa 850 e 75% de potência, os disparos ocorrerão ms (ressaltando que este pode variar de a cada 3s e 2s, respectivamente. Quanto

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Gases Industriais/ Combustão

Fig. 3. Atuação dos queimadores da zona com 25% de potência. Desconsiderando o offset (6s no inicio), a soma dos intervalos de disparo (d) dos estados (E) 1 a 4 equivalem ao tempo total do ciclo (tc=24s).

acordo com sistema de combustão aplicado ao projeto), os queimadores manterão aspecto de como se estivessem sempre no fogo alto, ou seja, não haverão alterações de chama. Comutações nesta faixa (a que chamaremos de ic) aumentam a probabilidade de defeitos eletromecânicos em componentes. Abaixo do valor de ic, o CLP deverá saturar as saídas de controle e desabilitar os disparos, mantendo todos os queimadores da zona em chama alta. O tempo de queimador ligado (tl) deverá ser ajustado em valores menores que 30s. Ajustes superiores a este geram instabilidades térmicas, e se ainda maiores, faz tornar o sistema pulse firing desnecessário, podendo este ser substituído por on-off que é de menor custo. Intervalos menores que 30s trazem grandes vantagens como estabilidade de temperatura e homogeneidade nos materiais. Porém se muito inferiores reduzem a via útil de componentes. Considerando d =850 ms (pior condição de trabalho) e tl= 6s, haverá cerca de 8,76 ciclos por minuto de aberturas/fechamentos. Trabalhando em média 12 horas/dia ocorrerão 2.302.128 comutações por ano, e como as válvulas de ar (uma das mais frágeis) possuem vida útil aproximada de 20.000.000 intermitências, os componentes poderão durar no mínimo 8,69 anos. Nas mesmas condições e reduzindo tl para 3s, a duração será reduzida para 4,88 anos. Alem da desvantagem da vida útil, intervalos muito curtos afetam a linearização dos pulsos, fazendo em que determinados níveis de p, o sistema entre na região de saturação instantaneamente. Por exemplo, ajustando tl = 2s, com nq = 4, acima de 59% já estariam ocorrendo disparos menores de 850ms, estando este valor abaixo de ic. O controle deve ter uma ação linear até potências, preferencialmente, próxima a 95%, para que após entre na região de saturação. Uma maneira matemática de se determinar um valor mínimo para tl:

Fig. 4. Zona com 50% de potência. A soma dos intervalos de 3s (d) dos estados (E) 2 a 5 equivalem ao tempo total do ciclo (tc = 12s)

Quando a potência de aquecimento for 0% (p=0), a equação matemática de disparos do pulse firing deverá ser ignorada e os queimadores da zona deverão ser mantidos no fogo baixo.

Fig. 5. Com 75%, a soma dos intervalos de 2s (d) dos estados (E) 3 a 6 equivalem ao tempo total do ciclo (tc = 8s).

58 Industrial Heating - Jul a Set 2011

Pulse Cooling Quando o sistema finalizar o tempo de encharque e entrar em fase de resfriamento controlado, a tendência do PID será enviar pouca energia ao forno. Em determinado instante do ciclo a potencia da zona, mesmo em 0%, será elevada, fazendo que a rampa de resfriamento perca sua linearização. Por haver um instante no processo em que há energia excessiva no forno, alguns diriam que a tecnologia chama baixa/alta deixa de ser interessante em relação ao controle desligado/alto. Neste modo os queimadores permanecem desligados durante todo o ciclo, e serão ligados individualmente no fogo alto quando ocorrerem os disparos. No entanto este método possui desvantagens como ocorrências de falhas constantes ao ligar queimadores e

Gases Industriais/ Combustão

redução de vida útil em componentes, por exemplo, solenóides e transformadores de ignição. Contudo a tecnologia baixo/alto, que possui uma melhor dinâmica no controle de chama, pode se tornar efetiva no resfriamento se elaborado um algoritmo para desligamento dos queimadores. Um temporizador individual para cada zona é agregado ao sistema, e sempre que p assumir 0%, uma contagem de tempo será iniciada. Ao término um queimador será desligado, e o timer reiniciado. Enquanto a potencia estiver em 0% os temporizadores estarão ativos, e seqüencialmente os queimadores serão desligados. Se durante este processo o PID solicitar potencias maiores que 0%, o algoritmo deverá atualizar o valor de nq e efetuar disparos somente nos queimadores que estiverem ligados. Como o PID no aquecimento é configurado para modo REVERSO (E=SP-PV), se todos os queimadores da zona forem desligados, o sistema deverá assumir uma ação DIRETA de controle (E=PV-SP). Nesta situação o CLP utilizará as válvulas borboletas para injetar ar de forma controlada e pulsada na câmara. Na condição 0% as válvulas permanecerão fechadas e à medida que a potência for elevada, os pulsos de ar se tornarão mais intensos (pulse cooling) auxiliando a linearização da rampa de resfriamento. Controle de Pressão na Câmara Em grandes fornos, queimadores de alta velocidade com ação pulsante não proporcionam efetividade se não for vinculado um controle de pressão no equipamento. Normalmente são utilizados transdutores para leitura da variável da câmara, normalmente em ranges de -5 a +5 mmca. Um damper (válvula tipo borboleta ou gaveta) é usado na chaminé para controlar a saída dos gases, e este é comumente atuado por servo-motores, redutores ou atuadores pneumáticos de abertura linear. No pulse firing o controle de pressão é de difícil aplicação, pois as turbulências na câmara são excessivas devido às pulsações dos

queimadores. Para regularizar o funcionamento, um filtro de sinal deve ser usado na entrada analógica para atenuar as instabilidades de leitura. Sem este recurso o damper ficará instável. A intensidade do filtro deverá ser ajustada de tal forma que as oscilações internas flutuem a valores de pressões “ligeiramente positivas”. Queimadores de alta velocidade apresentam melhores desempenhos em câmaras de combustão a pressões internas “ligeiramente positivas”, algo em torno de 0,5 a 1,2 mmca. Pressões negativas na câmara elevam o consumo de combustíveis, alem afetar a homogeneidade da carga. Valores muito excessivos prejudicam o desempenho da queima, e elevam a geração de CO (monóxido de carbono). Durante a atuação do pulse firing, o controle de pressão deverá permanecer ativo. Quando todas as zonas estiverem em resfriamento (pulse cooling), o damper da chaminé deverá ser aberto. Vedações de Equipamentos Nos fornos industriais deve-se observar se não há irregularidades em vedações mecânicas. Falhas deste tipo em portas, e o não abastecimento dos selos de areia (caso de alguns equipamentos como o do tipo carro) acarretam em entrada de ar frio na câmara de combustão ou saídas de gases quentes pela estrutura. Estes eventos geram diferenças de temperatura em partes da carga, aumento no consumo de combustíveis e imprecisão no controle da pressão. Este item é muito importante para o ciclo térmico, e deve ser verificado periodicamente. Conclusão Conhecendo o conceito base de funcionamento do pulse firing, percebe-se que há possibilidades de moldá-lo a fim de atender as diversas necessidades de processos. Um bom exemplo seria o modo pulse cooling para resfriamento. Pressões na câmara de combustão “ligeiramente positivas” e vedações mecânicas corretas em

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15 Anos de compromisso com os clientes, fornecendo soluções customizadas na área de aquecimento. Jul a Set 2011 - www.revistalH.com.br 59

Gases Industriais/ Combustão

equipamentos são essenciais para o perfeito funcionamento desta tecnologia. Em um forno carro de 9.000 mm (largura) x 5.500 mm (altura) x 18.000 (comprimento) foi aplicado o pulse firing para o controle de 30 (trinta) queimadores de alta velocidade. Adotando os parâmetros e critérios deste artigo, no alivio de tensões foram obtidas homogeneidades de +- 10°C e instabilidades máximas de +- 3°C no patamar, em cargas variadas de 15 a 239 ton. Tratamentos com massas de espessuras diferentes foram realizados com êxito usando gradientes térmicos baixos (40 – 50°C/h). Na rampa de aquecimento, a maior diferença encontrada foi de 50°C e no resfriamento 60°C, em 18 (dezoito) pontos aleatórios de leitura. Estes resultados provam a eficiência do sistema, pois processos

60 Industrial Heating - Jul a Set 2011

como alivio de tensões para grandes massas são considerados “vilões”, se comparado aos tratamentos de tempera e normalização de ferrosos. IH Referência P.J. Burman: Pulse-firing burner controls for high temperature kilns and furnaces Volume 33 de ERDC (Series). Energy Research and Development Corporation, 1991. Para mais informações: Contate Jader Juarez pelo tel.: (11) 4661-8000 ou pelo email jaderjuarez@uol.com.br.

Refratários

Tijolos Isolantes Refratários: Maximização da Economia de Energia Através de Seleção de Produtos Andy Wynn - Morgan Thermal Ceramics UK Ltd; Bromborough, Reino Unido Massimiliano Marchetti e Ermanno Magni - Morgan Thermal Ceramics Italiana srl; Casalpusterlengo, Itália Tijolos isolantes refratários (TIRs) são produtos bem estabelecidos para a solução de muitos problemas de contenção de calor de altas temperaturas em indústrias que vão desde a produção de cerâmica em fornos até ânodos de alumínio primário. Os preços voláteis da energia nos últimos anos têm aumentado a importância de maximizar a economia de energia nessas indústrias. A fim de otimizar esta economia, os projetistas de fornos precisam saber quais os produtos fornecem as mínimas perdas de energia.

Base Métodos de fabricação dos TIRs A Tabela 1 lista as propriedades físicas de quatro TIRs classe-23 disponíveis comercialmente, representando os principais processos de fabricação utilizados pelos fabricantes. O processo de “fundição” utiliza gesso como um meio rápido de moldagem para uma mistura de argila com alto conteúdo de água com alguns aditivos adicionais para queima. O processo de compactação por impacto é uma forma de extrusão de baixa pressão de uma mistura

Fundido

Compactado por Impacto

Extrudado

Cimento

483

611

569

520

MOR (MPa) ASTM C-93

0.7

0.9

1.2

CCS (MPa) ASTM C-93

1.2

0.9

1.1

2.0

PLC (%) depois de 24hrs a 1230˚C ASTM C-210

-0.2

0.0

-0.2

0.0

Expansão linear reversível (%)

0.5

0.6

% de deformação da carga à quente depois de 90min; 1100˚C a 0,034 MPa ASTM C-16

0.1

0.0

0.2

0.1

Densidade (kg/m3)

Condutividade térmica, Wm-1K-1

Tabela 1. Propriedades físicas dos TIRs classe-23 Processo de Produção

de argila úmida contendo altos níveis de aditivos de queima com uma etapa adicional de processamento onde o material semi-extrudados fica “pendurado” em uma correia contínua para gerar porosidade adicional antes da secagem e queima. O processo de “Extrusão” força a mistura de argila úmida com aditivos de queima através de um bico de extrusão, onde o extrudado é posteriormente cortado em tijolos, seco e queimado. O processo de “cimento” é uma forma de fundição usando cimento em vez de gesso, o que leva a uma moldagem muito mais lenta. Mais detalhes a respeito destes processos de fabricação estão disponíveis na literatura [1]. Os dados de densidade apresentados na Tabela 1 são a média das medidas registradas em seis tijolos selecionados aleatoriamente de um lote maior de produtos. O restante dos dados de propriedades físicas são geralmente uma média de três medições,

Este trabalho demonstra que os TIRs podem exibir até 37% de diferença na economia de energia possível, dependendo do seu método de fabricação. O artigo também apresenta outras conseqüências do método de fabricação no desempenho em termos de aquecimento e das taxas de resfriamento e redução de emissões de CO2.

O objetivo deste trabalho é de quantificar as diferenças de desempenho que podem ser alcançadas através do estudo de uma ampla gama de TIRs atualmente disponível no mercado. Isto é conseguido através de medições em laboratório das perdas de energia de um regime padrão de um forno construído com uma variedade de tijolos de teste. Já que diferentes fornecedores fabricam TIRs por diferentes técnicas (fundição, extrusão, compactação por impacto, a partir de espuma, prensagem), as microestruturas produzidas nos tijolos podem ser muito diferentes. Isto leva a uma grande variedade de condutividade térmica no mercado dentro de uma mesma classe de produto, o que, por sua vez, leva a uma grande variedade na capacidade de controle de perda de energia do forno para os diferentes tipos de TIRs.

0.35 0.3 0.25 0.2 Cimento Extrudado 0.15 Compactado Fundido

0.1 0.05 0

200

400

600

800

1000

Fig. 1. Condutividade térmica para os TIRs da classe-23

1200

Jul a Set 2011 - www.revistalH.com.br 61

Refratários

vezes utilizada como uma regra indicadora da capacidade de isolamento de um TIR, mas ela pode ser enganadora. A diferença de condutividade térmica entre os diferentes tipos de TIRs é mostrada na figura 1. Pode ser visto a partir destes dados Fig. 2. Fornos tipo mufla construídos para o estudo do que a condutividade térmica uso da energia dos TIRs estudados não está diretamente ligada à densidade. Por exemplo, o produto com mais alta densidade (compactado por impacto) tem valores intermediários de condutividade térmica, enquanto o TIR com a mais alta condutividade térmica (cimento) na verdade tem uma das menores densidades entre os produtos estudados. Assim, para maximizar a capacidade isolante do TIRs, a Fig. 3. Termografia de infravermelho de fornos tipo mufla seleção de produto não deve durante teste de queima a 1000˚C (forno revestido com ser feita pelos valores de denTIR fundido à esquerda) sidade. Os dados de condutividade térmica enquanto os dados de condutividade térmipublicados comercialmente variam em ca mostrados na figura são medidos em uma qualidade e precisão, com algumas folhas amostra selecionada aleatoriamente do lote. de dados omitindo o método de ensaio, o que torna os dados enganosos, quando Condutividade térmica do TIR comparando e selecionando produtos. Os Os diferentes métodos de fabricação dos dados de condutividade térmica citados TIRs produzem materiais com diferentes neste trabalho foram medidos de forma estruturas e químicas, que, por sua vez, independente sob a ASTM C-182, mas o oferecem propriedades de desempenho que não é normalmente publicado é como diferentes. [2] O parâmetro primário de deos dados de condutividade térmica se trasempenho para os TIRs é a sua capacidade duzem em condições reais em serviço. Se de isolar, o que, em termos de propriedades um TIR tem menor condutividade térmica mensuráveis, é avaliada pela condutividado que outro, como é que se traduz em perde térmica do produto. A densidade é por

da de calor em aplicações reais em termos de custos de energia? Este trabalho serve para responder a esta pergunta, medindo o consumo de energia real sob condições controladas utilizando diferentes TIRs. Experimental Encomendamos a um construtor de fornos que fabricasse dois fornos mufla de laboratório com aquecimento elétrico de projetos e potências idênticos (Fig. 2). Um deles foi revestido com TIRs fundidos como caracterizado na Tabela 1, e o outro foi forrado com TIRs de cimento. Nós selecionamos esses dois TIRs para o estudo uma vez que representam os TIRs com a menor e maior condutividade térmica. Para cada forno, medidores de energia foram montados entre a fonte de energia e o forno, a fim de medir o consumo de energia durante as queimas teste controladas. Duas queimas de teste foram realizadas. O teste 1 foi uma rampa de 3°C / minuto a partir da temperatura ambiente até 800°C, manutenção por 15 horas e resfriamento natural à temperatura ambiente. O teste 2 foi uma rampa de 3°C / minuto da temperatura ambiente até 1000°C, manutenção por 15 horas e resfriamento natural à temperatura ambiente. Resultados Os resultados do uso de energia são mostrados nas Tabelas 1 e 2. Através do monitoramento dos fornos durante os testes usando uma câmera de infravermelho (VarioCam, detector FPA de 320x240 pixels, 25 mm FOV de 32°x25°), as temperaturas da superfície do forno puderam ser medidas. A Figura 3 ilustra o quanto de calor é desperdiçado

Tabela 2. Resultados de testes de queima a 800˚C com TIRs classe-23

Tabela 3. Resultados de testes de queima a 1000˚C com TIRs classe-23

Tipo de TIR

Fundido

Cimento

Fundido

Cimento

0.19

0.33

Teste 2 (1000˚C por 15 horas):

Teste 1 (800˚C por 15 horas):

Condutividade térmica do TIR em espera (Wm1 -1 K )

0.17

0.28

Temperatura da porta durante a espera (˚C)

Temperatura do teto durante a espera (˚C)

123

Energia utilizada durante a fase de rampa (kWh)

2.0

2.9

Energia utilizada durante a fase de rampa (kWh)

3.3

4.7

Energia utilizada durante a espera (kWh)

9.2

14.4

Energia utilizada durante a espera (kWh)

12.7

20.7

Energia total utilizada (kWh)

11.2

17.3

Energia total utilizada (kWh)

16.0

25.4

Condutividade térmica do TIR em espera (Wm1 -1 K )

% de energia economizada usando o TIR fundido

62 Industrial Heating - Jul a Set 2011

% de energia economizada usando o TIR fundido

Refratários

Fundido

Cimento

Fig. 4a. Microestrutura dos TIRs (50x)

Fundido

Cimento

Fig. 4b. Microestrutura dos TIRs (100x)

Fig. 4c. Microestrutura dos TIRs (200x)

através do corpo do forno revestido com o TIR com a maior condutividade térmica e como a superfície do forno torna-se superaquecida. Esse comportamento tem o efeito combinado de desperdiçar custos de energia e de apresentar problemas de saúde e segurança em termos de temperaturas de trabalho perigosas. Discussão Os resultados do teste monitorado de queimas demonstraram que pode haver diferenças consideráveis nos requisitos de energia para aquecer os fornos construídos, utilizando diferentes tipos de TIR. Com os tipos de TIR estudados sob nossas condições de teste de queima, ~ 37% menos de energia foi necessária para executar o teste com um forno em ciclo de queima de 1000°C (1832°F) com o TIR fundido em comparação com o TIR de cimento. Essa diferença no consumo de energia é uma conseqüência das diferentes condutividades térmicas, que são devidas às diferenças na microestrutura e no tamanho dos poros criados pelos processos de fabricação. [2] As figuras 4a a 4c mostram a microestrutura dos TIRs fundido e de cimento utilizados no estudo, como observado sob um microscópio eletrônico. As Figuras 4a-4c mostram que o TIR fundido tem uma microestrutura muito mais fina. O TIR de cimento tem uma grande quantidade de buracos relativamente grandes na sua estrutura, que vão de 700 a 1300 micra. Estes grandes tamanhos de poros são formados quando

materiais combustíveis são adicionados à mistura para o processo de fundição à base de cimento e são queimados durante o processo de queima. Tipicamente, esferas expandidas de polímeros de ~ 1 mm de diâmetro são utilizadas pelos fabricantes para criar níveis tão elevados de porosidade no produto queimado. Isso tem o efeito de reduzir a densidade e fazer com que o tijolo seja leve, mas não contribui muito para as propriedades de isolamento do TIR. Tanto os TIRs fundido e de cimento exibem tamanhos semelhantes de poros na faixa de médio porte, com cerca de 50 micra de diâmetro. Isto é, mais uma vez, devido ao uso de aditivos de queima. Mas o TIR fundido tem uma proporção muito maior de poros na faixa de <10 micra de tamanho. Ensaios de porosimetria por mercúrio[2] indicam uma presença significativa de porosidade ainda mais fina do que esta no TIR fundido. É esta combinação da estrutura de poros ultrafinos, juntamente com uma ausência de tamanhos de poros muito grandes, que permitem que o TIR fundido tenha menor condutividade térmica em comparação com o TIR de cimento. Os TIRs são normalmente utilizados em aplicações >1000°C, porque, nestas temperaturas, proporcionam o melhor isolamento em termos de custo-benefício disponível, em comparação a isolamentos refratários alternativos (Fig. 5). A natureza estrutural dos produtos também significa que eles oferecem resistência à abrasão em ambientes de alta temperatura, juntamen-

te com a resistência química (quando a química é adaptada para lidar com gases específicos). Em aplicações de temperaturas acima de 1000°C, o mais importante mecanismo de transferência de calor torna-se a radiação, ao invés de condução ou convecção, que são os mais importantes mecanismos de transferência de calor em temperaturas mais baixas. Os tamanhos grandes dos poros no TIR de cimento são ineficientes em retardar a transferência de energia nos comprimentos de onda infravermelhos envolvidos, de modo que este tipo de TIR apresenta uma condutividade térmica maior em comparação ao fundido. Por outro lado, a estrutura microporosa do TIR fundido, com seu pequeno tamanho dos poros, é muito mais eficiente em interferir na transferência de energia em comprimentos de onda infravermelhos, de modo que este tipo de TIR apresenta baixa condutividade térmica. É por isso que a microestrutura do TIR fundido fornece isolamento superior em comparação ao TIR de cimento. Economia de energia Os resultados dos testes de laboratório demonstram o potencial para minimizar o uso de energia por meio da seleção adequada do TIR para o revestimento de fornos. Para entender como isso afeta instalações reais de fornos de tamanhos reais, rodamos cálculos de transferência de calor (usando os mesmos tipos de TIR fundido e de cimento usados nos estudos de laboratório) para avaliar os custos de energia de Tabela 4. Premissas para cálculos de transferência de calor Condições de operação do forno tipo rolo: Área da seção de aquecimento (m2)

150

Temperatura de trabalho(˚C)

1300

Temperatura ambiente (˚C)

Semanas de trabalho por ano

Eficiência do forno (%)

Arranjo do revestimento: Camada 1: Espessura do TIR compactado por impacto Classe 26 (mm)

114

Camada 2: Espessura do TIR de teste Classe 114 23 (mm) Camada 3: Placa de isolamento de Back-up

Jul a Set 2011 - www.revistalH.com.br 63

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Condutividade térmica, Wm-1K-1

Refratários

0.50

Fibra contínua Sol Gel

simulados é de 22,8 kW. Isso equivale a uma economia de aproximadamente 230 mil 0.30 kW de energia por ano, usanPlaca Superwool 0.20 do o TIR fundido em comPlaca de vermiculita TIR fundido Classe 23 paração ao TIR de cimento. 0.10 Assumindo um preço do gás Placa microporosa de €0,035 / kWh, isso equi0.00 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 vale a uma economia anual Temperatura, ˚C de ~ €8.000 / ano. Uma vez Fig. 5. Condutividade térmica de refratários diversos que a vida média de um revestimento de um forno é de cerca de 10 anos, a economia total sobre funcionando para um forno de rolo usado a vida do revestimento do forno seria de por fabricantes de cerâmica (Tabela 4). ~ €80.000. O modelo “face quente” do arranjo paA área de 150 m2 de aquecimento no drão do revestimento (camada 1) foi criado com base nos dados dos TIRs classe-26 disforno precisaria de ~ 8.500 TIRs de taponíveis comercialmente (JM26, Thermal manho padrão. Embora o preço do TIR Ceramics). O isolamento de backup (cafundido seja maior do que o de cimento mada 3) foi criado usando dados de placas neste exemplo, este preço mais elevado sede fibra bio-solúvel comercialmente disria pago em apenas quatro meses. Após o poníveis (Superwool 607, Thermal Ceraperíodo de retorno inicial de quatro meses, mics). Para avaliar o efeito de usar difereno restante da vida útil de 10 anos oferece tes tipos TIR no arranjo de revestimento contínuas economias devido à menor nesobre o consumo de energia, a camada 2 cessidade de energia. foi designada como a camada de teste, na qual os dados de diferentes tipos de TIR Impacto adicional da seleção do TIR foram inseridos. Os resultados dos cálculos Outra conseqüência importante da ecode transferência de calor são mostrados na nomia de energia alcançada usando o Fig. 6. TIR de menor condutividade térmica é a Os cálculos de transferência de calor redução nas emissões de CO2. Usando o mostram que o arranjo do revestimento TIR fundido em vez do TIR de cimento, com o TIR de cimento requer mais 152 W/ ocorre uma redução no impacto ambiental m2 de energia para manter a temperatura pelo funcionamento do forno. No cenário atual do forno, como a economia usando do forno a 1300°C, do que o arranjo de TIR fundido é, neste exemplo, de aprorevestimento com o TIR fundido na caximadamente 230 mil kW / ano, um formada 2. Assim, para uma área de aquecino tipo rolo a gás natural vai precisar de mento de 150 m2, a diferença no consumo 22.000 m3 / ano menos gás para a queima. de energia entre os dois fornos de rolos 0.40

TIR compactado por impacto (slinger) Classe26

Camada Fundido Camada 1 (Camada 2) 3 79˚C 725 W/m2

1300˚C

114

114 50

Camada Cimento Camada 1 (Camada 2) 3 88˚C 877 W/m2

1300˚C

114

114 50

Fig. 6. Cálculos de transferência de calor em A (TIR fundido) e B (TIR de cimento)

64 Industrial Heating - Jul a Set 2011

Refratários

Como o gás natural produz 37,8 MJ/m3, então 830.000 MJ / ano serão salvos. Já que 1m3 de gás natural produz ~ 1 m3 de CO2, há uma redução potencial das emissões de CO2 de aproximadamente 22.000 m3 / ano. O equivalente a 1m3 de CO2 é 1,96 kg, o que equivale a ~ 43 toneladas / ano em redução de CO2 produzido ou 430 toneladas ao longo da vida do revestimento de forno. Um benefício adicional do uso do TIR fundido de menor condutividade térmica sobre o TIR de cimento é que a temperatura externa do forno é menor. No exemplo calculado neste trabalho, a temperatura externa do forno utilizando TIR fundido na camada 2 é de 79°C, enquanto que a temperatura da externa do forno utilizando TIR de cimento na camada 2 é de 88°C. A menor temperatura da superfície obtida com o TIR fundido produz um ambiente de trabalho mais confortável para os operadores e minimiza o risco de queimaduras por contato com a superfície do forno, em comparação com a maior condutividade térmica da TIR de cimento. A escolha do TIR no revestimento do forno também impactará outros aspectos práticos da utilização do forno em um ambiente de produção. Selecionar o TIR fundido ao invés do TIR de cimento permitirá mais rápidas taxas de aquecimento e de resfriamento no forno, porque o TIR fundido de baixa densidade tem uma massa térmica menor. Este efeito foi observado nos estudos de energia relatados neste artigo. Tanto durante os testes de queima a 800°C e a 1000°C, o TIR fundido atingiu a temperatura programada de trabalho mais rápido que o TIR de cimento. Conclusões O trabalho relatado neste artigo demonstrou os seguintes pontos: • Diferenças no uso de energia tão grandes quanto 37% foram medidas em condições controladas de laboratório, entre TIRs fabricados por diferentes métodos. • Ao selecionar produtos isolantes refratários para revestimento de interiores de fornos, muita atenção deve ser dada à condutividade térmica relatada dos TIRs.

• A densidade dos produtos não deve ser usada como um critério para avaliar a capacidade de isolamento, pois isso pode levar a seleção de um produto incorreto. • Para minimizar o consumo de energia no forno, a condutividade térmica publicada deve ser medida a um padrão internacional reconhecido (por exemplo, ASTM C-182) e ser a mais baixa o possível. Selecionando um TIR devido ao preço por si só pode vir a ser uma falsa economia e um erro caro em longo prazo. • TIRs fabricados por processo de fundição oferecem a menor condutividade térmica disponível hoje em temperaturas de aplicação e, portanto, fornecem a maior economia de energia.

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Este trabalho quantificou a economia de energia que é possível quando se utiliza os TIRs fundidos. Os benefícios de usar o TIR de menor condutividade térmica disponível são: 1. Potencial de redução de custos devido à grande redução no consumo de energia 2. Menores emissões de CO2 devido ao uso reduzido de energia 3. Temperaturas reduzidas da superfície do forno oferecem condições de trabalho mais seguras aos operadores. IH Para mais informações: Contate o Dr. Andy Wynn, Morgan Thermal Ceramics, Tebay Road, Bromborough, Merseyside, CH62 3PH, Reino Unido; tel: (+44) 151 482 7483; fax: (+44) 151 482 7426; e-mail: andy.wynn@morganplc. com; web: www.morganplc.com ou Lance Caspersen, Morgan Thermal Ceramics, 2102 Old Savannah Road, Augusta, GA 30906, EUA; tel: 706-796-4200; fax: 706-796-4328; e -mail: lance.caspersen@morganplc.com

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Referências 1. Moody KJ, Street JP, Magni E. Insulating Firebrick: Manufacturing Processes and Product Quality. In Alafar Conference, Guatemala, Nov. 7-11, 2004. 2. Wynn A, Marchetti M, Street JP, Yin T. Insulating Firebrick – Effect of Manufacturing Method on Product Performance. In UNITECR 09 Conference, Brazil, Oct. 13-16, 2009.

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Jul a Set 2011 - www.revistalH.com.br 65

CSFEI da ABIMAQ elege Mateus Salzo novo presidente Nova diretoria prioriza ações contra a desindustrialização

Mateus Salzo, da EDG Equipamentos, foi empossado no dia 12 de Julho na sede da ABIMAQ, a Associação Brasileira da Indústria de Máquinas, como presidente da Câmara Setorial de Fornos e Estufas, a CSFEI, para o biênio 2011-2013. Salzo assume com o principal objetivo de defender os interesses do setor de Fornos e estufas Industriais instalados no Brasil. O novo presidente da CSFEI, pretende dar continuidade aos pleitos da diretoria que o antecedeu e discutir junto aos associados da CSFEI as alternativas para conter o processo de desindustrialização que todo o setor de bens de capital vem enfrentando. “A prioridade é dar continuidade aos projetos que já estão em andamento, dar prosseguimento

66 Industrial Heating - Jul a Set 2011

ao trabalho do meu antecessor Walter Lapietra, visto ser projetos muito bons, mantendo, portanto, a ótima administração que vinha sendo feita e colocar mais em pauta, e se possível, auxiliar o Presidente Luiz Aubert em sua luta para não permitir que a desindustrialização aconteça”, declarou Mateus Salzo. A nova diretoria da CSFEI também é composta pelos vice-presidentes: Walter Luiz Lapietra (VANASA), Nelson Delduque da Costa Junior (VALAPI), Alexandre Ernst Hans Ufer (METALTREND), Aparício V. Freitas (ENGEFOR), Edison da Cunha Almeida (INDUCTOTHERM) e Nelton Carlos Cristofani (GASTEC). A revista Industrial Heating passa a apresentar em suas edições um quadro informativo relativo às notícias desta câmara setorial. IH

Mateus Salzo é cumprimentado pelo ex presidente Walter Lapietra na cerimônia de posse como presidente da CSFEI